[实用新型]GCT芯片门/阴极阻断特性圆周法测试台

说明书

本实用新型是一种GCT芯片门/阴极阻断特性圆周法测试台。采用圆周转动测试方法，设计中采用了高精度的三维移动平台、步进电机驱动的旋转平台和探针座，配以CCD视频显微镜进行设备调整和测试过程监控，设计的C型机架和架空平台以构成较好的人机操作结构，配以不同规格专门设计的载片定位夹具满足不同尺寸芯片测试需要。该测试台通过在GCT芯片生产中的应用，在可靠性、检测准确性和高效率等方面满足规模化生产的测试需要。本测试台就是为满足GCT芯片的门/阴极之间数千只二极管特性进行直流电压阻断测试，以高效、准确地筛选出个别失效器件，并做以标识，为后续工艺修补提供可能性。

技术领域

本实用新型是一种专用于新型功率半导体器件GCT(Gate-commutatedthyristor，中文全称：门极换流晶闸管)芯片的门极和阴极之间PN结直流阻断电压特性测试的专用测试设备，很好地适应GCT芯片的门极和阴极引出电极在芯片表面的圆周布局结构，用于快速准确地进行芯片内部数以千计的二极管失效分析及判定，为后续工艺对失效阴极梳条修补、屏蔽处理提供技术支持，是新型电力电子器件GCT制造过程中的中间测试环节专业仪器。

背景技术

功率半导体器件发展40多年来，随着对电压和功率各方面的性能要求不断提高，它的复杂性和容量一直在增长。传统的可控硅整流元件只能在交流电周期末端进行关断，它的改进型便是门极可关断晶闸管(GTO)。GTO在一个硅片上集成了数千个分离开关单元，由于器件的结构原理决定了它的开关过程是不均匀的，所以在实际应用线路中要设计缓冲电路，这些必须有的额外缓冲电路可以限制关断时的dv/dt。在中等电压情况下，有较低的通态损耗和缓冲电路损耗，随着电压和频率的提高，线路中配套的缓冲元件容量增大，主要损耗由器件的开关损耗变为缓冲电路损耗，这些缓冲电路在设备系统中占有较大体积，并决定了设备的复杂性、成本和损耗。

上世纪八十年代中期引入的绝缘栅双极型晶体管IGBT是一种混合式MOS栅极开关双极型晶体管，它结合了MOSFET和BJT的优点。IGBT开关均匀，不需要缓冲电路，但通态损耗较大；而且用于较高电压时必须将低压IGBT串联使用，这样大大增加了系统复杂性和损耗，同时降低了系统的可靠性。

随着高压大功率开关器件参数性能需求不断提升，1997年ABB半导体公司推出了一种可以满足这些要求的新型半导体功率器件——集成门极换流晶闸管IGCT，IGCT结合了GTO和IGBT的优点，同时拥有晶闸管的开通特性和晶体管的关断特性。IGCT主要由主开关器件GCT和门极硬驱动电路集成而成，GCT是IGCT的核心器件，它由GTO演变而来，引入缓冲层、透明阳极、逆导二极管等技术。IGCT具有电流大、阻断电压高、开关频率高、可靠性高、结构紧凑、低导通损耗等特点，而且成本低、成品率高，具有广阔的应用前景。

从附图1中可以看出，为获得GCT芯片(1)的阴极S(3)有较大导电面积，设计成如图所示的多圈梳条环形分布结构；在附图2中可以看出，每一个阴极梳条均与门极G(2)之间扩散有一个PN结J3(4)，制造成上千只二极管，从d1、d2……dn(5)，所有阴极梳条在封装时通过上钼片压接接触阴极金属层(6)形成阴极S，门极与阴极之间通过制造绝缘层(7)隔离，若有任何一只二极管存在门极与阴极之间的短路或达不到设计的反向耐压，均会造成门极与阴极特性失效，器件报废。但是，我们分析这种设计结构时发现，门/阴极之间的上千只二极管工作时处于并联状态，每个二极管仅占不到千分之一的比重。经测试数据统计分析，极个别二极管不参与工作对器件的特性影响甚微，通过屏蔽极个别的失效二极管可以挽救一只价值昂贵的整只GCT芯片，相反能找出其中失效的二极管变得极具价值。

我们通过国内外市场调研，获得能进行晶圆表面成百上千只独立器件参数测试的设备均为自动打点测试原理，也就是针对每个公司产品在晶圆上的分布图形设计一种适用的打点测试运动轨迹，通过图像识别校对起始打点位置，逐一实现测试及失效元件标识工作。经实际测算，像6吋GTC芯片表面阴极梳条多达4200个左右，以打点测试一个点约1.5秒钟计算，测试完成一只需耗时约100分钟，这对于生产型产品来说效率极其低下，满足不了生产需求。

实用新型内容