KR100355879B1 - 테스트하에 있는 디바이스를 측정 장비에 프로빙하고 상호연결하기 위한 복합 스위칭 매트릭스 - Google Patents

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Abstract

복합 스위칭 매트릭스(30)는, 저항(12)이 측정되는 동안 상기 저항을 미리 정해진 값으로 신속하고, 정확하게 트리밍하기 위해서 저항 측정 시스템(20)과 레이저(22)와 함께 동작한다. 상기 복합 스위칭 매트릭스는 드라이 리드 릴레이(34 내지 81, 101 내지 164)로 구현되고, 프로브 스위칭 매트릭스(90 내지 97)와 구성 매트릭스(32)를 포함하며, 상기 프로브 스위칭 매트릭스와 구성 매트릭스는 보호(guarding)하고 혹은 보호하지 않은채 2-, 3-, 4-단자 측정을 구현하기 위해서 프로브 당 필요한 평균 릴레이 접촉의 수를 줄인다. 또한, 분리된 프로브 스위칭 및 측정 구성 매트릭스는 측정의 하이 및 로우 측을 효과적으로 분리함으로써 측정 속도 및 정확도에 대한 부유(stray) 저항 및 정전용량의 영향을 감소시킨다. 스위칭 가능한 접지 구성(82 내지 89)은 측정의 정확도를 더 향상시킨다. 본 발명의 복합 스위칭 매트릭스는, 0.1Ω미만에서 100㏁이상에 이르는 값을 갖는 저항에 적용되는 2-, 3-, 4-단자 측정 구성을 가지고 어레이상의 개별 저항에 대한 순차적인 저항 측정을 가능하게 한다.

Description

테스트하에 있는 디바이스를 측정 장비에 프로빙하고 상호 연결하기 위한 복합 스위칭 매트릭스{COMPOUND SWITCHING MATRIX FOR PROBING AND INTERCONNECTING DEVICES UNDER TEST TO MEASUREMENT EQUIPMENT}
계속적인 전자 회로의 소형화 추세는 회로 기판 표면에 탑재된 리드리스(leadless) "칩" 콘덴서, 저항, 인덕터 및 집적 회로와 같은 구성소자에 대한 급속한 발전을 유도해왔다. 특히, 칩 저항은, 작게는 0.5mm ×1.0mm(0.02인치 ×0.04인치), 크게는 1.5mm ×3.0mm(0.06인치 ×0.12인치) 크기의 매우 소형의 후막(thick- film) 저항이다. 일반적으로, 칩 저항은 49.5mm × 60mm(1.95인치 × 2.36인치)의 세라믹 기판상에 저항 및 결선-패드 패턴(connection-pad patterns)을 형성하는 저항성 페이스트 물질의 어레이(array)를 스크리닝(screening) 및 가열(firing)하여 제조된다.
도 1은 58개의 열(columns)(14) 및 92개의 행(rows)(16)으로 정렬된 5,336개의 저항(12)의 어레이가 스크리닝된 일반적인 종래 기술의 기판(10)의 확대된 절단된(cutaway) 코너부분(corner portion)을 도시한다. 가열한 후, 상기 저항(12) 각각은 미리 정해진 저항 값으로 레이저 트리밍(trimming)된다. 그런 다음, 기판(10)은 스코어 라인(점선으로 도시)(17)을 따라 개별 칩 저항 및/혹은 칩 저항 그룹으로 나누어 진다.
기판(10)과 같은, 일반적인 기판상에서, 열(14)상의 저항(12)은, 각각의 열(14)상의 저항(12)이 전기적으로 직렬로 연결되도록 전도성 패드(18)에 의해 저항의 끝과 끝(end-to-end)이 전기적으로 연결된다. 그러나, 행(16)상의 저항(12)은 전기적으로 나란히(side-by-side) 연결되지 않는다.
또한 도 2를 참조하면, 레이저 트리밍동안에, 저항(12)의 전체 행(16) 혹은 열(14)은, 한 번에 저항(12)중 하나를 저항 측정 시스템(20)에 전기적으로 연결하는 스위칭 매트릭스(switching matrix)(19)에 전기적으로 연결되며, 이때 저항 측정 시스템(20)은 레이저(22)와 함께 각각 연속적으로 연결된 저항(12)을 미리 정해진 저항 값으로 트리밍한다. 저항(12)은 프로브(probe)(24A 및 24B){집합적으로 "프로브(24)"}를 가지고 전도성 패드(18A 및 18B)를 프로빙함으로써 전기적으로 연결된다.
레이저 트리밍은, 초당 100개의 저항을 저항의 미리 정해진 값의 5%이내로 만족스럽게 트리밍할 수 있는 빠르고, 정확한 공정이다. 레이저 트리밍 정확도 요구사항은 종종 0.1%를 초과하고, 미리 정해진 저항 값은 0.1Ω미만에서 100㏁이상까지의 값이기 때문에, 일반적으로 스위칭 매트릭스(19)는 0.1Ω미만의 온-저항(on-resistance), 매우 높은 오프-저항(off-resistance), 100,000㏁이상의 절연 저항, 0.5ms이하의 동작 시간(actuation time) 및 1.0㎊이하의 접촉 대 접촉(contact-to-contact) 정전용량을 갖는 "드라이 리드(dry reed)" 릴레이(rel- ay)를 사용한다.
저항의 어레이를 레이저 트리밍하기 위한 일반적인 스위칭 매트릭스(19)는 수 백개의 릴레이를 필요로하며, 이때 수 백개의 릴레이는 엄격한 전기 규정을 고려함에도 불구하고, 측정 정확도를 손상시킬수 있다. 예를 들면, 너무 많은 릴레이 접촉이 테스트하에 있는 저항과 병렬로 연결된다면, 정전용량 혹은 절연 저항은 용인할 수 없는 레벨로 축적될 수 있다.
