Keithley吉時利 參數測試系統S530
名稱：系統集成
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簡介：Keithley吉時利 參數測試系統S530采用了成熟的源和測量技術，可滿足工藝控制 監測、工藝可靠性監測以及器件特性分析所需的全部直流和C-V測量。 Keithley吉時利 參數測試系統S530主要特點: 半導體行業最具性價比的全自動 參...
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- 產品介紹
Keithley吉時利 參數測試系統S530采用了成熟的源和測量技術，可滿足工藝控制 監測、工藝可靠性監測以及器件特性分析所需的全部直流和C-V測量。
Keithley吉時利 參數測試系統S530主要特點:
- 半導體行業最具性價比的全自動 參數測試儀
- 專門針對各種產品混合的環境而 優化設計，這種環境下的高度靈 活性和測試規劃的快速制定至關 重要
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可選擇小電流和高電壓系統配置
– 小電流配置支持測量小電流特性，例如亞閾值漏流、柵極漏流等
–高電壓配置專門針對監測 GaN、SiC和 Si LDMOS 功率器件的工藝而優化設計 - 兼容常見的全自動探針臺
- 脈沖產生、頻率測量，以及低電 壓測量的儀器選件
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接線引出（Cabled-out）測試儀 配置最大限度地提高了探針臺接 口的靈活性，并擴展了電壓量程
–兼容吉時利的9139A型探針卡適配器
–支持現有5英寸探針卡庫的重用 - 久經考驗的儀器技術確保在實驗 室和工廠環境下均可獲得高測量 準確度和重復性
針對高混合測試環境優化設計
S530參數測試系統專門針對那些必須面對各種器件和技術的生產和實驗室 環境優化設計，具有業內領先的測試規劃靈活性、自動測試功能、探針臺集成， 以及測試數據管理能力。這些測試解決方案的設計凝聚了吉時利30多年為全球 范圍內客戶提供各種各樣的標準和定制參數測試系統的寶貴經驗。
簡單的軟件遷移和高度的硬件重用
S530系統的設計加速和簡化了系統啟動過程，并實現了現有測試資源的最 大重用。例如，控制這些系統的軟件兼容很多新出和遺留的自動探針臺，所以 就省去了購買新設備的費用。此外，S530的接線引出（cabled-out）配置通常 允許繼續使用現有的探針卡庫。多項可選的應用服務，能夠幫助用戶充分利用 現有探針儀和探針卡投資的全部價值。吉時利還可幫助用戶加快開發新的測試 配置，或將現有測試配置轉換用于S530系統。
半導體行業最強大的標準參數測試系統
提供兩種不同的系統配置，能夠滿足不同的參數測試應用環境。S530小電 流系統可配置2至8路源測量單元（SMU）通道，具有亞皮安級測量分辨率，并 為探針卡提供了全面的小電流保護，使其非常適合于亞微米MOS硅工藝的特性分析。S530高電壓系統可配置3至7路SMU通道，能夠源出高達1000V的電壓，可用于汽車電子和功率管理器件所需的各種擊穿和漏流測試。
全部S530系列系統都配備有吉時利久經考驗的大功率SMU，在200V和20V量 程均可提供高達20W源出或吸入能力，這種功率水平對于當今移動設備中普遍存在 的大功率器件及電路的完整特性分析至關重要。無論是測試LDMOS Si 還是GaN BJT的應用，這種大功率能力都提供了對器件性能的更大可見性。這意味著S530系 統既可應對大功率器件測試，又不會影響監測主流器件工藝所需的小電流亞皮安靈 敏度。相比之下，競爭參數測試系統卻受限于中等功率的2W SMU儀器，因此不能 與S530系統的應用范圍相提并論。
完全開爾文標準配置
由于接口電纜和通路上電壓降的原因，往往高于幾個毫安的電流就會導致測量 誤差，為預防這種測量完整性的下降，小電流和高電壓S530系統在探針卡均提供了 完全開爾文測量配置（也稱為遠端電壓檢測）。完全開爾文測量對于確保S530系統 中大功率SMU儀器的20W能力的測量準確度尤其重要。
業內最強大的高電壓參數測試系統
S530高電壓半導體參數測試系統是唯一 能夠在多達24個引腳上實現完全開爾文高電 壓性能的參數測試儀，這種能力對于當今更 高功率器件的特性分析來說是無價之寶。系 統采用了可源出1000V@20mA（最大20W） 的高電壓SMU。利用兩個高電壓通路，可進 行直接高邊電流測量（采用單個SMU源出和 測量DUT的高邊）或更高靈敏度低邊小電流 測量（采用一個SMU源出高電壓至DUT的高 邊，另一個SMU用于低邊0V并測量電流）。
