探针卡故障分析及维护方法.doc

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探针卡常见故障分析及维护方法
探针卡常见故障分析及维护方法8 r$ S+ n: s' k
摘要：芯片测试是IC制造业里不可缺少的一个重要环节，探针卡是芯片测试必需的精密工具，探针卡状态的好坏直接影响着测试的质量。本文简单介绍探针卡的常见故障及对测试造成的影响并讨论探针卡的维护方法。
$ ~3 l3 O8 |* p6 R% Y关键词：探针卡，测试，故障分析，维护。0 ~* t9 m" u4 P; Q- d
芯片测试是IC制造业里不可缺少的一个重要环节。芯片测试是为了检验规格的一致性而在硅片集成电路上进行的电学参数测量。硅片测试的目的是检验可接受的电学性能。测试过程中使用的电学规格随测试的目的而有所不同。如果发现缺陷，产品小组将用测试数据来确保有缺陷的芯片不会被送到客户手里，并通过测试数据反馈，让设计芯片的工程师能及时发现并纠正制作过程中的问题。) P$ d) T g  g6 T& e0 C
通常用户得到电路，直接安装在印刷电路板(PCB)上，PCB生产完毕后，直接对PCB进行测试。这时如果发现问题，就需要复杂的诊断过程和人工分析，才能找到问题的原因。如果是集成电路的问题，就需要将坏的集成电路拆卸下来，将替换的集成电路安装上去。很多现代大规模集成电路的封装往往是BGA封装，手工拆卸几乎不可能，需要专门的仪器。可见，集成电路如果在PCB阶段才测试出问题，对生产的影响大大高于单片的阶段。对于复杂的设备，如果在整机阶段才发现集成电路的问题，其影响更是巨大。因此，集成电路生产时的测试具有很重要的意义。; K# v+ L7 A3 b5 W, `8 k6 x9 t7 B
实现芯片测试的途径就是探针卡。探针卡是自动测试仪与待测器件之间的接口，我们通过探针卡把测试仪和被测芯片连接起来。典型的探针卡是一个带有很多细针的印刷电路板，这些细针和待测器件进行物理和电学接触，通常我们习惯的做法是做一个与每个管芯焊盘几何形状匹配的PCB电路板，并把它连接到测试设备上。探针测试这一过程是非常精密的，要有很高的专业水平和经验才能完成。把晶圆片安放在一个可移动的金属板上。这样，在水平和垂直两个方向上，可以手动或者自动移动晶圆片，并通过探针卡实现这一部分的电子线路连接。1 c. t' |2 p8 g. w# T
    探针卡上有细小的金属探针附着，通过降低探针高度或升高芯片的高度使之和芯片上的焊盘接触，可以把卡上的线路和芯片的结合焊盘连起来。之后，运行测试程序检验芯片合格与否。测试完成后，探针卡于芯片分离，如果芯片不合格，则会在其中央做上标记，然后圆片移动到下一个芯片的位置，这种方法可以让圆片上的每一个芯片都经过测试。这一检测过程会在芯片的每个焊盘上留下标记以表明该芯片被测试过了。通常我们作标记的方法是在不合格的芯片上打点。在探针台上装上打点器，打点器根据系统的信号来判断是否给芯片打点标记。系统在测试每个芯片的时候对芯片的好坏与否进行判断，发出合格与不合格的信号。如果是合格的芯片，打点器不动作；如果是不合格的芯片，打点器立刻对这个不合格的芯片打点。 i! A1 c% _0 X4 ]* P2 x
在实际的芯测试中探针卡的状态是非常重要的，如探针氧化，触点压力、以及探针台的平整度，探针尖磨损和污染都会对测试结果造成极大的负面影响,这些常见故障是如何形成的,而我们应该如何避免?9 V+ u% Q9 n: L
一.探针氧化:通常探针是由钨制成的，它如果长期不用，针尖要形起氧化，针尖如果氧化，接触电阻变大,测试时参数测不稳，为了不使它氧化，我们平时必须保护好探针卡，把它放在卡盒里，存放在氮气柜中，防止探针的加快氧化，同时测片子时，用细砂子轻轻打磨针尖并通以氮气，减缓氧化过程。
; Z1 g. j3 \0 O( x. p g% J( a二. 针尖高低不平(若针尖高度差在30UM以上):探针卡使用一段时间后，由于探针加工及使用过程中的微小差异导致所有探针不能在同一平面上会造成。
  S+ c4 }0 K9 C1.某些针尖位置高的扎不上AL层,使测试时这些针上电路不通.% J* D: k+ J% ~. M0 P
2某些针尖位置低的扎伤AL层，对后续封装压焊有影响，使芯片与封装后成品管脚焊接质量差，容易引起短路.
7 r/ [5 G( N2 u. A% {6 k; [3.某些针尖压痕太长，超出PAD范围，使PAD周围的铝线短路.) X' k* \5 h/ X9 S
所以平时我们操作时应找准接触点,把过行程设置为 2～4MILS或70～100UM时，每个压点都有很清楚的针迹，然后再把过行程设置为0时，看清楚每个压点上都有轻轻的针迹，如果某些压点上没有针迹，就需要用镊子把这根针压下，如果某些压点上针迹太重，而需要有镊子把这根针往上抬一下，使针尖的高度差调在30UM以内，然后做接触检查，每根针与压点接触电阻应小于0.5欧姆，样片/样管测试是否OK，合格、失效管芯各测10遍，看重复性与稳定性。: p) I5 `! {# S! Z( ~3 C+ e
三. 针尖异常(开裂，折断，弯曲，破损):操作过程中，由于操作工操作不当造成.
