CP测试

什么是 CP 测试

CP 测试,英文全称 Circuit Probing、Chip Probing,也称为晶圆测试或中测,测试 – 个 Die 都能满足器件对象是整片 wafer 的每一个 Die,目的是确保整片 wafer 中的每一的特征或者设计规格书,通常包括电压、电流、时序和功能的验证。同时也可以用来检测 fab 厂制造的工艺水平。

第一个黑色的为晶圆盒(cassette),wafer 就放在这里面   

通过晶圆上的 FLAT(平边)或 NOTCH(缺口)可以分辨 wafer 的方向。缺口通常位于晶圆底部。平边通常有 1-2 个,长的定位边在晶圆底部,短的定位边位置不固定,跟随晶向与掺杂类型发生变化。同时,为了匹配半导体制造设备,主定位边与次定位边的长度和位置都是固定的。

晶圆上由很多 DIE 组成,DIE 与 DIE 之间有一定的间隙被称为 SCRIBE LINE(划片槽),因为 DIE 最后会被切割下来进行封装作为单个的芯片使用,DIE 上面的白色方块被称为 PAD,测试中需要施加或者测量信号的地方,(CP 测试中探针就是扎在 PAD 上来进行测试的)。

CP 测试的方法

CP 测试主要依赖以下设备:

  • ATE 测试机台:Automatic Testing Equipment,简称 ATE,自动化测试设备,用于为芯片测试提供所需的电源、信号和功能向量,并接收芯片的输出反馈信号以判断结果
  • 探针台:Prober,它是一种高精度的机器平台,用于承载和移动晶圆,以便探针卡探针与晶粒 Die 的 Pad 管脚能够精确接触并导通。探针台主要提供 wafer 的自动上下片、找中心、对准、定位以及按照设置的步距移动 wafer 的功能,以使探针卡上的探针总是能对准硅片相应位置进行测试。由于探针台只涉及探针与焊盘的可靠接触,电性测试由专用的测试机来执行,使得探针台可以通过通讯接口搭载不同的测试机,实现对各种晶圆进行针测的可能。
  • 测试探针卡:Probe Card,这是根据每颗芯片的电路和测试要求定制的测试板,用于实现 ATE 设备通道资源与芯片对应 Pad 的互通连接。探针卡属于定制器件,不具备通用性,但使用寿命相对较长,因此具备设备和耗材的双重属性。每一种芯片的引脚排列、尺寸、间距变化、频率变化、测试电流、测试机台有所不同, 都需要供应商根据芯片设计公司提供的输入信息进行探针卡的定 制化设计,以满足特定产品的测试需求。

在测试时,将晶圆放置在探针台上,用探针(probe)来扎 Wafer 上每个 chip 的 pad,把各类信号输入进晶片,把晶片输出响应抓取并进行比较和计算,逐步完成晶圆上每颗晶粒 Die 的测试验证。对于存在问题的 Die,通常会在其表面采用 “打墨点(Ink)” 等方式进行标记,以便于后续封装生产过程中的挑选和识别。

Probe card (探针卡) 负责固定探针和晶圆直接接触,主要分为控制卡 (PCB) 和探针两个部分。目的是将探针卡上的探针直接与晶片上的 pad 或者 bump 直接接触,引出晶片信号再配合周边测试仪器与软件控制达到自动化测量读取芯片电信号的目的。  探针将测试机的信号接入并将其传递到针尖端;通过探针接触 PAD,完成电信号的施加和读取。

在测试时,针卡不动,探针台精准控制 wafer 的移动,让探针每次都能精准的扎在 die 上。wafer 每次移动一颗 die 的距离,直至测完整片。

CP 测试的流程

CP 测试板卡连接方式(信号传递顺序)为:测试机 ——DUT Board(LoadBoard)——Probe Card—— 探针 —— 芯片

CP 测试完成后,输出包含测试数据 (datalog) 和 MAP(Silicon Wafer Map Analysis)
测试数据通常以一颗 die 为单位统计。主要包含 die 的位置信息,即 XY 坐标,测试项及测试结果 PASS/FAIL (FAIL 品又称 REJECT),分 BIN 信息等。
MAP 能够更直观的看出整片 wafer 的良率情况。

其中 MAP 上呈现的分 BIN 都是 Hard Bin,此外还有 SoftBin。同时,MAP 也需要提供到封装环节,作为封装选 die 的依据。

测试数据通常有多种格式,不同厂家的测试机一般都会有自己的格式文件,但是都能同步输出 stdfcsv,txt 等格式文件。
其中 STDF (Standard Test Data Format)(标准测试数据格式) 是半导体测试行业的最主要的数据格式,包含了 summary 信息和所有测试项的测试结果;是半导体行业芯片测试数据的存储规范。

CP 测试的具体意义

1. 通常在芯片封装阶段时,有些管脚会被封装在芯片内部,导致有些功能无法在封装后进行测试,因此 Wafer 中进行 CP 测试最为合适
2.Wafer 制作完成之后,由于工艺偏差、设备等原因引起的制造缺陷,分布在 Wafer 上的裸 DIE 中会有一定量的残次品。CP 测试的目的就是在封装前将这些残次品找出来 (Wafer Sort) 同时还可以避免被封装后无法测试芯片性能,优化生产流程,简化步骤,同时提高出厂的良品率,缩减后续封装测试的成本。
3. 另外,有些公司会根据 CP 测试的结果,将芯片划分等级,将这些产品投入不同的市场,购买时需要注意这一点。

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