用容性測量檢測不可訪問的插針上的短路的方法和裝置的制作方法

專利名稱：用容性測量檢測不可訪問的插針上的短路的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及集成電路器件，更具體地，本發明涉及使用容性(capacitive)測量檢測集成電路器件的不可訪問的(inaccessible)節點上的電氣短路的新型技術。
背景技術：
集成電路組件在現代電子器件中是普遍存在的，并且該工業部門的很大一部分都在致力于這種器件的設計和制造。隨著電子器件不斷被改進并變得更加復雜，消費者對這些產品的質量水平的期待也越來越高。因此，制造商一直在尋求新的改進后的測試技術，以在器件制造之后運輸這些器件之前測試集成電路、印刷電路板和集成電路組件的質量。盡管測試需要檢查產品的許多方面(如功能性測試和老化(burn-in)測試)，但是在制造后最重要的測試之一是基本連續性測試。連續性測試包括兩個方面開路測試和短路測試。執行開路測試是為了確保假定連接在器件元件之間的所有連接(例如，集成電路插針到印刷電路板、集成電路引線到插針、印刷電路板節點之間的導電線連接等等)都是完好的。執行短路測試是為了確保器件上的所有連接都只連接在設計時希望其連接的節點之間。
短路測試揭示了通常稱為“短路連接”，或這里稱為“短路”缺陷的缺陷。短路缺陷定義為在電路中兩個節點間應當是電隔離的情況下，在這兩個節點之間存在電連接。短路缺陷一般來源于制造工藝中的問題，如由于焊漿的不均勻施加而引起的焊料過量、在濕法工藝中不小心引入的導電微粒等等。
諸如集成電路、集成電路組件、印刷電路板(PCB)和印刷電路組件(PCA)之類的集成電路器件一般是用工業在線測試(ICT)測試器來測試的。ICT測試器一般配備有測試器接口插針陣列，該陣列可配置地連接到各種測試器資源(如電流源、電壓源、測量設備等)。集成電路器件可被安裝在包括多個探針的測試器固定件上，這些探針將各個測試器接口插針連接到集成電路器件的相應節點。
圖1的簡化示意性框示了傳統測試設置1，其實現方式通常是用ICT設備來測試集成電路器件13上的短路缺陷。如圖所示，在該示例中，集成電路器件13包括四個節點5、7、9和11(標記為N1、N2、N3和N4)。電壓源2經由電阻(R)3連接到節點N1。其他節點N2、N3和N4中的每一個經由連接接地12，從而受到保護。在良好的集成電路器件13上，不存在短路，因此經過電阻器3的電流量IS是取決于E16的阻抗的已知值(利用已知的良好的板加以測量確定)。如果在N1和其他節點N2、N3或N4中的任何一個之間存在短路，則流經電阻器3的電流IS將不同于所期望的無短路值，很大可能是有明顯的(因而是可檢測的)增大。該技術能夠檢測節點N1和任何其他的接地節點N2、N3、N4之間的短路缺陷。依次對于每個節點5、7、9、11(N1、N2、N3、N4)相對于其他每個節點執行設置和測量過程。如果沒有一個電流測量值與所期望的無短路電流值有明顯不同，則集成電路器件13不包含短路缺陷。
上述技術的優點在于它較簡單，并且只要被測集成電路器件上的所有節點都是可訪問的，則它就能良好地工作。“可訪問的”意味著ICT設備可以經由某種探測技術與節點形成歐姆接觸。如果不能滿足這一條件，則該節點是“不可訪問的”。圖2圖示了在集成電路器件14的節點N3不可訪問時圖1的測試設置15。因此，由于節點N3是不可訪問的并且不能被保護(接地)，所以在節點N1和節點N3之間的短路不會被檢測出來，這是因為在節點N3上沒有到地的回路，電流不會流經電阻器(R)3(即，IS＝0)。
諸如ICA、PCB和PCA之類的實際集成電路器件一般有大量節點。如上所述，IC器件的節點之間的短路缺陷可能使集成電路器件無法工作，或者如果在不適當的節點之間存在短路，則可能損壞集成電路器件的元件。
