在片測試新材料帶來的挑戰(zhàn)

日益增長的耗電量

系統(tǒng)，汽車，消費(fèi)電子產(chǎn)品，便攜式電子產(chǎn)品以及與物聯(lián)網(wǎng)的新連接對能源效率的更大需求正在持續(xù)推動功率半導(dǎo)體設(shè)備的發(fā)展，同比需求創(chuàng)歷史新高。

因此，世界各地的公司和代工廠正在提升功率產(chǎn)品的測試能力，涵蓋了研發(fā)，高性能產(chǎn)品的生產(chǎn)以及量產(chǎn)。下一代的功率產(chǎn)品也在被快速的研發(fā)，以實(shí)現(xiàn)減少成本及支持不斷增長的廣泛應(yīng)用需求。

根據(jù)行業(yè)報告，電力電子設(shè)備中68％的功率器件在2017年用于低壓應(yīng)用（<900 V）。剩余的功率器件部分（32％）在發(fā)生顯著增長的情況下，按電壓不同被分成如下等級：中等（1 - 1.9 kV），高（2 - 3.3 kV）和非常高（> 3.3 kV）電壓應(yīng)用。*

電動車輛和運(yùn)輸工具是功率半導(dǎo)體器件/模塊的使用正在擴(kuò)展的兩個領(lǐng)域。在高溫（300 - 400°C）下需要處理更高的電流（200 - 400 A）和更高的電壓（3.3 - 10 kV），以滿足新的可靠性和性能規(guī)范。這需要廣泛的產(chǎn)品特性的研發(fā)和生產(chǎn)測試的開發(fā)。

工程師面臨的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是在片測試而不是封裝測試。FormFactor已經(jīng)在在片功率半導(dǎo)體產(chǎn)品測試中發(fā)揮了重要作用

新時代的新材料

目前，98.7％的功率半導(dǎo)體產(chǎn)品是使用硅襯底材料制造的。然而，存在從Si到寬帶隙襯底材料（GaN和SiC）的轉(zhuǎn)變，這有望實(shí)現(xiàn)功率器件性能的顯著提高。在未來四到五年內(nèi)，預(yù)計這些材料的使用量將增長3.9％（17億美元）。*

通常，SiC和GaN高功率半導(dǎo)體可以在更高的溫度下工作并且具有更高的效率。具體而言，用于更快的切換的GaN以及用于更高溫度的SiC的研究和開發(fā)是有意義的。支持更高工作溫度的產(chǎn)品可以提高可靠性，如用于電動車輛；而支持更快切換的產(chǎn)品則可以降低功耗?；贕aN和SiC的產(chǎn)品都可以比基于Si的產(chǎn)品更小，以便于其封裝到更小的消費(fèi)產(chǎn)品中。

雖然GaN和SiC功率半導(dǎo)體（橫向和垂直結(jié)構(gòu)）的在片測試方法與Si產(chǎn)品類似，但這些新型寬帶隙產(chǎn)品需要擴(kuò)展的測試能力。

何時必須簡化測試復(fù)雜性

功率半導(dǎo)體產(chǎn)品通常用作功率電子電路中的開關(guān)或整流器。這些通常被稱為電源設(shè)備，電源IC和電源模塊。一些常見的功率器件包括功率二極管，功率MOSFET和IGBT（絕緣柵雙極晶體管）。

當(dāng)工程師和設(shè)計師開發(fā)下一代產(chǎn)品時，他們需要在測試期間收集關(guān)鍵參數(shù)。其中包括以下功率半導(dǎo)體器件參數(shù)：

擊穿電壓

低漏電@高壓

導(dǎo)通電阻RDS（on）*用于高電流

切換的上升和下降時間

安全工作區(qū)（散熱和“閂鎖效應(yīng)”）

熱阻

然而，當(dāng)在晶片上而不是封裝內(nèi)測試Si和先進(jìn)的GaN / SiC產(chǎn)品時，研發(fā)工程師和測試人員面臨的主要挑戰(zhàn)是采集高精度的數(shù)據(jù)。其要求在高壓下的防電弧能力，高電流下探針與晶圓的低接觸電阻以及減薄的晶圓的處理能力。簡而言之，“快速獲取精確數(shù)據(jù)”要求快速而簡單的完成對復(fù)雜高功率器件測試系統(tǒng)的設(shè)置。并且，始終關(guān)注人員與器件的安全。

