TWI519795B - 使用智慧型電流感測開關保護探針之系統及方法 - Google Patents

Description

使用智慧型電流感測開關保護探針之系統及方法 相關申請案之交互參考

本申請案主張2012年8月27日申請之美國臨時申請案第61/693,692號、代理人案號ATST-U0093.A之優先權，該臨時申請案係讓與本發明之受讓人且其整體揭示內容係以引用之方式納入本文。

發明領域

根據本發明之實施例一般而言係關於自動化測試儀器，且更具體而言係關於自動化測試儀器中所使用之電流監視技術。

發明背景

自動化測試儀器(ATE)可為在受測試裝置(DUT)上執行測試之任何測試總成，該總成可尤其為積體電路(IC)或半導體晶圓上晶片，或諸如固態驅動器之裝置。ATE總成可用於執行自動化測試，該等自動化測試快速地執行量測且產生隨後可予以分析之測試結果。ATE總成可為自耦接至量計之電腦系統至複雜的自動化測試總成範圍中的任 何總成，其可包括客製專屬電腦控制系統及能夠自動地測試電子部件及/或進行諸如晶片上系統(SOC)測試或積體電路測試之半導體晶圓測試的許多不同的測試器具。ATE系統既減少花費在測試裝置上之時間量以確保該裝置起如所設計之功能，又充當診斷工具以在該系統到達消費者之前判定給定裝置內故障組件之存在。

在一典型自動化測試中，探針卡係用於探測晶圓上之半導體晶片。探針卡上通常具有若干探針，該等探針係置放抵靠於晶片上之焊墊來執行功能測試。在一典型測試中，探針係用於電氣地刺激晶片上之電路且進行量測來判定該電路是否恰當地實現功能。探針卡上的一些探針將電力自裝置電源(DPS)運載至晶片。取決於該晶片需要的電力之量，探針中的許多個或所有將自同一DPS汲取電力。在某些實例中，若DUT故障或短路，或若出於任何其他原而自DPS汲取過多電流，則用來將電力自DPS傳輸至DUT之探針尖端可燒壞且退化。在此等實例中，探針尖端將熔化或隨時間而於該等尖端上累積非導電性剩餘物及沈積物，該等剩餘物及沈積物將阻止該等尖端恰當地實現功能。探針卡極其昂貴，且在探針尖端損壞之情況下，更換探針卡上之探針尖端為耗費時間及成本過高之過程。此外，若在未意識到探針尖端損壞之情況下運行測試，則連接至損壞探針尖端之IC晶片可錯誤地標記為非順應性的。

在習知系統中，已可能使用至少兩種技術來防止燒壞用來自DPS供應電力之探針。已使用來防止探針尖端 損壞之第一典型技術以確保DPS處於0伏特(V)開始，且在接觸DUT之前，其已使探針卡上之任何電容充分放電。此技術可涉及等待某一時間且對探針卡處之殘餘電壓進行量測來確保其已達到0V。然而，此技術為耗時的。

第二典型技術涉及在探針尖端已與DUT接觸之後，將DPS設置至低電壓及低電流鉗(current clamp)設置。隨後，判定電流鉗之有效電流量測值來觀察DUT是否短路。若該等量測值指示DUT短路，即將警告使用者不得對DUT加電。此技術亦為耗時的，因為使用者需要首先在低電壓及電流鉗設置下對DUT加電來進行量測以便判定系統是否就緒備用。

在某些實例中，以上論述之第二技術亦可為效率低下的。例如，在一些情況下，在DUT上存在若干獨立電路群組，該等電路群組係於同一電壓下操作但具有並未互相連接之獨立電力連接。歸因於測試器組態，可為有利的是：將用於所有此等電壓軌之探針連接至一共用的高電流電源。第二技術在此等組態中可為較不實用的，因為在低電壓下由於一電壓軌上之短路而汲取的額外電流可受其他電壓軌上汲取之正常電流遮蔽。當施加全部電力時，可燒壞連接至短路電壓軌之探針。此外，若存在許多並聯連接之探針，則難以識別該短路之電壓軌。另外，若在此等情形下施加全部電力，即可導致級聯效應，其中在燒壞連接至短路軌之一探針後，穿過連接至該電壓軌之探針中剩餘者的增加之電流亦可造成該等剩餘者燒壞。

因而，先考慮由過量電流造成的探針損壞之習知方法為耗時的，因為不存在構建至系統中的智慧方案(intelligence)以在電流超過可接受之閾值時切斷通過探針尖端之電流。此外，在難以識別短路電壓軌之某些測試器組態中，該等方法亦為效率低下的。

發明概要

因此，對可利用以上所述之系統來解決問題的測試器系統及/或方法存在需要。需要的是更快及更有效之機構來保護探針卡上之探針尖端免受過量電流汲取，且使得易於在所有測試器組態下識別短路連接。

使用所述系統之有益態樣而不限於其個別態樣，本發明之實施例提供新穎解決方案來應對在裝置測試期間保護用來自DPS供應電力之探針免受過電流的固有問題。

在一實施例中，本案揭示一種保護自動化測試中所使用的探針之方法，該方法包含將一探針耦接至受測試裝置(DUT)上之一接觸點，其中該探針可操作來將電力自一裝置電源(DPS)提供至該(DUT)。該方法進一步包含將探針保護器電路與該探針串聯連接於該DPS與該DUT之間以監視自該DPS至該DUT之電流。另外，該方法包含監視該電流以判定該電流是否低於一預定閾值電流。最後，該方法包含：若該電流超過該預定閾值電流，即限制該電流。

