太克

測試與量測解決方案供應商太克(Tektronix)日前發布了新款Keithley S530系列參數測試系統，以及 KTE 7 軟體和其他增強功能。S530 平台使半導體製造廠能為高速成長的新技術增添參數測試能力，同時有效地降低 CAPEX 投資，並顯著地提升每小時晶圓產量。總體擁有成本隨之降低後，將有助於製造商在競爭激烈的新市場中因應龐大的價格壓力。 奠基於新興寬能隙(WBG)技術的新型半導體產品(如GaN和SiC)有望達成更快的切換速度、更寬的溫度範圍、更好的電源效率以及其他優勢。為了滿足這些產品的測試需求，以 KTE 7 為基礎的 S530 平台提供了實驗室等級的量測效能，以及較短的設定和測試時間。隨著新應用的出現和需求的變化，高達 1100V的高速、全彈性的解決方案亦應運而生。這使晶片製造商能夠以最少的投資，在單一系統上利用最短的測試/設定時間，經濟高效地將其擴展至高速成長的電源和WBG裝置(包括汽車市場)中。 Keithley/Tektronix副總裁兼總經理Chris Bohn表示，類比和混合訊號半導體製造商在 5G 通訊、汽車、物聯網、醫療、綠色能源和其他市場中不斷面臨各種新型最終用途應用的旺盛需求。這個重要的測試平台更新有助於這些客戶能更快速、更具成本效益地將新產品推向市場，同時使他們能夠靈活地適應未來的新需求。 S530 系列的創新功能可在廣泛的產品組合中顯著提升測試儀的利用率，並輕鬆遷移現有的測試軟體、探棒卡和其他產品，同時提供完整的資料關聯性、有效提升測試速度。S530-HV 機型能夠在任何針腳上測試高達 1100V 的電壓，與電源和WBG應用中的其他競爭系統相較，可將輸送量提高50%以上。晶片製造商可以使用單一系統測試多種產品組合，包括根據 IATF-16949 品質管理標準的汽車產品。客戶可在內部進行校驗以盡可能地降低停機時間，也可以透過 Tektronix...

太克(Tektronix)日前宣布推出新型6B系列混合訊號示波器(MSO)，將Tektronix主流示波器產品組合的效能門檻提升至10GHz和50GS/s。加強型MSO 6B系列是專為滿足嵌入式設計中對高速資料移動和處理的需求而開發，具有12位元ADC和較低雜訊、10GHz頻寬以及多達8個FlexChannel輸入，提供了良好的訊號完整性，讓使用者可以放心地針對現今的嵌入式系統進行所需的分析和除錯作業，同時享有令人驚艷的易用性。除了MSO6B系列，Tektronix還推出了新款TDP7710 TriMode探棒，擴充了TriMode探棒的範圍以充分因應新示波器的發展。 Tektronix副總裁兼總經理Chris Witt表示，在Tektronix，該公司致力於提供高效能的測試和量測設備，以滿足產業對於速度和準確度之間精確平衡的不斷成長的需求。嵌入式設計會納入額外的感應器來產生越來越多的資料，當然複雜度也就隨之提升。而這款儀器將能滿足測試這些系統的各種新要求，進而推動視訊、運動和3D感應技術的發展。 新型MSO6B系列的功能超乎預期，使製造商能夠將尖端和高效能的產品帶入工業、醫療、消費和電腦市場。這款儀器設計精美，針對要求混合訊號設計疑難排解並加快串列匯流排速度的更高速嵌入式設計而言，正是理想的產品選擇。MSO6B系列在半導體、電源完整性、汽車、國防、航太、研究及其他領域的多種應用中也能展現強大的威力。 MSO6B系列提供了頻寬、取樣率、垂直解析度、低雜訊和高ENOB的卓越組合，可提供出色的量測和信心度。憑藉高達10GHz的完全可升級頻寬和高達50GS/s的取樣率，使用者可以在高效能設計中更充分地瞭解訊號。此儀器具有訊號完整性，在1mV/div和1GHz時產生的雜訊小於51.1µV，而在50mV/div和10GHz時產生的雜訊則小於1.39mV。MSO6B系列是業界第一款頻寬超過2GHz的示波器，可提供4、6或8個通道。每個Flex Channel均可使用TLP058邏輯探棒將輸入轉換為8個數位通道，以增加可視性。

太克(Tektronix)日前宣布推出新型 8 系列取樣平台，這是一款具有平行擷取功能的分解模組化儀器系列，每部主機皆具有多達 4 個通道，且可針對在多個輸入端上同時傳送的 PAM4 光訊號提供最高的量測準確度。8 系列由 TSO820 取樣示波器主機、光學取樣模組和 TSOVu (新軟體平台) 組成，其中 TSOVu 是一種新的軟體平台，能在主機 PC 上獨立於示波器主機執行，可即時和離線處理擷取的資料。Tektronix 同時還推出了外部光學時脈還原模組 TCR801，可涵蓋 26GBd 和 53GBd 的雙頻段範圍。這些功能強大的儀器和軟體為快速擷取和分析工作提供了完整的平台解決方案。 Tektronix 高效能產品組合總經理...