*“RDS（on）”代表MOSFET中的“漏極 - 源極導(dǎo)通電阻”。

挑戰(zhàn)

高電壓防電弧
通常，當(dāng)測試晶圓上的高電壓時，探針之間將存在放電（電弧），這也發(fā)生在DUT（被測器件）和相鄰器件（垂直布局）或其他測試pad（橫向布局）之間。此外，在高于1000 V的電壓下，晶圓載物臺和周圍探針臺之間可能發(fā)生電弧放電。

探針與器件的低接觸電阻
實(shí)現(xiàn)精確高電流測量的另一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是盡可能降低探針與器件的接觸電阻。這將確?？梢栽诰A上測量到器件的完整性能，并與封裝器件性能完全一致。這使得用于終端的應(yīng)用電源模塊的已知良好芯片（KGD）的成本顯著降低。

晶圓和載物臺之間的均勻接觸和熱阻
為了獲得晶片上每個器件的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，重要的是在晶片背面和卡盤頂面之間具有均勻的物理接觸。首先，這可以通過確保從器件產(chǎn)生的全部熱量遠(yuǎn)離每個器件來分散熱誤差，而不管晶片上的器件位置如何。其次，對于卡盤作為電觸點(diǎn)之一的垂直器件（如IGBT），這可實(shí)現(xiàn)超低接觸電阻 - 這是克服RDS（on）非開爾文測試的電阻誤差的關(guān)鍵需求。只有解決了這兩個挑戰(zhàn)，才能在測試數(shù)據(jù)中看到每個設(shè)備的最大性能。

電路設(shè)計師的精確器件模型
產(chǎn)品特性分析工程師面臨的挑戰(zhàn)是同時滿足測量高電壓/高電流的能力和精確的低漏電性能，以創(chuàng)建完整的器件模型。這將有助于電路設(shè)計人員優(yōu)化其功率IC設(shè)計，以實(shí)現(xiàn)最大的商業(yè)價值。平衡高電壓/電流切換與在不工作時（斷開狀態(tài)）器件功耗是這項(xiàng)工作的重點(diǎn)。

FormFactor與關(guān)鍵設(shè)備制造商一起解決了這些測試挑戰(zhàn)，并繼續(xù)為行業(yè)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)和降低測試成本的保證解決方案。

TESLA200 -完整準(zhǔn)確的大批量數(shù)據(jù)處理的測試環(huán)境

FormFactor開發(fā)了TESLA200高級晶圓功率半導(dǎo)體探針臺系統(tǒng)，是一款專門為功率半導(dǎo)體器件研究人員，設(shè)備/測試工程師和制造經(jīng)理/操作員設(shè)計的系統(tǒng)。

TESLA200在保證操作人員安全的前提下，可以采集準(zhǔn)確的高壓和高電流測量數(shù)據(jù)。測試可以在單個或批量的減薄晶圓上進(jìn)行，應(yīng)用于研發(fā)、產(chǎn)品特性分析/建模、小批量生產(chǎn)的快速的測試。

除了超低漏電產(chǎn)品測試外，TESLA200還可以輕松設(shè)置和增加新的測試功能，用于靜態(tài)和動態(tài)高功率測量。該系統(tǒng)可支持-55°至300°C及更高溫度的應(yīng)用。

多種抗電弧技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高達(dá)10,000V DC高壓測試性能，并實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的完美保護(hù)。此外，在片測試系統(tǒng)中集成了極低的接觸電阻/熱阻材料和技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)600A的最佳的高電流測量。

FormFactor通過各種高壓和高電流探針以及防電弧探針卡完善了解決方案。提供用于工程和生產(chǎn)的高功率測試設(shè)備。

可提供手動，半自動和最新的全自動版本，以便最快速地獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)

審核編輯 ：李倩