在一實施例中，本案揭示一種用以保護自動化測 試中所使用的探針之設備。該設備包含：一探針，其可操作來將電力自一裝置電源(DPS)提供至一受測試裝置(DUT)，其中該探針係耦接至該DUT上之一接觸點；及一探針保護器電路，其與該探針串聯連接於該DPS與該DUT之間。該探針保護器電路進一步包含：一電流感測模組，其可操作來監視自該DPS至該DUT之電流以判定該電流是否低於一預定閾值電流位準；及一開關，其用以控制自該DPS至該DUT之連接。該開關係耦接至該電流感測模組，且若該電流超過該預定閾值電流位準，該開關即可操作來與該電流感測模組結合使用以限制該電流。

在另一實施例中，本案揭示一種測試器系統。該測試器系統包含：一測試頭，其包含至少一個裝置電源(DPS)；及一探針卡，其包含多個電力探針，其中該等電力探針係連接至該DPS且自該DPS導出電力。該測試器系統進一步包含一用以定位至少一個晶圓之探針，其中該晶圓包含多個將要測試之受測試裝置(DUT)。該探針卡降低至該晶圓上，以便可將該等多個電力探針中之每一者連接至該晶片上之一相關聯DUT，且將電力提供至該相關聯DUT。該等多個電力探針中之每一者包含一探針保護器電路，其與該探針串聯連接於該DPS與該DUT之間。該探針保護器電路包含一電流感測模組，其可操作來監視自該DPS至該相關聯DUT之電流以判定該電流是否低於一預定閾值電流位準。該保護器電路亦包含一開關，其用以控制自該DPS至該相關聯DUT之連接，其中該開關係耦接至該電流感測模 組，且進一步而言，其中若該電流超過該預定閾值電流位準，該開關即可操作來與該電流感測模組結合使用以限制該電流。

以下詳細描述連同隨附圖式一起提供對本發明之特性及優點的更好理解。

110‧‧‧DPS板/DPS/DPS模組

120‧‧‧探針保護器電路

125‧‧‧探針

130‧‧‧DUT

150、240‧‧‧探針卡

160~163‧‧‧焊墊

185‧‧‧旁路電容器

195‧‧‧電力線

196‧‧‧高位感測線/感測線

197‧‧‧高位供電線/供電線

198‧‧‧低位供電線/供電線

199‧‧‧低位感測線/感測線

200‧‧‧系統/設備

210‧‧‧晶圓

215‧‧‧平台

220‧‧‧自動化測試設備(ATE)主機/ATE/ATE主機

230‧‧‧測試頭

280‧‧‧晶圓探針測試機

285‧‧‧DUT

310~360‧‧‧插針

410‧‧‧比較器A/比較器

420‧‧‧運算放大器/放大器

430‧‧‧MOSFET開關/MOSFET

440‧‧‧比較器B/比較器

450‧‧‧電流感測模組/電流感測區塊

460‧‧‧線路

461‧‧‧線路RefB

465‧‧‧SafeStart線路/SafeStart信號

466‧‧‧參考電壓RefA/線路RefA

470‧‧‧電壓參考模組

471‧‧‧停機信號/shdn2信號

472‧‧‧shdn1信號

480‧‧‧電壓感測模組/電壓感測區塊

481‧‧‧電容器C_delay

490‧‧‧電壓調整器/調整器

500‧‧‧流程圖

502~508‧‧‧方塊

T300~T340‧‧‧時間框

T415、T5 10~T550、T770、T800、T810、T1010~T1040‧‧‧事件

T420‧‧‧時間段/時窗

T710、T730‧‧‧時窗

T915‧‧‧事件/時間框

T920‧‧‧時間段

本發明之實施例係以舉例方式且不以限制方式例示於隨附圖式之各圖中，且在該等圖中，相同元件符號代表相似元件。

圖1為例示根據本發明之一實施例的探針保護器電路、DPS以及DUT之間互連的方塊圖。

圖2為根據本發明之一實施例的用來測試半導體晶片的一示範性系統之頂層圖。

圖3為根據本發明之一實施例的用於典型探針保護器電路之示範性插針圖。

圖4為根據本發明之一實施例的探針保護器電路之示範性示意圖。

圖5為根據本發明之一實施例的保護探針之示範性方法之流程圖，該方法藉由使用智慧型電流感測開關來在遭遇故障DUT時限制或斷開電流。

圖6為例示根據本發明之一實施例的測試設備之正常操作的波形圖。

圖7為例示如何藉由根據本發明之一實施例的探針保護器電路來處置DUT中一者上之短路的波形圖。

圖8為來自圖7的事件T415之放大視圖，其例示根據本發明之一實施例的電流I-dut於遭遇短路DUT時之行為。

圖9為例示根據本發明之一實施例的測試設備之正常操作的波形圖，其中SafeStart信號連接至DPS。

圖10為來自圖9的事件T770之放大視圖，其例示根據本發明之一實施例的信號於SafeStart信號連接至DPS時之行為。

圖11為例示如何藉由根據本發明之一實施例的探針保護器電路在SafeStart信號連接至DPS時處置DUT中一者上之短路的波形圖。

圖12為來自圖11的時間框T915之放大視圖，其例示根據本發明之一實施例的電流I-dut在SafeStart信號連接至DPS的情況下於遭遇短路DUT時之行為。

在諸圖中，具有同一名稱之元件具有相同或類似的功能。

詳細說明

現在將詳細參閱本揭示案之各種實施例，該等實施例之實例例示於隨附圖式中。雖然結合此等實施例來描述，但是將瞭解的是，該等實施例並不意欲使本揭示案限於此等實施例。相反，本揭示案意欲涵蓋可包括於如附加申請專利範圍所定義的本揭示案之精神及範疇內的諸多替代例、修改以及等效物。此外，在本揭示案之以下詳細描 述中，闡明眾多特定細節以便提供對本揭示案的完全理解。然而，將瞭解的是，本揭示案可無需此等特定細節來加以實踐。在其他實例中，並未詳細描述熟知之方法、程序、組件以及電路，以便不會不必要地模糊本揭示案之各態樣。