雷射二極體和VCSEL的基礎測試是光電流電壓(LIV)曲線測試，此測試同時亦會量測裝置的電和光的輸出功率特性(圖1)。這項測試主要用來在裝置進入組裝前分揀或剔除不良裝置。DUT要進行電流掃描，同時記錄掃描中每一步的前向電壓下降。同時，儀器會監測光功率輸出，然後分析得到的資料，確定雷射特點，包括雷射臨界值電流、量子效率和「轉折點」偵測(第一個衍生光功率輸出與注入電流曲線中的局部化負斜率)。 圖1　LIV曲線 LIV測試首重熱量管理/熱效應 脈衝式LIV測試最好在生產早期完成，也就是在將VCSEL組裝到模組中之前。對仍位於晶圓上的VCSEL、雷射二極體及脈衝式測試至關重要，因為裝置在這個時候沒有溫控電路。使用直流測試可能會改變其特點，甚至在最壞情況下會破壞裝置。在之後的生產階段，當其組裝到具有溫控的模組中時，裝置可以進行直流測試，然後將測試結果與脈衝式測試結果進行對比。由於溫度位移導致裝置特點變化，某些裝置會通過直流測試，但卻無法通過脈衝式測試。 VCSEL特別適合用於切片前晶圓階段測試，因為其輻射與晶圓平面垂直的光能量。儘管許多VCSEL可在非脈衝模式下測試，因為其效率很高，但功率較高的裝置要求在生產早期階段進行脈衝式測試，這可避免產生高熱顆粒，如果執行非脈衝式直流測試，高熱顆粒會引起機械壓力。 LIV特性與雷射溫度相關，在測試過程中必須緊密控制雷射溫度，就像正常操作中一樣。為什麼要執行低工作週期脈衝式LIV測試？主要原因有熱量管理、熱回應和暫態回應。一般而言，這些問題的出現，是因為必須在安裝到熱量管理裝置之前，如散熱器或熱電冷卻器(TEC)，有時稱為帕爾帖裝置，針對雷射二極體和VCSEL執行直流測試。 在雷射二極體或VCSEL正確安裝在TEC，並在模組系統或封裝中執行時，其溫度可以保持在±0.005℃範圍內。在典型沒有冷卻的非脈衝式LIV測試中，自熱會影響雷射的電和光效能。內部溫度位移會改變前向電壓下跌、動態電阻、量子效率和其他特點。在較短持續時間的脈衝中，雷射二極體的平均功耗產生的熱效應最小。 然而本文發現，脈衝式LIV效能差的VCSEL或雷射二極體可能會通過非脈衝式測試。這些有問題的裝置通常會在光纖資料通訊系統使用的雷射二極體模組中導致高誤碼率，或在以VCSEL為基礎的車用LiDAR系統中導致偵測問題。 另一類問題是脈衝式LIV特性很好，但卻無法通過非脈衝式測試。一般而言，這些裝置會在雷射啟動後幾微秒內在光學上變得不穩定，同時伴隨著光輸出下跌到預計光功率的幾分之一。因此，在適當的生產階段比較脈衝式LIV掃描與非脈衝式LIV掃描，可以更完整指示DUT效能及模組和封裝中，內建的熱量管理裝置效果。 LIV測試電流脈衝特性剖析 測試雷射二極體或VCSEL要求正確形狀的電流脈衝，應相當迅速達到全部電流(但不要過快而導致過衝和振鈴)，然後要保持平坦足夠的時間，確保結果準確顯示雷射二極體的真實輸出。脈衝式LIV測試中的第一個挑戰，是提供擁有適當的振幅、持續時間、工作週期及上升時間和下降時間的恆定電流脈衝，如圖2所示。 圖2　10A，10μs電流脈衝，1.7μs上升時間 為最佳化轉折點偵測，LIV掃描中相鄰電流階躍之間的脈衝特點差異必須盡可能確定，如圖3所示。 圖3　VCSEL上1A/2.5A/5A/7.5A和10A處振幅掃描 傳送電流脈衝有兩種常用方法：將脈衝式恆定電流源直接耦合到雷射二極體，以及使用驅動已知電阻的脈衝式恆定電壓源。在這兩種方式中，脈衝式電流源的穩定性更好。 脈衝式LIV測試的最大源訊號振幅一般會超過雷射二極體或VCSEL一般工作電流的兩倍。對早期測試，通常使用500ns~50μs的脈衝寬度，工作週期一般會≦3%。電流可以在數十毫安培到數安培。此測試條件是因為要盡可能降低平均功耗，同時縮短測試持續時間。這可能會對系統提出很高的需要，特別是在阻抗匹配方面。 高電流脈衝的上升時間和下降時間應足夠短，以保證電流脈衝頂部的平坦時間。上升時間和下降時間之和應小於總脈寬的30%，以允許頂部的訊號穩定時間和平坦時間。另一方面，轉換速率要盡可能低，以降低高頻頻譜成分，協助減少脈衝傳輸問題和穩定時間。 脈衝傳送/電纜電感克服震盪 同軸電纜廣泛用於將快速訊號傳送到待測裝置。每條電纜都有自己的特性電纜阻抗，這種特性阻抗同時與電容和電感有關。兩者之間最關鍵的係數是電纜電感，以提供乾淨的10μs脈衝。計算這個電感時需要的變數有中心導體直徑、到外部遮罩層的距離和長度，如圖4所示。同軸電纜的相對磁導率通常為1，這取決於絕緣體的材料。例如在內徑是1mm、外徑是3.5mm、長度為1m，且相對磁導率為1時，可計算出同軸電纜的電感是250nH，這幾乎是同軸電纜電感的典型值。