林雅君
摘 要:晶圓測試是通過探針接觸晶圓上被測試的芯片焊接點(diǎn)位置后,以電性測試的方式對(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,我們稱之為探針痕跡。探針痕跡對(duì)晶圓測試有著至關(guān)重要的作用,針痕過深會(huì)造成接觸不良,測試結(jié)果不準(zhǔn)確,良品性降低,而針痕過深會(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和如何向客戶保證質(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。針壓過大迫使芯片焊接點(diǎn)單位面積所承受的壓力過大,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)的測試機(jī)臺(tái)對(duì)探針測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
盡管測試機(jī)臺(tái)種類很多,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
我們知道,晶圓測試的流程是復(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)行交付客戶前的最終測試。晶圓測試為封裝部門節(jié)省了很大一部分成本。因此,晶圓測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,保證一次測試的準(zhǔn)確性。
3.2 Multi-site 并行測試探針卡的移動(dòng)規(guī)則
并行測試值同一時(shí)間內(nèi)完成同一晶圓上的多個(gè)芯片測試,能夠提高單位時(shí)間內(nèi)的測試效率并降低成本。并行測試的優(yōu)點(diǎn)顯而易見但它所帶來的一些負(fù)面影響也隨之而來,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說,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)體測試常有低溫,室溫,高溫等不同環(huán)境的測試,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,必然使探針長度發(fā)生物理形變,溫度升高,針長變長,溫度達(dá)到設(shè)定溫度后,針長保持不變,從而保持正常測試。如不能保持穩(wěn)定的環(huán)境溫度,會(huì)迫使探針在測試過程中發(fā)生突然的變形,導(dǎo)致探針痕跡異常,造成測試結(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、測試開始前,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、測試過程中,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)。
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