集成电路中测基础技术讲义汇编.docx

集成电路中测基础技术讲义汇编.docx

《集成电路中测基础技术讲义汇编.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《集成电路中测基础技术讲义汇编.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

集成电路中测基础技术讲义汇编

集成电路中测基础

2.0集成电路中测概述

半导体产业主要由设计、晶圆制造、封装测试几部分组成。

中测（Wafertest）是半导体后道封装测试的第一站，中测有很多个名称，比如针测、晶圆测试、CP（CircuitProbing）、WaferSort、WaferProbing等等。

中测的目的是将硅片中不良的芯片挑选出来，所用到的设备有测试机（ICTester）、探针卡（ProbeCard）、探针台（Prober）以及测试机与探针卡之间的接口（MechanicalInterface）。

中测的关键点在探针卡和接口这两部分，这也是制约国内中测水平的难点所在。

　　测试机（TestHead）与探针卡之间的接口有两种方式：

一是电缆连接（CableEnd），另一种是测试机直接扣在探针台上（DirectDocking），分别如图1和图2所示：

图1电缆连接图2直接扣接

电缆连接方式主要用于频率低于10MHz的IC测试，其优点是成本低，使用简单方便。

中国现有400台6”及6”以下的探针台，近200台8”探针台，大部分采用电缆连接的方式。

相对于电缆连接方式，直接扣接方式成本较高，使用较不方便，但是可以最大限度地降低测试通道的各种噪音干扰，在高频率、高脚数的IC测试中，只能使用直接扣接方式。

如今，中国的半导体产业也逐渐从低端走向高端，集成电路的频率越来越高，管脚数也越来越多，直接扣接方式也会越来越普遍，图3是直接扣接方式的示意图。

　　图3直接扣接

中测的另一个难点便是探针卡的应用，在中测时，由于探针每次测试所针测的位置会有偏移，所以测试次数一般不能超过3次，当超过3次时，测试垫（TestPad）便会被破坏，后续封装时的打线（WireBond）便无法连接上。

图4为测试一次在测试垫上所留下的针痕。

　　图4测试垫

-

探针卡主要有三种，如图5、6、7所示，不同类型的探针卡分别有不同的应用：

　　刀形卡（BladeType）：

通常用于70针以下，频率低于25MHz，制作周期1－2天；

　　图5刀形探针卡

环氧树脂卡（EpoxyRingType）：

用于1000针以下，频率低于50MHz，制作周期短；

　　图6环氧树脂卡

垂直探针卡（VerticalType）：

用于1000针以上或者高频的情况，制作成本高，周期长。

　　图7垂直探针卡

探针卡探针的使用维护对测试成品率非常重要，做不好会引起接触不良，造成成品率下降，好产品变成不良品，并且，这一错误在后续的工艺中无法复查，所以有人戏称中测为“良心工程”。

　　所以，在中测过程中需要涉及到测试机、接口、探针卡以及探针台几个环节，其中任意一个环节有问题，都会使测试结果出错，特别是高性能IC，往往很难判断是那个环节的问题，这时候需要的是整体解决方案（Turnkeysolution）。

2.1探针卡介绍

2.11探针台的选择

对于一个对探针台并不是很了解的人来说，如何选用一个适合的探针台？

首先简介一下探针台，然后逐步了解探针台系列产品。

一探针台的运用范围

在业界，探针台一般运用在LCD、LED、LD/PD、PCB、FPC、IC设计、IC测试、IC封装等半导体产业及电子等产业；而在科研界，大量学校实验室及科研单位都会用到探针台。

二探针台的分类

 探针台按照用途和规格一般可以分为：

 晶圆探针台； 平板（LCD/OLED）探针台； LaserDiode/PhotoDiode探针台； RF探针台； 低温/高温探针台； 表面电阻率探针台； 霍耳效应探针台。