至於非遮罩電纜的電感則要高得多。 圖4　同軸電纜電感 其中Lcoax為同軸電纜的電感，單位為亨利(H)；μ0為真空磁導率，其為4π×10-7；μr為相對磁導率；D為同軸電纜外徑；d為同軸電纜內徑；L為同軸電纜長度。 在大多數情況下，從測試儀器到DUT會並聯兩條同軸電纜，一條連接到高電位端子，而另一條則連接到低電壓端子。問題是，兩條電纜的電感並不是一條電纜電感的兩倍，而是高出3~6倍(視電纜如何從儀器輸送到DUT而定)。例如，1公尺長、250nH電感的電纜，兩條電纜並聯時，電感並不是500nH，而是可能高達1.5μH。這可能會產生額外的環路電感(視兩條電纜相距的距離有多遠)。為消除環路電感，兩條電纜的遮罩層應在電纜兩端捆紮在一起。 電纜中電感帶來的最大挑戰是如何克服電流脈衝中的振盪、過衝和下衝。在電容可能會導致電壓脈衝振盪時，電感會給輸出電流穩定性帶來負面影響。如圖5便說明多個電感負載對100μs脈衝的影響。 圖5　電感器上的1A 100μs脈衝，1μH/3μH/5μH 測試結果指出，在電感提高時，脈衝形狀的過衝和不穩定程度也會提高。不穩定會導致很難進行準確量測，因為脈衝穩定時間可能會太長。 另一個與電纜電感有關的問題是脈衝的上升邊緣和下降邊緣積累的電壓。經過電感器的暫態電壓可以用L×di/dt計算得出，其中L是電感，di/dt是電流相對於時間的變化速率。讀者可能會猜到，上升時間和下降時間越短，邊緣累積的電壓越大。在圖6和圖7中，脈衝中22μs的上升時間會在上升邊緣產生2V的電壓；但1.6μs的上升時間會產生大約10V電壓尖峰。這個電壓尖峰會在邊緣給儀器帶來某些電壓上的負擔。儀器必須支援電壓峰值。如果電壓有限，則上升邊緣可能會很慢。在快速脈衝中，更嚴重的高壓峰值問題是要求額外的穩定時間，才能進行精確的電壓量測。 挑戰在於如何為裝置提供一個可用的電流脈衝，而又不會產生振盪、過衝和下衝，進而能夠正確測試裝置，即使在電纜電感及裝置間電感可變性變化時，仍能進行準確的電壓量測。 圖6　1μH電感器上22μs上升時間，10A脈衝   圖7　1μH電感器上1.6μs上升時間，10A脈衝 光耦合至偵測器條件限制 擷取雷射二極體的脈衝式光輸出並不是一項輕鬆的任務。通常會使用三種偵測器材料：矽(Si)、鍺(Ge)和銦鎵砷化物(InGaAs)。每種材料都有優勢和劣勢。如圖8所示，偵測器的選擇在很大程度上取決於涉及的光的波長。在波長小於800nm時，矽是唯一的選擇。但大部分電信設備的工作波長是1,300nm~1,700nm，在這種情況下，InGaAs似乎是最佳選擇，因為其回應相當一致，而且能夠支援最高約1,700nm的波長。 圖8　偵測器的選擇在很大程度上取決於涉及的光波長 來自雷射二極體的輸出可以透過多種方式耦合到偵測器。其中一種方式是將雷射直接對準偵測器，但這種方式有多種缺點。並不是所有光都能到達偵測器。 對封裝零件而言，通常最佳的解決方案是積分球—內部是一個空心球，外面包著一層反射材料，配有一個偵測器安裝架，有一個埠饋入要量測的光(圖9)。積分球接收來自光源的所有光，隨機化其偏振，將光均勻分布在內部表面。然後透過球體側面安裝的偵測器會「看到」饋入球體的光可量測、可重複的部分(大約1%)。 圖9　積分球解決將儀器耦合到雷射二極體輸出的問題 待量測的光很充足，但不足以讓偵測器超載。不過，在晶圓級測試VCSEL時，積分球並不實用。在正常情況下，晶圓探棒會透過探棒卡在電氣上連接到每個裝置。探棒台還將光偵測器直接放在裝置上方。如果探棒卡能夠同時連接多個裝置，則可構建與圖10所示的類似測試系統，每次在探棒卡接觸晶圓時測試所有裝置。由於晶圓上的裝置數量高，使用掃描方式測試多個裝置可能會耗時很長。對要求高輸送量的應用，最佳解決方案通常是使用多對儀器來並行測試多個裝置。 圖10　雷射二極體模組典型的LIV測試設定。可使用相同儀器測試VCSEL；2601B-PULSE用來為待測裝置提供10A@10V@10μs的電流脈衝，使用數位萬用電表監測光輸出，同時由TEC控制模組溫度 儀器多工設計簡化LIV測試難度 在脈衝LIV測試中，最困難的任務之一，是擷取雷射二極體在峰值時的脈衝式光輸出。光脈衝持續時間短，對大多數商用光功率計而言並非合適的訊號。一般而言，脈衝LIV測試中最困難的任務之一是擷取雷射二極體在峰值時的脈衝式光輸出。光功率計是為要求幾秒積分時間完成一個讀數的高準確度量測而設計。儘管可以使用這些儀器，但其要求很長的積分週期，才能累積數千個雷射脈衝。然後韌體或外部PC的測試程式必須計算峰值光功率，並假設平均功率是驅動雷射的電流脈衝的工作週期的函數。此外，還有一個進一步的假設，即雜訊訊號的積分是零。 