CN113589139A - 基于tof芯片晶圆的图像测试系统、方法 - Google Patents

基于tof芯片晶圆的图像测试系统、方法 Download PDF

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Abstract

本方案涉及一种基于TOF芯片晶圆的图像测试系统、方法。所述系统包括：测试头、光源系统、中控单元、探针卡、被测TOF芯片晶圆；测试头中连接有图像采集及激光驱动模块化(ICLD)板卡；探针卡与被测TOF芯片晶圆相连；探针卡与中控单元连接，且中控单元与测试头连接；ICLD板卡与光源系统连接；板卡内置可编程门阵列，可编程门阵列驱动光源系统产生光源；光源照射在被测TOF芯片晶圆上，探针卡采集图像数据，由可编程门阵列内部缓存，并将图像数据缓存在ICLD板卡中；ICLD板卡将图像数据传输至测试头中进行图像测试，得到测试结果。通过在测试头中连接ICLD板卡采集图像数据，并传输至测试头中进行图像测试，降低了图像测试的成本。

Description

基于TOF芯片晶圆的图像测试系统、方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种基于TOF芯片晶圆的图像测试系统、方法。
背景技术
随着3D市场的打开与普及，3D传感技术也逐步走进了公众视线，当下，主流到的3D传感技术主要包括TOF技术，TOF主要基于飞行时间测距原理。TOF(Time of Flight)技术是通过向被测物体发射红外光源，光波被物体反射回来后，被传感器收集，系统通过计算接收光波的脉冲差或时间差，从而计算被测物体与相机间的距离。由于半导体技术的发展，芯片晶圆的测试方式逐步完善，而TOF技术是比较新的技术，对TOF芯片的晶圆测试刻不容缓。TOF芯片主要是通过采集物体的深度信息，从而形成图像，因此，对TOF芯片的晶圆测试最重要的就是图像测试。目前测试设备的主流厂商基本都是采用基于二维图像传感芯片CIS芯片测试系统进行改造来对TOF晶圆进行测试。
然而，传统的图像测试方法由于硬件结构复杂，部署难度大，存在功能冗余大，成本高的问题。
发明内容
基于此，为了解决上述技术问题，提供一种基于TOF芯片晶圆的图像测试系统、方法，可以降低图像测试的成本。
一种基于TOF芯片晶圆的图像测试系统，所述系统包括：测试头、光源系统、中控单元、探针卡、被测TOF芯片晶圆；所述测试头中连接有图像采集及激光驱动模块化板卡；
所述探针卡上设置有若干接点，每个所述接点分别与所述被测TOF芯片晶圆上的不同位置相连；所述探针卡与所述中控单元连接，且所述中控单元与所述测试头连接；
所述图像采集及激光驱动模块化板卡与光源系统连接；所述图像采集及激光驱动模块化板卡中内置有可编程门阵列，所述可编程门阵列通过接口配置所述光源系统，并驱动所述光源系统产生光源；产生的所述光源照射在所述被测TOF芯片晶圆上，所述探针卡采集图像数据，通过所述中控单元传输至所述可编程门阵列内部缓存，并将所述图像数据缓存在所述图像采集及激光驱动模块化板卡中；
所述图像采集及激光驱动模块化板卡通过接口将所述图像数据传输至所述测试头中；所述中控单元控制所述测试头进行图像测试，并得到测试结果。
在其中一个实施例中，所述可编程门阵列通过MIPI接口接收所述图像数据。
在其中一个实施例中，所述可编程门阵列与所述MIPI接口之间连接有桥接芯片；当所述MIPI接口接收所述图像数据后，通过所述桥接芯片将所述MIPI接口转化为LVDS接口，并将所述图像数据对应的MIPI信号转化为LVDS信号，传输至所述可编程门阵列。