以下詳細描述中的一些部分係就以下而言提出：程序、邏輯區塊、處理以及對電腦記憶體內資料位元進行操作的其他符號表示。此等描述及表示為熟習資料處理技術者用來將其工作之實質最有效地傳達給熟習此項技術之其他人士的手段。在本申請案中，程序、邏輯區塊、處理或類似物係設想為一系列導向所要結果的自相一致的步驟或指令。該等步驟為利用物理量之物理操控的步驟。通常，雖然並不必要，但是此等量係採取電氣信號或磁信號之形式，該等信號能夠在電腦系統中儲存、轉移、組合、比較以及以其他方式操控。已證明的是：有時主要出於習慣使用之原因，適宜將此等信號提及為交易、位元、值、元件、符號、字元、樣本、像素或類似物。

然而，應牢記的是，所有的此等及類似用詞係與適當的物理量相關聯且僅為應用於此等量之適宜標記。除非另外具體地闡明(如自以下論述所明白的)，否則要理解的是，在本揭示案通篇中，利用諸如「配置」、「相關聯」、「移動」、「複製」、「設置」、「存取」、「抹除」、「釋放」、「控制」、「增加」、「記錄」、「判定」、「識別」、「快取」、「維持」、「遞增」、「比較」、「移除」、「讀取」、「寫入」或類似者的用詞 之論述提及的是電腦系統或類似電子計算裝置或處理器之動作及過程(例如，圖5之流程圖)。電腦系統或類似電子計算裝置在電腦系統記憶體、暫存器或其他此類資訊儲存器、傳輸裝置或延遲裝置內操控且轉換表示為物理(電子)量之資料。

以下描述提供對電腦及可包括一或多個模組之其他裝置之論述。如本文所使用，「模組」或「區塊」等詞可理解為代表軟體、韌體、硬體及/或其各種組合。要注意，該等區塊及模組為示範性的。該等區塊或模組可組合、整合、分離及/或重複來支援各種應用。另外，替代在特定模組或區塊處執行之功能或除此等功能之外，本文所述的如在所述特定模組或區塊處執行之功能可在一或多個其他模組或區塊處執行，及/或由一或多個其他裝置來執行。此外，可橫跨多個彼此靠近或遠隔之裝置及/或其他組件來實行該等模組或區塊。另外，可將該等模組或區塊自一裝置移動且增加至另一裝置，及/或其可包括於兩個裝置中。本發明之任何軟體實行方案可有形地體現於一或多個儲存媒體中，諸如，例如記憶體裝置、軟碟、光碟(CD)、數位通用磁碟(DVD)或可儲存電腦代碼之其他裝置。

本文所使用之術語僅用於描述特定實施例之目的，且並不意欲限制本發明之範疇。如本揭示案通篇所使用，除非上下文另外清晰地規定，否則單數形式「一」及「該」包括複數提及物。因而，例如，對「一模組」之提及包括多個此等模組及單一模組，以及熟習此項技術者所 知的該等模組之等效物。

使用智慧型電流感測開關保護探針之系統及方法

本發明之實施例提供使用智慧型電流感測開關保護探針之方法及系統。例如，本發明之實施例可用來在流過探針卡上之探針尖端的電流超過某一設定值時限制或阻止該電流，該探針卡係用於自動化測試儀器中來測試半導體晶片或積體電路(IC)。然而，可將本發明之實施例應用於其他類型之測試系統且亦用來測試其他類型之受測試裝置(DUT)。

如先前所論述，先考慮由過量電流造成的探針損壞之習知方法不僅為耗時的，而且其在某些測試器組態中為效率低下的。本文所述之探針保護器電路藉由使用智慧型限電器/電流感測開關來解決該等缺陷，該智慧型限電器/電流感測開關係應用於各電力探針來阻止穿過探針之電流超過該探針之指定跳脫點值。電路首先嘗試在某一位準下進行限流，其中用於限制之電流位準為可規劃的。當電流已如此受限一段持續時間時，電路觸發一開關，該開關隨即打斷開DPS與正受測試的DUT之間的連接，以便阻止電流的任何進一步流動。

首先參閱圖1，其展示一測試設備，例示根據本發明之一實施例的探針保護器電路、DPS以及DUT之間的互連。如圖1所例示，用於各探針之專屬探針保護器電路可串聯連接於DPS 110與DUT 130之間。在一不同實施例中，探針保護器電路亦可串聯連接至並聯的至少兩個探針。在 此實施例中，各探針保護器電路一次監視多個探針。雖然此實施例並未對各探針提供單獨探針保護，但是比包含用於各探針之獨立探針保護器電路的實施例佔據更小的覆蓋區。

在一實施例中，探針保護器電路120為例如佔據小於0.2平方吋之小型電路模組，其可直接安裝於探針卡150上。例如，圖1中定位於探針卡150上之探針125具有串聯連接於探針尖端與DPS110之間的探針保護器電路120。在另一實施例中，探針保護器電路可安裝在任何適宜之處，只要探針保護器電路仍與其保護之探針串聯連接即可。在一不同實施例中，探針保護器電路可直接整合於探針卡本身中替代首先安裝於獨立模組上。在又一實施例中，探針保護器電路可組配於客製IC中，或規劃至可規劃類比IC中。

在一實施例中，探針尖端在焊墊160處與DUT接觸，該焊墊係連接至DUT電力軌之一。圖1所示之焊墊160至161係連結在一起。類似地，亦連接至DUT之電力軌的焊墊162至163係連接在一起。

