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CP测试时的接触电阻

时间:2017-06-04 15:43来源:http://www.ictest8.com 作者:ictest8_edit 点击:

前阵子一直在准备直播的内容,现在总算是播完了。虽然只是概述性的内容,但是准备起来还是颇费时日。结果害得我公号一直没来得及攒稿。

临时抱佛脚,准备谈谈CRES-Contact Resistance, 接触电阻。

之前在做CP项目时,总是发现一些对电压/电流值敏感的测试项yield loss比预期的高,比如VOH, VOL和Vddmin的测量等等。手动扎到这些die上,有时候直接就pass了,有时候虽然没有一跑就pass,但是稍微增加over drive,也是能够pass的。当时跟产线PE讨论,到底是什么影响了测试结果?PE给的回答是“接触电阻”。

         Cres发生在两个接触的物体之间,会导致电或热的损耗增加。

 

 

         Cres主要由2部分组成:

  1. metallic contact,金属接触,也称作locallized physical mechanisms

  2. film resistance,薄膜电阻,也称作non-conductive contribution

current flow仅能从中间金属接触的部分通过。

在量产测试时,probe needle每次touch down的时候,都会刮擦die pad,在摩擦力和电磁场的作用下,会有一些沾污。由于非导电材料(例如:碎片、残渣和氧化等)的积累,量产中的Cres变化,主要是由film resistance导致的

         其他影响Cres的原因还有:

  1. 针尖的形状变化导致的实际接触面积的变化。(实际接触面积与针尖形状、压力、和表面处理有关)

  2. 针尖的表面平整度变化,导致的接触面积的变化。(越光滑的表面,接触面积越大,Cres越低。越粗糙的表面,越易沾污。)

  3. CP测试的温度影响氧化过程,以及碎片的构成。

如果任由Cres上升而不采取措施,会导致良率的明显下降。ref[1]

所以在量产过程中,往往会进行定期的needle clean来保证良率。

ref[1]

那么Cres到底是怎么影响测试结果的呢?之前我恰好抓了张波形图,这里给大家参考。第一张图是没有清针的时候画出来的波形图

没有清针的波形图,可以看到电压不稳定

下面这张是清针后的波形图:

清针后的波形图,可以看到波形规整了很多

我想,通过上面4张图,大家可以清晰地感受到,Cres对于CP测试看得到的巨大影响了。

这里再谈谈清针。清针虽然可以帮我们把良率救回来,但是也有一些问题。

早期的清针方法,往往是用磨针的方式。把针尖上的沾污磨掉。但这样也会把针尖越磨越短,这样实际接触的点的面积就会越来越大。当probe mark的面积大过一定范围时,会导致封装的可行性和可靠性变差。而在offline maintenance的时候,有时候会用溶液etch针尖,当把针尖etch得太细的时候,会导致touch down时,局部压强过大,可能会刺穿Al pad,损坏下方的电路

 

ref[2] Probe Mark的面积与封装失效(lift ball 起球)的对应关系

ref[3] Touch down对于pad下面的电路的影响

目前常用的方法是,Semi-abrasive"半研磨"性的清针和抛光。把针尖在类似于胶带的材料上扎一下,把沾污粘下来的方式。这样可以把对针尖的磨损降低,延长probe card的使用寿命。

ref[3]

在CP测试厂,通常会根据probe card和产品的特性,定义一个cleaning recipe。简单来说就是测几百颗,清一次针这样的。但是其实任何清针方式,都会对针尖造成损伤。

作为一个测试工程师,其实是有办法协助测试厂,改进清针流程的。把按时清针,变成按需清针

因为清针的目的,就是为了降低Cres。而Cres是可以通过ATE测出来的。这样只要Cres仍然在我们要求的范围内,就可以不用清针,继续测试。我们可以用测Open/Short的方式,给pad加电流,测电压。去掉二极管的管压降,即可得到接触电阻

如果量产时能够通过监控接触电阻来按需清针,则可以进一步地延长probe card的寿命。

参考资料:

[1] Probe Card Cleaning “A Short Tutorial", by Jerry Broz, Ph.D., Gene Humphrey, Wayne Fitzgerald. Jun 3-6, 2007.

[2]"Leading Edge" of Wafer Level Testing, by William Mann.

[3]General Overview on pad damage: probe key parameters and other causes., Riccardo Vettori.

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