本發(fā)明屬于半導(dǎo)體測試技術(shù)領(lǐng)域，一種用于晶片級(jí)器件輻射效應(yīng)試驗(yàn)的X射線輻照測試設(shè)備，可用于晶片級(jí)元器件與集成電路電離輻射損傷效應(yīng)的測試與分析。

背景技術(shù)：

抗輻射加固新型電子元器件是航天技術(shù)進(jìn)步與可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。當(dāng)前，發(fā)展基于標(biāo)準(zhǔn)工藝線的器件設(shè)計(jì)加固和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)加固工藝是國內(nèi)外元器件抗輻射加固技術(shù)的發(fā)展趨勢，建立輻射效應(yīng)工藝開發(fā)包和抗輻射器件模型庫，是實(shí)現(xiàn)器件設(shè)計(jì)加固和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)加固工藝的前提條件。通過輻照與測試，掌握基于標(biāo)準(zhǔn)工藝線的器件輻射效應(yīng)規(guī)律，獲得輻射效應(yīng)作用下的器件模型參數(shù)，是建立輻射效應(yīng)工藝開發(fā)包和抗輻射器件模型庫的基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)。

目前國際上普遍采用的方法是對(duì)已封裝器件進(jìn)行輻照試驗(yàn)與離線測試，以獲取輻射效應(yīng)模型參數(shù)，該方法的缺陷已越來越明顯：一方面，器件和電路封裝后進(jìn)行輻照試驗(yàn)會(huì)受到封裝材料、封裝結(jié)構(gòu)、金屬引線等因素的影響，使輻射效應(yīng)參數(shù)的提取產(chǎn)生偏差，并且封裝設(shè)備、封裝環(huán)境及封裝過程也可引起器件參數(shù)的變化，因此要有效提取器件的輻射效應(yīng)參數(shù)的最好辦法是對(duì)晶片級(jí)器件進(jìn)行輻照與測試。另一方面，器件的輻射敏感參數(shù)受環(huán)境和時(shí)間的影響較大，所以需要對(duì)其進(jìn)行輻射效應(yīng)參數(shù)在線實(shí)時(shí)測試，才能準(zhǔn)確提取輻射效應(yīng)模型參數(shù)。但是，目前還沒有相應(yīng)設(shè)備能實(shí)現(xiàn)晶片級(jí)器件的輻照試驗(yàn)與參數(shù)實(shí)時(shí)測試，嚴(yán)重制約了新型電子元器件抗輻射加固技術(shù)的發(fā)展。

