CN212410776U

CN212410776U - 一种晶圆测试探针接触电阻的测量装置

Info

Publication number: CN212410776U
Application number: CN202020706681.4U
Authority: CN
Inventors: 穆永杰
Original assignee: Xi'an Taiyi Electronics Co ltd
Current assignee: Xi'an Taiyi Electronics Co ltd
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2020-04-30
Publication date: 2021-01-26
Anticipated expiration: 2030-04-30

Abstract

本实用新型公开了一种晶圆测试探针接触电阻的测量装置，该装置中的浮动模拟源和引线焊盘通过探针卡实现电连接；探针卡上设置有第一探针、第二探针、第三探针、开关K3、开关K4，以及并联的开关K1和开关K2；利用引线焊盘、探针卡和自动测试设备首先实现原有的第一探针电阻的测量，再实现晶圆电参数的测试，将测量出的第一探针的电阻代入晶圆的电参数测试结果中，实现误差的补偿，该装置有利于晶圆测试探针接触电阻的精确测量，在量产测试时进行在线实时补偿，提高电参数测试精度和芯片测试良品率，降低探针的清洁和更换频率，节约生产成本。同时，根据探针接触电阻的测试结果，可以更科学、更准确的指导生产维护人员及时进行清洁或更换。

Description

一种晶圆测试探针接触电阻的测量装置

【技术领域】

本实用新型属于集成电路测试技术领域，具体涉及一种晶圆测试探针接触电阻的测量装置。

【背景技术】

集成电路在晶圆厂完成流片后，封装成成品电路前一般都要做晶圆的电特性测试，剔除不合格芯片。当前，集成电路晶圆测试主要依赖于自动测试探针台(Prober)和自动测试设备(Automatic Test Equipment，简称ATE)，实现自动化测试。探针卡(Prober Card)安装在探针台上，卡上植入探针，探针针尖与晶圆上的集成电路芯片引线焊盘(PAD)接触，另一端通过互联装置与ATE的测试通道相连。测试时，ATE通过探针卡为芯片提供工作时的电源和激励信号，并对输出信号进行采集和测量。

探针由金属材料制成，引线焊盘面积一般小于100μmX100μm，为保证与芯片焊盘良好接触，并且不损伤焊盘以外的电路，探针针尖直径一般小于20μm，选用硬度较高的合金材料制作。当探针与焊盘接触时，会产生接触电阻，测试时，若探针的信号链路上有大电流通过，接触电阻上会产生明显的电压降，影响激励施加的效果和信号测量的准确性；接触电阻的波动也会带来电路分布参数的变化，对于精密模拟器件，会影响电参数的测量精度(如输出精度、增益误差、导通电阻等)、增大测量误差，容易造成误判，影响测试良品率。在量产化的晶圆测试中，随着探针使用次数的增加，针尖易发生磨损、氧化和沾污，导致接触电阻发生变化，需要及时进行清洁或更换，降低了生产效率，增加生产成本。在测试过程中，接触电阻还会因接触压力、触点电流、接触面积等因素而不同，存在不确定性，很难进行定量补偿。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出了一种实现晶圆测试探针接触电阻的ATE在线测量的装置，实现芯片电参数测试结果的实时校正，减小测量误差，提高测试精度。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种晶圆测试探针接触电阻的测量装置，包括：自动测试设备和引线焊盘，所述自动测试设备中的浮动模拟源和引线焊盘通过探针卡实现电连接；

探针卡上设置有第一探针、第二探针、第三探针、开关K3、开关K4，以及并联的开关K1和开关K2；

第一探针的一端固定设置在引线焊盘上，另一端和并联开关K1及开关K2连接；第二探针的一端固定设置在引线焊盘上，另一端和开关K3连接，第三探针的一端固定设置在引线焊盘上，另一端和开关K4连接；开关K1、开关K2、开关K3和开关K4均和浮动模拟源连接。

本实用新型的进一步改进在于：

优选的，所述浮动模拟源上设置有并联的FORCE H线和SENSE H线，以及并联的FORCE L线和SENSE L线。

优选的，所述开关K1和FORCE H线或自动测试设备的测试通道连接。

优选的，所述开关K2和SENSE H线连接或断开。

优选的，所述开关K3和FORCE L线连接或断开。

优选的，所述开关K4和SENSE L线连接或断开。

优选的，开关K1和开关K2均为单刀双掷开关，开关K3和开关K4均为单刀单掷开关。

优选的，所述单刀双掷开关和单刀单掷开关均为继电器或模拟开关。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型公开了一种晶圆测试探针接触电阻的测量装置，该装置通过在现有自动测试装置中加入新的探针，利用引线焊盘、探针卡和自动测试设备首先实现原有的第一探针接触电阻的测量，再进行晶圆电参数的测试，将测量出的第一探针的接触电阻代入电参数测试结果中，实现误差的补偿。该装置有利于晶圆测试探针接触电阻的精确测量，在量产测试时进行在线实时补偿，提高电参数测试精度和芯片测试良品率，降低探针的清洁和更换频率，节约生产成本。同时，根据探针接触电阻的测试结果，可以更科学、更准确的指导生产维护人员及时进行清洁或更换。

