CN104487852A - 使用智能电流感测开关来保护探针的***和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种在自动测试中使用的保护探针的装置和方法。该装置包括能够操作以从器件电源(DPS)向被测器件(DUT)提供电能的探针、以及在DPS和DUT之间被串行连接到探针的探针保护器电路，其中该探针被耦合到DUT上的接触点。探针保护器电路还包括能够操作以监控从DPS到DUT的电流以确定该电流是否低于预定阈值电流水平的电流感测模块、以及用于控制从DPS到DUT的连接的开关。该开关被耦合到电流感测模块并且能够操作以结合电流感测模块使用来在电流超过预定阈值电流水平时限制电流。

Description

使用智能电流感测开关来保护探针的***和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2012年8月27日、代理人案号为ATST-U0093.A的美国临时申请NO.61/693,692的优先权，该申请被转让给本发明的受让人并且其全部内容通过引用被结合于此。

技术领域

根据本发明的实施例总地涉及自动测试装备，更具体地涉及自动测试装备中使用的电流监控技术。

背景技术

自动测试装备(ATE)可以是在被测器件(DUT)上执行测试的任意测试装配，其中，被测器件可以是半导体晶片上的集成电路(IC)或芯片、或诸如固态硬盘之类的器件。ATE装配可以被用来执行这样的自动测试，该自动测试可快速执行测量并生成随后可被分析的测试结果。ATE装配可以是被耦合到测试仪和复杂的自动测试装配的计算机***中的任意组件，该复杂的自动测试装配可包括定制的专用计算机控制***和许多能够自动测试电子部分和/或能够进行半导体晶片测试(比如，片上***(SOC)测试或集成电路测试)的不同测试仪器。ATE***既能减少花费在测试器件上的时间以确保器件的设计功能，又能充当诊断工具来在给定器件到达客户之前确定其中是否存在故障部分。

在一般的自动测试中，探针卡被用来探测晶片上的半导体芯片。探针卡通常具有相对于芯片上的结合区放置的几个探针以执行功能测试。在一般的测试中，探针被用于电刺激芯片上的电路并进行测量，以确定电路是否在正确地工作。探针卡上的一些探针将电能从器件电源(DPS)运送到芯片。根据芯片所需的电量，许多或所有的探针将会从相同的DPS吸取电能。在某些实例中，如果DUT是有缺陷的并且被短路，或如果由于其他原因从DPS吸取了过多电流，则用于将电能从DPS传输到DUT的探针尖端会被烧坏。在这种实例中，探针尖端会熔化或是随着时间的过去会在探针尖端上累积非导电残留物和沉积物，这些残留物和沉积物会阻碍探针尖端正确地工作。探针卡极其昂贵，更换探针卡上损坏的探针尖端是耗费时间并且成本过高的过程。此外，如果在没有发现探针尖端被损坏的情况下运行测试，连接到损坏的探针尖端的IC芯片会被错误地标记为不合格。

在传统***中，可以采用至少两种技术来防止用于提供来自DPS的电能的探针被烧毁。已经采用的防止探针尖端损坏的第一种典型技术从确定DPS处在0伏(V)开始，并且在接触DUT之前要对探针卡上的任意电容完全放电。这需要等待一段时间并在探针卡上进行残余电压的测量，以确保其达到0V。然而，本技术是耗时的。

第二种典型技术需要将DPS设置到低电压，并在探针尖端接触到DUT之后设置低电流钳。随后电流钳的有效电流测量被确定，以查看DUT是否被短路。如果测量指示DUT被短路，则用户会被警告不要给DUT上电。本技术同样是耗时的，因为用户需要首先给DUT上低电压并设置电流钳来进行测量，以确定***是否准备好以供使用。

在某些实例中，上文讨论的第二种技术也可能是无效的。例如，在一些情况中，在DUT上有几个以相同电压操作但具有未互相连接的独立电源连接的独立电路组。由于测试器的配置，对于所有这些电压轨将探针连接到共同的高电流电源是有益的。第二种技术在这些配置中不太实用，因为通过一个电压轨上的短路以低电压吸取的额外电流会被在其他电压轨上吸取的正常电流所掩盖。当应用全部电能时，连接到被短路的电压轨的探针会被烧毁。此外，如果有许多探针被并行连接，那么识别被短路的电压轨是很困难的。而且，如果在这种情况下应用全部电能，那么会在连接到短路轨的探针烧毁后引起其中的级联效应，通过连接到该电压轨的剩余探针的升高后的电流同样会使探针烧毁。

因此，预先避免过度电流损坏探针的传统方法是耗时的，因为在***中没有内置的用于在电流超过可接受的阈值时切断通过探针尖端的电流的智能组成部分。此外，在某些难以识别被短路的电压轨的测试器配置中这些方法是无效的。

发明内容

因此，需要一种可以解决上述***存在的问题的测试***和/或方法。需要更快、更有效的机制来保护探针卡上的探针尖端(probe tip)免受吸取的过多电流的损害，并且使在所有测试器配置的情况下更容易地识别被短路的连接。

不考虑所述***的各个局限性，而使用它们的有利方面，本发明的实施例提供了新颖的解决方案来应对在器件测试过程中保护用于从DPS提供电能的探针免受过流的损害的内在挑战。