在其中一个实施例中，所述图像采集及激光驱动模块化板卡通过PCIE接口将所述图像数据传输至所述测试头中。
在其中一个实施例中，所述图像采集及激光驱动模块化板卡将所述图像数据划分为4路数据，所述4路数据通过光纤接入4个光口转PCIE接口传输至所述测试头中。
在其中一个实施例中，所述探针卡上部安装有驱动板卡，且所述驱动板卡与所述光源系统连接；所述驱动板卡上设置有数模转换器，通过所述数模转换器调节加在所述光源系统上的电压来调节电流，控制所述光源系统产生光源的强度。
在其中一个实施例中，所述光源系统产生的光源包括直流光、调制光。
在其中一个实施例中，当所述光源系统产生的光源为所述直流光时，所述图像采集及激光驱动模块化板卡通过接口将所述图像数据传输至所述测试头中进行静态图像测试。
在其中一个实施例中，当所述光源系统产生的光源为所述调制光时，所述图像采集及激光驱动模块化板卡通过接口将所述图像数据传输至所述测试头中进行动态图像测试。
一种基于TOF芯片晶圆的图像测试方法，所述方法包括：
在探针卡上设置有若干接点，每个所述接点分别与被测TOF芯片晶圆上的不同位置相连；将所述探针卡与中控单元连接，且所述中控单元与测试头连接；
在所述测试头中连接图像采集及激光驱动模块化板卡；将图像采集及激光驱动模块化板卡与光源系统连接；在所述图像采集及激光驱动模块化板卡中内置可编程门阵列，所述可编程门阵列通过接口配置所述光源系统，并驱动所述光源系统产生光源；产生的所述光源照射在所述被测TOF芯片晶圆上，所述探针卡采集图像数据，通过所述中控单元传输至所述可编程门阵列内部缓存，并将所述图像数据缓存在所述图像采集及激光驱动模块化板卡中；
所述图像采集及激光驱动模块化板卡通过接口将所述图像数据传输至所述测试头中；所述中控单元控制所述测试头进行图像测试，并得到测试结果。
上述基于TOF芯片晶圆的图像测试系统、方法，所述系统包括：测试头、光源系统、中控单元、探针卡、被测TOF芯片晶圆；所述测试头中连接有图像采集及激光驱动模块化板卡；所述探针卡上设置有若干接点，每个所述接点分别与所述被测TOF芯片晶圆上的不同位置相连；所述探针卡与所述中控单元连接，且所述中控单元与所述测试头连接；所述图像采集及激光驱动模块化板卡与光源系统连接；所述图像采集及激光驱动模块化板卡中内置有可编程门阵列，所述可编程门阵列通过接口配置所述光源系统，并驱动所述光源系统产生光源；产生的所述光源照射在所述被测TOF芯片晶圆上，所述探针卡采集图像数据，通过所述中控单元传输至所述可编程门阵列内部缓存，并将所述图像数据缓存在所述图像采集及激光驱动模块化板卡中；所述图像采集及激光驱动模块化板卡通过接口将所述图像数据传输至所述测试头中；所述中控单元控制所述测试头进行图像测试，并得到测试结果。通过在测试头中连接图像采集及激光驱动模块化板卡采集图像数据，并将图像数据传输至测试头中进行图像测试，降低了图像测试的成本；由于图像采集及激光驱动模块化板卡是可插拔的，提高了图像测试的灵活性。
附图说明
图1为一个实施例中基于TOF芯片晶圆的图像测试系统的结构框图；
图2为一个实施例中MIPID和FPGA之间的接口示意图；
图3为一个实施例中MIPI到FPGA的桥接示意图；
图4为一个实施例中LVDS接收数据的解串框图；
图5为一个实施例中图像采集及激光驱动模块化板卡内部结构示意图；
图6为一个实施例中图像采集及激光驱动模块化板卡与待测die之间的连接关系的示意图；
图7为一个实施例中基于TOF芯片晶圆的图像测试方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，本发明提供的一种基于TOF芯片晶圆的图像测试系统，主要包括：测试头100、光源系统200、中控单元300、探针卡400、被测TOF芯片晶圆500；测试头100中连接有图像采集及激光驱动模块化板卡110。
