高精密芯片測試探針臺打點(diǎn)器的設(shè)計與研究

鄭金寶， 楊 剛， 劉紅軍， 孟憲圓， 李 強(qiáng)

（秦皇島視聽機(jī)械研究所有限公司， 河北 秦皇島 066000）

0 引言

隨著半導(dǎo)體芯片制造業(yè)的迅速發(fā)展， 芯片測試越來越受到生產(chǎn)廠家的重視， 并且已經(jīng)成為半導(dǎo)體生產(chǎn)行業(yè)中一個不可或缺的重要環(huán)節(jié)， 所以相關(guān)測試設(shè)備的設(shè)計和制造也得到了迅速發(fā)展[1]。探針臺是測試環(huán)節(jié)的一種主要測試設(shè)備， 其功能是對二極管晶圓進(jìn)行整片測試和分選，測試結(jié)果準(zhǔn)確，測試效率高，已經(jīng)成為測試環(huán)節(jié)中不可或缺的設(shè)備。

探針臺在測試分選的過程中，需要通過打點(diǎn)器對不合格的芯粒進(jìn)行打點(diǎn)標(biāo)記， 方便后面的工序?qū)π酒M(jìn)行分選。打點(diǎn)器的穩(wěn)定性和操作簡易性直接影響芯片測試的準(zhǔn)確性和分選效率，所以，針對打點(diǎn)器現(xiàn)存的問題，對打點(diǎn)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究改進(jìn)，提高了打點(diǎn)器的使用穩(wěn)定性。

1 打點(diǎn)器的結(jié)構(gòu)和工作方式

打點(diǎn)器的工作原理是通過電磁鐵的運(yùn)動， 來帶動魚線在墨盒和針頭里面運(yùn)動，通過魚線的運(yùn)動帶出墨水，墨水被打到指定的位置來標(biāo)記芯片。 打點(diǎn)器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖示中1 為調(diào)節(jié)螺釘，可以調(diào)節(jié)電磁鐵的運(yùn)動行程，進(jìn)而調(diào)節(jié)魚線的伸縮長度；2 為電磁鐵，通過電磁鐵反復(fù)的運(yùn)動，來控制魚線在墨斗里面的伸縮；3 為魚線，魚線在針頭里面的伸縮運(yùn)動，可以帶出墨斗里面的專用墨水，打到需要標(biāo)記的測試芯片上，用來分選相應(yīng)的芯片；4 為墨斗， 墨斗用來裝載芯片專用的標(biāo)記墨水；5 為針頭，針頭用來控制魚線的伸縮方向。根據(jù)打點(diǎn)墨水的不同和打點(diǎn)要求的不同， 打點(diǎn)器分為兩種類型：一種是真空打點(diǎn)器，適用范圍是普通墨水，普通墨水價格便宜，容易蒸發(fā)凝固，而且粘稠性比較差，這樣的墨水容易從魚線和針頭的縫隙中流出， 導(dǎo)致測試過程中出現(xiàn)滴漏墨水的情況， 而真空打點(diǎn)器通過對墨盒進(jìn)行密封改造，加入真空氣體，使墨盒形成一定的真空度，防止墨水從魚線和針頭的縫隙中流出。 另一種是可調(diào)節(jié)打點(diǎn)器，能夠根據(jù)要求調(diào)節(jié)打點(diǎn)墨點(diǎn)的大小，方便調(diào)節(jié)打點(diǎn)的高度，其原理是通過螺釘?shù)拈L短調(diào)節(jié)電磁鐵運(yùn)動的行程，進(jìn)而控制魚線在針頭里面的長短， 最后就能打出不同大小的墨點(diǎn)。

圖1 探針臺打點(diǎn)器結(jié)構(gòu)

探針臺在工作的過程中， 會通過連接測試儀對芯片進(jìn)行自動測試，如果測試儀測試的結(jié)果為不良品，會發(fā)送不良品信號給探針臺，然后探針臺接收到信號后，會通過軟件控制打點(diǎn)器給不良品打點(diǎn)標(biāo)記。 打點(diǎn)器的工作方式分為實(shí)時打點(diǎn)、滯后打點(diǎn)和脫機(jī)打點(diǎn)。

實(shí)時打點(diǎn)是將打點(diǎn)器對準(zhǔn)測試針的位置， 當(dāng)測試結(jié)果為不良品的時候， 打點(diǎn)器就會在相應(yīng)芯片上實(shí)時打上墨點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記； 滯后打點(diǎn)是將兩個打點(diǎn)器放置到測試針的左右兩側(cè)，并且軟件設(shè)置好滯后的芯粒數(shù)，然后將打點(diǎn)器左右放置到設(shè)置好的芯粒數(shù)位置， 并且在同一水平位置，當(dāng)測試結(jié)果為不良品時，打點(diǎn)器會延后相應(yīng)芯粒數(shù)再進(jìn)行打點(diǎn)標(biāo)記，因相鄰行的芯片測試方向相反，所以需要左右兩個打點(diǎn)器進(jìn)行打點(diǎn)標(biāo)記。 脫機(jī)打點(diǎn)是將整個晶圓的芯片都測試完成后，軟件記憶不良品的位置坐標(biāo)，然后再對不良品一起打點(diǎn)標(biāo)記。 實(shí)時打點(diǎn)適用于大尺寸芯片的測試分選，滯后打點(diǎn)適用于小尺寸芯片的測試分選，脫機(jī)打點(diǎn)適用于所有芯片的測試分選， 但主要適用于多芯測試的分選標(biāo)記。

