CN112782555A - 用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板及装置。电路板，包括：探针卡接口电路，适于与读出电路通信连接；RS串口电路，适于与上位机通信连接，以获取偏压调节指令；FPGA主芯片电路，与RS串口电路通信连接以获取偏压调节指令，用于生成初始时序信号、间接接收读出电路的输出信号；偏压提供电路，用于向读出电路提供偏压信号和电源电压信号；时序电路，与探针卡接口电路、FPGA主芯片电路均通信连接，用于向读出电路提供时序信号；电平转换电路，用于对读出电路的输出信号进行电平转换后传输给FPGA主芯片电路；CameraLink图像编码接口电路，与FPGA主芯片电路通信连接，以获取输出信号。本发明可对多种数字化红外读出晶圆进行测试。

Description

用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板及装置

技术领域

本发明涉及红外焦平面探测器读出电路晶圆测试领域，尤其涉及一种用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板及装置。

背景技术

红外焦平面探测器读出电路晶圆测试，是红外焦平面测试环节中的重要组成部分，只有对读出电路晶圆进行了准确测试，才可以挑选出合格的读出电路，以免将合格的红外器件与不合格读出电路进行倒装互联，降低芯片制备成品率。对读出电路晶圆进行了准确测试后，才可以交付有关工艺人员进行划片，把不合格读出电路进行去除。其测试结果的有无和准确性在很大程度上决定了红外焦平面芯片制备成品率的高低。

传统红外焦平面读出电路晶圆测试方法：根据读出电路PAD布局坐标，设计专用探针卡，将偏压和时序管脚连接到板卡背面，再利用至少1米长灰排线引出到通用驱动电路板上。当需要测试时，驱动电路板提供偏压和时序，并将晶圆输出阻抗变换后输出至采集卡成像，通过调节特殊偏压电压，判断晶圆成本率。具体测试原理图如图1所示，其中由于传统读出电路晶圆为模拟电平输出，也可以利用示波器来对模拟输出进行测量，简单判断晶圆合格率。但该方法和所用的设备只具备模拟输出型红外读出电路晶圆测试能力，不能对数字化读出电路晶圆测试，导致了研发的很多款数字化红外读出电路晶圆不具备成品率测试条件。

此外，互联器件后的导通率测试，也是测试环节中的重要部分，器件的互联导通率需成像后判断，是否需要重压。在传统红外焦平面探测器测试中，由于其输出为模拟电压，且读出电路的工作主频较低，10MHz以下，有成熟的红外焦平面探测器读出电路晶圆测试设备，可以对其功能进行测试。但是对于数字化红外焦平面探测器，由于其读出电路内部结构不同，像素级数字化有单路输出，并行十几路输出；列级数字化又是差分LVDS输出，这样的输出差异导致了市面上没有通用型数字化红外焦平面探测器读出电路晶圆测试设备。

发明内容

本发明实施例提供一种用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板及装置，用以解决现有技术中无法对数字化红外探测器读出晶圆的成品率进行测试的问题。

根据本发明实施例的用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板，包括：

探针卡接口电路，适于与所述读出电路通信连接；

RS串口电路，适于与上位机通信连接，以获取偏压调节指令；

FPGA主芯片电路，与所述RS串口电路通信连接以获取所述偏压调节指令，所述FPGA主芯片电路还用于生成初始时序信号、间接接收所述读出电路的输出信号；

偏压提供电路，与所述探针卡接口电路、所述FPGA主芯片电路均通信连接，所述偏压提供电路用于基于所述FPGA主芯片电路的控制通过所述探针卡接口电路向所述读出电路提供偏压信号，还用于通过探针卡接口电路向所述读出电路通信提供电源电压信号；