許多現代的集成電路器件由于幾何尺寸的收縮原因而沒有訪問點。在某些情況下，集成電路器件上的節點數目超過了當前可用的ICT設備可以接觸的節點數目。這些過量的非接觸節點以及僅由于太小而無法探測的節點被認為是不可訪問的，并且不能利用如今的方法來測試。
因此，需要一種診斷集成電路器件的不可訪問節點或非接觸節點上的短路缺陷的方法。

發明內容
本發明是一種使用容性耦合技術診斷集成電路器件的不可訪問節點或非接觸節點上的短路缺陷的方法和裝置。根據本發明，交流(AC)信號發生器被連接以向被測IC器件的可訪問節點施加交流(AC)信號。優選地，被測IC器件的所有余下可訪問節點接地。容性傳感探測器的傳感器板以信號耦合方式放置在集成電路器件上的感興趣的不可訪問節點的附近。如果在感興趣的不可訪問節點上存在信號，則其容性耦合到探測器的傳感器板。測量設備通過容性傳感探測器獲得代表容性耦合到傳感器板的電流量的測量值。基于測量值和/或從測量值導出的參數，可以推斷被激勵的可訪問節點和不可訪問節點之間可能的短路缺陷的存在。


通過參考下面結合附圖的詳細描述，可以更完全且更好地理解本發明及其許多附帶優點，在附圖中，相似的標號指示相同或類似的元件，其中圖1的示意性框示了用于診斷所有感興趣節點都可訪問的集成電路器件上的短路缺陷的傳統測試設置；圖2的示意性框示了用于診斷至少一個感興趣節點不可訪問的集成電路器件上的短路缺陷的傳統測試設置；圖3A是根據本發明實現的測試設置的示意性框圖，其用于診斷在沒有短路缺陷存在的情形中不可訪問節點和可訪問節點之間的短路缺陷；圖3B是在短路缺陷確實存在的情形中圖3A的測試設置的示意性框圖；
圖4A的操作流程示了測試方法的優選實施例；圖4B是實現本發明的系統的框圖；圖5A是根據本發明實現的另一種測試設置的示意性框圖，其用于診斷在沒有短路缺陷存在的情形中不可訪問節點和可訪問節點之間的短路缺陷；圖5B是在短路缺陷確實存在的情形中圖5A的測試設置的示意性框圖；圖6的流程示了圖5A和5B所示的測試設置的測試操作。
具體實施例方式
這里所用的術語“節點”指在電氣器件的等同示意圖中形成單個電氣點的電氣器件的導電部分。例如，節點可以是集成電路管芯的焊盤，集成電路器件的插針、導線、焊點、焊盤、導電線或其他的元件互連點，或者其任意組合。這里所用的術語“集成電路”和“集成電路器件”可以包括集成電路管芯、集成電路封裝、集成電路組件、印刷電路板(PCB)和/或印刷電路組件(PCA)。
本發明是用于診斷IC器件的不可訪問節點和可訪問節點之間的短路缺陷的技術。出于討論目的而非限制目的，這里所討論的實施例是集成電路器件為印刷電路組件(PCA)的情形。大多數現代的PCA在其上安裝有多個集成電路(IC)。這些IC一般有連接到PCA的印刷電路板(PCB)的節點的許多個輸入、輸出、電源和接地端口(如焊盤、插針等)。這些節點中的某一些可由ICT設備訪問，而某一些則不能，原因如前所述。
通常使用容性測量技術來檢測將IC封裝的端口連接到PCB的接合點上的開路缺陷。例如，Crook等人的美國專利5,557,209、Kerschner等人的美國專利5,420,500和Kerschner等人的美國專利5,498,964描述了一種容性傳感技術，其利用器件引線框架和被測IC的其他內部元件與容性測量探測器的傳感器板形成小的電容器，傳感器板與被測IC的封裝直接接觸，或與其相鄰。通常連接到IC封裝的插針的每個節點都被激勵，并且容性耦合到探測器的傳感器板的引線框架上的電流被放大并被測量。大于預定閾值的測量值指示將節點連接到PCB上的IC封裝的各個端口的接合點完好。太低的測量值指示該器件和接合點有開路缺陷。
圖3A示出了根據本發明實現的示例性測試設置20，其用于診斷IC器件38的不可訪問的節點27(標記為N3)和可訪問節點23(標記為N1)之間的短路缺陷，在該示例中IC器件38是包括IC封裝30(包含IC管芯)的PCA。在該示例中，節點27(標記為N3)是不可訪問的，而所有其他節點23、25、28、29(標記為N1、N2、N4和N5)是可訪問的。節點N3、N4和N5電連接到IC封裝30的端口。塊24和26(標記為E1和E2)代表IC器件38上的其他通用電路元件。