本發(fā)明將建立一套同時(shí)具備晶片級(jí)器件輻照、輻射敏感參數(shù)在線提取與實(shí)時(shí)監(jiān)測的試驗(yàn)設(shè)備，為基于標(biāo)準(zhǔn)工藝線的器件輻射效應(yīng)模擬試驗(yàn)、器件輻射效應(yīng)模型參數(shù)提取提供試驗(yàn)條件。該設(shè)備的推廣應(yīng)用，將形成面向抗輻射加固領(lǐng)域的輻射效應(yīng)參數(shù)獲取、建模專業(yè)服務(wù)平臺(tái)，為器件研發(fā)部門提供電子元器件抗輻射加固共性技術(shù)支撐，提升電子元器件抗輻射加固的基礎(chǔ)支撐能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，為了解決晶片級(jí)器件與電路輻照、輻射敏感參數(shù)在線提取與實(shí)時(shí)監(jiān)測的技術(shù)難題，提供一種用于晶片級(jí)器件輻射效應(yīng)試驗(yàn)的X射線輻照測試設(shè)備。該設(shè)備是由X射線輻照裝置、顯微成像裝置、探針臺(tái)、冷卻與空氣循環(huán)裝置、輻射測量裝置、控制與測試分系統(tǒng)、框架、水平導(dǎo)軌、高壓程控電源、X射線控制器、UNIDOS劑量儀、控制計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體參數(shù)測試儀、示波器和矩陣開關(guān)組成，該設(shè)備將X射線輻照裝置、半導(dǎo)體測試探針臺(tái)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制框架等改造、集成，形成完備的輻照測試設(shè)備，實(shí)現(xiàn)晶片級(jí)器件的輻照與在線輻射效應(yīng)參數(shù)提取及實(shí)時(shí)監(jiān)測；并實(shí)現(xiàn)輻照測試的一體化、操作的自動(dòng)化，可顯著提高輻照與測試的穩(wěn)定性與效率。該設(shè)備直接對(duì)晶片級(jí)器件進(jìn)行試驗(yàn)，摒除了器件封裝材料、封裝結(jié)構(gòu)、引線及封裝過程引入的一些不確定因素的影響，可顯著降低參數(shù)提取的偏差；消除了輻照、測試環(huán)境交替以及測試時(shí)間延遲給試驗(yàn)結(jié)果帶來的影響。該設(shè)備的應(yīng)用相比于現(xiàn)有的元器件輻照試驗(yàn)方法，可大幅降低成本、顯著提高試驗(yàn)效率，其在器件研制部門、工藝開發(fā)部門的推廣具有重要的經(jīng)濟(jì)效益與應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明所述的一種用于晶片級(jí)器件輻射效應(yīng)試驗(yàn)的X射線輻照測試設(shè)備，該設(shè)備是由X射線輻照裝置、顯微成像裝置、探針臺(tái)、冷卻與空氣循環(huán)裝置、輻射測量裝置、控制與測試分系統(tǒng)、框架、水平導(dǎo)軌、高壓程控電源、X射線控制器、UNIDOS劑量儀、控制計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體參數(shù)測試儀、示波器和矩陣開關(guān)組成，在框架(1)的頂端設(shè)置有冷卻與空氣循環(huán)裝置(4)，冷卻與空氣循環(huán)裝置(4)通過電纜與控制與控制計(jì)算機(jī)(14)連接；在框架(1)內(nèi)中部設(shè)置有探針臺(tái)(6)，在探針臺(tái)(6)中間設(shè)置有放置晶片級(jí)器件(9)的卡盤，在探針臺(tái)(6)四周分別吸附有對(duì)稱的探針座(10)，通過探針與晶片級(jí)器件(9)建立電學(xué)連接關(guān)系；在探針臺(tái)(6)兩側(cè)固定有水平導(dǎo)軌(8)，X射線輻照裝置(2)和顯微成像裝置(5)分別安裝在水平導(dǎo)軌(8)上；在探針臺(tái)(6)的一側(cè)固定輻射測量裝置(3)，與UNIDOS劑量儀(13)相連；在探針臺(tái)(6)底部的機(jī)柜中分別設(shè)置有高壓程控電源(11)、X射線控制器(12)和UNIDOS劑量儀(13)；高壓程控電源(11)通過高壓電纜為X射線輻照裝置(2)提供電源輸入；X射線控制器(12)通過電纜為高壓程控電源(11)輸入控制指令；在控制與測試分系統(tǒng)(7)中分別有控制計(jì)算機(jī)(14)、半導(dǎo)體參數(shù)測試儀(15)、示波器(16)和矩陣開關(guān)(17)；半導(dǎo)體參數(shù)測試儀(15)通過電纜連接矩陣開關(guān)(17)；控制計(jì)算機(jī)(14)通過電纜分別控制X射線控制器(12)、顯微成像裝置(5)和框架(1)；矩陣開關(guān)(17)和示波器(16)通過同軸電纜與探針座連接，具體操作按下列步驟進(jìn)行：

a、將晶片級(jí)器件(9)放置在探針臺(tái)(6)中卡盤中心吸附固定，并用同軸電纜連接探針座(10)與示波器(16)；

b、在顯微成像裝置(5)的視野下調(diào)節(jié)探針座(10)，將探針扎在晶片級(jí)器件(9)的測試觸點(diǎn)上，并將顯微成像裝置(5)移開；

c、將X射線輻照裝置(2)移至晶片級(jí)器件(9)的上方，出束口與晶片級(jí)器件(9)對(duì)準(zhǔn)；

d、通過控制計(jì)算機(jī)(14)設(shè)置X射線能量、束流和輻照時(shí)間，并開始輻照，同時(shí)開啟冷卻與空氣循環(huán)裝置(4)，在測試模式下，矩陣開關(guān)(17)通過同軸電纜連接探針座(10)，半導(dǎo)體參數(shù)測試儀(15)通過電纜控制矩陣開關(guān)(17)；

e、輻照過程中通過示波器監(jiān)測晶片級(jí)器件(9)的參數(shù)是否正常，在輻照監(jiān)測模式下，示波器(16)通過同軸電纜連接探針座(10)，對(duì)晶片級(jí)器件(9)進(jìn)行監(jiān)測；劑量儀(13)通過電纜獲取輻射測量裝置(3)的測量數(shù)據(jù)；

f、輻照結(jié)束后將晶片級(jí)器件(9)與矩陣開關(guān)(17)連接，通過半導(dǎo)體參數(shù)測試儀(15)對(duì)輻照后的晶片級(jí)器件(9)進(jìn)行參數(shù)測試。