三探针台的组成

探针台一般由台面部分，显微镜部分，样品卡盘部分，外围附加部分组成。

台面用来放置探针座，显微镜用来放大图样信息，卡盘用来固定测试样品，外部附加部分用来增添探针台的适用范围。

（比如说LASER激光系统，加热台，RF射频装置，视频采集装置，防震装置，屏蔽设备等）

四探针台的品牌

目前探针台的品牌可以定位为3类：

极高端产品：

德国的SUSS和美国的CASCAD占据探针台高端市场的大部分，当然价格也会较高；中高端产品：

台湾奕叶产品，奕叶占据了台湾绝大部分市场，相对性价比最高。

一般产品：

中国大陆有较多的仿制品，但真正成熟的产品基本没有，价格低廉。

了解完探针台的基本情况后，就是如何选用探针台了，通常需要确定以下问题来确定探针台的选型：

1、最大需要测几英寸的晶圆或者器件？

2、探针台机械精度要求多高？

3、点测样品的尺寸规格为多少？

100um*100um或60um*60um的pad，还是FIB制作的minipad，还是ic内部的metal？

4、最多需要几根探针同时去点测？

5、是否会用到探针卡？

6、光学显微镜的最小分辨率需要用到多少？

7、显微镜方面，是否需要添加偏光片做LC液晶热点侦测？

8、探针点测时，对电流的要求是否达到100fa或者以下？

低电容的要求是否要做到0.1pf？

是否有射频的需求？

9、接驳的测试仪器接口有哪些？

10、测试环境时是否会需要加热或者降温？

11、对chuck的漏电要求怎样？

是否需要添加低阻抗chuck？

12、是否需要防震桌？

13、若添置防震桌，是否有压缩空气？

根据以上实际情况，进行选用探针台。

2.12探卡的使用须知

ＩＣ探测卡又称为探针卡（probecard），用来测试ＩＣ芯片（wafer）良品率的工具，是ＩＣ生产链中不可或缺的重要一环。

探针卡是一种非常精密的工具，经由多道非常小心精密的生产步骤而完成。

为使针卡拥有最高的使用效能，要小心使用、定期的维护，注意一下事项：

一．探针卡的存放：

１请勿将探针卡放置于过高或过低于常温的环境下。

由于膨胀系数的不同，过高或过低的温度可能会使您的探针卡受到损坏。

２请勿将探针卡放置于潮湿的环境下。

潮湿的环境可能使您的探什卡产生低漏电、高泄漏电流等不良情况。

３请勿将探针卡放置于具有腐蚀性化学品的环境下。

４请务必将探针卡放置于常温、干燥、清洁的环境下，并以坚固的容器保存。

避免剧烈的震动，以免造成针尖位置的偏移。

二．探针卡的一般维修：

通常一张探针卡需要有规律性地维护方能确保它达到预期的使用效果。

每张探针卡约使用25，000次时就需要检查它的位置基准和水平基准值，约使用250，000次时需要重新更换所有探针。

一般的标准维护程序包括化学清洁（探针卡在使用一段时间后针尖上会附着些污染物，如外来碎片、灰尘等。

），调整水平其及位置基准等。

在每次取下探针卡作调整或清洁后，必须以特殊药剂清洗后烘干，以确保探针卡的电子性能。

三．为何要对探针卡进行规律性的维护：

探针卡在使用一段时间后如果针尖位置偏移可能会导致接触断路、接触短路，破坏焊垫周围的保护层；如果因本身的污染或水平基准偏差可能会导致高阻抗、接触短路、高泄漏电流、不一致的参数测量、信号及电源传导失败等现象。

这些问题都会导致测试良率下降而引起不必要的损失。

所以要对探针卡进行规律性的维护尽量避免这些问题使损失减小到最少。

2.2测试方案建立

作为测试工程师，测试方案（TestPlan我们暂时将TP作为它的简称）的建立是我们一项必不可少的工作，那么如何才能建立一个比较完美的TP呢，接下来我们将简单阐述一下TP的相关问题，以帮助初学者掌握TP的建立过程。

　　首先，在建立TP之前，我们必须了解它的作用，也就是为什么需要建立一个TP，大家知道：

在整个测试开发中，无论是写测试程序已经调试，乃至后期的测试维护，我们都会拿着一个TP作为参考，没有了TP就感觉没了方向，这也是TP最重要的作用，它类似于一个向导的作用，当我们调试中出现问题时，可以拿来参考，参考里面的测试原理图，参考里面的测试规格（spec），参考里面的测试方法等等，这都是需要参考的内容。

