CN117368576A - 互连结构阻抗测量电路、测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种互连结构阻抗测量电路，通过优化惠斯通电桥结构，采用并联连接的三个支路，其中一个支路中待测量的互连结构串联连接，另外两个支路中两个电阻串联连接，通过控制互连结构的支路分别和另两个支路中的一个同时开启，测量开启的两个支路之间的电压，并根据通入互连结构阻抗测量电路的电流、测量得到的电压、支路中的电阻计算得到两个互连结构的阻抗；本公开实施例可以方便、规模化精确测量互连结构阻抗，并且可以实时精确监测可靠性实验中单互连结构的阻抗。本公开还提供一种互连结构阻抗测量装置、测量方法。

Description

互连结构阻抗测量电路、测量装置及测量方法

技术领域

本公开涉及电路测试技术及可靠性测试技术领域，具体涉及一种互连结构阻抗测量电路、测量装置及测量方法。

背景技术

微小电阻阻抗的精确测量一直是众多行业关注的焦点，特别对于互连金属线和互连焊点来说，电阻的精确测量对于评估整个系统的性能以及焊接质量都起着重要作用。而对于单互连结构可靠性评价，以电迁移试验为例，仍缺少行之有效的方法来准确监测单焊点结构在长期老化实验中的电阻。

为了精确测量互连金属线等多种小结构的电阻阻抗，研究人员提出了多种思路和方法，其中四点探针法作为公认的精确测量方法，但其在应用过程中仍存在一些缺陷，如无法大规模实时测量电阻阻抗，测量较复杂，成本较高，需手动测量不够方便。经典惠斯通桥结构也可用于测量微小电阻，但限制较多，需已知其中三个电阻阻抗，并且需要选择适当的电阻阻抗使电桥达到平衡，通过求解方程组来得到未知电阻阻抗，需求满足难度大，应用场景受到限制。因此亟需一种能够大规模、自动化、易实现的精确测量互连结构阻抗的装置或方法。

发明内容

本公开提供一种互连结构阻抗测量电路、测量装置及测量方法。

第一方面，本公开实施例提供一种互连结构阻抗测量电路，包括：并联连接的第一支路、第二支路和第三支路，所述第一支路包括串联连接的第一互连结构、第二互连结构和第一开关，所述第二支路包括串联连接的第一电阻、第二电阻和第二开关，所述第三支路包括串联连接的第三电阻、第四电阻和第三开关；

所述第一互连结构的阻抗和所述第二互连结构的阻抗根据所述第一支路和所述第二支路之间的第一电压、所述第一支路与所述第二支路之间的第二电压、所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻和输入所述互连结构阻抗测量电路的第一电流确定；

其中，所述第一电压在所述第一开关和所述第二开关闭合且所述第三开关开启的情况下检测得到，所述第二电压在所述第一开关和所述第三开关闭合且所述第二开关开启的情况下检测得到。

在一些实施例中，所述第一电阻的阻值与所述第三电阻的阻值不相等，所述第二电阻的阻值与所述第四电阻的阻值不相等。

在一些实施例中，所述第一互连结构和所述第二互连结构连接印制电路板PCB，所述互连结构阻抗测量电路设置在PCB上，或者，所述互连结构阻抗测量电路设置在互连结构阻抗测量装置上。

在一些实施例中，所述第一互连结构为至少两个并联连接的第五电阻，所述各第五电阻的阻值相同，且所述第五电阻的阻值与所述第二互连结构的阻值相等；或者，所述第一互连结构为导线。

在一些实施例中，所述第一互连结构为n个并联连接的第五电阻，n为大于或等于2的整数；所述第二电阻的阻值为所述第一电阻的阻值的n倍，所述第四电阻的阻值为所述第三电阻的阻值的n倍。

又一方面，本公开实施例还提供一种互连结构阻抗测量装置，包括：恒流源、电压检测模块、控制模块和如前所述的互连结构阻抗测量电路，所述恒流源与所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路连接，用于在所述第一开关和所述第二开关闭合且所述第三开关开启的情况下，或者，在所述第一开关和所述第三开关闭合且所述第二开关开启的情况下，为所述互连结构阻抗测量电路提供第一电流；