由於光功率計存在的缺陷，測試工程師已為脈衝式LIV測試設計出更快速、更準確的測試方法。量測饋送高速脈衝的雷射二極體中的電壓和電流並不容易。 在歷史上，最常用的方法是採用機架安裝的多台儀器，並在PC控制器上執行相當複雜的客製化軟體。除使用PC進行測試定序和訊號分析外，這一系統使用的設備還有電流脈衝產生器/SMU儀器、光量測裝置(光電偵測器等)、熱電冷卻裝置儀器，以及數位萬用電表(用來量測積分球或光電偵測器的輸出訊號)。 這類系統的設計方式是同時包括脈衝式工作模式和非脈衝式工作模式。這種雙重功能可以使用相同的量測通道，在一個平台上執行兩類LIV掃描(脈衝式和直流)，如圖11所示的Keithley 2601B-PULSE System Source Meter 10μs脈衝產生器/SMU儀器，其控制環路系統對3μH以下的負載變化不需要進行調諧，因此在電流高達10A，輸出10μs~500μs的脈衝時，電流脈衝沒有過衝和振鈴。這保證時間快速上升，可以為裝置提供電流脈衝，正確分析裝置或電路特性。透過對比脈衝式測試結果與非脈衝式測試結果，可以得到與DUT效能更完整的資訊。 圖11　Keithley 2601B-PULSE System Source Meter 脈衝產生器結合SMU　改善系統速度/輸送量 效率和低成本是在現今製造生產環境中生存的關鍵因素。測試必須快速、準確、成本低。這意謂著使用光功率計並不是最佳選擇，因為會隨著時間積分光輸出，低工作週期輸入可能會延長積分週期。此外，量測的準確度取決於脈衝工作週期的準確度，以及光輸出工作週期與電輸入工作週期的匹配程度。 對許多儀器而言，PC負責控制測試的所有流程。在測試序列每個要素中，必須為每項測試配置儀器，儀器執行所需的操作，然後將資料返回主控PC。而主控PC必須評估測試通過/未通過指標，執行相應操作來約束待測裝置。發送和執行的每條命令都會占用生產時間，降低輸送量。 顯而易見地，此測試序列中有很大的部分是與PC來回傳送資訊。像2601B-PULSE和Keithley新DMM等儀器提供獨特功能，透過降低通訊匯流排上的業務量，顯著提高複雜測試序列的輸送量。 在這些儀器中，絕大部分的測試序列嵌入在儀器中。Test Script Processor(TSP)是一種全功能測試序列引擎，可以控制測試序列，並擁有內部測試通過/未通過指標、計算和數位I/O控制功能。TSP可以在記憶體中儲存使用者自訂的測試序列，並透過命令執行這些測試序列。這種方式限定測試序列中每一步的「設定」和配置時間，提高了輸送量，因為其減少儀器與PC之間的通訊數量。 本文回顧電纜電感的影響、熱量管理需求以及建立脈衝式和直流LIV測試系統的各種組成部分。 在生產輸送量至關重要時，像2601B-PULSE System Source Meter方案在一台儀器中同時提供脈衝產生器和SMU；這款儀器的脈衝產生器功能提供可靠且可重複的脈衝波形、寬度、上升時間和下降時間(最高可達10A@10V，最低可達10μs)。 而這款儀器提供許多好處，包括不需手動調諧脈衝輸出就可以確保高脈衝完整性，縮短測試時間，節省生產成本；使用一台儀器進行直流/脈衝電流和電壓量測；分析VCSEL的特性，並開發下一代材料、裝置和模組；使裝置自熱狀況達到最小，盡可能降低探棒頭燒毀風險，保護VCSEL、VSCEL陣列及LED；量測低達單位數ms的取樣速率，同時輸出10μs，10A@10V電流脈衝。 (本文作者為太克科技SMU產品行銷經理)

太克科技日前宣布推出全新TBS1000C數位儲存示波器。這是Tektronix入門級產品組合中新加入的經濟型示波器，也是TBS1000系列的全新生力軍。 TBS1000C系列擁有7吋WVGA彩色顯示器，提供了高達1GS/s的取樣速率和50MHz至200MHz的頻寬。此系列還包括Tektronix HelpEverywhere系統，在整個使用者介面中提供實用提示和使用技巧，讓新使用者更容易上手。除TBS1000C系列外，Tektronix還在2019年發布了3系列混合域示波器，並在2020年初發布了TBS2000B數位儲存示波器系列，拓寬了桌上型儀器產品組合。 Tektronix的入門級示波器產品組合提供了不同等級的功能和成本。TBS1000C數位儲存示波器是最初級的產品系列，是為快速實踐教學和簡便操作所設計。除7吋WVGA彩色顯示器外，由10個垂直格線和15個水平格線組成的螢幕格線可以讓使用者在每個畫面上看到更多的訊號。此產品系列擁有專用的前面板控制功能，可以輕鬆存取重要設定、全新大型功能表及標籤清楚的螢幕上資訊，讓使用者迅速找到感興趣的資料。