% O* R8 _. c# ~# p* N+ |1.针尖没有装好保护盖而针尖朝下直接放到设备上.$ {4 r" g0 _8 h( _0 {
2.取卡时针尖不小心碰撞.
- W+ `0 [+ V+ [$ c, [1 v3 n8 k# ]3.用细砂子打磨针尖时用力太猛使针尖弯曲.
9 g( p2 k L7 l7 O! j! V( H- ?) M4.上高度时Z键打到快档，承片台上升过快,而撞到针尖.2 ]% b6 A5 G6 M* m! n- y" t
5．装打点器时不小碰伤。
2 V( Z- A1 P: f6 N1 J2 Y) G6 ]* g; G6.调针时镊子碰伤针尖等等，都要造成针尖开裂，扎断，弯曲，破损。6 E1 A# Y  [4 d+ Y% E
这种情况一般马上就能发现问题，必须把它取下来反放到显微镜下修复针尖，恢复到原来位置，如确实调不好的针，应到焊卡设备上重新换针，而一般进过修理过的探卡，使用时间会缩短且容易误测，所以对这种情况都应严格禁止发生，平时对操作人员应加强培训，取针卡时应装好保护盖，针尖不要碰到设备上，用细砂子砂针尖时应轻轻打磨，上高度时，把Z键打到慢档，缓慢上升承片台,找准接触点。
  q# k) \, j7 m* R, l% }2 d! B0 C 四.针尖磨平:/ {' ?# X; j0 Q! E7 t6 b) w
1.针在使用很长时间后尖正常损耗.
1 B; f  _3 t$ G: J! v: K# h1 r! }2.操作工用过粗的砂子.9 X- t6 E0 t; q6 y
3.砂针尖时用力过猛.
$ }1 p' P6 J: ^/ @1 H) r8 W7 ^, N) E4.砂得时间过长.( c8 M1 g5 s9 n+ t
针尖如磨平，使针尖偏离压点，测试无法通过，针尖接触面大，而接触电阻大影响参数测试，所以平时如果在测片子之前，先拿上卡到显微镜下检查针尖有否磨平，如已磨平应及时换针，操作工在砂针尖时注意技能，应轻轻打磨针尖，而不致于磨平针尖。# M7 [5 a2 C  b* a- U2 |
五. 探针卡没焊好:# K; s" R* {# x1 u
1．探针卡针焊得不到位。
. W: k' \8 \! E! z3 C2．基板上铜箔剥落，针焊接不牢固，或焊锡没有焊好而造成针虚焊。
. Q# h+ |4 C, z* S3．探针卡布线断线或短路。6 T% m4 Z+ s5 Q. E+ e/ p: l5 |
4．背面有突起物，焊锡线头。
6 A2 h$ Z- a. l. j# [+ k% x0 F探针卡没焊到位，是因为焊锡时针受热要稍微的收缩，使针尖偏离压点区，而针虚焊和布线断线或短路，测试时都要测不稳，所以焊针时，应凭自己的经验,把针尖离压点中心稍微偏一点,焊完后使针尖刚好回到压点中心,同时针焊好后应检查针尖的位置，检查针的牢固性。技术员平时焊完卡后应注意检查探针卡的质量如何，把背面的突起物和焊锡线头剪平，否则要扎伤AL层，造成短路或断路，而操作工也应在测试装卡前检查一下  [7 Y2 m, N7 B [9 ?+ }" }$ T
六. 针尖有异物(铝粉，墨迹，尘埃):9 J7 g8 M9 r4 D# w5 ^. v
1. 针尖有铝粉:测大电流时，针尖上要引起多AL粉，使电流测不稳，所以需要经常用洒精清洗探针并用氮气吹干，同时测试时边测边吹氮气，以减少针尖上的AL粉。 ( J$ t  z- H! i+ s0 ?# k
2.针尖有墨迹:测试时打点器没有调整好，尼龙丝碰到针尖上，针尖上沾上墨迹,然后针尖与压点接触时，压点窗口上墨迹沾污，使片子与AL层接触不良，参数通不过，还有对后续封装压焊有影响，使芯片与封装后成品管脚焊接质量差，所以平时装打点器时，不要把打点器装得太前或太后和太高或太低，而应该使尼龙丝与硅片留有一定距离，然后靠表面涨力使墨水打到管芯中心，如已经沾上墨迹 ，要立即用酒精擦干净，并用氮气吹干。
* y" u/ {6 A3 [1 x) f2 R5 U七. 如何判断探针卡的好坏：1.可以用扎五点来判断，即上中下左右，五点是否扎在压点内，且针迹清楚,又没出氧化层,针迹圆而不长且不开叉.2.做接触检查,每根针与压点接触电阻是否小于0.5欧姆.3.通过看实际测试参数来判断,探针与被测IC没有接触好，测试值接近于0。# d" [6 e/ O: h) e i# Z
    总之，操作工只要了解了探针卡故障的主要原因：
1.探针氧化.2.针尖有异物(铝粉，墨迹，尘埃).3.针尖高度差 .4. 针尖异常(开裂，折断，弯曲，破损)。.5. 针尖磨平.6. 探针卡没焊好.7. 背面有突起物，焊锡线头.8.操作不当。平时操作时应注意:1.保护好探针卡,卡应放到氮气柜中.2.做好探针卡的管理工作.3.规范操作, 针尖不要碰伤任何东西。同时加强操作人员的技能培训。有利于提工作效率和提高质量。
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