DE3528189C2

DE3528189C2 -

Info

Publication number: DE3528189C2
Application number: DE3528189A
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Tada; Keiichi Itami Hyogo Jp Sawada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1984-08-06
Filing date: 1985-08-06
Publication date: 1991-11-21
Also published as: JPH0316626B2; JPS6144371A; DE3528189A1; US4720671A

Description

Die Erfindung betrifft ein Testgerät für eine Halbleitereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Testgerät ist bereits aus "Automatic Testing and Evaluation of Digital Integrated Circuits" von James T. Healy, 1981, Reston Publishing Company, Inc., Virginia 22090, USA, Seite 5, bekannt und wird nachfolgend anhand der Fig. 1 näher beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt eine Halbleitereinrichtung 1, die mit Hilfe eines Testgerätes 2 getestet wird, welches eine Konstantspannungsquelle 7 und eine Konstantstromquelle 8 besitzt. Konstantspannungsquelle 7 und Konstant stromquelle 8 werden nachfolgend jeweils als Präzisionsmeßeinheit PMU bezeichnet. Die zu testende Halbleitereinrichtung 1, die auch als DUT (device under test) bezeichnet werden kann, besitzt Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 1a, 1b, 1c, . . ., 1g, . . ., 1l. Die PMUs 7 und 8 sind solche, die sich normalerweise innerhalb eines Testgerätes für Gleichstrommessungen (DC-Messungen) an einer Halbleitereinrichtung befinden. Die zu testende Halbleitereinrichtung 1 ist gemäß Fig. 2 so aufgebaut, daß der Eingangs-/Ausgangsanschluß 1a mit einem Bondkissen 4, welches auf einem Halbleiterchip 3 befestigt ist, über einen leitfähigen Draht 1a′, beispielsweise einem dünnen Gold- oder Aluminiumdraht, verbunden ist. Halbleiterchip 3, Bondkissen 4 und dünner Draht 1a′ befinden sich innerhalb eines Gehäuses 5, in das der Eingangs-/Ausgangsanschluß 1a hineinragt. Er ist beispielsweise mit der Wand des Gehäuses 5 fest verbunden.

Die Überprüfung bzw. Bestätigung einer elektrischen Verbindung zwischen der zu testenden Halbleitereinrichtung 1 und dem Testgerät 2 wird durch Anlegen einer Spannung oder eines Stromes an die Anschlüsse 1a bis 1l der zu testenden Halbleitereinrichtung 1 durchgeführt. Spannung bzw. Strom werden von der Konstantspannungsquelle 7 oder der Konstantstromquelle 8 innerhalb des Testgerätes 2 geliefert und gemessen.

Die Fig. 3 zeigt eine elektrische Schaltung im Innern der zu testenden Halbleitereinrichtung 1, und zwar vom Bondkissen 4 aus gesehen. Der Schaltungsteil rechts neben der gestrichelten Linie in Fig. 3 liegt dabei innerhalb des Halbleiterchips 3 nach Fig. 2.

Normalerweise ist mit dem Eingangs-/Ausgangsanschluß der Halbleitereinrichtung eine Schutzschaltung verbunden, die eine Diode 5 und einen Widerstand 6 besitzt. Die elektrische Verbindung zwischen der zu testenden Halbleitereinrichtung 1 und dem Testgerät 2 wird dadurch überprüft bzw. bestätigt, daß der Vorwärtsstrom der Diode 5 gemessen wird, so daß entschieden werden kann, ob der Leitungsdraht zwischen dem Testgerät 2 und der zu testenden Halbleitereinrichtung 1 gebrochen bzw. unterbrochen ist. Darüber hinaus kann überprüft werden, ob ein Bruch des sehr dünn hergestellten Drahtes zwischen einem der Anschlüsse 1a bis 1l und dem zugehörigen Bondkissen 4 der zu testenden Halbleitereinrichtung 1, beispielsweise ein Bruch innerhalb des Aluminiumdrahtes, vorliegt.

