CN108226750B - 防止探针卡烧针的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防止探针卡烧针的方法，在对样品进行失效分析的测试过程中，进行如下步骤：第1步，对样品进行开短路测量；第2步，进行电源短路预测量，判断电源短路预测量的失效情况；第3步，进行电源短路测量，并判断电源短路测量的失效情况；第4步，进行上电功能测试。本发明所述的防止探针卡烧针的方法，在常规的失效分析方法中，增加电源短路预测量以及电源短路测量步骤，将有短路特征的芯片首先筛选出来，后续测试避开这些短路的芯片，能有效防止探针卡烧针。

Description

防止探针卡烧针的方法
技术领域
本发明涉及芯片测试领域，特别是指一种防止探针卡烧针的方法。
背景技术
目前在晶圆级测试(CP：Chip Probing)，一般会用探针卡(Probe Card)用作测试机(ATE)与被测晶圆之间的接口器件，探针卡主要有基板(Board)和安装在基板上的探针(Probing Needle)组成，其中探针由合金制作而成，一般是铼钨合金。因为探针需要接触到芯片PAD上，而芯片PAD开口尺寸现在一般是60μm×60μm，所以探针针尖直径一般在20μm左右。测试机通过探针施加一定的电压信号到芯片上，使芯片处于工作状态，以完成一系列的电气功能测试(如图1)。一般芯片工作电流在微安或是毫安级别，探针可以承受这些电流。但在实际的晶圆上，会存在坏的芯片，电源PAD可能是开路或是短路，如果是开路则探针不通电，芯片无法正常工作，如果是短路则在芯片工作电压下，探针上会流过相当大的电流，有的甚至高达数百毫安。由于探针针尖与电源PAD接触面积较小，数百毫安电流会瞬间氧化探针针尖，也就是称为烧针(如图2)，处理方法是必须把针尖上黏附的氧化物去除干净，但这样会磨损一部分针尖，导致针尖变短。由于针尖变短，要把所有探针重新研磨至同一水平面，也就是所有探针针尖一起做了缩短，影响了整张探针卡的使用寿命，所以如何有效防范烧针成为测试工程师的巨大挑战。
通过对烧针现象的失效分析，发现只要在短路的电源PAD上施加工作电压，流过探针针尖短路电流过大，造成烧针。所以如何防止烧针也就是在上电正式做功能测试前把短路芯片删除出来。
对正常芯片以及短路芯片的电压电流关系可以得出如图3的二维图，正常芯片在最小工作电压Umin施加前功耗在微安级，即使到了工作电压，电流功耗也比较稳定，远远小于探针最大耐电流值。而短路芯片由于电源PAD与地之间短路，阻抗非常小，所以电压电流曲线斜率非常大，图中短路芯片在最小工作电压Umin时电流还没到达烧针程度，但到了最大工作电压Umax时电流超过了探针最大耐电流值Imax，达到烧针区域，造成烧针。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种防止探针卡烧针的方法。
为解决上述问题，本发明所述的一种防止探针卡烧针的方法,包含：
第1步，对样品进行开短路测量；
第2步，进行电源短路预测量，判断电源短路预测量的失效情况；
第3步，进行电源短路测量，并判断电源短路测量的失效情况；
第4步，进行上电功能测试。
进一步地，所述第2步中，对电源短路预测量的条件包含施加条件：Vforce=Upre，判定条件：Ijudge=Ipre=Upre×Imax/Ushort。
其中：在纵坐标为电流，横坐标为电压的直角坐标系中，使用最大工作电压Umax以及探针最大耐电流值Imax推导出一条短路电压电流斜线，再取一个比最小工作电压Umin小的电压作为短路测量电压Ushort，得出与短路电压电流斜线相交点的电流值作为探针烧针判断值Ishort。
在当施加短路测量电压Ushort时电流就超过探针最大耐电流值Imax时，使用短路测量电压Ushort以及探针最大耐电流值Imax推导出一条严重短路电压电流斜线，施加短路预测量电压Upre，得出与严重短路电压电流斜线相交点的电流值作为探针烧针预检值Ipre。
进一步地，所述第3步中，对电源短路测量的条件包含施加条件：Vforce=Ushort,判定条件：Ijudge=Ishort=Ushort×Imax/Umax。
进一步地，当第2步电源短路预测量的测试结果为失效时，则无需再进行上电功能测试，直接判定为失效芯片，针对该芯片的测试结束；当电源短路预测量的测量结果为正常时，则再继续进行下一步的电源短路测量。
进一步地，所述第3步中，当电源短路测量的测试结果为失效时，则无需再进行上电功能测试，直接判定为失效芯片，针对该芯片的测试结束；当电源短路测量的测量结果为正常时，则再继续下一步的上电进行功能测试。
本发明所述的防止探针卡烧针的方法，在常规的失效分析方法中，增加电源短路预测量以及电源短路测量步骤，将有短路特征的芯片首先筛选出来，后续测试避开这些短路的芯片，能有效防止探针卡烧针。
附图说明
图1 是探针与芯片PAD接触进行功能测试的示意图，图中仅示出探针卡中多根探针中的一根探针。
图2 是探针针尖氧化（烧针）的示意图。
图3 是正常芯片以及短路芯片的电压电流关系图，
图4 是本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
基于背景技术部分的介绍，在电压电流图中，我们使用最大工作电压Umax以及探针最大耐电流值Imax推导出一条短路电压电流斜线，再取一个比最小工作电压Umin小一些的电压作为短路测量电压Ushort，得出与短路电压电流斜线相交点的电流值作为探针烧针判断值Ishort。
