摘  要： 導(dǎo)通電阻的準(zhǔn)確測量是低導(dǎo)通電阻MOSFET測試中的一個難點(diǎn),。介紹了一種用于低導(dǎo)通電阻MOSFET測試過程中自動校驗(yàn)測試系統(tǒng)的方法,。通過在DUT板上增加高精度低阻值標(biāo)準(zhǔn)電阻測試回路的方法，在正式測試前對測試系統(tǒng)進(jìn)行自動校驗(yàn),，校驗(yàn)合格后繼續(xù)對MOS管進(jìn)行測試,，否則將停止測試；避免了由于自動測試設(shè)備（ATE）,、DUT板,、金手指等測試單元的精度漂移、器件老化等因素導(dǎo)致測試不準(zhǔn)確的情況，保證了產(chǎn)品的測試精度,，對提升測試的品質(zhì)具有重要意義,。
 關(guān)鍵詞： MOS管；導(dǎo)通電阻,；自動測試設(shè)備,；待測器件

　MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是金屬-氧化層-半導(dǎo)體場效晶體管的簡稱，中文簡稱MOS管,，是一種典型的半導(dǎo)體功率器件,。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，MOS管性能提升明顯,，應(yīng)用日益廣泛,。電源控制和電源轉(zhuǎn)換是MOS管大量使用的一個重要領(lǐng)域，在這類應(yīng)用中,，MOS管通常作為開關(guān)使用,，導(dǎo)通電阻是最為關(guān)鍵的參數(shù)之一，直接影響到應(yīng)用電路的穩(wěn)定性,。因此,，導(dǎo)通電阻的準(zhǔn)確測量成為MOS測試的重點(diǎn)。
1 低導(dǎo)通電阻MOS管簡介
　MOS管按照柵極的功能可分為增強(qiáng)型和耗盡型,，按照溝道的材料類型可分為P溝道或N溝道,，兩種組合起來共四種類型，一般主要應(yīng)用的為增強(qiáng)型的NMOS管和增強(qiáng)型的PMOS管,。與傳統(tǒng)的晶體管相比,，MOS管具有開關(guān)速度快、輸入阻抗高,、安全工作區(qū)大,、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)[1]。MOS管的主要參數(shù)有：
V（BR）DS：漏源極擊穿電壓,；
　RDS（on）：MOS導(dǎo)通時漏源之間的電阻,；
　RDS（on）＠ID：漏極工作電流為ID時的漏源極導(dǎo)通電阻；
　ID：最大漏極工作電流,；
　PD：最大漏極耗散功率,。
　半導(dǎo)體廠家設(shè)計了多種規(guī)格的MOS管滿足各種不同的應(yīng)用需求。漏源極擊穿電壓的范圍從幾伏到上千伏,，　最大漏極耗散功率從幾瓦到幾百瓦,，導(dǎo)通電阻從幾毫歐到數(shù)百歐，設(shè)計工程師可以選擇合適的型號滿足設(shè)計要求,。
　隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的不斷發(fā)展,，MOS管的性能不斷提升,，擊穿電壓越來越高，導(dǎo)通電阻越來越小,，很多產(chǎn)品的導(dǎo)通電阻已經(jīng)在毫歐的量級（稱為低導(dǎo)通電阻MOS管）,，這對于產(chǎn)品應(yīng)用非常有利，可以降低MOS管的功耗,，實(shí)現(xiàn)更大的工作電流,，也提高了電路的轉(zhuǎn)換效率。
2 MOS管測試
　在MOS管生產(chǎn)制造過程中,，測試是保證其質(zhì)量及剔除不良品的重要環(huán)節(jié),。測試通常由自動測試設(shè)備ATE（Automatic Test Equipment）、機(jī)械手（HANDLER）,、負(fù)載板（LOADBOARD,，也叫DUT板）等構(gòu)成的系統(tǒng)來完成。典型MOS管測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

　ATE是由測試儀和計算機(jī)組合而成的測試系統(tǒng),，擁有各種參數(shù)測試必須的各種資源，包括精密測量單元PMU（Precision Measurement Unit）,、器件供電單元DPS（Device Power Supplies）,、高速存儲器（Pattern Memory）,、向量生成器,、繼電器控制矩陣等。負(fù)載板是把測試儀資源信號轉(zhuǎn)換為被測IC所需信號的電路模塊,。機(jī)械手作用是：通過機(jī)械裝置,，依次逐個將需要測試的IC連接到測試回路中，并根據(jù)測試機(jī)測試的結(jié)果（PASS/FAIL）,，將被測IC放到相應(yīng)的料管中,，從而實(shí)現(xiàn)良品與不良品的篩選。
   測試是由HANDLER觸發(fā)測試儀ATE根據(jù)計算機(jī)程序控制的電流電壓信號通過負(fù)載板加到被測IC,，再根據(jù)測試儀采集回的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷并返回測試結(jié)果給HANDLER進(jìn)行篩選的過程,。
　對于較小電阻的測量（如參數(shù)Rds（on）），采用的是開爾文測試（或稱四線測試法）,，如圖2所示,。開爾文連接有兩個要求：對于每個測試點(diǎn)都有一條激勵線F和一條檢測線S，兩者嚴(yán)格分開,，各自構(gòu)成獨(dú)立回路,；同時要求S線必須接到一個有極高輸入阻抗的測試回路上，使流過檢測線S的電流極小,，近似為零,。圖2中r表示引線電阻和探針與測試點(diǎn)的接觸電阻之和,。由于流過測試回路的電流為零，在r3,、r4上的壓降也為零,，而激勵電流i在r1、r2上的壓降不影響i在被測電阻上的壓降,，所以電壓表可以準(zhǔn)確測出Rt兩端的電壓值,，從而準(zhǔn)確測量出Rt的阻值。測試結(jié)果和r無關(guān),，有效地減小了測量誤差,。按照作用和電位的高低，這四條線分別被稱為高電位施加線（HF）,、低電位施加線（LF）,、高電位檢測線（HS）和低電位檢測線（LS）。

