CN114256730B - 芯片测试装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种芯片测试装置，集成驱动电源和探针卡，可以实现对高功率、窄脉宽的激光芯片的性能测试评估。该芯片测试装置包括：驱动电源；探针卡PCB，探针卡PCB与驱动电源的PCBA连接；探针正极，探针正极通过第一介质与探针卡PCB连接，探针正极的后端与驱动电源的PCBA的上表面连接；探针负极，探针负极通过第一介质与探针卡PCB连接，探针负极的后端与驱动电源的PCBA的下表面连接。
Description
技术领域
本申请涉及光通信领域，并且更具体地，涉及一种芯片测试装置。
背景技术
随着激光雷达在无人驾驶和测绘领域的发展，要求脉冲半导体激光器具有短脉冲和高功率。脉冲半导体激光器是激光雷达应用飞行时间(time of flight，TOF)技术的核心器件之一，要求脉冲通常为十几纳秒、峰值功率大于一百瓦。
在制造上述脉冲半导体激光器的过程中，需要相应的测试系统来测试评估该芯片的性能。目前的大多数厂家采用小电流、长脉冲的电流驱动激光芯片测试系统来评估芯片的性能，例如普通的光-驱动电流-电压(light current voltage，LIV)激光芯片测试系统的脉冲驱动电流是由电源量测单元(source meter unit，SMU)提供，通过电缆线连接SMU和探针卡，最后通过探针传输给待测激光芯片，这种测试系统对于测试小电流、宽脉冲(例如电流小于5A、脉宽大于100μs)的激光芯片是可行的，但是不适合用于测试大电流、窄脉冲(例如电流大于40A、脉宽小于50ns)的激光芯片的性能。现有的另一种激光芯片测试系统的脉冲驱动电流通过卡缘(card edge)连接器连接的连接头、探针卡的印刷电路板(printedcircuit board，PCB)上的传输线和探针到达待测激光芯片，脉冲驱动电流传输距离大幅度降低，但是其距离依然大于10cm，导致上升时间大于50ns，只能用于测试脉冲大于150ns的激光芯片。
发明内容
本申请提供一种芯片测试装置，集成驱动电源和探针卡，可以实现对高功率、窄脉宽的激光芯片的性能测试评估。
第一方面，提供一种芯片测试装置，该芯片测试装置包括：驱动电源；探针卡PCB，探针卡PCB与驱动电源的PCBA连接；探针正极，探针正极通过第一介质与探针卡PCB连接，探针正极的后端与驱动电源的PCBA的上表面连接；探针负极，探针负极通过第一介质与探针卡PCB连接，探针负极的后端与驱动电源的PCBA的下表面连接。
本申请实施例的芯片测试装置，通过提供大电流、窄脉宽的驱动电源，可以实现对高功率、窄脉宽的激光芯片的性能测试评估。探针卡PCB与驱动电源的PCBA连接，使得驱动电流可以直接从驱动电源通过探针到达待测激光芯片，缩短了电流的传输距离，降低了电流的上升时间，使得脉冲电流具有更窄的脉宽，从而有益于对高功率、窄脉宽的激光芯片的性能测试评估。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，探针正极包括探针正极第一部分和探针正极第二部分，探针正极第一部分和探针正极第二部分悬臂连接，探针正极第二部分为第一金属片，第一金属片的前端通过第一介质与探针卡PCB连接，第一金属片的后端与驱动电源的PCBA的上表面连接。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，探针负极包括探针负极第一部分和探针负极第二部分，探针负极第一部分和探针负极第二部分悬臂连接，探针负极第二部分为第二金属片，第二金属片的前端通过第一介质与探针卡PCB连接，第二金属片的后端与驱动电源的PCBA的下表面连接。
探针正极和探针负极的第二部分采用金属片，通过增大面积而增大电容，从而降低了电流的上升时间。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，驱动电源的PCBA包括正极焊点和负极焊点，探针正极的后端焊接在驱动电源的PCBA的正极焊点上，探针负极的后端焊接在驱动电源的PCBA的负极焊点上。
