影響探針劃痕有關因素

摘 要：探針劃痕是探針接觸到被測試的焊接點后留下的痕跡。探針劃痕為研究測試時遇到的困難提供了重要的依據。仔細觀察劃痕可以保證品質控制，也可以將潛在的錯誤及時糾正過來。仔細分析探針劃痕可以使測試工程師追蹤結果以便改進測試性能。本文主要介紹的是影響探針劃痕有關因素。

關鍵詞：探針劃痕；焊接點；引腳焊線

隨著日前半導體技術的飛速發展，對半導體的測試要求越來越高。探針劃痕是直接影響晶圓良品率和可靠性的一個重要因素。如下分別對幾個影響探針劃痕的主要因素進行簡單的分析。

1 探針卡的探針材料

現在有幾種普遍的針尖材料被應用，選擇用怎樣的材料是由產品的技術要求決定的。最常用的有鎢，鎢錸合金，鈹銅合金，鈀合金，金針，七種合金針等等。

鎢錸合金是一種廣泛應用的探針材料。它的使用壽命一般比鎢探針的要長。這種材料的接觸電阻比鎢要大，但是它克服了鎢的條紋特性帶來的缺點，在研磨時不易掉下碎屑增大接觸電阻。這種材料的費用比鎢貴。

2 針尖直徑

針尖大小的選擇是由它所接觸的測試點或焊接點決定的。工業上規定探針的針尖直徑要小于焊接點的二分之一，這可以保證當探針針尖位置接近焊接點中心并且在正常的下移度時，針尖在測試中不會劃到焊接點以外的地方上去。

當測試目標很小時，要設定精確的下移度，經過反復實驗得到10：1的比率是可以廣泛應用的下移度同探針劃痕大小的比率。針尖的直徑對接觸壓力有直接影響，當針尖直徑增大時，接觸壓力會隨之減小，基本上，針尖直徑越小，在每mil的下移度下，接觸壓力越大。

3 針尖的形狀

針尖的形狀對測試結果有很大影響，下面的幾個方面是針尖形狀在半導體測試中的測試中的重要依據。

3.1 尖銳型

這種針尖形狀呈錐型，它的穿透力很強，廣泛應用于測試時接觸情況的分析，由于它的破壞性較大，所以不適用于生產上的測試。

3.2 半圓型

這種形狀的針尖應用于對小焊接點的測試。隨著對測試進程的統計，我們發現這種形狀的針尖在經過一段測試后，針尖會明顯的變平。這種快速的變化會使針尖直徑的大小迅速改變，同時還會影響針尖的接觸壓力，這種影響會一直存在直到針尖完全被磨損到不能繼續使用為止。

3.3 1/4圓型

這種形狀的探針針尖與半圓型的探針針尖基本相似。針尖直徑大小通常為2mil，它的接觸情況也與半圓型的相似

3.4 平坦型

這種形狀的針尖與其名稱一樣，是最為典型的探針針尖形狀的代表。這種形狀的針尖是可研磨的，研磨時要注意保持針尖直徑的一致性。通過各種類型針尖形狀的比較，通常選用平坦型針尖，因為這樣的針尖可以保證得到較小的探針劃痕，使焊接得到保證。在我們的實驗中就是選用平坦型探針。

4 接觸壓力

針尖的接觸壓力對芯片測試有很大影響，接觸壓力決定了如何在探針和含鋁焊接點之間建立準確的電學接觸。更重要的是接觸壓力決定了如何使探針在焊接點上的堅硬的氧化鋁表面扎下5—6毫微米以便測試。針尖直徑對針尖的接觸壓力有直接影響。

5 探針的壓力系數

探針的壓力系數是描述探針作用于測試點上時，單位下移度下所施加的壓力的大小。理論上，準確的壓力系數可以保證測試芯片與探針針尖有良好的電學接觸，可以確保不破壞芯片結構，不擊穿焊接點。探針的壓力系數是由正確的下移度決定的，它們呈線形關系。對于實際中應用的探針的位置度又對下移度有影響，所以它們是相互關聯的。

6 探針的下移度

在給定的探針材料下，接觸電阻隨著下移度的增加而減小。然而，當下移度超出規定范圍后，會產生很多不好的結果，比如：會引起探針針尖劃出焊接點、針尖更加容易磨損而減少使用壽命、會使焊接點上產生裂紋，甚至會扎穿焊接點。保持較低的下移度不僅可以增加探針的使用壽命，還可以保證在重復測試時不扎壞焊接點。

7 溫度的影響

高溫測試芯片對探針卡的設計和結構的要求很高。接觸電阻的大小和穩定性的不同是由于：針尖與芯片表面的焊接點接觸，從焊接點上劃下氧化鋁沾在針尖上，導致接觸電阻過大。同時樹脂，陶瓷支架，電路板都會有不同程度變形，從而影響針痕的穩定性。

8 結論

影響探針卡針痕的因素很多，它們之間是相互聯系的。要想得到理想的測試針痕，需要綜合考慮各方面因素。

參考文獻

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作者簡介

張建倉（1973—），男，天津市， 助理工程師，?？?，研究方向：半導體晶圓測試，探針卡應用。