本發(fā)明所述的一種用于晶片級(jí)器件輻射效應(yīng)試驗(yàn)的X射線輻照測試設(shè)備，其中各部分的功能是：

設(shè)備框架(1)用作設(shè)備的輔助、支撐、位置調(diào)節(jié)功能。

X射線輻照裝置(2)用于被測晶圓級(jí)樣品的輻照。

輻射測量裝置(3)用于X射線的劑量測量。

冷卻與空氣循環(huán)裝置(4)用于X光管溫度控制。

顯微成像裝置(5)用于測試過程中樣品的觀察。

探針臺(tái)(6)用于被測晶片級(jí)器件的夾持固定。

控制與測試分系統(tǒng)(7)用于X射線輻照裝置的控制和晶片級(jí)器件參數(shù)的測試。

水平導(dǎo)軌(8)用于顯微成像裝置的位置調(diào)節(jié)。

晶片級(jí)器件(9)為待測樣品。

探針座(10)用于建立器件測試的連接。

高壓程控電源(11)用于X射線輻照裝置(2)電源提供。

X射線控制器(12)用于輸出電壓和電流的控制。

UNIDOS劑量儀(13)用于獲取輻射測量裝置(3)的測試數(shù)據(jù)。

控制計(jì)算機(jī)(14)用于X射線輻照裝置(2)能量及束流控制、冷卻與空氣循環(huán)裝置(4)的控制、及設(shè)備框架(1)的位置調(diào)節(jié)控制。

半導(dǎo)體參數(shù)測試儀(15)用于待測樣品的參數(shù)測試。

示波器(16)用于輻照中待測樣品狀態(tài)的監(jiān)測。

矩陣開關(guān)(17)用于測試通道的切換。

本發(fā)明所述的用于晶片級(jí)器件輻射效應(yīng)試驗(yàn)的X射線輻照測試設(shè)備，其中探針臺(tái)(6)由通常的探針臺(tái)改造而成，使顯微成像裝置(5)與探針臺(tái)(6)完全分離，并通過三維可調(diào)平臺(tái)安裝于一個(gè)水平導(dǎo)軌(8)上，使其可處于探針臺(tái)(6)的上方。通過調(diào)節(jié)顯微成像裝置(5)左右方向的水平位置，可向下對(duì)準(zhǔn)探針臺(tái)(6)卡盤，顯微成像裝置(5)前后方向的水平位置、垂直位置均可通過三維可調(diào)平臺(tái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證顯微成像裝置(5)能精確對(duì)準(zhǔn)探針臺(tái)(6)卡盤上夾持的晶片級(jí)器件(9)，并聚焦成像，如圖2所示；

X射線輻照裝置(2)通過三維可調(diào)平臺(tái)與顯微成像裝置(5)并列安裝于水平導(dǎo)軌(8)上，通過調(diào)節(jié)X射線輻照裝置(2)左右方向的水平位置，可向下對(duì)準(zhǔn)探針臺(tái)卡盤，X射線輻照裝置(2)前后方向的水平位置、垂直位置均可通過三維可調(diào)平臺(tái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證在輻射X光時(shí)能精確對(duì)準(zhǔn)探針臺(tái)(6)卡盤上夾持的晶片級(jí)器件(9)，并通過調(diào)節(jié)距離在一定范圍內(nèi)控制晶片級(jí)器件(9)上的輻照劑量率。通過X射線控制器(12)控制輸出電壓和電流，從而控制X射線的能量和劑量率如圖3所示；

輻射測量裝置(3)與探針臺(tái)(6)并列放置在設(shè)備框架(1)內(nèi)，進(jìn)行輻照測試時(shí)，輻射測量裝置(3)的探頭與探針臺(tái)(6)卡盤上夾持的晶片級(jí)器件(9)的垂直位置保持一致，顯微成像裝置(5)與X射線輻照裝置(2)均可通過調(diào)節(jié)其水平導(dǎo)軌(8)上的位置交替精確對(duì)準(zhǔn)探針臺(tái)(6)卡盤上夾持的晶片器件(9)；X射線輻照裝置(2)還可通過調(diào)節(jié)其水平導(dǎo)軌(8)上左右方向的水平位置，以對(duì)準(zhǔn)輻射測量裝置(3)的探頭。