Im nachfolgenden wird anhand der Fig. 4 und 5 genauer beschrieben, wie ein Bruch eines Drahtes festgestellt wird. Wird eine Konstantstromquelle 8 mit einem Strom I0 (µA) mit einem Anschluß 4 verbunden (Bondkissen), so stellt sich eine Spannung V0 ein, die durch die Vorwärtsspannung der Diode 5 und den Widerstand 6 bestimmt ist. Diese Spannung ergibt sich zu

V0 = I0 (µA) × R0 (Ω) .

Ist zwischen dem Erdanschluß GD der Halbleitereinrichtung 1 und dem Erdanschluß Gt des Testgerätes 2 ein Draht gebrochen, so schwankt der obengenannte Spannungswert V0 in großem Umfang. Wird somit ein Spannungswert detektiert, der außerhalb eines erwarteten Bereichs (V0_min bis V0_max) liegt, kann entschieden werden, daß die elektrische Verbindung zwischen der zu testenden Halbleitereinrichtung 1 und dem Testgerät 2 unterbrochen oder in einem schlechten Zustand ist. Die gleiche Entscheidung kann getroffen werden, wenn eine Konstantspannungsquelle 7 mit der Anschlußklemme 4 verbunden wird, wie die Fig. 5 zeigt.

Bei der herkömmlichen Testmethode ist es also erforderlich, eine Konstantstromquelle 8 oder eine Konstantspannungsquelle 7 zu verwenden. Darüber hinaus dauert es eine bestimmte Zeit, üblicherweise mehrere m-Sekunden, bis sich ein exakt vorherbestimmter Spannungs- oder Stromwert einstellt. Konstantspannungs- oder Konstantstromquellen, wie sie für derartige Messungen verwendet werden müssen, sind ferner relativ teuer, so daß ihre Anzahl in einem Testgerät möglichst gering gehalten wird. Das bedeutet andererseits, daß eine relativ große Zeit erforderlich ist, um die elektrischen Verbindungen bei einer zu testenden Halbleitereinrichtung zu überprüfen bzw. zu bestätigen, die eine Vielzahl von Eingangs-/Ausgangsanschlüssen besitzt. Die Testzeit wird dabei um so größer, je höher die Anzahl der Eingangs-/Ausgangsanschlüsse ist. Befinden sich andererseits innerhalb des Testgerätes zur Verkürzung der Testzeit so viele PMUs, wie zu überprüfende Eingangs-/Ausgangsanschlüsse an der Halbleitereinrichtung vorhanden sind, so ist es unvorteilhaft, das Testgerät aufgrund der sehr teueren PMUs für andere Testzwecke zu verwenden.

Ein anderes zum Stand der Technik gehörendes Testverfahren für Halbleiterspeichereinrichtungen ist in der JP 57-18 593 B2 beschrieben.

Aus der älteren Anmeldung DE 33 12 687 A1 geht ein weiteres Testgerät mit einer in weiten Strom- und Spannungsbereichen programmierbaren Bewerter- und Lastschaltung hervor, um Prüflinge zu prüfen, die unterschiedlichen Schaltkreistechnologien angehören.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Testgerät der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß es schnell an unterschiedliche Testaufgaben angepaßt werden kann und darüber hinaus kostengünstig herstellbar ist, wobei es ferner in der Lage sein soll, sehr schnell eine Vielzahl von elektrischen Verbindungen zwischen ihm und einer zu überprüfenden Halbleitereinrichtung daraufhin zu testen, ob die elektrischen Verbindungen unterbrochen sind bzw. sich in einem schlechten Leitungszustand befinden.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Testgerät für eine Halbleitereinrichtung mit einer Vielzahl von Eingangs-/Ausgangsanschlüssen besitzt eine dynamische Lastschaltung für jeweils einen Eingangs-/ Ausgangsanschluß der Halbleitereinrichtung sowie eine Vergleichsschaltung für jeweils einen Eingangs-/Ausgangsanschluß der Halbleitereinrichtung zum Vergleichen einer Spannung am Eingangs-/Ausgangsanschluß mit einem vorbestimmten Wert, um zu detektieren, ob der interne Zustand der Halbleitereinrichtung ein Hochimpedanzzustand ist oder nicht, so daß die Überprüfung bzw. Bestätigung einer elektrischen Verbindung zwischen der Halbleitereinrichtung und dem Testgerät mit Hilfe der dynamischen Lastschaltung und der Vergleichsschaltung durchführbar ist.

