CN1107375C

CN1107375C - 半导体器件

Info

Publication number: CN1107375C
Application number: CN97121138A
Authority: CN
Inventors: 水永直
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 1996-10-14
Filing date: 1997-10-14
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2017-10-14
Also published as: JP3611690B2; EP0836273A1; US6064256A; TW356620B; EP0836273B1; KR19980032620A; DE69710014D1; DE69710014T2; JPH10126169A; KR100370932B1; CN1181658A

Abstract

把耦合电容器21和二极管23并联在差分放大电路10的输出节点N1和另一个差分放大电路50的输入节点N3之间。在测试模式下，当把测试信号提供给测试焊接区43时，开关电路40接通，以使偏置电阻器35短路，因此降低了在输入节点N3处的偏置电位。这使二极管23接通，以用差分放大电路10放大测试低频输入信号IN。在二极管23的作用下，差分放大电路10的输出绕到差分放大电路50。因此，大体上可以通过检查从差分放大电路50的输出焊接区56得到的输出信号OUT检查两个差分放大电路10和50。

Description

半导体器件

本发明涉及包含多级放大电路的半导体器件，该放大电路由集成电路(下文中称为IC)构成，特别涉及检测相互容性耦合的高频放大电路的功能。

在生产IC的一道工序中，为了发现缺陷，形成在半导体晶片上的一组IC要经过探查程序，以通过接触电路的焊接区的探针检查每一个电路的功能。为达到这个目的，每个IC配备有用于连接到外部输入/输出信号和电源的焊接区以及用于探查测试的焊接区。

图3是一种传统的半导体器件的略图，该半导体器件包含一个由IC构成的多级放大电路。

该传统的半导体器件有一个焊接区1，用于接收输入信号IN和连接到放大电路2的输入端。放大电路2的输出侧通过耦合电容器3连接到放大电路4的输入端，该电容器阻断了直流分量。放大电路4的输出连接到焊接区5，用于输出输出信号OUT。两个放大电路2和4连接到共用焊接区6和7，用于提供电源。放大电路2的输出侧还连到焊接区8，而放大电路4的输入端连接到测试焊接区9。

对于探查测试，从测试系统(图中未示出)延伸出来的探针直接施加在焊接区1和5-9上。焊接区6和7通过它们的探针载有电源电压，且焊接区1上提供有输入信号IN。焊接区5连接到一台测量仪器，用于检测经放大电路2和4放大后的输出信号OUT。

然而这样的探查测试有一个局限性，即待测的频带相当窄。更详细地说，只有具有给定频率或低于给定频率(比如1MHz)的信号才可以被该系统测量。在为放大高频信号(如100MHz)而设计的半导体器件中，低于1MHz的频率使耦合电容器3的阻抗增加，因此妨碍了由放大电路2的输出到放大电路4的正常传送。

为了补偿，把焊接区8连接到放大电路2的输出侧，用于监视放大电路2的输出。并且，从焊接区9引入额外的输入信号至放大电路4，用于控制在焊接区5处输出的输出信号。在传统的方式中，分别测量这两个放大电路2和4，以检测半导体器件。

由于在传统的半导体器件中必须分开测量通过耦合器3连接的放大电路2和4，检测既麻烦又费时。

而且，分开检测两个放大电路2和4需要两个测试焊接区8和9，分别用于放大电路2和4，因此增加了半导体IC器件的整体尺寸。

鉴于传统半导体器件具有上述缺点，而开发了本发明，它的目的是提供一种新颖、改进的半导体器件，可以以一种简单的方式和在较短的时间内在交货前试时进行检验。

本发明的另一个目的是提供一种新颖、改进的半导体器件，在该器件中，将用于测试的焊接区的数量减小到最少，因此减小了IC图案要求的体积。

为克服缺点，根据本发明的第一个特点，提供了一种半导体器件，它包括：具有输入端和输出侧的第一和第二放大电路；连接在第一放大电路的输出侧和第二放大电路的输入端之间的直流断路器，用于阻断第一放大电路的输出信号中的直流分量，并输送该信号中的交流分量；还有和直流断路器并联的开关，它响应于给定的控制信号而使直流断路器短路。

在半导体器件的通常的工作中，第一放大电路的输出信号中的交流分量经直流断路器输送到第二放大电路的输入端。在测试中，在接收到控制信号后把开关短路，因此使第一放大电路的输出信号可以绕过断路器而直接到达第二放大电路。

