一种面向TSV重构堆叠存储器的老化测试系统的制作方法

一种面向tsv重构堆叠存储器的老化测试系统
技术领域
1.本发明属于半导体集成电路老化测试领域，具体属于一种面向tsv重构堆叠存储器的老化测试系统。


背景技术：

2.随着电子技术的高速发展，存储器芯片设计能力的提升和制造工艺的进步，存储器芯片的速率持续增长，以3d封装技术为代表的立体组装，极大提升了存储器的存储容量。为了确保存储器芯片工作可靠性，对存储器芯片的老化筛选越来越受到重视，对老化测试方法的研究也越来越多。随着近年动态老化观念的改变，如何在高温老化环境下全速运行功能测试成为最大技术难题。
3.传统的标准老化测试设备采用驱动板 老化板的设计，驱动板放置在老化箱背部，运行在常温环境下，老化板安装在老化箱内，承受高温环境，驱动板和老化板通过中间穿舱连接板实现电气信号连接。该种传统老化测试系统面向分立电路和功率电路老化需求，性能较低，不能满足高速存储器的动态老化需求在国产化大背景和军用需求催生下，高速存储器的动态老化测试方法是当前研究热点。
4.当前，受限于传统老化测试设备接口信号数量限制，通常采用非标定制老化测试方法，即驱动板和老化板均采用特殊定制的方法，老化板自由放置在高温干燥箱中，驱动板放置在老化箱外，两种板通过电缆实现连接。该种结构解决了传统标准老化测试箱接口信号数量限制，但受限于电缆长线传输，同样难以做到全速运行，通常运行在几十兆频率下。
5.现有传统老化测试系统受限于穿舱连接系统的信号数量、连接器选用和布线情况，信号通常只能工作在20mhz以内，严重不满足当前以ddr3、ddr4、nand flash为代表的高速接口存储器的数百兆动态老化需求。
6.采用非标定制老化系统，受限于电缆长线传输，主要存在的问题是信号传输延迟大，超出存储器时序裕度，其次，在长线传输中，信号边沿过冲反射等导致信号质量变差，难以工作在高频率下；最后，以ddr3、ddr4为代表的存储器接口信号多，需要电缆芯数非常多，连接极其不方便，通常只能实现单系统一拖一老化。
7.综上所述，传统老化设备存在工作频率低、信号数量少的弊端，以及非标定制老化系统电缆长线传输导致信号延迟大、工作频率低、老化效率低的问题，


