解決探針在高溫測試條件下偏移問題的方法分析

解決探針在高溫測試條件下偏移問題的方法分析摘要本文的目的是研究PS1600晶圓測試平臺上的探針高溫膨脹性能的方法，以改善探針痕跡。直聯(lián)式探針卡是PS1600有別于其他測試平臺的獨特設計。隨著高溫測試設備的引入，測試過程中PS1600平臺的探針痕跡偏移問題比其他平臺嚴重的多。為此不得不對針尖進行額外的校正，以糾正偏移，這導致測試生產(chǎn)率下降。因此有必要對PS1600平臺上的探針卡高溫膨脹性能進行研究，找到根本原因并采取措施解決。本文對PS1600直聯(lián)式探針卡性能進行了綜合實驗，通過對所有條件進行分析，抓住異常并采取措施解決問題。該方法也可作為其他測試平臺的參考。關鍵詞：晶片測試、探針痕跡、高溫測試、探針高溫膨脹介紹探針測試是晶片上單個芯片的典型質(zhì)量控制方法[1]。隨著半導體工業(yè)的發(fā)展，越來越多的芯片需要進行高溫測試。大多數(shù)器件的典型高溫為+125℃。探針機卡盤是晶片和探針卡的熱源。高溫導致探針卡熱膨脹，會導致探針針尖和晶圓接觸不良?？踞樖窃诰瑴y試前/期間加熱探針卡使之達到熱膨脹平衡狀態(tài)[2]。在探針熱膨脹平衡后進行針對齊，此時探針接觸位置將被校正，并與晶圓對齊。（圖1探針測試示意圖。）圖1：探針測試示意圖PS1600直聯(lián)探針卡是Advantest設計的晶片探針檢查的創(chuàng)新解決方案，探針卡由傳統(tǒng)探針卡和PCB組合而成。這種設計最小化了信號轉(zhuǎn)換的數(shù)量，并減少了信號路徑的長度，提高了信號質(zhì)量。另一方面，它在探針卡PCB上提供了最大的組件放置區(qū)域，以支持晶片探針上更高的測試程序覆蓋率。這使得PS1600直聯(lián)式探針卡比其他平臺大得多。（圖2顯示了PS1600

直聯(lián)式探針卡結構。）圖2:PS1600直聯(lián)式探針卡結構PS1600g高溫測試針痕問題及探頭高溫膨脹分析PS1600高溫測試的探針痕跡顯示出比其他平臺嚴重的偏移。在探針痕跡檢查過程中，經(jīng)常會看到探針痕跡移位甚至脫離指定區(qū)域，給客戶帶來質(zhì)量風險。由于PS1600平臺上使用的特殊探針卡，其尺寸比其他平臺大得多。在高溫探針測試期間，晶片卡盤被加熱到高溫并在測試期間不斷移動。當卡盤移開中心位置時，探針卡的一部分被加熱并發(fā)生熱膨脹。探針卡的尺寸越大，卡體上的局部熱膨脹就越大。因此測試期間增加了額外的探針對準，以糾正熱膨脹的影響，這降低了生產(chǎn)率。所以有必要研究PS1600高溫測試時不同條件下的針尖差異，包括不同的探針卡（來自不同的供應商）、不同的探針和不同的熱條件，以及不同的測試位置。實驗設計為了深入了解PS1600平臺上的探針高溫膨脹性能，實驗考慮了多種因素。以下是本研究計劃：i.探針卡：PS1600上的板卡來自供應商A或供應商B。選擇兩個產(chǎn)品N82Y和N34Z作為示例。ii.探針機：TELPrecioXL探針機是PS1600高溫測試的唯一類型。選擇兩個探針機T02和T12作為研究對象。探針高溫加熱可分為兩個階段，一個是探針隨著溫度從室溫上升到目標溫度而發(fā)生熱膨脹。此階段可以通過模擬并測量一定時間內(nèi)針位變化。另一個階段是在測量期間，由于卡盤的移動，探針卡不同位置被加熱，導致探針尖端位置不斷變化。我們選擇了13個地點進行研究，如圖3所示。對于測試順序，我廠大多數(shù)產(chǎn)品采取的順序是蛇形和螺旋形。蛇形包含行方向（按行排序）和列方向（按列排序）。因此，應考慮4種加熱條件：i.溫度從室溫上升到高溫，25°C至125°C。ii.測試期間在晶片中心和邊緣之間移動。iii.行方向蛇形測試順序（Y方向測試）。iv.列方向蛇形測試順序（X方向測試）。圖3：晶片上選擇的位置為了使操作統(tǒng)一，引入一個簡單的工具來標準化實驗。TEL的探針膨脹采集軟件提供了實驗控制以及數(shù)據(jù)收集的功能。該軟件可以將不同的加熱條件設置到功能中，并在每個條件后執(zhí)行自動對針、位置數(shù)據(jù)收集并輸出到日志中以供分析。

以下是具有彎曲數(shù)據(jù)采集功能的實驗計劃。（表1顯示了實驗計劃。）表1實驗計劃結果和討論下圖4為25°C升溫到125°C的過程中，按時間順序測量的XYZ趨勢。）圖4：針尖XYZ趨勢從結果中可以清楚地看到，對于不同的供應商和不同的探針，XYZ趨勢沒有顯著差異。另一方面，針尖X和Z的方差在所有測試條件下都足夠穩(wěn)定。但針尖Y的方差顯示出很大的變化，尤其是在Y行進測試時。在測試過程中，從晶片頂部到晶片底部的變化約為20um，超出SPEC限制。下圖5顯示了按行測試和按列測試訂單的Y方差的比較圖?？梢郧宄乜吹剑戳袦y試順序（X方向測試）的Y偏移僅約為5um，按行測試順序（Y方向測試）變化約為20um。圖5：不同測試順序的針尖Y趨勢Y軸上針尖差異大的原因是什么？除PS1600外，其他平臺上從未出現(xiàn)過高Y趨勢變化。為什么它只發(fā)生在PS1600平臺上？我們專注于直聯(lián)式探針卡的結構。直聯(lián)式探針卡通過8個外輥組件和8個內(nèi)輥組件直接連接到測試頭（如圖6：直接探針卡）?？偣?6個滾輪組件從Y方向鎖定。當探針卡高溫膨脹時，膨脹產(chǎn)生的應力更容易向Y方向釋放。因此，針尖位置沿Y方向移動。此外，PS1600探針卡是長方形，Y方向是長邊，因此Y方向上局部熱膨脹問題更加明顯。圖6:直聯(lián)式探針卡由于知道Y方向是直接探針對接的弱點，因此有必要在晶片測試期間避免Y方向測試順序。這意味著不要按行方向選擇測試順序蛇形，而是改為按列方向。為了驗證結果，選擇了兩個批次的物料以不同的測試順序按行方向和按列方向進行實驗。實驗結果如圖7，針尖XYZ走向在X方向測試中表現(xiàn)良好。這兩個批次分別在X方向和Y方向測試的結果，很明顯，選擇X方向測試，針尖Y的方差得到了改善。圖7:X方向和Y方向測試結果結論本文重點分析了PS1600上探針高溫膨脹的研究方法，考慮晶片測量和引入過程中探針卡的熱膨脹，選擇不同的測試順序是本文的創(chuàng)新點。通過實驗，很容易發(fā)現(xiàn)Y方向測試是PS1600直接探針對接中探針痕跡偏移的關鍵因素。然后通過更改不同的測試順序來解決問題。本文提供的研究方法可以推廣到其他平臺，以評估平臺自身性質(zhì)和特點并進行改進和優(yōu)化。參考文獻：[1]HsiaoTC,

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