根据本发明的第二个特点，提供了一种半导体器件，它包括：第一放大电路；直流断路器，用于阻断第一放大电路的输出信号中的直流分量，并将该信号中的交流分量输送到中间节点；和直流断路器并联的开关，它响应于测试信号而接通，使第一放大电路的输出信号可以绕过直流断路器而直接到达中间节点；还有第二放大电路，用于从中间节点接收信号。

在测试中，在接收到测试信号后开关接通，因此使第一放大电路的输出信号可以绕过断路器而直接到达第二放大电路。在任一非测试模式下，开关保持断开，致使第一放大电路的输出信号中的交流分量经直流断路器输送到第二放大电路。

根据本发明的第三个特点，提供了一种半导体器件，它包括：响应源极电位用于放大模拟信号的第一放大电路；耦合电容器，用于阻断第一放大电路的输出信号中的直流分量，并输送该信号中的交流分量；响应源极电位用于放大并输送耦合电容器的输出信号的第二放大电路；具有第一和第二电阻值用于将源极电位分压的偏置电阻器，当选择第一电阻值时，将第一偏置电位加到第二放大电路的输入侧，而当选择第二电阻值时，加的是高于第一偏置电位的第二偏置电位；在第一和第二放大电路的测试工作中提供测试信号的焊接区；开关电路；还有二极管。

把开关电路连接到焊接区，用于在测试操作中响应于测试信号而接通，以将偏置电阻器设置于第一电阻值，而在任一非测试模式下断开，以将偏置电阻器置于第二电阻值。二极管是和耦合电容器并联的电路元件，当将第一偏置电位加到第二放大电路的输入侧时该二极管接通，使第一放大电路的输出信号可以绕过耦合电容器而直接达到第二放大电路的输入端，当加上的是第二偏置电位时，该二极管保持断开。

在测试中，当从焊接区接收到测试信号后开关电路接通，因此将偏置电阻器设置于第一电阻值。这样，便将第一偏置电位加到了第二放大电路的输入侧，并使二极管接通，允许第一放大电路的输出信号可以绕过耦合器而直接到达第二放大电路。在非测试模式中，开关电路保持断开，因此将偏置电阻器设置于第二电阻值。从而将高于第一偏置电位的第二偏置电位加到第二放大电路的输入侧使二极管断开，允许第一放大电路的输出信号中的交流分量可以经耦合电容器输送到第二放大电路。

根据本发明的第四个特点，提供了一种半导体器件，包括：响应源极电位用于放大模拟信号的第一放大电路；耦合电容器，用于阻断第一放大电路的输出信号中的直流分量，并输送该信号中的交流分量；响应源极电位用于放大和输送耦合电容器的输出信号的第二放大电路；具有第一和第二电阻值用于衰减要提供给第一放大电路的源极电位的负载电阻，当选择第一电阻值时，它将第一放大电路的输出电位变成第一输出电位，而当选择第二电阻值时，把第一放大电路的输出电位变成低于第一输出电位的第二输出电位。

把开关电路连接到焊接区，用于在测试工作中响应于测试信号而接通，以将负载电阻设置于第一电阻值，而在任一非测试模式下，将负载电阻设置于第二电阻值而断开开关电路。和耦合电容器并联的二极管是一个电路元件，用于当将第一输出电位加到第一放大电路的输出侧时接通，因此允许第一放大电路的输出信号绕过耦合电容器而直接到达第二放大电路的输入端，而当加上第二输出电位时，该二极管保持断开。

在测试中，从焊接区接收测试信号后，开关电路接通，因此将偏置电阻器设置于第一电阻值。于是将第一输出电位加到第一放大电路的输出侧，并使二极管接通，允许第一放大电路的输出信号可以绕过耦合电容器而直接到达第二放大电路。在任一非测试模式下，开关电路保持断开，因此使负载电阻器设置于第二电阻值。这样，使得高于第一输出电位的第二输出电位被加到第一放大电路的输出侧，并使二极管断开。结果，第一放大电路的输出信号中的交流分量可以经耦合电容器传送到第二放大电路。