Die Vergleichsschaltung ist mit einem Eingangs-/Ausgangsanschluß direkt verbindbar und liegt parallel zur dynamischen Lastschaltung. Die Vergleichsschaltung vergleicht eine Spannung an einer Eingangs-/Ausgangsklemme der Halbleitereinrichtung mit einem oberen und unteren vorgegebenen Grenzwert, wobei der obere Grenzwert etwas höher und der untere Grenzwert etwas niedriger als diejenige Spannung an der Eingangs-/Ausgangsklemme im stationären Zustand liegen.

Die dynamische Lastschaltung enthält eine Diodenbrückenschaltung mit vier Dioden, wobei zwei gegenüberliegende Brückenzweige jeweils mit einer Konstantstromquelle verbunden sind, und wobei von den beiden anderen Brückenzweigen einer mit einer Referenzspannungsquelle und der andere mit einer Eingangs-/Ausgangsklemme der Halbleitereinrichtung verbunden ist.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigt

Fig. 1 ein mit einer zu überprüfenden Halbleitereinrichtung verbundenes herkömmliches Testgerät zur Überprüfung der elektrischen Verbindung zwischen dem Testgerät und der Halbleitereinrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die zu überprüfende Halbleitereinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaltdiagramm einer Schutzschaltung innerhalb der zu überprüfenden Halbleitereinrichtung,

Fig. 4 eine Schaltung, bei der eine Konstantstromquelle des Testgeräts mit der zu überprüfenden Halbleitereinrichtung verbunden ist,

Fig. 5 eine Schaltung, bei der eine Konstantspannungsquelle des Testgerätes mit der zu überprüfenden Halbleiterschaltung verbunden ist, und

Fig. 6 ein Schaltdiagramm eines Testgerätes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Das Testgerät nach der Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 6 näher beschrieben. Es besitzt eine dynamische Lastschaltung A, die auch eine programmierbare Schaltung sein kann, um eine Impedanzmessung durchzuführen, bei der bestimmt wird, ob der interne Zustand der Halbleitereinrichtung ein Hochimpedanzzustand ist oder nicht. Die dynamische Lastschaltung ist innerhalb des Testgerätes so oft vorhanden, wie zu messende Eingangs-/Ausgangsanschlüsse an der zu überprüfenden Halbleitereinrichtung vorhanden sind. Die Messung erfolgt in Kombination mit einer Vergleichsschaltung, die später genauer beschrieben wird, und wird bei der höchsten Betriebsfrequenz des Testgerätes 2 (üblicherweise 20 bis 100 MHz) durchgeführt. Die dynamische Lastschaltung A enthält Konstantstromquellen 9a und 9b, Dioden 11a bis 11d, die in Form einer Brücke zusammengeschaltet sind, um an den Anschlüssen 10a und 4 erscheinende Spannungen auf gleiche Werte zu halten, derart, daß ein Strom von der Anschlußklemme 12 zur Anschlußklemme 13 fließt, sowie einen Referenzspannungsgenerator 10, dessen einer Ausgang mit der Anschlußklemme 10a verbunden ist. Durch den Referenzspannungsgenerator 10 wird die Spannungsdifferenz zwischen den Anschlußklemmen 12, 13 und der Anschlußklemme 4 der zu testenden Halbleitereinrichtung vermindert, und zwar durch Änderung der Richtung des Stromes zwischen den Anschlußklemmen 12 und 13. Eine Vergleichsschaltung 14 vergleicht die an der Anschlußklemme 4 erzeugte Spannung einerseits mit einem Wert innerhalb eines oberen Grenzwertregisters 15 und andererseits mit einem Wert innerhalb eines unteren Grenzwertregisters 16. Ein Speicher bzw. Register 17 speichert einen Kennzeichenwert und dient zur Ausgabe eines Ausgangssignals in Abhängigkeit des Vergleichs durch die Vergleichsschaltung 14. Das Kennzeichenwerteregister 17 liefert ein Ausgangssignal "1" oder "0".

