CN110326080B - 一种芯片测试方法和一种用于测试多个场发射光源的仪器 - Google Patents

Abstract

本发明总体涉及一种操作多个场发射光源的方法，具体地说是用于对以基于芯片的方式制造的多个场发射光源执行的检测程序。本发明还涉及一种相应的检测系统。

Description

一种芯片测试方法和一种用于测试多个场发射光源的仪器

技术领域

本发明涉及一种用于操作多个场发射光源的方法，特别是用于对以基于芯片的方式制造的多个场发射光源执行检测程序。本发明还涉及相应的检测系统。

背景技术

现代节能照明设备中使用的技术使用汞作为有源部件之一。由于汞会危害环境，因此大量的研究被用于克服与节能无汞照明相关的复杂技术难题。

一种用于解决该问题的方法是使用场发射光源技术。场发射是一种当导电材料表面被施加很高电场时发生的现象。该电场将给予电子足够的能量，使得电子从材料发射（进入真空）。

在现有技术的装置中，阴极通常被布置在诸如玻璃灯泡的真空室中，且室的内部涂有导电阳极层。此外，一层发光层被沉积在阳极上。当在阴极和阳极之间被施加足够高的电位差从而产生足够高的电场强度时，电子从阴极发射并朝向阳极加速。当电子撞击由诸如磷光体材料的光粉形成的发光层时，光粉将发射光子。该过程称为阴极发光。

场发射光源领域内的研究和开发的最新进展实现了场发射光源的小型化，使得场发射光源可以被制造为比较小的照明芯片，而不是现有技术的灯泡形场发射光源。基于芯片的场发射光源的示例在同一申请人的WO2016096717中公开，并且其全部内容通过引用结合于此。

WO2016096717中公开了场发射光源可以使用晶圆级制造，即使用和制造IC和MEMS所使用的方法类似的方法，从而进行低成本大容量的制造。根据WO2016096717，多个场发射光源各自包括一个场发射阴极，场发射阴极包括多个纳米结构、一个间隔元件和一个阴极发光阳极，所述结构都被设置在同一晶圆衬底上。

具体地，根据WO2016096717，大量场发射光源同时在一块大玻璃（所述晶圆基板）上制造。随后，在所述晶圆基板上设置多个间隔元件，使每个间隔元件包围一个场发射阴极，且间隔元件壁和场发射阴极之间设置一定的最小间距。最后，将包含阳极的多个小玻璃片（通常为圆形）密封在所述间隔元件上侧，使得每个间隔元件包围的独立装置上都形成一个空腔。所述密封在真空下进行，且每个空腔内可以设置吸气剂，以便长时间保持其真空水平。需要注意的是，在所述简短描述中。阳极和阴极的位置是完全可以互换的。

在所有类型的制造业中，每个步骤必须进行各种检测以验证此步骤的操作是否正确，能否满足特定规格。因此，对多种产品的质量控制和检测是一个重要问题，也是制造成本的有重要意义的组成部分。当生产大容量组件/芯片时，优化检测程序至关重要。检测程序主要是为了尽可能早地识别故障设备和未按规范运行的设备，以避免在这些设备上花费更多的成本和精力。同时，检测程序还为在此测试之前和之后完成的制造过程提供了有价值的反馈。现有技术主要通过使用计算机化的检测系统实现这一目的，该检测系统包括相适配的用于通电的部件和被检测以及测量性能的部件。通常，连接到检测系统的探针（针）在基板表面上移动到每个装置后降低高度以与装置电接触，并执行电学（和光学，如果需要）检测程序，最后将结果存储为电子文档。该方法还可通过使多个探针进行多路通电和运行多路检测程序用于同步检测多个设备，或者使系统中多个部件同时通电并测量多个设备的性能。所述功能需要探针在x，y和z方向上进行相对高速且高精度的机械运动。这类检测设备较为常见，但都价格高昂且维护不便。同时，该检测系统还具有探针错位，探针磨损的常见问题，最终导致接触问题。

此外，在最终用户应用中，用户可能需要使用相邻设置的多个光源。通常，这可以通过采用多个单独光源并根据需要将它们放置在所需的应用中来完成。但显然地，每个单独光源都需要设置独立的电连接，且出于实际原因，各个光源之间必须间隔一定距离，从而占据更多空间。此外，为了简化供电，所述多个装置应尽可能具有相似的电气性能，从而可以在相同的电流和电压下工作。因此，所选设备装置应尽可能具有类似性能。