所述电压检测模块分别与所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路相连，用于在所述第一开关和所述第二开关闭合且所述第三开关开启的情况下，检测所述第一支路和所述第二支路之间的第一电压；以及，在所述第一开关和所述第三开关闭合且所述第二开关开启的情况下，检测所述第一支路与所述第二支路之间的第二电压；

所述控制模块用于，控制所述恒流源向所述互连结构阻抗测量电路提供所述第一电流，以及控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关开启或闭合；以及，获取所述电压检测模块检测到的所述第一电压和所述第二电压，并根据所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻、所述第一电压、所述第二电压和所述第一电流，计算所述第一互连结构的阻抗和所述第二互连结构的阻抗。

在一些实施例中，所述互连结构阻抗测量电路为如前所述的互连结构阻抗测量电路；

所述恒流源还用于，在所述第一开关闭合且所述第二开关和所述第三开关开启的情况下，为所述互连结构阻抗测量电路提供第二电流，其中，所述第二电流大于所述第一电流。

又一方面，本公开实施例还提供一种互连结构阻抗测量方法，应用于如前所述的互连结构阻抗测量装置，所述方法包括：

为所述互连结构阻抗测量电路提供第一电流；

控制所述互连结构阻抗测量电路呈第一状态，检测所述第一支路和所述第二支路之间的第一电压；其中，在所述第一状态下，所述第一开关和所述第二开关闭合且所述第三开关开启；

控制所述互连结构阻抗测量电路从所述第一状态切换为第二状态，检测所述第一支路和所述第三支路之间的第二电压；其中，在所述第二状态下，所述第一开关和所述第三开关闭合且所述第二开关开启；

停止为所述互连结构阻抗测量电路提供第一电流，并根据所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻、所述第一电压、所述第二电压和所述第一电流，计算所述第一互连结构和所述第二互连结构的阻抗。

又一方面，本公开实施例还提供一种互连结构阻抗测量方法，应用于如前所述的互连结构阻抗测量装置，所述方法包括：

采用如前所述的方法测量所述第二互连结构的阻抗；

控制所述互连结构阻抗测量电路从所述第二状态切换为第三状态，在所述第三状态下，所述第一开关闭合且所述第二开关和所述第三开关开启；

在预设时长内为所述互连结构阻抗测量电路提供第二电流，以提高电流应力，加速所述互连结构退化；

采用如前所述的方法测量所述第二互连结构的阻抗，并与预设的失效阻抗值相比较，直至所述第二互连结构的阻抗达到所述失效阻抗值时结束测量。

在一些实施例中，所述方法还包括：

记录从开始提供第二电流到结束测量之间的失效时间；

根据所述失效时间对所述第二互连结构进行可靠性分析。

本公开实施例提供的互连结构阻抗测量电路，通过优化惠斯通电桥结构，采用并联连接的三个支路，其中一个支路中待测量的互连结构串联连接，另外两个支路中两个电阻串联连接，通过控制互连结构的支路分别和另两个支路中的一个同时开启，测量开启的两个支路之间的电压，并根据通入互连结构阻抗测量电路的电流、测量得到的电压、支路中的电阻计算得到两个互连结构的阻抗；本公开实施例可以方便、规模化精确测量互连结构阻抗，并且可以实时精确监测可靠性实验中单互连结构的阻抗。

附图说明

图1为本公开实施例提供的互连结构阻抗测量电路示意图；

图2为图1测量电路对应的物理结构示意图；

图3为传统惠斯通电桥测电阻的电路示意图；

图4为本公开又一实施例提供的互连结构阻抗测量电路示意图；

图5为图4测量电路对应的物理结构示意图；

图6为本公开实施例提供的测量电路封装在测量装置上的示意图；

图7为本公开实施例提供的测量电路封装在PCB上的示意图；

图8为本公开实施例提供的互连结构阻抗测量装置的结构示意图；

图9为本公开又一实施例提供的互连结构阻抗测量装置的结构示意图；

图10为本公开实施例提供的互连结构阻抗测量方法流程示意图；

图11为本公开又一实施例提供的互连结构阻抗测量方法流程示意图。

具体实施方式

在下文中将参考附图更充分地描述示例实施例，但是所述示例实施例可以以不同形式来体现且不应当被解释为限于本文阐述的实施例。反之，提供这些实施例的目的在于使本公开透彻和完整，并将使本领域技术人员充分理解本公开的范围。