당업자는 테스트하에 있는 특정 저항을 저항 측정 시스템(20)에 상호 연결시키는 많은 방법이 있음을 인지하고 있다. 그러나, 대부분의 비용 효율적인 상호 연결 기술은 테스트하에 있는 저항의 목표 저항 값에 의존한다. 대체로, 매우 낮은 저항 값(0.1Ω내지 약 100Ω)에 대해, 4-단자 "켈빈 연결(Kelvin connection)" 측정이 바람직하고, 중간 저항 값(약 100Ω내지 약 100㏀)에 대해, 측정된 저항과 직렬로 최소한의 추가 저항을 더하는 2-단자 측정이 바람직하며, 매우 높은 저항 값(100㏀이상)에 대해, 3-단자 "가드(guarded)" 측정이 바람직하다. 물론, 4-단자 가드 측정이 아마도 임의의 저항 값을 측정하데 있어서 가장 정확한 방법일 것이다.
물론, 어떠한 측정 구성을 사용할지 결정하기 위한 일반적인 법칙에도 예외가 있다. 저항의 그룹(group of resistors)은, 여전히 4-단자 측정을 필요로 하는 동안, 전체적으로 측정된 저항 레벨을 100Ω이상으로 증가시키기 위해 서로 연결될 수 도 있다. 마찬가지로, 저항의 그룹은, 여전히 3-단자 측정을 필요로하는 동안, 전체적으로 측정된 저항을 100㏀미만으로 감소시키기 위해서 서로 연결될 수 도 있다. 게다가, 3-단자 측정은 레이저에 의해 트리밍된 전도성 트리밍 데브리스 (de- bris)에 의해 발생한 누설 경로(leakage paths)에 대해 보호하기 위해 일상적인 저항 측정 값보다 더 낮은 저항 값에서 필요로 할 수 있다.
일반적으로, 저항 측정 시스템(20)은, 테스트하에 있는 저항에 연결될 수 있는 7개의 단자를 갖는다. 상기 단자는 대전력(High-Force)("HF"), 고감도(High-Sense)("HS"), 저전력(Low-Force)("LF"), 저감도(Low-Sense)("LS"), 가드-전력 (Guard-Force)("GF"), 가드-감도(Guard-Sense)("GS") 및 접지 또는 공통(common) ("COM")으로 명명된다. 또한, HF 및 HS 단자는 종종 "하이" 단자로 명명되며, LF 및 LS 단자는 종종 "로우" 단자로 명명된다. 전력 및 감도 단자 쌍은 직접, 혹은 테스트하에 있는 저항에 비해 용인할 수 있을 정도로 낮은 저항을 통해 서로 연결되어야 한다. 높은 측정 정확도 및 속도를 보장하기 위해서, 사용된 연결 기법은 하이 단자에서 로우 단자 사이의 부유(stray) 저항 및 정전용량을 최소화해야한다. 부유 저항 및 정전용량의 유해한 효과를 피하는 한가지 방법은 하이 단자와 가드 단자 사이 혹은 로우 단자와 가드 단자 사이의 이러한 부유성분들을 효과적으로 연결하는 것이다.
일반적으로, 스위칭 매트릭스(19)와 같은 종래의 스위칭 매트릭스는 각 프로브(24)에 관한 3개 혹은 6개의 릴레이 접촉을 갖는다.
프로브 당 6개의 접촉을 갖는 매트릭스에서, 프로브(24) 각각은 릴레이 각각에 있는 하나의 접촉에 연결되고, 나머지 접촉은 각각 HF, HS, LF, LS, GF 및 GS에 연결된다. 프로브 당 6개의 접촉을 갖는 매트릭스는 충분한 융통성(complete flexibility)을 가지며, 이는 임의의 프로브(24)가 저항(12)의 한쪽 끝에 2-단자 연결을 할 수 있고, 저항(12)의 한쪽 끝에 1/2의 켈빈 연결을 할수 있거나 필요하면 가드 프로브 연결을 할 수 있기 때문이다.
프로브 당 3개의 접촉을 갖는 매트릭스에 있어서, 2 종류의 프로브가 있다. 두 종류 모두에서, 프로브(24) 각각은 릴레이 각각에 있는 하나의 접촉에 연결된다. 제 1 종류에서, 나머지 접촉은 각각 HF, LF 및 GF에 연결된다. 제 2 종류에서, 나머지 접촉은 각각 HS, LS 및 GS에 연결된다. 전력 및 감도 단자 쌍은, 저항이 측정 시스템에 연결될 때 서로 연결되기 때문에, 프로브 당 6개 및 3개의 접촉을 갖는 매트릭스는 테스트하에 있는 저항(12)을 가로질러 연결된 부유 저항 혹은 정전용량의 효과에 대해서 전기적으로 같다.
주어진 수의 프로브에 대해서, 프로브 당 3개의 접촉을 갖는 매트릭스는 프로브 당 6개의 접촉을 갖는 매트릭스가 할 수 있는 만큼의 저항에 연결될 수 없는데, 이는 서로 연결된 두 프로브가 각 저항(12)의 각 끝에서 필요하기 때문이다. 그러나, 프로브 당 3개의 접촉을 갖는 매트릭스는 릴레이당 두 쌍의 접촉을 갖는 릴레이를 사용하여 구현될 수 도 있다. 한 쌍의 접촉은 감도 단자를 하나의 프로브에 스위칭하는데 사용되고, 나머지 접촉 쌍은 전력 단자를 또 다른 프로브에 스위칭하는데 사용된다.
종래의 스위칭 매트릭스에 사용된 일부 릴레이는 릴레이 코일과 드라이 리드 접촉 사이에 접지된 내부 실드(shield)를 사용한다. 이러한 실드는 릴레이 코일과 접촉 사이에 바람직하지 않은 결합(coupling)을 감소시키며, 개방 접촉 대 접촉 저항을 효과적으로 증가시키고, 접촉 대 접촉 결합을 감소시키는데, 이는 부유 신호 전류가 접촉에서 접촉으로 흐르기 보다는 접촉에서 실드로 흐르기 때문이다.
