标签: 半导体测试

前一章详解了偏移误差、增益误差、INL/DNL、转换时间等DAC术语。 【前文回顾】 技术干货 | 从偏移误差到电源抑制比，DAC核心术语全解析-面包板社区 本章将继续介绍DAC静态参数计算。D/A转换器的线性参数计算（INLE、DNLE等）基于设备的输出电压。D/A转换器的输出电压可通过将数字代码应用到设备的输入端来测量。 将讨论以下参数： ● 偏移误差 ● 满量程误差 ● 增益误差 ● 积分非线性误差（INL误差或INLE） ● 差分非线性误差（DNL误差或DNLE） ● 未调整总误差(TUE) DAC示例 为了解释D/A转换器的线性度参数，下图可以将一些DAC设备示例与理想的4位DAC相叠加。该图可显示五种不同的DAC数据： 1)DAC1：只有偏移误差的DAC 2)DAC2：只有增益误差的DAC 3)DAC3：具有单调偏移、增益和线性误差的DAC 4)DAC4：有偏移、增益和线性误差，非单调的DAC 5)随机DAC数据：随机误差。使用“新建DAC数据”按钮新建DAC 联系德思特进入绘图插件 以下是DAC数据展示： (1) 传输图：叠加理想DAC和示例DAC（蓝线）的传输图 (2) 端点叠加：叠加端点线和与端点线（蓝线）相关的DAC误差 (3) 最佳拟合叠加：叠加最佳拟合线和与最佳拟合线相关的DAC误差（蓝线） (4) 端点误差：示例DAC与端点参考线相比的误差（以LSB为单位的误差） (5) 最佳拟合误差：示例DAC与最佳拟合参考线相比的误差（误差以LSB为单位） (6) 差分误差：示例DAC每一步的误差（以LSB为单位） (7) 未调整总误差：示例DAC与理想线相比的误差（以LSB为单位） 差分误差(6)显示了每一步的误差。 在前三个示例中，Y轴显示（DAC输出）电压或LSB，X轴显示（DAC输入）代码。在其他4种情况下，Y轴显示的是以LSB为单位的误差。 参数计算 1、终点和最佳拟合线 与ADC误差参数计算类似，参数计算也需要参考线。同样使用参考线：端点线和最佳拟合线。 端点线是第一输出电压和最后输出电压之间的一条直线。因此，在计算参考线时只使用测量到的第一个和最后一个电压。端点误差图的第一个和最后一个电压始终为零。 最佳拟合线计算使用所有电压。这里也使用了最小二乘线性回归算法。为完整起见，再次给出最佳拟合线方程（y=ax+b）： 其中：a=斜坡；b=偏移量；N=数据点数；x=x值；y=y值。 2、偏移误差 当数字输入代码（大部分为0或半刻度）设置为理想输出电压0V时的输出电压（终点计算）。对于最佳拟合线计算，偏移误差是最佳拟合参考线与理想传输线之间的偏移。 3、满量程误差 满量程误差是满量程输出电压（最大输入代码）与理想满量程输出电压（端点满量程误差）之间的误差。它等于增益误差和偏移误差之和。 4、增益误差 增益误差等于满量程误差减去偏移误差。它是（端点或最佳拟合参考线）相对于传输特性理想斜率的偏差。斜率可从参考线方程y=ax+b中的“a”得出。增益误差可通过公式(a−1)(N−1)计算，其中N为转换器的步数。 5、积分非线性误差（INL/INLE） 积分非线性误差描述的是对参考线的偏离。参考线可以是端点线或最佳拟合线。它是对传递函数直线度的测量，可能大于差分非线性误差。DNL误差的大小和分布将决定转换器的积分线性度。INL误差的计算公式如下： 其中，V(x)是输入代码x时的输出电压，Vzs是基准线的零刻度电压。ALSB是实际（或测量）的LSB步长。实际LSB步长由ILSB/a计算得出，其中ILSB是理想LSB步长，“a”是参考线的角度（y=ax+b的“a”）。 INL是静态指标，与THD（动态指标）相关。不过，失真性能无法通过INL规格来预测，只能说当INL偏离零时，THD会趋于恶化。 