在一實施例中，DPS 110經由電力線195將電力傳遞至DUT。電力線195構成開爾文連接，該連接包含用以強制高精確差分DC電壓之四組線(高位供電線197、低位供電線198、高位感測線196以及低位感測線199)。旁路電容器185為用來衰減雜訊之濾波電容器。在一實施例中，探針保護器在0V至8V之DPS電壓範圍內操作。在其他實施例中， DPS電壓範圍可為更高的或更低的。

供電線197及198將電流自DPS運載至DUT。感測線196及199連接於DUT之緊鄰區且確保在DUT處之電壓接近於DPS電壓。開爾文連接形成反饋迴路，其允許DC源強制精確差分電壓穿過該源與DUT之間的電阻絲。在沒有開爾文連接之情況下，供電線197及198中之小電阻將引起橫DPS與DUT之間的線路之電壓降。開爾文連接之感測線198及199不運載電流，因此，該等感測線不受由電壓降引起之誤差的影響。

在一實施例中，探針保護器電路120係連接至感測線198及199之後的電路。因此，重要的是：探針保護器電路120之電阻極小以便在電路與DUT 130連接之前避免線路上之高電壓降。在一實施例中，探針保護器電路之接通電阻小於25毫歐姆，通常最大值為35毫歐姆左右。然而，在另一實施例中，接通電阻可因受其他因素之折衷而甚至進一步減小，該等因素諸如用於電路之模組區域的輕微增加。

現在參閱圖2，展示根據本發明之一實施例的用來測試半導體晶片的示範性系統200。自動化測試儀器(ATE)主機220運行控制DUT的測試之測試程式。其亦可包含使用者介面，其供ATE之使用者載入測試程式且針對連接至ATE220之DUT運行測試。ATE 220係連接至測試頭230。然而，在一實施例中，ATE主機220可簡單地為一電源，例如48伏特電源，且用於運行該測試之大部分智慧方案係構件於測 試頭230中。

測試頭230可包含DPS板110，其經由電力線195連接至探針卡240。在一實施例中，測試頭230內可存在多個DPS板，其取決於DUT將汲取多少電流。本發明之原理尤其有利於電流強大之應用，其中各DUT自DPS模組汲取大量電流。在此等電流強大之應用中，由於DUT所汲取之高電流量，因而探針尖端皆更加易受被燒壞之影響。

探針卡240可定位於測試頭230上且包含探針保護器電路。探針卡亦包含探針尖端，該等尖端與DUT上之焊墊進行電氣連接且將電力傳遞至該等DUT。探針尖端通常可為細線，其由彈簧加載或具有不同的形狀因數。DUT上之電路係藉由經此等探針尖端供應至該等DUT之電力來電氣地刺激。

通常將測試頭230向下折疊至晶圓探針測試機280上，以便探針卡240上之探針尖端可與DUT 285進行電氣接觸及機械接觸。DUT 285通常為一晶圓上之若干晶粒，其尚未單一化。各晶圓通常包含於同時受探測之若干晶粒。例如，在諸如記憶體裝置之某些應用中，可同時探測數百個晶粒。使探針之陣列以一方式對準以使得該等探針對應於用於該等晶粒之焊墊的陣列。通常，依據探針之陣列來定位且對準晶圓210上的各晶粒，且將運載晶圓210之平台215向上移動來允許探針與晶片接觸。機械控制允許平台之x、y、z定位，以便可使探針點在焊墊之精確位置處接觸所測試之晶片。經由測試頭將並未通過測試之晶粒的位 置傳輸回至ATE主機，以便警告使用者或儲存於記憶體中供以後使用。

現在參閱圖3，展示根據本發明之一實施例的用於典型探針保護器電路之示範性插針圖。插針360係連接至12V DC。在一實施例中，探針保護器電路模組需要近似12伏特+/-5%之公用電力來操作，但是在其他實施例中，該模組可在更高或更低電壓下操作。在一實施例中，操作保護器電路模組之12V DC可來自輔助供電電壓，或在一不同實施例中，保護器電路可斷開DPS電壓運行。插針350係連接至SafeStart信號，該SafeStart信號允許探針保護器開關在斷開位置啟動，以便當探針尖端與DUT之焊墊進行接觸且接通DPS時，DPS與DUT之間的連接最初為斷開的。插針340係連接至DPS。插針320係接地。插針330係連接至DUT。插針310為開汲極輸出，其拉低來指示限流條件或斷開條件。

圖4為根據本發明之一實施例的探針保護器電路120之示範性示意圖。探針保護器電路包含MOSFET 430，當接通MOSFET時其將DPS連接至DUT，且當斷開MOSFET時其使電源與DUT斷開連接。因此，MOSFET430起類似開關之作用。在另一實施例中，亦可使用不同於MOSFET的不同類型之開關元件。電流感測模組450感測於DPS 110與DUT 130之間流動之電流且運算放大器(OP Amp)420判定電流是否已超過某一跳脫點。在一實施例中，探針保護器電路中電流感測模組之跳脫點係設置為1.2A+/-10%。在其 他實施例中，可根據測試器系統之需要來調整此跳脫點。該跳脫點可在工廠設置為數百毫安與幾安之間的任何值。在其他實施例中，可藉由類比或數位控制信號來設置該跳脫點。在一實施例中，探針保護器電路傳送正電流，使其達到跳脫點。保護器電路傳送供電容性放電之負電流。負電流不受與限制正電流之方式相同方式之限制。

電壓感測模組480感測橫跨MOSFET 430上之電壓降且若該電壓跨過預定閾值，即發送斷開MOSFET開關之信號。在一實施例中，電壓感測模組480可為熱感測電路，其亦可用來斷開MOSFET開關430。在其他實施例中，可利用來自電流感測模組之跳脫點來斷開MOSFET。