부유 저항 및 정전용량 효과를 추가로 줄이기 위해서, 스위칭 매트릭스는, 종종 사용되지 않는 릴레이로부터 측정 시스템 단자의 연결을 끊기 위해 뱅크-스위칭 릴레이(bank-switching relays)를 사용함으로써, 그룹 혹은 뱅크로 나누어 진다.
그러나, 위에서 상술한 스위칭 매트릭스중 어떠한 것도 점점 증가하고 있는 저항 어레이 트리밍 요구사항을 경제적으로 만족시킬 수 없다. 예를 들면, 필요한 것은 2-, 3- 및 4-단자 측정 구성에서 저항 측정 시스템(20)을 192개의 프로브를 통해 48개 혹은 96개의 저항(12)에 경제적으로 서로 연결시킬 수 있는 스위칭 매트릭스이다. 충분히 융통성이 있는 종래 기술의 프로브 당 6개의 접촉을 갖는 매트릭스는 값비싼 뱅크 스위칭의 도움 없이, 1,152(6 ×192)개의 접촉(1,152개의 단일 접촉 혹은 576개의 이중 접촉 릴레이)을 필요로한다. 종래 기술의 프로브 당 3개의 접촉을 갖는 매트릭스는 96개의 저항 요구사항을 충족하지 않는다.
각 프로브가 하이 및 로우 단자에 연결된 접촉을 갖기 때문에, 많은 개방 접촉의 부유 정전용량 및 저항은 테스트하에 있는 저항을 가로질러 연결될 수 있고,이것은 측정 속도, 정확도 및 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio)를 상당히 악화시킨다. 내부 릴레이 실드의 사용은 이러한 문제를 줄이지만, 수반하는 추가 비용을 야기한다. 뱅크 스위칭도 또한 부유 정전용량 및 저항을 줄이지만, 제거시킬 수는 없다. 구동된 가드 단자를 필요한 만큼의 사용되지 않은 프로브에 연결시키는 것은 대부분의 누설 문제를 제거하지만, 전력 소비를 증가시키는 많은 릴레이의 동시 동작을 필요로한다.
따라서, 필요한 것은, 측정 시스템에 직접 연결된 하나의 저항을 측정하는 것과 비교하여 저항 측정 성능을 떨어뜨리지 않고 분 당 수 천개의 저항을 초과하는 속도로 90개 이상의 저항의 어레이에서 선택된 저항을 저항 측정 시스템에 연결하기 위한 비싸지 않은 프로브 스위칭 매트릭스이다.
본 발명은 전기 테스트 및 측정 장비 분야에 관한 것으로, 좀더 상세히는 디바이스(device)를 레이저 트리밍(laser trimming)하는동안, 이러한 디바이스의 어레이(array)에서 개별 디바이스에 대한 측정을 위해 측정 장비(measuring equipme- nt)를 테스트 프로브 어레이(test probe arrays)에 전기적으로 연결하기 위한 복합 스위칭 매트릭스(compound switching matrix)에 관한 것이다.
도 1은 기판상에 배치된 일반적인 종래 기술의 저항 어레이의 확대된 코너 부분에 대한 평면도.
도 2는 종래 기술의 2-단자 저항 트리밍 및 측정 시스템에 대한 개략적인 전기적인 블록도.
도 3은 프로브의 어레이를 저항 측정 시스템에 연결시키는 본 발명의 복합 스위칭 매트릭스에 대한 전기적인 블록도.
도 4는 중간 저항 값을 갖는 저항의 어레이를 프로빙(probing)하고 측정하는데 적합한 2-단자 저항 측정 구성이 도시된 도 3의 복합 스위칭 매트릭스에 대한 전기적인 블록도.
도 5는 높은 저항 값을 갖는 저항의 어레이를 프로빙하고 측정하는데 적합한 3-단자 저항 측정 구성이 도시된 도 3의 복합 스위칭 매트릭스에 대한 전기적인 블록도.
도 6은 낮은 저항 값을 갖는 저항의 어레이를 프로빙하고 측정하는데 적합한 4-단자 저항 측정 구성이 도시된 도 3의 복합 스위칭 매트릭스에 대한 전기적인 블록도.
도 7은 본 발명의 프로브 카드의 등각 투상도(isometric view).
도 8은 저항 당 4-단자를 갖는 구성에서 다수의 프로브의 저항 어레이에 대한 접촉을 나타내도록 확대된 도 7의 프로브 카드의 일 부분에 대한 등각 투상도.
따라서, 본 발명의 목적은 디바이스의 세트를 측정 시스템 상의 단자의 세트에 서로 연결시키기 위한 복합 스위칭 매트릭스 장치를 제공하는 것이며, 이 장치는 디바이스의 세트에 접촉하기 위한 프로브의 세트, 상기 프로브의 세트를 매트릭스간(inter-matrix) 컨덕터에 선택적으로 연결시키는 프로브 매트릭스 릴레이의 세트 및 상기 측정 시스템 상의 단자의 세트를 매트릭스간 컨덕터의 세트에 선택적으로 연결시키는 구성 매트릭스 릴레이(configuration matrix relay)의 세트를 포함한다.
본 발명의 복합 스위칭 매트릭스의 바람직한 실시예는, 저항이 측정되는 동안 미리 정해진 값으로 상기 저항을 빠르고 정확하게 트리밍하기 위해서 저항 측정시스템 및 레이저와 함께 동작한다. 복합 스위칭 매트릭스는 드라이 리드 릴레이로 구현되며, 보호(guarding) 혹은 보호하지 않은채 2-, 3- 및 4-단자 측정을 구현하기 위해서 프로브 당 필요한 평균 릴레이 접촉의 수를 줄이는 프로브 스위칭 매트릭스 및 구성 매트릭스를 포함한다. 게다가, 분리된 프로브 스위칭 및 측정 구성 매트릭스는, 측정 속도 및 정확도에 대한 부유 저항 및 정전용량의 영향을 줄이기 위해서 측정의 하이와 로우 측을 효과적으로 분리한다. 스위칭 가능한 접지 구성은 측정 정확도를 더 개선한다. 본 발명의 복합 스위칭 매트릭스는, 0.1Ω미만에서 100㏁이상까지의 값을 갖는 저항에 적용되는 2-, 3- 및 4-단자 측정 구성으로 어레이상의 개별 저항에 대한 순차적인 저항 측정을 가능하게 한다.