在一个实施例中，公开了一种在自动测试中使用的保护探针的方法，该方法包括：将探针耦合到被测器件(DUT)上的接触点，其中探针能够操作以从器件电源(DPS)向DUT提供电能。该方法还包括：在DPS和DUT之间将探针保护器电路串联连接到探针，以监控从DPS到DUT的电流。另外，该方法还包括：监控电流以确定该电流是否低于预定阈值电流。最后，该方法包括：在电流超过预定阈值电流的情况下限制该电流。

在一个实施例中，公开了一种在自动测试中使用的保护探针的装置。该装置包括能够操作以从器件电源(DPS)向被测器件(DUT)提供电能的探针、以及在DPS和DUT之间被串联连接到探针的探针保护器电路，其中该探针被耦合到DUT上的接触点。探针保护器电路进一步包括能够操作以监控从DPS到DUT的电流以确定该电流是否低于预定阈值电流水平的电流感测模块、以及用于控制从DPS到DUT的连接的开关。该开关被耦合到电流感测模块，并且能够操作以结合电流感测模块使用来在电流超过预定阈值电流水平的情况下限制电流。

在另一实施例中，公开了一种测试***。该测试***包括测试头和探针卡，该测试头包括至少一个器件电源(DPS)，该探针卡包括多个电能探针，其中电能探针被连接到DPS并从DPS获取电能。该测试***还包括用于定位至少一个晶片的探测器，其中晶片包括多个将被测试的被测器件(DUT)。探针卡被降低到晶片上，以便多个电能探针中的每个电能探针都可以连接到晶片上的关联DUT，并向该关联DUT提供电能。多个电能探针中的每个电能探针包括在DPS和关联DUT之间被串联连接到该探针的探针保护器电路。探针保护器电路包括能够操作以监控从DPS到关联DUT的电流以确定该电流是否低于预定阈值电流水平的电流感测模块。探针保护器电路还包括用于控制从DPS到关联DUT的连接的开关，其中该开关被耦合到电流感测模块，并且其中，该开关能够操作以结合电流感测模块使用来在电流超过预定阈值电流水平的情况下限制该电流。

下文的详细描述连同附图将提供对本发明的本质和优点的更好的理解。

附图说明

本发明的实施例通过示例而非限制的方式在附图中被示出，其中相同的参考标号指代相似的元件。

图1是示出根据本发明实施例的(一个或多个)探针保护器电路、DPS、和DUT之间的相互连接的框图。

图2是根据本发明实施例的测试半导体芯片的示例***的顶层图。

图3是根据本发明实施例的一般探针保护器电路的示例引脚图。

图4是根据本发明实施例的探针保护器电路的示例示意图。

图5是根据本发明实施例的在遇到有缺陷的DUT时通过使用智能电流感测开关限制或切断电流来保护探针的示例方法的流程图。

图6是示出根据本发明一个实施例的测试装置的正常操作的波形图。

图7是示出根据本发明一个实施例的通过探针保护器电路如何处理DUT之一上的短路的波形图。

图8是示出根据本发明一个实施例的当遇到被短路的DUT时电流I-dut的特性的图7中的事件T415的放大视图。

图9是示出根据本发明一个实施例的在SafeStart信号被连接到DPS的情况下测试装置的正常操作的波形图。

图10是示出根据本发明一个实施例的当SafeStart信号被连接到DPS时信号的特性的图9中的事件T770的放大视图。

图11是示出根据本发明一个实施例的当SafeStart信号被连接到DPS时通过探针保护器电路如何处理DUT之一上的短路的波形图。

图12是示出根据本发明一个实施例的当被短路的DUT遇到被连接到DPS的SafeStart信号时电流I-dut的特性的图11中的时间表T915的放大视图。

在这些图中，具有相同代号的元件有相同或相似的功能。

具体实施方式

现在详细参考本公开的各种实施例，其中这些实施例的示例在附图中被示出。虽然结合这些实施例进行描述，但应当理解的是这些实施例并不用于限制本公开。相反，本公开旨在覆盖包括在所附权利要求所限定的本公开的精神和范围内的替代、修改、和等同物。此外，在下文对本公开的详细描述中，为了提供对本公开的透彻理解提出了很多具体细节。然而，应当理解的是本公开可以在没有这些具体细节的情况下被实施。在其他实例中，没有详细描述公知的方法、程序、组件、和电路，以避免不必要地模糊本公开的多个方面。

下文中的详细描述的一些部分被以对计算机存储器中的数据位的操作的程序、逻辑块、处理、和其他符号表示呈现。这些描述和表示是数据处理领域的技术人员所使用的向本领域的其他技术人员传达他们的工作实质的最有效的手段。在本申请中，程序、逻辑块、处理等被构想为可导致期望结果的自相合序列的步骤或指令。这些步骤是利用物理量的物理操控的步骤。尽管不是必要的，但是这些量通常采用能够在计算机***内被存储、传输、组合、比较、以及以其他方式进行操控的电或磁信号的形式。主要是因为常用的原因，已经多次证明将这些信号称为处理、比特、值、元素、符号、字符、样本、像素或诸如此类是方便的。