系統架構
每套S530系統配置由5層組成：
- 儀器層 – 除了SMU儀器，S530還提供脈 沖產生或進行C-V測量、頻率測量，或低 電壓測量的選件。
- 通路層 - S530系統提供高保真度信號 通路，測試期間可動態重新配置，使任何 儀器均可連接至任何引腳或引腳組。
- 電纜接口層 - 全部系統互連均采用完全 屏蔽和保護的三軸低漏流、高電壓電纜， 確保更高的測量完整性。
- 探針卡適配器 （PCA）層 - 該層提高了 探針卡的屏蔽和保護，確保測量完整性。 此外，PCA為需要直接連接探針卡及必須 旁路信號通路開關矩陣的儀器提供了輔助 輸入。
- 探針卡層 - 該層包括探針卡供應商提供 的定制卡。
信號通路
每套S530測試系統的核心是一組通過系統開關，直接連接儀器和測試引腳之間 信號的高保真度信號通路。S530具有8條高保真度通路，可用于動態連接儀器和引 腳。例如，同時可將最多8個SMU儀器連接至任意引腳（或多個引腳）。S530小電 流系統采用開關矩陣，在全部8條通路上提供一致的性能。S530高壓系統采用帶特 定通路的開關矩陣，提供高電壓/小漏流測量，以及C-V測量。請參閱7174A型和 7072-HV數據表獲取有關信號通路的更多細節。
表2. S530通路性能
| 通路類型 | 關鍵特性 | 最大電壓 | 最大電流 | 備注 |
| 小電流 I-V 1 | 超低漏流 | 200V | 1A | 最大受限于200V，提供最佳低電平信號性能 和卓越的C-V性能。 |
| 高電壓 I-V 2 | 1300V | 1300V | 1A | 支持低電平測量，但沒有小電流通路低。 |
| 通用 I-V 2 | 200V | 1A | 適合于大多數參數測試，極低電流和/或高電壓 測試除外。 | |
| C-V 2 | 200V | 1A | 卓越的C-V性能，但不適合于直流I-V測量。 |
2. 僅限高電壓系統。
每套S530系統由5層組成：儀器、開關通路、電纜接口、探針卡適配器和探針卡。
成熟的SMU技術
S530參數測試系統中的全部源測量單元（SMU）均基于吉時利的高生產品質 儀器技術，確保測量準確度和重復性，并延長硬件壽命。SMU儀器為四象限源，因 此可源出或吸收電流或電壓。除了精密源出電路外，還包括全部量程的可編程限值 （順從性），有助于防止器件和探針由于器件擊穿而損壞。每款SMU均可在源出的 同時測量電壓和電流，確保參數計算反映真實的條件，而不僅僅是編程的條件。
系統測量選件
對于更廣泛的測試結構和測量，S530可配備若干測量選件：
- 電容-電壓（C-V）單元 — 能夠在 1MHz下測量10pF電容，準確度達 1%。
- 脈沖產生單元 — 可選的脈沖發生 器單元支持開放的負載脈沖幅度從 ±100mV 至±40V，脈沖寬度從100ns 至 1s，脈沖周期從50ns 到200ms。 可以添加多達六個脈沖通道（兩個 通道的增量）。添加一到三個雙通 道單元到應用，如閃速存儲器 測量。
- 頻率測量 — 為了測量測試結構， 例如環形振蕩器，頻率測量選件可 用于S530。該選件使用開關矩陣的 一個端口，旨在允許用戶測量環形 振蕩器的結構。選件的頻率范圍從 10kHz 到20MHz，可以測量有效值 從10mV到1V的信號。
- 低電壓測量 — 一個可選的7位半 數字萬用表（DMM），增強了電壓 測量功能，允許從亞-500μV到400V 的差分和非差分電壓測量（在S530 高電壓系統中高達1000V），用于 測量必須精確測量小電壓的結構， 包括范德堡、聯系鏈、金屬電阻和 其他設備。
接地單元（GNDU）
全部SMU儀器均以接地單元或 GNDU為基準。測試期間，GNDU為 SMU儀器源出的電流提供公共基準和 回路。通過組合全部Source LO和 Sense LO信號并使其以系統地為基 準，形成GNDU信號。系統可方便地 針對各種接地系統配置進行配置，以 適應不同的探針臺接地機制。
標準9139A探針卡適配器
S530參數測試系統的標準探針卡適配器（PCA）為成熟的9139A。該PCA 的多項主要特性和性能優勢使其20多年以來一直是業內領先的PCA選擇：
- 低偏移電流，使小電流性能最大化。
- 低噪聲性能，有助于保證低電平電壓測量的完整性。
- 最小程度介入、小尺寸設計，方便與照相機集成。
- 64路輸入—可配置，支持來自于測試儀的標準電纜連接，以及旁路通路矩陣的 儀器的輔助輸入。
- 500V引腳間隔離（當僅連接至其他單個引腳時為1000V）