其中，测试头100上可以设置有若干卡槽，每个卡槽分别插接有不同功能的板卡。在本实施例中，测试头100上的一个卡槽中可以插入有图像采集及激光驱动模块化板卡110，即测试头100中连接有图像采集及激光驱动模块化板卡110。
光源系统200可以与图像采集及激光驱动模块化板卡110连接，光源系统200可以用于产生光源。图像采集及激光驱动模块化板卡110中可以内置有可编程门阵列FPGA，可编程门阵列FPGA可以通过接口配置光源系统200，进而驱动光源系统200产生光源。在本实施例中，光源系统200可以包括顶部直流光源、匀光板、半透半反镜、底部脉冲光源，且光源系统200可以设置在被测TOF芯片晶圆500上方。可编程门阵列FPGA驱动光源系统200产生光源后，光源可以照射在被测TOF芯片晶圆500上，探针卡400可以通过被测TOF芯片晶圆500采集图像数据。其中，探针卡400上可以设置有若干个接点，且每个接点分别与被测TOF芯片晶圆500上的不同位置相连。在本实施例中，探针卡400可以与中控单元300连接，中控单元300可以与测试头100连接。探针卡400采集到图像数据后，可以通过中控单元300将图像数据传输到可编程门阵列内部缓存，同时，图像数据还可以在图像采集及激光驱动模块化板卡110中的内存DDR中进行缓存。
其中，光源系统200可以使用VCSEL驱动器拟使用IC-HG驱动芯片，一个VCSEL对应一个IC-HG驱动。驱动板卡可以安装在探针卡上面，方便更换和拆装；探针卡设计时候留有镂空区域，以方便激光射出照在待测die上，针对不同的待测芯片，驱动板卡可以进行相应的更换。同时，为了满足多个die并行测试，多个VCSEL之间会做对应的光隔离，隔离机构可以在探针卡上面完成，以减小多个die之间并行测试之间的相互干扰。
图像采集及激光驱动模块化板卡110中缓存有图像数据，在进行图像测试时，图像采集及激光驱动模块化板卡110可以通过传输接口将图像数据传输到测试头100进行图像测试。具体的，中控单元300可以控制测试头100进行图像测试，并得到图像测试结果。
其中，提供的一种基于TOF芯片晶圆的图像测试系统还可以包括电源600，用于为整个系统供电。
在本实施例中，提供的一种基于TOF芯片晶圆的图像测试系统包括：测试头100、光源系统200、中控单元300、探针卡400、被测TOF芯片晶圆500；测试头100中连接有图像采集及激光驱动模块化板卡110；探针卡400上设置有若干接点，每个接点分别与被测TOF芯片晶圆500上的不同位置相连；探针卡400与中控单元300连接，且中控单元300与测试头100连接；图像采集及激光驱动模块化板卡110与光源系统200连接；图像采集及激光驱动模块化板卡110中内置有可编程门阵列，可编程门阵列通过接口配置光源系统200，并驱动光源系统200产生光源；产生的光源照射在被测TOF芯片晶圆500上，探针卡400采集图像数据，通过中控单元300传输至可编程门阵列内部缓存，并将图像数据缓存在图像采集及激光驱动模块化板卡110中；图像采集及激光驱动模块化板卡110通过接口将图像数据传输至测试头100中；中控单元300控制测试头100进行图像测试，并得到测试结果。通过在测试头100中连接图像采集及激光驱动模块化板卡110采集图像数据，并将图像数据传输至测试头100中进行图像测试，降低了图像测试的成本；由于图像采集及激光驱动模块化板卡110是可插拔的，提高了图像测试的灵活性。
在一个实施例中，可编程门阵列通过MIPI接口接收图像数据。
