DE3528189A1

DE3528189A1 - Testgeraet fuer halbleitereinrichtungen

Info

Publication number: DE3528189A1
Application number: DE19853528189
Authority: DE
Inventors: Keiichi Itami Hyogo Sawada; Tetsuo Tada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1984-08-06
Filing date: 1985-08-06
Publication date: 1986-02-13
Also published as: DE3528189C2; US4720671A; JPS6144371A; JPH0316626B2

Description

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Testgerät für Halbleitereinrichtungen

BESCHREIBUNG

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

Ein derartiges Testgerät gehört bereits zum Stand der Technik und wird nachfolgend anhand der Figur 1 näher beschrieben.

Die Figur 1 zeigt eine Halbleitereinrichtung 1, die mit Hilfe eines Testgerätes 2 getestet wird, welches eine Konstant-Spannungsquelle 7 und eine Konstant-Stromquelle 8 besitzt. Konstant-Spannungsquelle 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 la, Ib, Ic, ..., Ig, ..., 11. Die PMUs 7 und 8 sind solche, die sich normalerweise innerhalb eines Testgerätes für Gleichstrommessungen (DC-Messungen) an einer Halbleitereinrichtung befinden. Die zu testende HaIbleitereinrichtung 1 ist gemäß Figur 2 so aufgebaut, daß der Eingangs/Ausgangsanschluß la mit einem Bondkissen 4, welches auf einem Halbleiterchip 3 befestigt ist, über einen leitfähigen Draht la¹, beispielsweise einem dünnen Gold- oder Aluminiumdraht, verbunden ist. Halbleiterchip 3, Bondkissen 4 und dünner Draht la¹ befinden sich innerhalb eines Gehäuses 5, in das der Eingangs/Ausgangsanschluß la hineinragt. Er ist beispielsweise mit der Wand des Gehäuses 5 fest verbunden.

0 Die Überprüfung bzw. Bestätigung einer elektrischen Verbindung zwischen der zu testenden Halbleitereinrichtung 1 und dem Testgerät 2 wird durch Anlegen einer Spannung

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odor eines Stromes an die Anschlüsse la bis 11 der zu testenden Halbleitereinrichtung 1 durchgeführt. Spannung bzw. Strom werden von der Konstant-Spannungsquelle 7 oder der Konstant-Stromquelle 8 innerhalb des Testgerätes 2 geliefert und gemessen.

Die Figur 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 Figur 3 liegt dabei innerhalb des Halbleiterchips 3 nach Figur 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 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 la bis 11 und dem zugehörigen Bondkissen 4 der zu testenden Halbleitereinrichtung 1, beispielsweise ein Bruch innerhalb des Aluminiumdrahtes, vorliegt.

Im Nachfolgenden wird anhan- der Figuren 4 und 5 genauer beschrieben, wie ein Bruch innerhalb eines Drahtes festgestellt wird. Wird eine Konstant-Stromquelle 8 mit einem Strom IO (μΑ) mit einem Anschluß 4 verbunden (Bondkissen) , so stellt sich eine Spannung VO ein, die durch die Vorwärtsspannung der Diode 5 und den Widerstand 6 bestimmt ist. Diese Spannung ergibt sich zu VO = 10 (μΑ) χ RO (Q.) .

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Ist zwischen dem Erdanschluß GD der Halbleitereinrichtung und dem Erdanschluß Gt des Testgerätes 2 ein Draht gebrochen, so schwankt der oben genannte Spannungswert VO in großem Umfang. Wird somit ein Spannungswert detektiert, der außerhalb eines erwarteten Bereichs (VO . bis VO )

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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 Konstant-Spannungsquelle 7 mit der Anschlußklemme 4 verbunden wird, wie die Figur 5 zeigt.

Bei der herkömmlichen Testmethode ist es also erforderlich, eine Konstant-Stromquelle 8 oder eine Konstant-Spannungsquelle 7 zu verwenden. Darüber hinaus dauert es eine bestimmte Zeit, üblicherweise mehrere m-Sekunden, bis sich ein exakt vorherbestimmter Spannungs- oder Stromwert einstellt. Konstant-Spannungs- oder Konstant-Stromquellen, 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 relative 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 umso 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 weiteres zum Stand der Technik gehörendes Testverfahren für Halbleiterspeichereinrichtungen ist in der

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offengelegten japanischen Patentanmeldung 57-18593 beschrieben.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Testgerät für eine Halbleitereinrichtung zu schaffen, mit dessen Hilfe der Betrieb der Halbleitereinrichtung in kurzer Zeit und immer mit der höchstmöglichen Geschwindigkeit des Testgerätes unabhängig von der Anzahl der zu messenden Anschlüsse der Halbleitereinrichtung überprüft werden kann. Das Testgerät soll darüber hinaus einfach aufgebaut und billiger herstellbar sein, als die zum Stand der Technik gehörenden Testgeräte.