TBS1000C示波器亦提供了創新的課程軟體系統，將實驗室練習與逐步說明整合，方便學生學習與使用。 TBS1000C數位儲存示波器提供了多種功能，教育工作者可將更多的時間放在基礎概念教學上，如TBS1000C説明系統直接內嵌了示波器介紹(Scope Intro)手冊。另外，教育工作者還可在儀器上停用自動設定(Autoset)、游標(Cursors)和自動量測等功能，學生可以學習基礎概念，瞭解如何使用水平和垂直控制功能來取得波形，如何使用格線量測時間、電壓，以及手動繪圖/計算訊號特性。 整合的課程軟體功能讓教授可在儀器上載入實驗室練習，提供指導並提供結構化的框架，學生可在其中擷取資料以將其合併至報告中。教育工作者可從Tektronix課程軟體資源中心下載各種範例實驗練習。  

以整個3D感測的市場發展而言，太克Keithley部門資深技術顧問陳思豪指出，未來幾年無論是臉部辨識或車用光達(LiDAR)，年複合成長率(CAGR)都超過20~30%，VCSEL擁有較低的消耗功率和較好的圓形對稱輸出模態，能夠有高品質的單模輸出光源。在3D感測的應用中，如果要增加檢測距離或是提高解析度，高輸出功率且模態穩定的光源非常重要。 與其他雷射光源相較，VCSEL的穩定性與耐候性都較好，太克Keithley部門資深技術顧問張志豪表示，光源影響系統表現甚鉅，甚至在晶圓階段就需要進行量測，然而每片晶圓上雷射晶粒的數量眾多，無法做到普測，如何透過快速的抽樣測試準確判斷雷射晶粒的品質，以免完成系統設計之後才發現晶粒的發光出現問題，就是現階段的重大挑戰。 太克Keithley部門資深技術顧問陳思豪(左)；太克Keithley部門資深技術顧問張志豪(右) 陳思豪說明，太克的脈波產生器將高電流/高速脈波產生器的功能以及傳統SMU的測量功能和全部功能整合在一台儀器，每個接腳並列測試最多擴充32個TSP連結節點。達到10μs的10A@10V脈波寬度和完整的1MS/s數位化功能提高應用的生產力，範圍從桌上型特性到高度自動化脈波I-V生產測試。可以自動產生10μs電流脈衝，無需手動調整即可進行VCSEL測試。 該脈波產生器的控制迴路系統無需手動調整高達3μH的負載變化，可確保在任何電流量(最高10安培)下輸出10μs至500μs的脈波時，張志豪強調，脈波均不會出現過沖和振盪。由於脈波上升時間<1.7μs，因此可以正確分析受測裝置或電路的特性，其高完整性脈波輸出，無需在任何電流量下調節。

太克(Tektronix)日前宣布推出新TBS2000B系列數位儲存示波器，專為滿足工程師和教育工作者對效能、可用性和經濟性的需求所開發。TBS2000B示波器將TBS2000產品組合的效能擴展到200MHz，最大取樣率為2GS/s。TBS2000B在Tektronix 3系列和4系列示波器發布後不久即發布，因為Tektronix始終致力於投資廣泛的桌上型解決方案產品組合。 TBS2000B系列具有系列關鍵功能，為使用者提供了簡易的操作和快速的動手學習體驗，如大型的9吋WVGA顯示幕和15個水平刻度(同級產品中最多)，使訊號可視性提高了50%；提供5M點記錄長度，200MHz頻寬和2GS/s取樣率擷取功能，並顯示更多的訊號以更快速地除錯和驗證設計；而全新的低雜訊前端設計可提供更佳的訊號完整性和更準確的量測；TekVPI探棒介面具有自動縮放功能和單位，可支援主動式、差動和電流探棒。 此外，波形上游標讀數搭配搜尋和標記功能，可輕鬆識別擷取波形中所發生的事件；頻寬可從70MHz現場升級為100MHz至200MHz；包括Wi-Fi支援(透過USB Wi-Fi硬體鎖)、2個USB主機連接埠和100-BaseT乙太網路，便於團隊進行共同作業；TBS2000B系列提供與現有設計的100%相容性，是具有相同外形尺寸和可程式設計介面的TBS2000系列示波器的直接替代產品。

太克(Tektronix)日前宣布推出新型 2601B-PULSE System SourceMeter 10μs Pulser/SMU儀器，將具有直流電輸出和量測功能的高速電流脈衝產生器整合在一台功能強大的儀器中。新系統採用了 PulseMeter 技術，可在 10A 和 10V 的電源環境下時產生短至 10μsec 的電流脈衝，而且完全毋需手動調整輸出，即可配合高達 3μH 的裝置阻抗。此特性對於有效降低裝置的自熱現象十分重要，對光學裝置而言，裝置的自熱現象可能會導致錯誤的量測結果，甚至可能會損壞測試設備。全新的 2601B-PULSE 亦包含了 Keithley 的標準機型 2601B System SourceMeter(40V，3A 直流，10A...

