高精密芯片測(cè)試探針臺(tái)打點(diǎn)器的設(shè)計(jì)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(cè)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(gè)不可或缺的重要環(huán)節(jié)， 所以相關(guān)測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造也得到了迅速發(fā)展[1]。探針臺(tái)是測(cè)試環(huán)節(jié)的一種主要測(cè)試設(shè)備， 其功能是對(duì)二極管晶圓進(jìn)行整片測(cè)試和分選，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，測(cè)試效率高，已經(jīng)成為測(cè)試環(huán)節(jié)中不可或缺的設(shè)備。

探針臺(tái)在測(cè)試分選的過程中，需要通過打點(diǎn)器對(duì)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(jiǎn)易性直接影響芯片測(cè)試的準(zhǔn)確性和分選效率，所以，針對(duì)打點(diǎn)器現(xiàn)存的問題，對(duì)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(dòng)， 來帶動(dòng)魚線在墨盒和針頭里面運(yùn)動(dòng)，通過魚線的運(yùn)動(dòng)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(dòng)行程，進(jìn)而調(diào)節(jié)魚線的伸縮長(zhǎng)度；2 為電磁鐵，通過電磁鐵反復(fù)的運(yùn)動(dòng)，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(dòng)，可以帶出墨斗里面的專用墨水，打到需要標(biāo)記的測(cè)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(jià)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(cè)試過程中出現(xiàn)滴漏墨水的情況， 而真空打點(diǎn)器通過對(duì)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(zhǎng)短調(diào)節(jié)電磁鐵運(yùn)動(dòng)的行程，進(jìn)而控制魚線在針頭里面的長(zhǎng)短， 最后就能打出不同大小的墨點(diǎn)。

圖1 探針臺(tái)打點(diǎn)器結(jié)構(gòu)

探針臺(tái)在工作的過程中， 會(huì)通過連接測(cè)試儀對(duì)芯片進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，如果測(cè)試儀測(cè)試的結(jié)果為不良品，會(huì)發(fā)送不良品信號(hào)給探針臺(tái)，然后探針臺(tái)接收到信號(hào)后，會(huì)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(shí)打點(diǎn)、滯后打點(diǎn)和脫機(jī)打點(diǎn)。

實(shí)時(shí)打點(diǎn)是將打點(diǎn)器對(duì)準(zhǔn)測(cè)試針的位置， 當(dāng)測(cè)試結(jié)果為不良品的時(shí)候， 打點(diǎn)器就會(huì)在相應(yīng)芯片上實(shí)時(shí)打上墨點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記； 滯后打點(diǎn)是將兩個(gè)打點(diǎn)器放置到測(cè)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(cè)試結(jié)果為不良品時(shí)，打點(diǎn)器會(huì)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(cè)試方向相反，所以需要左右兩個(gè)打點(diǎn)器進(jìn)行打點(diǎn)標(biāo)記。 脫機(jī)打點(diǎn)是將整個(gè)晶圓的芯片都測(cè)試完成后，軟件記憶不良品的位置坐標(biāo)，然后再對(duì)不良品一起打點(diǎn)標(biāo)記。 實(shí)時(shí)打點(diǎn)適用于大尺寸芯片的測(cè)試分選，滯后打點(diǎn)適用于小尺寸芯片的測(cè)試分選，脫機(jī)打點(diǎn)適用于所有芯片的測(cè)試分選， 但主要適用于多芯測(cè)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(shí)有磁性，斷電后磁就隨之消失[2]。

因?yàn)樘结樑_(tái)測(cè)試速度比較快， 所以有時(shí)候不良品比較多的時(shí)候，電磁鐵的工作頻率比較高，造成現(xiàn)有型號(hào)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(shí)候會(huì)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(duì)于剩磁問題，對(duì)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(gè)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(gè)peek 絕緣墊塊，絕緣墊塊壓到調(diào)節(jié)螺釘?shù)哪┒耍@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(shí)間關(guān)系

電磁鐵的運(yùn)動(dòng)行程不同， 會(huì)影響打點(diǎn)器的吸引力和響應(yīng)時(shí)間，如圖3 所示。圖中電磁鐵的運(yùn)動(dòng)行程和吸引力成反比例關(guān)系，行程越長(zhǎng)，吸力越小。 電磁鐵的運(yùn)動(dòng)行程和響應(yīng)時(shí)間成正比例關(guān)系，行程越長(zhǎng)，響應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)。根據(jù)電磁鐵與吸引力和響應(yīng)時(shí)間關(guān)系， 通過改變調(diào)節(jié)螺釘?shù)拈L(zhǎng)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(shí)間。不同的吸引力會(huì)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(shí)間能夠決定打點(diǎn)的速度，進(jìn)而決定測(cè)試的效率。 另外更重要的一點(diǎn)是電磁鐵的不同行程會(huì)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(zhǎng)度越長(zhǎng)，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(gè)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(shí)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(duì)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(jì)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(shí)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(gè)探針臺(tái)設(shè)備的穩(wěn)定性，客戶用起來更加的穩(wěn)定和方便。