在一个实施例中，如图2所示，可编程门阵列与MIPI接口之间连接有桥接芯片；当MIPI接口接收图像数据后，通过桥接芯片将MIPI接口转化为LVDS接口，并将图像数据对应的MIPI信号转化为LVDS信号，传输至可编程门阵列。
具体的，如图3所示，可编程门阵列FPGA与MIPI接口之间可以通过桥接芯片进行转接，将MIPI信号转化为LVDS信号。将MIPI接口转化为LVDS接口后，LVDS接口中每条数据线可以传输7比特的数据，数据接收如图4所示，通过对LVDS信号进行处理，可以得到图像数据。
在一个实施例中，图像采集及激光驱动模块化板卡内部结构如图5所示，图像采集及激光驱动模块化板卡通过PCIE接口将图像数据传输至测试头中。具体的，图像采集及激光驱动模块化板卡中的可编程门阵列FPGA通过SPI/IO/LVDS配置光源系统，发出光信号，然后通过MIPI/LVDS接口采集图像数据，经过FPGA内部缓存，ICLD板上的DDR缓存，最后通过万兆光纤网络，以PCIE接口发送给测试头。
在一个实施例中，图像采集及激光驱动模块化板卡将图像数据划分为4路数据，4路数据通过光纤接入4个光口转PCIE接口传输至测试头中。具体的，MIPI/LVDS的图像输入信号，通过FPGA内部SRAM进行缓存，再通过DDR memory保持图像数据，通过FPGA控制可以将图像数据读出，并发给数据通路，数据通路采用万兆以太网方案实现，4路数据通过光纤接入4个光口转PCIE的板卡，板卡接入上位工作站，其中，图像采集及激光驱动模块化板卡与待测die之间的连接关系如图6所示。
在本实施例中，图像传输速度可以是为150MBps＝150*8Mbps＝1.2Gbps，外部DDR采用64bit数据位宽，传输速度约为1.2G/64＝18.75Mbps，也就是时钟频率超过20M即可(如果选择位宽为32bit的DDR，则时钟频率40M即可)；考虑到传输损耗和同时写入和读出，风险可控。
假设sensor图像数据量为150MB＝150M*8＝1.2Gbit/s，考虑到以太网帧格式中，有包头，CRC校验等附加信息，约有20byte，一个数据库最多可以传输1500Byte，按照1000Byte计算，额外附加数据约有2％，在Phy中有8-10bit编码或者64-66bit编码，附加最多约为25％，全部计算在一起按照30％附加数据计算，那么1.2G*130％＝1.56Gbit/s，单路光纤3Gbps完全满足。以四个die同时测试情况为例，那么在工作站一侧接受数据大约为每秒1.56*4＝6.24Gbit，对于pcie来说，也可以承受。本实施例中提供的图像采集及激光驱动模块化板卡的pcie的速度为40Gbps，可以满足图像数据的传输。
在一个实施例中，探针卡上部安装有驱动板卡，且驱动板卡与光源系统连接；驱动板卡上设置有数模转换器，通过数模转换器调节加在光源系统上的电压来调节电流，控制光源系统产生光源的强度。
在一个实施例中，光源系统产生的光源包括直流光、调制光。其中，驱动板卡可以通过LVDS信号来控制光源系统产生直流光和调制光二种模式。
在一个实施例中，当光源系统产生的光源为直流光时，图像采集及激光驱动模块化板卡通过接口将图像数据传输至测试头中进行静态图像测试。具体的，测试头中还连接有DPS板卡、DM板卡；DPS板卡给被测TOF芯片晶圆供电，DM板卡给被测TOF芯片晶圆数字管脚(IO/IIC/SPI)进行配置或者通讯，ICLD板卡驱动VCSEL激光，发直流光，通过MIPI/LVDS接口采集图像数据到测试头，进行静态图像测试分析。
