探針卡故障分析及維護(hù)方法.doc

探針卡常見故障分析及維護(hù)方法探針卡常見故障分析及維護(hù)方法8 r$ S+ n: s k摘要：芯片測試是IC制造業(yè)里不可缺少的一個重要環(huán)節(jié)，探針卡是芯片測試必需的精密工具，探針卡狀態(tài)的好壞直接影響著測試的質(zhì)量。本文簡單介紹探針卡的常見故障及對測試造成的影響并討論探針卡的維護(hù)方法。$ 3 l3 O8 |* p6 R% Y關(guān)鍵詞：探針卡，測試，故障分析，維護(hù)。0 * t9 m u4 P; Q- d芯片測試是IC制造業(yè)里不可缺少的一個重要環(huán)節(jié)。芯片測試是為了檢驗規(guī)格的一致性而在硅片集成電路上進(jìn)行的電學(xué)參數(shù)測量。硅片測試的目的是檢驗可接受的電學(xué)性能。測試過程中使用的電學(xué)規(guī)格隨測試的目的而有所不同。如果發(fā)現(xiàn)缺陷，產(chǎn)品小組將用測試數(shù)據(jù)來確保有缺陷的芯片不會被送到客戶手里，并通過測試數(shù)據(jù)反饋，讓設(shè)計芯片的工程師能及時發(fā)現(xiàn)并糾正制作過程中的問題。) P$ d) T gg6 T& e0 C通常用戶得到電路，直接安裝在印刷電路板(PCB)上，PCB生產(chǎn)完畢后，直接對PCB進(jìn)行測試。這時如果發(fā)現(xiàn)問題，就需要復(fù)雜的診斷過程和人工分析，才能找到問題的原因。如果是集成電路的問題，就需要將壞的集成電路拆卸下來，將替換的集成電路安裝上去。很多現(xiàn)代大規(guī)模集成電路的封裝往往是BGA封裝，手工拆卸幾乎不可能，需要專門的儀器?？梢?，集成電路如果在PCB階段才測試出問題，對生產(chǎn)的影響大大高于單片的階段。對于復(fù)雜的設(shè)備，如果在整機(jī)階段才發(fā)現(xiàn)集成電路的問題，其影響更是巨大。因此，集成電路生產(chǎn)時的測試具有很重要的意義。; K# v+ L7 A3 b5 W, 8 k6 x9 t7 B實現(xiàn)芯片測試的途徑就是探針卡。探針卡是自動測試儀與待測器件之間的接口，我們通過探針卡把測試儀和被測芯片連接起來。典型的探針卡是一個帶有很多細(xì)針的印刷電路板，這些細(xì)針和待測器件進(jìn)行物理和電學(xué)接觸，通常我們習(xí)慣的做法是做一個與每個管芯焊盤幾何形狀匹配的PCB電路板，并把它連接到測試設(shè)備上。探針測試這一過程是非常精密的，要有很高的專業(yè)水平和經(jīng)驗才能完成。把晶圓片安放在一個可移動的金屬板上。這樣，在水平和垂直兩個方向上，可以手動或者自動移動晶圓片，并通過探針卡實現(xiàn)這一部分的電子線路連接。1 c. t |2 p8 g. w# T 探針卡上有細(xì)小的金屬探針附著，通過降低探針高度或升高芯片的高度使之和芯片上的焊盤接觸，可以把卡上的線路和芯片的結(jié)合焊盤連起來。之后，運行測試程序檢驗芯片合格與否。測試完成后，探針卡于芯片分離，如果芯片不合格，則會在其中央做上標(biāo)記，然后圓片移動到下一個芯片的位置，這種方法可以讓圓片上的每一個芯片都經(jīng)過測試。這一檢測過程會在芯片的每個焊盤上留下標(biāo)記以表明該芯片被測試過了。通常我們作標(biāo)記的方法是在不合格的芯片上打點。在探針臺上裝上打點器，打點器根據(jù)系統(tǒng)的信號來判斷是否給芯片打點標(biāo)記。