為了執行測試，AC信號發生器22向一個節點23(N1)施加激勵信號，而所有余下的可訪問節點N2、N4、N5都受保護(即，連接到電路的地21)。容性傳感探測器33獲得測量值IS。這種情況下，容性傳感探測器33包括放置在IC封裝30頂部或相鄰于IC封裝30放置的傳感器板35，以與封裝引線框架31一起形成電容器。在經由導線32a、32b、32c連接到引線框架的任何一個節點上的電流將容性地耦合到傳感器板35。諸如放大器36后跟電流表37這樣的測量設備34測量容性耦合的電流IS。測量值IS代表由于向節點N1施加AC信號而從連接到IC端口的所有節點27、28、29(N3、N4、N5)傳導到引線框架的電流，并且也可以用來導出IC封裝30的引線框架31和容性傳感探測器33的傳感器板35之間的電容值。
對于沒有短路缺陷的正常良好的IC器件38，測量值(以電流IS的形式，或從電流IS導出的電容CS的形式)將接近于0，這是因為源信號沒有通路耦合到探測器33的傳感器板35。更具體地說，電流IS將流經塊24(E1)到節點25(N2)，并在節點N2返回到地。沒有電流IS在封裝引線框架31上流動以耦合到探測器33的傳感器板35。
然而，如圖3B所示，如果節點23(N1)和27(N3)被短路線39短路在一起，則由AC信號發生器22生成的AC信號類似地施加到IC封裝30的封裝引線框架31上，就好像節點27(N3)被激勵一樣，并且所得到的測量值IS反映了容性耦合到傳感器板35的引線框架31上的電流。
總的來說，如果所測得的電流IS或導出的電容CS為0(在預定義的容差范圍內)，則在可訪問節點N1和不可訪問節點N3之間沒有短路。如果測量值超過某個預定義的閾值，則在可訪問節點N1和不可訪問節點N3之間有(或可能有)短路。
在對IC器件38上的所有節點執行該方法時，該方法將檢測任何不可訪問節點和可訪問節點對之間的短路，只要不可訪問節點連接到可由容性傳感探測器33訪問的器件38即可。
圖4A的流程示了圖3A和3B的測試設置20的測試操作。如圖所示，測試方法100包括以下步驟向IC器件的可訪問節點施加交流(AC)信號(步驟101)；將容性傳感探測器的傳感器板以信號耦合方式至少放置在集成電路器件的第二非接地節點的附近，這會將第二非接地節點上存在的信號耦合到傳感器板(如果該信號存在)(步驟102)；使IC器件的余下可訪問節點接地(步驟103)；通過容性傳感探測器獲得代表容性耦合到傳感器板的電流量的測量值(步驟104)；并基于測量值和/或從測量值導出的參數確定第一節點和第二節點之間可能的短路缺陷的存在(步驟105)。
圖4B是實現本發明的系統的框圖。系統包括ICT測試器110，ICT測試器110具有AC信號發生器111，可配置AC信號發生器111的AC信號輸出使其(經由一個或多個測試器接口插針、固定探針、導電線和/或導線)施加到被測IC器件(DUT)120的可訪問節點121上。該系統還包括容性傳感探測器130，其可被配置為以信號耦合的方式放置在IC DUT 120的被測不可訪問節點122的附近。容性傳感探測器包括耦合到放大器132的傳感器板131，放大器132后跟有獲取電流測量值IS141的電流表133。
在優選的示例性實施例中，ICT測試器110是用CA，Palo Alto的安捷倫技術公司制造的安捷倫3070在線測試(ICT)測試器來實現的。在該測試器中，要使用的容性傳感探測器的類型取決于要測試的器件類型。在一個示例性實施例中，容性傳感探測器130是用也是由安捷倫技術公司制造的安捷倫TestJet探測器來實現的。根據要測試的器件，電流讀數的靈敏度必須非常高，以準確地區分良好連接的測量值和短路缺陷的測量值。從而，例如，在IC DUT 120是球狀柵格陣列的情況下，可以可靠地測量非常低的電流值的安捷倫VTEP產品可用作容性傳感探測器130以測量短路。
