基于真空探針臺的紅外探測器自動測試系統的研究

      近年來,非制冷紅外焦平面探測器因其優越的性能而受到重視。隨著其廣泛的應用,各領域對非制冷紅外焦平面探測器性能的要求也不斷提高。在外界需求的刺激之下,非制冷紅外探測器從幾十年前的誕生到目前的廣泛應用,經歷了無數次的改進和性能的提高。與此同時,對探測器研究的低成本要求,使探測器的封裝成本也成為了必須考慮的因素。所以,封裝前的選片測試成為了一個研究熱點。本文正是基于此熱點展開的研究,在分析非制冷紅外焦平面探測器測試技術的國內外發展以及研究動態之后,提出了一套基于真空探針臺的紅外探測器自動測試的方案。該自動測試系統可對非制冷紅外探測器芯片的各項參數進行測試,并在高真空的條件下完成芯片的響應率測試,從而對芯片的性能進行評估,為非制冷紅外探測器芯片的封裝提供選片依據。本論文的主要研究內容包括三個方面。

(1)硬件測試電路的設計:該部分主要為芯片的測試提供驅動電壓和時序激勵,同時完成像元響應電壓信號的采集與處理,同時在數據采集部分設計有單端轉差分網絡,消除共模噪聲的同時還可以增強模擬電壓信號的驅動能力。

(2)真空探針臺探針卡的設計:對于不同陣列的探測器芯片,本文中設計有與之相對應的測試探針卡,同時將偏置電壓的產生電路直接集成于測試探針卡上,偏置電壓可通過探針直接偏置到芯片上,避免模擬信號傳輸過程中受到的干擾。

(3)測試系統自動控制的實現:本設計基于VC++的開發平臺,通過RS232協議控制真空探針臺和基于FPGA的測試電路模塊,并使用Matlab完成測試數據的處理和分析,終實現對320×240和384×288系列芯片的自動選片測試。該自動測試系統實現了對非制冷紅外探測器芯片晶圓和單片的自動測試,通過響應率、噪聲等相關參數的測試結果完成對被測芯片整體性能的評估,并將測試結果以測試報告和wafermap的形式展示出來。此測試結果作為封裝之前芯片選片的重要依據,極大的縮小了紅外探測器的測試時間和封裝成本。