寬能隙功率半導體(SiC，GaN)具備更高的操作溫度、高運行電壓、高運作頻率和低功率損耗。採用寬能隙功率元件，能夠使得導通時及切換時的耗損能量降低，讓整體運作功率大幅下降，同時明顯降低設備的體積、重量及價格。為此，寬能隙解決方案備受電源供應業者青睞，且已逐步進入量產階段，終端產品亦已開始銷售。 然而，寬能隙材料的功率元件，最引人矚目的優勢是建立在高頻與高電壓操作上，在終端產品相繼於市場亮相的同時，也意味著寬能隙元件的測試需求隨之增加，為此，量測儀器業者紛紛推出高效、便利的解決方案，不僅滿足高電壓、高電流測試需求，並進一步縮短產品開發時程。 滿足高電壓/電流測試儀器/探棒雙升級 太克科技(Tektronix)應用工程師陳思豪(圖1)表示，在相關的技術瓶頸逐漸被克服後，寬能隙解決方案相繼出現，像是採用GaN的變壓器、充電器等；相關產品陸續問世，也代表著寬能隙方案的量測需求也跟著增加。 圖1　太克科技應用工程師陳思豪表示，高電壓和高電流為測量寬能隙元件首先碰到的挑戰。 陳思豪指出，寬能隙元件的測量，首先碰到的挑戰便是高電壓和高電流。因為寬能隙材料耐崩潰程度高，而採用寬能隙材料打造而成的產品能承受高電壓、高電流，而為量測這項特性，測試儀器的耐受電壓/電流也須跟著提升，例如以往最高承受度是1,000V，現在可能要到2,000~3,000V。 為此，太克備有Keithley 2657A，該產品專門針對高壓電子、功率半導體元件的特徵分析與測試而設計，例如二極體、FET/IGBT、直流-直流轉換器、電池、太陽能電池、高功率材料、元件、模組等，以及其它一些需要高電壓、快速響應和精確測量電壓和電流的元件和材料等。 至於Keithley 2651A，則是專門因應高電流測試，該產品最高可達2,000W的脈衝功率(±40V、±50A)，或最高可達200W的直流功率(例如±10V@±20A、±20V@±10A、±40V@±5A)；可輕鬆地連接兩個單元(串列或並列方式)來建立最高可達±100A或±80V的解決方案。 另一方面，要量測寬能隙解決方案，除了儀器須符合高電壓、高電流的規格外，週邊設備如治具、探棒等性能也必須跟著提升。 以探棒為例，太克科技業務經理吳道屏(圖2)說明，寬能隙方案於量測時有許多和以往功率元件不同的地方，例如寬能隙方案的Miller Charge Qg更低，可實現快速切換速度，且所需的寄生電容、電阻和電感大大減少；因此，在量測的時候需要能夠測量極快的dv/dt、di/dt和高頻，並且減少負載、電感和電容。或是需要嚴格調節Vgs和Vth電壓，因此需要能夠準確測量高端和低端電路中所有柵極節點上的Vgs等。 圖2　太克科技業務經理吳道屏指出，不僅量測儀器須符合寬能隙元件的特性，連探棒性能/規格也須跟著提升。 吳道屏指出，這些特性以及量測需求除了使量測儀器的規格、性能改變之外，連帶推動探棒性能也跟著增加，傳統探棒由於不是為了量測寬能隙方案而設計，因此會有共模抑制(CMRR)不高、電容、電感不符，或是以及頻寬不足等問題(過往探棒頻寬多為100~200MHz，而要滿足寬能隙方案測試探棒頻寬最好達800MHz~1GHz)。 基於此一原因，太克也研發因應寬能係元件量測的碳棒「IsoVu」。該產品的特點在於為使用包括GaN和SiC技術的電源裝置設計人員提供更強的共模抑制比，讓使用者首次可查看先前隱藏在共模雜訊中的訊號。另外，該產品可以在高達100MHz的環境中提供100萬：1(120dB)的共模抑制，而在1GHz的環境中提供10000：1(80dB)的CMRR。若使用IsoVu，工程師可以在存在大型共模電壓(範圍為直流至1GHz)的情況下，準確地量測微小的差動訊號(5mV~50V)。 吳道屏表示，簡單來說，IsoVu和其他商用探棒不同，其採用電光感應器將輸入訊號轉換至光學調變，從而將待測裝置與示波器進行電器隔離；且整合了四個獨立的雷射、一個光學感應器、五條光纖和複雜的回饋和控制技術，具有電隔離的IsoVu架構在其頻率範圍可提供>2,000V峰值的共模耐壓。 當然，除了高電壓、高電流之外，寬能係元件還有其他量測重點，像是動態電阻測試。陳思豪說明，高電流、高電壓是屬於I-V特性的靜態量測，然而，要真正看出寬能隙元件的特性，另一個不能缺少的便是動態電阻測試。 陳思豪指出，動態電阻測試的目的在於，當元件瞬間遭遇大電壓時，會出現電流變小的情況，雖說這只是暫時性(約幾秒鐘)，卻也會對產品產生影響；動態電阻測遂成為寬能隙元件測試的重要項目之一。 一站式方案+模擬軟體降低測試難度 是德科技(Keysight)行銷處資深專案經理郭丁豪(圖3)表示，傳統IC(邏輯IC)的要求都是低功率，因此在量測的重點多是與省電相關，像是低電流、低功耗等。