因此，研究一种用于检测使用晶圆技术大制造容量场发射光源的程序很有必要。

发明内容

根据本发明的一个方面，上述问题可通过控制多个场发射光源的方法进行缓解；每个场发射光源设置包括一个阴极电连接点的阴极侧，以及面对面设置的包括阳极电连接点的阳极侧；其中，所述方法包括将所述多个场发射光源以m行和n列的矩阵排列彼此相邻布置，其中场发射光源的阴极电连接点在矩阵的列的方向上相互电连接，场发射光源的阳极电连接点在矩阵的行方向上相互电连接，从而为m行和n列中的每一行和列提供电气接口点，并对m行中每一行的至少一个电气接口点和n列中每一列的至少一个电气接口点施加控制信号，从而使至少一个场发射光源通电并发光。

根据本发明，提供了一种改进的操作步骤，其中多个场发射光源可以例如被单独地或成组地检测，使对单个场发射光源的电气接口点的检测不需要浪费可用于为多个场发射光源检测的昂贵晶圆。同时，根据本发明，所述电气接口点的数量可以被减少至约每行和每列仅一个电气接口点，用于在制造过程中设置场发射光源，尤其是当控制信号用于检测场发射光源时，且所使用的为光源提供电力的高压控制信号通常具有高于1kV的电压。

相应地，所述方法优选地使以阴极和/或阳极为单位的所述多个场发射光源（通常每个场发射光源具有一个阴极和阳极）最初尽可能共享至少一个公共晶圆基板；一旦完成检测程序，所述晶圆基板可以再分割为仅包括单个场发射光源的部分或包括一组场发射光源的部分。通过本发明，所述多个场发射光源彼此相邻布置，所述多个场发射光源之间的间距应尽量仅小于1 mm，且最好为约0.2 mm。所述间距使在分割场发射光源时能够有足够空间使用合适的工具，例如用激光切割锯片或激光装置。

在一个优选的实施例中，所述共用的晶圆基板允许同时制造100多，甚至200、300或更多的场发射光源；因此，由m行和n列组成的矩阵排列，例如包括m=10行和n=10列的矩阵，将有10列电连接的阴极连接点和10行电连接的阳极连接点。

优选地，所述多个电气接口点布置在每一个所述m行和所述n列的端部；此外，还可以将第一电接触接口连接到所述行的端部，将第二电接触接口连接到所述列的端部；因此，所述方法可以仅通过两个接触界面与多个场发射光源进行一次连接，以执行完整的检测步骤。

在一个实施例中，每次只检测单个的场发射光源，但所述方法也可以一次检测一组场发射光源；当单个或一组场发射光源完成检测后，检测步骤将继续进行，检测余下的光源；由于所述矩阵形排列中包括多个场发射光源，且每列的阴极相互电连接、每行的阳极也相互电连接，因此可以为每列和每行在一端形成检测点，从而使连接到列和行的第一和第二接触接口变得方便快捷。

优选地，本发明的检测步骤还进一步包括使用一种光传感器来获得通电的多个场发射光源中至少一个的光子输出指示。优选地，为完成检测的单个场发射光源或一组场发射光源将光子输出指示存储。优选地，所用电压和电流的指示以及光子输出指示极短时间内被用于将多个场发射光源分类为不同功能的“箱”。

本发明的检测步骤还可以用于包括为至少一个通电场发射光源确定工作状态。所述至少一个通电场发射光源的工作状态可能包括工作电压、工作电流和工作功率或其操作点的至少其中之一；所述运行状态可以与光子输出指示对应，用于确定所述场发射光源的整体状态，并随后可用于将其分为“个体”或场发射光源组。由于彼此相邻的单个装置通常具有非常相似的电气和光学特性，因此，如上述讨论，可根据终端用户应用的要求将其划分为例如2x2、3x3…1x10的较小的组群。这将使更大的阵列被启用，从而节省最终用户应用中的成本和空间。