본 발명의 이점은, 본 발명이 테스트하에 있는 디바이스의 어레이를 파라미터 측정 시스템에 융통성 있게 서로 연결한다는 것이다.
본 발명의 또 다른 이점은 본 발명이 상기 파라미터 측정 시스템의 측정 속도, 정확도 및 신호 대 잡음비를 개선한다는 것이다.
본 발명의 추가적인 이점은, 본 발명이 90개 이상의 저항의 어레이상에 존재하는 저항을 레이저 트리밍 시스템의 일부인 저항 측정 시스템에 개별적으로 연결시킨다는 것이다.
본 발명의 추가적인 또 다른 이점은, 본 발명이 90개 이상의 저항의 어레이상에 존재하는 저항을 2-, 3- 및 4-단자 측정을 수행하는 저항 측정 시스템에 개별적으로 연결시킨다는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적 및 이점은 수반하는 도면을 계속 참조하여 진술되는 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 다음의 세부적인 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 3은, 복합 스위칭 매트릭스(30)가 192개의 프로브를 가지고 96개의 2-단자 측정 혹은 48개의 4-단자 측정을 수행하기 위해 단지 440개의 단일 접촉 릴레이를 필요로 하는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한다. 본 발명에 사용된 감소된 수의 릴레이는 신뢰도를 향상시키고, 비용을 줄이며, 측정의 정확도는 유지시킨다.
복합 스위칭 매트릭스(30)는 구성 매트릭스(32)를 포함하는데, 이 구성 매트릭스에서, 드라이 리드 구성 릴레이(34 내지 89)는 매트릭스간 컨덕터(A, B, C, D, E, F, G 및 H)를 통해서 저항 측정 시스템(20)의 단자를 프로브 매트릭스(90, 91, 92, 93, 94, 95, 96 및 97)와 같은 하나 이상의 프로브 매트릭스에 전기적으로 서로 연결시킨다. 성능과 구성의 융통성을 향상시키기 위해서, 분리된 회로 기판상에 프로브 매트릭스의 쌍을 그룹짓는 것이 바람직하다. 특히, 프로브 매트릭스(90와 93, 91과 92, 94와 97 및 95와 96)는 4개의 회로 기판상에 그룹지어진다(미도시). 4개의 프로브 매트릭스는 본 명세서에서 매트릭스의 전기적인 상호 연결을 단지 명백하게 하기 위해서 8개의 매트릭스로 도시된다. 프로브 매트릭스(90 내지 97)는 프로브 릴레이(101 내지 164)를 포함하는데, 이 프로브 릴레이는 프로브 카드 커넥터(170과 172)를 통해서 매트릭스간 컨덕터(A, B, C, D, E, F, G 및 H)를, 프로브(24)를 탑재하고 배치한 프로브 카드(174)에 전기적으로 서로 연결시킨다. 복합 스위칭 매트릭스(30)는 임의의 프로브(24)를 저항 측정 시스템(20)상의 임의의 단자에 전기적으로 연결시킬 수 있다{이후로, 특정한 프로브(24)는 예컨대 프로브(P125), 프로브(P109), 프로브(P116) 및 프로브(P140)와 같은 상기 특정 프로브의 가장 가까운 관련 프로브 릴레이 식별 번호와 동일한 숫자 첨자가 붙여진 문자 "P"에 의해 식별된다}.
바람직한 실시예에서, 각각의 프로브(24)는 두 프로브 릴레이에 전기적으로 연결된다. 예를 들면, 프로브(P125)는 프로브 매트릭스(91)의 프로브 릴레이(117과 125)에 연결된다. 각 프로브 릴레이는 매트릭스간 컨덕터중 하나에 전기적으로 연결되는데, 예를 들면 프로브 릴레이(117)는, 제어 신호(미도시)에 의해 활성화될 때, 프로브(P125)와 매트릭스간(inter-matrix) 컨덕터(C) 사이에 전기적인 연결을 이룬다. 교대로, 각 매트릭스간 컨덕터는 구성 릴레이의 한 그룹에 전기적으로 연결되는데, 예를 들면 매트릭스간 컨덕터(C)는 구성 릴레이(46 내지 51)에 전기적으로 연결되고, 각 구성 릴레이는 단자 버스(I, J, K, L, M 및 N)중 하나에 전기적으로 연결되는데, 예를 들면 구성 릴레이(37, 43, 49, 55, 61, 67, 73 및 79)는 단자 버스(L)에 전기적으로 연결된다. 구성 릴레이(34 내지 89)는 매트릭스간 컨덕터(A 내지 H)를 단자 버스(I 내지 N)에 선택적으로 연결하기 위해 제어 신호(미도시)에 의해 활성화된다. 단자 버스(I 내지 N)는 각 저항 측정 시스템(20)의 단자(HS, HF, GS,GF, LS 및 LF)에 전기적으로 연결된다.
도 2를 참조하여 기술한 바와 같이, 저항 측정 시스템(20)은 또한 COM 단자를 포함하는데, 이 COM 단자는 구성 릴레이(82 내지 85)를 통해서 각 단자 버스(I, J, M 및 N)에 전기적으로 연결될 수 있다. 측정의 정확도를 향상시키기 위해서, HF와 HS 단자는 구성 릴레이(82 및 83)를 활성화시키고, 구성 릴레이(88 및 89)를 개방함으로써 매트릭스간 컨덕터(A 내지 D)로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 이것은 매트릭스간 컨덕터(A 내지 D)와 관련된 단자 버스(I 및 J)의 좌측을 접지시키고, 상기 단자 버스(I 및 J)의 좌측으로부터 단자(HS 및 HF)의 연결을 끊으며, 단자(HS 및 HF)의 전기적인 연결을 매트릭스간 컨덕터(E 내지 H)에 제한시킨다.