进一步的，本实用新型通过自动测试设备中不同测试资源设置的不同端口线实现探针接触电阻和晶圆电参数的测量。

进一步的，开关的一端和探针连接，另一端和自动测试设备中不同的端口连接，以实现对第一探针的接触电阻测量或晶圆电参数的测试。

进一步的，开关K1和K2均为单刀双掷开关，以实现对第一探针的接触电阻测量或晶圆电参数的测试。

进一步的，开关K3和K4均为单刀单掷开关，以实现对第一探针的接触电阻测量。

【附图说明】

图1为ATE浮动模拟源的结构示意图；

图2为共地模拟源的开尔文连接示意图

图3为浮动模拟源的开尔文连接示意图

图4为测量探针接触电阻时浮动模拟源与芯片PAD的连接示意图；

图5为测试晶圆电参数时浮动模拟源与芯片PAD的连接示意图；

图6为ATE浮动源采集的探针1上的电压波形。

其中：1-引线焊盘；2-ATE的浮动模拟源；3-探针卡；4-第一探针；5-第二探针；6-第三探针。

【具体实施方式】

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型公开了一种晶圆测试探针接触电阻的测量装置，该装置利用自动测试设备(ATE)的浮动模拟源，在测试每一只芯片时，先测出与对接触电阻敏感的电参数有关的引脚焊盘上对应探针的接触电阻，然后保持探针接触状态不变，测出芯片电参数，再将接触电阻引入的误差对测试结果进行补偿，实现在线实时校正。

所述测量装置包括：引线焊盘1、浮动模拟源2、探针卡3、第一探针4、第二探针5、第三探针6、开关K1、开关K2、开关K3和开关K4；探针卡3固定设置在自动测试探针台上，探针卡3连接自动测试探针台和自动测试设备，探针卡3上固定设置有第一探针4、第二探针5、第三探针6，芯片上设置有引线焊盘1，每一个探针针尖的一端和引线焊盘1相连，另一端通过开关与自动测试设备的浮动模拟源2或测试通道相连。

参见图1、图2和图3，所述自动测试设备为ATE，大部分的ATE中都配置有浮动模拟源2，浮动模拟源2提供了开尔文连接，四象限的电压/电流施加和测量能力，以及波形发生和采集能力，它与系统地线隔离，形成独立的信号传输路径，能够很好的避免测试过程中由于地线干扰造成的测量误差。

参见图2，自动测试设备的共地模拟源设置有并联的FORCE H线和SENSE H线，以及并联的DGS线和AGND线，AGND线与其它测试资源的地线相连，接到系统地线上，DGS用来检测AGND的信号，作为被测芯片的地参考电平，系统地线或者其它测试资源的地电平扰动均会导致共地模拟源地AGND的不稳定，影响被测芯片的地参考电平，带来测量误差，本实用新型中不采用。

参见图3，自动测试设备的浮动模拟源2设置有并联的FORCE H线和SENSE H线，以及并联的FORCE L线和SENSE L线；FORCE H、FORCE L线为施加路径，电流或电压信号经过此路径传输到芯片的引线焊盘1上；SENSE H、SENSE L线为高阻检测路径，SENSE线上无电流，因此可以无损的检测电压信号，它与系统地线隔离，具有很好的抗干扰能力，本实用新型利用的为该原理。

在上述的基础上，参见图4，图5，开关K1和开关K2均为单刀双掷开关，具体为继电器或模拟开关，使得在测试过程中能够将引线焊盘1连接到ATE测试通道或者浮动模拟源2上，相对应的第一探针4的一端和引线焊盘1连接，另一端分为两个支路，分别和开关K1和开关K2连接；开关K1能够和ATE测试通道连接，也能够和浮动模拟源2的FORCE H线连接；开关K2能够开路，也能够和SENSE H线连接。第二探针5和开关K3连接，第三探针6和开关K4连接，开关K3和开关K4均为单刀单掷开关，开关K3能够开路，也能够和FORCE L线连接，开关K4能够开路，也能够和SENSE L线连接。

测试原理：

如图4、图5所示为晶圆探针接触电阻和电参数测试时的连接图。图4中，第一探针4在探针卡3上通过开关K1、开关K2选择分别与ATE上的浮动模拟源2的FORCE H和SENSE H相连，第二探针5通过开关K3与浮动模拟源2的FORCE L连接，第三探针6通过开关K4与ATE浮动模拟源2的SENSE L连接，进行第一探针4接触电阻的测试，所有开关的通断均由ATE控制，同步动作。图5中，所有开关与浮动模拟源2断开，第一探针4通过开关K1与ATE测试通道相连，执行芯片电参数测试，ATE的测试通道通过探针卡为芯片提供工作时的电源和激励信号，或者对输出信号进行采集和测量。