技术实现要素：

8.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种面向tsv重构堆叠存储器的老化测试系统，以解决信号长线传输延迟问题，提升工作频率，提升老化效率、控制老化成本。
9.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
10.一种面向tsv重构堆叠存储器的老化测试系统，包括测试夹具、pcb板和驱动电路；
11.所述测试夹具固定在pcb板上，测试夹具用于夹持被测器件，被测器件与pcb板进行电连接，所述被测器件的顶部设置有加热装置；
12.所述被测器件的底部设置有测温传感器，测温传感器与pcb板进行电连接；所述驱动电路设置在pcb板上，被测器件的电路与驱动电路进行电连接。
13.优选的，所述测试夹具底部的pcb板中心开设有通孔，所述pcb板的底部固定有加强板，所述加强板的中心设置有凹槽，凹槽内部设置有弹簧，弹簧的顶部设置有测温传感器。
14.优选的，所述加强板通过螺钉固定在pcb板上。
15.优选的，所述测温传感器通过电线与连接器进行电连接，连接器与pcb板进行电连接。
16.优选的，所述驱动电路为fpga。
17.优选的，所述驱动电路设置在pcb板的中心部位，测试夹具的数量为四个，四个测试夹具阵列设置在驱动电路的外侧。
18.优选的，所述测试夹具包括盖板、旋转手柄、螺纹、压块、加热棒、电线、弹簧针座、弹簧针；
19.所述盖板的顶部设置有通孔，通孔上设置有螺纹，旋转手柄穿过通孔与盖板进行螺纹连接；所述旋转手柄的底部连接有压块，压块内部设置有加热部件；
20.所述盖板的底部固定有弹簧针座，弹簧针座的内部设置有弹簧针，弹簧针的底部与pcb板相连接，被测器件通过弹簧针与pcb板电气连接。
21.进一步的，所述加热部件包括加热棒和电线，加热棒设置在压块的内部，加热棒通过电线连接供电电源。
22.进一步的，所述压块的底部设置有高温有机薄片。
23.优选的，所述测试夹具通过供电电缆与连接器进行电连接，连接器与pcb供电电路连接。
24.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
25.本发明提供一种面向tsv重构堆叠存储器的老化测试系统，通过将驱动器和被测电路就近布置在同一个pcb板上，可将被测存储器运行在最高工作速度，实现测试和老化的结合，实现真正意义上的动态老化；老化板结构紧凑，在约200mm
×
200mm的单板尺寸下实现一拖四的老化，占用空间小，使老化更加经济；脱离老化箱运行，采用被测电路局部加热的方案，温度控制精确，能源消耗小，设备依赖性低，其它外围元器件和pcb不承受高温环境，可选用的电路要求少，设计更加通用，整个老化系统成本更低。
附图说明
26.图1为本发明一种面向tsv重构堆叠存储器的老化测试系统结构示意图；
27.图2为基于tsv重构堆叠工艺加工的存储器结构示意图；
28.图3为tsv堆叠存储器老化测试夹具结构示意图；
29.图4为本发明一种面向tsv重构堆叠存储器的老化测试系统结构示意图；
30.附图中：1为盖板；2为旋转手柄；3为螺纹；4为压块；5为加热棒；6为电线；7为高温有机薄片材料；8为被测器件；9为弹簧针座；10为弹簧针；11为测试夹具；12为pcb板；13为加强板；14为螺钉；15为测温传感器；16为弹簧；17为连接器；18为电线；19为供电电缆；20为驱动电路；21为tsv硅基板；22为层间焊球；23为存储器裸芯；24为填充胶；25为对外pad。
具体实施方式
31.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
32.本发明所指测试原理包含两方面：电学原理和温度控制原理。如图1所示，本发明在电学上采用一拖四的设计，即一个驱动电路驱动四个被测存储器电路。驱动电路选用io数量多、接口性能高、具备可编程特性的fpga，四个被测存储器采用独立的接口，以保证全速功能运行,
33.在本发明中，fpga内部集成独立的四个控制逻辑块，独立控制四个测试工位的电源和驱动被测电路。每个测试工位设计64位控制总线和72位数据总线。存储器控制电路采用ip形式集成，测试图形由上位机通过通讯口发送fpga，fpga顶层控制逻辑负责测试向量的加载。
34.基于tsv重构堆叠工艺加工的存储器结构如图2所示，在该tsv工艺堆叠存储器结构中，tsv硅基板21的厚度为200um，最主要的材料是硅；层间焊球22的高度约为50um，主要材料为铅锡合金；tsv基板内埋置的存储器裸芯23的主要材料为硅；不同硅基板之间的填充胶24主要采用环氧材料；tsv堆叠存储器的对外pad25。由该结构可以看出，该堆叠存储器最主要的材料为硅，由于硅本身热导率较高，硅层间高度很小(典型高度为50um)，且有环氧填充胶和焊球，故该存储器整体热阻很小，温度分布均匀。本发明针对该存储器的这种热特性，提出采用顶面加热，底面测温的方法，将存储器底面中心部位的温度作为存储器整体工作温度，通过测量该点温度，并作为温度控制参数，控制顶面加热元件的加热功率，从而使整个存储器工作在一定的温度范围内，并达到较高的温度精度。
35.如图3所示，本发明的tsv堆叠存储器老化测试夹具结构，包括盖板1、旋转手柄2、螺纹3、压块4、加热棒5、电线6、高温有机薄片7、被测器件8、弹簧针座9和弹簧针10。
36.盖板1的顶部设置有通孔，通孔上设置有螺纹3，旋转手柄2穿过通孔与盖板1进行螺纹连接；旋转手柄2的底部连接有压块4，压块4内部设置有加热部件。
37.盖板1的底部通过卡扣结构固定在弹簧针座9上，弹簧针座9的内部设置有弹簧针10，弹簧针10的底部与pcb板12相连接，被测器件8通过弹簧针10与pcb板12电气连接。
38.加热部件包括加热棒5和电线6，加热棒5设置在压块4的内部，加热棒5通过电线6连接供电电源。
39.通过旋转手柄2控制压块4的上下移动；压块4采用金属材料，通常使铜块，在该压块4内嵌入加热棒5，通过电线6给加热棒5通电，从而加热棒5发热；ltcc基板5内部采用铜作为多层金属布线层，低温烧结而成；压块4的底部设置有高温有机薄片7。高温有机薄片7起到缓冲压块压力保护被测器件和稳定温度的作用；被测器件8放置在弹簧针座9上，弹簧针座9采用口字形结构，即中心镂空，使被测器件底面中心部位露出，被测器件8通过弹簧针10实现与pcb板12的电气连接。
40.如图4所示，一种面向tsv重构堆叠存储器的老化测试系统，包括测试夹具11、pcb板12和驱动电路20。
41.测试夹具11固定在pcb板12上，测试夹具11用于夹持被测器件8，被测器件8与pcb板12进行电连接，被测器件8的顶部设置有加热装置。
42.被测器件8的底部设置有测温传感器15，测温传感器15与pcb板12进行电连接；驱
动电路20设置在pcb板12上，被测器件8的电路与驱动电路20进行电连接。
43.在该老化系统中，测试夹具11通过定位销钉实现与pcb的位置固定，通过连接器17和供电电缆19实现和pcb供电电路连接；pcb板12在测试夹具腹部中心位置开窗；加强板13通过螺钉14连接到pcb板12；测温传感器15通过弹簧16固定在加强板13内部，通过电线18和连接器17实现与pcb板12的电气连接；驱动电路20为fpga，放置在pcb板12中心位置。
44.在pcb板12上设计测温电路、加热驱动电路、控温mcu等，通过mcu中运行的温度控制算法实现对每个工位的精确控制。另外，mcu接收上位机指令完成温度设置，并实时回传当前工作温度。通过顶部测试夹具加热，底部温度传感器采样，基于mcu的温度控制方法。
45.测试夹具结构内部压块内嵌加热棒，压块下面采样有机板过渡，插座底部中心镂空，加强板内嵌温度传感器的测试夹具结构；老化板结构上fpga居中，周边分布四个测试夹具，测试夹具加热线和传感器线通过连接器和pcb连接。
46.本发明中通过将驱动器和被测电路就近布置在同一个pcb板上，可将被测存储器运行在最高工作速度，实现测试和老化的结合，实现真正意义上的动态老化。
47.老化板结构紧凑，在约200mm
×
200mm的单板尺寸下实现一拖四的老化，占用空间小，使老化更加经济。
48.脱离老化箱运行，采用被测电路局部加热的方案，温度控制精确，能源消耗小，设备依赖性低，其它外围元器件和pcb不承受高温环境，可选用的电路要求少，设计更加通用，整个老化系统成本更低。