基于真空探针台的红外探测器自动测试系统的研究

摘要

近年来,非制冷红外焦平面探测器因其优越的性能而受到重视。随着其广泛的应用,各领域对非制冷红外焦平面探测器性能的要求也不断提高。在外界需求的刺激之下,非制冷红外探测器从几十年前的诞生到目前的广泛应用,经历了无数次的改进和性能的提高。与此同时,对探测器研究的低成本要求,使探测器的封装成本也成为了必须考虑的因素。所以,封装前的选片测试成为了一个研究热点。
　　本文正是基于此热点展开的研究,在分析非制冷红外焦平面探测器测试技术的国内外发展以及研究动态之后,提出了一套基于真空探针台的红外探测器自动测试的方案。该自动测试系统可对非制冷红外探测器芯片的各项参数进行测试,并在高真空的条件下完成芯片的响应率测试,从而对芯片的性能进行评估,为非制冷红外探测器芯片的封装提供选片依据。
　　本论文的主要研究内容包括三个方面。(1)硬件测试电路的设计:该部分主要为芯片的测试提供驱动电压和时序激励,同时完成像元响应电压信号的采集与处理,同时在数据采集部分设计有单端转差分网络,消除共模噪声的同时还可以增强模拟电压信号的驱动能力。(2)真空探针台探针卡的设计:对于不同阵列的探测器芯片,本文中设计有与之相对应的测试探针卡,同时将偏置电压的产生电路直接集成于测试探针卡上,偏置电压可通过探针直接偏置到芯片上,避免模拟信号传输过程中受到的干扰。(3)测试系统自动控制的实现:本设计基于VC++的开发平台,通过RS232协议控制真空探针台和基于FPGA的测试电路模块,并使用Matlab完成测试数据的处理和分析,最终实现对320×240和384×288系列芯片的自动选片测试。
　　该自动测试系统实现了对非制冷红外探测器芯片晶圆和单片的自动测试,通过响应率、噪声等相关参数的测试结果完成对被测芯片整体性能的评估,并将测试结果以测试报告和wafermap的形式展示出来。此测试结果作为封装之前芯片选片的重要依据,极大的缩小了红外探测器的测试时间和封装成本。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 非制冷红外探测器概述及发展趋势

1.3 红外探测器测试技术的研究现状及发展动态

1.4 非制冷红外探测器测试技术的研究意义

1.5 本论文的结构安排

第二章 红外探测器测试系统工作原理及测试系统设计要求

2.1 非制冷红外焦平面探测器芯片的测试依据

2.2 非制冷红外探测器测试系统的工作原理

2.3 测试系统设计要求

2.4 本章小结

第三章 非制冷红外探测器自动测试方案设计

3.1 红外探测器自动测试系统的工作原理及结构设计

3.2 测试系统的硬件电路设计

3.3 真空探针台中探针卡的设计

3.4 自动测试系统的软件设计

3.5 本章小结

第四章 自动测试系统的实现及验证

4.1 测试电路的调试

4.2 测试实验与数据分析

4.3 封装后测试与验证

4.4 结论分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的成果