一種CCD漏電流自動掃描測試系統設計

文/張婷婷 周建勇 陳紅兵 任思偉

隨著CCD技術的發展，內線轉移、全幀轉移、幀轉移、TDI、EM、PtSi紅外焦平面探測器等各類CCD圖像傳感器在各個領域得到廣泛應用，CCD器件需求量顯著提高。其中，在CCD工藝檢測方面，尤其在保證不毀壞芯片的同時，判斷CCD傳感器內部電極之間是否存在短路或漏電情況，即快速檢測CCD器件管腳漏電流成為CCD在生產封裝過程中一項非常關鍵的技術。現階段，每款CCD器件的漏電流測試均需設計對應的電路，設置測試電壓、漏電流大小范圍、測試持續的時間等以實現其漏電流的測試。同時，測試CCD器件漏電流一般包括CCD柵電極對地漏電流和CCD管腳間漏電流測試兩種測試要求。其中CCD柵電極對地漏電流測試的是柵電極（管腳）相對于器件信道（地）的總漏電流。CCD管腳間漏電流測試的器件的每個引線端（管腳）和其它不同定義引線端（管腳）之間的漏電流總和。針對漏電流的測試具有準確性和快速性這一矛盾的測試特點，我們尋求一種新的方案，能高效、準確的進行漏電流測量，以保證項目的質量和進度。

1 電路設計與分析

CCD圖像傳感器種類眾多，結構差異大，管腳數量不一，針對不同的CCD漏電流測試需要設計對應的測試電路。同時，一方面在漏電流測試過程中，一般要求操作簡單安全，以防止由于檢測而損壞芯片，保證檢測結果的可靠性，另一方面由于需檢測的器件需求量大，每只器件被測管腳數量多，從而對檢測速度提出了很高的要求。針對這些測試特點，本領域技術人員進行了相關探索，開展了CCD器件漏電流測試裝置的設計研究，采用一種裝置同時實現各常規CCD柵電極對地漏電流和CCD管腳間漏電流測試功能。并在保證漏電流檢測的可靠性前提下，提高檢測速度，克服CCD器件漏電流測試電路設計制作周期長，測試操作復雜，工作量大等問題。

測量系統由測量電路和上位機兩部分組成。其結構方案如圖所示。測量電路包括FPGA模塊、SPDT模塊、CCD插座模塊、電流表和串口模塊組成。FPGA模塊以FPGA為核心，接收上位機的各項控制命令，控制SPDT通道選擇，控制可添加可調電壓大小，返回測試狀態等。SPDT模塊以選用SPDT繼電器單元，使一個SPDT繼電器單元電路均與一個CCD管腳連接，采用多路SPDT繼電器，構成SPDT模組模塊。CCD插座模塊通過結合分析當前常規CCD器件管腳分布及排列，設計兼容常規CCD器件管腳可用插座。如圖1所示。

本測試電路以選用單刀雙擲開關為要點，采用多路SPDT開關排列組合，形成SPDT開關模塊，通過FPGA模塊控制SPDT開關選通待測管腳，給被測管腳加電VCC，其余管腳的SPDT開關選通連接GND，添加限流保護電路，連接電流表，形成漏電流測試單元電路。在測試不同CCD管腳時，選擇對應SPDT繼電器單元電路連接至穩壓電源輸入，其余管腳對應的SPDT繼電器單元電路連接至GND，在不改變硬件電路設計的前提下，只用通過上位機軟件操作，使用FPGA控制，實現對CCD管腳多通道選通，實現其各漏電流測試的功能。

2 自動化采集設計與實現

本測試系統的上位機采集部分，基于硬件多通道電路設計，結合串口通信接口，設計軟件控制及采集，實現對電壓的設置、CCD管腳的選通、測試方式的選擇、測試結果的記錄與保存，以及自動循環測試等功能。同時在各次測試中，可保存各次管腳配置，便于測試的重現及同需求CCD器件管腳的漏電流測試。最后搭配直觀易懂的軟件操作界面，最終實現CCD器件管腳漏電流的智能測試。軟件控制流程圖如圖2所示。

圖1：測試系統原理圖

圖2：軟件控制流程圖

3 實際應用

使用本系統進行CCD漏電流測試時，首先檢測測試電路各接口連接器及各，將測量電路與上位機連接，然后將CCD安裝到測量電路的CCD模塊載板上，啟動電源，按要求在上位機采集界面設置好各項參數，最后開始測量。測量系統實物圖如圖3所示。

本次測試以典型的某型CCD器件漏電流為例，測試其各管腳對地漏電流和管腳間漏電流，測量完成后，測量數據直接保存至Excel表。本次測量共耗時16分鐘，測量管腳106只。

經實際測試CCD芯片管腳漏電流試用，該電路能滿足各類常用CCD芯片管腳漏電流測試。該電路元器件選型及各參數設計達到了預期的設計目的。

4 結論

本文介紹了一種多通道的自動化CCD固體傳感器漏電流測量裝置的設計與實現。使用該系統，最多可以一次同時完成384個通道的漏電流測量，適用于各類常規CCD器件，極大提高了探測器篩選時的效率。使用該系統極大的避免器件測試時的損壞，同時測得的結果誤差小，并且系統還具有成本低和操作簡單等優點，極大地節約了人力物力。本系統已經投入使用，效果良好。在其他需要測量大批探測器漏電流的，本系統具有很重要的參考價值。

圖3：多通道自動化CCD漏電流測試裝置實物圖