2 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

2.1 電磁鐵的改進(jìn)

電磁鐵是通電產(chǎn)生電磁的一種裝置。 在鐵芯的外部纏繞與其功率相匹配的導(dǎo)電繞組， 這種通有電流的線圈像磁鐵一樣具有磁性， 它也叫做電磁鐵（electromagnet）。通常把它制成條形或蹄形狀，以使鐵芯更加容易磁化。另外，為了使電磁鐵斷電立即消磁，往往采用消磁較快的的軟鐵或硅鋼材料來制做。這樣的電磁鐵在通電時有磁性，斷電后磁就隨之消失[2]。

因?yàn)樘结樑_測試速度比較快， 所以有時候不良品比較多的時候，電磁鐵的工作頻率比較高，造成現(xiàn)有型號電磁鐵出現(xiàn)了高頻率工作積蓄剩磁的現(xiàn)象， 致使打點(diǎn)器有時候會出現(xiàn)伸出去縮不回來的現(xiàn)象， 也就是鐵芯在高頻率磁化的過程中，通過與之連接的彈簧，將磁性傳到了殼體上，導(dǎo)致鐵芯與殼體相吸，不能脫離。對于剩磁問題，對電磁鐵的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)， 在電磁鐵鐵芯彈簧和殼體之間，加上了一個絕緣的聚甲醛墊圈，并且在電磁鐵鐵芯和調(diào)節(jié)螺釘之間加上了一個peek 絕緣墊塊，絕緣墊塊壓到調(diào)節(jié)螺釘?shù)哪┒?，這樣電磁鐵鐵芯和電磁鐵殼體，以及打點(diǎn)器金屬件都隔離開，防止了高頻工作下剩磁的影響，提高了打點(diǎn)器工作的穩(wěn)定性。 如圖2 所示。

圖2 打點(diǎn)器外形結(jié)構(gòu)改進(jìn)實(shí)物圖

2.2 可調(diào)行程結(jié)構(gòu)改進(jìn)

圖3 電磁鐵行程與吸引力和響應(yīng)時間關(guān)系

電磁鐵的運(yùn)動行程不同， 會影響打點(diǎn)器的吸引力和響應(yīng)時間，如圖3 所示。圖中電磁鐵的運(yùn)動行程和吸引力成反比例關(guān)系，行程越長，吸力越小。 電磁鐵的運(yùn)動行程和響應(yīng)時間成正比例關(guān)系，行程越長，響應(yīng)時間越長。根據(jù)電磁鐵與吸引力和響應(yīng)時間關(guān)系， 通過改變調(diào)節(jié)螺釘?shù)拈L短來控制電磁鐵的行程， 進(jìn)而調(diào)節(jié)電磁鐵的吸引力和響應(yīng)時間。不同的吸引力會影響墨水的帶出量，也就是墨點(diǎn)的大小和均勻性；響應(yīng)時間能夠決定打點(diǎn)的速度，進(jìn)而決定測試的效率。 另外更重要的一點(diǎn)是電磁鐵的不同行程會決定魚線距離針頭前端的距離， 魚線前端縮進(jìn)針頭前端的長度越長，推出的墨水量就越多，也就是打出的墨點(diǎn)越大，這樣，在原有打點(diǎn)器的基礎(chǔ)上，在打點(diǎn)器末端加上一個調(diào)節(jié)螺母結(jié)構(gòu)， 就能很方便的調(diào)節(jié)打點(diǎn)器的力度和墨點(diǎn)大小以及響應(yīng)時間[3]。打點(diǎn)器改進(jìn)后芯片打點(diǎn)效果如圖4 所示。

圖4 不同打點(diǎn)行程對應(yīng)墨點(diǎn)大小實(shí)物圖

3 結(jié)論

這次結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和設(shè)計主要參考電磁鐵的獨(dú)有特性， 并且結(jié)合了我所研發(fā)設(shè)備的自有特點(diǎn)，在原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，加上了調(diào)節(jié)螺釘和絕緣墊圈， 使打點(diǎn)器具備了調(diào)節(jié)墨點(diǎn)大小和控制響應(yīng)時間的功能， 并且解決了電磁鐵在高頻工作下的積蓄剩磁問題，提高了打點(diǎn)器的使用穩(wěn)定性，存在的問題得到了很好的解決， 提高了整個探針臺設(shè)備的穩(wěn)定性，客戶用起來更加的穩(wěn)定和方便。