探針卡簡(jiǎn)化測試和替換流程

存儲器件持續不斷的降價(jià)壓力要求降低測試成本。很多公司通過(guò)同時(shí)測試更多的器件來(lái)提高吞吐率。過(guò)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）數量從32到64到128不斷上升——減少了測試平臺的數目。這樣，通過(guò)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)間是測試設備真正在測試晶圓。測試設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(chǎng)商在購進(jìn)額外探針卡時(shí)都非常謹慎；這樣，可實(shí)現重用性好和易于維護的系統方法就變得非常重要。

為了解決這一問(wèn)題，FormFactor公司開(kāi)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構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。該結構還可以用在測試機或探針上，減少了探針卡的元件并降低系統的成本。

探針卡上可以有數以千計的電阻和電容。額外的元件對于一次TD來(lái)說(shuō)是必須的。探針頭幾乎占據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系統方法考慮了測試機、探針和探針卡，通過(guò)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備都是針對特定用途的，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的測試對系統的要求相對簡(jiǎn)單一些。而DRAM芯片的尺寸較小，在未來(lái)需要的針腳多達50,000個(gè)，必須考慮到系統的動(dòng)力供應問(wèn)題。隨著(zhù)力的增加，損壞引線(xiàn)鍵合焊盤(pán)的可能性也隨之增大。

鍵合焊盤(pán)的損壞與共面性也有關(guān)。共面性差將導致探針卡的過(guò)度深入更加嚴重，會(huì )產(chǎn)生更大的力并在器件鍵合焊盤(pán)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(hù)系統的相關(guān)性。傾斜造成斜率X，距離Y。當測試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(wèn)題。由于傾斜造成探針卡部分更靠近晶圓，而隨著(zhù)每個(gè)彈簧向系統中引入了更多的力，造成的過(guò)量行程將更大，產(chǎn)生更大的劃痕，與此同時(shí)部分由于傾斜而遠離的部分還會(huì )有接觸不良的問(wèn)題，留下的劃痕也幾乎不可見(jiàn)?？紤]到大面積的300 mm晶圓，以及需要進(jìn)行可重復的接觸，將探針卡向系統傾斜便相當有吸引力。

自動(dòng)調節的共面系統降低了較大力造成損壞的可能，并允許測試設備與不同系統之間的兼容。Harmony橋式結構允許探針收集信息，之后調整探針卡的傾斜達到最佳位置，用時(shí)不超過(guò)3 min。整個(gè)測試系統同時(shí)工作，減少了無(wú)效的時(shí)間、動(dòng)力工藝和手動(dòng)調整，并且可以達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。