然而应当记住的是，所有这些相似的术语都与适当的物理量相关联并且仅仅是应用于这些量的方便标签。除非下面的讨论中有明确的特别声明，否则应当理解贯穿本公开的讨论中利用的比如“分配”、“关联”、“移动”、“拷贝”、“设置”、“访问”、“擦除”、“释放”、“控制”、“添加”、“记录”、“确定”、“识别”、“缓存”、“保持”、“递增”、“比较”、“移除”、“读”、“写”、或诸如此类的术语指的是计算机***或类似电子计算设备或处理器的动作和处理(例如，图5的流程图500)。计算机***或类似电子计算设备操控并传输计算机***存储器、寄存器或其他信息存储、传输或显示设备中的被表示为物理(电子)量的数据。

下文的描述提供了对于可以包括一个或多个模块的计算机与其他设备的讨论。如本文所用的术语“模块”或“块”可以被理解为指的是软件、固件、硬件、和/或它们的各种组合。应当注意的是，块和模块是示例性的。块或模块可以被组合、集成、分开、和/或复制来支持各种应用。而且，本文所述的在特定模块或块处执行的功能可以通过一个或多个其他设备和/或在一个或多个其他模块或块处执行，而不仅仅是可以在所述特定的模块或块处执行该功能。另外，模块或块可以横跨处于相同区域或者相互远离的多个设备和/或其他组件被实现。此外，模块或块可以从一个设备移出并被添加到另一个设备，和/或被包括在两个设备中。本发明的任意软件实现都可以被有形地具体化为一个或多个存储介质，例如，存储器设备、软盘、压缩盘(CD)、数字多功能盘(DVD)、或者其他可存储计算机代码的设备。

本文所用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，并不用于限制本发明的范围。贯穿本公开所用的单数形式“一个”、“一”和“该”，除非上下文中有明确的其他规定，否则可包括复数引用。因此，例如提及的“一个模块”包括多个这种模块，也包括单一模块和本领域技术人员已知的其他等同。

使用智能电流感测开关来保护探针的***和方法

本发明的实施例提供了使用智能电流感测开关来保护探针的方法和***。例如，本发明的实施例可以被用来在流过探针卡上的探针尖端的电流超过某个设定点时限制或终止该电流，其中探针卡被用在自动测试装备中来测试半导体芯片或集成电路(IC)。然而，本发明的实施例可以被应用于其他类型的测试***，并且还可以被用于其他类型的被测器件(DUT)。

如前所述，预先避免过度电流损坏探针的传统方法不仅耗时，而且在某些测试器配置中也是无效的。本文所述的探针保护器电路通过使用智能电流限制器/电流感测开关来解决这些缺陷，其中智能电流限制器/电流感测开关被应用于每个电能探针以防通过探针的电流超过探针的额定跳变点值(trip point value)。该电路首先试图将电流限制在某一水平上，其中用来限制的电流水平是可编程的。当电流持续被这样限制达一段时间时，该电路触发开关打开DPS和正被测试的DUT之间的连接以防任何更进一步的电流流动。

首先参考图1，示出了根据本发明实施例的示出了探针保护器电路、DPS、和DUT之间的相互连接的测试装置。如图1所示，每个探针的专用探针保护器电路可以被串联连接在DPS 110和DUT 130之间。在不同的实施例中，探针保护器电路也可被串联连接到并联的至少两个探针。在本实施例中，每个探针保护器电路每次监控多个探针。虽然本实施例没有为每个探针提供独立的探针保护，但是其比包括用于每个探针的单独保护器电路的实施例占用更小的空间。

在一个实施例中，探针保护器电路120是可直接安装在探针卡150上的小电路模块，例如占用小于0.2平方英寸的面积。例如，图1中的位于探针卡150上的探针125具有串联连接在探针尖端和DPS 110之间的探针保护器电路120。在另一个实施例中，探针保护器电路可以被安装在任何位置，只要探针保护器电路依然串联连接它保护的探针即可。在不同的实施例中，保护器电路可以被直接集成在探针卡本身中，而不是被先安装在单独模块上。在另一个实施例中，探针保护器电路可以被配置到定制IC中或被编程到可编程模拟IC中。

在一个实施例中，探针尖端在结合区160处接触DUT，结合区160与DUT电能轨(power rail)中的一个相连接。图1中的结合区160至161被相连在一起。类似地，同样连接到DUT的电能轨的结合区162到163被连接在一起。

在一个实施例中，DPS 110通过输电线195向DUT递送电能。输电线195组成开尔文(Kelvin)连接，其中该开尔文连接包括用于施加高精度差分DC电压的四组线路(高强度线路(high force line)197、低强度线路(low force line)198、高感测线路(high sense line)196和低感应线路(low sense line)199)。旁路电容器185是用于抑制噪声的波滤电容器。在一个实施例中，探针保护器在0V到8V的DPS电压范围内工作。在其他实施例中，DPS电压范围可以更高或更低。

强度线路197和198从DPS向DUT运送电流。感测线路196和199与DUT紧密连接，并确保DUT处的电压接近DPS电压。开尔文连接形成允许DC源通过该源和DUT之间的电阻丝施加精确差分电压的反馈回路。在没有开尔文连接的情况下，强度线路197和198中的小电阻会引起横跨DPS和DUT之间的线路的压降。开尔文连接的感测线路198和199不运送电流，因此它们不会受到压降引起的错误的影响。

