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IC测试期间的清理

脏探针尖端和插座对测试产生不利影响,这可能会影响芯片可靠性。

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测试是一个肮脏的业务。它可以污染单位或晶圆,或测试硬件,或者测试硬件,这又会导致该字段中的问题。

虽然这一点也引起了人们的注意,特别是由于销和球密度的增加,以及越来越多的芯片捆绑在一起,成本上升,灰尘的成本仍然是一个焦点。测试接口板的清洁配方正在改变,分析正在改进,以发现测试期间的问题,并提高整体设备效率(OEE)。

通常,探测器和插座的清理属于维护的范畴,但它比听起来复杂得多,影响也大得多。这些操作会影响集成电路的可靠性、工厂或封装车间的吞吐量,并最终影响成品率。

有效的制造测试需要对所有测试单元组件进行维护,包括giant吃了机器到处理器、探测器、软件、探测卡和加载板。通过反复探测和插接,支持晶圆和封装级测试的测试板变得错位和污染。污垢会增加接触电阻(CRES),从而对复验率、产量和设备运行时间产生不利影响。

对测试工厂来说,定期清洗探头尖端和插座是绝对必要的。但是这些清洗过程会影响负载板/探针卡的使用寿命。因此,测试设备公司一直在寻找最佳的清洁率,利用分析来管理清洁频率。

在产品生命周期中,清洗的影响通常对其他工程团队来说是不可见的。“对于探针和插座测试,人们最不了解的是清洗探针尖端和探针材料的频率和有效性,比如导电与非导电、粘性与研磨性,或激光清洗,”美国航空航天公司全球测试服务副总裁George Harris说阿姆科技术.

理解清洁需求的出发点是理解CRE及其对试验过程的影响。

克雷斯基础
在测试环境中,关键考虑因素之一是被测设备的信号和电源焊盘/引脚之间的欧姆路径,以提供必要的电压和电流。此路径具有预期的电阻范围。阻力越小越好。

对DUT的电源影响所有应用的测试。对于大型、复杂的soc,产品工程师更关心的是CRES对功率传输的影响,而不是信号完整性。对于专门用于供电的焊盘/引脚,这一比例通常约为40%。随着反复插入,污垢积聚,CRES上升。

在晶圆测试中管理接触电阻一直是一个挑战。它需要足够的力来破坏金属氧化物而不会造成产品损坏。

“对于工程方面,最大的挑战是理解如何控制探针针的接触电阻以这样一种方式与模具接触,你会得到非常低的接触电阻,但你不会因为过度驱动或过度擦洗而损坏焊盘。”集成技术公司总裁马克·麦克拉伦说:“整个垫损问题,无论是垫表面还是下面的有源电路,都可能是最大的问题。”

每触碰一个骰子,探针尖端就会收集更多的灰尘,这就增加了CRES。而当CRES超过极限时,会影响模具测试的测量精度。随着每一个触摸下来,也有一点更多的损害垫/碰撞,这可以影响组装过程中的线键和倒装芯片封装。

当观察到较差的CRES时,操作员可以稍微增加过程以满足CRES期望,并对晶圆进行重测。这种过度移动的增加,同时使电接触更好,最有可能导致磨痕特征的变化。类似地,对于封装模具的测试,操作人员可以控制施加在插座内pogo销钉上的力,使金属间接触产生声音电传递。


图1:探测后的铜柱。资料来源:FormFactor

“你是如何保持稳定接触的平衡,还是将测试垫/碰撞损伤最小化?”目前的生产测试要求最大测试效率达到100k接触点,这意味着测试过程中发生的力反作用力超过300公斤。形状因子. “在这些高作用力的情况下,探针卡会受到很高的反作用力。为了避免测试垫/凸块损坏并保持良好的接触,您可以使用MEMS探针,这大大降低了探针力。这种先进的探针卡结构在300mm晶圆面积上实现了极好的探针平面度控制。自2014年以来,这些测试挑战推动了对MEMS高级探测卡的需求。”