이와 유사하게, 단자(LS 및 LF)는 구성 릴레이(84 및 85)를 활성화시키고, 구성 릴레이(86 및 87)를 개방함으로써 매트릭스간 컨덕터(E 내지 H)로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 이것은 매트릭스간 컨덕터(E 내지 H)와 관련된 단자 버스(M 및 N)의 우측을 접지시키고, 단자 버스(M 및 N)의 우측으로부터 LS 및 LF의 연결을 끊으며, 단자(LS 및 LF)의 전기적인 연결을 매트릭스간 컨덕터(A 내지 D)에 제한시킨다.
본 발명에서 사용된 구성 릴레이 및 프로브 릴레이는 내부 실드를 갖지 않는다. 그러나, 이러한 구성 릴레이 및 프로브 릴레이는 코일이 감긴 레이어(layer wound coils)에 의해 활성화되며, 이 레이어에서 내부 코일 레이어, 즉 드라이 리드 접촉에 가장 가까운 레이어는 COM 단자 즉 접지에 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 릴레이가 활성화되지 않을 때, 상기 코일은 실드로서 작용하며, 릴레이가활성화될 때, 임의의 릴레이-활성화 전압 혹은 전류는 드라이 리드 접촉에 연결될 수 있지만, 이러한 연결의 양은 접지된 내부 코일 레이어에 의해 최소화된다.
예
도 4는 100Ω에서 대략 100㏀에 이르는 중간 저항 값을 갖는 저항의 어레이를 프로빙하고 측정하는데 적합한 2-단자 저항 측정 구성에서의 복합 스위칭 매트릭스(30)를 도시한다. 구성 매트릭스(32)는 구성 릴레이(39, 44, 51 및 56)를 활성화시켜서 단자(LS 및 LF)를 매트릭스간 컨덕터(A 내지 D)에 전기적으로 연결시키고, 구성 릴레이(59, 64, 71 및 76)를 활성화시켜서 단자(HS 및 HF)를 매트릭스간 컨덕터(E 내지 H)에 전기적으로 연결시킴으로써 이러한 구성으로 설정된다. 단자(GS 및 GF)는 이러한 2-단자 저항 측정 구성에는 사용되지 않는다.
측정의 정확도를 향상시키기 위해서, 단자(HF 및 HS)는, 구성 릴레이(82 및 83)를 활성화시키고, 구성 릴레이(88 및 89)를 개방함으로써 매트릭스간 컨덕터(A 내지 D)로부터 전기적으로 절연되며, 단자(LS 및 LF)는 구성 릴레이(84 및 85)를 활성화시키고, 구성 릴레이(86 및 87)를 개방함으로써 매트릭스간 컨덕터(E 내지 H)로부터 전기적으로 절연된다.
2-단자 구성에서, 프로브(24)는, 각 마주보는 프로브(24)의 쌍이 저항(12)중 단 하나에 접촉되도록 일정한 간격만큼 떨어져 있다. 예를 들면, 도 4는 저항(12A, 12B,...12N)을 도시하며, 여기서 저항(12A)은 프로브(P125 및 P149)에 의해 프로빙되고, 저항(12N)은 프로브(P116 및 P140)에 의해 프로빙된다.
예시적 저항(12A)의 2-단자 저항 측정은, 구성 릴레이(71)와 프로브 릴레이(149)를 통해서 프로브(P149)에 단자(HF)로 부터의 미리 정해진 양의 측정 전류를 흐르게 하는 저항 측정 시스템(20)에 의해 이뤄진다. 측정 전류는 저항(12A)을 통해서 프로브(P125)에 흐르고, 프로브 릴레이(117) 및 구성 릴레이(51)를 통해서 단자(LF)로 되돌아간다. 저항(12A)을 통해 흐르는 측정 전류는 프로브(P125 및 P149)를 가로질러서 다음과 같이 단자(HS 및 LS)에서 감지되는측정 전압을 생성한다. 프로브(P149)는 프로브 릴레이(157) 및 구성 릴레이(76)를 통해서 단자(HS)에 전기적으로 연결되고, 프로브(P125)는 프로브 릴레이(125) 및 구성 릴레이(56)를 통해서 단자(LS)에 전기적으로 연결된다. 프로브(P125 및 P149)의 접촉 저항(대략 0.2Ω)은 저항(12A)의 중간 저항 값에 비해 작기 때문에, 상기 프로브를 통해 흐르는 측정 전류에 의해 발생한 전압 강하 에러는 무시되거나 간단한 오프셋으로 보상될 수 있다.
도 5는 대략 100㏀이상의 높은 저항 값을 갖는 저항의 어레이를 프로빙하여 측정하는데 적합한 3-단자 저항 측정 구성에서의 복합 스위칭 매트릭스(30)를 도시한다. 구성 매트릭스(32)는 구성 릴레이(38, 39, 50 및 51)를 활성화시켜서 로우 단자 및 매트릭스간 컨덕터(A 및 C)를 함께 전기적으로 연결시키고, 구성 릴레이(58, 59, 70 및 71)를 활성화시켜서 하이 단자 및 매트릭스간 컨덕터(E 및 G)를 함께 전기적으로 연결시키며, 구성 릴레이(42, 43, 54, 55, 66, 67, 78 및 79)를 활성화시켜서 가드 단자를 함께 전기적으로 연결하여 가상 접지 가드 전압을 매트릭스간 컨덕터(B, D, F 및 H)에 인가시킴으로서 이러한 구성으로 설정된다.
측정의 정확도를 향상시키기 위해서, 하이 단자는 구성 릴레이(82 및 83)를 활성화시키고, 구성 릴레이(88 및 89)를 개방함으로써 매트릭스간 컨덕터(A 내지 D)로부터 절연되며, 로우 단자는 구성 릴레이(84 및 85)를 활성화시키고, 구성 릴레이(86 및 87)를 개방함으로써 매트릭스간 컨덕터(E 내지 H)로부터 절연된다.