系統(tǒng)在測試每個芯片的時候?qū)π酒暮脡呐c否進(jìn)行判斷，發(fā)出合格與不合格的信號。如果是合格的芯片，打點器不動作；如果是不合格的芯片，打點器立刻對這個不合格的芯片打點。 i! A1 c% _0 X4 * P2 x在實際的芯測試中探針卡的狀態(tài)是非常重要的，如探針氧化，觸點壓力、以及探針臺的平整度，探針尖磨損和污染都會對測試結(jié)果造成極大的負(fù)面影響,這些常見故障是如何形成的,而我們應(yīng)該如何避免?9 V+ u% Q9 n: L一.探針氧化:通常探針是由鎢制成的，它如果長期不用，針尖要形起氧化，針尖如果氧化，接觸電阻變大,測試時參數(shù)測不穩(wěn)，為了不使它氧化，我們平時必須保護(hù)好探針卡，把它放在卡盒里，存放在氮氣柜中，防止探針的加快氧化，同時測片子時，用細(xì)砂子輕輕打磨針尖并通以氮氣，減緩氧化過程。; Z1 g. j3 0 O( x. p g% J( a二. 針尖高低不平(若針尖高度差在30UM以上):探針卡使用一段時間后，由于探針加工及使用過程中的微小差異導(dǎo)致所有探針不能在同一平面上會造成。S+ c4 0 K9 C1.某些針尖位置高的扎不上AL層,使測試時這些針上電路不通.% J* D: k+ J% . M0 P2某些針尖位置低的扎傷AL層，對后續(xù)封裝壓焊有影響，使芯片與封裝后成品管腳焊接質(zhì)量差，容易引起短路.7 r/ 5 G( N2 u. A% 6 k; 3.某些針尖壓痕太長，超出PAD范圍，使PAD周圍的鋁線短路.) X k* 5 h/ X9 S所以平時我們操作時應(yīng)找準(zhǔn)接觸點,把過行程設(shè)置為 24MILS或70100UM時，每個壓點都有很清楚的針跡，然后再把過行程設(shè)置為0時，看清楚每個壓點上都有輕輕的針跡，如果某些壓點上沒有針跡，就需要用鑷子把這根針壓下，如果某些壓點上針跡太重，而需要有鑷子把這根針往上抬一下，使針尖的高度差調(diào)在30UM以內(nèi)，然后做接觸檢查，每根針與壓點接觸電阻應(yīng)小于0.5歐姆，樣片/樣管測試是否OK，合格、失效管芯各測10遍，看重復(fù)性與穩(wěn)定性。: p) I5 ! # S! Z( 3 C+ e三. 針尖異常(開裂，折斷，彎曲，破損):操作過程中，由于操作工操作不當(dāng)造成.% O* R8 _. c# # p* N+ |1.針尖沒有裝好保護(hù)蓋而針尖朝下直接放到設(shè)備上.$ 4 r g0 _8 h( _0 2.取卡時針尖不小心碰撞.- W+ 0 + V+ $ c, 1 v3 n8 k# 3.用細(xì)砂子打磨針尖時用力太猛使針尖彎曲.9 g( p2 k L7 l7 O! j! V( H- ?) M4.上高度時Z鍵打到快檔，承片臺上升過快,而撞到針尖.2 % b6 A5 G6 M* m! n- y t5裝打點器時不小碰傷。2 V( Z- A1 P: f6 N1 J2 Y) G6 * g; G6.調(diào)針時鑷子碰傷針尖等等，都要造成針尖開裂，扎斷，彎曲，破損。6 E1 A# Y4 d+ Y% E這種情況一般馬上就能發(fā)現(xiàn)問題，必須把它取下來反放到顯微鏡下修復(fù)針尖，恢復(fù)到原來位置，如確實調(diào)不好的針，應(yīng)到焊卡設(shè)備上重新?lián)Q針，而一般進(jìn)過修理過的探卡，使用時間會縮短且容易誤測，所以對這種情況都應(yīng)嚴(yán)格禁止發(fā)生，平時對操作人員應(yīng)加強(qiáng)培訓(xùn)，取針卡時應(yīng)裝好保護(hù)蓋，針尖不要碰到設(shè)備上，用細(xì)砂子砂針尖時應(yīng)輕輕打磨，上高度時，把Z鍵打到慢檔，緩慢上升承片臺,找準(zhǔn)接觸點。