在一个实施例中，当光源系统产生的光源为调制光时，图像采集及激光驱动模块化板卡通过接口将图像数据传输至测试头中进行动态图像测试。具体的，DPS板卡给被测TOF芯片晶圆供电，DM板卡给被测TOF芯片晶圆数字管脚(IO/IIC/SPI)进行配置或者通讯，ICLD板卡驱动VCSEL激光，发调制光，通过MIPI/LVDS接口采集图像数据到测试头，进行动态图像测试分析。
一个实施例中，如图7所示，提供了一种基于TOF芯片晶圆的图像测试方法，包括以下步骤：
步骤702，在探针卡上设置有若干接点，每个接点分别与被测TOF芯片晶圆上的不同位置相连；将探针卡与中控单元连接，且中控单元与测试头连接；
步骤704，在测试头中连接图像采集及激光驱动模块化板卡；将图像采集及激光驱动模块化板卡与光源系统连接；在图像采集及激光驱动模块化板卡中内置可编程门阵列，可编程门阵列通过接口配置光源系统，并驱动光源系统产生光源；产生的光源照射在被测TOF芯片晶圆上，探针卡采集图像数据，通过中控单元传输至可编程门阵列内部缓存，并将图像数据缓存在图像采集及激光驱动模块化板卡中；
步骤706，图像采集及激光驱动模块化板卡通过接口将图像数据传输至测试头中；中控单元控制测试头进行图像测试，并得到测试结果。
在一个实施例中，提供的一种基于TOF芯片晶圆的图像测试方法还可以包括通过MIPI接口接收图像数据的过程，具体过程包括：在可编程门阵列上设置MIPI接口，并通过MIPI接口接收图像数据。
在一个实施例中，提供的一种基于TOF芯片晶圆的图像测试方法还可以包括将图像数据传输至可编程门阵列的过程，具体过程包括：在可编程门阵列与MIPI接口之间连接桥接芯片；当MIPI接口接收图像数据后，通过桥接芯片将MIPI接口转化为LVDS接口，并将图像数据对应的MIPI信号转化为LVDS信号，传输至可编程门阵列。
在一个实施例中，提供的一种基于TOF芯片晶圆的图像测试方法还可以包括将图像数据传输至测试头中的过程，具体过程包括：图像采集及激光驱动模块化板卡通过PCIE接口将图像数据传输至测试头中。
在一个实施例中，提供的一种基于TOF芯片晶圆的图像测试方法还可以包括通过光纤传输图像数据的过程，具体过程包括：图像采集及激光驱动模块化板卡将图像数据划分为4路数据，4路数据通过光纤接入4个光口转PCIE接口传输至测试头中。
在一个实施例中，提供的一种基于TOF芯片晶圆的图像测试方法还可以包括控制光源强度的过程，具体过程包括：探针卡上部安装有驱动板卡，且驱动板卡与光源系统连接；驱动板卡上设置有数模转换器，通过数模转换器调节加在光源系统上的电压来调节电流，控制光源系统产生光源的强度。
在一个实施例中，提供的一种基于TOF芯片晶圆的图像测试方法还可以包括进行静态图像测试的过程，具体过程包括：当光源系统产生的光源为直流光时，图像采集及激光驱动模块化板卡通过接口将图像数据传输至测试头中进行静态图像测试。
在一个实施例中，提供的一种基于TOF芯片晶圆的图像测试方法还可以包括进行动态图像测试的过程，具体过程包括：当光源系统产生的光源为调制光时，图像采集及激光驱动模块化板卡通过接口将图像数据传输至测试头中进行动态图像测试。
应该理解的是，虽然上述流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，上述流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于TOF芯片晶圆的图像测试系统，其特征在于，所述系统包括：测试头、光源系统、中控单元、探针卡、被测TOF芯片晶圆；所述测试头中连接有图像采集及激光驱动模块化板卡；
所述探针卡上设置有若干接点，每个所述接点分别与所述被测TOF芯片晶圆上的不同位置相连；所述探针卡与所述中控单元连接，且所述中控单元与所述测试头连接；