Der rechts neben der gestrichelten Linie in Fig. 6 liegende Schaltungsteil entspricht dem Schutzschaltungsteil, der bereits anhand der Fig. 3 bis 5 beschrieben worden ist.

Im nachfolgenden wird der Betrieb des Testgerätes nach Fig. 6 näher erläutert. Zuerst wird eine dynamische Lastschaltung A mit jedem Eingangs-/Ausgangsanschluß 4 der Halbleitereinrichtung 1 verbunden. Die durch die Konstantstromquellen 9a und 9b zu erzeugenden Stromwerte werden in geeigneter Weise eingestellt, während ein Spannungswert, niedriger oder höher als derjenige Spannungswert, welcher aufgrund der Stromwerte an der Anschlußklemme 4 der Halbleitereinrichtung 1 erwartet wird, mit Hilfe der Referenz- bzw. Konstantspannungsquelle 10 an die Anschlußklemme 10a angelegt wird. Ist die Spannung an der Anschlußklemme 10a höher als diejenige an der Anschlußklemme 4, so fließt im wesentlichen ein Strom von der Konstantstromquelle 9a über die Diode 11d und die Diode 11c zur Konstantstromquelle 9d. Ist dagegen die Spannung an der Anschlußklemme 10a geringer als diejenige an der Anschlußklemme 4, so fließt im wesentlichen ein Strom von der Diode 5 der zu untersuchenden Halbleitereinrichtung 1 über den Widerstand 6 durch die Diode 11c des Testgerätes 2 und anschließend zur Konstantstromquelle 9b. Unabhängig davon, ob die Spannung an der Anschlußklemme 10a höher oder niedriger als die Spannung an der Anschlußklemme 4 ist, nehmen beide Spannungen ungefähr gleiche Werte an, und zwar aufgrund der Funktion der Diodenbrückenschaltung. Die Übergangszeit zur Einnahme des stationären Zustandes bestimmt sich in Abhängigkeit der Stromwerte der Konstantstromquellen 9a und 9b. Der Spannungswert an der Anschlußklemme 4 im stationären Zustand wird durch den Strom der Konstantstromquelle 9b bestimmt, wobei dieser Strom von der Diode 5 durch den Widerstand 6 der zu testenden Halbleitereinrichtung und durch die Diode 11c des Testgerätes zu der Konstantstromquelle 9b fließt. Demzufolge werden wenig niedrigere und höhere Werte als derjenige, der an der Anschlußklemme 4 erscheint, zuvor im oberen und unteren Grenzwertregister 15 und 16 gespeichert, die mit der Spannung verglichen werden, die an der Anschlußklemme 4 erscheint. Die Spannung an der Anschlußklemme 4 wird mit dem vorgegebenen oberen und unteren Grenzwert im oberen und unteren Grenzwertregister 15, 16 mit Hilfe der Vergleichsschaltung 14 verglichen. Diese liefert eine "1" (Durchgang), wenn die Spannung innerhalb des Bereichs zwischen den beiden vorgegebenen Werten liegt, und eine "0" (Fehler) zum Signalprozessor des Testgerätes, so daß auf diese Weise die Güte der Verbindung zwischen dem Testgerät und der Halbleitereinrichtung festgestellt werden kann.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Überprüfung bzw. Bestätigung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Testgerät und der zu überprüfenden Halbleitereinrichtung mit Hilfe einer dynamischen Last- bzw. Ladeschaltung und einer Vergleichsschaltung vorgenommen, wobei die Schaltungen bei der höchsten Arbeitsfrequenz des Testgerätes betrieben werden. Demzufolge kann die Prüfung der elektrischen Leitungsverbindung zwischen dem Testgerät und der Halbleitereinrichtung mit hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden, wobei sich die Testzeit nicht erhöht, unabhängig von der Anzahl der zu testenden Eingangs-/Ausgangsanschlüsse der Halbleitereinrichtung. Die Herstellungskosten des Testgerätes sind darüber hinaus relativ gering.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 wurde nur ein Verbindungstest mit der zu untersuchenden Halbleitereinrichtung (DUT) ausgeführt. Es können jedoch allgemein statische elektrische Eigenschaften, die konventionell mit Hilfe von PMUs gemessen werden, durch die Elemente 10, 11a, 11b, 11c, 11d, 9a und 9b erfaßt werden, die eine Brückenschaltung innerhalb des Testgerätes nach Fig. 6 bilden. Durch diese Elemente wird ebenfalls eine hohe Präzision und gute Auflösung bei der Messung erreicht. Zwar besitzen konventionelle PMUs eine außerordentlich hohe Meßgenauigkeit, jedoch ist es auch beim vorliegenden Testgerät möglich, eine ähnlich hohe Meßgenauigkeit wie bei konventionellen PMUs in kurzer Zeit zu erreichen, indem eine hochgenaue Brückenschaltung verwendet wird, so daß der Meßbereich wenigstens annäherungsweise gleich demjenigen einer PMU ist.