如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列举条目的任何和所有组合。

本文所使用的术语仅用于描述特定实施例，且不意欲限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一个”和“该”也意欲包括复数形式，除非上下文另外清楚指出。还将理解的是，当本说明书中使用术语“包括”和/或“由……制成”时，指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。

本文所述实施例可借助本公开的理想示意图而参考平面图和/或截面图进行描述。因此，可根据制造技术和/或容限来修改示例图示。因此，实施例不限于附图中所示的实施例，而是包括基于制造工艺而形成的配置的修改。因此，附图中例示的区具有示意性属性，并且图中所示区的形状例示了元件的区的具体形状，但并不旨在是限制性的。

除非另外限定，否则本文所用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本领域普通技术人员通常理解的含义相同。还将理解，诸如那些在常用字典中限定的那些术语应当被解释为具有与其在相关技术以及本公开的背景下的含义一致的含义，且将不解释为具有理想化或过度形式上的含义，除非本文明确如此限定。

对于互连金属线和互连焊点，由于它们的结构都很微小，加之金属导电性好，要准确测量出电阻阻值一直是行业痛点。而在可靠性实验中，互连结构也是实验的重点关注对象，在长期温度/电流应力下，互连结构处的退化程度或者失效与否往往通过互连结构阻值发生的变化进行判定，由于互连结构本身电阻微小，其发生的变化更是微乎其微，所以实时精确监测互连结构的阻抗对于可靠性实验来说非常重要。用于精确测量互连线和焊点的四点探针法，可以说是精确度最高，但是测量过程较为复杂，且无法实时监测电阻值，成本较高。经典惠斯通电桥可以较为精确测量电阻阻值，且需要已知其中三个电阻阻值，实用程度受限，难以规模化应用。

为了解决上述问题，本公开实施例提供一种互连结构阻抗测量电路，如图1所示，所述互连结构阻抗测量电路包括并联连接的第一支路、第二支路和第三支路，第一支路包括串联连接的第一互连结构、第二互连结构和第一开关K1，第二支路包括串联连接的第一电阻R1、第二电阻R2和第二开关K2，第三支路包括串联连接的第三电阻R1’、第四电阻R2’和第三开关K3。

第一互连结构的阻抗R3和第二互连结构的阻抗R4根据第一支路和第二支路之间的第一电压Vg、第一支路与第三支路之间的第二电压Vg’、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R1’、第四电阻R2’和输入互连结构阻抗测量电路的第一电流I确定。

其中，第一电压Vg在第一开关K1和第二开关K2闭合且第三开关K3开启的情况下检测得到，第二电压Vg’在第一开关K1和第三开关K3闭合且第二开关K2开启的情况下检测得到。

本公开实施例提供的互连结构阻抗测量电路，通过优化惠斯通电桥结构，采用并联连接的三个支路，其中一个支路中待测量的互连结构串联连接，另外两个支路中两个电阻串联连接，通过控制互连结构的支路分别和另两个支路中的一个同时开启，测量开启的两个支路之间的电压，并根据通入互连结构阻抗测量电路的电流、测量得到的电压、支路中的电阻计算得到两个互连结构的阻抗；本公开实施例可以方便、规模化精确测量互连结构阻抗，并且可以实时精确监测可靠性实验中单互连结构的阻抗。

图2为图1所示的互连结构阻抗测量电路对应的物理结构示意图。如图2所示，第一互连结构和第二互连结构分别与PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)和集成电路芯片基板(IC Substrate)相连，例如，可以通过BGA Ball(球栅阵列封装焊球)连接。

图3为传统惠斯通电桥测电阻的电路示意图。如图3所示，其中R1，R2，R3的电阻值已知，R4为待测电阻。G为检流计，当检流计指针指向零时，电桥达到平衡，可以通过R1*R4＝R2*R3来计算R4的阻值。

结合图1和图2所示，R3为第一互连结构的阻抗，R4为第二互连结构的阻抗，R1和R2为已知电阻，R1’和R2’为已知电阻。I为输入电流，Vg为节点3和节点4间的电压差，Vg’为节点3和节点4’间的电压差，通过多次迭代，联立非线性方程组可以计算得到第一互连结构的阻抗R3和第二互连结构的阻抗R4的值。

