Плата зонда ( обычно называемая платой DUT ) [a] используется в автоматизированном тестировании интегральных схем . Это интерфейс между электронной тестовой системой и полупроводниковой пластиной .
Плата зонда или плата DUT представляет собой печатную плату (PCB) и является интерфейсом между интегральной схемой и испытательной головкой, которая в свою очередь подключается к автоматическому испытательному оборудованию (ATE) (или «тестеру»). [2] Обычно плата зонда механически пристыковывается к испытательному зонду пластин и электрически подключается к ATE. Ее 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 она состоит из печатной платы и некоторой формы контактных элементов, обычно металлических. [b] [3]
Производителю полупроводников обычно требуется новая карта зонда для каждой новой пластины устройства и для сжатия устройства (когда производитель уменьшает размер устройства, сохраняя его функциональность), поскольку карта зонда фактически является индивидуальным разъемом, который берет универсальный шаблон данного тестера и транслирует сигналы для подключения к электрическим площадкам на пластине. Для тестирования устройств динамической памяти с произвольным доступом (DRAM) и флэш-памяти (FLASH) эти площадки обычно изготавливаются из алюминия и имеют размер 40–90 мкм с каждой стороны. Другие устройства могут иметь плоские площадки или приподнятые выступы или столбики из меди, медных сплавов или многих типов припоев, таких как свинец-олово, олово-серебро и другие.
Карта зонда должна иметь хороший электрический контакт с этими площадками или выступами во время тестирования устройства. Когда тестирование устройства будет завершено, зонд переместит пластину на следующее устройство, которое будет протестировано.
Обычно карта зонда вставляется в зонд для пластин , внутри которого положение тестируемой пластины будет отрегулировано для обеспечения точного контакта между картой зонда и пластиной. После загрузки карты зонда и пластины камера в зонде оптически обнаружит несколько наконечников на карте зонда и несколько меток или контактных площадок на пластине, и, используя эту информацию, она выровняет контактные площадки на тестируемом устройстве (DUT) с контактами карты зонда.
Карты зондов в целом классифицируются на игольчатые, вертикальные и MEMS (микроэлектромеханическая система) [4] в зависимости от формы и вида контактных элементов. MEMS-тип — самая передовая технология, доступная в настоящее время. Самый передовой тип карты зондов в настоящее время может протестировать всю 12-дюймовую пластину одним касанием.
Платы зондов или платы DUT разработаны для удовлетворения как механических, так и электрических требований конкретного чипа и конкретного испытательного оборудования, которое будет использоваться. Один тип платы DUT используется для тестирования отдельного кристалла кремниевой пластины перед тем, как они будут отрезаны и упакованы , а другой тип используется для тестирования упакованных ИС.
На эффективность карты зонда влияет множество факторов. Возможно, наиболее важным фактором, влияющим на эффективность карты зонда, является количество DUT, которые можно тестировать параллельно. Многие пластины сегодня все еще тестируются по одному устройству за раз. Если бы на одной пластине было 1000 таких устройств, и время, необходимое для тестирования одного устройства, составляло 10 секунд, а время, необходимое для перемещения зонда от одного устройства к другому, составляло 1 секунду, то для тестирования всей пластины потребовалось бы 1000 x 11 секунд = 11 000 секунд или примерно 3 часа. Однако, если бы карта зонда и тестер могли тестировать 16 устройств параллельно (с 16-кратным увеличением электрических соединений), то время тестирования сократилось бы почти ровно в 16 раз (примерно до 11 минут). [c]
Расширенное улучшение ресурсов тестера (ATRE) [5] является мощным средством увеличения количества DUT, которые могут быть протестированы зондовой картой параллельно (или за одно касание, во время которого иглы зондовой карты остаются в контакте с DUT пластины). 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 напрямую поступает только на один DUT. Однако, устанавливая реле (переключатели), сконфигурированные ATRE, на печатную плату зондовой карты, ресурс тестера может разделяться или разветвляться на несколько DUT. Например, в конфигурации совместного использования x4 1 сигнал питания подается на 4 реле, выходы которых поступают на 4 DUT соответственно. Затем, последовательно включая и выключая каждое реле (в случае теста измерения тока DUT), тестер может проверить каждое из 4 DUT по очереди во время одного касания (без необходимости перемещать зонд с одного устройства на другое). Таким образом, тестер, который имеет только 256 сигналов питания, будет иметь расширенные или улучшенные ресурсы, чтобы иметь возможность тестировать 1024 DUT за одно касание, благодаря 1024 встроенным реле в схеме совместного использования x4, реализованной на плате зонда. ATRE обеспечивает существенную экономию с точки зрения времени тестирования и стоимости, поскольку он может позволить производителю микросхем или испытательной лаборатории проверять больше DUT за одно касание без необходимости приобретать более продвинутый тестер, оснащенный большим количеством ресурсов.
Другим важным фактором является мусор, который скапливается на кончиках игл зонда. Обычно они изготавливаются из вольфрама или сплавов вольфрама/рениума или усовершенствованных сплавов на основе палладия, таких как PdCuAg. [6] Некоторые современные платы зонда имеют контактные наконечники, изготовленные с использованием технологий MEMS. [7]
Независимо от материала наконечника зонда, загрязнения накапливаются на наконечниках в результате последовательных событий касания (когда наконечники зонда физически контактируют с контактными площадками кристалла). Накопление мусора оказывает неблагоприятное воздействие на критическое измерение контактного сопротивления. Чтобы вернуть использованную карту зонда к приемлемому контактному сопротивлению, наконечники зонда должны быть безупречными. Очистку можно выполнять в автономном режиме с использованием лазера типа NWR для восстановления наконечников путем выборочного удаления загрязнений. Онлайн-очистку можно использовать во время тестирования для оптимизации результатов тестирования в пределах пластины или в пределах партий пластин.