6、差分非线性误差（DNL/DNLE） 1LSB步长的最大偏差。对于理想的DAC，相邻两个数字代码对应的输出电压正好相差1LSB。计算DNL的1LSB步长基于测量（或实际）的LSB步长。实际1LSB步长是理想LSB乘以“a”（ILSBxa），其中“a”是参考线的角度（y=ax+b的“a”）。实际上，实际1LSB（1xa）与理想1LSB步长之间的差别非常小。DNL的计算公式如下： 其中，ALSB是实际的1LSB步长。Vx是输入代码x时的输出电压，V(x-1)是输入代码x-1时的输出电压。 DNLE小于-1LSB将导致非单调传递函数。DAC4在代码7处的输出电压降低。在差分误差表(6)中，可以发现误差为2.12LSB。 TS-ATX7006 7、总未调整误差（TUE） 总未调整误差是一种包括线性误差、增益误差和偏移误差的规格。它是理想器件性能的最坏偏差。TUE的计算公式如下： 其中 Vx是输入代码为 x 时的输出电压。Vzs是（理想）DAC的零刻度电压（通常为0V）。ILSB 是理想的最低有效位（LSB）步长。 选择“总未调整误差显示（7）”来查看总未调整误差（TUE）。实际上，传输特性显示（1）中的蓝色线也是一种总未调整显示。 ​

​ 在现代电子系统设计与高速通信、信号处理、雷达探测、医疗成像以及各种工业自动化应用中，模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）扮演着至关重要的角色。ADC负责将模拟信号精确且高效地转换为数字信号，以便于进行数字信号处理和数据传输；而DAC则执行相反的功能，它将数字数据流还原为高质量的模拟信号，以供实际设备或系统使用。 随着技术的不断进步，尤其是对于5G通信、航空航天及国防等领域的严苛要求，高速、高精度、高分辨率以及大动态范围的ADC和DAC变得越来越重要。为了深入探究这些关键器件的基础性能指标，德思特将引领您走进ADC和DAC的静态参数测试世界。本篇文章将为您介绍ADC中的一个关键概念——转换点。 一、介绍 A/D转换器的线性参数计算（INLE、DNLE等）基于器件的转变点（或跳变点）。为了确定ADC的转变点，应将具有足够步长的模拟斜坡表征器件的吸纳后输入。根据测量的代码可以确定转变点。 德思特ADC测试系统TS-ATX7006和软件TS-ATView7006有两种确定跳变点的方法： ● 跳变点搜索方法：算法“搜索”跳变点。考虑测量代码在结果数组中的位置。 ● 代码排序方法：代码在结果数组中出现的次数是LSB步长的度量。 （一）跳变点搜索法 搜索从代码x到代码x+1(x - x+1)的跳变点，首先搜索数据数组中代码x的第一次出现以及数据数组中代码x+1的最后一次出现，这就是跳变点的搜索数组。 代码x和小于代码x的出现次数均计入该区域。跳变点位于首次找到代码x加上该计数器值（在该区域中找到代码x及更少代码的次数）的位置。 开始和结束时丢失的代码将通过理想的转换器步骤 (DNLE=0) 进行推断，并以第一个找到的跳变点作为参考。最后，跳变点是从最后找到的跳变点推断出来的。所有其他缺失代码都会导致 DNLE为-1：跳变点位于与其前一个跳变点相同的位置。 噪声或测量分辨率不足可能导致DNLE小于1 LSB。 举 例说明 1、无噪声 捕获的数字数据阵列： 跳变点0→1: 搜索区域：位置0-11。 计数：6 跳变点位于位置5至6。跳变点电压为： Vtrp=Vstart+count*Vstep-1/2Vstep 其中： Vstart=提供的斜坡的起始电压。 startposition=首次找到代码的位置，此处为位置0。 count=找到代码0的次数 Vstep=提供的斜坡的电压步长。 