探针与驱动电源的PCBA通过焊接的方式直接连接，使得驱动电流可以直接从驱动电源通过探针到达待测激光芯片，缩短了电流的传输距离，降低了电流的上升时间。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，探针正极和探针负极之间填充绝缘介电材料。
探针正极和探针负极之间填充绝缘介电材料，使得探针正负极和绝缘介电材料组成脉冲电流信号微带线传输结构，有利于驱动电流的快速传输，从而降低了电流的上升时间。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，探针卡PCB与驱动电源的PCBA连接，包括：探针卡PCB固定在驱动电源的PCBA的上表面，或者，探针卡PCB与驱动电源的PCBA固定在同一底座上。
第二方面，提供了一种芯片测试系统，该芯片测试系统包括：测试终端、信号处理装置和上述第一方面或第一方面的任一种实现方式的芯片测试装置。
第三方面，提供了一种芯片测试方法，该芯片测试方法应用于芯片测试系统，芯片测试系统包括：测试终端、信号处理装置和上述第一方面或第一方面的任一种实现方式的芯片测试装置，测试终端分别于信号处理装置和芯片测试装置连接，信号处理装置与芯片测试装置连接；测试终端向芯片测试装置发送测试指令；芯片测试装置根据测试指令对待测芯片发出电流信号；信号处理装置接收来自芯片产生的光信号，光信号为芯片基于电流信号产生的；信号处理装置对光信号进行处理，以获取处理结果；测试终端接收来自信号处理装置的处理结果，并对处理结果进行分析，以获取芯片的测试结果。
附图说明
图1是本申请的一种芯片测试系统的示意性框图；
图2是本申请的一种芯片测试装置的示意性结构图；
图3是本申请的另一种芯片测试装置的示意性结构图；
图4是本申请的又一种芯片测试装置的示意性结构图；
图5是本申请的芯片测试方法的示意性流程图。
具体实施方式
以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，在本申请以下各实施例中，“至少一个”、“一个或多个”是指一个、两个或两个以上。术语“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系；例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A、B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
激光雷达的应用范围广阔，其应用市场主要集中在无人驾驶和勘探测绘领域。激光雷达应用在无人驾驶领域，可以识别障碍物，保障行驶安全，随着无人驾驶市场的蓬勃发展，车载激光雷达市场发展迅速。除了车载无人驾驶，激光雷达在测绘、勘探、无人机、服务机器人等领域的技术都在快速提升，对激光雷达的需求将保持快速增长的发展趋势。特别是队长无人驾驶、测绘勘探的发展，对激光雷达的测试距离、精度等又提出更高的要求，这就需要更高功率(峰值功率大于100W)和更窄脉宽(十几纳秒)的激光芯片。
在制造上述高功率短脉冲激光芯片的过程中，需要相应的测试系统来测试评估激光芯片的性能。例如普通的LIV激光芯片测试系统的脉冲驱动电流是由SMU提供，电流通过电缆线传输到探针卡，最后通过探针传输给待测芯片。其中，SMU提供的驱动电流的脉宽一般是μs级别，不能达到ns级别；SMU提供的驱动电流一般较小，大约为10A量级，不能提供40A以上的电流；此外，从SMU到芯片的电流距离长达3至5米，使得驱动电流的上升时间过长(超过10μs)，不能满足窄脉冲的需求。因此目前业界采用的小电流、宽脉冲的电流驱动激光芯片测试系统来评估高功率窄脉冲激光芯片的性能，难以真实地反映芯片的性能优劣。现有的另一种测试系统使用脉冲驱动电流源提供驱动电流，驱动电流通过探针卡上的传输线和探针，最后到达待测激光芯片。相比于前一种方案，该测试系统的电流传输距离大幅降低，但依然大于10cm，电流的上升时间大于50ns，只能用于测试脉宽大于150ns的激光芯片，无法满足测试上述高功率窄脉冲激光芯片的需求。