根据本发明，提供了一种适于控制多个场发射光源的系统，其特征在于每个场发射光源设置包括电阴极连接点的阴极侧，以及面对面设置的包括电阳极连接点的阳极侧；所述多个场发射光源以m行和n列的矩阵排列彼此相邻布置，所述多个场发射光源的多个阴极电连接点在矩阵的列方向上相互电连接，所述多个场发射光源的多个阳极电连接点在矩阵的行方向上相互电连接，m行和n列中的每一行和每一列分别被提供至少一个电气接口点，其特征在于所述系统包括适配连接m行中的至少一个接口点的第一电触点以及适配连接n列中的至少一个接口点的第二电触点，以及，向所述第一和第二电触接口施加控制信号的方法，使至少一个场发射光源通电发光；本发明的这一方面提供了与如上文所述的本发明的之前方面类似的优点。

如上文所述，所述系统优选地另外包括用于在多个场发射光源被激发时从至少一个被激发的场发射光源生成光子输出指示的光传感器，以及用于使用光传感器获得所述至少一个被激发的场发射光源的光子输出指示的方法。这将进一步增大检测多个场发射光源的可能性。

优选地，当所述多个场发射光源被布置为矩阵式排列时，它们间的间距小于1 mm，且最好为约0.2 mm。所述间距将允许例如激光切割锯片的工具具有足够的空间，以将多个场发射光源彼此分离。

上述描述已经指出了为所述多个场发射光源使用公共晶圆基板的可能性。根据本发明，本发明还可以使用（可能由玻璃制成的）公共阳极基板，那样，可以将单个“大型”玻璃基板作为阳极的基板，通常，所述玻璃基板包含所有阳极及用于密封场发射光源的方法。这样，使得所述系统可以充分利用晶圆级生产的好处，且可以避免使用通常称为“通孔”的通孔电气连接。此外，所述系统也可以将单个阳极结构用于例如单个场发射光源或一组场发射光源。在某些情况下，这是优选的，因为这种设置可以降低机械应力，这在例如FEL装置使用不同的材料时，显得十分重要；这将在下面的具体实施方式中进一步阐述。

本发明的进一步特征和优点在研究本发明的权利要求和以下描述会变得更加明显。本行业的技术人员应该认识到，本发明的不同特征可以组合而建立以下描述之外的实施例，这没有离开本发明的范围。

附图说明

本发明的各个方面，包括其特征和优点，将通过以下详细说明和附图进行详细解释，其中：

图1显示了晶圆检测、锯切/切割、封装和最终检测的典型工艺流程；

图2A和2B提供了根据现有技术的晶圆检测装置的示例性描述；

图3A及3B显示了本发明的晶圆检测装置的示例性描述；以及

图4为本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

下面将参照本发明的当前实施例的附图更全面地描述本发明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明实施例的一部分，而不是全部的实施例。所述实施例用于彻底和完整地描述本发明，并向本领域普通技术人员传达本发明的范围。相同的术语始终代表相同的含义。

如图1所示的用于晶圆检测、锯切/切割、封装和最终检测的典型工艺流程100为本发明所参照的工艺流程。当含有多个场发射光源（FEL）的晶圆被制造完成，所述晶圆将被例如被检测系统102的系统进行检测，诸如工作电压、电流、功率和光输出等参数数据将被测量、记录和存储，例如检测数据104，且故障和不合格的设备将被识别出。此后，所述晶圆在再分割过程106中被再分割成为单个部分，或通过检测数据104的辅助进行较大阵列的再分割。检测系统102识别出的良好FEL被挑选出来进行进一步处理，而故障零件被报废或送去分析。良好的零件被塑料包装封装并连接电线，以便用户可以使设备通电。最后，在定型过程108中再次对所述零件进行检测；参数数据被再次记录和存储，且新的数据可能被用于与原始测试数据104进行比较。最后，这些FEL可以被包装和装运。

如图2A所示的是基于现有技术的典型检测系统200。多个FEL202在晶圆204上进行制造，且为了保证简明性和清晰性，每个小晶圆仅包含16个FEL。当然，若有需要，更大的基板也可包含数百个所述FEL。晶圆检测通过将探针206和208分别接触到电连接点或电连接垫210和212来完成。如图所示，所述电连接垫210与FEL200的单个阴极进行电连接（将在图2B进行进一步阐述），所述电连接垫212与FEL202的单个阳极进行电连接。相应的，必须将一对所述电连接垫210、212与探针206、208接连接，从而检测单个FEL202。因此，所述电连接垫在检测如图2A所示的16个FEL202时，在检测完成第一个FEL202后必须重新与第二个FEL202连接再开始检测。同时，如图2A所示，至少一个所述电连接垫被旋转45度，以减少空间占用并减少连接难度。之后，将探针206、208连接到电子控制单元214，并为FEL202通电，以测量并存储其参数数据。