通過調(diào)節(jié)水平、垂直導(dǎo)軌定位X射線輻照裝置(2)和顯微成像裝置(5)；通過鉛屏蔽門屏蔽多余的X射線輻射；通過機(jī)柜中的高壓程控電源(11)、X射線控制器(12)和UNIDOS劑量儀(13)實(shí)現(xiàn)控制、測試設(shè)備的集中程控。

本發(fā)明所述的用于晶片級(jí)器件輻射效應(yīng)試驗(yàn)的X射線輻照測試設(shè)備，與已有技術(shù)相比具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：

1.將常規(guī)探針臺(tái)進(jìn)行改造，并與X射線輻照裝置結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了晶片級(jí)器件的加偏輻照；

2.將探針臺(tái)與參數(shù)測試設(shè)備結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)參數(shù)的在線實(shí)時(shí)測試；

3.設(shè)備可適應(yīng)不同種類晶片級(jí)器件的輻照與測試，且結(jié)構(gòu)一體化、操作自動(dòng)化，有利于輻射效應(yīng)參數(shù)全面準(zhǔn)確的提取。

本發(fā)明所述的用于晶片級(jí)器件輻射效應(yīng)試驗(yàn)的X射線輻照測試設(shè)備，與已有技術(shù)相比具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：

1.直接對(duì)晶片級(jí)器件或電路進(jìn)行輻照測試，摒除了器件封裝材料、封裝結(jié)構(gòu)、引線及封裝環(huán)境和過程引入的一些不確定因素對(duì)輻照測試結(jié)果的影響，可顯著降低參數(shù)提取的偏差；

2.可實(shí)現(xiàn)輻照后晶片級(jí)器件參數(shù)即時(shí)測試、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，消除了輻照、測試環(huán)境交替以及測試時(shí)間延遲給試驗(yàn)結(jié)果帶來的影響；

3.該設(shè)備的應(yīng)用相比于現(xiàn)有的元器件輻照試驗(yàn)方法，可大幅降低試驗(yàn)成本、顯著提高試驗(yàn)效率，對(duì)于商用代工線的抗輻射特性監(jiān)測、評(píng)估是良好的解決方案。

附圖說明：

圖1為X射線晶片輻照測試設(shè)備的框圖；

圖2為設(shè)備中的測試探針臺(tái)示意圖；

圖3為X射線輻照與顯微成像裝置框圖；

圖4為X射線晶片輻照測試設(shè)備的實(shí)施例示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例

本發(fā)明的基本思想是將常規(guī)探針臺(tái)進(jìn)行改造，并與X射線輻照裝置進(jìn)行系統(tǒng)集成，然后再集成冷卻與空氣循環(huán)裝置、輻射測量裝置、控制與測試分系統(tǒng)、設(shè)備框架，構(gòu)成完整的X射線晶片輻照測試設(shè)備，圖4顯示了X射線晶片輻照測試設(shè)備的實(shí)施例示意圖：

探針臺(tái)6包括8吋半自動(dòng)探針臺(tái)主體、2套探卡、6套活動(dòng)探針座10，探針臺(tái)6與顯微成像裝置5分離；

X射線輻照裝置2由5-160kV的X射線管、高壓程控電源和控制器組成，顯微成像裝置5由8吋半自動(dòng)探針臺(tái)原配的顯微成像裝置改造而成，裝配有1280×1024分辨率的CMOS相機(jī)；

冷卻與空氣循環(huán)裝置4由水冷機(jī)與空氣泵組成，為X射線輻照裝置2提供水循環(huán)冷卻，保持輻照源工作于合適的溫度；并使輻照室內(nèi)的空氣動(dòng)態(tài)循環(huán)，以防止輻照產(chǎn)生的臭氧影響晶片級(jí)器件，并保持輻照室內(nèi)的潔凈度與干燥度；

輻射測量裝置3由輻射測量裝置與UNIDOS劑量儀13組成，對(duì)X射線管發(fā)出的射線進(jìn)行能量、劑量率、穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測，并定期校準(zhǔn)；

