DE3882689T2 - Testprobe für elektrische Signale. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Testprobe für elektrische Signale zur Messung von ultraschnellen, elektrischen Signalen und insbesondere auf einen Meßkopf zur Herstellung des elektrischen Kontakts für die ultraschnellen Signalmessungen, zum Beispiel in einer integrierten Schaltung oder einem Baustein.
• Das Erkennen von Spannungen an Punkten in einer integrierten Schaltung mittels einer Sondenmeßeinrichtung ist in der Technik bekannt.
• In der US Patentschrift 4,065,717, ausgegeben am 27. Dezember 1977, nach Kattner et al, mit dem Titel MULTI-POINT MICROPROBE FOR TESTING INTEGRATED CIRCUITS, wird eine Mehrpunktsonde zur Herstellung des Kontakts zu den eng angeordneten Lötstellen auf einem Halbleiterbauelement mit einem flexiblen, lamellenähnlichen Glied beschrieben, das die Prüfspitzen trägt, die den Kontakt mit dem Halbleiterbauelement herstellen.
• Die japanische Patentschrift JA60-73366, ausgegeben am 25. April 1985, nach Gotou, mit dem Titel APPARATUS FOR SUPPLYING AND MEASURING WIRING VOLTAGE, beschreibt ein System, das es ermöglicht, interne Verdrahtungsspannungen in einer integrierten, auf einer Leiterplatte montierten Schaltung zu messen und Spannung davon, der internen Verdrahtung mittels Laserstrahl zuzuführen, indem ein fotoleitendes Glied und eine transparente Elektrode für die Fläche des Verdrahtungsbereichs der montierten Leiterplatte vorgesehen werden. Die Position der zu prüfenden, internen Verdrahtung wird durch einen Fokussierdeflektor angegeben, bei dem die X-Y Positionsdaten eingehen. Der Fokussierdeflektor wird mit einem Strahl aus einer Strahlquelle bestrahlt und ein angegebener interner Verdrahtungsplatz wird mit dem fokussierten, abgelenkten Strahl bestrahlt. Der Strahl geht durch eine transparente Elektrode und einen fotoleitenden Film zu der angegebenen, internen Verdrahtung. Nur dort, wo der Strahl vorbeikommt, erreicht der fotoleitende Film einen Gleichgewichtszustand, und die transparente Elektrode sowie die angegebene, interne Verdrahtung werden in einen Gleichgewichtszustand gebracht. Dann wird die der internen Verdrahtung zugeführte Spannung als digitale Information von einem A/D Wandler über die transparente Elektrode ausgegeben und die Spannung der internen Verdrahtung kann gemessen werden.
• Die US Patentschrift 3,405,361, ausgegeben am 8. Oktober 1968, nach Kattner et al, mit dem Titel FLUID ACTUABLE MULTI-POTNT MICROPROBE FOR SEMICONDUCTORS, beschreibt ein System mit einer Mehrpunktsonde zur Herstellung des Kontakts zu den eng angeordneten Lötstellen auf einem Halbleiterbauelement mit einem flexiblen, lamellenähnlichen Glied beschrieben, das die Prüfspitzen trägt, die den Kontakt mit dem Halbleiterbauelement herstellen. Das flexible, lamellenähnliche Glied ist Teil einer Kammer, in die eine Flüssigkeit eingelassen wird, um dieses Glied zu verformen und die Sonden daraufhin zu veranlassen, den Kontakt mit dem Halbleiterbauelement herzustellen.
• Andere Referenzen sind verfügbar, in denen die Messung von Hochgeschwindigkeitsimpulsen beschrieben werden.
• In der US Patentschrift 4,446,425, ausgegeben am 1. Mai 1984, nach Valdmanis et al, mit dem Titel MEASUREMENT OF ELECTRICAL SIGNALS WITH PICOSECOND RESOLUTION, werden elektrische Signale mit Pikosekunden-Auflösung durch elektro-optische Abtastung des Signals gemessen (analysiert und angezeigt), das in einer Pockels Lauffeldzelle analysiert wird.
• Abtastimpulse von der Dauer unter einer Pikosekunde von einem optischen Impulsgenerator, wie z.B. von einem modusverriegelten Kollisionsimpulslaser, werden durch die Zelle als polarisiertes Licht übertragen und in einen Differenzausgang umgesetzt, der der Differenz in Amplituden zwischen den übertragenen und den unterdrückten Komponenten des polarisierten Lichts entspricht. Die Signale, die synchron mit den optischen Abtastimpulsen sind, werden erzeugt, um sich entlang der Zelle, quer zur abertragungsrichtung des optischen Abtastimpulses und in variablem, verzögerten Verhältnis mit diesem auszubreiten. Ein separater Strahl von optischen Impulsen wird zerhackt und zur Aktivierung eines fotoleitenden Elements verwendet, das Signale produziert. Der Differenzausgang wird durchgeführt, vorzugsweise durch einen Lock-in-Verstärker und Signal-Mittelwertrechner; der Lock-in-Verstärker wird mit der Zerhackung der eingespeisten Impulse synchronisiert und mit einer Zeitbasis angezeigt, die synchron mit der variablen Verzögerung der Impulse ist. Demgemäß wird das Signal auf einer erweiterten Zeitskala für die Messung und für weitere Analysen angezeigt. Die Reaktion von Fotodektekoren, fotoleitenden Schaltern und anderen, ultraschnellen, lichtaktivierten Elementen kann bestimmt werden, wenn diese Elemente als Quelle der zu analysierenden und anzuzeigenden Signale verwendet werden.
