影响探针痕迹深度的有关因素

林雅君

摘 要：晶圆测试是通过探针接触晶圆上被测试的芯片焊接点位置后，以电性测试的方式对芯片的性能好坏进行初步筛选。接触芯片的同时，在焊接位置上会留下探针接触后的痕迹，我们称之为探针痕迹。探针痕迹对晶圆测试有着至关重要的作用，针痕过深会造成接触不良，测试结果不准确，良品性降低，而针痕过深会扎穿焊点，最终使芯片报废，浪费成本。随着半导体行业的发展，人们对质量的要求不仅仅局限于产品的好或坏，这个概念也延伸至是否适用于客户和如何向客户保证质量的层面，本文将从几个方面以理论联系实践的方法探讨影响探针痕迹深度的相关因素及控制方法。

关键字：探针痕迹；探针；焊接点；晶圆；芯片

1 影响针痕深度的主要探针卡技术指标

1.1 针尖的压力

探针的针压系数是指描述探针作用于测试点上时，单位下移度下所施加的压力大小。针压系数大小是判断探针性能的重要指标，也对针痕的深度有着重要影响。针压过大迫使芯片焊接点单位面积所承受的压力过大，针痕深度就越深，探针扎穿焊接点的可能性越大，造成芯片不良和报废等重大质量事故。

1.2 针尖的直径

根据芯片焊接点的大小，探针直径也会被设计为更适应焊接点的大小，工业上规定针尖直径要小于焊接直径的二分之一。针尖直径对针尖压力有直接的影响，针尖直径太大，单位面积焊点收到的压力越小，接触焊点不充分会导致电性测试失真导致良品率下降；相反，针尖直径太小，更加容易扎穿芯片上焊点，暴露底层电路后最终导致产品报废。

1.3 探针卡类型

探针卡大致可分为两种：悬臂型探针卡和垂直型探针卡。悬臂型探针在接触芯片焊点后会发生一定位移，从而在焊点处呈现带有一定滑动的长椭圆形针痕；垂直型探针卡，顾名思义即以垂直的方向接触芯片焊点，呈现圆形针痕且比悬臂型探针获得更好的针痕形状。对针痕深度的影响被施加在焊点上的距离所决定。

2 影响针痕深度的测试机台参数

2.1 机台精密度

众所周知，在现代半导体行业的探针测试机台中，根据光学和机械原理的不同，厂家的不同，不同型号的测试机台对探针测试的影响也不尽相同。以Z轴移动精度举例，有1um和5um为最小移动标准的差别，我们当然知道精度为1um的几台会比5um的更为精确，对针痕深度的控制更有把握。

2.2 机台加速度

尽管测试机台种类很多，但它们的共同之处就是都有加速度设置，这里的加速度包括机台Z轴上升和下降中的加速度和减速度。速度的快慢不仅影响测试时间，也是针痕深度的至关重要因素，下图利用DOE的方法，显示了不同速度对测试时间和针痕深度的影响。

3 探针接触芯片焊点的次数

3.1 多次复测

我们知道，晶圆测试的流程是复杂而精密的，它是晶圆制造的最后一道工序，晶圆制造测试完毕后，将被切割成一颗一颗独立的芯片进行封装，最后进行交付客户前的最终测试。晶圆测试为封装部门节省了很大一部分成本。因此，晶圆测试流程不单单仅有一次，这就意味着探针接触焊点的次数不唯一，那么这时我们就需要知道芯片能够承受多少次的接触才不会被扎穿，这就需要我们进行一些DOE的试验后，得出结论。而我们已经明确的是，尽量避免不必要的接触，即：减少多次复测，保证一次测试的准确性。

3.2 Multi-site 并行测试探针卡的移动规则

并行测试值同一时间内完成同一晶圆上的多个芯片测试，能够提高单位时间内的测试效率并降低成本。并行测试的优点显而易见但它所带来的一些负面影响也随之而来，这就是增加了探针重复接触焊点的次数。对于形状为圆形的晶圆来说，晶圆边缘是不完整的芯片或是硬度较大的硅材质，此时，探针接触与不接触这些边缘芯片的移动规则不同。以3448个芯片的8英寸晶圆为例，采用8X4的32位并行探针进行测试，接触与不接触边缘的移动步径分别为137月175，其中被探针扎过次数最多的一个芯片共被接触6次。由此而知，我们应该优先选择接触边缘的方法测试，但同时也要考虑探针的材质和对探针的磨损。

4 环境温度

半导体测试常有低温，室温，高温等不同环境的测试，以确保芯片在不同环境下可以正常运行并确保芯片的稳定性。温度的变化，必然使探针长度发生物理形变，温度升高，针长变长，温度达到设定温度后，针长保持不变，从而保持正常测试。如不能保持稳定的环境温度，会迫使探针在测试过程中发生突然的变形，导致探针痕迹异常，造成测试结果不准确，甚至芯片报废的情况。因此，在这里，有三点需要特别注意：一、测试开始前，保证升降温度充分到达设置温度，待探针充分形变后稳定探针高度。二、测试过程中，保持稳定的温度环境，一旦环境遭到破坏，请从新等待探针形变。三、测试结束后，如需将环境变回室温，请确保探针形变结束再开始新的生产。

5 芯片焊点的厚度

随着电子行业的迅猛发展，晶圆制造的趋势也必定是向小而薄的方向发展。晶圆的制造需要一系列高精密高洁净度高机械化的复杂工艺，度量单位往往以纳米级计量，随着消费者需求的提高，制造商们不断的改变工艺追求创新，晶圆的厚度越来越薄，对于芯片焊点的厚度有了新的改变，这也必然对探针测试有了更大的挑战。

综上所诉，影响探针痕迹深度的因素有很多，对任何条件的改变都应考虑到其他方面的影响，这就要求技术者们必须综合观察，进行充分的试验并利用六西格玛原理对产品进行科学设计。

参考文献

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