探针卡简化测试和替换流程

存储器件持续不断的降价压力要求降低测试成本。很多公司通过同时测试更多的器件来提高吞吐率。过去的几年里，测试探针卡的发展允许平行测试更多的器件——同时可测的待测器件（DUT）数量从32到64到128不断上升——减少了测试平台的数目。这样，通过在300 mm晶圆上一次完成测试，而不是需要四次触底（TD）测试，提高了测试的吞吐率。

通常测试一个flash芯片需要10分钟。在更换晶圆之前需要这么多时间，更换晶圆还另外需要两分钟。还需要三分钟时间更换晶圆舟；这样，只有约80%的时间是测试设备真正在测试晶圆。测试设备在并非测试晶圆的闲置时间中，约有60%与探针或测试机的状态相关；40%与探针卡相关。由于探针卡非常昂贵，使用厂商在购进额外探针卡时都非常谨慎；这样，可实现重用性好和易于维护的系统方法就变得非常重要。

为了解决这一问题，FormFactor公司开发了Harmony探针卡，该探针卡由四个相同的探针阵列组成，这些阵列具有即插即用的特点（如图）。如果某一部分被损坏了，只须替换相关的四分之一阵列，而不用替换整个探针头。有一个备用的阵列可以随时进行替换。由于整体起伏受到表面图形的限制，每个四分之一阵列允许设定探针脚平面的位置，使之与局域陶瓷环位置匹配，而不用与全部图形匹配。

Harmony探针卡上衍生出的桥式结构可以提供刚性的参考表面，缩短了浸入时间并可以提供自动倾斜校正。该结构还可以用在测试机或探针上，减少了探针卡的元件并降低系统的成本。

探针卡上可以有数以千计的电阻和电容。额外的元件对于一次TD来说是必须的。探针头几乎占据了探针卡朝向晶圆面的全部，给其他元件留下的空间非常小。Harmony系统方法考虑了测试机、探针和探针卡，通过将元件移到探针卡的背面创造了更多空间。

大部分制造商提供的测试设备都是针对特定用途的，必须将配合针脚的电子元件集成到测试头上。探针卡与晶圆和测试机的电连接必须很好。由于每个芯片尺寸较大并且需要测试探针较少（需要大概11,000个针脚），NAND flash的测试对系统的要求相对简单一些。而DRAM芯片的尺寸较小，在未来需要的针脚多达50,000个，必须考虑到系统的动力供应问题。随着力的增加，损坏引线键合焊盘的可能性也随之增大。

键合焊盘的损坏与共面性也有关。共面性差将导致探针卡的过度深入更加严重，会产生更大的力并在器件键合焊盘位置造成更大的划痕。共面性由两部分决定：弹簧探针的自然共面性（受与晶圆距离的影响）以及探针卡和客户系统的相关性。倾斜造成斜率X，距离Y。当测试300 mm晶圆时，倾斜程度不变但距离却加倍了，就会产生共面性问题。由于倾斜造成探针卡部分更靠近晶圆，而随着每个弹簧向系统中引入了更多的力，造成的过量行程将更大，产生更大的划痕，与此同时部分由于倾斜而远离的部分还会有接触不良的问题，留下的划痕也几乎不可见。考虑到大面积的300 mm晶圆，以及需要进行可重复的接触，将探针卡向系统倾斜便相当有吸引力。

自动调节的共面系统降低了较大力造成损坏的可能，并允许测试设备与不同系统之间的兼容。Harmony桥式结构允许探针收集信息，之后调整探针卡的倾斜达到最佳位置，用时不超过3 min。整个测试系统同时工作，减少了无效的时间、动力工艺和手动调整，并且可以达到更好的接触电阻和更大的吞吐率——这些都提高了一次TD值。