探針卡故障分析及維護(hù)方法.doc

探針卡常見故障分析及維護(hù)方法探針卡常見故障分析及維護(hù)方法8 r$ S+ n: s k摘要：芯片測(cè)試是IC制造業(yè)里不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，探針卡是芯片測(cè)試必需的精密工具，探針卡狀態(tài)的好壞直接影響著測(cè)試的質(zhì)量。本文簡單介紹探針卡的常見故障及對(duì)測(cè)試造成的影響并討論探針卡的維護(hù)方法。$ 3 l3 O8 |* p6 R% Y關(guān)鍵詞：探針卡，測(cè)試，故障分析，維護(hù)。0 * t9 m u4 P; Q- d芯片測(cè)試是IC制造業(yè)里不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。芯片測(cè)試是為了檢驗(yàn)規(guī)格的一致性而在硅片集成電路上進(jìn)行的電學(xué)參數(shù)測(cè)量。硅片測(cè)試的目的是檢驗(yàn)可接受的電學(xué)性能。測(cè)試過程中使用的電學(xué)規(guī)格隨測(cè)試的目的而有所不同。如果發(fā)現(xiàn)缺陷，產(chǎn)品小組將用測(cè)試數(shù)據(jù)來確保有缺陷的芯片不會(huì)被送到客戶手里，并通過測(cè)試數(shù)據(jù)反饋，讓設(shè)計(jì)芯片的工程師能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正制作過程中的問題。) P$ d) T gg6 T& e0 C通常用戶得到電路，直接安裝在印刷電路板(PCB)上，PCB生產(chǎn)完畢后，直接對(duì)PCB進(jìn)行測(cè)試。這時(shí)如果發(fā)現(xiàn)問題，就需要復(fù)雜的診斷過程和人工分析，才能找到問題的原因。如果是集成電路的問題，就需要將壞的集成電路拆卸下來，將替換的集成電路安裝上去。很多現(xiàn)代大規(guī)模集成電路的封裝往往是BGA封裝，手工拆卸幾乎不可能，需要專門的儀器?？梢姡呻娐啡绻赑CB階段才測(cè)試出問題，對(duì)生產(chǎn)的影響大大高于單片的階段。對(duì)于復(fù)雜的設(shè)備，如果在整機(jī)階段才發(fā)現(xiàn)集成電路的問題，其影響更是巨大。因此，集成電路生產(chǎn)時(shí)的測(cè)試具有很重要的意義。; K# v+ L7 A3 b5 W, 8 k6 x9 t7 B實(shí)現(xiàn)芯片測(cè)試的途徑就是探針卡。探針卡是自動(dòng)測(cè)試儀與待測(cè)器件之間的接口，我們通過探針卡把測(cè)試儀和被測(cè)芯片連接起來。典型的探針卡是一個(gè)帶有很多細(xì)針的印刷電路板，這些細(xì)針和待測(cè)器件進(jìn)行物理和電學(xué)接觸，通常我們習(xí)慣的做法是做一個(gè)與每個(gè)管芯焊盤幾何形狀匹配的PCB電路板，并把它連接到測(cè)試設(shè)備上。探針測(cè)試這一過程是非常精密的，要有很高的專業(yè)水平和經(jīng)驗(yàn)才能完成。把晶圓片安放在一個(gè)可移動(dòng)的金屬板上。這樣，在水平和垂直兩個(gè)方向上，可以手動(dòng)或者自動(dòng)移動(dòng)晶圓片，并通過探針卡實(shí)現(xiàn)這一部分的電子線路連接。1 c. t |2 p8 g. w# T 探針卡上有細(xì)小的金屬探針附著，通過降低探針高度或升高芯片的高度使之和芯片上的焊盤接觸，可以把卡上的線路和芯片的結(jié)合焊盤連起來。之后，運(yùn)行測(cè)試程序檢驗(yàn)芯片合格與否。測(cè)試完成后，探針卡于芯片分離，如果芯片不合格，則會(huì)在其中央做上標(biāo)記，然后圓片移動(dòng)到下一個(gè)芯片的位置，這種方法可以讓圓片上的每一個(gè)芯片都經(jīng)過測(cè)試。這一檢測(cè)過程會(huì)在芯片的每個(gè)焊盤上留下標(biāo)記以表明該芯片被測(cè)試過了。通常我們作標(biāo)記的方法是在不合格的芯片上打點(diǎn)。