Карта зонда

Плата пробника (обычно называемая платой тестируемого устройства ) ^[а] используется при автоматизированном тестировании интегральных схем . Это интерфейс между электронной испытательной системой и полупроводниковой пластиной .

Использование и производство

Плата пробника или плата DUT представляет собой печатную плату (PCB) и представляет собой интерфейс между интегральной схемой и испытательной головкой, которая, в свою очередь, подключается к автоматическому испытательному оборудованию (ATE) (или «тестеру»). ^[2] Обычно плата датчиков механически пристыковывается к датчику тестирования полупроводниковых пластин и электрически подключается к ATE. Его цель — обеспечить электрический путь между испытательной системой и схемами на пластине, тем самым позволяя проводить тестирование и проверку схем на уровне пластины, обычно до того, как они будут нарезаны и упакованы. Обычно он состоит из печатной платы и контактных элементов, обычно металлических. ^[б]^[3]

Производителю полупроводников обычно требуется новая карта датчиков для каждой новой пластины устройства, а также при уменьшении размера устройства (когда производитель уменьшает размер устройства, сохраняя при этом его функциональность), поскольку карта датчиков фактически представляет собой специальный разъем, принимающий универсальный шаблон предоставляется тестер и транслирует сигналы для подключения к электрическим площадкам на пластине. Для тестирования устройств динамической оперативной памяти (DRAM) и флэш-памяти (FLASH) эти площадки обычно изготавливаются из алюминия и имеют толщину 40–90 $мкм$ с каждой стороны. Другие устройства могут иметь плоские площадки, выступы или опоры из меди, медных сплавов или многих типов припоев, таких как свинцово-оловянный, оловянно-серебряный и другие.

Карта зонда должна иметь хороший электрический контакт с этими площадками или выступами во время тестирования устройства. Когда тестирование устройства будет завершено, зонд перенесет пластину на следующее устройство, которое будет тестироваться.

Обычно карта датчиков вставляется в датчик пластины , внутри которого регулируется положение тестируемой пластины, чтобы обеспечить точный контакт между картой датчиков и пластиной. После загрузки карты зонда и пластины камера в зонде оптически обнаружит несколько наконечников на карте зонда и несколько меток или площадок на пластине и, используя эту информацию, выровняет контактные площадки на тестируемом устройстве (ИУ). к контактам платы зонда.

Дизайн и типы

Карты датчиков широко подразделяются на игольчатые, вертикальные и MEMS (микроэлектромеханические системы). ^[4] тип в зависимости от формы и форм контактных элементов. Тип MEMS — это самая передовая технология, доступная в настоящее время. Самый продвинутый тип карты-зонда в настоящее время может проверить всю 12-дюймовую пластину одним касанием.

Платы пробников или платы DUT разработаны с учетом как механических, так и электрических требований конкретного чипа и конкретного используемого испытательного оборудования. Один тип платы DUT используется для тестирования отдельного кристалла кремниевой пластины перед ее вырезанием и упаковкой , а другой тип используется для тестирования корпусных микросхем.

Факторы эффективности

160-контактная печатная плата тестируемого устройства

На эффективность зондовой карты влияет множество факторов. Вероятно, наиболее важным фактором, влияющим на эффективность платы пробников, является количество тестируемых устройств, которые можно тестировать параллельно. Многие пластины сегодня по-прежнему тестируются по одному устройству. Если бы на одной пластине было 1000 таких устройств и время, необходимое для тестирования одного устройства, составляло 10 секунд, а время перехода зонда от одного устройства к другому устройству составляло 1 секунду, то для тестирования всей пластины потребовалось бы 1000 х 11 секунд = 11 000 секунд или примерно 3 часа. Однако если бы плата зонда и тестер могли тестировать 16 устройств параллельно (при увеличении в 16 раз электрических соединений), то время тестирования сократилось бы почти точно в 16 раз (примерно до 11 минут). ^[с]

Улучшение ресурсов расширенного тестера (ATRE) ^[5] является мощным средством увеличения количества тестируемых устройств, которые можно тестировать с помощью платы датчиков параллельно (или за одно касание, во время которого иглы карты датчиков остаются в контакте с платой DUT). ATRE позволяет совместно использовать ресурсы тестера между DUT с помощью активных компонентов, которые имеют возможность подключать и отключать DUT от ресурсов тестера. Без ATRE один ресурс тестера (питание, сигнал постоянного или переменного тока) обычно поступает непосредственно только к одному тестируемому устройству. Однако при установке реле (переключателей) с конфигурацией ATRE на печатную плату платы датчиков ресурс тестера можно разделить или разветвить на несколько тестируемых устройств. Например, в конфигурации совместного использования x4 один сигнал питания подается на 4 реле, выходы которых подаются на 4 тестируемых устройства соответственно. Затем, последовательно включая и выключая каждое реле (в случае измерения тока ИУ), тестер может проверить каждое из 4 ИУ по очереди во время одного и того же касания (без необходимости перемещать датчик от одного устройства к другому). . Таким образом, тестер, который имеет только 256 сигналов питания, будет иметь расширенные или улучшенные ресурсы, чтобы он мог тестировать 1024 тестируемых устройства за одно касание, благодаря 1024 встроенным реле в схеме совместного использования x4, реализованной на плате датчиков. ATRE обеспечивает значительную экономию времени и стоимости испытаний, поскольку позволяет производителю микросхем или испытательной лаборатории проверять больше тестируемых устройств за одно касание без необходимости приобретения более совершенного тестера, оснащенного большим количеством ресурсов.

