DE102005036288B4

DE102005036288B4 - Aktiver Tastkopf

Info

Publication number: DE102005036288B4
Application number: DE200510036288
Authority: DE
Inventors: Florian Schnabel; Helmut Schneider
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2025-08-03
Also published as: DE102005036288A1

Abstract

Aktiver Tastkopf zum Einspeisen eines Erregersignals in eine zu testende Schaltung, mit
einer Tastspitze (31) zum Kontaktieren der zu testenden Schaltung;
mindestens einer Signalleitung (S₁, S₂, S_I),
einer Übertragungseinrichtung (34), welche die Tastspitze (31) von den Signalleitungen (S₁, S₂, S_I) isoliert und ein an der Tastspitze (31) anliegendes Potential auf die Signalleitungen (S₁, S₂, S_I) überträgt.
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Schalteinrichtung (35) in dem Tastkopf (30) integriert ist, und dass die Schalteinrichtung (35) die die Tastspitze (31) mit mindestens einer der Signalleitungen (S₁, S₂, S_I) derart verbindet, dass ein an die mindestens eine der Signalleitungen (S₁, S₂, S_I) angelegtes Erregersignal in die zu testende Schaltung einspeisbar ist und die Schalteinrichtung (35) ein Feldeffekttransistor ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tastkopf, insbesondere einen Tastkopf, welcher zum Einspeisen eines Erregersignals in eine zu testende Schaltung eingerichtet ist.
Eine Analyse und Diagnose elektrischer Schaltungen, wie z.B. Halbleiterschaltungen, erfordert das Messen von elektrischen Potentialen oder Spannungen in Leiterbahnen oder Bauelementen. Eine Erfassung der Signale erfolgt durch ein elektrisches Messinstrument, wie z.B. ein Spannungsmessgerät oder ein Oszilloskop, welche zum Verstärken, Anzeigen und/oder Weiterverarbeiten der elektrischen Signale eingerichtet sind, welche an einem Eingang der Messinstrumente anliegen. Eine Verbindung zwischen dem Eingang der Messinstrumente und den zu untersuchenden Punkten der elektrischen Schaltung erfolgt durch einen Tastkopf. An den Tastkopf wird einerseits die Forderung gestellt, dass er ein Signal an das Messinstrument führt, welches repräsentativ für das Potential in der Schaltungen ist, und andererseits soll der Tastkopf die Potentiale der Schaltung und das Verhalten der Schaltung nicht beeinflussen.
In Schaltungen mit Signalen hoher Frequenz (< 10 MHz) führen die metallische Spitze und die Zuleitungen von Tastköpfen zu den Messinstrumenten sowie die Eingänge der Messinstrumente zu einer erheblichen kapazitativen Last, welche die Signale in der Schaltung in einer nicht vernachlässigbaren Weise beeinflussen. Deshalb werden heutzutage zur Messung von solch hochfrequenten Signalen typischerweise sogenannte aktive Tastköpfe eingesetzt. In 1 ist schematisch ein aktiver Tastkopf 10 dargestellt, welcher an einem Gehäuse 11 eine dünne metallische Spitze 12 aufweist. Die Spitze 12 ist mit einem Gate eines Feldeffekttransistors 14 in dem Gehäuse 11 verbunden. Die kurze Verbindung 13 zwischen der Spitze 12 und dem Feldeffekttransistor 14 sowie eine geringe Gatekapazität des Feldeffekttransistors 14 ermöglichen zweckmäßigerweise den Aufbau des Tastkopfes 10, welcher eine geringe kapazitative Last für eine zu testende Schaltung darstellt. Ausgangssignalleitungen S1, S2 zum Anschließen des Tastkopfes 10 an eine Messeinrichtung sind mit Source und Drain des Feldeffekttransistors 14 verbunden.
Ein aktiver Tastkopf ist auch aus der WO 01/94954 A1 bekannt. Dieser weist eine Entkoppelung der Tastspitze von Messleitungen durch einen Feldeffekttransistor auf.
Der Feldeffekttransistor führt zu einer galvanischen Entkopplung des Messinstruments von der zu untersuchenden Schaltung oder zu testende Schaltung. Daher ist es nicht möglich, ein Erregersignal oder elektrisches Potential von dem Messgerät aus durch den Tastkopf hindurch in die Schaltung einzuprägen. Hierzu muss nach wie vor ein passiver Tastkopf, wie in 2 dargestellt, verwendet werden. Diese weisen im Wesentlichen nur eine Spitze 22 auf, welche über eine Ausgangsleitung S_I mit dem Messinstrument bzw. einer Quelle für eine Erregerspannung verbunden sind. Diese passiven Tastköpfe weisen eine erhebliche Kapazität auf, welche sich aus der Spitze 22, der Ausgangssignalleitung S_I und dem Eingang der Messinstrumente bzw. Erregerquelle zusammensetzt. Damit eine Messung durch diesen passiven Tastkopf nach dem Einprägen eines Erregersignals nicht beeinflusst wird, ist es notwendig, den passiven Tastkopf von der Schaltung zu entfernen und einen aktiven Tastkopf 10 zu verwenden. Dies führt zu einem erheblichen Aufwand beim Messen von Signalen in Abhängigkeit von Erregersignalen. Zudem ist es notwendig zwei verschiedene Typen von Tastköpfen bereitzustellen.