在一个实施例中，探针保护器电路120在感测线路198和199之后被连接到电路。因此，重要的是探针保护器电路120的电阻非常低，以免在电路与DUT 130连接之前线路上的高压降。在一个实施例中，探针保护器电路的开关的电阻小于25毫欧，通常最大为35毫欧左右。然而，在另一实施例中，通过利用其他因素(比如，电路的模块区域的轻微增大)开关的电阻可进一步降低。

现在参考图2，示出了根据本发明实施例的用于测试半导体芯片的示例***200。自动测试装备(ATE)主机220运行控制DUT测试的测试程序。它还可以包括用户接口，用于供ATE的用户加载测试程序并对连接到ATE 220的DUT运行测试。ATE 220被连接到测试头230。然而，在一个实施例中，ATE主机220可以仅仅是个电源(例如，48V电源)，并且运行测试的大多数智能部分被安装在测试头230中。

测试头230可以包括通过输电线195连接到探针卡240的DPS板110。在一个实施例中，在测试头230中可以有多个DPS板，这取决于DUT将吸取多少电流。本发明的原理在每个DUT从DPS模块吸取大量电流的强电流应用中特别有优势。在这种强电流应用中，所有探针尖端会因为DUT吸取的大量电流更容易被烧毁。

探针卡240可以位于测试头230上，并且可以包括探针保护器电路。探针卡还包括与DUT上的结合区电接触并且向DUT递送电能的探针尖端。探针尖端通常可以是细线、弹簧载荷的、或具有不同的形状因数。DUT上的电路通过经由这些探针尖端供应给DUT的电能被电刺激。

测试头230通常被向下折到晶片探测器280上，以便探针卡240上的探针尖端可以电力且机械地接触DUT 285。DUT 285通常是晶片上的尚未被分离的晶粒(die)。每个晶片通常包括几个被同时探测的晶粒。在某些应用中，比如存储器设备中，例如会有数百个晶粒被同时探测。探针阵列被排列，从而使得它们与用于晶粒的结合区的阵列相对应。通常，晶片210上的每个晶粒被定位并被排列在探针阵列下方，并且携带晶片210的压板215被向上移动以允许探针与芯片接触。机械控制考虑到了压板的x、y、z、和θ定位，从而使得探针点可以在结合区的准确位置上接触被测试的芯片。没有通过测试的晶粒的位置通过测试头被传送回ATE主机，以提醒用户或被存储到存储器中供以后使用。

现在参考图3，示出了根据本发明实施例的一般探针保护器电路的示例引脚图。引脚360被连接到12V DC。在一个实施例中，探针保护器电路模块需要大约12V+/-5％的公用电源进行操作，但在其他实施例中，该模块可以以更高或更低的电压进行操作。在一个实施例中，操作保护器电路模块的12V DC可以来自辅助电源电压，或在不同的实施例中，保护器电路可以泻出DPS电压。引脚350被连接到SafeStart信号，该信号允许探针保护器开关在打开位置开启，从而使得当探针尖端接触DUT的结合区并且DPS被接通时DPS与DUT之间的连接开始打开。引脚340被连接到DPS。引脚320被连接到地。引脚330被连接到DUT。引脚310是开漏输出(open drain output)该引脚拉低以指示电流限制或打开条件。

图4是根据本发明实施例的探针保护器电路120的示例示意图。探针保护器电路包括场效应晶体管(MOSFET)430，该MOSFET在接通时将DPS连接到DUT并且在切断时将电源从DUT断开。因此，MOSFET 430充当开关。在另一实施例中，也可使用不同于MOSFET的不同类型的切换元件。电流感测模块450感测DPS 110和DUT 130之间流动的电流，并且Op Amp 420确定该电流是否已经超过某个跳变点。在一个实施例中，探针保护器电路中的电流感测模块的跳变点被设置为1.2A+/-10％。在其他实施例中，该跳变点可根据测试***的需要来调整。该跳变点可在出厂时被设置为几百毫安到几安之间的任意数值。在其他实施例中，该跳变点可以由模拟控制信号或数字控制信号设置。在一个实施例中，探针保护器电路传递高达跳变点值的正电流。保护器电路传递用于电容放电的负电流。负电流不会被以正电流同样的方法限制。

电压感测模块480感测穿过MOSFET 430的压降，并且在该电压超过预定阈值的情况下发送打开MOSFET开关的信号。在一个实施例中，电压感测模块480可以是也可被用来打开MOSFET开关430的热感测电路。在其他实施例中，可以利用来自电流感测模块的跳变点来打开MOSFET。

运算放大器420控制MOSFET 430的栅极电压。运算放大器420与电流感测模块450和MOSFET 430一起形成电流源，该电流源的源值被设置为电流跳变点。在正常DUT操作下，由DUT吸取的电流小于该跳变点，并且运算放大器420的输出几乎达到12V，该输出驱动MOSFET 430进入强导通状态，从而使得MOSFET 430充当“接通”状态的开关。不考虑器件上的负载、电源波动、温度变化、以及时间推移，电压参考模块470在电流感测模块450的负极端与运算放大器420的非反相输入端之间提供固定(恒定)电压。

电压参考模块470具有两个输入(shdn1信号472和shdn2信号471)，这两个输入关断电压参考模块470从而使得运算放大器420的输出被降低。电压感测模块480的输出被连接到shdn1信号472。比较器A 410的输出被连接到shdn2信号471。

