探针卡

探针卡是电子测试系统和半导体晶圆之间的接口。 通常，探针卡与探针机械对接并与测试仪电连接。 其目的是在测试系统和晶圆上的电路之间提供一条电气路径，从而允许在晶圆级对电路进行测试和验证，通常是在它们被切割和封装之前。 它通常由印刷电路板 (PCB) 和某种形式的接触元件组成，通常是金属的，但也可能由其他材料制成。

半导体制造商通常需要为每个新设备晶片和设备缩小（当制造商在保持其功能的同时减小设备尺寸时）使用新的探针卡，因为探针卡实际上是一个定制连接器，采用通用模式 给定测试仪并转换信号以连接到晶圆上的电焊盘。 为了测试 DRAM 和闪存设备，这些焊盘通常由铝制成，每边 40–90 微米。 其他设备可能具有由铜、铜合金或多种类型的焊料（例如铅锡焊料、锡银焊料等）制成的平焊盘或凸起的凸块或柱。

在器件测试期间，探针卡必须与这些焊盘或凸块形成良好的电接触。 当设备的测试完成后，探测器将晶圆索引到下一个要测试的设备。

根据接触元件的形状和形式，探针卡大致分为针型、垂直型和 MEMS（微机电系统）型。 MEMS 类型是目前最先进的技术。 目前最先进的探针卡可以一次触地测试整个 12 片晶圆。

通常将探针卡插入到称为晶圆探测器的设备中，在该设备中，将调整待测晶圆的位置，以确保探针卡与晶圆之间的精确接触。 装载探针卡和晶圆后，探针中的摄像头将光学定位探针卡上的几个尖端和晶圆上的多个标记或焊盘，并使用此信息对齐被测设备 (DUT) 上的焊盘 到探针卡触点。

探针卡效率受多种因素影响。 也许影响探针卡效率的最重要因素是可以并行测试的 DUT 的数量。 今天的许多晶圆仍然一次测试一个设备。 如果一个晶圆有 1000 个这样的器件，测试一个器件所需的时间为 10 秒，探针从一个器件移动到另一个器件的时间为 1 秒，那么测试整个晶圆需要 1000 x 11 秒 = 11,000 秒或大约 3 小时。 然而，如果探针卡和测试仪可以并行测试 16 个器件（16 倍的电气连接），那么测试时间将减少几乎恰好 16 倍（约 11 分钟）。 请注意，因为现在探针卡有 16 个器件，当探针触及圆形晶圆时，它可能不会总是接触到有源器件，因此测试一个晶圆的速度将略低于 16 倍。

另一个主要因素是积聚在探针针尖上的碎屑。 通常，它们由钨或钨/铼合金或高级钯基合金（如 PdCuAg）制成。 一些现代探针卡具有通过 MEMS 技术制造的接触尖端。

无论探针尖端材料如何，由于连续接触事件（探针尖端与管芯的焊盘发生物理接触），污染物会在尖端上积聚。 碎屑的积累会对接触电阻的关键测量产生不利影响。 要使用过的探针卡恢复到可接受的接触电阻，需要彻底清洁探针尖端。 可以使用 NWR 型激光离线完成清洁，通过选择性地去除污染物来回收吸头。 测试期间可以使用在线清洗来优化晶圆内或晶圆批次内的测试结果。