半導體參數測試的關(guān)鍵問(wèn)題之一――探針的接觸電阻

關(guān)鍵字：半導體參數 接觸電阻

通常，參數測試系統將電流或電壓輸入被測器件（DUT），然后測量該器件對于此輸入信號的響應。這些信號的路徑為：從測試儀通過(guò)電纜束至測試頭，再通過(guò)測試頭至探針卡，然后通過(guò)探針至芯片上的焊點(diǎn)，到達被測器件，并最后沿原路徑返回測試儀器。

如果獲得的結果不盡如人意，問(wèn)題可能是由測量?jì)x器或軟件所致，也可能是其它原因造成。通常情況下，測量?jì)x器引進(jìn)一些噪聲或測量誤差。而更可能導致誤差的原因是系統的其它部件，其中之一可能是接觸電阻，它會(huì )受探針參數的影響，如探針的材料、針尖的直徑與形狀、焊接的材質(zhì)、觸點(diǎn)壓力、以及探針臺的平整度。此外，探針尖磨損和污染也會(huì )對測試結果造成極大的負面影響。

測試信號的完整性需要高質(zhì)量的探針接觸，這與接觸電阻（CRes）直接相關(guān)。接觸電阻是隨著(zhù)信號電壓的減小、接觸壓力的降低、以及新材料器件如砷化鎵汲取了更多的電流，而對測量的影響越來(lái)越重要。

接觸電阻即探針尖與焊點(diǎn)之間接觸時(shí)的層間電阻。通常不能給出具體的指標，因為實(shí)際的接觸電阻很難測量。一般，信號路徑電阻被用來(lái)替代接觸電阻，而且它在眾多情況下更加相關(guān)。在檢測虛焊和斷路的時(shí)候，探針卡用戶(hù)經(jīng)常需要為路徑電阻指定一個(gè)標稱(chēng)值。信號路徑電阻是從焊點(diǎn)到測試儀的總電阻，即接觸電阻、探針電阻、焊接電阻、trace電阻、以及彈簧針互連電阻的總和。但是，接觸電阻是信號路徑電阻的重要組成部分。

在實(shí)際使用中，探針的接觸電阻在很大程度上取決于焊點(diǎn)的材料、清洗的次數、以及探針的狀況，而且它同標稱(chēng)值相差較多。其中鎢錸合金（97%-3%）的接觸電阻比鎢稍高，抗疲勞性相似。但是，由于鎢錸合金的晶格結構比鎢更加緊密，其探針頂端的平面更加光滑。因此，這些探針頂端被污染的可能性更小，更容易清潔，其接觸電阻也比鎢更加穩定。所以鎢錸合金是一種更佳的選擇。

觸點(diǎn)壓力的定義為探針頂端（測量單位為密耳或微米）施加到接觸區域的壓力（測量單位為克）。觸點(diǎn)壓力過(guò)高會(huì )損傷焊點(diǎn)。觸點(diǎn)壓力過(guò)低可能無(wú)法通過(guò)氧化層，因此產(chǎn)生不可靠的測試結果。

頂端壓力主要由探針臺的驅動(dòng)器件控制，額外的Z運動(dòng)（垂直行程）會(huì )令其直線(xiàn)上升。此外，探針材質(zhì)、探針直徑、光束長(cháng)度、和尖錐長(cháng)度都在決定頂端壓力時(shí)起重要的作用。圖1解釋了觸點(diǎn)壓力和接觸電阻的關(guān)系。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，隨著(zhù)探針開(kāi)始接觸并逐漸深入焊點(diǎn)氧化物和污染物的表層，接觸電阻減小而電流流動(dòng)迅速開(kāi)始。隨著(zhù)探針接觸到焊點(diǎn)金屬的亞表層，這些效應將增加。盡管隨著(zhù)探針壓力的增強，接觸電阻逐漸降低，最終它會(huì )達到兩金屬的標稱(chēng)接觸電阻值。

涉及到探針的接觸電阻的問(wèn)題時(shí)，我們還需要考慮平衡觸點(diǎn)壓力（BCF），超量驅動(dòng)，探針到探針的平整度，探針污染與清理等問(wèn)題。