運算放大器420控制MOSFET 430之閘極電壓。運算放大器420連同電流感測模組450以及MOSFET 430一起形成電流源，其源值係設置為電流跳脫點。在正常DUT操作下，由DUT汲取之電流小於此跳脫點，且運算放大器420輸出幾乎達到12V，此驅使MOSFET 430具有強傳導性，進而使MOSFET 430充當處於「接通」狀態之開關。不考慮裝置上之負載、電源變化、溫度改變以及時間之推移，電壓參考模組470於電流感測模組450負極端子與運算放大器420之非反相輸入端子之間提供固定(恆定)電壓。

電壓參考模組470具有兩個輸入：shdn1信號472及shdn2信號471，其使電壓參考模組470停機，進而導致驅使運算放大器420之輸出較低。電壓感測模組480之輸出端係連接至shdn1信號472。比較器A 410之輸出端係連接至 shdn2信號471。

在正常操作中，在DUT處沒有短路連接之情況下，電流感測模組450之輸出小於來自電壓參考模組470的參考電壓。因此，放大器420之非反相輸入係處於比反相輸入高的電壓，該反相輸入造成驅使MOSFET430之閘極處於接近12V之高正電壓。因此，MOSFET430充當用於電流自DPS流動至DUT之閉合開關。

比較器B 440將放大器420之輸出電壓之一部分(其與MOSFET 430之閘極電壓相同)與線路RefB 461上之參考值相比較。參考值係藉由電壓調整器490產生，該電壓調整器產生用於比較器410及440兩者之參考電壓。在一實施例中，調整器490上之12V供電電壓可來自輔助供電電壓。若放大器420之輸出低於該參考值，比較器輸出線路460即拉低以指示MOSFET開關430處於限流狀態或斷開狀態。

比較器A 410之非反相端子係連結至由電壓調整器490產生之參考電壓RefA 466。比較器A 410之反相輸入係連結至SafeStart線路465，該線路可經由上拉電阻器來高位連結至12伏特，或可任擇地連接至DPS電壓。在一實施例中，SafeStart控制信號允許控制開關初始條件。SafeStart控制信號允許使用者以初始條件啟動MOSFET開關，該初始條件將不會汲取大量電流。

若將SafeStart線路465高位連結，則比較器A 410之輸出將較低且將不觸發電壓參考470之停機信號 471(shdn2)。若SafeStart線路465係連接至DPS電壓，則將在SafeStart信號由於DPS電壓達到0V而拉低時觸發shdn2信號471。將斷開連接至運算放大器420之非反相端子的參考電壓且將驅使放大器420之輸出較低，從而又斷開MOSFET430。當斷開MOSFET開關時，DPS與DUT斷開連接。

熟習此項技術者易於理解的是：在本發明之一些實施例中，比較器A 410及比較器B 440可由充當比較器之運算放大器組成。

圖5描繪根據一實施例的保護探針之示範性過程之流程圖500，該保護係使用智慧型電流感測開關於遭遇故障DUT時進行保護。然而，本發明並不限於由流程圖500提供的描述。實情為，熟習相關技術者根據本文所提供之教示將明白的是，其他功能性流程在本發明之範疇及精神內。

繼續參閱以上根據先前圖式所述之示範性實施例來描述流程圖500，但是該方法並不限於該等實施例。

現在參閱圖5，在方塊502處，探針保護器電路120係串聯置放於DPS模組110與探針125之間，其中探針125係連接至故障DUT且用來將電力供應至DUT。

在方塊504處，探針125係連接至故障DUT上之焊墊。在典型操作下，高位連結SafeStart信號465，因此將以閉合位置啟動開關。

在方塊506處，電流感測模組450感測電流是否接近為探針尖端指定之跳脫點，在此實施例中該跳脫點係設置為1.2A。在方塊508處，當DUT電流接近跳脫點時，例如， 若在具有設置為1.2A之跳脫點的探針上，電流開始超過1A，則放大器420開始在其線性區域中操作。運算放大器420、電流感測區塊450以及MOSFET 430形成電流源，該電流源使電流受限於跳脫點值。在一實施例中，可基於選擇用於電流感測模組450電路之電阻器來在工廠設置電流感測跳脫點。在此實施例中，電流感測模組之跳脫點為不可規劃的，以便減小電路大小且使探針保護器模組覆蓋區盡可能小。

在另一實施例中，可重新設計電路來使電流感測模組450之跳脫點為可規劃的。例如，可將控制線路增加至該電路，以便可根據設計該電路來保護之探針類型將電路組配來重新規劃。例如，若探針尖端可處置之最大電流為1.2A，則電流感測模組跳脫點之可規劃閾值不應超過1.2A。在一實施例中，將該電路整合至專屬晶片中，以便保持小覆蓋區，不考慮增加控制線路來使電流感測模組成為可規劃的。

在正常操作下，橫跨MOSFET430之電壓降由於MOSFET之低電阻而極低。然而，當MOSFET 430作為電流源操作時，橫跨MOSFET之電壓降增加，進而增加MOSFET中之電力消耗。在方塊508處，藉由電壓感測模組480來感測電壓降，該電壓感測模組判斷提示shdn1信號472，以在由電容器C_delay 481判定的時間之後使電壓參考模組470停機。當使電壓參考模組470停機時，偏壓電路確保放大器420將驅使MOSFET閘極接地，進而導致MOSFET充當斷開 開關。因此，MOSFET開關430斷開，使DPS110與損壞的DUT斷開連接。電壓感測模組480感測的橫跨MOSFET430的電壓愈大，停機發生愈快。

以此方式，探針保護器電路有利地充當智慧型限電器。該探針保護器電路暫時限制該電流直至應用某些條件，應用之後，該電路切換來斷開該電流以便保護探針，且尤其保護潛在地以其他方式熔化或損壞之探針尖端。與先前技術不同，智慧型電流開關在沒有使用者介入的情況下自動地保護探針，進而使消費者節省置換損壞探針之不必要的時間及花費。