2、 带有噪声 捕获的数字数据阵列： 跳变点0→1: 搜索区域：位置0-11。 计数：5 跳变点位于位置4至5。 跳变点1→2: 搜索区域：位置3-14。 计数：8（6次代码1+2次代码0） 跳变点位于位置10至11。 3、丢失代码 捕获的数字数据阵列： 跳变点0→1和0→2: 搜索区域：位置0-11。 计数：5 两个跳变点均位于位置4至5。 （二）排序代码方法 所有代码都在数据数组中排序。排序后，数据数组从所有测量代码0开始，然后是代码1，依此类推。因此，测量数据中代码的位置不相关。使用排序代码方法不会发生小于-1的DNL错误。 示例 排序前捕获的数字数据数组： 排序后捕获的数字数据数组： ​

探针台的维护直接影响其测试精度与使用寿命，需结合日常清洁、环境控制、定期校准等多维度操作，具体方法如下： 一、日常清洁与保养 1.‌表面清洁‌ l使用无尘布或软布擦拭探针台表面，避免残留清洁剂或硬物划伤精密部件。 l探针头清洁需用非腐蚀性溶剂（如异丙醇）擦拭，检查是否弯曲或损坏。 2.‌光部件维护‌ l镜头、观察窗等光学部件用镜头纸蘸取wu水jiu精从中心向外轻擦，操作时远离火源并保持通风。 3.‌内部防尘‌ l使用后及时吹扫灰尘，防止污染物进入机械滑轨、电学接触面等精密结构。 二、环境控制 1.‌防震与温湿度‌ l探针台需置于防震平台或减震垫上，避免环境震动干扰测试精度。 l存放环境温度保持在5-40℃、湿度40-85%，避免高温、潮湿或阳光直射。 2.‌静电防护‌ l定期用抗静电布或喷雾清理台面，减少静电积累对敏感器件的损害。 三、定期检查与校准 1.‌机械部件检查‌ l检查滑轨、齿轮、微动装置是否运行顺畅，有无异常噪音或阻力，紧固件是否松动。 2.‌电气连接检查‌ l验证电缆、插头、接触点是否磨损或腐蚀，确保信号传输稳定性。 3.‌校准操作‌ l按设备说明书要求定期校准，校准前需che底清洁探针台并确保测试环境稳定。 四、运输与存放规范 1.‌运输保护‌ l使用专用包装箱运输，避免碰撞探针台运动部件，运输前拔除电源线。 2.‌chang期存放‌ l切断电源并拔除插头，存放于防震工作台，避免倾斜或横倒。 五、特殊操作规范（真空探针台） 1.‌真空系统维护‌ l检查真空泵与密封件状态，使用硅油传递热量时需定期检查泄漏情况。 2.‌操作后处理‌ l实验结束后关闭设备并清洁表面，记录关键参数（如真空度）变化趋势。 六、**注意事项 l ‌电源管理‌：chang期不使用时拔除电源线，防止短路或电击风险。 l‌操作规范‌：严格按照手册设置参数，避免误操作导致设备损坏或数据误差。 通过上述维护措施，可显著延长探针台寿命（如平面电机定子防锈处理可提升步进精度30%以上），并保障测试数据的准确性与重复性。

探针台探针与样品的接触方式根据应用场景及设备类型的不同，主要可分为以下几种形式： 一、机械定位接触式 1.‌手动定位调整‌ 通过X/Y/Z轴旋钮或移动手柄手动调节探针座位置，逐步将探针jian端移动至待测点上方，再通过Z轴下压完成接触。此方式需结合显微镜观察，确保探针与样品表面jing准对齐。 ‌操作示例‌：在显微镜低倍物镜下定位样品后，切换高倍物镜微调待测点位置，再通过探针座三轴微调旋钮实现接触。 2.‌机械臂辅助定位‌ 利用机械手控制探针臂的移动，将探针jian端**定位至半导体器件的Pad或晶圆测试点，通过压板下降建立电气连接。 二、真空吸附固定式 1.‌样品固定与探针配合‌ 样品通过真空卡盘吸附固定，确保测试过程中无位移；探针通过独立模块化设计（如磁吸式底座）灵活调整位置，适配不同形状/尺寸的样品。 ‌典型应用‌：大电流测试中，样品需清洁后置于真空卡盘，开启真空阀确保吸附稳定，再通过探针座微调接触压力。 