通过该方法执行第一探针4的接触电阻的测试具体包括以下步骤：

参见图4，将芯片的引线焊盘1通过开关连接到自动测试设备的浮动模拟源2上，开关K3和FORCE L连接，开关K4和SENCE L连接；开关K1和FORCE H连接，开关K2和SENSE H连接，电流通过FORCE H路径经过第一探针4施加到芯片的引线焊盘1上，流入FORCE L，大小与电参数测试时第一探针4上流过的电流大小相当；利用高阻路径SENSE L检测引线焊盘1电压，作为参考零位电压，利用高阻路径SENSE H测量第一探针4上的电压，该电压即为第一探针4针尖接触电阻上产生的压降，由欧姆定律R＝U/I计算出在当前接触状态和电流条件下第一探针4与引线焊盘1的接触电阻。

通过该方法执行晶圆电参数测试时，具体包括以下步骤：

参见图5，保持第一探针4在引线焊盘1上的接触状态不变，通过开关K1～K4，将引线焊盘1与浮动模拟源2断开，并切换到ATE的测试通道上。具体为第一探针4的开关K1和FORCE H断开，连接到ATE测试通道上，开关K2和SENSE H断开，开关K3和FORCE L断开，开关K4和SENSE L断开。开始通过ATE的测试通道进行电参数测试，所述电参数为会受到第一探针4接触电阻影响的参数，如导通电阻等。利用所测电参数与接触电阻的对应关系，代入第一探针4的接触电阻值，可计算出测量误差，进行测试结果的实时校正。

实施例

某型号精密模拟集成电路在使用型号为ETS88的ATE进行晶圆测试时，带隙基准的输出电压与封装后成品电路测试不一致，总是偏小35～60mV，由于带隙基准的电参数指标只允许50mV的波动，因此，严重影响了成品电路的测试良品率。经分析，在测试此项参数时，电路的地引脚上会有约120mA的电流通过，连接地焊盘的探针接触电阻使测量时地电位发生漂移，导致测量出现误差。

利用ETS88的浮动模拟源HPU，按照图4所示的连接方式，测试接触电阻。开关K1、开关K2、开关K3、开关K4先将三根探针切换到浮动模拟源2上，FORCE L和SENSE L可视为参考零位电压，通过测试程序设置浮动源施加的电流，该电流通过FORCE H路径经过第一探针4施加到芯片的引线焊盘1上，大小与电参数测试时第一探针4上的电流大小相当，利用高阻路径SENSE H测量第一探针4上的电压，该电压即为第一探针4针尖接触电阻上产生的压降，由欧姆定律R＝U/I计算出在当前接触状态和电流条件下第一探针4与焊盘的接触电阻。参见图5，保持第一探针4的接触状态不变，开关动作，将引线焊盘1与浮动模拟源2断开，并切换到ATE的地通道上，进行电参数测试。利用所测电参数与接触电阻的对应关系，代入第一探针4的接触电阻值，可计算出测量误差，进行测试结果的实时校正。图6为ATE浮动源采集的探针1上的电压波形，由于施加的是脉冲电流，因此图中的脉冲高电平即是接触电阻上产生的电压，通过计算，接触电阻为0.375Ω。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种晶圆测试探针接触电阻的测量装置，其特征在于，包括：自动测试设备和引线焊盘(1)，所述自动测试设备中的浮动模拟源(2)和引线焊盘(1)通过探针卡(3)实现电连接；

探针卡(3)上设置有第一探针(4)、第二探针(5)、第三探针(6)、开关K3、开关K4，以及并联的开关K1和开关K2；

第一探针(4)的一端固定设置在引线焊盘(1)上，另一端和并联开关K1及开关K2连接；第二探针(5)的一端固定设置在引线焊盘(1)上，另一端和开关K3连接，第三探针(6)的一端固定设置在引线焊盘(1)上，另一端和开关K4连接；开关K1、开关K2、开关K3和开关K4均和浮动模拟源(2)连接。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆测试探针接触电阻的测量装置，其特征在于，所述浮动模拟源(2)上设置有并联的FORCE H线和SENSE H线，以及并联的FORCE L线和SENSE L线。

3.根据权利要求2所述的一种晶圆测试探针接触电阻的测量装置，其特征在于，所述开关K1和FORCE H线或自动测试设备的测试通道连接。

4.根据权利要求2所述的一种晶圆测试探针接触电阻的测量装置，其特征在于，所述开关K2和SENSE H线连接或断开。

5.根据权利要求2所述的一种晶圆测试探针接触电阻的测量装置，其特征在于，所述开关K3和FORCE L线连接或断开。

6.根据权利要求2所述的一种晶圆测试探针接触电阻的测量装置，其特征在于，所述开关K4和SENSE L线连接或断开。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的晶圆测试探针接触电阻的测量装置，其特征在于，开关K1和开关K2均为单刀双掷开关，开关K3和开关K4均为单刀单掷开关。

8.根据权利要求7所述的一种晶圆测试探针接触电阻的测量装置，其特征在于，所述单刀双掷开关和单刀单掷开关均为继电器或模拟开关。