时序电路，与所述探针卡接口电路、所述FPGA主芯片电路均通信连接，所述时序电路用于调节所述初始时序信号并通过所述探针卡接口电路向所述读出电路提供时序信号；

电平转换电路，与探针卡接口电路、FPGA主芯片电路均通信连接，所述电平转换电路用于将所述读出电路的输出信号经电平转换后传输给所述FPGA主芯片电路；

CameraLink图像编码接口电路，与所述FPGA主芯片电路通信连接，以获取所述输出信号。

根据本发明的一些实施例，所述探针卡接口电路包括多个接口，所述多个接口包括并行多路输出接口、串行单路输出接口、以及LVDS多路输出接口。

根据本发明的一些实施例，所述RS串口电路包括串行通信接口。

根据本发明的一些实施例，所述FPGA主芯片电路包括Altera5C系列芯片。

根据本发明的一些实施例，所述FPGA主芯片电路包括：FPGA电源提供电路、FPGA配置电路、FPGA程序下载接口和RS422通信接口电路。

根据本发明的一些实施例，所述偏压提供电路包括：

固定偏压电路，与所述探针卡接口电路通信连接，所述固定偏压电路用于为所述读出电路通信提供电源电压信号；

可调偏压电路，与所述探针卡接口电路以及所述FPGA主芯片电路均通信连接，所述可调偏压电路用于基于所述FPGA主芯片电路的控制为所述读出电路通信提供偏压信号。

根据本发明的一些实施例，所述固定偏压电路包括LDO芯片；

所述可调偏压电路包括通信连接的DA芯片和运放，所述DA芯片与所述FPGA主芯片电路通信连接。

根据本发明的一些实施例，所述时序电路包括电平转换芯片，所述电平转换芯片用于对所述初始时序信号进行电平转换。

根据本发明的一些实施例，所述CameraLink图像编码接口电路包括：

编码芯片，与所述FPGA主芯片电路通信连接，所述编码芯片用于获取所述输出信号并将所述输出信号转换为Cameralink协议数据；

输出接插件，与所述编码芯片通信连接，所述输出接插件适于将所述Cameralink协议数据传递给计算机采集卡。

根据本发明实施例的用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的装置，包括：

电路板，为上述的用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板；

上位机，与所述电路板通信连接，所述上位机用于向所述电路板输出偏压调节指令；

计算机采集卡，与所述电路板通信连接，所述计算机采集卡用于获取所述电路板的Cameralink协议数据，以进行成像。

采用本发明实施例，可以给不同规格数字化红外焦平面读出电路提供偏压和时序，并利用板上FPGA主芯片电路对其输出进行协议变换，统一格式，利用Cameralink芯片编码传输给电脑端，进行成像测试，判决晶圆成品率和互联器件后导通率。通用型强，可针对不同种类，不同规格的数字化红外读出晶圆，调节方便，具有性价比高，易操作，可重复利用的工程价值。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术中红外读出电路晶圆测试的原理图；

图2为现有技术中对模拟型红外读出电路晶圆测试的示意图；

图3为本发明实施例的电路板应用于数字化红外读出电路晶圆测试的示意图；

图4为本发明实施例的电路板的原理框图；

图5为本发明实施例中探针卡接口电路与读出电路连接示意图；

图6为本发明实施例中FPGA主芯片电路接口图；

图7为本发明实施例中偏压提供电路中固定偏压电路与可调偏压电路分配示意图；

图8为本发明实施例中时序电路原理图；

图9为本发明实施例中FPGA主芯片电路输出信号示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图4所示，本发明实施例的用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板，主要由探针卡接口电路、FPGA主芯片电路、偏压提供电路、时序电路、电平转换电路、RS串口电路和CameraLink图像编码接口电路组成。

所述探针卡接口电路，为了保证足够的兼容性，由100个接口(其中包含GND)组成，不同的读出电路可以选择不同的接口，所述探针卡接口电路可以适用于多种读出电路，如并行多路输出形式、串行单路输出形式、以及LVDS多路输出形式等。所述探针卡接口电路可以为不同读出电路提供偏压信号和时序信号，并对读出电路的输出信号进行采集。