另外，有了TP，在别人看到你的测试程序时就更容易理解，有了TP，设计工程师也能够看出这些测试项目是否可以保证芯片的性能，甚至有时候，我们的客户也能从中受益，所以TP的重要性不言而喻。

　　由此，我们可以简单的概括TP的作用：

TP是作为测试开发以及后期维护过程中的一种重要参考文件，能够起到指导和帮助测试工程师顺利开展工作的作用，同时，也可以作为不同TE之间的一种重要沟通工具。

　　在了解了TP的作用之后，接下来我们了解一下TP的主要内容，其中最主要的内容莫过于测试原理图、测试项目及方法描述、测试参数的规格（Testspec），另外还可以包含芯片功能简单介绍，芯片极限工作条件，TP历史修改记录，版本等信息，以方便阅读者理解。

下面我们就每一项内容分别说明如下：

一、测试原理图：

也就是DUT板或者loadboard的原理图，其中包括了芯片测试时所用到的外围器件，继电器，测试机资源以及测试时所需要的辅助电路等，从原理图中我们可以可以清楚的看到使用的测试机型号，以及测试机配置等信息，关于原理图的设计一般可参考芯片的应用图，再根据要测试的项目，以及选定的测试机来完成。

具体实例可参考：

音频功放测试实例

二、测试项目及方法描述：

测试项目一般包括open/short，功耗ICC或IDD、直流参数，交流参数以及功能测试，数字芯片一般还会包涵数字向量测试，大规模SOC芯片一般都会包括SCAN和JTAG向量，再加上一些功能向量，而测试方法描述可以理解为每项参数是如何测试实现的，如电源加多少电压，多少电流，各引脚状态，继电器状态等，比如测试open-short，VDD加0V，可以从每个引脚拉出100～200uA电流，然后测试引脚电压，描述的时候一定要清楚，不要有歧义。

另外，测试项目的顺序也是很有讲究的，我们一般将open-short作为测试的第一项，为什么要这么做呢？

其原因主要有以下两条：

A、测试之前，首先要保证测试机资源和DUT（被测芯片deviceundertest）的硬件连接是否完好，由于基本上每个引脚都会测试O/S，所以通过此项参数的测试，基本可以看出硬件连接是否有问题，所以此项参数有时也称为通断测试（continuity）测试O/S的原理可参见：

open-short测试原理-；

B、可以迅速检验出IC是否失效，而不必浪费大量的测试时间在其他测试项上，一般情况下O/S失效，有两种情况，其一为测试机资源和IC引脚接触不良，可使用万用表检查连接情况解决，其二，为IC本身失效，如果是FT测试，特别是经过CP测试后的FT测试，大部分都是封装的问题，可以直接做FA以确定问题所在，如果是CP测试，在排除了探针接触问题后，基本上可以定位在wafer的问题上。

在测试完O/S后，我们一般会安排ICC作为第二项参数的测试，以检验IC的静态电流或工作电流是否正常，如果IC有关断功能的，可以考虑在ICC之前进行测试。

后面可以再安排一些直流参数的测试，再次为功能测试，最后为关键性能测试，这样安排测试顺序的好处在于可以节省大量的测试时间，因为在IC的量产测试中，测试机一般会设置成failstop的模式，也就是其中一项参数失效后就不在继续测试后面的参数，而前面的测试参数比较简单，测试时间也比较少，后面的参数复杂，而且时间长，所以会节省很多时间，在出货量很大的时候，这点尤其重要！

望初学者予以重视！

三、测试参数的规格：

也叫testspec，就是定义每项参数测试值的上下限，比如ICC<6mA，有时测试规格可以无上限或者无下限，或者都可以有，但不能都没有，测试规格我们可以从芯片的手册上得到，一般要比手册上的规格要严一些，以保证芯片测试后的质量，比如手册上VOS在+-50mV之间，我们在定义FT的测试spec时可以在+-45mV之间，正规的TP里面还应该包含QA的测试规格，QA规