探針卡簡化測試和替換流程

存儲(chǔ)器件持續(xù)不斷的降價(jià)壓力要求降低測試成本。很多公司通過同時(shí)測試更多的器件來提高吞吐率。過去的幾年里，測試探針卡的發(fā)展允許平行測試更多的器件——同時(shí)可測的待測器件（DUT）數(shù)量從32到64到128不斷上升——減少了測試平臺(tái)的數(shù)目。這樣，通過在300 mm晶圓上一次完成測試，而不是需要四次觸底（TD）測試，提高了測試的吞吐率。

通常測試一個(gè)flash芯片需要10分鐘。在更換晶圓之前需要這么多時(shí)間，更換晶圓還另外需要兩分鐘。還需要三分鐘時(shí)間更換晶圓舟；這樣，只有約80%的時(shí)間是測試設(shè)備真正在測試晶圓。測試設(shè)備在并非測試晶圓的閑置時(shí)間中，約有60%與探針或測試機(jī)的狀態(tài)相關(guān)；40%與探針卡相關(guān)。由于探針卡非常昂貴，使用廠商在購進(jìn)額外探針卡時(shí)都非常謹(jǐn)慎；這樣，可實(shí)現(xiàn)重用性好和易于維護(hù)的系統(tǒng)方法就變得非常重要。

為了解決這一問題，F(xiàn)ormFactor公司開發(fā)了Harmony探針卡，該探針卡由四個(gè)相同的探針陣列組成，這些陣列具有即插即用的特點(diǎn)（如圖）。如果某一部分被損壞了，只須替換相關(guān)的四分之一陣列，而不用替換整個(gè)探針頭。有一個(gè)備用的陣列可以隨時(shí)進(jìn)行替換。由于整體起伏受到表面圖形的限制，每個(gè)四分之一陣列允許設(shè)定探針腳平面的位置，使之與局域陶瓷環(huán)位置匹配，而不用與全部圖形匹配。

Harmony探針卡上衍生出的橋式結(jié)構(gòu)可以提供剛性的參考表面，縮短了浸入時(shí)間并可以提供自動(dòng)傾斜校正。該結(jié)構(gòu)還可以用在測試機(jī)或探針上，減少了探針卡的元件并降低系統(tǒng)的成本。

探針卡上可以有數(shù)以千計(jì)的電阻和電容。額外的元件對(duì)于一次TD來說是必須的。探針頭幾乎占據(jù)了探針卡朝向晶圓面的全部，給其他元件留下的空間非常小。Harmony系統(tǒng)方法考慮了測試機(jī)、探針和探針卡，通過將元件移到探針卡的背面創(chuàng)造了更多空間。

大部分制造商提供的測試設(shè)備都是針對(duì)特定用途的，必須將配合針腳的電子元件集成到測試頭上。探針卡與晶圓和測試機(jī)的電連接必須很好。由于每個(gè)芯片尺寸較大并且需要測試探針較少（需要大概11,000個(gè)針腳），NAND flash的測試對(duì)系統(tǒng)的要求相對(duì)簡單一些。而DRAM芯片的尺寸較小，在未來需要的針腳多達(dá)50,000個(gè)，必須考慮到系統(tǒng)的動(dòng)力供應(yīng)問題。隨著力的增加，損壞引線鍵合焊盤的可能性也隨之增大。

鍵合焊盤的損壞與共面性也有關(guān)。共面性差將導(dǎo)致探針卡的過度深入更加嚴(yán)重，會(huì)產(chǎn)生更大的力并在器件鍵合焊盤位置造成更大的劃痕。共面性由兩部分決定：彈簧探針的自然共面性（受與晶圓距離的影響）以及探針卡和客戶系統(tǒng)的相關(guān)性。傾斜造成斜率X，距離Y。當(dāng)測試300 mm晶圓時(shí)，傾斜程度不變但距離卻加倍了，就會(huì)產(chǎn)生共面性問題。由于傾斜造成探針卡部分更靠近晶圓，而隨著每個(gè)彈簧向系統(tǒng)中引入了更多的力，造成的過量行程將更大，產(chǎn)生更大的劃痕，與此同時(shí)部分由于傾斜而遠(yuǎn)離的部分還會(huì)有接觸不良的問題，留下的劃痕也幾乎不可見?？紤]到大面積的300 mm晶圓，以及需要進(jìn)行可重復(fù)的接觸，將探針卡向系統(tǒng)傾斜便相當(dāng)有吸引力。

自動(dòng)調(diào)節(jié)的共面系統(tǒng)降低了較大力造成損壞的可能，并允許測試設(shè)備與不同系統(tǒng)之間的兼容。Harmony橋式結(jié)構(gòu)允許探針收集信息，之后調(diào)整探針卡的傾斜達(dá)到最佳位置，用時(shí)不超過3 min。整個(gè)測試系統(tǒng)同時(shí)工作，減少了無效的時(shí)間、動(dòng)力工藝和手動(dòng)調(diào)整，并且可以達(dá)到更好的接觸電阻和更大的吞吐率——這些都提高了一次TD值。