在DUT上没有被短路的连接的正常操作中，电流感测模块450的输出小于来自电压参考模块470的参考电压。因此，放大器420的非反相输入处于比反相输入更高的电压，从而导致MOSFET 430的栅极在接近12V的高正压被驱动。因此，MOSFET 430充当关闭的开关，供电流从DPS流到DUT。

比较器B 440将放大器420的输出电压的一部分与线路RefB 461上的参考值进行比较，其中，放大器420的输出电压与MOSFET 430的栅极电压相同。参考值由稳压器490生成，稳压器490为比较器410和440产生参考电压。在一个实施例中，稳压器490上的12V供应电压可以来自辅助电源电压。如果放大器420的输出低于参考值，则比较器输出线路460拉低以指示MOSFET开关430处于电流限制状态或打开状态。

比较器A 410的非反相端与由稳压器490生成的参考电压RefA 466相连。比较器A 410的反相输入与SafeStart线路465相连，SafeStart线路465可以通过上拉电阻与高达12V的电压相连，或可以有选择地连接到DPS电压。在一个实施例中，SafeStart控制信号允许控制开关初始条件。SafeStart控制信号允许用户在初始条件下开启MOSFET开关，这样不会吸取过多的电流。

如果SafeStart线路465被连到高电压，则比较器A 410的输出将为低，并且去往电压参考470的关断信号shdn2471将不被触发。如果SafeStart线路465被连接到DPS电压，则在SafeStart信号由于DPS电压趋于0V而被拉低的情况下shdn2信号471将被触发。连接到运算放大器420的非反相端的参考电压将切断，并且放大器420的输出将被降低，从而将切断MOSFET 430。当MOSFET开关被切断时，DPS被从DUT断开。

本领域技术人员可以很容易地理解，在本发明的一些实施例中，比较器A 410和比较器B 440可以包括充当比较器的运算放大器。

图5描绘了根据一个实施例的当遇到有缺陷的DUT时，通过使用智能电流感测开关来保护探针的示例过程的流程图500。然而，本发明并不限于流程图500所提供的描述。更确切地说，相关领域的技术人员从本文所提供的教导可以显而易见的是，其他功能流在本发明的范围和精神内。

尽管该方法不限于上面参考附图描述的示例性实施例，但是将继续参考这些示例实施例来描述流程图500。

现在参考图5，在方框502处，探针保护器电路120被串联放置在DPS模块110和探针125之间，其中，探针125被连接到有缺陷的DUT并被用于向DUT提供电能。

在方框504处，探针125被连接到有缺陷的DUT上的结合区。在一般操作下，SafeStart信号465将被连到高电压，所以开关将在关闭位置开启。

在方框506处，电流感测模块450感测到电流正在接近探针尖端的额定跳变点(在本实施例中被设置为1.2A)。在方框508处，当DUT电流接近跳变点时，例如，如果在具有设置为1.2A的跳变点的探针上电流开始超过1A，则放大器420开始在其线性区域进行操作。运算放大器420、电流感测模块450、和MOSFET 430形成了将电流限制到跳变点值的电流源。在一个实施例中，电流感测跳变点可以基于为电流感测模块450电路选择的电阻在出厂时被设置。在此实施例中，电流感测模块的跳变点不是可编程的，以便减小电路的尺寸并保持尽可能小的探针保护器模块空间。

在另一实施例中，该电路可被重新设计以使电流感测模块450的跳变点可编程。例如，控制线路可以被添加到该电路中，从而使得该电路可以根据其被设计保护的探针尖端的类型被重新编程。例如，如果探针尖端可处理的最大电流为1.2A，则电流感测模块跳变点的编程阈值不应该超过1.2A。在一个实施例中，该电路被集成在专用芯片中，以便在添加了控制线路以使电流感测模块可编程的情况下仍可保持其小的空间。

在正常操作下，由于MOSFET的低电阻，穿过MOSFET 430的压降很低。然而，当MOSFET 430作为电流源进行操作时，穿过MOSFET的压降升高，从而增大了MOSFET中的功率消耗。在方框508处，压降被电压感测模块480感测到，其生成shdn1信号472以在电容C_delay 481确定的时间之后关断电压参考模块470。当电压参考模块470关断时，偏置电路确保放大器420将驱动MOSFET的栅极连接到地，从而促使MOSFET起到打开开关的作用。结果，MOSFET开关430打开，将DPS 110从损坏的DUT断开。由电压感测模块480感测到的穿过MOSFET的压降越大，关断发生得越快。

这样，探针保护器电路有利地起到了智能电流限制器的作用。探针保护器电路暂时限制电流直到某些条件满足为止，然后其切换到切断电流以以保护探针(特别是可能以其他方式熔化或损坏的探针尖端)。不同于现有技术，智能电流开关无需用户干预即可自动地保护探针，从而节省了客户在更换损坏的探针时不必要的时间和花费。

随着MOSFET 430的打开，穿过MOSFET出现了DPS 110全电压，但是电流为零。这会保持电压参考模块470关断并将MOSFET锁定在打开状态。当电路中的MOSFET开关由于过流条件被触发打开时，它可以通过将DPS设置到0V、断开DPS、或通过将探针从DUT上的结合区断开被重置。在另一实施例中，当遇到过流条件时该电路没有锁定，但是反而被设计为在电流水平降到低于跳变点阈值时开关回到关闭状态。