Bei dem Testgerät nach der Erfindung zur Überprüfung von Verbindungen zwischen dem Testgerät und der zu überprüfenden Halbleitereinrichtung mit einer Vielzahl von Eingangs-/Ausgangsklemmen werden eine Vergleichsschaltung und eine dynamische Lastschaltung zur Durchführung des Verbindungstests verwendet. Diese Schaltungen sind in einem übergeordneten Testgerät enthalten. Durch die genannten Schaltungen kann ein Verbindungstest in kurzer Zeit durchgeführt werden. Das Testgerät ist einfach aufgebaut und billig herstellbar und besitzt eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit.

Claims

1. Testgerät für eine Halbleitereinrichtung mit einer Vielzahl von Eingangs-/ Ausgangsanschlüssen, das für jeden der Eingangs-/Ausgangsanschlüsse jeweils eine Lastschaltung und eine Vergleichsschaltung zum Vergleichen einer Spannung am Eingangs-/Ausgangsanschluß mit einem vorbestimmten Spannungswert aufweist, um den Verbindungszustand zwischen der Halbleitereinrichtung und dem Testgerät zu überprüfen, dadurch gekennzeichnet, daß

- jede Lastschaltung als programmierbare Lastschaltung (A) ausgebildet ist und
- jede Vergleichsschaltung (14-17) direkt mit einem der Eingangs-/Ausgangsanschlüsse (1a-1l) verbindbar ist, eine Spannung an einer Eingangs-/Ausgangsklemme (1a-1l) der Halbleitereinrichtung (1) mit einem oberen und unteren vorgegebenen Grenzwert vergleicht, wobei der obere Grenzwert etwas höher und der untere Grenzwert etwas niedriger als diejenige Spannung an der Eingangs-/Ausgangsklemme im stationären Zustand liegen, sowie mit einem Kennzeichenwertregister (17) verbunden ist, das einen die Güte der Verbindung zwischen Testgerät und Halbleitereinrichtung angebenden Kennzeichenwert in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis ausgibt.

2. Testgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbare Lastschaltung (A) eine Diodenbrückenschaltung mit vier Dioden (11a-11d) enthält, zwei gegenüberliegende Brückenzweige jeweils mit einer Konstantstromquelle (9a, 9b) verbunden sind, und daß von den beiden anderen Brückenzweigen einer mit einer Referenzspannungsquelle (10) verbunden und der andere mit einer Eingangs-/Ausgangsklemme der Halbleitereinrichtung (1) verbindbar ist.