对于所有类型的包装,工程师们一直在关注这种力的平衡。线材结合技术仍被用于75%以上的包装零件,而且垫上的过度使用会对后续的测试步骤和产品质量产生负面影响。

在一个2009年的研究对于名为“晶圆探针测试的参数建模”的引线键合封装,飞兆半导体工程师使用有限元分析来理解以下参数对引线键合封装模具晶圆探针测试的影响:探针超程(OT)距离、擦洗、接触摩擦系数、探针尖端形状、,和直径。他们特别关注对焊盘下方的层间介电层的影响。诱导局部拉伸应力可导致ILD失效,这将导致模具级或封装级测试失效,从而导致客户退货。

在测试工厂中,平衡游戏是保持CRES在一个确定的限制下,以保持测试质量。超过该限度,产量下降,复试率增加,导致OEE降低。

清洁选项
摩擦的物理性质导致磨损。在机械部件中,粘性流体可以减少金属间的摩擦。测试工程师没有这个选择。在晶圆探针或单元处理系统内的每一次插入都会发生金属间摩擦。随着摩擦产生碎片,探头尖端、弹簧针和插座的磨损,导致更大的CRES值。

廖教授说:“每次接触铝垫时,都有可能产生颗粒。使用擦洗垫的目的是穿透氧化铝层接触铝垫。这一过程会自然产生氧化铝颗粒,特别是在高温下测试时,会产生更多的颗粒。”。“当您移动到C4凸点或铜柱焊料凸点时,材料熔点通常低于铝和铜垫。它们可以熔化到您的探针头上,这有助于接触稳定性,即CRES。”

污染也发生在用于单元级测试的载荷板上的测试插座中。

Cohu公司高性能接触器主管兼总经理Dan Campion说:“插座中的引脚或探针接触到DUT的引脚或焊料球。“它会深入并穿透氧化物,所以它会得到一些氧化物。现在,很多探测器都被设计成尽可能少的脱落这种材料。但随着时间的推移,它会积聚起来,你需要使用一些清洁方法。”

作为回应,该行业在晶圆和单元测试中都采用了清洗过程。通过去除污染,探头尖端或插座接口的CRES返回其起始点。

实际使用的清洁技术不同,取决于晶圆探针技术、接触器技术和处理设备。对于插座,清洁方法有很大的不同,包括刷插座、用压缩空气吹出、激光清洁和使用清洁基板。

国际测试解决方案公司(International Test Solutions)技术高级副总裁杰瑞·布罗兹(Jerry Broz)表示:“在晶圆分拣过程中清洁探针卡的探针时,用户可能会使用通常为研磨膜的清洁材料。”。“对于较不先进的悬臂或垂直探针卡,当进行这种类型的研磨清洁时,它将去除探针材料。这种研磨清洁将产生更大的探针尖端,从而在被测设备上留下更大的擦洗痕迹。由于研磨清洁过程去除了探针材料,因此也将减少探针尖端的磨损。”影响探测卡的可用寿命。”


图2:清洁对悬臂探头尖端的影响。资料来源:SWTEST会议,2007年

随着mems基探针技术的引入,行业已经开发出高度工程化的清洁材料。Broz解释道:“聚合物清洗材料不仅可以作为碎屑收集器,还可以起到抛光作用,清除探针尖端的粘附污染。”“这种先进的清洁方式可以有效地保持接触区域的纹理,并保持探针尖端的整体形状,以最大限度地增加探针卡的触地次数。”

清洁需要时间,并且会影响设备的正常运行时间。在手动清洗过程中,技术人员将测试单元拆开,取出探头卡或负载板,进行手动清洗过程。这对设备的正常运行时间有很大的影响。如今,所有的探针都支持使用某种清洁基板对探针尖端进行原位清洁。事实上,对晶圆探针卡的自动清洗是简单的假设。

采用自动清洗插座的情况正在增加。工程师们首先必须证明这是可以做到的。布罗兹说:“在2004年,我们实际上引入了在处理程序中实现套接字清理的概念。当时处理程序没有配置为适应清理执行。”。

封装的类型决定了DUT和负载板插座之间的机械接口。这又决定了清洁选项。考虑一下夹紧在固定封装的销钉上与用插孔中的探针销钉触碰焊锡球之间的区别。

用于插座的自动清洁的兴趣对应于球栅阵列包装的增长。焊球在接触中产生更多污垢而不是销。

坎皮恩说:“在焊球上,会形成氧化物,为了使接触良好,你需要穿透焊球。”。“在这样做的过程中,它不可避免地会留下残留物,而如果你将插销滑入插座中,几乎不会产生残留物。”

