林雅君

摘 要：晶圓測(cè)試是通過(guò)探針接觸晶圓上被測(cè)試的芯片焊接點(diǎn)位置后，以電性測(cè)試的方式對(duì)芯片的性能好壞進(jìn)行初步篩選。接觸芯片的同時(shí)，在焊接位置上會(huì)留下探針接觸后的痕跡，我們稱(chēng)之為探針痕跡。探針痕跡對(duì)晶圓測(cè)試有著至關(guān)重要的作用，針痕過(guò)深會(huì)造成接觸不良，測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確，良品性降低，而針痕過(guò)深會(huì)扎穿焊點(diǎn)，最終使芯片報(bào)廢，浪費(fèi)成本。隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)質(zhì)量的要求不僅僅局限于產(chǎn)品的好或壞，這個(gè)概念也延伸至是否適用于客戶(hù)和如何向客戶(hù)保證質(zhì)量的層面，本文將從幾個(gè)方面以理論聯(lián)系實(shí)踐的方法探討影響探針痕跡深度的相關(guān)因素及控制方法。

關(guān)鍵字：探針痕跡；探針；焊接點(diǎn)；晶圓；芯片

1 影響針痕深度的主要探針卡技術(shù)指標(biāo)

1.1 針尖的壓力

探針的針壓系數(shù)是指描述探針作用于測(cè)試點(diǎn)上時(shí)，單位下移度下所施加的壓力大小。針壓系數(shù)大小是判斷探針性能的重要指標(biāo)，也對(duì)針痕的深度有著重要影響。針壓過(guò)大迫使芯片焊接點(diǎn)單位面積所承受的壓力過(guò)大，針痕深度就越深，探針扎穿焊接點(diǎn)的可能性越大，造成芯片不良和報(bào)廢等重大質(zhì)量事故。

1.2 針尖的直徑

根據(jù)芯片焊接點(diǎn)的大小，探針直徑也會(huì)被設(shè)計(jì)為更適應(yīng)焊接點(diǎn)的大小，工業(yè)上規(guī)定針尖直徑要小于焊接直徑的二分之一。針尖直徑對(duì)針尖壓力有直接的影響，針尖直徑太大，單位面積焊點(diǎn)收到的壓力越小，接觸焊點(diǎn)不充分會(huì)導(dǎo)致電性測(cè)試失真導(dǎo)致良品率下降；相反，針尖直徑太小，更加容易扎穿芯片上焊點(diǎn)，暴露底層電路后最終導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。

1.3 探針卡類(lèi)型

探針卡大致可分為兩種：懸臂型探針卡和垂直型探針卡。懸臂型探針在接觸芯片焊點(diǎn)后會(huì)發(fā)生一定位移，從而在焊點(diǎn)處呈現(xiàn)帶有一定滑動(dòng)的長(zhǎng)橢圓形針痕；垂直型探針卡，顧名思義即以垂直的方向接觸芯片焊點(diǎn)，呈現(xiàn)圓形針痕且比懸臂型探針獲得更好的針痕形狀。對(duì)針痕深度的影響被施加在焊點(diǎn)上的距離所決定。

2 影響針痕深度的測(cè)試機(jī)臺(tái)參數(shù)

2.1 機(jī)臺(tái)精密度

眾所周知，在現(xiàn)代半導(dǎo)體行業(yè)的探針測(cè)試機(jī)臺(tái)中，根據(jù)光學(xué)和機(jī)械原理的不同，廠家的不同，不同型號(hào)的測(cè)試機(jī)臺(tái)對(duì)探針測(cè)試的影響也不盡相同。以Z軸移動(dòng)精度舉例，有1um和5um為最小移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的差別，我們當(dāng)然知道精度為1um的幾臺(tái)會(huì)比5um的更為精確，對(duì)針痕深度的控制更有把握。

2.2 機(jī)臺(tái)加速度

盡管測(cè)試機(jī)臺(tái)種類(lèi)很多，但它們的共同之處就是都有加速度設(shè)置，這里的加速度包括機(jī)臺(tái)Z軸上升和下降中的加速度和減速度。速度的快慢不僅影響測(cè)試時(shí)間，也是針痕深度的至關(guān)重要因素，下圖利用DOE的方法，顯示了不同速度對(duì)測(cè)試時(shí)間和針痕深度的影響。

3 探針接觸芯片焊點(diǎn)的次數(shù)

3.1 多次復(fù)測(cè)

