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晶圆测试流程和几大要素分析

一般来讲,一颗芯片从设计到最后成品需要历经4道测试—CP , FT , 老化测试以及系统级测试

我想要分享的内容如标题—什么是晶圆测试,即上记提及的“CP”–Chip Probing的缩写。

一,CP测试的对象

笼统意义上,CP测试,全称为Chip Probing,为芯片制造过程中较为前端的一次测试,也叫Die Sort。处于晶圆制造和封装之间的一个测试过程。fab根据设计公司给到的产品要求,将芯片在晶圆上实现,晶圆上的每一颗芯片,裸die或称chip,即为晶圆测试的对象

二,CP测试的目的

1.顾名思义要在这个测试阶段,检测wafer上的die是否满足设计要求,是否具备每个die拥有的基本特性,包括电压,电流,功能等等。将无法达标的die,坏的die,在这一过程中检测标记出来,半导体行业所谓良率,即通过CP测试来显现

2.也会有一些芯片在封装时,有些管脚将会被直接封在芯片内部,导致封装后无法对其功能进行测试,所以必须在此阶段,尚未被封装之前进行测试。

3.节省成本。对于一颗芯片来讲,越早发现其不良就越好。避免进入到后续工艺步骤,带来浪费。

4.某种意义上,通过CP测试,也是对fab厂工艺能力的一种检验。

三,CP测试所需的硬件

下记三样硬件搭配使用,才能实现CP测试的结果。

1.测试机(ATE)

目前世界测试机市场还是由美国泰瑞达和日本爱德万两大巨头主导。

近些年,国内测试机也雨后春笋般出现,如:华峰测控,合肥悦芯,南京宏泰,杭州长川、杭州加速,杭州国磊等,每家测试机对于芯片类型偏好也不同,如功率半导体专用测试机如上海忱芯,苏州联讯等。测试机功能不尽相同,主要还是根据芯片的种类和功能来选用合适的测试机。

2.探针卡(Probe Card)

作为CP测试过程中的定制治具,是检验设计公司芯片不可或缺的产品。测试机和探针卡的关系犹如打印机和打印机墨盒,探针卡的种类也很多样,根据芯片类型不同和半导体制程不同,分为悬臂式探针卡,垂直探针卡和MEMS探针卡三种。浙江微针是少数国产能够生产全系列的针卡厂商,浙江省内仅此一家国产厂商,根据客户芯片的设计规格和要求,结合测试机平台等条件,开发出最为合适的探针卡产品。

3.探针台(Prober)
控制wafer移动,并且提供测试内部环境的一台高精密设备。

美国FFI,日本TEL,TSK等几家是目前全球领先的探针台厂商,提供12寸全自动高低温探针台。国内目前也涌现一些国产的全自动探针台厂商如森美协尔,中科精工,矽电等。

四, 软件程序的开发

基于ATE测试平台,需要开发相应的测试程序。这也与芯片设计初的类型与功能密切相关,包括电气连接性测试,参数测试等等。

五, CP测试的商业逻辑思考

究其CP测试的目的—是为客户降低封装成本。这个是一个“CP成本“与”封装完后成本“的比对。

功能/设计越复杂,良品率越低的芯片(如:GPU,CPU,AI等),越需要进行初期的CP测试。因为这类芯片的封装成本也非常高,一旦无法在晶圆级测试中将不良die检测出,流进封装阶段,对于时间效率和金钱成本都会是损失。

所以浙江微针作为针卡公司,需要用技术优势,来转换成客户成本的节省。

比如,近些年MEMS垂直卡的兴起,该种针卡pin数高,排布密度高,一来迎合客户芯片设计趋势,二来尽可能多的排列DUT,使充分利用先进ATE平台的测试资源与能力,从而提高测试速率,降低per die的测试成本。