在步骤512，开漏输出拉低以指示电流限制或打开条件。在一个实施例中，测试装置中的几个探针保护器电路的输出可以被逻辑“与”在一起并从数字引脚被读出。该信号可以被用作测试器中的正常故障处理的一部分，来确定在测试过程中是否遇到了被短路的DUT。由于内置于探针保护器电路设计中的智能组成部分，有利于在电流超过某个阈值时自动切断电流。相比之下，在现有技术的方法中，用户在采用中间测量时必须缓慢地提升电压和电流限制以确保没有DUT被短路。

图6是示出根据本发明一个实施例的测试装置的正常操作的波形图。图6示出了在三个测试正常的DUT被装置200测试并且探针保护器电路的跳变点被设置在1.2A的情况下，输入DPS电压(Vdps)、DUT电压(Vdut)、以及流过DUT的电流(Idut)的特性。在这种情况下，SafeStart信号为打开并且没有被连接到DPS。如图6所示，在时间表T300、T320、和T340期间，在探针被连接到多个DUT(DUT1、DUT2、和DUT3)的周期中Vdps和Vdut均在1.8V左右。从DPS流到DUT的电流(由Idps表示)在600mA左右，低于保护器电路的跳变点。因此，该图中的波形表示没有遇到被损坏的DUT的正常操作。因此，信号在整个时间段中被拉高。

图7是示出根据本发明一个实施例的通过探针保护器电路如何处理DUT之一上的短路的波形图。图7示出了在两个正常的DUT和一个被短路的DUT被装置200测试并且探针保护器电路的跳变点被设置在1.2A的情况下，DPS电压(Vdps)、DUT电压(Vdut)、流过DUT的电流(Idut)、以及信号的特性。在图7中，DUT2被短路，因此Vdut和Idut在时间段T420期间显示出异常特性。因为SafeStart信号处于打开状态，所以当探针在窗口T420期间被移动到DUT2时MOSFET开关430被关闭。这导致在探针保护机制被调用之前电流中出现初始尖峰。Idut峰值大约在11A并且Vdut的峰值大约在1.2V。信号在T420时间窗口期间被降低，以指示在DUT2处遇到了短路。

图8是示出根据本发明一个实施例的当遇到被短路的DUT时电流Idut的特性的图7中的事件T415的放大视图。事件T415如在图7中所示的在遇到被短路的DUT2的时间窗口T420期间发生。现在参考图8，在T510处，因为SafeStart信号465是打开的，所以MOSFET开关最初是接通的。在此阶段仅通过外电路阻抗限制涌入被短路的DUT的电流，这导致高电流尖峰。由于运算放大器420的转换速率，MOSFET开关不会立即从关闭状态变为打开状态。因此，当MOSFET 430栅极的电压从大致12V降到2V至4V左右(电路在电流限制模式中在该电压进行操作)时，会有导致T415处尖峰的短暂涌入的高电流。

在大致20微秒后的T520处，探针保护器电路开始将电流限制在1.2A。涌入的电流越大，探针保护器电路就会越快地限制电流。如果在电流被限制的同时短路被移除，例如在T530处，Vdut将恢复到Vdps值。在此波形图中，探针保护器电路停留在电流限制模式直到大致T540处为止。停留在电流限制模式的时间取决于DPS电压和DUT短路电阻。较高的DPS电压和较低的短路电阻会缩短该时间。最终在T550处，探针保护器MOSFET开关打开。在这次之后大致需要10ms进行重置。

由于运算放大器420的有限增益带宽，当DUT连接被短路时需要一定的时间从关闭开关状态转换到限制电流状态。如上所述，在此期间，主要由外电路阻抗限制通过开关的电流。因为转换的持续时间很短，所以尽管电流很高，但探针尖端的温升依旧很小。

然而，在一个实施例中，可以通过在打开状态开启开关并使开关在DPS电压提升时关闭，来消除从开关关闭到限制电流的转换时间。通过将SafeStart线路465连接到DPS电压，比较器A410在SafeStart低于线路RefA 466上的电压值时，通过关断电压参考模块470来完成此项任务。RefA电压值必须低于电压感测模块480的阈值电压，使得开关不会锁定在打开位置。

在一个实施例中，还可适时地通过外部逻辑信号控制SafeStart。如果在探针接触DUT之前DPS电压没有被设置得低于最小阈值电压(例如0.25V)，则可以使用来自测试工具比特之一的外部控制信号来驱动图4中所示的SafeStart信号。如果在探针接触形成的同时控制信号驱动SafeStart降低，则开关将在探针接触期间打开并且不会有电流流动。当外部控制信号驱动SafeStart升高时，开关将被关闭。如果外部信号跟随DPS，则探针保护器将如图9-12中所示进行操作，其中SafeStart被连接到DPS。涌入的电流将被限制在1.2A，并且探针将被保护。