如图2B所示的是基于现有技术的FEL设备晶圆的典型局部视图。单个FEL202由将阴极216、间隔元件218及作为所述场发射阳极222的载体的顶端玻璃盘220连接或构建在基板晶圆204上制成。如图所示，阴极216通常由例如氧化锌或碳纳米管制成的多个纳米结构组成。

玻璃盘220与间隔元件218间设置约1 mm的重叠，用于校准误差并进行电连接。如上所述，从阳极222到电连接垫210和从阴极216到电连接垫212间设置导电路径。在本具体实施例中，电子通路228被用于将顶部电连接垫210连接到顶部玻璃盘220处，使其能够连接探针。电子通路228尽可能被设置在空腔区域（即间隔元件218外部）和密封区域外进行，以减少不必要的气体物质泄漏。同时，各个FEL202之间必须设置足以允许最终分离的间距。现有技术实施例中通常使用0.2mm的间距，但考虑顶部玻璃盘的放置位置的不准确性，所述间距应该更大。所述不确定性将更好体现本发明的优势。

如图3A所示的是本发明的晶圆检测装置的示例性说明。如图3A所示，包括了由玻璃基板302和玻璃基板304连接在一起形成的多个单独的FEL306，图中也可看到间隔套218和阳极222。基于本发明，基板302、306和电连接垫308、310的边缘分别连接到行排列的阳极和列排列的阴极。相较于图2A和2B中被旋转45度的电连接垫，图3A中的电连接垫被旋转90度。需要指明的是，取决于检测过程中所使用的电接触接口类型，所述电连接垫可以选择不同的旋转角度。

应特别注意的是，除上述方法外，还可以保持场发射光源的阴极电连接点在列的方向上相互电连接的同时，仍使阳极保持相互分离状态。这使所述阳极成为“分离的未连接区域”，使晶圆末端可以在为每个阴极提供同一的接口的同时，仍然阳极进行单独检测或连接。

图3B显示了图3A中的A-A剖面。单个FEL306通过在基板302上连接阴极216（可能类似于图2b中所示）、间隔元件218和顶部玻璃基板玻璃304（也作为阳极222的载体）构成。对于一列阴极216，电连接点以连续线的方式被布置至设置电连接垫308的基板302的边缘。同样，对于一排阳极222，电连接点以连续线的方式被布置至设置电连接垫310的基板304的边缘。再次，基板302、304间需保持一定间距，以能被再分割（例如激光锯切）成单独的FEL306。从图3B可以很容易地认识到，探头最好完全省略，取而代之的是插入基板304和306之间的槽中的多个连接触点（如前所述），以便使用合适的电接触接口。

下表1罗列了装置可节省面积的示例性比较数据。使设备呈圆形可以避免角和锐边，从而更好的在处理高电场时避免寄生电流和电弧现象。

有源设备区域由阳极区域、所需功率输出以及所需阳极寿命（通过降低强度）所确定。

在本例使用了1cm²区域。所述阳极必须与间隔元件的内壁保持一定距离。在所述示例中，此距离设置为1 mm，且所述间隔元件的占宽为1 mm。

表 1

所述顶部玻璃盘与密封间隔元件外侧连接处设置用于连接的重叠部分，所述重叠部分同样适用于安装通孔的情况。同时，所述激光切割锯片需要足够的操作空间，且最先进的锯切设备通常需要的空间大约为0.2 mm（即2 x 0.1 mm）。

最终结果显示，在示例的尺寸为300 x 300 mm的晶圆基板上，可容纳设备上限从256个增加到324个，可容纳装置数量增加了27%。

如图4所示为本发明的一种对多个场发射光源进行功能性检测的方法，且每个场发射光源设置包括电阴极连接点的阴极侧，以及面对面地设置包括电阴极连接点的阳极侧，其中所述方法包括S1：将多个场发射光源彼此相邻地排列成具有m行和n列的矩阵排列；S2：为m行的每一行和n列的每一列提供一个电检测点；S3：对m行中每一行的至少一个电气检测点和n列中每一列的至少一个电气检测点施加控制信号，从而使用于发光的至少一个场发射光源通电。更进一步地，所述方法还包括S4：确定至少一个通电场发射光源的操作状态。

