提高二极管芯片测试准确度分析

宁慧

（天水华天电子集团，甘肃 天水741000）

1 引言

天水华天电子集团生产的厚膜电路应用了大量的二极管芯片，在二极管芯片测试之前，需要对其进行封装后再送检测试。通常情况下，二极管的测试数据中有一部分芯片测试VF数据与国外先进半导体公司的数据有微小的偏差，例如，SBD肖特基二极管芯片SC090H045A，测试条件为VF1＜0.60V，IF=6A，+25℃；VF2＜0.73V，IF=12A，+25℃，国外半导体公司出厂的测试数据为VF1＜0.6V，VF2＜0.73V。通过分析测试数据和改造后的测试数据，可以计算出VF1 的测试误差是29.8mV,VF2 的测试误差是74.6mV，前后测试准确度提高了4.9%。在这多次验证过程中，针对误差原因，在测试方法和封装键合上进行多次改动与验证，最终确定造成最初的测试数据误差的原因。

首先，要求测试设备必须符合开尔文四线制测试法，测试设备的四根线（具备开尔文测试法的设备）必须是独立的并且和测试器件的引脚相连，测试用电流和电压取样不走同一根线，即四端子检测（4T 检测，4T ensing）、四线检测或四点探针法，它是一种电阻抗测量技术，使用单独的对载电流和电压检测电极，相比传统的两个终端（2T）传感能够进行更精确地测量。开尔文四线检测被应用于一些欧姆表和阻抗分析仪，并应用在精密应变计和电阻温度计的接线配置。四线检测的优点是分离的电流和电压的电极，消除了布线和接触电阻的阻抗。同时，一定保证测试设备的四根线是独立的和测试器件的引脚相连，测试用电流S 端和电压F 端不是同一测试源。

其次，要求芯片封装的键合引脚也配合开尔文测试，虽然都是开尔文测试手法，但用在测试系统台和二极管芯片自身键合引脚是不一样的，同时满足可以提高芯片测试数据的准确度，就单在测试系统台上的实际操作而言，还是会存在各式各样的偏差，所以可以采用同时将芯片键合丝配合为四点键合，从原芯片封装TO-257 可伐材质两根引脚改为三根引脚的封装方法。

再次，在测试时将封装引脚尽可能地与测试插座接触，增大测试接触面积，减小误差。如果接触面积小，电阻相对增大，对测试数据VF 的测试值偏大，所以要尽可能地插入测试插座，接触面积大，则VF 最终测试值误差小，

最后，要避免测试时温度的变化，温度变化可导致VF 测试值不稳定，绝大部分二极管芯片的VF 具有负温度系数，也就是说温度越高，VF 越低。其中，肖特基二极管最为显著，温度升高，VF 正向压降减小，IR 反向漏电流增大，详见表1和表2。

在实际测试VF 的作业过程中，有时候需要比较大的电流（几毫安到几十安培），芯片会在测试过程中有明显的温度上升，因此，在测试时要重点监控温升，并要求每一次测试的条件一致，只有这样测试数据才会准确。

2 测试所需设备简介

STS 2103B 半导体分立器件测试系统用于三极管、二极管、场效应管、光电耦合器和可控硅等分立器件的测试。系统测试原理符合国标、军标和相关行业标准，功率参数严格按照300us 测试方法，确保将器件温升影响控制到最小。16 位驱动与测量分辨率经过系统精密校准，驱动与测试准确度更高。电压的驱动与测量准确度达到了0.05%(Fs)，电流的驱动与测量准确度达到了0.1%(Fs)。使用操作简便、测试数据准确、运行稳定。软硬件钳位保护是一种测试安全可靠并采用菜单填表式的编程模式，提供各类型典型器件测试模板，提供丰富的测试适配器及通用的多阵列测试适配板，支持多达8 个单元的二极管、三极管阵列的测试，支持多路普通与高速光耦的测试（选配）。采用四线开尔文插座测试贴片器件，确保准确度和稳定性满足测试要求。

表1 SC070H150A 在25℃时的数据

表2 SC070H150A 在125℃时的数据

3 传统测试方法介绍

测试台是由STS2103B 分立器件测试系统、BX-1031A 半导体分立器件通用测试模块、分立器件测试转换器、分立器件测试适配器四部分组成，F 代表FORCE 激励端，S 代表SENSE测量端，阴阳极各两片独立对载F 端和S 端，四片检测是分离的电流和电压的电极，形成开尔文测试，减小了阻抗，降低了VF 测试误差。

4 键合的方法改进与键合改变的测试转换器开发

4.1 键合的改进测试方法

图1 改进前键合方法

图2 改进后键合方法

改进前键合方法如图1所示。可以看出1 引脚悬空，2 引脚接地外壳，3 引脚键合5 根80μm 的硅铝丝，这种超声锡焊键合方法通用于生产线上，阳极是5 根硅铝丝引线键合芯片基板焊盘上，阴极接地外壳。改进后键合方法如图2所示。阳极分F 端和S 端分别连接到不同的引脚，左右各一根250μm（250μm 的硅铝丝承受过电流比80μm 的硅铝丝大，电阻较小，电流流过时发热较小），可以很明显地看出，这种键合方式是将F 端和S 端单独分开，再插入测试座测试，这样使封装后的二极管芯片引脚以开尔文的方式接入测试系统。

系统测试线路本身也满足开尔文式测试原理，芯片封装引脚也符合开尔文式原理测试。因此，在整个测试过程中，电阻最小，电流承受最大，测试出的VF 数据更准确。

4.2 转换器制作

为了配合新键合二极管芯片引脚的改动，必须与制作的特殊测试转换器匹配才能测试，将STS 2103B 测试系统台测试转换器的E 和C 两极转换连接在TO-220 测试座的E 和C位上。

4.3 测试数据验证对比

把改动前和改动后的测试数据进行对比，可以发现VF 测试参数的变化，由于改动后的测试方法大大降低了电阻，F 端和S 端互补干扰，分离了电流和电压的电极，消除了布线和接触电阻的阻抗，因此，与传统的方法相比，大大提高了测试准确度，按测试数据可计算出在常温+25℃下，提高的测试准确度约为15%，在低温-55℃下，提高的测试准确度约为14%，在高温+125℃下，提高的测试准确度约为27%。

5 结语

在二极管芯片测试时，VF 这个参数造成的损耗占了二极管损耗的大部分，甚至绝大部分，这也是判断二极管性能高低的一个重要的参数。在提高测试准确度过程中，主要针对测试方法和封装键合进行了多次改动与验证，最终确定测试数据误差出现的原因。测试设备必须满足开尔文测试法，二极管芯片引脚满足开尔文测试法，此外，测试时注意不能温升等各种环境要求和测试时接触测试座的面积大小等均是导致测试数据出现误差的主要原因。满足这些要求则大大提高了测试准确度，更大限度地减少误差，芯片的良率增大，使用率增多，提升了经济效益，同时，保证了测试测值的稳定性，有利于质量的管控。