Проблемы загрязнения

Еще одним важным фактором является мусор, который скапливается на кончиках игл зонда. Обычно они изготавливаются из вольфрама или вольфрам-рениевых сплавов или современных сплавов на основе палладия, таких как PdCuAg. ^[6] Некоторые современные карты датчиков имеют контактные наконечники, изготовленные по технологии MEMS. ^[7]

Независимо от материала наконечника зонда, загрязнение накапливается на наконечниках в результате последовательных касаний (когда наконечники зонда вступают в физический контакт с контактными площадками матрицы). Накопление мусора отрицательно влияет на критическое измерение контактного сопротивления. Чтобы вернуть использованной плате датчиков приемлемое контактное сопротивление, наконечники датчиков должны быть безупречными. Очистку можно проводить в автономном режиме с использованием лазера типа NWR, чтобы восстановить кончики путем выборочного удаления загрязнений. Во время тестирования можно использовать онлайн-очистку для оптимизации результатов тестирования внутри пластины или внутри партии пластин.

Примечания

^ Помимо платы тестируемого устройства ( DUT ), карты датчиков также могут называться интерфейсными платами Probecard ( PIB ) или интерфейсными платами устройств ( DIB ); DUT относится к тестируемой цепи. ^[1]
^ Нетипично, контактные элементы могут быть изготовлены из других материалов, кроме металла.
^ Обратите внимание, что, поскольку теперь карта зонда имеет 16 устройств, при касании зонда круглой пластины он не всегда может контактировать с активным устройством и, следовательно, тестирование одной пластины будет происходить чуть менее чем в 16 раз быстрее.

Ссылки

^ «Терминология тестирования производительности для устройств EtherNet/IP» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 14 сентября 2016 г. Проверено 24 января 2022 г.
^ «Платы нагрузки ATE/платы DUT/интерфейсные платы» . www.eesemi.com . Проверено 24 января 2022 г.
^ Саил, Селахаттин (2018). Бесконтактные методы измерения и тестирования СБИС . Международное издательство Спрингер. стр. 1–3. дои : 10.1007/978-3-319-69673-7 . ISBN 978-3-319-69672-0 .
^ Уильям Манн. « «Лидерство» в тестировании уровня полупроводниковых пластин» (PDF) .
^ Майкл Хюбнер (FormFactor) (2013). «Использование методов совместного использования ресурсов для увеличения параллельного тестирования и тестового покрытия при тестировании пластин» (PDF) . IEEE SWTW.
^ «Материалы для зондовых игл» . www.heraeus.com . Проверено 9 июня 2020 г.
^ «Технология вертикального МЭМС-зонда для усовершенствованной упаковки» (PDF) . formfactor.com . Проверено 9 июня 2020 г.

Внешние ссылки

Дополнительные слайды к лекции 16: «Тестирование, проектирование для тестируемости» , EE271
Тестирование системы в упаковке (SiP) , Цзинь-Фу Ли, Национальный центральный университет, Тайвань
Учебное пособие по картам зондов , Keithley Instruments

[2] Помимо платы тестируемого устройства ( DUT ), карты датчиков также могут называться интерфейсными платами Probecard ( PIB ) или интерфейсными платами устройств ( DIB ); DUT относится к тестируемой цепи. ^[1]

[4] Нетипично, контактные элементы могут быть изготовлены из других материалов, кроме металла.

[7] Обратите внимание, что, поскольку теперь карта зонда имеет 16 устройств, при касании зонда круглой пластины он не всегда может контактировать с активным устройством и, следовательно, тестирование одной пластины будет происходить чуть менее чем в 16 раз быстрее.

[perfm-1] «Терминология тестирования производительности для устройств EtherNet/IP» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 14 сентября 2016 г. Проверено 24 января 2022 г.

[3] «Платы нагрузки ATE/платы DUT/интерфейсные платы» . www.eesemi.com . Проверено 24 января 2022 г.

[5] Саил, Селахаттин (2018). Бесконтактные методы измерения и тестирования СБИС . Международное издательство Спрингер. стр. 1–3. дои : 10.1007/978-3-319-69673-7 . ISBN 978-3-319-69672-0 .

[6] Уильям Манн. « «Лидерство» в тестировании уровня полупроводниковых пластин» (PDF) .

[8] Майкл Хюбнер (FormFactor) (2013). «Использование методов совместного использования ресурсов для увеличения параллельного тестирования и тестового покрытия при тестировании пластин» (PDF) . IEEE SWTW.

[9] «Материалы для зондовых игл» . www.heraeus.com . Проверено 9 июня 2020 г.

[10] «Технология вертикального МЭМС-зонда для усовершенствованной упаковки» (PDF) . formfactor.com . Проверено 9 июня 2020 г.

[а]

[2]

[б]

[3]

[4]

[с]

[5]

[6]

[7]

[1]