考虑到下文中的描述较佳实施例的说明和附图，熟悉和本发明有关的领域的人会更加明白和理解本发明的上述和其它特点以及随之而来的优点。

图1是出示本发明第一实施例的半导体器件的电路图，

图2是示出本发明第二个实施例的半导体器件的电路图，

图3是一个传统的半导体器件图。

下面将参照附图，描述根据本发明的半导体器件的较佳实施例。

第一实施例

图1显示了本发明的第一实施例的半导体器件的电路图，该器件包含相互容性耦合的高频放大器。

本实施例的半导体器件包含一个形成于一块半导体衬底上的模拟IC图案，并包括一个第一放大电路(即，差分放大电路)10。差分放大电路10包含晶体管11、12、16和17，负载电阻器13、14、18和19，还有一个恒流源15。把晶体管11的基极连接到一个输入焊接区11a，用来接收一个输入信号IN。把晶体管12的基极连接到一个示出的参考电压源，用来馈以参考电压Vref。把两个晶体管11和12的集电极经它们各自的负载电阻器13和14连接到电源电压VCC。把晶体管11和12的发射极经恒流源15连接到共用的接地电位GND。还分别把两个晶体管11和12的集电极连接到缓冲晶体管16和17的基极。然后把晶体管16和17的集电极连接到电源电位VCC。把晶体管16和17的发射极经它们各自的负载电阻器18和19连接到接地电位GND，还分别把它们连接到两个输出节点N1和N2，用来输出差分放大电路10的输出信号。

把输出节点N1和N2分别连接到直流断路器(即，耦合电容器)21和22的相应端。把耦合电容器21和22的另一端分别连接到输入节点N3和N4。还分别把输出节点N1和N2与两个开关(即，二极管)23和24连接。

分别把输入节点N3和N4分别通过偏置电阻31和32连接到电源电位VCC，并分别通过偏置电阻器33和34连接到控制节点N5。在控制节点N5和接地电位GND之间，偏置电阻器35和开关电路40并联。

开关电路40包含一个晶体管41和一个电阻器42，该电阻器连接在晶体管41的基极和发射极之间。把晶体管41的集电极连接到控制节点N5，并把发射极连接到接地电位GND。还把晶体管41的基极连接到测试焊接区43，用来接收测试信号TS。

输入节点N3和N4和第二放大电路(即差分放大电路)50连接。该差分放大电路包含晶体管51和52、负载电阻器53和54，和恒流源55。把晶体管51和52的基极分别连接到输入节点N3和N4。把两个晶体管51和52的集电极通过各自的负载电阻53和54连接到电源电位VCC，同时把它们的发射极通过恒流源55连接到接地电位GND。把晶体管51的集电极和输出焊接区56连接，用来把输出信号OUT输出。

现在解释探查测试的操作(I)和封装形式下的标准工作的操作(II)。

(I)探查测试：

假定图1所示的半导体器件的电路常数如下：

恒流源15的电流强度I15＝0.4mA，

电阻器13，14的电阻R13，R14＝2kΩ，

偏置电阻器31，32的电阻R31，R32＝3kΩ，

偏置电阻器33，34的电阻R33，R34＝2kΩ，

偏置电阻器35的电阻R35＝6kΩ，还有

晶体管16、17的基极/发射极电压VBE＝0.8V。

当测试系统的探针(图中未示出)直接连接到图1所示半导体器件的输入焊接区11a、测试焊接区43，输出焊接区56和一个电源焊接区(图中未示出)时，电源焊接区加有电源电压VCC(5伏直流)。把输入信号(例如是迭加在一个1MHz的AC信号上的一个给定的直流电压值)提供给输入焊接区11a。把1V(该值对接通晶体管41足够大)的测试信号馈送给测试焊接区43。

相应地，晶体管11和12接收一个直流平衡的输入或I15/2＝0.2mA。这样，输出节点N1和N2处的平均电位VN1和VN2表示为：

VN1＝VN2＝VCC-R14×I15/2-VBE

＝5-2×0.2-0.8＝3.8V..................(1)

当未连接二极管23和24，且晶体管41保持接通时，输入节点N3和N4处的偏置电位VN3和VN4用下式表示：

VN3＝VN4＝VCC×R33/(R31+R33)＝2V.......................(2)

结果，输出节点N1和输入节点N3之间的电位差VN13，和输出节点N2和输入节点N4之间的电位差计算如下：

VN13＝VN24＝VN2-VN4＝3.8-2＝1.8V ....................(3)

由等式(3)算出的电压差的结果足以提供一个使二极管23和24接通的正向电流。二极管23和24上的接通允许输入节点N1和输出节点N3之间，以及输入节点N2和输出节点N4之间分别可以直流连接。

结果，1MHz的输入信号由放大电路放大，通过二极管23和24的作用绕过耦合电容器21和22，并被送到差分放大电路50，在那里信号在作为输出信号OUT从输出焊接区56输出之前被进一步地放大。输出信号OUT由加在输出焊接区56上的探测拾取，并由一个测量仪器(图中未示出)检测出来(例如以波形形式)，从而检查半导体器件的作用。