• In der US Patentschrift 4,218,618, ausgegeben am 19. August 1980, nach Mourou, mit dem Titel APPARATUS FOR SWITCHING HIGH VOLTAGE PULSES WITH PICOSECOND ACCURACY, wird das Schalten von Hochspannungsimpulsen von etwa 10 Mikrosekunden bis 10 Millisekunden Dauer mit pikosekunden-Genauigkeit von einem mit Laser aktivierten Halbleiterschalter durchgeführt, der aus einem Körper von hochresistentem Halbleiterwerkstoff hergestellt wurde, wie z.B. fast eigenleitendes Silikon, das in einer Breitbandgeometrie integriert ist, welches Teil einer Überträgungsleitung ist. Die Hochvorspannungsimpulse werden durch Laden der Leitung in Taktgleichheit mit der Erzeugung der Laserimpulse erzielt. Die Breite der Hochvorspannungsimpulse und die Länge des Körpers wird ausgewählt, um einen thermischen Durchbruch des Halbleiters bei solchen Impulsbreiten zu verhindern. Die Energie des Laserimpulses schaltet die Hochspannung ein, um durch den gleichen Laser einen Multikilovolt Ausgangsimpuls zu erzeugen, der passend für Steuerelemente ist, wie z.B. schnellverschlußkameras oder Pockels Zellen, die mit pikosekundengenauigkeit mit den Laserimpulsen synchronisiert werden müssen.
• Die Länge der übertragungsleitung kann variiert werden, um die Breite der Multikilovolt Ausgangsimpulse einzustellen.
• Die Erfindung wie im Anspruch niedergelegt, löst das Problem bezüglich der Bereitstellung einer Sonde zu Prüf- oder Abtastzwecken, um damit die Reaktion einer integrierten Schaltung auf ultraschnelle, elektrische Impulse zu bestimmen, worin die Sonde von dem zu prüfenden Schaltkreis abgenommen werden kann und ein transparentes Substrat enthält, durch welches optische Impulse fokussiert oder zu einer fotoleitenden Lücke und einer zu der fotoleitenden Lücke gehörenden Ubertragungsleitung gesteuert werden.
• Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der:
• Fig. 1 eine sehr schematische Abbildung eines Querschnitts der Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer abnehmbaren Sonde zur Messung von Hochgeschwindigkeitsimpulsen gemäß des Prinzips der vorliegenden Erfindung darstellt und
• Fig. 2 eine sehr schematische Abbildung der unteren Ansicht der Sonde von Fig. 1 des Ausführungsbeispiels zeigt.
• Es besteht gegenwärtig ein Interesse an der Nutzung opto-elektronischer Abtasttechniken, um die Reaktion von elektrischen Elementen auf ultraschnelle, elektrische Impulse zu untersuchen. In dem Stand der Technik wurde gezeigt, daß elektrische Impulse in Pikosekunden erzeugt und abgetastet werden können, unter Verwendung von fotoleitenden Schaltern, die durch kurze Laseriinpulse aktiviert werden, um die Betriebsdaten der Hochgeschwindigkeitssignale zu prüfen und zu rnessen, die sich innerhalb integrierter Halbleiterschaltkreise ausbreiten. Im allgemeinen ist es schwierig, fotoleitende Schalter auf dem gleichen Chip mit integrierten Halbleiterbauelementen oder Schaltkreisen zu integrieren. Um dies zu vermeiden, können fotoleitende Schalter auf separaten Sonden hergestellt werden, so daß ultraschnelle, elektrische Signale in ein Element oder einen Schaltkreis von einer Sonde eingespeist und mit einer anderen erkannt werden können. Ein Hauptproblem bei Durchführung einer Hochgeschwindigkeitsmessung ist jedoch, eine reproduzierbare und kalibrierte Verbindung von der in Prüfung befindlichen Schaltung oder dem in Prüfung befindlichen Element zu dem Meßsystem sicherzustellen.
• Das opto-elektronische Abtastsystem vereinfacht dieses Problem sehr durch Beschränkung des Hochgeschwindigkeitsanteils des Signals auf einen relativ kompakten Bereich, der aus dem Element, der Abtast- und Erzeugungsstelle und den angeschlossenen Übertragungsleitungen besteht. Kein Hochgeschwindigkeitssignal muß an entfernte, konventionelle Elektronik angeschlossen werden. In dem Stand der Technik werden die Elemente und Systeme, die im Test befindlichen Schaltkreise oder Elemente und die Übertragungsleitung durch kurze Drahtanschlüße verbunden. Wenn auch die Drahtanschlüße es angemessen erscheinen lassen, eine kleine Anzahl von Elementen zu untersuchen, ist die Prüfung einer größeren Anzahl von Elementen eher ungünstig und zeitraubend. Wenn einmal ein Satz von erzeugten/abgetasteten Lücken auf einem Element angeschlossen ist, ist es außerdem im allgemeinen unmöglich, diese zu entfernen, ohne sowohl die Übertragungsleitungen als auch die Anschlußlötstellen des Elements dauerhaft zu beschädigen. Die vorliegende Erfindung liefert jedoch eine Sonde zur Messung von Hochgeschwindigkeitsimpulsen, die einfach an der Anschlußlötstelle eines Schaltkreisprüfplatzes anzuschließen und von diesem wiederholt und ohne Beschädigung von Elementen zu entfernen ist. Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht der Komponenten einer neuen Konfiguration für eine abnehmbare, opto-elektronische Hochgeschwindigkeitssonde zum Abtasten von ultraschnellen elektrischen Signalen.
• In Fig. 1, ist das Substrat 10 der abnehmbaren Sonde für Lichtenergie durchlässig, wie z.B. für Laserimpulse, die das Substrat 10 von der Spitze durchläuft und eine fotoleitende Lücke 12 am Boden der Sonde beleuchtet. Optische Impulse von einer Lichtquelle, wie dem Laser 14, können auf die fotoleitende Lücke 12 in der Sonde mit einer Linse 16 über das Substrat 10 fokussiert werden. Alternativ dazu, kann eine optische Faser als Lichtleiter auf der Lücke verwendet werden. Ein typisches Metallisierungsmuster, das am Boden des Substrats hergestellt wird, zeigt Fig. 2. Die Mittelleiter 18 und 20 bilden eine Übertragungsleitung von gleichmäßiger Impedanz. Diese sind an einem Ende abgeschrägt (wie in dem rechten Ende von Fig. 1) gezeigt, um die Anschlußpads den im Test befindlichen Schaltkreisen oder Elementen anzupassen. Die Übertragungsleitungen 18 und 20 tragen Hochgeschwindigkeitssignale von der fotoleitenden, erzeugten Lücke 12 zu dem im Test befindlichen Schaltkreis und von dem im Test befindlichen Schaltkreis zurück zu der fotoleitenden, abgetasteten Lücke 12. An dem abgeschrägten Ende sind Kontakte 22 aus Gold oder Goldlegierungen an der Spitze der erweiterten Bereiche zur Herstellung des Kontakts angebracht.
• Dies sind die einzigen Hochgeschwindigkeitskontakte in dem System. Diese können unter Verwendung einer Vielzahl von Techniken hergestellt werden, wie z.B. Elektroplatierung, Thermokompressionsverfahren oder Laserauftrag. Da diese Kontakte wesentlich kürzer als die zuvor beschriebenen Drahtanschlüsse sein können, ist eine viel kleinere, induktive Unterbrechung zwischen dem zu prüfenden Schaltkreis und den Übertragungsleitungen 18,20 möglich. Da dieses System bei der Abtastung auf das elektrische Hochgeschwindigkeitssignal baut, sind alle anderen Verbindungen, wie die Kontakte 24, 26 und 28 entweder langsamlaufend oder Gleichstromkontakte, also sind drahtangeschlossene Verbindungen dafür passend. In der praxis kann die Sonde von einer PC Karte gehalten werden, die abwechselnd auf einem Arm einer x, y, z und Thita Umsetzerstufe (nicht abgebildet) montiert ist, so daß die Sonde genau positioniert und an den Lötstellen eines Prüfortes angebracht werden kann.
• Ein Anzahl von materiellen und geometrischen Ausführungsbeispielen kann verwendet werden. Substrate, die aus auf Saphir oder auf Quartz lagerndem Silikon bestehen, sind sichtbar transparent und hochisoliert und können in der Testsonde verwendet werden. Silikonsubstrate, die für Infrarot transparent sind, könnten ebenfalls verwendet werden.
• In einer elektro-optischen Sonde wird das abzutastende Signal aus dem im Test befindlichen Schaltkreis in eine Sonde eingespeist, die aus einem electro-optischen Material wie LiNbO&sub.3&sup. hergestellt ist. Wenn solch eine elektro-optische Sonde in Verbindung mit einer Sonde gemäß der Erfindung verwendet wird, würde ein verzögerter Teil der erzeugten optischen Impulse durch das elektro-optische Material in der Nähe des elektrischen Signals durchlaufen. Die Polarisierung des optischen Impulses würde durch die elektrischen Felder des elektrischen Signals verändert. Diese Sonde könnte die gleiche Geometrie wie das opto-elektronische Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 und Fig. 2 haben. Normalerweise würden diese Sonden paarweise verwendet. Die opto-elektronische Sonde würde verwendet werden, um ein Hochgeschwindigkeits-Eingangssignal zu erzeugen. Das Ausgangssignal würde mit einer zweiten Sonde abgetastet, und zwar entweder opto-elektronisch oder elektro-optisch. Wenn der im Test befindliche Schaltkreis synchron mit der Laserquelle gefahren wird, würde nur eine Tastsonde benötigt.

