新闻动态

探针台|半导体晶圆在片测试的利器


以RF微波射频在片测试为例,在片测量是指使用探针直接测量晶圆(Wafer)或裸芯片(Chip)的微波射频参数。相比于常规的键合/封装后的测量,微波射频在片测量消除了封装及键合丝引入的寄生参数,可以更准确的反应被测芯片的射频特性。微波射频在片测量广泛应用于器件建模、芯片检验等领域。

随着5G、汽车雷达等技术的发展,在片测试也进入了亚毫米波/太赫兹频段,对在片测试技术提出了更高的挑战。

在片测量系统

微波射频在片测量系统一般由射频/微波测量仪器和探针台及附件组成。 微波射频在片测量系统中,探针台和探针用于芯片测量端口与射频测量仪器端口(同轴或波导)之间的适配;微波射频测量仪器完成各项所需的射频测量。

探针台(Probe Station):探针台是半导体(包括集成电路、分立器件、光电器件、传感器)行业重要的检测装备之一,其广泛应用于复杂、高速器件的精密电气测量,旨在确保质量及可靠性,并缩减研发时间和器件制造工艺的成本。通过与测试仪器的配合,探针台将参数特性不符合要求的芯片记录下来,在进入后序工序前予以剔除,大大降低器件的制造成本。探针台主要用于晶圆制造环节的晶圆检测、芯片研发和故障分析等应用。



半导体测试可以按生产流程可以分为三类:验证测试、晶圆测试测试、封装检测。晶圆检测环节需要使用测试仪和探针台,测试仪/机用于检测芯片功能和性能,探针台实现被测芯片与测试机的连接,通过探针台和测试机的配合使用对晶圆上的裸芯片进行功能和电参数测试或射频测试,可以对芯片的良品、不良品的进行筛选。

探针台的作用是什么?探针台可以将电探针、光学探针或射频探针放置在硅晶片上,从而可以与测试仪器/半导体测试系统配合来测试芯片/半导体器件。这些测试可以很简单,例如连续性或隔离检查,也可以很复杂,包括微电路的完整功能测试。可以在将晶圆锯成单个管芯之前或之后进行测试。在晶圆级别的测试允许制造商在生产过程中多次测试芯片器件,这可以提供有关哪些工艺步骤将缺陷引入最终产品的信息。它还使制造商能够在封装之前测试管芯,这在封装成本相对于器件成本高的应用中很重要。探针台还可以用于研发、产品开发和故障分析应用。

探针台如何工作?探针台可以固定晶圆或芯片,并精确定位待测物。手动探针台的使用者将探针臂和探针安装到操纵器中,并使用显微镜将探针尖端放置到待测物上的正确位置。一旦所有探针尖端都被设置在正确的位置,就可以对待测物进行测试。对于带有多个芯片的晶圆,使用者可以抬起压盘,压盘将探针头与芯片分开,然后将工作台移到下一个芯片上,使用显微镜找到精确的位置,压板降低后下一个芯片可以进行测试。半自动和全自动探针台系统使用机械化工作台和机器视觉来自动化这个移动过程,提高了探针台生产率。

探针台的分类探针台可以按照使用类型与功能来划分,也可以按照操作方式来划分成:手动探针台、半自动探针台、全自动探针台。

手动探针台系统顾名思义是手动控制的,这意味着晶圆载物台、显微镜以及定位器/操纵器都是由使用者手动移动的。因此一般是在没有很多待测器件需要测量或数据需要收集的情况下使用手动探针台。该类探针台的优点之一是只需要最少的培训,易于配置环境和转换测试环境,并且不需要涉及额外培训和设置时间的电子设备、PC或软件。由于其灵活和可变性高的特点,非常适合研发人员使用。

全自动探针台相比上述两种添加了晶圆材料处理搬运单元(MHU)和模式识别(自动对准)。负责晶圆的输送与定位,使晶圆上的晶粒依次与探针接触并逐个测试。可以24小时连续工作,通常用于芯片量产或有一些特殊要求如处理薄晶圆、封装基板等。全自动探针台价格也是远比手动/半自动探针台要昂贵。


探针台由哪些部分组成?样品台(载物台):是定位晶圆或芯片的部件设备。通常会根据晶圆的尺寸来设计大小,并配套了相应的精密移动定位功能。

光学元件:这个部件的作用使得用户能够从视觉上放大观察待测物,以便精确地将探针尖端对准并放置在待测晶圆/芯片的测量点上。有的采用立体变焦显微镜,有的采用数码相机,或者两者兼有。


探针(探针卡):待测芯片需要测试探针的连接,才能与测试仪器建立连接。常见的有普通 DC 测试探针、同轴DC测试探针、有源探针和微波探针等。探针头插入单个探针臂并安装在操纵器上。探针尖端尺寸和材料取决于被探测特征的尺寸和所需的测量类型。探针尖直接接触被测件,探针臂应与探针尖匹配。

射频探针:射频探针的本质为适配器,将芯片测量接口转为同轴或波导端口。常见的射频探针有GSG型、GS型、GSSG型等。射频探针的主要参数有高工作频率、探针针尖距(Pitch)等。目前,同轴接口的射频探针频率可达110 GHz(MPI目前适配安利的扩频模块可到220G)波导接口的射频探针频率高达1.1 THz,有一些型号的探针可以选配BiasTee。

校准:微波射频在片测试的校准主要是指S参数校准,可以通过使用校准片完成校准。一般的校准片提供开路(Open)、短路(Short)、匹配(Match)、直通(Through)和延迟线(Line)标准件,可完成TOSM校准或TRL校准或SOLT或SOLR或LRM等。

可以利用厂家提供的标准件参数,一般厂家提供的校准件参数包括开路电容、短路电感、负载阻抗及寄生电感、直通/延迟线电长度等,根据这些数据,可以在矢量网络分析仪中编辑校准件,完成校准。

探针夹具及电缆组件:探针夹具用于夹持探针、并将探针连接至测量仪器。电缆组件用于转接、延展探针夹具上的电缆组件。


操纵器(定位器):探针台使用操纵器将探针放置在被测物上,它可以很容易地定位探针并快速固定它们。通常使用磁铁或真空把它们固定在适当的位置。一旦固定,操纵器可以在X、Y和Z方向上精确定位探针尖端,并且在某些情况下提供旋转运动。

网络分析仪:虽然传统网络分析仪也能有效地测量有源器件,例如放大器、混频器和转换器,但它们不能提供当前研发和生产工程师所渴望的精度、易用性和速度。而这些功能对于无线通信行业来说至关重要—在这些行业中,产品上市速度往往能够决定一家公司的成败。例如,在生产过程中,任何生产延期或产量下降都会极大影响公司在时间和成本方面的底线。另外,使用传统网络分析仪对众多不同元器件进行多种测量是一个漫长和乏味的过程,并且需要不断重新调整测试设备设置,使测试变得更繁杂。为此,当今的工程师需要一个更快、更高效的替代解决方案。  新型综合网络分析仪—集多种工具的功能于一身。它除了能够快速和精确地进行多种测量..........



易捷测试的相关RF测试系统解决方案有如下设备常与探针台进行完美搭建:

频谱/矢量信号分析,TUNERS,负载牵引,......

探针台:手动探针台、半自动探针台、全自动探针台、8英寸半自动探针台、12英寸全自动探针台、太赫兹探针台、射频探针台、硅光探针台等