因此本申请实施例提供一种芯片测试装置，可用于峰值功率大于120W的高功率、脉宽低至10ns的窄脉宽激光芯片的性能测试评估。
图1示出了本申请实施例提供的一种芯片测试系统的示意性框图，如图1所示，该芯片测试系统主要包括高速示波器、计算机、芯片测试装置、温度控制平台、高速探测器、积分球、分光器、光谱仪和相机，其中芯片测试装置包括驱动电流源和探针卡。
计算机用于控制高速示波器、相机、光谱仪等进行数据收集，然后处理收集到的数据。高速示波器进行数据采集，用于驱动电流源的驱动电流大小值采样。驱动电流源域探针卡组成芯片测试装置，将电流脉冲信号输入芯片，使得芯片发出激光。温度控制平台用于控制芯片测试的环境温度，可以调节温度在-40℃和105℃之间变化。芯片发出的光通过透镜被汇聚到积分球、相机和分光器中，其中，积分球和高速探测器用于测试芯片发光光功率；相机用于测试芯片的近场及远场光斑，分析发光角度和光斑能量分布等；分光器用于分离芯片发出的光线。光谱仪用于测试芯片的波长。
本申请实施例的芯片测试装置包括驱动电源和探针卡。
其中，探针卡(probe card)是晶圆测试(wafer test)中被测芯片和测试机之间的接口，主要应用于芯片分片封装前对芯片电学性能进行初步测量，并筛选出不良芯片，再进行之后的封装工程。探针卡的使用原理是将探针卡上的探针与芯片导航的焊垫(pad)或凸块(bump)直接接触，导出芯片信号，再配合周边测试仪器与软件控制达到自动化测试。使用探针卡对芯片进行测试是晶圆制造过程中非常重要的一步。
探针卡主要由印刷电路板(printed circuit board，PCB)、探针和保护环(ring)组成，根据不同的需求，还可以包括其他电子元件。
驱动电源用于输出大电流、窄脉宽的电流信号，使激光芯片在窄脉宽的大电流下发出高功率、窄脉宽的激光，从而更好的实现测试激光芯片的性能。
图2示出了本申请实施例的一种芯片测试装置的示意性结构图，以下结合图2对该芯片测试装置进行介绍。如图2所示，该芯片测试装置包括驱动电源和探针卡。
驱动电源为可以提供大电流、窄脉宽的电源，例如可以提供达80A、上升时间小于10ns的驱动电流。驱动电源包括含有原件组件的印刷电路板(printed circuit boardassembly，PCBA)。
探针卡包括探针卡PCB，该探针卡PCB与驱动电源的PCBA连接，连接方式包括，探针卡PCB固定在驱动电源的PCBA的上表面，固定方式包括使用胶水固定或者使用螺丝固定等；或者探针卡PCB与驱动电源的PCBA固定在同一底座上，该底座可以是金属底座。
探针卡还包括探针正极，该探针正极通过第一介质与探针卡PCB连接，其中第一介质可以是环氧树脂、固体胶、浇注树脂、环氧胶衣等有机物。探针正极的后端与驱动电源的PCBA的上表面连接，可选的，探针正极包括探针正极第一部分和探针正极第二部分，探针正极第一部分和探针正极第二部分可以是相同的材料，也可以是不同的材料，探针正极第一部分和探针正极第二部分悬臂连接。可选的，探针正极第二部分可以为金属片，其中，金属片的前端通过第一介质与探针卡PCB连接，金属片的后端与驱动电源的PCBA的上表面连接。可选的，驱动电源的PCBA的上表面可以包括正极焊点，金属片的后端焊接在所述驱动电源的PCBA的正极焊点上。