3-단자 구성에서, 프로브(24)는, 각 마주보는 쌍의 프로브(24)가 저항(12)중 하나에 접촉하도록 일정한 간격만큼 떨어져 있다. 예를 들면, 도 5는 저항(12A,12B,...12N)을 도시하며, 여기서 저항(12A)은 프로브(P125 및 P149)에 의해 프로빙되고, 저항(12N)은 프로브(P116 및 P140)에 의해 프로빙된다.
예시적인 저항(12A)의 3-단자 저항 측정은 저항(12A)을 가로질러 미리 정해진 양의 측정 전압을 가하고, 상기 저항을 통해 흐르는 최종 측정 전류를 감지하는 저항 측정 시스템(20)에 의해 이뤄진다. 측정 전압은 단자(HF 및 LF)를 가로질러 가해지며(forced), 단자(HF)로부터 구성 릴레이(71) 및 프로브 릴레이(149)를 통해서 프로브(P149)로, 그리고 단자(LF)로부터 구성 릴레이(51), 프로브 릴레이(117)를 통해서 프로브(P125)로, 저항(12A)에 전달된다. 단자(HF 및 HS)는 구성 릴레이(58, 59, 70 및 71)에 의해 함께 전기적으로 연결되며, 가상 접지 전위에 있는 단자(LF 및 LS)는 구성 릴레이(38, 39, 50 및 51)에 의해서 전기적으로 함께 연결된다. 저항(12A)을 가로지르는 미리 정해진 측정 전압은 측정 전류가 단자(LF)로 흐르게 하며, 저항 측정 시스템(20)은 상기 측정 전류를 측정된 저항 값으로 변환한다.
저항(12A)이 높은 저항 값을 갖기 때문에, 측정 전류는 매우 작을 것이고, 측정 전류의 더 작지만, 상당한 부분은 예를 들면 저항(12A)과 저항(12B)사이에서 그리고 프로브 매트릭스(91 및 92)상의 프로브와 관련된 배선(wiring)과 그리고 매트릭스와 관련된 접지면 사이에서 형성된 로우 측 누설 저항 경로(RL)를 통해 흐르는 누설 전류로 전환될 수 있다.
누설 전류의 영향을 줄이거나 제거하기 위해서, 단자(GF)에 의해 생성되고, 매트릭스간 컨덕터(B, D, F 및 H)에 연결된 가상 접지 가드 전압(virtual ground guard voltage)은 프로브 릴레이(109 및 141)를 통해서 저항(12B)상의 각 프로브(P109 및 P133)에 전기적으로 연결된다. 가드 전압이 저항(12A)의 로우 측과 동일한 전위이거나 대략 동일하기 때문에, 누설 전류는 로우 측 누설 저항을 통해서 거의 흐를 수 없다.
유사하게, 작은 전압 강하 에러는, 접촉 저항 및 프로브 릴레이(117 및 149)와 프로브(P125 및 P149)와 관련된 배선을 통해서 흐르는 측정 전류로 인해 발생할 수 있다. 그러나, 결합 저항은 대략 2.5Ω미만이고 이 값은 저항(12A)의 100㏀이상의 저항값에 비하면 매우 작은 저항이기 때문에, 전압 강하 에러는 무시할 수 있다.
도 5에 도시된 3-단자 구성은 임의의 로우 측 프로브(24)를 로우 혹은 가드 단자에 연결하고, 임의의 하이 측 프로브(24)를 하이 혹은 가드 단자에 연결하는 것을 허용한다.
도 6은 대략 0.1Ω에서 대략 100Ω에 이르는 낮은 저항 값을 갖는 저항의 어레이를 프로빙하고 측정하는데 적합한 4-단자 저항 측정 구성에서의 복합 스위칭 매트릭스(30)를 도시한다. 구성 매트릭스(32)는, 구성 릴레이(38, 51, 59 및 70)를 활성화시켜서 각 단자(LS, LF, HF 및 HS)를 각 매트릭스간 컨덕터(A, C, E 및 G)에 전기적으로 연결시키고, 구성 릴레이(42 및 78)를 활성화시켜서, 단자(GS)를 매트릭스간 컨덕터(B 및 H)에 전기적으로 연결시키며, 구성 릴레이(55 및 67)를 활성화시켜서 단자(GF)를 매트릭스간 컨덕터(D 및 F)에 전기적으로 연결시킴으로써 이러한 구성으로 설정된다.
4-단자 구성에서, 프로브(24)는 두 인접한 쌍의 프로브(24)를 저항(12)중 하나에 접촉하도록 일정한 거리만큼 떨어진다. 예를 들면, 도 6은 저항(12A, 12B, ...12N)을 도시하며, 여기서 저항(12A)은 프로브(P125, P149, P109 및 P133)에 의해서 프로빙되며, 저항(12N)은 프로브(P132, P156, P116 및 P140)에 의해서 프로빙된다. 물론, 인접하지 않아야 하는 프로브 및 다양한 프로브 간격, 즉 프로브의 결합은 다양한 저항 어레이 크기 및 구성에 따라 조절될 수 도 있다.
예시적인 저항(12A)의 4-단자 저항 측정은 미리 정한 양의 측정 전류를 단자(HF)로부터 구성 릴레이(59) 및 프로브 릴레이(133)를 통해서 프로브(P133)에 흐르게 하는 저항 측정 시스템(20)에 의해 이뤄진다. 측정 전류는 저항(12A)을 통해서 프로브(P125)로 흐르고, 프로브 릴레이(117) 및 구성 릴레이(51)를 통해서 단자(LF)로 귀환한다. 저항(12A)을 통해서 흐르는 측정 전류는, 프로브(P109 및 P149)를 통해서 다음과 같이 높은-임피던스{낮은 전류 인입(low current draw)}의 단자(HS 및 LS)에 의해서 감지되는 측정 전압을 생성한다. 프로브(P149)는 프로브 릴레이(149) 및 구성 릴레이(70)를 통해서 단자(HS)에 전기적으로 연결되고, 프로브(P109)는 프로브 릴레이(101) 및 구성 릴레이(38)를 통해서 단자(LS)에 전기적으로 연결된다. 측정 전류가 프로브(P133 및 P125)를 통해서 흐르고, 프로브(P109 및 P149)는 임의의 감지된 상당한 양의 전류를 인입하지 않은채 상기 측정 전압을 감지하기 때문에, 단자(HS 및 LS)에서의 측정 전압은 프로브-관련, 커넥터-관련 혹은 배선-관련 저항에 의해 바뀌지 않는다.