Die US 2004/0212379 A1 beschreibt eine Testvorrichtung, die eine Tastspitze aufweist, die über eine Schaltvorrichtung mit einem Generator zum Einprägen eines ersten Signalübertragungsmusters in eine zu testende Schaltung verbindbar ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist einen aktiven Tastkopf bereitzustellen, welcher eine Schaltung nicht wesentlich beeinflusst und zugleich ein Einprägen von Erregersignalen in den Schaltungen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen aktiven Tastkopf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Tastkopf zum Einspeisen eines Erregersignals in eine zu testende Schaltung weist eine Tastspitze zum Kontaktieren der zu testenden Schaltung, mindestens eine Ausgangssignalleitung zum Anschließen des aktiven Tastkopfs an eine Messeinrichtung, und eine Übertragungseinrichtung auf, welche die Tastspitze (31) von den Signalleitungen (S₁, S₂, S_I) isoliert und ein an der Tastspitze anliegendes Potential auf die Ausgangssignalleitung überträgt. Zusätzlich weist der aktive Tastkopf einen Feldeffekttransistor als eine integrierte Schalteinrichtung auf, welche zum leitenden Verbinden der Tastspitze mit der Ausgangssignalleitung derart eingerichtet ist, dass ein extern an die Ausgangssignalleitung angelegtes Erregersignal in die zu testende Schaltung einspeisbar ist.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist, parallel zu der Übertragungseinrichtung in dem aktiven Tastkopf eine Schalteinrichtung bereitzustellen, welche in einem Schaltzustand der Übertragungseinrichtung überbrückt, wodurch eine leitende Verbindung zwischen der Spitze und einer Ausgangssignalleitung gebildet wird, welche z.B. an eine Erregerquelle anschließbar ist.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer Ausgestaltung weist die Schalteinrichtung einen Feldeffekttransistor auf oder besteht aus einem einzigen Feldeffekttransistor. Die Übertragungseinrichtung kann als ein Feldeffekttransistor ausgebildet sein, dessen Gateelektrode mit der Tastspitze, sowie Source und Drain mit jeweils einer Ausgangsleitung verbunden sind.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Schalteinrichtung mit einem Schaltelement versehen, mit welchem die Ausgangssignalleitungen untereinander kurzschließbar sind, wenn eine der Ausgangssignalleitungen mit der Tastspitze leitend verbunden geschaltet ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Übertragungseinrichtung und die Schalteinrichtung als Halbleiterbauelemente integriert ausgebildet. Dies ermöglicht beide Bausteine mit einer sehr geringen Kapazität bezüglich der Tastspitze zu gestalten. Bei Feldeffekttransistoren ist besonders darauf zu achten, dass für die Schalteinrichtung das Dotiergebiet des Drainbereichs eine geringe Abmessung aufweist, sodass die Drain-Gate-Kapazität kleiner als ein Pikofarad ist.
Eine Weiterbildung sieht vor, die Schalteinrichtung eingangsseitig mit einer Steuerleitung zu verbinden, welche ein Steuersignal zum Schalten der Schalteinrichtung übermittelbar ist. Die Schalteinrichtung kann optional einen mechanischen Schalter zum Schalten der Schalteinrichtung aufweisen, wobei der Schalter an den Tastkopf angebracht ist.
Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Figuren der Zeichnungen schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Figuren zeigen:
1 einen Teilquerschnitt eines allgemein bekannten aktiven Tastkopfs;
2 einen Querschnitt eines allgemein bekannten passiven Tastkopfs;