探针卡还包括探针负极，该探针负极通过第一介质与探针卡PCB连接，其中第一介质可以是环氧树脂、固体胶、浇注树脂、环氧胶衣等有机物。探针负极的后端与驱动电源的PCBA的下表面连接，可选的，探针负极包括探针负极第一部分和探针负极第二部分，探针负极第一部分和探针负极第二部分可以是相同的材料，也可以是不同的材料，探针负极第一部分和探针负极第二部分悬臂连接。可选的，探针负极第二部分可以为金属片，其中，金属片的前端通过第一介质与探针卡PCB连接，金属片的后端与驱动电源的PCBA的下表面连接。可选的，驱动电源的PCBA的下表面可以包括负极焊点，金属片的后端焊接在所述驱动电源的PCBA的负极焊点上。
可选的，探针正极和探针负极之间可以填充绝缘介电材料。
本申请实施例的芯片测试装置，通过提供大电流、窄脉宽的驱动电源，可以实现对高功率、窄脉宽的激光芯片的性能测试评估。探针卡PCB与驱动电源的PCBA连接，使得驱动电流可以直接从驱动电源通过探针到达待测激光芯片，缩短了电流的传输距离，降低了电流的上升时间。探针正极和探针负极的第二部分采用金属片，通过增大面积而增大电容，从而降低了电流的上升时间。探针正极和探针负极之间填充绝缘介电材料，使得探针正负极和绝缘介电材料组成脉冲电流信号微带线传输结构，有利于驱动电流的快速传输，从而降低了电流的上升时间。电流的上升时间降低，脉冲电流具有更窄的脉宽，从而有益于对高功率、窄脉宽的激光芯片的性能测试评估。
图3示出了本申请实施例的另一种芯片测试装置的示意性结构图，以下结合图3对该芯片测试装置做介绍。
如图3所示，该芯片测试装置包括脉冲驱动电源，用于提供窄脉宽的大电流。该脉冲驱动电源的PCBA上表面包括一个正极焊点，PCBA的下表面包括一个负极焊点。
该芯片测试装置还包括探针卡，其中探针卡PCB和脉冲驱动电源的PCBA通过螺丝固定在金属底座上，该金属底座仅用于固定探针卡PCB和脉冲驱动电源的PCBA。
探针正极和探针负极的前端通过环氧树脂与探针卡PCB连接。其中，探针正极可以是一根完整的铍铜探针，该铍铜探针的后端焊接在脉冲驱动电源的PCBA的正极焊点上。探针负极的前端可以采用铍铜探针，探针负极的后端采用金属片，探针负极的前端的铍铜探针与探针负极后端的金属片焊接在一起，探针负极后端的金属片的另一端焊接在脉冲驱动电源的PCBA的负极焊点上。
探针正极和探针负极的后端之间填充环氧树脂等绝缘介电材料，使得探针正负极和绝缘介电材料组成脉冲电流信号微带线传输结构，有利于驱动电流的快速传输。
图4示出了本申请实施例的又一种芯片测试装置的示意性结构图，以下结合图4对该芯片测试装置做介绍。
如图4所示，该芯片测试装置包括脉冲驱动电源，用于提供窄脉宽的大电流。该脉冲驱动电源的PCBA上表面包括一个正极焊点，PCBA的下表面包括一个负极焊点。
该芯片测试装置还包括探针卡，其中探针卡PCB通过胶水固定在脉冲驱动电源的PCBA上，该胶水仅用于连接探针卡PCB和脉冲驱动电源的PCBA。
探针正极和探针负极的前端通过固体胶与探针卡PCB连接。其中，探针正极是一根完整的铍铜探针，该铍铜探针的后端焊接在脉冲驱动电源的PCBA的正极焊点上。探针负极也是一根完整的铍铜探针，该铍铜探针的后端焊接在脉冲驱动电源的PCBA的负极焊点上。
探针正极和探针负极之间可以不填充任何材料。
本申请实施例的芯片测试装置集成了大电流窄脉宽的驱动电源和探针卡，可以应用于高功率、窄脉宽的激光芯片、激光晶圆、激光bar条等器件的性能测试评估，方便芯片设计人员快速优化芯片设计和制造工艺，缩短芯片设计和制造的时间。本申请实施例的芯片测试装置可以应用于量产产品生产过程中的来料检测，提前筛选出不合格的物料，减少后续物料导入，降低制造成本。
图5示出了本申请实施例的一种芯片测试方法的示意性流程图，如图5所示，包括步骤501至步骤503，以下分别对这些步骤进行介绍。
该芯片测试方法应用于芯片测试系统，该芯片测试系统包括：测试终端、信号处理装置和上述图2、图3或图4中的芯片测试装置。其中，测试终端分别于所述信号处理装置和所述芯片测试装置连接，所述信号处理装置与所述芯片测试装置连接。
S501，所述测试终端向所述芯片测试装置发送测试指令。
测试终端可以是图1中的计算机，测试指令可以是计算机程序指令。