Claims (7)

1. Testprobe für elektrische Signale zum Tragen elektrischer Signale zu oder von ausgewählten Punkten in eine elektrische Schaltung, die enthält:

ein durchlässiges Substrat (10),

elektrisch leitende Signalübertragungsmittel (18, 20), die auf dem durchlässigen Substrat angeordnet sind, wobei sich die elektrisch leitenden Signalübertragungsmittel bis zu dem einen Ende des Substrats ausdehnen,

elektrische Kontakte (22), die an die elektrisch leitenden Signalübertragungsmittel an dem Ende des durchlässigen Substrates angeschlossen sind,

die Sondeneinrichtung wird charakterisiert durch

eine elektrische, signalleitende Leitung, die auf dem Substrat angeordnet ist und die von den elektrisch leitenden Signalübertragungsmittel durch eine auf Strahlungsenergie reagierende, leitende Lücke (12) getrennt ist, und

Mittel (14, 16) zur Leitung eines Strahlungsenergiestrahls zu der auf Strahlungsenergie reagierenden, leitenden Lücke zu der elektrisch angeschlossenen, leitenden Leitung zu den Signalübertragungsmittel über die Lücke, wobei das Substrat (10) angepaßt wird, um die elektrischen Kontakte zu ausgewählten Punkten eines elektrischen Schaltkreise zu bringen, wobei die elektrischen Signale von den ausgewählten Punkten des elektrischen Schaltkreises durch die elektrischen Kontakte (22), die Signalübertragungsmittel (18, 20) und durch die leitende Lücke (12) zu der elektrischen, signalleitenden Leitungen übermittelt werden.

2. Eine Testprobe für elektrische Signale gemäß Anspruch l, worin die auf Strahlungsenergie reagierende, leitende Lücke (12) eine fotoleitende Lücke ist und die Mittel (14, 16) zur Leitung eines Strahlungsenergiestrahls Mittel zur Leitung eines Lichtfrequenzstrahls sind.

3. Eine Testprobe für elektrische Signale gemäß Anspruch 2, worin das Substrat (10) durchlässig für Strahlungsenergie ist und der Lichtfrequenzstrahl über das Substrat in die Lücke (12) geleitet wird.

4. Eine Testprobe für elektrische Signale gemäß Anspruch 2, worin die Mittel (14, 16) zur Leitung eines Strahlungsenergiestrahls ein Lasergerät ist.

5. Eine Testprobe für elektrische Signale gemäß Anspruch 3, worin das Substrat (10) aus auf Saphir lagerndem Silikon besteht.

6. Eine Testprobe für elektrische Signale gemäß Anspruch 3, worin das Substrat (10) aus auf Quartz lagerndem Silikon besteht.

7. Eine Testprobe für elektrische Signale gemäß Anspruch 3, worin das Substrat (10) aus infrarotdurchlässigem Silikon besteht.