所述图像采集及激光驱动模块化板卡与光源系统连接；所述图像采集及激光驱动模块化板卡中内置有可编程门阵列，所述可编程门阵列通过接口配置所述光源系统，并驱动所述光源系统产生光源；产生的所述光源照射在所述被测TOF芯片晶圆上，所述探针卡采集图像数据，通过所述中控单元传输至所述可编程门阵列内部缓存，并将所述图像数据缓存在所述图像采集及激光驱动模块化板卡中；
所述图像采集及激光驱动模块化板卡通过接口将所述图像数据传输至所述测试头中；所述中控单元控制所述测试头进行图像测试，并得到测试结果。
2.根据权利要求1所述的基于TOF芯片晶圆的图像测试系统，其特征在于，所述可编程门阵列通过MIPI接口接收所述图像数据。
3.根据权利要求2所述的基于TOF芯片晶圆的图像测试系统，其特征在于，所述可编程门阵列与所述MIPI接口之间连接有桥接芯片；当所述MIPI接口接收所述图像数据后，通过所述桥接芯片将所述MIPI接口转化为LVDS接口，并将所述图像数据对应的MIPI信号转化为LVDS信号，传输至所述可编程门阵列。
4.根据权利要求1所述的基于TOF芯片晶圆的图像测试系统，其特征在于，所述图像采集及激光驱动模块化板卡通过PCIE接口将所述图像数据传输至所述测试头中。
5.根据权利要求4所述的基于TOF芯片晶圆的图像测试系统，其特征在于，所述图像采集及激光驱动模块化板卡将所述图像数据划分为4路数据，所述4路数据通过光纤接入4个光口转PCIE接口传输至所述测试头中。
6.根据权利要求1所述的基于TOF芯片晶圆的图像测试系统，其特征在于，所述探针卡上部安装有驱动板卡，且所述驱动板卡与所述光源系统连接；所述驱动板卡上设置有数模转换器，通过所述数模转换器调节加在所述光源系统上的电压来调节电流，控制所述光源系统产生光源的强度。
7.根据权利要求1所述的基于TOF芯片晶圆的图像测试系统，其特征在于，所述光源系统产生的光源包括直流光、调制光。
8.根据权利要求7所述的基于TOF芯片晶圆的图像测试系统，其特征在于，当所述光源系统产生的光源为所述直流光时，所述图像采集及激光驱动模块化板卡通过接口将所述图像数据传输至所述测试头中进行静态图像测试。
9.根据权利要求7所述的基于TOF芯片晶圆的图像测试系统，其特征在于，当所述光源系统产生的光源为所述调制光时，所述图像采集及激光驱动模块化板卡通过接口将所述图像数据传输至所述测试头中进行动态图像测试。
10.一种基于TOF芯片晶圆的图像测试方法，其特征在于，所述方法包括：
在探针卡上设置有若干接点，每个所述接点分别与被测TOF芯片晶圆上的不同位置相连；将所述探针卡与中控单元连接，且所述中控单元与测试头连接；
在所述测试头中连接图像采集及激光驱动模块化板卡；将图像采集及激光驱动模块化板卡与光源系统连接；在所述图像采集及激光驱动模块化板卡中内置可编程门阵列，所述可编程门阵列通过接口配置所述光源系统，并驱动所述光源系统产生光源；产生的所述光源照射在所述被测TOF芯片晶圆上，所述探针卡采集图像数据，通过所述中控单元传输至所述可编程门阵列内部缓存，并将所述图像数据缓存在所述图像采集及激光驱动模块化板卡中；
所述图像采集及激光驱动模块化板卡通过接口将所述图像数据传输至所述测试头中；所述中控单元控制所述测试头进行图像测试，并得到测试结果。
CN202110804949.7A 2021-07-16 2021-07-16 基于tof芯片晶圆的图像测试系统、方法 Pending CN113589139A (zh)

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