根据基尔霍夫定律，可以得到：

其中，R为第二支路的电阻，R’为第三支路的电阻。

联立上述公式(1)、(2)、(3)和(4)得到：

需要说明的是，R1、R2、R1’和R2’这四个电阻的阻值的选择没有过多要求。但是，在测量微小结构的阻抗的场景下，通过控制使R1/R2≈R1’/R2’，可以进一步提高测量精度。

在一些实施例中，第一电阻R1的阻值与第三电阻R1’的阻值不相等，第二电阻R2的阻值与第四电阻R2’的阻值不相等。

本公开实施例可应用于电子封装、可靠性测试、精密测量等多个技术领域。在电子封装制造过程中，存在着众多焊接互连场合，而互连结构的质量直接影响产品的质量，快速评估互连结构的焊接质量的重要性不言而喻。不良焊接会通过电阻增加反映出来，使用本公开实施例的互连结构阻抗测量电路可以快速检测出互连结构的阻抗，作为实时监测生产工艺变化的检测工具。同样在整个芯片制造过程，互连结构由于具有接触电阻，其阻值往往较难确定，使用本公开实施例的互连结构阻抗测量电路也可以快速准确测量微互连结构阻抗，对于评估整个系统的性能等方面具有重要应用价值。

在可靠性测试中，大多数场合需要持续监测阻抗值的变化。因此，可以对本公开实施例的互连结构阻抗测量电路进行改进，实现可靠性实验中单互连结构阻抗监测。

在一些实施例中，第一互连结构的阻抗R3的单位为毫欧。也就是说，将互连结构阻抗测量电路中的第一互连结构设置为阻抗较小的互连结构，从而在第一支路中形成包括第二互连结构的单互连结构。

阻抗较小的第一互连结构，可以有多种实现方式。示例性的的，第一互连结构可以为至少两个并联连接的第五电阻，各第五电阻的阻值相同，且所述第五电阻的阻值与所述第二互连结构的阻值相等；或者，第一互连结构也可以通过导线实现。

在本公开实施例中，如图4、5所示，第一互连结构为三个并联连接的第五电阻R5，实际上并联的第五电阻R5的数量还可继续增加，第五电阻R5的数量越多，对于单互连结构阻抗(即第二互连结构的阻抗R4)的测量也更加准确。需要说明的是，第一互连结构的阻抗R3为各第五电阻并联后的阻抗。

在一些实施例中，在第一互连结构为n个并联连接的第五电阻R5(n为大于或等于2的整数)的情况下，第二电阻R2的阻值为第一电阻R1的阻值的n倍，第四电阻R2’的阻值为第三电阻R1’的阻值的n倍。也就是说，第二支路和第三支路中第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R1’、第四电阻R2’的阻值的选择与第一互连结构中并联的第五电阻R5的数量相关。图4中所示为3个第五电阻R5并联之后与另一单互连结构(即第二互连结构R4)串联，第二互连结构的阻抗R4约为3个第五电阻R5阻抗的3倍。

图6和图7是所述互连结构阻抗测量电路应用的两个场景，针对不同的测量需求可以采用图6和图7两种测量设计方案。

如图6所示，互连结构阻抗测量电路封装在互连结构阻抗测量装置上，PCB通过第一互连结构和第二互连结构与互连结构阻抗测量装置相连，利用互连结构阻抗测量装置对上述两个互连结构的阻抗进行测量。图6所示的场景，PCB版图设计相对简单，而且也节约版图，但对互连结构阻抗测量装置的要求较高。

如图7所示，互连结构阻抗测量电路集成到PCB板上，对上述第一互连结构的阻抗R3和第二互连结构的阻抗R4进行测量时，互连结构阻抗测量装置只需提供电流即可，图7所示的场景，测量系统搭建简单，测量方便，但PCB版图设计难度加大，版图消耗增加，成本高。

本公开实施例还提供一种互连结构阻抗测量装置，如图8所示,包括：恒流源(A)、电压检测模块(V)、控制模块和互连结构阻抗测量电路，互连结构阻抗测量电路为如图1所示的互连结构阻抗测量电路。