在探針臺(tái)上裝上打點(diǎn)器，打點(diǎn)器根據(jù)系統(tǒng)的信號(hào)來判斷是否給芯片打點(diǎn)標(biāo)記。系統(tǒng)在測(cè)試每個(gè)芯片的時(shí)候?qū)π酒暮脡呐c否進(jìn)行判斷，發(fā)出合格與不合格的信號(hào)。如果是合格的芯片，打點(diǎn)器不動(dòng)作；如果是不合格的芯片，打點(diǎn)器立刻對(duì)這個(gè)不合格的芯片打點(diǎn)。 i! A1 c% _0 X4 * P2 x在實(shí)際的芯測(cè)試中探針卡的狀態(tài)是非常重要的，如探針氧化，觸點(diǎn)壓力、以及探針臺(tái)的平整度，探針尖磨損和污染都會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成極大的負(fù)面影響,這些常見故障是如何形成的,而我們應(yīng)該如何避免?9 V+ u% Q9 n: L一.探針氧化:通常探針是由鎢制成的，它如果長期不用，針尖要形起氧化，針尖如果氧化，接觸電阻變大,測(cè)試時(shí)參數(shù)測(cè)不穩(wěn)，為了不使它氧化，我們平時(shí)必須保護(hù)好探針卡，把它放在卡盒里，存放在氮?dú)夤裰校乐固结樀募涌煅趸?，同時(shí)測(cè)片子時(shí)，用細(xì)砂子輕輕打磨針尖并通以氮?dú)?，減緩氧化過程。; Z1 g. j3 0 O( x. p g% J( a二. 針尖高低不平(若針尖高度差在30UM以上):探針卡使用一段時(shí)間后，由于探針加工及使用過程中的微小差異導(dǎo)致所有探針不能在同一平面上會(huì)造成。S+ c4 0 K9 C1.某些針尖位置高的扎不上AL層,使測(cè)試時(shí)這些針上電路不通.% J* D: k+ J% . M0 P2某些針尖位置低的扎傷AL層，對(duì)后續(xù)封裝壓焊有影響，使芯片與封裝后成品管腳焊接質(zhì)量差，容易引起短路.7 r/ 5 G( N2 u. A% 6 k; 3.某些針尖壓痕太長，超出PAD范圍，使PAD周圍的鋁線短路.) X k* 5 h/ X9 S所以平時(shí)我們操作時(shí)應(yīng)找準(zhǔn)接觸點(diǎn),把過行程設(shè)置為 24MILS或70100UM時(shí)，每個(gè)壓點(diǎn)都有很清楚的針跡，然后再把過行程設(shè)置為0時(shí)，看清楚每個(gè)壓點(diǎn)上都有輕輕的針跡，如果某些壓點(diǎn)上沒有針跡，就需要用鑷子把這根針壓下，如果某些壓點(diǎn)上針跡太重，而需要有鑷子把這根針往上抬一下，使針尖的高度差調(diào)在30UM以內(nèi)，然后做接觸檢查，每根針與壓點(diǎn)接觸電阻應(yīng)小于0.5歐姆，樣片/樣管測(cè)試是否OK，合格、失效管芯各測(cè)10遍，看重復(fù)性與穩(wěn)定性。: p) I5 ! # S! Z( 3 C+ e三. 針尖異常(開裂，折斷，彎曲，破損):操作過程中，由于操作工操作不當(dāng)造成.% O* R8 _. c# # p* N+ |1.針尖沒有裝好保護(hù)蓋而針尖朝下直接放到設(shè)備上.$ 4 r g0 _8 h( _0 2.取卡時(shí)針尖不小心碰撞.- W+ 0 + V+ $ c, 1 v3 n8 k# 3.用細(xì)砂子打磨針尖時(shí)用力太猛使針尖彎曲.9 g( p2 k L7 l7 O! j! V( H- ?) M4.上高度時(shí)Z鍵打到快檔，承片臺(tái)上升過快,而撞到針尖.2 % b6 A5 G6 M* m! n- y t5裝打點(diǎn)器時(shí)不小碰傷。2 V( Z- A1 P: f6 N1 J2 Y) G6 * g; G6.調(diào)針時(shí)鑷子碰傷針尖等等，都要造成針尖開裂，扎斷，彎曲，破損。