S502，所述芯片测试装置根据所述测试指令对待测芯片发出电流信号。
具体的，芯片测试装置中的驱动电源根据测试指令发出窄脉宽的大电流信号，该电流信号通过探针直接到达芯片。
S503，所述信号处理装置接收来自所述芯片产生的光信号，所述光信号为所述芯片基于所述电流信号产生的。
S504，所述信号处理装置对所述光信号进行处理，以获取处理结果。
激光芯片在电流信号的作用下发出光信号，该光信号被信号处理装置接收，信号处理装置对该光信号进行处理。其中，信号处理装置可以包括图1中的积分球与高速探测器集成装置、光谱仪、相机或分光器等装置。
S505，所述测试终端接收来自所述信号处理装置的处理结果，并对所述处理结果进行分析，以获取所述芯片的测试结果。
本申请实施例还提供一种芯片测试系统，该芯片测试系统包括：测试终端、信号处理装置和上述图2、图3或图4中的芯片测试装置。该芯片测试系统可以用于实现图5中的芯片测试方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种芯片测试装置，其特征在于，包括：
驱动电源；
探针卡PCB，所述探针卡PCB与所述驱动电源的PCBA连接；
探针正极，所述探针正极通过第一介质与所述探针卡PCB连接，所述探针正极的后端与所述驱动电源的PCBA的上表面连接；
探针负极，所述探针负极通过第一介质与所述探针卡PCB连接，所述探针负极的后端与所述驱动电源的PCBA的下表面连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述探针正极包括探针正极第一部分和探针正极第二部分，所述探针正极第一部分和所述探针正极第二部分悬臂连接，所述探针正极第二部分为第一金属片，所述第一金属片的前端通过第一介质与所述探针卡PCB连接，所述第一金属片的后端与所述驱动电源的PCBA的上表面连接。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述探针负极包括探针负极第一部分和探针负极第二部分，所述探针负极第一部分和所述探针负极第二部分悬臂连接，所述探针负极第二部分为第二金属片，所述第二金属片的前端通过第一介质与所述探针卡PCB连接，所述第二金属片的后端与所述驱动电源的PCBA的下表面连接。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述驱动电源的PCBA包括正极焊点和负极焊点，所述探针正极的后端焊接在所述驱动电源的PCBA的正极焊点上，所述探针负极的后端焊接在所述驱动电源的PCBA的负极焊点上。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述探针正极和所述探针负极之间填充绝缘介电材料。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述探针卡PCB与所述驱动电源的PCBA连接，包括：
所述探针卡PCB固定在所述驱动电源的PCBA的上表面，或者，
所述探针卡PCB与所述驱动电源的PCBA固定在同一底座上。
7.一种芯片测试方法，其特征在于，所述方法应用于芯片测试系统，所述芯片测试系统包括：测试终端、信号处理装置和如权利要求1至6中任一项所述的芯片测试装置，所述测试终端分别于所述信号处理装置和所述芯片测试装置连接，所述信号处理装置与所述芯片测试装置连接；
所述测试终端向所述芯片测试装置发送测试指令；
所述芯片测试装置根据所述测试指令对待测芯片发出电流信号；
所述信号处理装置接收来自所述芯片产生的光信号，所述光信号为所述芯片基于所述电流信号产生的；
所述信号处理装置对所述光信号进行处理，以获取处理结果；
所述测试终端接收来自所述信号处理装置的处理结果，并对所述处理结果进行分析，以获取所述芯片的测试结果。
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