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

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Testgerät nach der Erfindung ist in der Lage, sehr schnell eine Vielzahl von elektrischen Verbindungen zwischen ihm und einer zu überprüfenden Halbleitereinrichtung daraufhin zu testen, ob die elektrischen Verbindungen unterbrochen bzw. sich in einem schlechten Leitungszustand befinden.

Das Testgerät für eine Halbleitereinrichtung mit einer Vielzahl von Eingangs-/Ausgangsanschlüssen besitzt eine 0 dynamische Lastschaltung für jeweils einen Eingangs-/ Ausgangsanschluß der Halbleitereinrichtung sowie eine Vergleichsschaltung für jeweils einen Eingangs-/Ausgangsanschluß der Halbleitereinrichtung zum Vergleichen einer Spannung am Eingang-/Ausgangsanschluß mit einem vorbestimmten Viert, um zu detektieren, ob der interne Zustand der Halbleitereinrichtung ein Hochimpedanzzustand ist

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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 niedrieger 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 zeigen:

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

richtung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die zu überprüfende halbleitereinrichtung nach Figur 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

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Halbleitereinrichtung verbunden ist,

i'iq. ^C5 eine Schaltung, hoi dor eine Konstantspannunqsquelle 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 Figur 6 näher beschrieben. Es besitzt eine dynamische

^-0 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 lld, die in Form einer Brücken 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 0 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 5 innerhalb eines oberern Grenzwertregisters 15 und andererseits mit einem Wert innerhalb eines unteren Grenzwertregisters 16. Ein Speicher- bzw. Register 17 speichert

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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 Figur 6 liegende Schaltungsteil entspricht dem Schutz schaltungsteil, der bereits anhand der Figuren 3 bis 5 beschrieben worden

ist.
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Im Nachfolgenden wird der Betrieb des Testgerätes nach Figur 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 lld und die Diode lic 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 lic 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 Diodenbruckenschaltung.

oie fjbergangszc; Lt zur Einnahme des stationären Zustandes bestimmt sich in Abhängigkeit der Stromwerte der Konstantstromquellen 9a und 9b. Der Spannungswert an der Anschluß-

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klemme 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 lic 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 erschent. 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 "!"(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 elektrichen 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-Musgangsanschlüsse der Halbleitereinrichtung. Die Herstellungskosten des Testgerätes sind darüber hinaus relativ gering.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 wurde nur ein Verbindungstest mit der zu untersuchenden Halbleitereinrichtung (DUT) ausgeführt. Es können jedoch

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allgemein statische elektrische Eigenschaften, die konventionell mit Hilfe von PMUs gemessen werden, durch die Elemente 10, 11a, 11b, lic, lld, 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 außerorderntlich 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.

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Claims

TER MEER-MÜLLER-STEINMEI PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS Dipi.-Chem. Dr. N ter Meer Dipl. Ing. H. Steinmeister Dipl. Ing. F E. Muller . . , . , . _. _, Mauerkircherstrasse 45 Artur-Ladebeck-Strasse 51 D 8000 MÜNCHEN 80 D-4800 BIELEFELD 1 F-3677-02 Mü/Ur/b (5 . August 1985 MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA 2-3, Marunouchi 2-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, JAPAN Testgerät für Halbleitereinrichtungen Priorität: 6. August 1984, Japan, Ser.No. Sho. 59-165858 (P) PATENTANSPRÜCHE

1. Testgerät für eine Halbleitereinrichtung mit einer Vielzahl von Eingangs-/Ausgangsanschlüssen, gekennzeichnet durch,

- eine dynamische Lastschaltung (A) für jeweils einen Eingangs-/Ausgangsanschluß (la - 11) der Halbleitereinrichtung (1), und durch

- eine Vergleichsschaltung (14) für jeweils einen Eingangs-/ Ausgangsanschluß (la - 11) der Halbleitereinrichtung (1) zum Vergleichen einer Spannung am Eingangs-/Ausgangsanschluß mit einem vorbestimmten Wert, um zu detektieren, ob der interne Zustand der Halbleitereinrichtung (1) ein Hochimpedanzzustand ist oder nicht, so daß die Überprüfung bzw. Bestätigung einer elektrischen Verbindung zwischen der Halbleitereinrichtung (1) und

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und dem Testgerät (2) mit Hilfe der dynamischen Lastschaltung (A) und der Vergleichsschaltung (14) durchführbar ist.

2. Testgerät nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (14) mit einem Eingangs-/Ausgangsanschluß verbunden ist und parallel zur dynamischen Lastschaltung (A) liegt.

3. Testgerät nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (14) eine Spannung an einer Eingangs-/Ausgangsklemme (la - 11) 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.

4. Testgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dynamische Lastschaltung (A) eine Diodenbruckenschaltung mit vier Dioden (11a - lld) enthält, zwei gegenüberliegende Brückenzweige jeweils mit einer Konstantstromquelle (9a, 9b) verbunden sind, und daß von den beiden anderen Brückenzweigen einer mit einer Referenzspannungsquelle (10) und der andere mit einer Eingangs- /Aus gangs klemme der Halbleitereinrichtung (1) verbunden ist.