另外,测试厂的机时费一般为设备采购价的2%,往往一个项目下来,花在测试厂里的测试机时费用并不菲,如何提高效率,压缩测试时间,也是一个课题

MEMS针卡在这样的需求环境下应运而生。虽然比悬臂针卡来得贵,但最终究竟是针卡上多投入的那点金额高,还是沿用悬臂卡(或说是客户测试老方案)未能在CP检测出不良die造成的综合损失高?这是我们需要站在客户角度,去考虑和努力的方向。

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悬臂式探针卡常用的针材类型

半导体材料是半导体制造工艺的核心基础。半导体产业链包括上游材料(品类多达上百种)与设备、中游制造和下游应用。而半导体材料和设备是基石,是推动整个产业技术创新的引擎。

由于半导体产品的生产工艺十分繁杂,任何工序的差错都可能导致出现大量产品质量不合格,因此测试对于半导体产品的生产而言至关重要,贯穿半导体产品设计、制造、封装及应用的全过程。

其中,探针是半导体测试中所需的重要耗材,通过与测试机、分选机、探针卡、探针台配合使用,用于设计验证、晶圆测试、成品测试环节,筛选出产品设计缺陷和制造缺陷,在确保产品良率、控制成本、指导芯片设计和工艺改进等方面具有重要作用。

以下列举我们浙江微针半导体常用的几种探针材料:

钨(W)作为一种重要的金属元素 ,具有高熔点和高硬度、刚性高,但阻值较高的特点,因此适合用于高温、高强度、高摩擦和高载荷的应用。在航空、航天、 能源、电子、医疗器械等领域有着广泛的应用 ,如航空发动机、核反应堆、电极、热电偶、X射线管和医学高能治疗等。

铼钨(ReW)则是钨合金中添加了一定比例的铼 ,优点是强度、 硬度和耐腐蚀性都比较高。适用于制作高温、耐蚀的探针卡。因此,它被 广泛应用于航空、 航天、 能源和化工等领域。低沾黏,免清针 ( 低度清针频率 )。

NP35、 NP40、 NP45、 NP50、 NP60) 适合低温、 低载荷的应用。 不同的合金成分决定了它们的电学性质和耐腐蚀性能。 具体应用场合需要根据设计要求来选择,阻值低,但寿命比铼钨低。

P8合金是一种镍基高温合金探针,其化学成分和组织结构的优化设计,使得P8合金具有优异的高温强度、 抗氧化性能和抗蠕变性能。通常被用于制造高温部件。但其生产加工难度大,价格也较高,因此通常只用于高端设备中。

钯(Pd)是一种银白色、有光泽的贵金属,具有良好的化学稳定性、 抗腐蚀性和电导率等特点。它与其他材料相比较,不具有很高的硬度和强度,但可以承受较高的温度和氧化环境。它是一 种低毒、高熔点、高化学稳定性的元素,有良好的抗腐蚀能力,常用于制作触媒、电子元件、合成化学品等领域。

综上所述 ,选择何种探针材料取决于具体应用和设计要求,需要综合考虑材料的物理、化学、机械和电学性能。不同的探针材料具有各自的特点和优势,应结合实际需求进行,如需考虑导电性、耐磨性、导热性、耐腐蚀性和成本等因素,以达到最佳的测试性能和针卡使用寿命。

浙江微针半导体有限公司是中国少数纯国产的、能够自主研发和生产MEMS探针卡的公司,拥有完全自主知识产权;始终致力于采用领先的技术造就一流的产品,从细节出发,严格控制原材料、工艺、设备和QC流程。

我们拥有高阶MEMS探针卡自主研发能力,其产品广泛应用于高性能逻辑类运算芯片和存储类芯片的晶圆测试,常见于CPU、GPU、AI、SoC、Flash、DRAM、CIS等器件;擅长满足高阶测试要求;结合结构设计以及电子硬件能力,为光电、医疗、汽车、通讯等其他行业提供微纳接触解决方案。

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