3 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen aktiven Tastkopfs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts gegenteiliges angegeben ist.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines aktiven Tastkopfs 30 dargestellt. An einem Gehäuse 31 ist eine Spitze 32 angeordnet. Diese Spitze ist typischerweise aus einem Metall vorzugsweise aus einem hochleitfähigen nicht-korrodierbaren Metall gebildet. In dem Gehäuse ist eine Übertragungseinrichtung 34, z.B. ein Feldeffekttransistor angeordnet. Die Übertragungseinrichtung weist eine erste und eine zweite Anschlussseite auf, welche galvanisch voneinander entkoppelt sind, aber elektrisch anliegende Signale an der ersten Seite die elektrische Eigenschaften der zweiten Seite beeinflussen oder in der zweiten Anschlussseite ein elektrisches Signal generieren. Die erste Anschlussseite der Übertragungseinrichtung 34 ist über ein sehr kurzes Verbindungsstück 33 mit der Spitze 32 verbunden. Die zweite Anschlussseite ist mit Ausgangssignalleitungen S1, S2 verbunden. Die Ausgangssignalleitungen S1, S2 sind zum Verbinden mit Eingängen eines Messinstruments eingerichtet. In einer typischen Ausgestaltung ist die Übertragungseinrichtung 34 als Feldeffekttransistor ausgebildet. Dabei bildet das Gate die erste Seite und die Source- und Drainanschlüsse die zweite Seite der Übertragungseinrichtung. In bekannter Weise beeinflusst ein an Gate anliegendes elektrisches Potential den ohmschen Widerstand zwischen Source und Drain. Somit kann ein an der Spitze 32 anliegendes Potential als Widerstandsänderung zwischen den Signalleitungen S1, S2 bestimmt werden.
Parallel zu der Übertragungseinrichtung ist eine Schalteinrichtung 35 angeordnet. Diese verbindet leitend das Verbindungsstück 33 und/oder die Spitze 31 mit einer der Ausgangssignalleitungen S1. Die Schalteinrichtung 35 weist einen Steueranschluss auf, an welchen über eine externe Steuerleitung SC Steuersignale übermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Schalter am Gehäuse 31 angebracht sein, welcher ein entsprechendes Schaltsignal generiert und dies an den Steueranschluss der Schalteinrichtung 35 weiterleitet.
Die parallele Anordnung der Schalteinrichtung 35 zu der Übertragungseinrichtung 34 ist derart zu verstehen, dass in einem geschlossenen, d.h. leitenden Zustand die Schalteinrichtung 35 eine der Signalausgangsleitungen S1 mit der Spitze 32 leitend verbindet. In diesem Zustand werden Signale, welche an die Signalausgangsleitung S₁, S_I angelegt sind bis an die Spitze 32 geführt und können in eine Schaltung bzw. eine Probe eingeprägt werden. In einem offenen, d.h. nicht-leitenden Zustand der Schalteinrichtung 35 ist die Ausgangssignalleitung S₁ von der Spitze 32 isoliert. In diesem Zustand eignet sich der aktive Tastkopf zum Messen von Signalen in der Schaltung. Die kapazitative Last des Tastkopfes an der Schaltung definiert sich hierbei durch die erste Seite der Übertragungseinrichtung und eine Zuleitung zu der Schalteinrichtung 35 und deren Kapazität im offenen Zustand. Vorzugsweise wird die Schalteinrichtung 35 als Feldeffekttransistor ausgebildet. Diese weisen eine sehr geringe Drainkapazität im ausgeschalteten Zustand auf.
Die Übertragungseinrichtung und die Schalteinrichtung können zusammen als ein integriertes Bauelement hergestellt werden, z.B. beide als Feldeffekttransistoren oder als Halbleiterbauelemente. Somit kann ein Tastkopf mit kurzen internen Verdrahtungen und entsprechend geringen Kapazitäten erreicht werden.
Die Schalteinrichtung 35 kann zusätzlich ein weiteres Schaltelement aufweisen, welches zwischen den zwei Ausgangssignalleitungen S1, S2 angeordnet ist. Wird die Schalteinrichtung 35 leitend geschaltet, wird auch zugleich das Schaltelement leitend geschaltet, sodass die beiden Ausgangssignalleitungen miteinander kurzgeschlossen werden.
Bei Verwendung eines Feldeffekttransistors, beispielhaft eines NFET, kann durch Anlegen einer stark negativen Spannung von –20 V an das Gate die Schalteinrichtung 35 sperrend geschalten werden. Durch Anlegen einer positiven Spannung, z.B. 10 V ist der NFET für Erregersignale bis zu dieser positiven Spannung abzüglich der Schwellspannung des NFET leitend. Für PFET sind die Vorzeichen der entsprechenden Spannungen zu invertieren.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt.
Insbesondere können anstelle von Feldeffekttransistoren andere Schaltelemente, z.B. elektrooptische Schaltelemente verwendet werden.