所述FPGA主芯片电路采用Altera5C系列芯片，资源充分，是电路板的核心部分。FPGA主芯片电路包含FPGA电源提供电路、FPGA配置电路、FPGA程序下载接口和RS422通信接口电路。FPGA主芯片电路具有可重复编程和外部通信控制功能。通过FPGA程序下载接口，针对不同的读出晶圆，可以适配不同的程序，实现状态的切换。由于针对不同的读出晶圆(即读出电路)，从探针卡接口电路中选择与读出电路适配的接口与读出电路进行连接，来适配并行多路输出或者LVDS输出模式进行采集以获得输出信号，输出信号在FPGA主芯片电路内部进行转换后打包传输给Cameralink图像编码接口电路。FPGA主芯片电路还可以为读出电路提供初始时序信号和偏压调节功能。

所述偏压提供电路，包含固定偏压电路和可调偏压电路两部分。固定偏压电路主要用来提供给读出晶圆的电源，用LDO芯片来完成。可调偏压电路用DA芯片和运放来完成，且DA芯片与FPGA主芯片电路通信连接，以达到偏压信号调节功能。

所述时序电路经过电平转换芯片将FPGA主芯片电路提供的初始时序信号进行输出给探针卡接口电路，再提供给读出晶圆。所述时序电路核心是要具备电平转换功能，以兼容不同输出电平标准的读出晶圆。

电平转换电路，与探针卡接口电路、FPGA主芯片电路均通信连接，电平转换电路用于将读出电路的输出信号进行电平转换后传输给FPGA主芯片电路；

所述RS串口电路为串行通信接口，主要用于上位机控制电路板，通过指令调节偏压。

所述CameraLink图像编码接口电路由编码芯片和输出接插件组成，可对FPGA主芯片电路的输出信号进行编码，转换成Cameralink协议数据进行输出。最后通过标准电缆与计算机采集卡相连接，进行成像。

本发明实施例的电路板为一种通用型数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板。本发明实施例的用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板，可以用于多种数字化红外读出电路晶圆测试。

图2为现有技术中模拟型红外读出电路晶圆测试的示意图。如图2所示，电路板在对模拟型红外读出电路晶圆测试，需要对读出晶圆输出的模拟电平进行阻抗变换接入信号采集板卡，进行成像。图3为本发明实施例的电路板应用于数字化红外读出电路晶圆测试的示意图。如图3所示，本发明实施例的电路板能提供不同幅值偏压，和不同高电平时序信号，将不同规格、不同输出形式读出信号，通过一块FPGA主芯片电路后，转换成统一的CameraLink图像输出格式，提供给计算机采集卡，进行成像。在测试中，通过调节某些特定偏压，就可以对读出晶圆进行成像测试，从而判定此晶圆成品率。此发明装置，通用型强，可针对不同种类，不同规格的红外读出晶圆，调节方便，具有性价比高，易操作，可重复利用的工程价值。

本发明实施例的优点和积极效果在于：

本发明通过采用FPGA主芯片电路和CameraLink图像编码接口电路，并利用合理的接插件布局，既可以针对像素级并行输出形式读出晶圆，也可针对列级串行输出形式读出晶圆进行测试；将不同的输出形式转换为统一的Cameralink输出，做到后端只需要一台带有CameraLink采集卡的计算机，就可以成像。设计具有布局紧凑，抗干扰能力强、电源防接反、过流保护，接口简单等优点。同时由于可重复擦写主芯片程序且偏压可调，保证了可针对不同规格和不同输出位数的红外探测器都可以进行转换输出，此外还可以做到对输出同步时钟频率可调。而且具有一定的通用性，可以针对不同类型的传感器，只需输出形式是并行多路形式或者LVDS串行形式输出，都可以进行数据采集，而且可输出CameraLink标准图像数据，用来完成各方面的应用，具有产品化量产能力。