我們知道，晶圓測(cè)試的流程是復(fù)雜而精密的，它是晶圓制造的最后一道工序，晶圓制造測(cè)試完畢后，將被切割成一顆一顆獨(dú)立的芯片進(jìn)行封裝，最后進(jìn)行交付客戶(hù)前的最終測(cè)試。晶圓測(cè)試為封裝部門(mén)節(jié)省了很大一部分成本。因此，晶圓測(cè)試流程不單單僅有一次，這就意味著探針接觸焊點(diǎn)的次數(shù)不唯一，那么這時(shí)我們就需要知道芯片能夠承受多少次的接觸才不會(huì)被扎穿，這就需要我們進(jìn)行一些DOE的試驗(yàn)后，得出結(jié)論。而我們已經(jīng)明確的是，盡量避免不必要的接觸，即：減少多次復(fù)測(cè)，保證一次測(cè)試的準(zhǔn)確性。

3.2 Multi-site 并行測(cè)試探針卡的移動(dòng)規(guī)則

并行測(cè)試值同一時(shí)間內(nèi)完成同一晶圓上的多個(gè)芯片測(cè)試，能夠提高單位時(shí)間內(nèi)的測(cè)試效率并降低成本。并行測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)但它所帶來(lái)的一些負(fù)面影響也隨之而來(lái)，這就是增加了探針重復(fù)接觸焊點(diǎn)的次數(shù)。對(duì)于形狀為圓形的晶圓來(lái)說(shuō)，晶圓邊緣是不完整的芯片或是硬度較大的硅材質(zhì)，此時(shí)，探針接觸與不接觸這些邊緣芯片的移動(dòng)規(guī)則不同。以3448個(gè)芯片的8英寸晶圓為例，采用8X4的32位并行探針進(jìn)行測(cè)試，接觸與不接觸邊緣的移動(dòng)步徑分別為137月175，其中被探針扎過(guò)次數(shù)最多的一個(gè)芯片共被接觸6次。由此而知，我們應(yīng)該優(yōu)先選擇接觸邊緣的方法測(cè)試，但同時(shí)也要考慮探針的材質(zhì)和對(duì)探針的磨損。

4 環(huán)境溫度

半導(dǎo)體測(cè)試常有低溫，室溫，高溫等不同環(huán)境的測(cè)試，以確保芯片在不同環(huán)境下可以正常運(yùn)行并確保芯片的穩(wěn)定性。溫度的變化，必然使探針長(zhǎng)度發(fā)生物理形變，溫度升高，針長(zhǎng)變長(zhǎng)，溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，針長(zhǎng)保持不變，從而保持正常測(cè)試。如不能保持穩(wěn)定的環(huán)境溫度，會(huì)迫使探針在測(cè)試過(guò)程中發(fā)生突然的變形，導(dǎo)致探針痕跡異常，造成測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確，甚至芯片報(bào)廢的情況。因此，在這里，有三點(diǎn)需要特別注意：一、測(cè)試開(kāi)始前，保證升降溫度充分到達(dá)設(shè)置溫度，待探針充分形變后穩(wěn)定探針高度。二、測(cè)試過(guò)程中，保持穩(wěn)定的溫度環(huán)境，一旦環(huán)境遭到破壞，請(qǐng)從新等待探針形變。三、測(cè)試結(jié)束后，如需將環(huán)境變回室溫，請(qǐng)確保探針形變結(jié)束再開(kāi)始新的生產(chǎn)。

5 芯片焊點(diǎn)的厚度

隨著電子行業(yè)的迅猛發(fā)展，晶圓制造的趨勢(shì)也必定是向小而薄的方向發(fā)展。晶圓的制造需要一系列高精密高潔凈度高機(jī)械化的復(fù)雜工藝，度量單位往往以納米級(jí)計(jì)量，隨著消費(fèi)者需求的提高，制造商們不斷的改變工藝追求創(chuàng)新，晶圓的厚度越來(lái)越薄，對(duì)于芯片焊點(diǎn)的厚度有了新的改變，這也必然對(duì)探針測(cè)試有了更大的挑戰(zhàn)。

綜上所訴，影響探針痕跡深度的因素有很多，對(duì)任何條件的改變都應(yīng)考慮到其他方面的影響，這就要求技術(shù)者們必須綜合觀察，進(jìn)行充分的試驗(yàn)并利用六西格瑪原理對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]D.Krzysztof， “Advances in Conventional Cantilever Probe Card”， in Proc. of the International Conference IEEE SouthWest Test Workshop，pp.1-28.2003

[2]Keith B. Schaub， Joe Kelly. Production Testing of RF and System-on-a-Chip Devices for wireless Communications [M]. London， Artech House. Inc.2004

[3]黃榮堂，賴(lài)文雄，晶圓級(jí)探針卡簡(jiǎn)介.臺(tái)北科技大學(xué)機(jī)電整合研究所2010.

[4]Lorene；半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)視角 產(chǎn)業(yè)發(fā)展、設(shè)備投資、環(huán)境保護(hù)、政策環(huán)境—訪(fǎng)比歐西貿(mào)易（上海）有限公司總經(jīng)理羅偉德[J]；半導(dǎo)體技術(shù)；2004年06期