三、自动化控制接触式 1.‌计算机或程序驱动‌ 射频探针台通过计算机控制探针运动，结合同轴电缆连接测试设备，实现晶圆级射频参数的自动化测量。 gao效场景‌：批量测试时，完成一个器件后升起压板，移动载物台至下一器件重复定位流程。 四、分步微调验证接触 1.‌接触状态确认‌ 探针jian端接近样品后，通过X轴左右滑动观察表面划痕或测试设备反馈信号，验证是否建立有效接触。 ‌**操作‌：需缓慢操作，避免探针压力过大损坏样品或针尖钝化。 五、特殊模式扩展 1.‌多模式兼容设计‌ 部分探针台支持切换真空/气氛环境测试，通过模块化设计快速拆卸探针底座，扩展样品腔空间或切换功能。 总之：探针与样品的接触核心在于‌jing准定位‌与‌稳定控制‌，需结合设备类型（手动/自动）、样品特性（尺寸/材质）及测试需求（电流/射频）选择适配方法。操作中需遵循分步微调、压力验证等规范，以保障测试精度与设备寿命。

探针台根据测试需求、操作方式及环境条件可分为多个类别，其核心特点与适用场景如下： 一、按‌测试样品‌分类 1、‌晶圆测试探针台‌ l‌特点‌：支持4寸至12寸晶圆测试，配备高精度移动平台与探针卡，兼容晶圆厂标准化测试流程。 l‌场景‌：晶圆厂量产前的缺陷筛选（CP测试），实验室芯片原型验证。 2、‌LED测试探针台‌ l‌特点‌：集成光学检测模块，可同步测试电学参数（如正向电压）与光学性能（如光强、波长）。 l‌场景‌：LED芯片光效评估、显示面板背光源质量控制。 3、‌功率器件测试探针台‌ l‌特点‌：支持高压（＞1000V）、大电流（＞100A）测试，配备耐高温探针与散热系统。 l‌场景‌：IGBT、SiC MOSFET等功率半导体器件的动态特性验证。 4、‌纳米器件测试探针台‌ l‌特点‌：纳米级定位精度（±0.1μm），兼容低温（如-196℃）与磁场（如0.5T垂直磁场）环境。 l‌场景‌：二维材料、量子点器件等前沿材料的电学特性研究。 二、按‌应用环境‌分类 1、‌高/低温环境测试探针台‌ l‌特点‌：温度范围覆盖-65℃至+300℃，支持真空环境测试，避免冷凝干扰。 l‌场景‌：汽车电子低温冷启动测试、航天器件高温可靠性验证。 2、‌射频（RF）探针台‌ l‌特点‌：集成RF屏蔽箱与高频探针（40GHz以上），支持S参数、噪声系数等射频指标测试。 l‌场景‌：5G通信模块、毫米波雷达芯片的射频性能验证。 3、‌真空探针台‌ l‌特点‌：全封闭真空腔体设计，消除空气放电干扰，兼容低电流（fA级）测试。 l‌场景‌：MEMS传感器、光电探测器的高精度电学参数测量。 三、按‌操作方式‌分类 1、‌手动探针台‌ l‌特点‌：操作灵活，配置显微镜与手动位移台（行程100mm×100mm），成本低。 l‌场景‌：实验室小批量样品测试、高校科研教学。 2、‌全自动探针台‌ l‌特点‌：机械臂自动定位，支持晶圆级批量测试，效率提升30%以上。 l‌场景‌：晶圆厂量产测试、高复杂度芯片（如CPU）的快速筛选。 四、按‌特殊功能‌分类 1、‌双面点针探针台‌ l‌特点‌：支持芯片正反面同步扎针，减少测试误差。 l‌场景‌：3D封装芯片、TSV（硅通孔）器件的互联性验证。 2、‌热探针台‌ l‌特点‌：内置加热模块，模拟高温工作条件（如+150℃）。 l‌场景‌：功率器件热稳定性测试、封装材料热膨胀系数分析。 探针台的多样性设计（如手动型灵活适配科研需求、全自动型满足量产效率）与专业化扩展能力（如RF/真空/高低温模块），使其可覆盖‌半导体制造、光电器件研发、新能源材料分析‌等全产业链测试需求。选型时需综合测试精度、环境兼容性及成本效益，例如纳米器件研发优先选择低温磁场探针台，而量产场景则需全自动机型提升效率。