但碰到一些严重短路的芯片，当施加短路测量电压Ushort时可能电流就超过探针最大耐电流值Imax，而直接烧针。因此我们使用短路测量电压Ushort以及探针最大耐电流值Imax推导出一条严重短路电压电流斜线，增加一个短路预测量，施加短路预测量电压Upre，得出与严重短路电压电流斜线相交点的电流值作为探针烧针预检值Ipre。
因此，本发明所述的一种防止探针卡烧针的方法,包含：
第1步，对样品进行开短路测量。
第2步，进行电源短路预测量，判断电源短路预测量的失效情况；对电源短路预测量的条件包含施加条件：Vforce=Upre，判定条件：Ijudge=Ipre=Upre×Imax/Ushort。
其中：在纵坐标为电流，横坐标为电压的直角坐标系中，使用最大工作电压Umax以及探针最大耐电流值Imax推导出一条短路电压电流斜线，再取一个比最小工作电压Umin小的电压作为短路测量电压Ushort，得出与短路电压电流斜线相交点的电流值作为探针烧针判断值Ishort。
在当施加短路测量电压Ushort时电流就超过探针最大耐电流值Imax时，使用短路测量电压Ushort以及探针最大耐电流值Imax推导出一条严重短路电压电流斜线，施加短路预测量电压Upre，得出与严重短路电压电流斜线相交点的电流值作为探针烧针预检值Ipre， Upre是施加的电源短路预测量电压。
第3步，进行电源短路测量，并判断电源短路测量的失效情况；对电源短路测量的条件包含施加条件：
Vforce=Ushort；
判定条件：Ijudge=Ishort=Ushort×Imax/Umax。
第4步，进行常规的上电功能测试。
当第2步电源短路预测量的测试结果为失效时，则无需再进行上电功能测试，直接判定为失效芯片，针对该芯片的测试结束；当电源短路预测量的测量结果为正常时，则再继续进行下一步的电源短路测量。
第3步中，当电源短路测量的测试结果为失效时，则无需再进行上电功能测试，直接判定为失效芯片，针对该芯片的测试结束；当电源短路测量的测量结果为正常时，则再继续下一步的上电进行功能测试。
本发明相对于传统方法，主要增加的步骤是是第2步电源短路预测量以及第3步的电源短路测量。通过这两步测量筛选出有短路特征的芯片，后续测量避开这些短路芯片以免烧针。
基于上述方法，假定某芯片最大工作电压Umax = 5V，探针最大耐电流值Imax =100mA，最小工作电压Umin = 1.5V，则取短路测量电压Ushort = 1V，通过公式
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，可以得出探针烧针判定值为20mA。
取短路预测量电压Upre = 0.1V，通过公式
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，可以得出探针烧针预检值为10mA。
因此增加的两个测试项目条件如下：
电源短路预测量条件：
施加条件：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
判定条件：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
电源短路测量条件：
施加条件：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
判定条件：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种防止探针卡烧针的方法，其特征在于：在对样品进行失效分析的测试过程中，进行如下步骤：
第1步，对样品进行开短路测量；
第2步，进行电源短路预测量，判断电源短路预测量的失效情况；对电源短路预测量的条件包含施加条件：Vforce=Upre，判定条件：Ijudge=Ipre=Upre×Imax/Ushort；
其中：在纵坐标为电流，横坐标为电压的直角坐标系中，使用最大工作电压Umax以及探针最大耐电流值Imax推导出一条短路电压电流斜线，再取一个比最小工作电压Umin小的电压作为短路测量电压Ushort，得出与短路电压电流斜线相交点的电流值作为探针烧针判断值Ishort；
在当施加短路测量电压Ushort时电流就超过探针最大耐电流值Imax时，使用短路测量电压Ushort以及探针最大耐电流值Imax推导出一条严重短路电压电流斜线，施加短路预测量电压Upre，得出与严重短路电压电流斜线相交点的电流值作为探针烧针预检值Ipre；
第3步，进行电源短路测量，并判断电源短路测量的失效情况；
第4步，进行上电功能测试。
2.如权利要求1所述的防止探针卡烧针的方法，其特征在于：所述第3步中，对电源短路测量的条件包含施加条件：Vforce=Ushort,判定条件：Ijudge=Ishort=Ushort×Imax/Umax。
3.如权利要求1所述的防止探针卡烧针的方法，其特征在于：当第2步电源短路预测量的测试结果为失效时，则无需再进行上电功能测试，直接判定为失效芯片，针对该芯片的测试结束；当电源短路预测量的测量结果为正常时，则再继续进行下一步的电源短路测量。
4.如权利要求1所述的防止探针卡烧针的方法，其特征在于：所述第3步中，当电源短路测量的测试结果为失效时，则无需再进行上电功能测试，直接判定为失效芯片，针对该芯片的测试结束；当电源短路测量的测量结果为正常时，则再继续下一步的上电进行功能测试。
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