高靈活性接線引出配置
S530系統為“接線引出”（cabled-out）配置，提供了高混合工廠和實驗室 環境所需的互連靈活性。這些系統可連接至各種不同的探測解決方案，包括高性 能圓形探針卡、高性價比矩形邊緣連接器探針卡，甚至涉及極溫或需要高耐用性 的應用中的特殊高性能卡。
表4. S530系統連接選件
| 連接選件 | 探針卡類型 | 特性 | 優勢 |
| 標準吉時利9139A PCA（S400型） | 圓形陶瓷 | 提高探針引腳的驅動保護 | 卓越的小電流測量。支持多達64個 引腳：可方便針對其他儀器選件的 輔助輸入進行配置 |
| 定制電纜，連接至現有PCA類型 | 通常用于采用邊緣卡連接器的5英寸矩形探針卡 | 兼容現有探針卡庫 | 通過重用現有探針卡，降低遷移費用 |
| 無端接電纜 | 無端接電纜端連接至通路輸出 | 直接連接至現有接口或夾具 | 提供推薦的電纜，優化系統性能 |
| 無電纜 | 定制探針卡 | 無需購買電纜 | 使用定制探針卡廠家提供的電纜系統 |
9139A型探針卡適配器在超過10年的時間內廣受 業界信任。其小電流性能和高電壓能力組合使其 成為S530參數測試系統的理想選擇。
替代探針卡適配器（PCA）
提供可用于全部S530配置的可選 探針卡，最簡單情況下，用于連接至 矩形探針卡（通常指5英寸探針卡）的 邊緣連接器為一個PCA。這種PCA為 中等信號電平的應用提供了最具性價 比的解決方案。只要愿意，9139A型 PCA可作為選件配置至任意S530系統。 該PCA設計用于通過Pogo引腳連接器 將系統連接至圓形探針卡（來自于經 吉時利認可的廠商）。訂購時可指定 與探針臺相關的適配器基板，以確保 9139A型與常見的探針臺保持兼容。
探針卡
與基于測試頭的系統不同，S530 系統可方便地適應各種各樣的探針卡 類型，所以有希望不更換現有（且昂 貴的）探針卡庫。盡管吉時利推薦使用9139A型PCA，以及經認證的探頭卡廠家 產品，但我們也意識到用戶已經對現有探針 卡進行了大量投入。如果探針卡重用對于資 產設備策略至關重要，請咨詢應用團隊，了 解能夠保護探針卡投資的連接選件。
系統軟件
吉時利的S530系統依賴于吉時利測試環 境（KTE）軟件進行測試開發和執行。一個 安裝Linux操作系統的標準的工業PC，KTE 整合了吉時利幾十年的參數測試經驗到其最 新一代的測試系統。測量程序和測試計劃可 以很容易地編寫、轉換、或重新使用，幫助 您啟動并且使運行速度更快。它簡化了S530 系統與現有測試系統一起有效地使用。S530 軟件包含所有關鍵的系統軟件操作：
- 晶圓描述
- 測試系統開發
- 制定測試規劃
- 限值設置
- 具有自動探測器控制的晶圓或提籃水平 測試
- 測試數據管理
提高靈活性的用戶操作點（UAPs）
用戶操作點或UAP可用于修改測試序列 中關鍵事件的工作流程，例如“裝載晶圓”、 “啟動測試”、“結束提籃”等。它對于增 加系統能力非常有用，例如使用OCR系統讀 取晶圓提籃RFID標簽或讀取晶圓ID。測試 期間，使能的UAP觸發腳本或可執行程序中 的一個或多個自定義操作。
系統診斷和可靠性工具
例行執行診斷，確保系統正常工作，不 會發生錯誤的合格或不合格判定。S530系統 的診斷能力快速、簡便地驗證系統功能性。 診斷進程中的關鍵步驟包括配置驗證、通信 通路測試、信號通路測試和SMU源測量測試。 診斷過程甚至包括電纜接口和PCA，以確保 完整系統的功能性，診斷進程的設計使其能 夠檢測和定位各種系統故障、速度診斷，將 工作時間最大化。
高電壓儀器保護模塊
S530高電壓系統包括一個1kV的 SMU，可能在DUT的一個端子使用， 同時施加一個200V SMU或CVU到另 一個端子。如果測試序列或不合格的 DUT在低電壓儀器的輸入上產生太高 的電壓，就可能嚴重損壞儀器。為了 將這種故障風險降至最低，吉時利的 工程師開發了保護模塊，可防治破壞 性電壓損壞200V SMU儀器和CVU， 而不會影響其低電平測量能力。
帶RAID鏡像驅動的工業PC
即使最高質量的硬盤驅動也會發 生常見故障，所以定期備份系統至關 重要。S530系統采用了高可靠性工業 控制器，包括RAID（獨立磁盤冗余陣列）選件。隨時維護一個主驅動器鏡 像。當發生驅動故障時，鏡像驅動成 為主驅動，并通知用戶應該立即準備 更換驅動。采用RAID鏡像驅動時，驅 動發生故障就意味著需要制定維修計 劃，而不是系統停工。
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