半导体(CP/CT)测试工艺简介

第一章、晶圆测试简介

晶圆测试的方式,主要是通过测试机(事先编好程序)和探针台的联动,依靠探针卡的接触衔接,进行晶圆级的芯片测试。

当探针卡Probecard 的探针正确接触晶圆wafer 内一颗 芯片die的每个接触点bondpads后, 送出开始start讯号透过测试头Interface 给 测试机tester 开始测试。测试机tester 完成测试送回分类讯号( End of test) 给探针台Prober,然后探针台Prober挪向下一个测试芯片位置。 量产时必须 测试机tester 与 探针台prober 做连结(docking) 以此往复才能完成一整片晶圆wafer的测试。

第二章、晶圆测试设备和工艺

半导体(CP/CT)测试工艺简介

(1) 测试机Tester:这个是晶圆测试的测试系统,测试机中有测量单元,控制单元等,工程师需要实现在工程状态下根据客户测试芯片的Spec和流程,来编写测试语言,每种类型的测试机的语言也不同,测试工程师需要掌握多种语言,并能够熟练掌握调用测试机资源的能力。每个客户的每个项目产品都是需要独一无二的测试编程,所以测试编程也是一项软件著作的过程。

(2) 探针台Prober:这个是晶圆承载的系统。主要功能是载入载出晶圆,并承载晶圆进行挪动,从而确保每颗产品每个位置都能测试到。对于不同产品的测试,探针台的参数都是需要工程师事先调试和记录好的,每颗芯片都不同。另外,探针台的精度很高,XYZ轴的精度要求都是纳米级别的,他的挪动精度和加速度都是可调的。同时探针台的架设和校准都是考验测试厂工程师能力的项目。水平垂直精度,环境温度,环境湿度,模具组装精度等,都是有绝对的要求。

(3) 探针卡ProbeCard:这个是承上启下的工具,主要负责把测试机的信号点和芯片BondPad的信号点相互链接。

传统探针卡分为悬臂式和垂直式2种根据客户的芯片尺寸芯片Pad大小,Pad下面是否有电路,针压控制在1-3克以内,芯片过流性能,芯片抗压性能等,都是探针卡制作的指标参数。

(4) 其他工艺要求:如扎针面积不能大于芯片面积的25%,温度在25度+-5度范围,湿度在40%-60%之间,环境颗粒小于每立方米10000个,面内5点扎针确认确保探针台精度等。

(5)  测试完成后还要进行工艺分析和测试数据传输,主要是MAP的传输。客户可以从数据中了解晶圆测试情况。

第三章、探针卡的设计

(1)针卡是什么?PCB+针+外围配件

芯片测试和针卡的关系(针卡是被动治具,起到转接测试机信号和芯片Pad联通的关系,PCB上的排插和金属点位连接测试机的测试信号,PCB下的针位连接芯片的PAD)

(2)针卡设计注意事项和参数:

n Chip size,  pad size 注意划片槽宽度

n X,Y coordinate 注意客户版图,最好拿到实际尺寸,坐标换算和同测数换算,X,Y,A,B, pad坐标

n Notch front 注意晶圆实际缺口

n Pin assign 注意芯片Pin参数,信号类型(电源,地,I,O,IO,模拟信号,RF信号),同测影响和同步要求

n 三角印方向 注意实际机台Card Holder的摆放位置方向

n 针高的设计 注意匹配外部接口和Card Holder

n 针层的设计(PAD间距和对称造成同测数高时针卡会设计分层)

(3)针卡的检测标准:主要检测参数如下

•偏移量Alignment

•平整度Planarity

•针迹Scrub

•针尖径Tip Diameter

•接触电阻Contact Resistance

•漏电流Leakage

•接触力Force

(4) ProbeCard的问题判断

针的问题(水平,针尖,针压,针迹长度)

PCB的问题(水平,方向,内部电路)

外围电路问题(电容电阻,Relay,其他电路)

连接问题(插座,Docking水平)

第四章、晶圆测试成本

决定CP测试成本的因素:

(1)机台成本

a)机台配置(IO数量,模拟/数字,电压电流精度要求)

b)Prober配置(晶圆尺寸,机械时间)

(2)测试时间

a)测试程序时间(测试项目,上下电时间)

b)同测数量

c)TTR(Test Time Reduction),合并测试项,覆盖率高的先测试。

第五章、成品测试简介

成品测试的方式,主要是通过测试机(事先编好程序)和机械手的联动,依靠测试座Socket或金手指的接触衔接,进行成品级的芯片测试。

当handler的手臂将DUT放入socket 此时 contact pushor下压, 使 DUT的脚正确与 socket 接触后, 送出start 讯号, 透过 interface 给 tester, 测完后, tester 送回 binning 及EOT 讯号; handler做分类动作。客户产品的尺寸及脚数不同, handler 提供不同的模具 (kits)供使用。 量产时Handler 必须与 tester 相结合及接上interfacer才能测试, 以此往复才能完成一整批次芯片的测试。

第六章、 成品测试设备和工艺

(1) 测试机Tester:这个是成品测试的测试系统,测试机中有测量单元,控制单元等,工程师需要实现在工程状态下根据客户测试芯片的Spec和流程,来编写测试语言,每种类型的测试机的语言也不同,测试工程师需要掌握多种语言,并能够熟练掌握调用测试机资源的能力。每个客户的每个项目产品都是需要独一无二的测试编程,所以测试编程也是一项软件著作的过程。

(2) 机械手Handler:这个是芯片承载的系统。主要功能是将芯片导入固定轨道上的测试治具中,并承载芯片进行搬动,从而确保每颗产品都能测试到。对于不同产品的测试,有不同的封装外形POD,需要根据芯片的外形尺寸挑选不同的治具和Handler来完成。有重力式的,有转塔式的,有平移式的。

(3) 测试座Socket:这个是芯片连接的工具,主要负责把测试机的信号点和芯片对外引脚的信号点相互链接。根据不同芯片的尺寸要求和外形要求和管脚数量,测试座也要相互匹配。

(4) 测试连接板Loadboard:这个是承上启下的工具,主要负责把测试机的信号点和测试座的信号点相互链接。根据不同测试机的对外信号的连接不同,根据测试座的尺寸和连接不同,Loadboard的连接点也要相应匹配。

(5) 测试完成后还要进行工艺分析和测试数据传输,主要是SUMMARY的传输。客户可以从数据中了解成品测试的良率情况

第七章、成品测试成本

决定FT测试成本的因素:

(1)机台成本

a)机台配置(IO数量,模拟/数字,电压电流精度要求)

b)Handler配置(芯片尺寸,机械时间UPH)

(2)测试时间

a)测试程序时间(测试项目,上下电时间)

b)同测数量

c)TTR(Test Time Reduction),合并测试项,覆盖率高的先测试。

第八章、晶圆测试和成品测试行业技术门槛

半导体测试行业的核心DNA,是在各种高精度高效率的自动化设备和高精度硬件的基础上,依托核心高端人才的测试程序开发调试能力和工艺品质分析能力,为客户提供量身定制的半导体晶圆测试服务解决方案。

(1) 理解和精通运用先进的测试系统Tester

(2) 精通操控和保养先进的探针台系统Prober和机械手系统Handler。

(3) 合理设计探针卡Probe card和Load board并精通维护保养

(4) 核心竞争力的测试程序开发和调试

(5) 稳定的工厂环境和动力系统维护

(6) 精通工艺品质分析和大数据管理分析能力

第九章、半导体测试行业要求

半导体(CP/CT)测试工艺简介

  •  测试机系统Tester(硬件):

半导体测试主流的测试机都是进口的,而且国外的测试机经过多年的演变和技术积累,从百花齐放到现在只有几家有影响力的测试机供应商,可选择的面也逐渐减少。随着测试芯片的要求逐步提高,从对电流,电压,电阻的测试需求,到后来的功能,频率,AD\DA等需求,测试机的测试单元也越来越复杂,测试机的更新换代也逐步加快,不同的测试机的测试硬件板卡和测试软件系统都不尽相同,测试工程人员需要不断地更新测试机的知识,学习新型测试机的架构和软件特点,选择适合客户产品的高性价比的测试机系统。