設(shè)備框架1是實(shí)現(xiàn)整套設(shè)備結(jié)構(gòu)一體化、操作自動(dòng)化的關(guān)鍵部分，用于安裝、固定各個(gè)裝置，提供X射線輻照裝置2、顯微成像裝置5的位置調(diào)節(jié)與精確定位，主要包括：輻照屏蔽室和三維精密調(diào)整框架；輻照屏蔽室采用鋼板、鉛、鉛玻璃等材料制作，容納X射線輻照裝置2、顯微成像裝置5、探針臺(tái)6；水平導(dǎo)軌8將X射線輻照裝置2、顯微成像裝置5固定其上，通過三維精密調(diào)整框架進(jìn)行三維調(diào)整，使放置于探針臺(tái)6上的被測晶片級(jí)器件9與X射線輻照裝置2或顯微成像裝置5對(duì)準(zhǔn)，

控制與測試分系統(tǒng)7中包括：分別設(shè)置有控制計(jì)算機(jī)14、半導(dǎo)體參數(shù)測試儀15、示波器16和矩陣開關(guān)17，控制計(jì)算機(jī)14作為設(shè)備的軟硬件接口，實(shí)現(xiàn)控制與測試分系統(tǒng)7和其它各裝置之間的軟硬件連接，對(duì)框架1、X射線輻照裝置2、顯微成像裝置5進(jìn)行控制；半導(dǎo)體參數(shù)測試儀15提供半導(dǎo)體專用測試通道、信號(hào)采集與監(jiān)測通道，自帶的軟件操作界面可對(duì)晶片級(jí)器件9進(jìn)行參數(shù)測試，并控制矩陣開關(guān)17進(jìn)行通道切換。

在框架1的頂端設(shè)置有冷卻與空氣循環(huán)裝置4，冷卻與空氣循環(huán)裝置4通過電纜與控制與控制計(jì)算機(jī)14連接；在框架1內(nèi)中部設(shè)置有探針臺(tái)6，在探針臺(tái)6中間設(shè)置有放置晶片級(jí)器件9的卡盤，在探針臺(tái)6四周分別吸附有對(duì)稱的探針座10，通過探針與晶片級(jí)器件9建立電學(xué)連接關(guān)系；在探針臺(tái)6兩側(cè)固定有水平導(dǎo)軌8，X射線輻照裝置2和顯微成像裝置5分別安裝在水平導(dǎo)軌8上；在探針臺(tái)6的一側(cè)固定輻射測量裝置3，與UNIDOS劑量儀13相連；在探針臺(tái)6底部的機(jī)柜中分別設(shè)置有高壓程控電源11、X射線控制器12和UNIDOS劑量儀13；高壓程控電源11通過高壓電纜為X射線輻照裝置2提供電源輸入；X射線控制器12通過電纜為高壓程控電源11輸入控制指令；在控制與測試分系統(tǒng)7中分別有控制計(jì)算機(jī)14、半導(dǎo)體參數(shù)測試儀15、示波器16和矩陣開關(guān)17；半導(dǎo)體參數(shù)測試儀15通過電纜連接矩陣開關(guān)17；控制計(jì)算機(jī)14通過電纜分別控制X射線控制器12、顯微成像裝置5和框架1；矩陣開關(guān)17和示波器16通過同軸電纜與探針座10連接，具體操作按下列步驟進(jìn)行：

a、將晶片級(jí)器件9放置在探針臺(tái)6中卡盤中心吸附固定，并用同軸電纜連接探針座10與示波器16；

b、在顯微成像裝置5的視野下調(diào)節(jié)探針座10，將探針扎在晶片級(jí)器件9的測試觸點(diǎn)上，并將顯微成像裝置5移開；

c、將X射線輻照裝置2移至晶片級(jí)器件9的上方，出束口與晶片級(jí)器件9對(duì)準(zhǔn)；

d、通過控制計(jì)算機(jī)14設(shè)置X射線能量、束流和輻照時(shí)間，并開始輻照，同時(shí)開啟冷卻與空氣循環(huán)裝置4，在測試模式下，矩陣開關(guān)17通過同軸電纜連接探針座10，半導(dǎo)體參數(shù)測試儀15通過電纜控制矩陣開關(guān)17；

e、輻照過程中通過示波器監(jiān)測晶片級(jí)器件9的參數(shù)是否正常，在輻照監(jiān)測模式下，示波器16通過同軸電纜連接探針座10，對(duì)晶片級(jí)器件9進(jìn)行監(jiān)測；劑量儀13通過電纜獲取輻射測量裝置3的測量數(shù)據(jù)；

f、輻照結(jié)束后將晶片級(jí)器件9與矩陣開關(guān)17連接，通過半導(dǎo)體參數(shù)測試儀15對(duì)輻照后的晶片級(jí)器件9進(jìn)行參數(shù)測試。