但寬能隙元件的用途與傳統IC截然不同，多用於高功率的應用，因此其所需的電壓、電流是完全不同等級的，有可能是數百安培、數百/數千伏特，因此量測儀器的規格和效能也須跟著改變。 圖3　是德科技行銷處資深專案經理郭丁豪說明，寬能隙元件多用於高功率應用，因此所需的電壓、電流是和傳統IC截然不同。 是德科技應用工程部專案經理蕭舜謙(圖4)也透露，除了電壓、電流的不同之外，寬能隙元件的另一特點便是高切換速率。當切換速率越來越快，損耗越來越低，同時又要滿足大電壓、大電流，此時就必須添加動態參數量測，也就是所謂的Double Pulse Test(DPT)，檢測寬能隙功率元件的切換時間、延遲等。換句話說，針對SiC、GaN這類寬能隙元件進行特性分析的時後，靜態與動態的量測都必須執行。 圖4　是德科技應用工程部專案經理蕭舜謙透露，寬能隙元件的另一特點是高切換速率，因此動態參數也是量測重點。 為此，是德科技備有一站式的量測解決方案「PD1000A」，該方案包含B1505A和B1506A功率元件分析儀可提供必要的靜態量測；而關鍵的動態參數，則是可透過「PD1500A」動態功率元件分析儀進行量測。 該產品具備雙脈衝測試功能，提供可靠、可重複的寬能隙半導體量測方式，能縮短設計時間並且減少所需的原型數量，進而降低成本並加快上市速度；並確保測試環境安全，記錄、支援並維護現成的測試解決方案，且可在一個或多個站點上維護多個測試解決方案。同時，針對著重耐用性的量測，該產品還可迅速因應其可靠性考量(例如短路和崩瀉)，簡化測試程序並加以自動化。 蕭舜謙指出，由於高功率元件、產品或應用(如電廠、汽車)，都牽涉到高電壓、高電流，一旦出現問題，都容易對人身安全造成相當大的危害，因此在設計的過程中一定是要經過反覆的驗證。寬能隙功率元件設計的過程中，除了須有相對應的硬體設備進行量測外，模擬軟體也扮演相當重要的角色。 蕭舜謙進一步說明，過往的設計流程通常是先做出一個「理想模型」，接著再進行電路模擬、量測，發現不符合的地方再逐一修改，最後可能要經過好幾個版本的調整後才能夠製作出完善的產品，而這樣的方式相當耗費時間和成本。因此，透過模擬軟體可改善此一困境，實現有效的優化電路設計，且節省開發時間及成本。 為此，是德科技也備有積體電路特性化及分析程式(IC-CAP)元件建模軟體。該軟體能夠萃取用於高速/數位、類比和功率射頻電路設計應用的精確且簡易的模型，對矽晶CMOS、Bipolar、化合物砷化鎵(GaAs)、GaN和許多其他元件技術進行建模。 IC-CAP優勢還包括：開放軟體架構確保最佳的準確度，並提供最大靈活性，能建立和自動執行量測、萃取和驗證程序；適用於BSIM3/BSIM4、PSP和HiSIM等產業標準CMOS模型的統包式萃取解決方案，可顯著縮短學習過程，提高模型準確度；還可直接連接商業模擬器，確保萃取的模型與電路設計工程師所使用的模擬器之間的一致性。 郭丁豪指出，簡而言之，寬能隙元件和以往邏輯IC量測重點可說是大不相同，而該公司推出一站式(Turnkey)解決方案(PD1000A)，再加上模擬軟體，除了滿足目前市場的量測需求外，最主要的目的是縮短元件商/OEM業者的產品測試時程、減少複雜度，進一步加快產品上市時程。 滿足高電壓/電流後　可靠度是下個測試挑戰 羅德史瓦茲(R&S)Regional Engineering Support & Training Manager Nick Tang(圖5)則說明，基本上，寬能隙方案的量測，主要是需要滿足高頻量測和高電壓容差兩個要求，特別是高度的共模要求。然而對於生產而言，其要求是如何複製和減少這些寬能隙產品上的一些典型測試項目，而最急迫的考量仍然是產量比率，而現階段的重點在於量測方法，以確保更高的產量。 圖5　羅德史瓦茲Nick Tang指出，要量測寬能隙元件，就示波器而言，關鍵仍在於要承受高電壓和快速切換的探測需求。 至於在量測儀器方面，就示波器而言，關鍵仍在於要承受高電壓和快速切換的探測需求。這些通常需要更高的電氣類別等級，也就是需要更好的絕緣性能以保護使用者和設備。通常在這樣的等級下，頻寬效能是有限的。透過更好的導通電阻，將這些元件特性化的典型量測也需要更好的靈敏度。另一個關鍵問題是電磁干擾(EMI)雜訊，快速的邊緣速率和高電壓轉換將會更高並且可以耦合到量測設備中。 至於軟體要求方面，目前仍處於起步階段。當生產增加時，自動化測試系統的開發需求將隨之增加，因此也需要針對這些設備開發測試案例。另一項重大發展則是電源控制器，其運作頻率也將會提升。然而，這些方法長期以來一直運用在高速IC中，關鍵領域是開關控制、功率因數校正，以及有些可能需要在硬體拓撲(Hardware Topology)和軟體中進行的熱能控制。 