恒流源与第一支路、第二支路和第三支路连接，用于在第一开关K1和第二开关K2闭合且第三开关K3开启的情况下，或者，在第一开关K1和第三开关K3闭合且第二开关K2开启的情况下，为互连结构阻抗测量电路提供第一电流。

电压检测模块分别与第一支路、第二支路和第三支路相连，用于在第一开关K1和第二开关K2闭合且第三开关K3开启的情况下，检测第一支路和二支路之间的第一电压Vg；以及，在第一开关K1和第三开关K3闭合且第二开关K2开启的情况下，检测第一支路与第二支路之间的第二电压Vg’。

控制模块用于，控制恒流源向互连结构阻抗测量电路提供第一电流，以及控制第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3开启或闭合；以及，获取电压检测模块检测到的第一电压Vg和第二电压Vg’，并根据第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R1’、第四电阻R2’、第一电压Vg、第二电压Vg’和第一电流，计算第一互连结构的阻抗R3和第二互连结构的阻抗R4。

所述互连结构阻抗测量装置包括一个恒流源、两个电压表、三个开关、两个互连结构和四个电阻器，其中两个互连结构为待测电阻(R3、R4)，四个电阻器的阻值(R1、R2、R1’、R2’)已知。共三条并联支路，第一支路包含一个第一开关K1、第一互连结构和第二互连结构，第二支路包含一个第二开关K2、两个固定电阻器R1和R2，第三支路包含一个第三开关K3、两个固定电阻器R1’和R2’，电压表V连接第一条支路和第二条支路，并连接第一条支路和第三条支路。测量互连结构的阻抗R3和R4时，接入恒流源提供的第一电流，通过测量得到第一电压Vg和第二电压Vg’，代入上述公式(5)和公式(6)即可同时求出第一互连结构的阻抗R3和第二互连结构的阻抗R4，通过控制模块控制开关(K1、K2、K3)开启和闭合，实现对第一互连结构的阻抗R3和第二互连结构的阻抗R4阻抗的实时监测。

互连结构阻抗的实时监测实现原理也可适用对微小结构电阻阻抗的精确测量，微小结构电阻阻抗的测量可不需要控制模块的实时切换，其核心电路结构基本一致，都是通过测量Vg和Vg’，代入公式(5)和(6)中求出R3和R4，将对电阻阻抗的直接测量改为通过测量电压利用公式求得电阻，来提高其精确度。其中，对R1、R2、R1’和R2’这四个电阻器的阻值选择，可通过控制使R1/R2≈R1’/R2’，进一步提高测量精度。

在一些实施例中，如图9所示，在所述互连结构阻抗测量电路为如图4所示的互连结构阻抗测量电路的情况下，恒流源还用于，在第一开关K1闭合且第二开关K2和第三开关K3开启的情况下，为互连结构阻抗测量电路提供第二电流，其中，第二电流大于第一电流。也就是说，恒流源在供电模式下提供电流应力，在供电模式下，第一支路开启，第二支路和第三支路关闭。

所述互连结构阻抗测量装置包括一个恒流源、两个电压表、三个开关、由3个电阻(R5)并联形成的互连结构和四个固定电阻器，其中并联的电阻为同类型、同批次生产，以保证其阻值基本相等，四个固定电阻器的阻值(R1、R2、R1’、R2’)已知。电压表V连接第一条支路和第二条支路，并连接第一条支路和第三条支路。共三条并联支路，第一支路包含一个第一开关K1、多个电阻并联形成的第一互连结构和第二互连结构(单互连结构)，第二支路包含一个第二开关K2、两个固定电阻器R1和R2，第三支路包含一个第三开关K3、两个固定电阻器R1’和R2’，R2’约为R1’的3倍，取值规则同R1和R2，但R1’和R2’取值不与R1和R2取值完全相等。在本公开实施例中，是以3个第五电阻并联得到第一互连结构为例进行说明，即n＝3，相应的,R2’约为R1’的3倍，需要说明的是，只要保证n≥2就能够通过公式(5)计算出第二互连结构的阻抗R4，n取值越大，则测量精度越高。在靠性实验中对单互连结构的阻抗(即第二互连结构的阻抗R4)进行测量时，将第一互连结构和第二互连结构位于老化实验环境中，接入恒流源提供的第二电流，通过测量得到第一电压Vg和第二电压Vg’，代入公式(5)即可求出单互连结构的阻抗R4，通过控制模块对开关电路的开启和闭合，实现对单互连结构的阻抗R4的实时监测，当R4达到失效判定标准时终止实验，即可准确得到单互连结构失效时间，进而对整个部件及系统特征寿命进行预测。