由于二极管23和24由通过测试焊接区43提供的测试信号接通，即使工作点可能比所要求的点落后或者提前，实质上相互耦合的两个差分放大电路10和50仍可以被检测。这可以将探查测试所需的时间和劳动减小到近乎一半。

另外，比起分开检测两个差分放大电路10和50来使用了更少数量的测试焊接区，因此为IC器件减小了装置面积。

(II)标准工作

已通过探查测试的IC器件随后从半导体晶片上被切割成芯片，并装入外壳里。在此之后，将每个IC芯片的电源焊接区和输入/输出焊接区用连导线压焊到外壳上的相应的管脚上。然后把外壳用一个盖子密封起来，完成一个IC封装。在导线压焊中，测试焊接区43不连接到外壳上的任何管脚，它保持隔离。

在标准模式中，图1的IC封装形式的半导体器件将晶体管41的基极通过电阻器42连接到接地电位GND。因此，晶体管41保持断开，并且输入节点N3和N4处的偏置电压VN3和VN4由下式表示：

VN3＝VN4＝VCC×(R33+R35)/(R31+R33+R35)

＝3.63V...............(4)

从等式(1)计算出来的输出节点N1和N2处的平均电位VN1和VN2是3.8V。因此，输出节点N1和输入节点N3之间的电位差VN13以及输出节点N2和输入节点N4之间的电位差VN24由下式表示：

VN3＝VN24＝VN2-VN4＝3.8-3.63＝0.17V......(5)

因此，二极管23和24断开，从而允许例如100MHz的高频信号可以从差分放大电路10经过耦电容器21和22传输到差分放大电路50。结果，差分放大电路10和50可以在所要求的工作点上进行工作，而不考虑二极管23和24的作用。

第二实施例

图2是另一个半导体器件的电路图，该半导体器件有相互容性耦合的高频放大电路，此图显示了本发明的第二实施例，其中和图1中相同的元件用相同的标号表示。

和图1所显示的半导体器件相似，第二实施例的半导体器件包含一个形成在一个半导体衬底上的模拟IC图案，但区别在于以下的方面(i)到(iii)。

(i)差分放大电路10由一个结构不同的差分放大电路10A代替。在差分放大电路10A中，把晶体管11和12的两个负载电阻器13和14连接到一个公共节点N6，该节点又通过负载电阻器20连接到电源VCC。

(ii)把一个开关电路40A和负载电阻器20并联。开关电路40A包含一个晶体管41a(其集电极和发射极连接到负载电阻器20的两端)，还有一个连接在晶体管41a的基极和发射极之间的电阻器42a。晶体管41a的基极还连接到测试焊接区43。

(iii)在取消了图1的开关电路40和电阻器35的同时，控制节点N5连接到接地电位GND。

现解释图2所示半导体器件的探查测试操作。

先向测试焊接区43提供一个测试信号ST，该信号的电位等于电源电位VCC。由于晶体管41a接通后，负载电阻器20短路，使控制节点N6处的电位上升至和电源电位VCC一样高的电位。

控制节点N6处电位的升高，使晶体管11和12的收集电极电位升高。由于晶体管11和12的集电极电位上升，晶体管16和17的基极电位猛增。相应地，差分放大电路10A的输出节点N1和N2的输出电位上升。这允许二极管23和24接收正向电压并接通。结果，由差分放大电路10a放大的输入信号IN借助二极管23和24的作用绕过耦合电容器21和22而到达差分放大电路50。

在图2所示的半导体器件中，和图1所示的器件相似，将负载电阻器13、14和20设置于使二极管23和24可以由通过测试焊接区43提供的测试信号接通的电阻值，可以大体上检查相互耦合的两个差分放大电路10A和50的操作，即使工作点要比所要求的落后号或提前。此外，当在标准模式下工作时，图2所示的IC封装形式的半导体器件在测试焊接区43处不载有测试信号TS。由于开关电路40A保持断开，控制节点N6经负载电阻器20连接到电源电位VCC，减小了差分放大电路10A的输出节点N1和N2处的输出电位，并使得两个二极管23和24保持断开。这使例如100MHz的高频信号可以从差分放大电路10A通过耦合电容器21和22到达差分放大电路50。

示于图2的第二实施例的半导体器件的电路结构和第一实施例不同，但有利的功能是相同的，这使得在设计IC图案时可以选择各种电路结构，并提供了IC图案设计的多种变化。

虽然上面参照实施例，结合附图，进行了描述，但本发明并不限于这些实施例。熟悉本领域的人可以理解，可以作各种变化和修改而并不背离所附加的权利要求书中所确定的技术概念，因为它们落在本发明的范围内。