在MOSFET 430斷開的情況下，DPS 110全電壓橫跨MOSFET出現，但是電流為零。此使電壓參考模組470保持停機且使MOSFET鎖存於斷開狀態。當電路中之MOSFET開關由於過量電流條件而跳脫斷開時，可藉由將DPS設置為0V(使DPS斷開連接)，或藉由使探針與DUT上之焊墊斷開連接來重置MOSFET開關。在另一實施例中，該電路在遭遇過量電流條件時並未鎖存，取而代之，該電路經設計以便當電流位準降低至跳脫點閾值以下時使開關回到閉合狀態。

在步驟512處，開汲極輸出拉低來指示限流條件或斷開條件。在一實施例中，測試器設備中之若干探針保護器電路的輸出可在邏輯上進行與運算且自數位插針讀取。可將此信號用作測試器中正常故障處理的一部分，以便判定測試過程期間是否遭遇短 路DUT。由於將智慧方案構件於探針保護器電路之設計中，所以若電流超過某一閾值，則有利地自動切斷該電流。經比較，在先前技術方法中，使用者必須緩慢斜升電壓極限及電流極限，同時採取中間量測來確保DUT不短路。

圖6為例示根據本發明之一實施例的測試設備之正常操作的波形圖。圖6例示以下者之行為：輸入DPS電壓(Vdps)、DUT電壓(Vdut)以及流過DUT之電流(Idut)，其中藉由設備200來測試三個正常的DUT，且其中將用於探針保護器電路之跳脫點設置為1.2A。在此種情況下，SafeStart信號斷開且並未連接至DPS。如圖6所示，Vdps及Vdut兩者在探針於時間框T300、T320以及T340期間連接至DUT(DUT1、DUT2以及DUT3)時之循環期間約為1.8V。由Idps指示之自DPS流至DUT的電流約為600mA，該電流低於保護器電路之跳脫點。因此，此圖中之波形指示未遭遇損壞DUT之正常操作。因此，信號在整個時間段期間被拉高。

圖7為例示如何藉由根據本發明之一實施例的探針保護器電路來處置DUT中一者上之短路的波形圖。圖7例示以下者之行為：DPS電壓(Vdps)、DUT電壓(Vdut)、流過DUT之電流(Idut)以及信號，其中藉由設備200來測試兩個正常DUT及一個短路DUT，且其中將用於探針保護器電路之跳脫點設置為1.2A。在圖7中，使DUT2短路且因此，Vdut及Idut於時間段T420期間顯示異常行為。因為SafeStart信號斷開，所以當探針於時窗T420期間移動至 DUT2時，MOSFET開關430閉合。此導致在調用探針保護機構之前的初始電流尖波。Idut尖波近似達到11A且Vdut尖波近似達到1.2V。在T420時窗期間，信號受驅使變低來指示已遭遇在DUT2處之短路。

圖8為來自圖7的事件T415之放大視圖，其例示根據本發明之一實施例的電流Idut於遭遇短路DUT時之行為。事件T415在如圖7所見之時窗T420期間，在遭遇DUT2短路時發生。現在參閱圖8，最初在T510處，MOSFET開關因為SafeStart信號465斷開而接通。湧入短路DUT中之電流在此階段僅受外部電路阻抗限制，從而造成高電流尖波。由於運算放大器420之轉換率(slew rate)，MOSFET開關並未瞬時地自閉合狀態轉至斷開狀態。因此，隨著在MOSFET 430閘極處之電壓自約12V降低至約2至4伏特(電路在該電壓下係以限流模式操作)，存在高電流之短通量，進而在T415處造成尖波。

在T520處，約20毫秒之後，探針保護器電路開始在1.2A下之限流。湧入電流愈大，探針保護器電路限制電流愈快。若在電流受限時移除短路電路，例如T530處之情況，Vdut即恢復至Vdps值。探針保護器電路在此波形圖中保持限流模式直至約T540。探針保護器電路保持限流模式之時間取決於DPS電壓及DUT短路電路電阻。較高DPS電壓及較低短路電路電阻縮短該時間。最後在T550處，斷開探針保護器MOSFET開關。在該時間之後，耗用約10ms來重置該開關。

歸因於運算放大器420之有限增益帶寬，當DUT連接短路時，將閉合開關狀態過渡至限流狀態要耗用一定時間。如以上述，在該時間期間，穿過開關之電流主要受外部電路阻抗限制。因為過渡持續時間短，所以即使電流高，探針尖端溫度上升亦較小。

然而，在一實施例中，藉由以處於斷開狀態之開關開始且隨著DPS電壓斜升使其閉合，可消除閉合開關至限流過渡的時間。藉由將SafeStart線路465連接至DPS電壓，比較器A 410藉由在SafeStart低於線路RefA 466上之電壓值時使電壓參考模組470停機來完成此過渡時間。RefA電壓值必須低於電壓感測區塊480閾值電壓，以便該開關不鎖存於斷開位置。

在一實施例中，亦可藉由具有適當定時之外部邏輯信號來控制SafeStart。若在探針與DUT接觸之前未將DPS電壓設置於最小閾值電壓(例如0.25V)以下，則可能使用來自測試器公用位元之一的外部控制信號來驅動圖4中所指示的SafeStart信號。若該控制信號在達成探針接觸時驅使SafeStart變低，開關即將在探針接觸期間斷開且無電流流動。當外部控制信號驅使SafeStart變高時，開關將閉合。若外部信號跟隨DPS，探針保護器即將如圖9至12中所示來操作，其中SafeStart係連接至DPS。湧入電流將受限於1.2A且探針將獲保護。