互连结构的可靠性实验通过施加温度/电流应力，使互连结构加速退化，而退化过程实际是互连结构内部损伤的过程，如出现孔洞、断裂、生成金属化合物等现象，这些损伤都会导致互连结构电阻变大，通过测量Vg和Vg’，并代入公式(5)和(6)可以计算第一互连结构的阻抗R3和第二互连结构的阻抗R4的值，从而实现对互连结构阻抗的监测。第一互连结构采用多个电阻并联的方式实现，可使流过第一互连结构的电流小于流经第二互连结构的电流，因此在电流应力下第一互连结构的退化就会慢于第二互连结构的退化。假设并联三个铜金属电阻形成第一互连结构，一般电流密度指数n＝2，由布莱克方程可知，第一互连结构的寿命约为单互连结构寿命的10倍。Vg和Vg’的变化即代表着R4的退化，从而准确得出单互连结构阻抗的变化，探究单互连结构的退化情况，精确得到其失效发生时间，进而提高预测部件及整个系统特征寿命的准确性。

本公开实施例还提供一种互连结构阻抗测量方法，所述方法应用于如图8所述的互连结构阻抗测量装置，如图10所示，所述互连结构阻抗测量方法包括以下步骤：

步骤11，为互连结构阻抗测量电路提供第一电流。

在本步骤中，恒流源为互连结构阻抗测量电路提供第一电流。

步骤12，控制互连结构阻抗测量电路呈第一状态，检测第一支路和第二支路之间的第一电压；其中，在第一状态下，第一开关和第二开关闭合且第三开关开启。

在本步骤中，控制模块控制闭合第一开关K1和第二开关K2，开启第三开关K3，利用电压表测量桥间电压Vg。

步骤13，控制互连结构阻抗测量电路从第一状态切换为第二状态，检测第一支路和第三支路之间的第二电压；其中，在第二状态下，第一开关和第三开关闭合且第二开关开启。

在本步骤中，控制模块控制闭合第一开关K1和第三开关K3，打开开关K2，利用电压表测量桥间电压Vg’。第一状态和第二状态下，恒流源为测量模式。

步骤14，停止为互连结构阻抗测量电路提供第一电流，并根据第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电压、第二电压和第一电流，计算第一互连结构和第二互连结构的阻抗。

在本步骤中，关闭恒流源，控制模块通过公式(5)和(6)求解出R3和R4。

本公开实施例还提供一种互连结构阻抗测量方法，用于进行可靠性测试，所述方法应用于如图9所示的互连结构阻抗测量装置，如图11所示，所述方法包括以下步骤：

步骤11，为互连结构阻抗测量电路提供第一电流。

步骤12，控制互连结构阻抗测量电路呈第一状态，检测第一支路和第二支路之间的第一电压；其中，在第一状态下，第一开关和第二开关闭合且第三开关开启。

步骤13，控制互连结构阻抗测量电路从第一状态切换为第二状态，检测第一支路和第三支路之间的第二电压；其中，在第二状态下，第一开关和第三开关闭合且第二开关开启。

步骤14，停止为互连结构阻抗测量电路提供第一电流，并根据第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电压、第二电压和第一电流，计算第一互连结构和第二互连结构的阻抗。