10: aktiver Tastkopf
20: passiver Tastkopf
30: aktiver Tastkopf
11, 21, 31: Gehäuse
12, 22, 32: Tastspitze
13, 23, 33: Verbindungsstück
14, 34: Übertragungseinrichtung
35: Schalteinrichtung
S1', S2', S1, S2: Ausgangssignalleitung
SI', SI: Zuleitung
SC: Steuerleitung

Claims

Aktiver Tastkopf zum Einspeisen eines Erregersignals in eine zu testende Schaltung, mit einer Tastspitze (31) zum Kontaktieren der zu testenden Schaltung; mindestens einer Signalleitung (S₁, S₂, S_I), einer Übertragungseinrichtung (34), welche die Tastspitze (31) von den Signalleitungen (S₁, S₂, S_I) isoliert und ein an der Tastspitze (31) anliegendes Potential auf die Signalleitungen (S₁, S₂, S_I) überträgt. dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalteinrichtung (35) in dem Tastkopf (30) integriert ist, und dass die Schalteinrichtung (35) die die Tastspitze (31) mit mindestens einer der Signalleitungen (S₁, S₂, S_I) derart verbindet, dass ein an die mindestens eine der Signalleitungen (S₁, S₂, S_I) angelegtes Erregersignal in die zu testende Schaltung einspeisbar ist und die Schalteinrichtung (35) ein Feldeffekttransistor ist.
Aktiver Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung (34) einen Feldeffekttransistor aufweist, dessen Gateelektrode mit der Tastspitze (31), sowie Source und Drain mit jeweils einer der Signalleitungen (S₁, S₂, S_I) verbunden sind.
Aktiver Tastkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (35) ein Schaltelement aufweist, welches zwischen mindestens zwei der Signalleitungen (S₁, S₂, S_I) geschaltet ist, zum Verbinden der Signalleitungen (S₁, S₂, S_I) untereinander, wenn eine der Signalleitungen (S₁, S₂, S_I) mit der Tastspitze (31) leitend verbunden geschaltet ist.
Aktiver Tastkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung (34) und die Schalteinrichtung (35) als Halbleiterbauelemente integriert ausgebildet sind.
Aktiver Tastkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Draingebiet des Feldeffekttransistors der Schalteinrichtung eine derart geringe Querschnittsfläche aufweist, dass eine Kapazität zwischen einer Gateelektrode und dem Draingebiet kleiner als 1pF ist.
Aktiver Tastkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (35) eingangsseitig mit einer Steuerleitung (S_c) verbunden ist, über welche ein Steuersignal zum Schalten der Schalteinrichtung (35) übermittelbar ist.
Aktiver Tastkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (35) einen mechanischen Schalter zum Schalten der Schalteinrichtung (35) aufweist, wobei der mechanische Schalter an dem Tastkopf (30) angebracht ist.