圖9為例示根據本發明之一實施例的測試設備之正常操作的波形圖，其中SafeStart信號連接至DPS。圖9例 示以下者之行為：DPS電壓(Vdps)、DUT電壓(Vdut)、流過DUT之電流(Idut)以及信號，其中藉由設備200來測試三個正常DUT，且其中將用於探針保護器電路之跳脫點設置為1.2A。當SafeStart連接至DPS信號時，每當DPS(控制信號)電壓變低時均拉低該SafeStart。因此，在Vdps較低之時窗T710及T730期間，MOSFET開關保持斷開，且因此，在彼等時間框期間驅使變低。在此情況下，因為SafeStart使開關保持斷開，所以信號之低位並不指示異常條件。該等波形在所有其他方面均與圖6類似且指示DUT並不存在任何問題。如圖9所示，Vdps及Vdut兩者在探針已與DUT(DUT1、DUT2以及DUT3)進行接觸且開關已移動至閉合狀態之循環期間約為1.8V。

圖10為來自圖9的事件T770之放大視圖，其例示根據本發明之一實施例的信號於SafeStart信號連接至DPS時之行為。在T800處，當SafeStart低於0.25V時，探針保護器MOSFET開關430保持在斷開位置且信號相應地回應。如事件T810所指示，SafeStart信號必須在0.25V以下保持3ms，以便探針保護器開關完全斷開。

圖11為例示如何藉由根據本發明之一實施例的探針保護器電路在SafeStart信號連接至DPS時處置DUT中一者上之短路的波形圖。圖11例示以下者之行為：DPS電壓(Vdps)、DUT電壓(Vdut)、流過DUT之電流(Idut)以及 信號，其中藉由設備200來測試兩個正常DUT及一個短路DUT(DUT2)，且其中將用於探針保護器電路之跳脫點設置為1.2A。在圖11中，使DUT2短路且因此，Vdut及Idut於時間段T920期間顯示異常行為。然而，如自事件T915顯而易見的是，當與來自圖7之事件T415比較時，在此情況下，Idut中不存在初始電流尖波，在Vdut處亦不存在對應電壓尖波。實際上，Idut電流從未達到1.2A以上。

圖12為來自圖10的時間框T915之放大視圖，其例示根據本發明之一實施例的電流Idut在SafeStart信號連接至DPS的情況下於遭遇短路DUT時之行為。在事件T1010處，因為探針保護器開關最初為斷開，所以沒有電流湧入短路DUT中。在事件T1020處，在已閉合開關之後，探針保護器電流限制在1.2A。探針保護器電路在此波形圖中保持限流模式直至約T1030。探針保護器電路保持限流模式之時間取決於DPS電壓及DUT短路電路電阻。較高DPS電壓及較低短路電阻縮短該時間。最後，在T1040處，探針保護器MOSFET開關再次斷開。

雖然前述揭示內容闡述使用特定方塊圖、流程圖及實例之各種實施例，但是本文描述及/或例示之各方塊圖組件、流程圖步驟、操作及/或組件可單獨地及/或共同地使用廣泛範圍之硬體、軟體及韌體(或其組合)組態來實行。另外，含於其他組件內之組件的任何揭示內容應視為實例，因為可實行許多其他架構來達成相同功能性。

僅以舉例方式給出本文描述及/或例示之製程參 數及步驟序列。例如，雖然本文例示及/或描述之步驟可以特定次序展示或論述，但是此等步驟未必需要以所例示或論述之次序來執行。本文描述及/或例示之各種示例方法亦可省略本文描述或例示的一或多個步驟，或包括除了所揭示之該等步驟外的額外步驟。

雖然本文已描述及/或例示各種實施例，但是就全功能電腦系統之情境而言，此等示例實施例中之一或多者可作為呈各種形式的程式產品來分散，不管用來實際實施該分散之特定類型的電腦可讀媒體。本文揭示之實施例亦可使用執行某些任務的軟體模組來實行。此等軟體模組可包括可儲存於電腦可讀儲存媒體上或電腦系統中之腳本檔案、批次檔案或其他可執行檔案。

出於說明之目的，已參考特定實施例來描述前述描述。然而，以上例示性論述並不意欲為詳盡的或使本發明限於所揭示之精確形式。鑒於以上教示，許多修改及變化形式為可能的。選擇且描述該等實施例以便最佳地說明本發明之原理及其實際應用，進而使得熟習此項技術者能夠最佳地利用本發明及具有如可適合於所涵蓋之特定用途的各種修改之各種實施例。

因而已描述根據本發明之實施例。雖然已於特定實施例中描述本發明，但是應理解的是，本發明不應解釋為受限於此等實施例，而應根據以下申請專利範圍來解釋。

110‧‧‧DPS板/DPS/DPS模組

120‧‧‧探針保護器電路

125‧‧‧探針

130‧‧‧DUT

150‧‧‧探針卡

160~163‧‧‧焊墊

185‧‧‧旁路電容器

195‧‧‧電力線

196‧‧‧高位感測線/感測線

197‧‧‧高位供電線/供電線

198‧‧‧低位供電線/供電線

199‧‧‧低位感測線/感測線

Claims (20)