比如，并不局限于图1和2中所示的差分放大器，同样可以采用任何类型的放大电路。

放大电路并不局限于实施例中所描述的二级放大电路，可以结合三级或更多级。

虽然图1中所示的开关电路40连接到接地电位GND，但它也可以连接到电源电位VCC。如果输入节点N3和N4处的偏置电位低于输出节点N1和N2处的输出电位，则可把开关电路40这样连接到电源电位VCC，与之耦合将的二极管23和24的极性倒过来。相应地，在探查测试中输入节点N3和N4处的偏置电位将升高，因此提供了和图1所示的电路结构同样的效果。

用于开关的二极管23和24可以由开关器件比如晶体管来代替，它们响应于测试信号+S，以执行接通/断开功能。

本发明不只限于所描述的设有高频放大电路的半导体器件，如果探查测试仪器的测试信号频率较低，本发明也适用于低频信号的半导体器件。

如上所述，本发明的第一和第二个特点提供了和直流断路器并联的开关，它在测试操作中接通，而在任何非测试模式下断开。相应地，用一个含有直流分量的低频信号可以容易地检测到第一和第二放大电路的功能。

本发明的第三个特点提供了和耦合电容器并联的二极管，以使第一和第二放大电路容性耦合，还提供了一个开关电路，来切换偏置电阻器的电阻值，以向第二个放大电路施加一个偏置电压。相应地，在测试操作中通过提供足以接通二极管的偏置电位，可以达到和第一个特点相同的功能。

本发明的第四个特点提供了和耦合电容器并联的二极管，以使第一和第二放大电路容性耦合，还提供了一个开关电路，用来切换负载电阻的电阻值，以确定第一放大电路的输出电位。相应地，通过在测试操作中提供一个足以接通二极管的电位，可以达到和第一个特点相同的功能。

由此发明的第一个特点到第四个特点，始终如一地执行了用于检查半导体器件功能的测试，因此，减少了总的时间并减少了测试焊接区的数量。

这里，通过引用其全部内容而把1996.10.14提交的第8-271164号日本专利申请的全部内容(包括说明书、权利要求书和说明书摘要)包括了进来。

Claims

1.一种半导体器件，其特征在于包括：

响应于电源电位，用于放大模拟信号的第一放大电路；

耦合电容器，用于阻断所述第一放大电路的输出信号中的直流分量，并传送其交流分量；

响应于电源电位，用于放大和传递耦合电容器的输出信号的第二放大电路；

偏置电阻器，具有用来对所述电源电位分压的第一和第二电阻值，当选择所述第一电阻值时把第一偏置电位加到所述第二放大电路的输入侧，而当选择所述第二电阻值时，则施加高于所述第一偏置电位的第二偏置电位；

在第一和第二放大电路的测试工作中用于提供测试信号的焊接区；

连接到所述焊接区的开关，用于在测试工作中响应于测试信号而接通，以设置所述偏置电阻器于所述第一电阻值，而在任一非测试模式中断开，以设置偏置电阻器于所述第二电阻值；及

和耦合电容器并联的二极管，用于当将所述第一偏置电位加到所述第二放大电路的输入侧时接通，由此使所述第一放大电路的输出信号可以绕过耦合电容器而直接到达所述第二放大电路的输入端，而当加上的是所述第二偏置电位时，该二极管保持断开。

2.一种半导体器件，其特征在于包括：

响应于电源电位，用于放大模拟信号的第一放大电路；

响应于电源电位，用于放大和传递所述耦合电容器的输出信号的第二放大电路；

负载电阻器，具有第一和第二电阻值用于衰减要提供给所述第一放大电路的电源电位，当选择所述第一电阻值时，将所述第一放大电路的输出电位变为第一输出电位，而当选择所述第二电阻值时，将其变为低于所述第一输出电位的第二输出电位；

用于在所述第一和第二放大电路的测试工作中提供测试信号的焊接区；

和所述焊接区连接的开关电路，用于在测试工作中响应于测试信号而接通，以设置所述负载电阻器于所述第一电阻值，而在任一非测试模式中断开，以使所述负载电阻器置于所述第二电阻值；及

和所述耦合电容器并联的二极管，用于当把所述第一输出电位加到所述第一放大电路的输出侧时接通，因此使所述第一放大电路的输出信号可以绕过所述耦合电容器而直接到达所述第二放大电路，而当施加所述第二输出电位时，保持断开。