測量值IS141由短路缺陷檢測功能140來評價，該短路缺陷檢測功能140將測量值IS141與預定義的閾值142相比較，該閾值142優選為0加上預定的誤差容限。如果測量值IS141低于閾值142，則短路缺陷檢測功能140將可訪問節點121和不可訪問的被測節點122的對歸類為不表現短路缺陷。相反地，如果測量值IS超過閾值142，則短路缺陷檢測功能140將節點121和122的對歸類為表現短路缺陷。歸類后的結果在信號144上輸出。
圖5A圖示了根據本發明的原理實現的另一個測試設置40。在圖5中，節點43(標記為N1)由AC信號發生器42生成的AC信號激勵，節點44(標記為N2)是不可訪問的。余下的節點45(標記為N3)受保護(即，連接到電路地41)。在該配置中，被激勵的節點43(N1)連接到IC封裝50的信號端口。跟先前一樣，利用容性傳感探測器51來檢測傳送到封裝引線框架46的電流(例如由于被激勵節點N1和不可訪問節點N2之間的短路引起，其中N2也連接到IC封裝50的不同信號端口)，而傳感器板52放置在IC封裝50上或相鄰于IC封裝50放置，并且任何容性耦合的信號IS被放大器53放大，并且被電流表54測量。
如圖5A所示，對于沒有短路缺陷的良好IC器件，所期望的測量值將等于在封裝引線框架46上只存在來自被激勵節點43(N1)的電流時所獲得的測量值。
如圖5B所示，如果被激勵節點43(N1)和不可訪問節點44(N2)之間存在短路缺陷55，則測量值(例如由放大器53及其后的電流表54檢測)將近似為良好IC器件50的期望值的兩倍。
如前所述，在對IC器件50上的所有信號節點執行該方法時，該方法將檢測任何不可訪問節點和可訪問節點對之間的短路，只要不可訪問節點連接到其上有容性傳感探測器的器件即可。
圖6的流程示了圖5A和5B的測試設置40的測試操作。如圖所示，測試方法110包括以下步驟向IC器件的連接到IC封裝的信號端口的可訪問節點施加交流(AC)信號，其中該IC封裝具有連接到感興趣的不可訪問節點的另一個信號端口(步驟111)；將容性傳感探測器的傳感器板以信號耦合方式放置在IC封裝的附近(步驟112)；使連接到IC封裝的信號端口的余下可訪問節點接地(步驟113)；通過容性傳感控制器獲得代表容性耦合到傳感器板的電流量的測量值(步驟114)；并且基于測量值和/或從測量值導出的參數確定第一節點和第二節點之間可能的短路缺陷的存在(步驟115)。
因為在給定IC器件上一般有大量的節點，所以可能希望智能地減少為確定器件上可能存在的短路缺陷的候選而必須采取的測量次數。一種用于縮短要測試節點的列表(從而提高產量)的技術是分析IC器件并只選擇在不可訪問節點的“短路半徑”內的節點。該技術包括檢查不可訪問節點可能被短路的每個位置，并且只查看在該點的預定最大半徑內的其他節點。這樣，通過確認只有某些節點可能由于彼此的鄰近關系而短路在一起，過濾了要測試的節點列表。
盡管出于示例性目的公開了本發明的優選實施例，但是本領域的技術人員將意識到，在不脫離所附權利要求所公開的本發明的范圍和精神的前提下，可以進行各種修改、添加和替換。當前公開的本發明的其他優點或應用也可能隨著時間的流逝而變清楚。
權利要求