  • 探针台系统Prober(硬件):

半导体晶圆测试所用的探针台主要是日本进口设备,是高精度集成自动化设备。由于芯片尺寸小到纳米级别,所以对探针台的精度要求极高。X轴Y轴Z轴等精度要求都达到纳米级别。因此制造探针台所使用的材料和精密加工组装技术都是国内基础工业做不到的。探针台的使用也需要为晶圆测试客户的每一个细分产品量身定制品种参数,同时在平时测试阶段的维护保养和校准工作也是极其专业的项目。探针台的高精度高稳定的运转直接关系到晶圆测试的精度和产能。

  • 探针卡Probecard(硬件):

半导体晶圆测试的探针卡都是使用的专用的探针卡,每个客户的每个产品的探针卡都不一样。在专业的制卡之前,需要和客户沟通好各种技术细节,包括探针材料,探针尺寸,芯片尺寸,切割道宽度,扎针深度,扎针力度,铝层厚度,同测数量等。探针卡是晶圆测试的耗材,合理设计和使用探针卡,及时保养和维护,能提高探针卡的寿命和测试效率,减少晶圆测试的成本。配备专业的现场探针卡维护保养人员,能有效的控制测试品质,高同测的探针卡的测试稳定性和保养能力也是半导体晶圆测试的核心技术。

  • 机械手系统Handler(硬件):

半导体成品测试所用的机械手主要是国产和进口设备,是高精度集成自动化设备。根据客户产品的封装形式外形不同,机械手的要求精度也不同。另外,机械手的每小时运行速度UPH直接决定了机械手的精度和速度成本。

  • 测试连接板Load board(硬件):

半导体成品测试的Loadboard使用的是专用的板卡,每个测试机的每个Loadboard都不一样。在专业的制做之前,需要和客户沟通好各种技术细节,包括芯片封装形式,尺寸,测试机信号分布,Socket信号分布,同测数量等。

  • 测试程序开发调试(软件):

半导体测试的软件核心技术就是测试程序的开发和调试。客户的产品从立项开始到量产,要经过设计方案,探针卡设计制作,测试程序开发,测试程序调试,试生产,号机展开,小规模量产等步骤环节。其中测试程序的开发和调试是考验工程师对测试机和产品的理解,考验测试软件的编写开发能力,考验工艺调试的理解能力的核心环节。同时,能够提供安全稳定高效的测试解决方案,并和客户产生良好的沟通和互动,也是测试程序开发调试的关键。越高同测的测试程序开发,对软件的编写的合理性,算法的高效精确性也越高。

  • 工厂环境和动力系统(硬件):

半导体测试的工厂环境要求很高,每立方米的灰尘数量必须控制在10000以内。厂房在设计过程中就要考虑到空调过滤的等级,各个出风口和回风口的风力和风向,工厂内部的气压,温度,湿度也是必须严格控制的。由于测试机系统和探针台系统都是需要稳定的电能,稳定的正向空压,负向空压,因此整个厂房的动力系统的建设维护和保养也是能够稳定量产的基础。

  • 工艺品质分析和数据管理分析(软件):

半导体晶圆测试的环节是介于晶圆制造和封装的中间步骤。是重要的监督晶圆制造良率的过程控制环节。于是精通和理解国内主流的晶圆制造工艺也是晶圆测试的必备技能。这样才能在晶圆测试过程和结果中及时找出工艺的缺陷提升晶圆制造厂的良率,从而减少客户的损失。

半导体成品测试的环节是介于封装和芯片销售的中间步骤。是重要的监督封装良率的过程控制环节。另外,由于每天测试的晶圆和成品不计其数,所以良好的服务器系统,大数据的分析和管理能力也是测试行业必备的。在客户需要追溯产品数据的时候能够提供及时有效准确的数据,并转换成客户需要的格式,方便分析问题和提供决策。

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