q# k) , j7 m* R, l% 2 d! B0 C四.針尖磨平:/ ?# X; j0 Q! E7 t6 b) w1.針在使用很長時間后尖正常損耗.1 B; f_3 t$ G: J! v: K# h1 r! 2.操作工用過粗的砂子.9 X- t6 E0 t; q6 y3.砂針尖時用力過猛.$ 1 p P6 J: / 1 H) r8 W7 , N) E4.砂得時間過長.( c8 M1 g5 s9 n+ t針尖如磨平，使針尖偏離壓點，測試無法通過，針尖接觸面大，而接觸電阻大影響參數(shù)測試，所以平時如果在測片子之前，先拿上卡到顯微鏡下檢查針尖有否磨平，如已磨平應(yīng)及時換針，操作工在砂針尖時注意技能，應(yīng)輕輕打磨針尖，而不致于磨平針尖。# M7 5 a2 Cb* a- U2 |五. 探針卡沒焊好:# K; s R* # x1 u1探針卡針焊得不到位。. W: k 8 ! E! z3 C2基板上銅箔剝落，針焊接不牢固，或焊錫沒有焊好而造成針虛焊。. Q# h+ |4 C, z* S3探針卡布線斷線或短路。6 T% m4 Z+ s5 Q. E+ e/ p: l5 |4背面有突起物，焊錫線頭。6 A2 h$ Z- a. l. j# + k% x0 F探針卡沒焊到位，是因為焊錫時針受熱要稍微的收縮，使針尖偏離壓點區(qū)，而針虛焊和布線斷線或短路，測試時都要測不穩(wěn)，所以焊針時，應(yīng)憑自己的經(jīng)驗,把針尖離壓點中心稍微偏一點,焊完后使針尖剛好回到壓點中心,同時針焊好后應(yīng)檢查針尖的位置，檢查針的牢固性。技術(shù)員平時焊完卡后應(yīng)注意檢查探針卡的質(zhì)量如何，把背面的突起物和焊錫線頭剪平，否則要扎傷AL層，造成短路或斷路，而操作工也應(yīng)在測試裝卡前檢查一下7 Y2 m, N7 B 9 ?+ $ T六. 針尖有異物(鋁粉，墨跡，塵埃):9 J7 g8 M9 r4 D# w5 . v1. 針尖有鋁粉:測大電流時，針尖上要引起多AL粉，使電流測不穩(wěn)，所以需要經(jīng)常用灑精清洗探針并用氮氣吹干，同時測試時邊測邊吹氮氣，以減少針尖上的AL粉。 ( J$ tz- H! i+ s0 ?# k2.針尖有墨跡:測試時打點器沒有調(diào)整好，尼龍絲碰到針尖上，針尖上沾上墨跡,然后針尖與壓點接觸時，壓點窗口上墨跡沾污，使片子與AL層接觸不良，參數(shù)通不過，還有對后續(xù)封裝壓焊有影響，使芯片與封裝后成品管腳焊接質(zhì)量差，所以平時裝打點器時，不要把打點器裝得太前或太后和太高或太低，而應(yīng)該使尼龍絲與硅片留有一定距離，然后靠表面漲力使墨水打到管芯中心，如已經(jīng)沾上墨跡 ，要立即用酒精擦干凈，并用氮氣吹干。* y u/ 6 A3 1 x) f2 R5 U七. 如何判斷探針卡的好壞：1.可以用扎五點來判斷，即上中下左右，五點是否扎在壓點內(nèi)，且針跡清楚,又沒出氧化層,針跡圓而不長且不開叉.2.做接觸檢查,每根針與壓點接觸電阻是否小于0.5歐姆.3.通過看實際測試參數(shù)來判斷,探針與被測IC沒有接觸好，測試值接近于0。# d 6 e/ O: h) e i# Z 總之，操