1.一種用于診斷集成電路器件的節點之間的短路缺陷的方法，包括以下步驟向所述集成電路器件的第一可訪問節點施加交流信號；將容性傳感探測器的傳感器板以信號耦合方式至少放置在所述集成電路器件的第二非接地節點的附近，這會將所述第二非接地節點上存在的信號耦合到所述傳感器板，如果所述信號存在的話；使所述集成電路器件的任何余下可訪問節點接地；通過容性傳感探測器獲得代表容性耦合到所述傳感器板的電流量的測量值；以及基于所述測量值和/或從所述測量值導出的參數確定所述第一節點和所述第二節點之間可能的短路缺陷的存在。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述集成電路器件的第二非接地節點是不可訪問以便探測的。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述確定步驟包括如果所述測量值超過預定義的閾值，則認為存在可能的短路缺陷。
4.如權利要求3所述的方法，其中所述預定義的閾值是0加上預定容差。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述第二非接地節點連接到集成電路封裝的第一信號端口，所述第一信號端口連接到所述集成電路封裝的封裝引線框架；并且所述容性傳感探測器的傳感器板放置在所述集成電路封裝上或鄰近所述集成電路封裝放置，從而使所述傳感器板以信號耦合方式與所述封裝引線框架相鄰。
6.如權利要求5所述的方法，其中所述第一可訪問節點連接到所述集成電路封裝的第二信號端口，所述第二信號端口連接到所述集成電路封裝的封裝引線框架。
7.如權利要求1所述的方法，其中所述集成電路器件的余下可訪問節點包括在所述第二非接地節點的預定義半徑內的所有可訪問節點。
8.一種用于診斷集成電路器件的節點之間的短路缺陷的裝置，包括向所述集成電路器件的第一可訪問節點施加交流信號的交流信號發生器；具有傳感器板的容性傳感探測器，當所述傳感器板以信號耦合方式至少放置在所述集成電路器件的第二非接地節點的附近時，會將所述第二非接地節點上存在的信號容性耦合到所述傳感器板，如果所述信號存在的話；用于使所述集成電路器件的任何余下可訪問節點接地的接地裝置；通過所述容性傳感探測器獲得代表容性耦合到所述傳感器板的電流量的測量值的測量設備；以及基于所述測量值和/或從所述測量值導出的參數確定所述第一節點和所述第二節點之間可能的短路缺陷的存在的短路缺陷檢測功能。
9.如權利要求8所述的裝置，其中所述集成電路器件的第二非接地節點是不可訪問以便探測的。
10.如權利要求8所述的裝置，其中如果所述測量值超過預定義的閾值，則短路缺陷檢測功能確定存在可能的短路缺陷。
11.如權利要求10所述的裝置，其中所述預定義的閾值是0加上預定容差。
12.如權利要求8所述的裝置，其中所述第二非接地節點連接到集成電路封裝的第一信號端口，所述第一信號端口連接到所述集成電路封裝的封裝引線框架；并且所述容性傳感探測器的傳感器板放置在所述集成電路封裝上或鄰近所述集成電路封裝放置，從而使所述傳感器板以信號耦合方式與所述封裝引線框架相鄰。
13.如權利要求12所述的裝置，其中所述第一可訪問節點連接到所述集成電路封裝的第二信號端口，所述第二信號端口連接到所述集成電路封裝的封裝引線框架。
14.如權利要求8所述的裝置，其中所述集成電路器件的余下可訪問節點包括在所述第二非接地節點的預定義半徑內的所有可訪問節點。
全文摘要
本發明是一種使用容性耦合技術診斷集成電路器件的不可訪問節點或非接觸節點上的短路缺陷的方法和裝置。根據本發明，交流(AC)信號發生器被連接，以向被測IC器件的可訪問節點施加交流(AC)信號。優選地，被測IC器件的所有余下可訪問節點接地。容性傳感探測器的傳感器板以信號耦合方式放置在集成電路器件上的感興趣的不可訪問節點的附近。如果在感興趣的不可訪問節點上存在信號，則其容性耦合到探測器的傳感器板。測量設備通過容性傳感探測器獲得代表容性耦合到傳感器板的電流量的測量值。基于測量值和/或從測量值導出的參數，可以推斷被激勵可訪問節點和不可訪問節點之間可能的短路缺陷的存在。
文檔編號G01R31/28GK1851488SQ200510135060
公開日2006年10月25日 申請日期2005年12月23日 優先權日2005年4月22日
發明者埃迪·威廉姆森 申請人:安捷倫科技有限公司