图9是示出根据本发明一个实施例的在SafeStart信号被连接到DPS的情况下测试装置的正常操作的波形图。图9示出了在三个正常DUT被装置200测试并且探针保护器电路的跳变点被设置在1.2A的情况下，DPS电压(Vdps)、DUT电压(Vdut)、流过DUT的电流(Idut)、以及信号的特性。当SafeStart被连接到DPS信号时，每当DPS(控制信号)电压变低时SafeStart就会被拉低。因此，在时间窗口T710和T730期间，当Vdps为低时，MOSFET开关保持打开，并且相应地信号在那些时间段被拉低。在这种情况下，由于SafeStart使开关保持打开，所以信号上的低电压不表示异常情况。该波形与图6中的波形在所有其他方面都类似并且表示DUT不包括任何问题。如图9所示，在探针接触多个DUT(DUT1、DUT2和DUT3)，并且开关移动到关闭状态的周期中，Vdps和Vdut均在1.8V左右。

图10是示出根据本发明一个实施例的当SafeStart信号被连接到DPS时信号的特性的图9中的事件T770的放大视图。在T800处，当SafeStart低于0.25V时，探针保护器MOSFET开关430保持在打开位置并且信号相应地做出响应。为了使探针保护器开关完全打开，如事件T810所示，SafeStart信号必须保持3ms低于0.25V。

图11是示出根据本发明一个实施例的当SafeStart信号被连接到DPS时探针保护器电路怎样处理DUT之一上的短路的波形图。图11示出了在两个正常DUT和一个被短路的DUT(DUT2)被装置200测试并且探针保护器电路的跳变点被设置在1.2A的情况下，DPS电压(Vdps)、DUT电压(Vdut)、流过DUT的电流(Idut)、以及信号的特性。在图11中，DUT2被短路，因此Vdut和Idut在时间段T920期间显示出异常特性。然而，事件T915与图7中的事件T415相比较时可以从事件T915中明显看出，在这种情况下Idut中没有初始电流尖峰，相应的在Vdut中也没有电压尖峰。实际上，Idut电流从未超过1.2A。

图12是示出根据本发明一个实施例的在SafeStart信号被连接到DPS的情况下当遇到被短路的DUT时电流I-dut的特性的图10中的时间表T915的放大视图。在事件T1010处，由于探针保护器开关最初是打开的，所以没有电流涌入被短路的DUT。在事件T1020处，在开关已经关闭后，探针保护器电流限制在1.2A。在此波形图中探针保护器电路停留在电流限制模式直到大致T1030处。停留在电流限制模式的时间取决于DPS电压和DUT短路电阻。较高的DPS电压和较低的短路电阻会缩短该时间。最终在T1040处，探针保护器MOSFET开关再次打开。

虽然前面的公开使用具体框图、流程图、和示例阐述了各种实施例，但是每个框图组件、流程图步骤、和/或本文阐述和/或描述的组件可以使用范围广泛的硬件、软件、或固件(或以上任意组合)配置单独和/或共同被实现。此外，任意包括在其他组件内的公开组件应当被视为示例，因为许多其他的结构可被实施为实现相同的功能。

本文所述和/或所示的过程参数和步骤序列仅以示例的方式给出。例如，虽然本文所述和/或所示的步骤可以以特定的顺序被示出和讨论，但是这些步骤不一定需要以所示或所讨论的顺序被执行。本文所述和/或所示的各种示例方法也可省略本文所述或所示的一个或多个步骤，或包括那些公开之外的额外步骤。

虽然本文所述和/或所示的各种实施例在上下文中的描述是完整功能的计算***，但是一个或多个这些示例实施例可以被分配成各种形式的程序产品(不考虑实际上用于执行分配的特定类型的计算机可读介质)。还可使用执行某些任务的软件模块执行本文公开的实施例。这些软件模块包括存储在计算机可读介质上或计算***中的脚本、批处理或其他可执行文件。

在前所述是出于解释的目的通过参考特定的实施例描述的。然而，上述说明性的讨论并不旨在穷尽或限定本发明到公开的精确形式。鉴于上述的教导，许多修改和变化是可能的。所选择并描述的实施例是为了更好地解释本发明的原理和其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够更好地利用本发明和具有可适用于预期特定用途的各种修改的各种实施例。

因此，根据本发明的实施例被描述。虽然本公开在特定实施例中被描述，但应当理解的是本发明不应该被解释为由这种实施例限定，而是根据下面的权利要求被解释。

Claims (25)

1.一种在自动测试中使用的保护探针的方法，所述方法包括：

通过探针从器件电源(DPS)向被测器件(DUT)供应电能，其中所述探针被耦合到所述DUT上的接触点；

经由被串联耦合在所述DPS和所述DUT之间的探针保护器电路监控通过所述探针的电流，以确定所述电流是否低于预定阈值电流；以及

如果所述电流超过所述预定阈值电流，则限制所述电流。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：在经过所述电流超过所述预定阈值电流的时间段后，传送能够操作将所述DPS从所述DUT断开的信号。

3.如权利要求2所述的方法，还包括：提供能够操作以指示所述电流已经超过所述预定阈值电流的输出信号。

4.如权利要求2所述的方法，还包括：重置所述探针保护器电路以重新将所述DPS连接到所述DUT，其中，重置是从包括以下各项的群组中选择的：将所述DPS电压设置到0V、断开所述DPS、将所述探针从所述DUT上的所述接触点断开、以及接收外部产生的重置信号。

5.如权利要求2所述的方法，还包括：通过切断所述探针保护器电路内部的将所述DPS连接到所述DUT的开关，将所述DPS从所述DUT断开。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述开关是晶体管。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述传送响应于检测到超过预定阈值电压的穿过所述晶体管的压降。