与用于对多个场发射光源进行功能性检测的现有技术解决方案相比，本发明的的方法极大简化了检测程序。

尽管所述附图显示了本发明的方法步骤的特定顺序，但本发明的方法步骤的顺序可能与所描述的不同。此外，所述方法的两个或多个步骤可以同时执行或分段执行。所述步骤的执行形式取决于软件和硬件系统的选择以及设计师的选择，且所有此类变更均在公开范围内。相应的，软件运行可以通过使用基于逻辑规则和其他逻辑的标准编程技术来完成并实现各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。此外，即使本发明已参照其具体例示性实施例来描述，本领域技术人员仍将明显地看到许多不同的改变、修改等。

在实施所述发明时，本领域技术人员可以通过对图纸、公开内容和所附权利要求的研究来理解和影响对所公开实施例的改进。此外，在权利要求书中，“包括”一词不排除其他内容或步骤，不定冠词“一个”或“单个”不排除它们指代个体的复数形式。

Claims (17)

1.一种控制多个场发射光源的方法，每个场发射光源设置包括电阴极连接点的阴极侧，及面对面设置的包括电阳极连接点的阳极侧，其特征在于所述方法包括：

-将所述多个场发射光源彼此相邻布置成具有m行和n列的矩阵排列，其中场发射光源的阴极电连接点在矩阵的列方向上相互电连接，且场发射光源的阳极电连接点在矩阵的行方向上相互电连接；

-证明m行中的每一行和n列中的每一列具有一个电气接口点；

-并对m行中每一行的至少一个电气接口点和n列中每一列的至少一个电气接口点施加控制信号，从而使用于发光的至少一个场发射光源通电；

-使用光传感器获得来自至少一个通电场发射光源的光子输出指示；

-基于至少一个通电场发射光源的光子输出确定至少一个通电场发射光源的工作状态；

-将场发射光源彼此分割，其中，所述分割基于至少一个场发射光源的工作状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

-随后将控制信号施加到m行或n列上的至少另外一个电气接口点上，从而使至少另外一个场发射光源通电发光。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

-存储至少一个被激发场发射光源发出的光子输出指示。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：确定至少一个通电场发射光源或其工作点的工作状态，包括确定其工作电压、工作电流、工作功率或工作点中的至少一个。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：被确定的工作状态用于将所述多个场发射光源分类到不同的功能箱中。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：预设数量的场发射光源同时通电。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：一次为单个场发射光源通电。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：一次为一组场发射光源通电。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：控制信号是电压等级高于1kV的高压控制信号。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电气接口点设置在所述m行中每行和n列中每列的端部。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：还包括将第一电触点连接到所述行的电接口点，且将第二电触点连接到所述列的电接口点。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述多个场发射光源中的每一个的阳极侧都是独立的。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述多个场发射光源中的至少两个共用阳极侧。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述分割基于多个场发射光源的光子输出进行控制。

15.一种适于控制多个场发射光源的系统，其特征在于：

-每个场发射光源设置包括电阴极连接点的阴极侧，和面对面的设置包括电阳极连接点的阳极侧；

-所述多个场发射光源以m行和n列的矩阵形式彼此相邻布置，其中场发射光源的阴极电连接点在矩阵的竖向方向上相互电连接，场发射光源的阳极电连接点在矩阵的横向方向上相互电连接；并且

-在所述m行中的每一行至少设置一个电气接口点，在所述n列中的每一列至少设置一个接口点；其中该系统包括：

-第一电触点适配并连接m行中的至少一个接口点，第二电触点适配并连接n列中的至少一个接口点；并且

-通过向所述第一和第二电触点施加控制信号，使至少一个场发射光源通电发光；其中，所述系统进一步适配于

-使用包括在系统中的光传感器获得来自至少一个通电场发射光源的光子输出指示；

-确定至少一个通电场发射光源的工作状态；

-将场发射光源彼此分割，其中，所述分割基于至少一个场发射光源的工作状态。

16.根据权利要求15中任一所述的系统，其特征在于：

-当所述多个场发射光源被布置为矩阵式排列时，它们间的间距应尽量小于0.3mm。

17.根据权利要求15中任一所述的系统，其特征在于：

-当所述多个场发射光源被布置为矩阵式排列时，它们间的间距为0.2mm。

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