封装测试的现场清洗与圆片探针测试略有不同,因为测试单元的配置不同。

坎皮恩说:“你有一盘这些清洁设备(光盘)。“清洁材料是一种DUT替代品,与DUT插座接口的几何形状相匹配。你把那个托盘放到处理程序里。当需要一个清洗周期时,光盘会自动通过处理程序循环到加载板,就像一个正在测试的设备一样。它们被插入插座一定次数,然后测试单元返回生产测试。”


图3:自动包装清洗组件。来源:国际测试解决方案,CMC材料公司

清洁频率
清洗的频率直接影响测试接口的CRES和探针尖端和插座的寿命。虽然接触器和探针卡制造商提供了清洁频率的指导,它总是需要定制的特定产品被测试。来自测试人员和测试设备的数据,结合数据分析平台,使工程师和技术人员有一个更快速的定制。

由于清洗对于晶片和单元级测试的成功都是至关重要的,因此找到最佳的清洗频率有利于探头尖端、插座寿命、复试率和设备效率。简单地说,这取决于你清洁的频率。

“在测试仪上,在探测卡50到100次触地之后,它们将拉动清洁晶片,以去除附着在探针尖端的任何颗粒,”廖说。“但是,应用该抛光过程也将刮掉探头尖端并缩短探针的寿命。探针卡供应商和测试工程师需要共同努力,实现一个良好的均衡的清洁配方,对CRES足够好,但对探针的一生没有太大影响。“

这需要一种平衡。“如果工厂能挤出0.5%的OEE,这实际上是很重要的,因为随着时间的推移,这是一个累加起来的数字,”Keith Schaub说,他是技术和战略的副总裁美国效果显著. “更大的影响是对测试硬件寿命的影响。你不想太频繁地清洁,因为每次你去触摸某物,那就是磨损。如果清洁太晚,会对产量和产品质量产生影响。”

在最后的测试中,清洗策略取决于测试设备。坎皮恩说:“保守的策略是预防性维护。“你会在多次循环后自动清理,比如10000次,或者你会在两次循环之间进行清理。另一种方法是监视特定的测试参数——当接触故障超过一定百分比时,进行清洗。这更具有适应性,即及时清理。”

然而,他指出,盲目响应测试参数可能是一个问题。因此,工厂也需要监控清洁的频率,因为这可能是一个更深层次需求的指标,比如更换插座、套件或检查整个机械堆栈的对齐情况。

使用数据分析平台,产品和测试工程师可以了解驱动复测和触发清洗周期的参数是否针对多站点测试板。

达伦·詹姆斯(Darren James)表示:“为了跟踪模具成品率和连续故障,如果单个测试点的成品率下降,就会触发到维修车间。上的创新.

随着大批量生产(每月数百万件),人们对机器学习算法进行了调查,以触发清洗周期。

Advantest的Schaub说:“我应该什么时候清洁?比如,如果接触电阻过高,他们会使用规则,或者他们会计算出触地次数。”。“我们一直在努力提高效率和操作。你可能会过早地进行清洁,因为你不想做得太晚。这有点像转动汽车的轮胎。你每20000英里转动一次轮胎,但这取决于你的驾驶。如果你一直直行,那么你可能不需要这样做。”至少。你可能会行驶30000或40000英里。如果你是在城市或弯道上驾驶的人,而且你很累,你可能需要早点这样做。这就是机器学习的意义。机器学习会为你获取数据并计算出来,优化何时再次进行清洁。”

结论
清洁插座和探头从一开始就存在,因为接触电阻对测试装置和模具有不利影响。清洁是必要的,但就像所有中断测试过程的步骤一样,还有改进的余地。

预防性维护方法往往导致过于激进的清洁配方。一些测试设备采用了响应式方法,使用测试数据来指示清洗频率。触发器是基于统计箱限制还是基于机器学习的算法并不重要。金发姑娘的目标是达到恰到好处的清洁量。

测试硬件使得最终联系人将经历退化。关于这一问题的担忧继续通过半导体过程生成和包装技术的每个进步。该行业已经回应了清洁技术和最着名的实践的转变,以维持测试硬件对最后厘米的测试触点至关重要。

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1评论

迈克尔•威廉姆斯 说:

这是一个非常好的关于在晶圆级测试产品所涉及问题的讨论!

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