下面参照图4-图9以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

如图4所示，本发明实施例的用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板主要包括：探针卡接口电路、FPGA主芯片电路、偏压提供电路、时序电路、电平转换电路、RS串口电路和CameraLink图像编码接口电路。时序电路包括电平转换芯片。

探针卡接口电路是针对每一款读出晶圆定制而来，数字化红外读出电路晶圆测试电路利用3个双排直插接插件与探针卡接口电路相连时，电源电压信号，时序信号，偏压信号，输出信号一一匹配连接。电路板提供读出晶圆合适的电源电压，偏置电压和时序信号，不同读出晶圆的输出信号(既可以是并行多路输出形式，也可以是串行单路输出形式或LVDS多路输出)经过电平转换芯片后进入FPGA主芯片电路进行拼接，统一打包成CameraLink图像传输协议数据进行输出。在此过程中，通过RS串口电路与FPGA主芯片电路进行通信，以调节时序信号和偏置电压。CameraLink图像编码接口电路连接电缆就可以与计算机采集卡连接，在电脑上显示成像，通过图像来判断晶圆成品率和互联导通后器件连通率。

具体的，如图5所示，数字化红外读出电路晶圆测试电路(即读出晶圆)通过3个双排直插接插件与探针卡接口电路进行连接，上下两个接插件是30针，右侧接插件40针。上30针接插件可以用来给读出晶圆提供电源电压信号、偏置电压信号和GND。右侧40针接插件可以与列级数字化晶圆进行LVDS接口连接，另外提供几路双向时序信号和固定电源电压。下30针接插件可以与列级数字化或串行数字化读出晶圆进行连接，另外提供几路固定电源电压和GND。上述100个针灵活使用，可以满足目前已知的数字化读出晶圆连接，提供电源、偏压、时序，并对晶圆输出与电平转换电路连接。

如图6所示，FPGA主芯片电路可以经过电平转换芯片与读出晶圆进行双方向信号传输，提供合适电平的时序信号，并将读出晶圆的输出信号经电平转换芯片后输送至FPGA主芯片电路。此外，通过RS串口电路可以满足上位机与FPGA主芯片电路之间的通信功能，发送一些指令可以调节时序信号和偏置电压值。FPGA主芯片电路连接DA芯片来调节读出晶圆的偏置电压。

如图7所示，偏压提供电路包含固定偏压电路和可调偏压电路两部分，固定偏压电路可以提供1.2V、1.8V和3.3V三种电压，全部使用LDO芯片，可提供低噪声，高稳态且驱动电流最大为500mA的电源。可调偏压电路通过DA芯片实现，调节端用FPGA主芯片电路发送串行数据来调，输出端加一级运放，提高偏压驱动能力。

如图8所示，时序电路主要涉及MC、INT和DATAVALID等读出晶圆工作所需的数字信号，由于电路板需要兼容不同规格和不同电源电压的晶圆，所以FPGA主芯片电路与读出晶圆之间有一个电平转换芯片，负责在FPGA主芯片电路端3.3V与读出晶圆端1.2、1.8和3.3V之间进行转换，只需要将电平转换芯片端电源电压进行更改即可。

电平转换电路，与探针卡接口电路、FPGA主芯片电路均通信连接，电平转换电路用于将读出电路的输出信号进行电平转换后传输给FPGA主芯片电路。

如图9所示，FPGA主芯片电路输出28个数据信号和1个同步时钟，传输给DS285编码芯片，该芯片可以对RGB24BIT或16BIT灰度图像进行编码，最后打包成4对差分数据和1对差分时钟信号。后端为了方便从探针台引出，预留长线孔位，便于将接插件单甩。