另一方面，陳思豪表示，要成功將寬能隙元件商業化，除了電壓、電流和動態電阻等要素外，可靠度也是其中一項測試關鍵。目前雖說有JEDEC規範，但每家廠商對於產品的要求都不同，因此也會衍生每間公司對於產品有著不同的驗證手法和需求。所以，寬能隙方案目前在可靠度測試方面，都是曠日廢時，需要花上一段時間。為改善此一情形，目前已有學界單位研發出Step Stress的量測方式，並已獲得電源供應元件業者採用。 Nick Tang則說，從過往經驗來看，標準規範並沒有定義功率規格。絕大多數的測試案例是根據不同供應商的要求所開發出來的。這點仍然是業界常態，不同的產品主要在於適用不同的應用環境。因此，標準化的測試案例不太可能獲得廣泛採用。以JEDEC來說，因為沒有商標或標準測試機構來驗證產品，其規範可作為基本需求的參考。大多數的供應商仍會採用這些新技術並修改他們目前的測試方法，但不太可能對該解決方案進行大幅度修改。

寬能隙功率半導體(SiC，GaN)具備更高的操作溫度、高運行電壓、高運作頻率和低功率損耗。採用寬能隙功率元件，能夠使得導通時及切換時的耗損能量降低，讓整體運作功率大幅降低，同時大幅降低設備的體積、重量及價格。為此，寬能隙解決方案備受電源供應業者青睞，且已逐步進入量產階段，終端產品亦已開始銷售。 然而，寬能隙材料的功率元件，最引人矚目的優勢是建立在高頻與高電壓操作上，在終端產品相繼於市場亮相的同時，也意味著寬能隙元件的測試需求隨之增加，為此，量測儀器業者紛紛推出高效、便利的解決方案，不僅滿足高電壓、高電流測試需求，並進一步縮短產品開發時程。 太克科技(Tektronix)應用工程師陳思豪表示，在相關的技術瓶頸逐漸被克服後，寬能隙解決方案相繼出現，像是採用GaN的變壓器、充電器等；相關產品陸續問世，也代表著寬能隙方案的量測需求也跟著增加。 太克科技應用工程師陳思豪。 陳思豪指出，寬能隙元件的測量，首先碰到的挑戰便是高電壓和高電流。因為寬能隙材料耐崩潰程度高，而採用寬能隙材料打造而成的產品能承受高電壓、高電流，而為量測這項特性，測試儀器的耐受電壓/電流也須跟著提升，例如以往最高承受度是1,000V，現在可能要到2,000~3,000V。 為此，太克備有Keithley 2657A，專門針對高壓電子、功率半導體元件的特徵分析與測試而設計，例如二極體、FET/IGBT、直流-直流轉換器、電池、太陽能電池、高功率材料、元件、模組等，以及其它一些需要高電壓、快速響應和精確測量電壓和電流的元件和材料等。至於Keithley 2651A，則是專門因應高電流測試，該產品最高可達2,000W的脈衝功率(±40V、±50A)，或最高可達200W的直流功率(±10V@±20A、±20V@±10A、±40V@±5A)；可輕鬆地連接兩個單元(串列或並列方式)來建立最高可達±100A或±80V的解決方案。 另一方面，要量測寬能隙解決方案，除了儀器須符合高電壓、高電流的規格外，週邊設備如治具、探棒等性能也須跟著提升。以探棒為例，太克科技業務經理吳道屏說明，寬能隙方案於量測時有許多和以往功率元件不同的地方，例如寬能隙方案的Miller Charge Qg更低，可實現快速切換速度，且所需的寄生電容、電阻和電感大大減少；因此，在量測時需要能夠測量極快的dv/dt、di/dt和高頻，並減少負載、電感和電容。或是需要嚴格調節Vgs和Vth電壓，因此需要能夠準確測量高端和低端電路中所有柵極節點上的Vgs等。 太克科技業務經理吳道屏。 吳道屏指出，這些特性以及量測需求除了使量測儀器的規格、性能改變之外，連帶推動探棒性能也跟著增加，傳統探棒由於不是為了量測寬能隙方案而設計，因此會有共模抑制(CMRR)不高、電容、電感不符，或是以及頻寬不足等問題(過往探棒頻寬多為100~200M，而要滿足寬能隙方案測試探棒頻寬最好達800m~1G)。 基於此一原因，太克也研發因應寬能係元件量測的碳棒「IsoVu」。該產品的特點在於為使用包括GaN和SiC技術的電源裝置設計人員提供更強的共模抑制比，讓使用者首次可查看先前隱藏在共模雜訊中的訊號；可在高達100MHz的環境中提供100萬：1(120dB)的共模抑制，而在1GHz的環境中提供10000：1 (80dB)的CMRR。若使用IsoVu，工程師可以在存在大型共模電壓(範圍為直流至1 GHz)的情況下，準確地量測微小的差動訊號(5mV~50V)。 吳道屏表示，簡單來說，IsoVu和其他商用探棒不同，其採用電光感應器將輸入訊號轉換至光學調變，從而將待測裝置與示波器進行電器隔離；且整合了四個獨立的雷射、一個光學感應器、五條光纖和複雜的回饋和控制技術，具有電隔離的IsoVu架構在其頻率範圍可提供>2,000V峰值的共模耐壓。