步骤15，控制互连结构阻抗测量电路从第二状态切换为第三状态，在第三状态下，第一开关闭合且第二开关和第三开关开启。

在本步骤中，控制模块控制闭合第一开关K1，并开启第二开关K2和第三开关K3。

步骤16，在预设时长内为互连结构阻抗测量电路提供第二电流，以提高电流应力，加速互连结构退化。

在本步骤中，控制模块控制恒流源切换至供电模式，提供所需电流应力，在供电模式下，流经第一支路的电流相对于测量模式下较大。

步骤17，测量第二互连结构的阻抗，并与预设的失效阻抗值相比较，直至第二互连结构的阻抗达到失效阻抗值时结束测量。

失效阻抗值即为电阻失效标准值，在本步骤中，重复步骤11-14，直到第二互连结构的阻抗达到失效标准为止，此时结束测量。

在一些实施例中，所述互连结构阻抗测量方法还包括以下步骤：记录从开始提供第二电流到结束测量之间的失效时间；根据失效时间对第二互连结构进行可靠性分析。

在可靠性测试中，大多数场合需要持续监测电阻值的变化，本公开实施例的互连结构阻抗测量方案不仅可以测量阻抗的初始阻值，还可以对其在试验过程中产生的微小阻抗变化进行精确测量，根据设定失效标准从而准确得到失效时间，这对于可靠性预测分析来说十分重要。

在电迁移可靠性实验中，微电子产品在应用过程中由于长时间在电流应力作用下，尤其互连结构，会存在金属原子沿电子运动方向发生位移的现象，这会导致互连结构出现孔洞、断裂等失效，进而使互连结构阻抗增大、甚至出现开路，从而使整个器件或产品损坏。而随着微电子领域小型化的发展，互连结构尺寸不断缩小，电流密度不断提高，电迁移现象也愈发严重，因此，实际产品在应用之前，电迁移可靠性测试也越来越必要，而评价单互连结构电迁移可靠性更是电迁移可靠性测试中的重中之重。由于单互连结构阻抗小，阻抗变化更是难以捕捉，电迁移可靠性测试的准确性深受挑战。而采用本公开实施例的互连结构阻抗测量方案，不仅可以测出单互连结构阻抗的初始值，也能够准确监测阻抗的变化值，可以解决单互连结构电迁移可靠性测试所存在的问题。

本公开实施例能够对可靠性实验中单互连结构的阻抗进行监测，以及对互连结构的阻抗实时监测和微小电阻进行测量。互连结构阻抗测量电路均为实现精确测量的核心部分，测量样品连通互连结构阻抗测量电路，通过恒流源供电，电压表量测支路间电压差，再进行一次电压测量迭代，公式(5)和(6)即可计算出待测样品的阻抗。通过支路开关的切换，可实时测量互连结构的阻抗。

本公开实施例可应用于封装键合过程工艺快速检测，包括互连焊点、互连金属线等，通过分析测量的阻抗来反映键合工艺的稳定性；也可应用于互连结构组成的重要部件的可靠性实验中，通过实时监测阻抗来获得互连结构的失效时间，进而对部件或整个系统的特征寿命进行预测。特别对于电迁移可靠性测试，本公开实施例的方案已经应用到CPU项目中对于封装焊点的寿命评估。还可应用于一些阻抗测量设备中，对微小阻抗进行精确测量。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

本文已经公开了示例实施例，并且虽然采用了具体术语，但它们仅用于并仅应当被解释为一般说明性含义，并且不用于限制的目的。在一些实例中，对本领域技术人员显而易见的是，除非另外明确指出，否则可单独使用与特定实施例相结合描述的特征、特性和/或元素，或可与其他实施例相结合描述的特征、特性和/或元件组合使用。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离由所附的权利要求阐明的本发明的范围的情况下，可进行各种形式和细节上的改变。

Claims (10)

1.一种互连结构阻抗测量电路，其特征在于，包括：并联连接的第一支路、第二支路和第三支路，所述第一支路包括串联连接的第一互连结构、第二互连结构和第一开关，所述第二支路包括串联连接的第一电阻、第二电阻和第二开关，所述第三支路包括串联连接的第三电阻、第四电阻和第三开关；

所述第一互连结构的阻抗和所述第二互连结构的阻抗根据所述第一支路和所述第二支路之间的第一电压、所述第一支路与所述第二支路之间的第二电压、所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻和输入所述互连结构阻抗测量电路的第一电流确定；

其中，所述第一电压在所述第一开关和所述第二开关闭合且所述第三开关开启的情况下检测得到，所述第二电压在所述第一开关和所述第三开关闭合且所述第二开关开启的情况下检测得到。