도 6에 도시된 4-단자 구성은 임의의 저항(24)에 4-단자 연결을 하는데 적합하고, 도 5를 참조로 기술한 바와 같이 프로브(24)중 하나를 가지고 가드 전압을 감지하고, 프로브(24)중 다른 하나 혹은 그 이상을 가지고 가드 전압을 가하게 한다.
도 4, 도 5 및 도 6을 참조로 기술한 바와 같은 저항 측정 구성은 대부분의 칩 저항 트리밍 및 이와 유사한 응용에 적합하고, 구성 매트릭스(32)가 어레이 상의 다른 저항을 트리밍하는 동안 변경될 필요가 없기 때문에 유익하며, 이것은 구성 릴레이의 동작 수명을 최대화한다. 게다가 프로브 릴레이는 각 저항 그룹이 한번 프로빙될 때마다 평균적으로 단지 한번 혹은 두 번씩 활성화한다.
13개 이상의 프로브를 사용하는 스위칭 매트릭스에 대해서, 복합 스위칭 매트릭스(30)는, 이것이 종래의 프로브 당 6개의 접촉을 갖는 스위칭 매트릭스보다 더 적은 릴레이를 사용하고, 대부분의 저항값에 대해서 높은 정확도의 저항 측정을 신속하게 하기 위한 스위칭의 융통성(switching flexibility)을 갖기 때문에 더 유익하다. 물론, 복합 스위칭 매트릭스(30)는 기판상에 형성된 유사한 칩 저항의 어레이에 대한 레이저 트리밍에 있어서 특히 유익하다.
도 7 및 도 8은 프로브 카드(174)의 바람직한 물리적인 배열을 도시하며, 이 프로브 카드에서, 프로브 카드 커넥터(170 및 172)는 각 프로브(24L 및 24R)의 행에 전기적으로 연결되고, 상기 프로브의 행은 기판(10)상에서 저항(12)의 전도성 패드(18)에 접촉하는 관련된 서로 마주보는 한 쌍의 프로브로 배치된다. 프로브 카드(174)는 프로브(24L 및 24R)의 행위에 위치하고, 저항(12)을 가로질러 레이저빔(182)을 유도하여 저항의 미리 정해진 값으로 상기 저항을 트리밍하게 하는 개구부(opening)(180)를 포함한다.
저항 당 4-단자를 갖는 구성이 도 8에 나타나 있지만, 도 4 및 도 5를 참조로하여 기술한 바와 같이 다른 구성도 가능하다.
누설 전류 및 프로브 카드 정전용량의 영향은, 로우 및 가드 단자를 프로브(24L)에 전기적으로 연결하고, 하이 및 가드 단자를 프로브(24R)에 전기적으로 연결하도록 복합 스위칭 매트릭스(30)를 구성함으로써 최소화될 수 있다.
당업자는 본 발명의 일부분이 위에서 기술한 구현과 다르게 구현될 수 도 있음을 인지할 것이다. 예를 들면, 복합 스위칭 매트릭스(30)는 위에서 기술한 예에서 밝힌 응용과는 다른 응용에서 사용하도록 구성될 수 있다. 프로브(24L 및 24R)중 임의의 것을 하이 혹은 로우 단자에 연결할 수 있고, 이로써 테스트하에 있는 저항을 가로지르는 일부 릴레이 정전용량이 더 낮은 값의 저항을 측정하는 것과 같은 일부 응용에서 용인할 수 있을 정도의 값일 수 있다. 실시예는 연결되지 않은 인접한 행에서 저항을 프로빙하는 것을 도시하지만, 연결된 인접한 열에서 저항을 프로빙하는 것이 가능하며, 이러한 프로빙은 매립 노드 구성(buried node configurations)에서 저항을 측정하는데 사용될 수 있다. 또 다른 변형에서, 저항의 하나의 열은 프로브(24L)에 의해서 측정될 수 있고, 상기 저항의 또 다른 열은 프로브(24R)에 의해 측정될 수 있다. 게다가, 본 발명은 저항을 프로빙하고 측정하는데에만 제한되지 않고, 콘덴서, 인덕터 및 지연선로(delay line)와 같은 많은 다른 디바이스를 프로빙하고, 트리밍하거나 측정하는데 또한 유용하다. 물론, 보다 더 많은 혹은 더 적은 프로브 및 프로브 매트릭스가 사용될 수 있고, 상기 프로브 및 프로브 매트릭스는 다양한 크기, 간격(spacings) 및 배치를 가질 수 있고, 다양한 응용에 적용할 필요에 따라 레이저 트리밍으로 혹은 레이저 트리밍 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명은 대략 100개 이상의 프로브를 갖는 대략 25개 이상의 디바이스를 프로빙하는데 또한 적합하다.
따라서, 본 발명의 내재된 원리에서 벗어나지 않은 채 많은 다른 변경이 본 발명의 위에서 기술한 실시예의 세부사항에서 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명이 저항 레이저 트리밍 응용에서 볼수 있는 것 이외의 프로빙 응용예에도 응용될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명의 원리는 다음의 청구항에 의해서만 결정되어야 한다.