8.如权利要求6所述的方法，还包括：在安全模式下操作所述探针保护器电路，其中，所述安全模式包括在所述DPS处于接通状态的同时并且在将所述探针耦合到所述DUT上的所述接触点之前保持所述晶体管处于切断状态，以避免电流中的任意瞬间峰值。

9.如权利要求7所述的方法，其中，在传送所述信号以将所述DPS从所述DUT断开之前经过的所述时间段取决于穿过所述晶体管检测到的所述压降的幅度。

10.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定阈值电流是可编程的。

11.一种在自动测试中使用的保护探针的装置，所述装置包括：

能够操作以从器件电源(DPS)向被测器件(DUT)提供电能的探针，其中所述探针被耦合到所述DUT上的接触点；以及

在所述DPS和所述DUT之间被串联连接到所述探针的探针保护器电路，其中，所述探针保护器电路包括：

能够操作以监控从所述DPS到所述DUT的电流以确定所述电流是否低于预定阈值电流水平的电流感测模块；以及

用于控制从所述DPS到所述DUT的连接的开关，其中，所述开关被耦合到所述电流感测模块，并且其中，所述开关能够操作以结合所述电流感测模块使用来在所述电流超过所述预定阈值电流水平的情况下限制所述电流。

12.如权利要求11所述的装置，其中，所述探针保护器电路还包括电压感测模块，所述电压感测模块能够操作以感测穿过所述开关的电压，并且还能够操作以在穿过所述开关的电压超过预定阈值水平电压的情况下传送促使所述开关打开并将所述DPS从所述DUT断开的信号。

13.如权利要求11所述的装置，其中，所述探针保护器电路还包括热感测模块，所述热感测模块能够操作以感测所述开关的温度，并且还能够操作以在所述开关的温度超过预定阈值的情况下传送促使所述开关打开并将所述DPS从所述DUT断开的信号。

14.如权利要求12所述的装置，其中，所述电压感测模块能够操作以在所述开关已经持续限制所述电流达预定时间段后传送将所述DPS从所述DUT断开的所述信号，在所述预定时间段期间所述电流超过了所述预定阈值电流。

15.如权利要求14所述的装置，其中，所述预定时间段取决于由所述电压感测模块感测到的穿过所述开关的电压的幅度。

16.如权利要求11所述的装置，其中，所述预定阈值电流水平是可编程的。

17.如权利要求11所述的装置，其中，所述探针保护器电路能够操作以通过从包括以下各项的群组中选择的程序被重置：将所述DPS电压设置到0V、断开所述DPS、将所述探针从所述DUT上的所述接触点断开、以及接收外部生成的重置信号。

18.如权利要求11所述的装置，其中，所述探针保护器电路能够操作以生成输出信号，以指示所述电流已经超过所述预定阈值电流水平。

19.如权利要求11所述的装置，其中，所述探针保护器电路还包括在DPS处于接通状态的同时在将所述探针耦合到所述DUT上的所述接触点时将所述开关维持在切断状态的信号，以避免电流中的任意瞬间峰值。

20.一种测试***，包括：

测试头，该测试头包括探针卡和至少一个器件电源(DPS)，所述探针卡包括多个电能探针，其中，所述多个电能探针被连接到所述DPS并从所述DPS获取电能；以及

探针器，用于定位至少一个晶片，其中，所述至少一个晶片包括多个将被测试的被测器件(DUT)，

其中，所述测试头能够操作以被降低到所述探针器上，以允许所述多个电能探针中的每个电能探针连接到所述晶片上的关联DUT并向所述关联DUT提供电能，并且其中，所述多个电能探针中的每个电能探针包括：

在所述DPS和所述关联DUT之间串联连接到相应探针的探针保护器电路，其中，所述探针保护器电路包括：

能够操作以监控从所述DPS到所述关联DUT的电流以确定所述电流是否低于预定阈值电流水平的电流感测模块；以及

用于控制从所述DPS到所述关联DUT的连接的开关，其中，所述开关被耦合到所述电流感测模块，并且其中，所述开关能够操作以结合所述电流感测模块使用来在所述电流超过所述预定阈值电流水平的情况下限制所述电流。

21.如权利要求20所述的***，其中，所述探针保护器电路还包括电压感测模块，所述电压感测模块能够操作以感测穿过所述开关的电压，并且能够操作以在穿过所述开关的电压超过预定阈值水平电压的情况下传送促使所述开关打开并将所述DPS从所述DUT断开的信号。

22.如权利要求20所述的***，其中，所述预定阈值电流水平是可编程的。

23.如权利要求20所述的***，其中，所述探针保护器电路能够操作以通过从包括以下各项的群组中选择的程序被重置：将所述DPS电压设置到0V、断开所述DPS、将所述探针从所述DUT上的所述接触点断开、以及接收外部生成的重置信号。

24.如权利要求20所述的装置，其中，所述探针保护器电路能够操作以生成输出信号，以指示所述电流已经超过所述预定阈值电流水平。

25.如权利要求20所述的装置，其中，所述探针保护器电路能够操作以在DPS处于接通状态的同时在将所述探针耦合到所述DUT上的所述接触点时生成能够操作以将所述开关维持在切断状态的信号，以避免电流中的任意瞬间峰值。