2.如权利要求1所述的互连结构阻抗测量电路，其特征在于，所述第一电阻的阻值与所述第三电阻的阻值不相等，所述第二电阻的阻值与所述第四电阻的阻值不相等。

3.如权利要求1所述的互连结构阻抗测量电路，其特征在于，所述第一互连结构和所述第二互连结构连接印制电路板PCB，所述互连结构阻抗测量电路设置在PCB上，或者，所述互连结构阻抗测量电路设置在互连结构阻抗测量装置上。

4.如权利要求1-3任一项所述的互连结构阻抗测量电路，其特征在于，所述第一互连结构为至少两个并联连接的第五电阻，所述各第五电阻的阻值相同，且所述第五电阻的阻值与所述第二互连结构的阻值相等；或者，所述第一互连结构为导线。

5.如权利要求4所述的互连结构阻抗测量电路，其特征在于，所述第一互连结构为n个并联连接的第五电阻，n为大于或等于2的整数；所述第二电阻的阻值为所述第一电阻的阻值的n倍，所述第四电阻的阻值为所述第三电阻的阻值的n倍。

6.一种互连结构阻抗测量装置，其特征在于，包括：恒流源、电压检测模块、控制模块和如利要求1-5任一项所述的互连结构阻抗测量电路，所述恒流源与所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路连接，用于在所述第一开关和所述第二开关闭合且所述第三开关开启的情况下，或者，在所述第一开关和所述第三开关闭合且所述第二开关开启的情况下，为所述互连结构阻抗测量电路提供第一电流；

所述电压检测模块分别与所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路相连，用于在所述第一开关和所述第二开关闭合且所述第三开关开启的情况下，检测所述第一支路和所述第二支路之间的第一电压；以及，在所述第一开关和所述第三开关闭合且所述第二开关开启的情况下，检测所述第一支路与所述第二支路之间的第二电压；

所述控制模块用于，控制所述恒流源向所述互连结构阻抗测量电路提供所述第一电流，以及控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关开启或闭合；以及，获取所述电压检测模块检测到的所述第一电压和所述第二电压，并根据所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻、所述第一电压、所述第二电压和所述第一电流，计算所述第一互连结构的阻抗和所述第二互连结构的阻抗。

7.如权利要求6所述的互连结构阻抗测量装置，其特征在于，所述互连结构阻抗测量电路为如权利要求4或5所述的互连结构阻抗测量电路；

所述恒流源还用于，在所述第一开关闭合且所述第二开关和所述第三开关开启的情况下，为所述互连结构阻抗测量电路提供第二电流，其中，所述第二电流大于所述第一电流。

8.一种互连结构阻抗测量方法，其特征在于，应用于如权利要求6所述的互连结构阻抗测量装置，所述方法包括：

为所述互连结构阻抗测量电路提供第一电流；

控制所述互连结构阻抗测量电路呈第一状态，检测所述第一支路和所述第二支路之间的第一电压；其中，在所述第一状态下，所述第一开关和所述第二开关闭合且所述第三开关开启；

控制所述互连结构阻抗测量电路从所述第一状态切换为第二状态，检测所述第一支路和所述第三支路之间的第二电压；其中，在所述第二状态下，所述第一开关和所述第三开关闭合且所述第二开关开启；

停止为所述互连结构阻抗测量电路提供第一电流，并根据所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻、所述第一电压、所述第二电压和所述第一电流，计算所述第一互连结构和所述第二互连结构的阻抗。

9.一种互连结构阻抗测量方法，其特征在于，应用于如权利要求7所述的互连结构阻抗测量装置，所述方法包括：

采用如权利要求8所述的方法测量所述第二互连结构的阻抗；

控制所述互连结构阻抗测量电路从所述第二状态切换为第三状态，在所述第三状态下，所述第一开关闭合且所述第二开关和所述第三开关开启；

在预设时长内为所述互连结构阻抗测量电路提供第二电流，以提高电流应力，加速所述互连结构退化；

采用如权利要求8所述的方法测量所述第二互连结构的阻抗，并与预设的失效阻抗值相比较，直至所述第二互连结构的阻抗达到所述失效阻抗值时结束测量。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

记录从开始提供第二电流到结束测量之间的失效时间；

根据所述失效时间对所述第二互连结构进行可靠性分析。