1. 一種保護自動化測試中所使用的探針之方法，該方法包含：經由一探針將電力自一裝置電源(DPS)供應至一受測試裝置(DUT)，其中該探針係耦接至該DUT上之一接觸點；經由一探針保護器電路來監測流過該探針之一電流，該探針保護器電路包含一電流感測模組，該電流感測模組係串聯耦接於該DPS與該DUT之間以判定該電流是否低於一預定閾值電流；以及若該電流超過該預定閾值電流，即使用一開關及一電壓感測模組限制該電流，其中該開關耦接於該電流感測模組及該DUT之間，及其中該電壓感測模組可操作來感測跨於該開關上之一電壓，其中若跨於該開關上之該電壓超過一預定閾值位準電壓，並於由該電流感測模組所偵測之電流超過該預定閾值電流的一段時間段已經過後，該電壓感測模組可操作來開斷該開關並使該DPS與該DUT斷開連接。
2. 如請求項1之方法，其進一步包含提供一輸出信號，該輸出信號可操作來指示該電流已超過該預定閾值電流。
3. 如請求項1之方法，其進一步包含重置該探針保護器電路以將該DPS再次連接至該DUT，其中重置係選自包含以下動作之群組：將該DPS電壓設置為0V、使該DPS斷開連接、使該探針與該DUT上之該接觸點斷開連接、以 及接收一外部產生之重置信號。
4. 如請求項1之方法，其中該開關為一電晶體。
5. 如請求項4之方法，其中傳輸係回應於偵測出跨於該電晶體上之一電壓降超過一預定閾值電壓。
6. 如請求項4之方法，其進一步包含以安全模式操作該探針保護器電路，其中該安全模式包含於DPS為接通狀態時且在將該探針耦接至該DUT上之該接觸點之前，使該電晶體維持在一截止狀態以避免電流中的任何暫態尖波。
7. 如請求項5之方法，其中在傳輸信號以使該DPS與該DUT斷開連接之前所經過的該時間段係取決於跨於該電晶體上所偵測的該電壓降之量值。
8. 如請求項1之方法，其中該預定閾值電流為可規劃的。
9. 一種用以保護自動化測試中所使用的探針之設備，該設備包含：一探針，其可操作來將電力自一裝置電源(DPS)提供至一受測試裝置(DUT)，其中該探針係耦接至該DUT上之一接觸點；以及一探針保護器電路，其與該探針串聯連接於該DPS與該DUT之間，其中該探針保護器電路包含：一電流感測模組，其可操作來監測自該DPS至該DUT之一電流以判定該電流是否低於一預定閾值電流位準；一開關，其用以控制該DPS與該DUT之連接，其中該開關係耦接至該電流感測模組，且進一步 地，其中若該電流超過該預定閾值電流位準，該開關即可操作來與該電流感測模組結合使用以限制該電流；以及一電壓感測模組，可操作來感測跨於該開關上之一電壓，且若跨於該開關上之該電壓超過一預定閾值位準電壓，並於由該電流感測模組所偵測之電流超過該預定閾值電流的一段時間段已經過後，該電壓感測模組進一步可操作來傳輸一信號，該信號可操作來開斷該開關並使該DPS與該DUT斷開連接。
10. 如請求項9之設備，其中該電壓感測模組包含一熱感測模組，其可操作來感測該開關之一溫度，且若該開關之該溫度超過一預定閾值，其即可進一步操作來傳輸一信號，該信號導致該開關開斷且使該DPS與該DUT斷開連接。
11. 如請求項9之設備，其中預定的時間段係取決於藉由該電壓感測模組跨越該開關所感測的該電壓之量值。
12. 如請求項9之設備，其中該預定閾值電流位準為可規劃的。
13. 如請求項9之設備，其中該探針保護器電路可操作來由選自包含以下動作之群組的程序予以重置：將該DPS電壓設置為0V、使該DPS斷開連接、使該探針與該DUT上之該接觸點斷開連接、以及接收一外部產生之重置信號。
14. 如請求項9之設備，其中該探針保護器電路可操作來產生一輸出信號，該輸出信號指示該電流已超過該預定閾值電流位準。
15. 如請求項9之設備，其中該探針保護器電路進一步包含 一信號，該信號可操作來在將該探針耦接至該DUT上之該接觸點而DPS處於接通時，使該開關維持在一斷開狀態以避免電流中之任何暫態尖波。
16. 一種測試器系統，其包含：一測試頭，其包含至少一個裝置電源(DPS)及一探針卡，該探針卡包含多個電力探針，其中該等多個電力探針係連接至該DPS且自該DPS導出電力；以及一探針器，其用以定位至少一個晶圓，其中該至少一個晶圓包含多個將要測試之受測試裝置(DUT)，其中該測試頭可操作來降低至該探針器上，以允許將該等多個電力探針中之每一者連接至該晶圓上之一相關聯DUT，且將電力提供至該相關聯DUT，且其中該等多個電力探針中之每一各別探針包含：一探針保護器電路，其與該各別探針串聯連接於該DPS與該相關聯DUT之間，其中該探針保護器電路包含：一電流感測模組，其可操作來監測自該DPS至該相關聯DUT之一電流以判定該電流是否低於一預定閾值電流位準；以及一開關，其用以控制該DPS與該相關聯DUT之連接，其中該開關係耦接至該電流感測模組，且進一步地，其中若該電流超過該預定閾值電流位準，該開關即可操作來與該電流感測模組結合使用以限制該電流；以及 一電壓感測模組，可操作來感測跨於該開關上之一電壓，且若跨於該開關上之該電壓超過一預定閾值位準電壓，並於由該電流感測模組所偵測之電流超過該預定閾值電流的一段時間段已經過後，該電壓感測模組進一步可操作來傳輸一信號，該信號可操作來開斷該開關並使該DPS與該DUT斷開連接。
17. 如請求項16之系統，其中該預定閾值電流位準為可規劃的。
18. 如請求項16之系統，其中該探針保護器電路可操作來由選自包含以下動作之群組的程序予以重置：將該DPS電壓設置為0V、使該DPS斷開連接、使該探針與該DUT上之接觸點斷開連接、以及接收一外部產生之重置信號。
19. 如請求項16之系統，其中該探針保護器電路可操作來產生一輸出信號，以指出該電流已超過該預定閾值電流位準。
20. 如請求項16之系統，其中該探針保護器電路可操作來產生一信號，該信號可操作來在將該探針耦接至該DUT上之該接觸點而DPS處於接通時，使該開關維持在一斷開狀態以避免電流中之任何暫態尖波。