通過接觸測試來提高探針痕跡的一致性

摘 要：晶圓測試是通過探針卡上的探針直接與芯片上的焊墊接觸，連接測試機與芯片，再配合軟件控制，對芯片參數進行測試，篩選出不良品。探針與芯片上觸點接觸過淺，電信號無法正常傳導，會直接影響芯片的良品率；反過來，過大過深的探針痕跡又會對芯片使用的可靠性以及后段封裝中的打線流程造成影響。本文主要探討在晶圓電性針測過程中的接觸測試理論，以及如何通過引進接觸測試來提高懸臂卡探針痕跡的一致性。

關鍵字：晶圓測試；探針痕跡；接觸測試

1 引言

當IC設計完成后，會下單給晶圓生產工廠制作。晶圓測試（wafer probe）是在晶圓制作完成后，通過探針卡上的探針直接與芯片上的焊墊接觸，連接測試機與芯片，再配合軟件控制，對芯片參數進行測試，篩選出不良品。探針卡（probe card）是被測器件（DUT）與測試機（tester）的一個重要接口，通常一塊探針卡上有幾十至幾百根的探針。晶圓測試需要高質量的探針接觸以保證測試機與芯片完整良好的信號傳導。探針痕跡的好壞直接影響晶圓測試的良品率和芯片的可靠性。探針痕跡過淺，電信號無法正常傳導，會降低晶圓測試良品率。而過大過深的探針痕跡更會導致晶粒焊墊上鈍化層損壞，芯片內部通孔中的金屬外露，這不僅會對后段封裝的打線（wire bond）制程造成影響，而且還會直接影響芯片本身的可靠性。本文主要探討為什么在同一顆晶粒不同焊墊上的探針痕跡會存在大小不一的差異，以及如何通過引入接觸測試來提高探針痕跡的一致性。

2 背景介紹

封裝部門反饋產品A在打線（wire bond）過程中存在焊球與焊墊之間粘接力不足的問題。通過分析推球測試（ball shear test）結果與焊墊上探針痕跡大小差異（圖1），我們發現探針痕跡越大，推球測試數值越小，即焊球與焊墊之間的粘結力越不好。特別是當探針痕跡過大，并伴隨焊墊下層通孔金屬外露發生時，推球測試結果明顯低于正常探針痕跡的測試值。與此同時，我們也發現一個奇怪的現象，在同一顆晶粒上不同焊墊上的探針痕跡大小深度存在著明顯的差異。

3 調查分析

探針卡上安裝了近百根探針，針與針之間存在著一定的高度差（planarity window），這是探針卡在制作中固有存在的。并且隨著探針卡在實際晶圓測試過程中與焊墊接觸次數的增加，由于探針本身熱膨脹或外部細小雜質顆粒的影響，針與針之間的高度差還會隨之增加。經測量發現，相比其它的探針，較長的針在測試過程中，與焊墊接觸后，留下的探針痕跡更大更深，如圖2所示。

通常，當一批晶圓開始測試時，應用軟件integrator驅動晶圓針測機（prober）中的卡盤（chuck）上升，卡盤上的晶圓一步步地接近探針卡（圖3），與此同時，晶圓針測機會紀錄下懸臂探針卡每一行最后一根探針接觸到晶圓焊墊時的位置，自動計算出這四根探針的平均位置作為實際測試時施加觸點壓力（overdrive）的零基準。這種尋找零基準點的方法存在一個最大的缺陷：抽樣比率低，不能準確定位零基準。如果其它的探針比這四根用于定位的探針長，則會在實際測試中導致焊墊上探針痕跡過長過深。

4 改善方案

為了獲得更精確的觸點壓力基準點，我們在一批晶圓開始功能測試前引進了接觸測試。接觸測試的原理與傳統意義上的導通測試或開路-短路測試相同（輸入電流，測試輸出電壓），同時，測試程序還可以把探針是否通過接觸測試的情況分類（bin）顯示：

所有用于數字測試的探針（除用于接地，dc 和UW源的探針之外）都能應用到接觸測試中。并且我們還可以設定探針與探針的平整度控制極限值（planarity window），一旦在接觸測試中探針與探針之間的平整度超過預先設定的控制值，系統就會自動終止晶圓測試，同時探針卡會被送去維修。這樣我們就能得到更精準的觸點壓力零基準點，從而提高測試時探針痕跡的一致性。如圖4所示，當加入接觸測試后，同一顆晶粒不同焊墊上探針痕跡的大小差異明顯小。

5 結論

通過在晶圓功能測試正式開始前加入接觸測試，顯著提高了探針痕跡的一致性，更好的幫助我們定位觸點壓力的零基準，避免過長過深探針痕跡對芯片質量的影響。同時，接觸測試的加入也能避免探針在使用中的過度磨損。

參考文獻

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作者簡介

李玉莉（1981-），女，天津市，助理工程師，本科，研究方向：半導體測試。