3 傳統(tǒng)低導(dǎo)通電阻MOS管測試中的問題
　傳統(tǒng)的MOS管測試通常是根據(jù)MOS管的參數(shù)測試項(xiàng)目,，編寫測試儀的加壓加流,、測壓測流及相應(yīng)繼電器控制等測試控制程序，根據(jù)預(yù)定好的參數(shù)測試流程項(xiàng)目對每一項(xiàng)進(jìn)行測試,，遇到某一項(xiàng)的測量數(shù)值超過規(guī)范的范圍時則認(rèn)為是失效（FAIL）并被分到FAIL的BIN分,，全部測量項(xiàng)目測量值都在對應(yīng)參數(shù)測試項(xiàng)目的指標(biāo)范圍內(nèi)時則認(rèn)為是PASS并分PASS的BIN分。例如NMOS管8205的原測試項(xiàng)目方案如下表1所示（CONT為機(jī)械手與MOS管管腳的接觸性測試）,，測試流程如圖3所示,，測試等效圖如圖4所示。

　以上測試方案在測試儀精度良好的情況下,，測試的準(zhǔn)確性是可以滿足要求的,，但由于MOS管的導(dǎo)通電阻的測試要求很高，對設(shè)備的精度要求相當(dāng)苛刻,。即使設(shè)備通過了標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)盒校準(zhǔn),，實(shí)際用標(biāo)準(zhǔn)樣品（GOLDEN SAMPLE）對比測試，仍會出現(xiàn)不符合要求的情況,；這主要是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)盒對毫歐級的校準(zhǔn)精度不高,，同時由于各種原因（包括設(shè)備老化、外圍環(huán)境變化等因素）導(dǎo)致測量精度變差,。應(yīng)對此問題一般的做法是用標(biāo)準(zhǔn)樣管對測試系統(tǒng)進(jìn)行定期校準(zhǔn),，如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)不在規(guī)范內(nèi)的情況，需要對測試儀的硬件進(jìn)行調(diào)整,，直至滿足要求,。這種做法不僅效率低下，同時無法避免設(shè)備在校準(zhǔn)周期內(nèi)發(fā)生精度超標(biāo)的情況,，存在質(zhì)量隱患,。
4 改進(jìn)后的測試方案
　針對MOS管原測試方案當(dāng)中的缺陷,，本方案在原MOS管測試項(xiàng)目的基礎(chǔ)上增加對測試儀自身測量精度的校驗(yàn)項(xiàng)，在負(fù)載板上增加標(biāo)準(zhǔn)精密電阻,，在MOS管測試前先用標(biāo)準(zhǔn)電阻對測試儀進(jìn)行精度校驗(yàn),，通過后再對MOS管測試項(xiàng)目進(jìn)行測試。改進(jìn)后的測試項(xiàng)目方案如表2所示,，測試流程如圖5所示,，測試等效圖如圖6所示。

　圖6所示,，改進(jìn)后的方案先用Rm對測試儀測試單元進(jìn)行校驗(yàn),，實(shí)時性地對測試儀進(jìn)行監(jiān)控，有效地避免了因測試儀精度漂移導(dǎo)致MOS管量產(chǎn)中不良品混進(jìn)良品中的威脅,，校驗(yàn)時間占總測試時間幾乎可忽略（原測試時間160.2 ms,，校驗(yàn)項(xiàng)時間為700 μs，校驗(yàn)項(xiàng)約占測試總時間的0.5%）,，通過保證MOS管的測試品質(zhì)實(shí)現(xiàn)了效率的提高,。
　在低導(dǎo)通電阻MOS管測試中，針對原測試方案測試儀本身存在測量精度漂移的缺陷,，本方案通過在負(fù)載板上增加標(biāo)準(zhǔn)電阻,，在MOS管測試前先對測試儀的測量精度進(jìn)行自動校驗(yàn)，實(shí)際生產(chǎn)證明,，本方案有效避免了潛伏性的威脅,，提高了MOS管測試的品質(zhì)。
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