6 E1 A# Y4 d+ Y% E這種情況一般馬上就能發(fā)現(xiàn)問題，必須把它取下來反放到顯微鏡下修復(fù)針尖，恢復(fù)到原來位置，如確實(shí)調(diào)不好的針，應(yīng)到焊卡設(shè)備上重新?lián)Q針，而一般進(jìn)過修理過的探卡，使用時(shí)間會(huì)縮短且容易誤測(cè)，所以對(duì)這種情況都應(yīng)嚴(yán)格禁止發(fā)生，平時(shí)對(duì)操作人員應(yīng)加強(qiáng)培訓(xùn)，取針卡時(shí)應(yīng)裝好保護(hù)蓋，針尖不要碰到設(shè)備上，用細(xì)砂子砂針尖時(shí)應(yīng)輕輕打磨，上高度時(shí)，把Z鍵打到慢檔，緩慢上升承片臺(tái),找準(zhǔn)接觸點(diǎn)。q# k) , j7 m* R, l% 2 d! B0 C四.針尖磨平:/ ?# X; j0 Q! E7 t6 b) w1.針在使用很長時(shí)間后尖正常損耗.1 B; f_3 t$ G: J! v: K# h1 r! 2.操作工用過粗的砂子.9 X- t6 E0 t; q6 y3.砂針尖時(shí)用力過猛.$ 1 p P6 J: / 1 H) r8 W7 , N) E4.砂得時(shí)間過長.( c8 M1 g5 s9 n+ t針尖如磨平，使針尖偏離壓點(diǎn)，測(cè)試無法通過，針尖接觸面大，而接觸電阻大影響參數(shù)測(cè)試，所以平時(shí)如果在測(cè)片子之前，先拿上卡到顯微鏡下檢查針尖有否磨平，如已磨平應(yīng)及時(shí)換針，操作工在砂針尖時(shí)注意技能，應(yīng)輕輕打磨針尖，而不致于磨平針尖。# M7 5 a2 Cb* a- U2 |五. 探針卡沒焊好:# K; s R* # x1 u1探針卡針焊得不到位。. W: k 8 ! E! z3 C2基板上銅箔剝落，針焊接不牢固，或焊錫沒有焊好而造成針虛焊。. Q# h+ |4 C, z* S3探針卡布線斷線或短路。6 T% m4 Z+ s5 Q. E+ e/ p: l5 |4背面有突起物，焊錫線頭。6 A2 h$ Z- a. l. j# + k% x0 F探針卡沒焊到位，是因?yàn)楹稿a時(shí)針受熱要稍微的收縮，使針尖偏離壓點(diǎn)區(qū)，而針虛焊和布線斷線或短路，測(cè)試時(shí)都要測(cè)不穩(wěn)，所以焊針時(shí)，應(yīng)憑自己的經(jīng)驗(yàn),把針尖離壓點(diǎn)中心稍微偏一點(diǎn),焊完后使針尖剛好回到壓點(diǎn)中心,同時(shí)針焊好后應(yīng)檢查針尖的位置，檢查針的牢固性。技術(shù)員平時(shí)焊完卡后應(yīng)注意檢查探針卡的質(zhì)量如何，把背面的突起物和焊錫線頭剪平，否則要扎傷AL層，造成短路或斷路，而操作工也應(yīng)在測(cè)試裝卡前檢查一下7 Y2 m, N7 B 9 ?+ $ T六. 針尖有異物(鋁粉，墨跡，塵埃):9 J7 g8 M9 r4 D# w5 . v1. 針尖有鋁粉:測(cè)大電流時(shí)，針尖上要引起多AL粉，使電流測(cè)不穩(wěn)，所以需要經(jīng)常用灑精清洗探針并用氮?dú)獯蹈?，同時(shí)測(cè)試時(shí)邊測(cè)邊吹氮?dú)?，以減少針尖上的AL粉。 ( J$ tz- H! i+ s0 ?# k2.針尖有墨跡:測(cè)試時(shí)打點(diǎn)器沒有調(diào)整好，尼龍絲碰到針尖上，針尖上沾上墨跡,然后針尖與壓點(diǎn)接觸時(shí)，壓點(diǎn)窗口上墨跡沾污，使片子與AL層接觸不良，參數(shù)通不過，還有對(duì)后續(xù)封裝壓焊有影響，使芯片與封裝后成品管腳焊接質(zhì)量差，所以平時(shí)裝打點(diǎn)器時(shí)，不要把打點(diǎn)器裝得太前或太后和太高或太低，而應(yīng)該使尼龍絲與硅片留有一定距離，然后靠表面漲力使墨水打到管芯中心，如已經(jīng)沾上墨跡 ，要立即用酒精擦干凈，并用氮?dú)獯蹈伞? y u/ 6 A3 1 x) f2 R5 U七. 如何判斷探針卡的好壞：1.可以用扎五點(diǎn)來判斷，即上中下左右，五點(diǎn)是否扎在壓點(diǎn)內(nèi)，且針跡清楚,又沒出氧化層,針跡圓而不長且不開叉.2.做接觸檢查,每根針與壓點(diǎn)接觸電阻是否小于0.5歐姆.3.通過看實(shí)際測(cè)試參數(shù)來判斷,探針與被測(cè)IC沒有接觸好，測(cè)試值接近于0。# d 6 e/ O: h) e i# Z 總之，操