Claims (15)

  1. 디바이스(device)의 세트를 측정 시스템(20)상의 단자의 세트(LS, LF, COM, GS, GF, HS, HF)에 상호 연결하기 위한 복합 스위칭 매트릭스(compound switching matrix) 장치에 있어서,
    상기 디바이스의 세트에 접촉하기 위한 프로브(probe)의 세트(24)와,
    상기 프로브의 세트를 매트릭스간 컨덕터(inter-matrix conductor)의 세트(A 내지 H)에 선택적으로 상호 연결하기 위한 프로브 매트릭스 릴레이(relay)의 세트(101 내지 164)와,
    상기 측정 시스템상의 상기 단자의 세트를 상기 매트릭스간 컨덕터에 선택적으로 상호 연결하기 위한 구성 매트릭스 릴레이(configuration matrix relay)의 세트(34 내지 89)와,
    상기 측정 시스템에 상호 연결된 상기 디바이스중 선택된 디바이스를 상기 측정 시스템에 의해 측정되는 미리 결정된 값으로 트리밍(trimming)하기 위한 레이저(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 복합 스위칭 매트릭스 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 프로브 매트릭스 릴레이의 세트(101 내지 164)와 상기 구성 매트릭스 릴레이의 세트(34 내지 89)는 드라이 리드 릴레이(dry reed relays)를 포함하는, 복합 스위칭 매트릭스 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 디바이스의 세트는 저항의 세트(12), 콘덴서의 세트, 인덕터의 세트 및 지연선로(delay lines)의 세트중 하나 이상의 세트를 포함하는, 복합 스위칭 매트릭스 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스의 세트는 기판(10)상에 형성된 저항의 어레이(array)인, 복합 스위칭 매트릭스 장치.
  5. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 디바이스의 세트는 25개 이상의 디바이스를 포함하고, 상기 프로브의 세트는 100개 이상의 프로브를 포함하는, 복합 스위칭 매트릭스 장치.
  6. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로브 매트릭스의 세트(101 내지 164) 및 상기 구성 매트릭스 릴레이의 세트(34 내지 89)는 함께 대략 440개의 릴레이를 포함하고, 상기 프로브의 세트(24)는 대략 192개의 프로브를 포함하는, 복합 스위칭 매트릭스 장치.
  7. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로브의 세트에서의 각 프로브(24)는 상기 프로브 매트릭스 릴레이의 세트(101 내지 164)에서 2개의 릴레이에 연결되는, 복합 스위칭 매트릭스 장치.
  8. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로브의 세트(24)는 제 1(24L) 및 제 2(24R) 프로브 서브세트로 세분되고, 상기 단자의 세트는 제 1(LS, LF) 및 제 2(HF, HS)단자 서브세트로 세분되며, 상기 구성 매트릭스 릴레이는, 상기 제 1 단자의 세트가 상기 프로브 매트릭스 릴레이의 세트에 의해 상기 제 1 프로브 세트에 상호 연결되고, 상기 제 2 단자의 세트가 상기 프로브 매트릭스 릴레이의 세트에 의해 상기 제 2 프로브의 세트로 상호 연결되도록 설정가능한(settable), 복합 스위칭 매트릭스 장치.
  9. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로브의 세트(24)는 상기 프로브의 세트(24)를 상기 프로브 매트릭스 릴레이의 세트(101 내지 164)에 전기적으로 연결하기 위한 프로브 카드 커넥터(connector)의 세트(170, 172)에 의해 상기 복합 스위칭 매트릭스(30)로부터 전기적으로 분리될 수 있는 프로브 카드(174)상에 탑재되는, 복합 스위칭 매트릭스 장치.
  10. 25개 이상의 저항으로된 세트(12A 내지 12N)에서 한번에 하나의 저항을 저항 측정 시스템(20)상의 4개 이상의 단자로된 세트에 상호 연결하기 위한 복합 스위칭 매트릭스(30) 장치에 있어서,
    상기 25개 이상의 저항으로된 세트에 접촉하기 위한 100개 이상의 프로브로된 세트(24)와,
    상기 100개 이상의 프로브로된 세트에서 2개 이상의 프로브로된 서브세트(P125, P149)를 한번에 하나의 서브세트씩 8개의 매트릭스간 컨덕터로된 세트(A 내지 H)중 선택된 컨덕터에 선택적으로 상호 연결하기 위한 프로브 매트릭스 릴레이의 세트(101 내지 164)와,
    상기 저항 측정 시스템(20)상의 상기 4개 이상의 단자로된 세트를 상기 매트릭스간 컨덕터로된 세트(A 내지 H)중 선택된 컨덕터에 선택적으로 상호 연결하기 위한 구성 매트릭스 릴레이의 세트(34 내지 89)와,
    상기 저항(12)중 선택된 하나의 저항이 상기 복합 스위칭 매트릭스(30)에 의해서 상기 저항 측정 시스템(20)에 연결되는 동안, 상기 저항(12)중 선택된 하나의 저항을 미리 결정된 저항 값으로 트리밍하기 위하여 상기 저항 측정 시스템(20)과 협력하는 레이저(22)를 포함하는, 복합 스위칭 매트릭스 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 프로브 매트릭스 릴레이의 세트(101 내지 164) 및 상기 구성 매트릭스 릴레이의 세트(34 내지 89)는 드라이 리드 릴레이를 포함하는, 복합 스위칭 매트릭스 장치.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서, 상기 25개 이상의 저항으로된 세트(12A 내지 12N)는 기판(10)상에 형성된 더 큰 저항의 어레이의 일부인, 복합 스위칭 매트릭스 장치.
  13. 제 10항 또는 제 11항에 있어서, 상기 100개 이상의 프로브의 세트(24)는 상기 100개 이상의 프로브로된 세트를 상기 프로브 매트릭스 릴레이의 세트(101 내지 164)에 전기적으로 연결하기 위한 프로브 카드 커넥터의 세트(170, 172)에 의해 상기 복합 스위칭 매트릭스로부터 전기적으로 분리될 수 있는 프로브 카드(174)상에 탑재되는, 복합 스위칭 매트릭스 장치.
  14. 삭제
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KR1020007007024A 1997-12-24 1998-12-18 테스트하에 있는 디바이스를 측정 장비에 프로빙하고 상호연결하기 위한 복합 스위칭 매트릭스 KR100355879B1 (ko)

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