本发明实施例的用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板工作过程：通过电路板上三组双排直插接插件与探针卡进行连接，对FPGA主芯片电路进行程序编写，提供读出晶圆匹配的电源电压信号、偏置电压信号和时序信号。此时读出晶圆正常工作，将生成的输出信号由接插件传输至电路板上，经电平转换后进入FPGA主芯片电路。然后根据协议将数据进行拼接打包，变为Cameralink图像数据经电缆传输至电脑端成像。测试过程中，可以变换主频，积分时间等时序信号，也可以调节偏置电压，使得成像图上有一定变化，从而得出读出晶圆成品率和互联器件后导通率测试结果。

需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板，其特征在于，包括：

探针卡接口电路，适于与所述读出电路通信连接；

RS串口电路，适于与上位机通信连接，以获取偏压调节指令；

FPGA主芯片电路，与所述RS串口电路通信连接以获取所述偏压调节指令，所述FPGA主芯片电路还用于生成初始时序信号、间接接收所述读出电路的输出信号；

偏压提供电路，与所述探针卡接口电路、所述FPGA主芯片电路均通信连接，所述偏压提供电路用于基于所述FPGA主芯片电路的控制通过所述探针卡接口电路向所述读出电路提供偏压信号，还用于通过探针卡接口电路向所述读出电路通信提供电源电压信号；

时序电路，与所述探针卡接口电路、所述FPGA主芯片电路均通信连接，所述时序电路用于调节所述初始时序信号并通过所述探针卡接口电路向所述读出电路提供时序信号；

电平转换电路，与所述探针卡接口电路、所述FPGA主芯片电路均通信连接，所述电平转换电路用于将所述读出电路的输出信号进行电平转换后传输给所述FPGA主芯片电路；

CameraLink图像编码接口电路，与所述FPGA主芯片电路通信连接，以获取所述输出信号。

2.如权利要求1所述的用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板，其特征在于，所述探针卡接口电路包括多个接口，所述多个接口包括并行多路输出接口、串行单路输出接口、以及LVDS多路输出接口。

3.如权利要求1所述的用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板，其特征在于，所述RS串口电路包括串行通信接口。

4.如权利要求1所述的用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板，其特征在于，所述FPGA主芯片电路包括Altera 5C系列芯片。

5.如权利要求4所述的用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板，其特征在于，所述FPGA主芯片电路包括：FPGA电源提供电路、FPGA配置电路、FPGA程序下载接口和RS422通信接口电路。

6.如权利要求1所述的用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板，其特征在于，所述偏压提供电路包括：

固定偏压电路，与所述探针卡接口电路通信连接，所述固定偏压电路用于为所述读出电路通信提供电源电压信号；

可调偏压电路，与所述探针卡接口电路以及所述FPGA主芯片电路均通信连接，所述可调偏压电路用于基于所述FPGA主芯片电路的控制为所述读出电路通信提供偏压信号。

7.如权利要求6所述的用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板，其特征在于，所述固定偏压电路包括LDO芯片；

所述可调偏压电路包括通信连接的DA芯片和运放，所述DA芯片与所述FPGA主芯片电路通信连接。

8.如权利要求1所述的用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板，其特征在于，所述时序电路包括电平转换芯片，所述电平转换芯片用于对所述初始时序信号进行电平转换。

9.如权利要求1所述的用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板，其特征在于，所述CameraLink图像编码接口电路包括：

编码芯片，与所述FPGA主芯片电路通信连接，所述编码芯片用于获取所述输出信号并将所述输出信号转换为Cameralink协议数据；

输出接插件，与所述编码芯片通信连接，所述输出接插件适于将所述Cameralink协议数据传递给计算机采集卡。

10.一种用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的装置，其特征在于，包括：

电路板，为根据权利要求1-9中任一项所述的用于数字化红外探测器读出电路晶圆测试的电路板；

上位机，与所述电路板通信连接，所述上位机用于向所述电路板输出偏压调节指令；

计算机采集卡，与所述电路板通信连接，所述计算机采集卡用于获取所述电路板的Cameralink协议数据，以进行成像。

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