专用集成电路的设计实践第6章 ASIC测试技术概述.ppt

6.1　常用测试设备及仪器简介6.1.1　探针台　　半导体生产过程中的探测大约分为三大类:  (1) 参数探测: 提供制造期间的装置特性测量。  (2) 晶圆探测: 当制造完成要进行封装前, 在一系列的晶圆上(Wafer Sort)测试装置功能。 (3) 以探针台为基础的晶圆处理探测(Final Test): 在卖给顾客前, 对封装完成的装置作最后的测试。 它是保证芯片成品率的重要步骤。 1. 探针台的整机结构 探针台从结构上可分为三大部分: 主机、 驱动箱和工作台。 主机包括X轴、Y轴、承片台、探针攀架、 测试探头、 打标记头、 逻辑控制板、 显示器、显微镜等; 驱动箱包括主机电源和电机驱动电路等; 工作台呈一头沉写字台形状。 探针台的整机结构如图6 － 1所示。　　探针台可分为半自动与全自动两种。本章以TZ － 109型全自动探针测试台为例, 介绍探针台的用途、 结构特点、 技术性能、 指标和控制方法。 图 6 － 1　探针台的整机结构 　　2. 主要组成部分和技术特点　　1) 图像识别自动对准　　该机的自动对准系统由主计算机、 图像采集卡、 CCD摄像头、 光学部件及图像监视器组成, 采用了计算机控制、 CCD摄像头和图像处理等关键技术。 由于被测晶片没有固定标记, 采集的图像是晶片上的任意图形, 增加了图像识别的难度, 因而要求识别算法必须有一定的灵活性、 适应性和可靠性。 在自动对准区域, CCD摄像头通过专门设计的光学部件, 摄取选好的局部芯片图像, 并将其转化为视频图像信号。 图像处理系统将采集到的视频信号数字化, 并存储到特定的存储单元中。 在进行自动对准操作时, 根据存储的参考图形与参考靶面作相关匹配处理, 再根据相关的位置信息控制工作台进行θ向调整和X-Y方向位置对准。 图像识别的精度可达到±0.5个像素, 满足了中测台2.4 μm自动对准精度的要求。 　　2) 高精度、 高速度X-Y工作台　　如图6 － 2所示,X-Y工作台是全自动探针台能正常、 准确、 高效实现自动化的保证。我们使用了平面电机作为TZ － 109型的工作台执行元件。 该部件具有精度高、 速度快、 效率高、无磨损、不需润滑、使用寿命长等特点。 定位精度为±4.5 μm, 运行速度为255 mm/s, X向行程380 mm, Y向行程192 mm, 各项性能指标都能满足使用要求。 图 6 － 2　X － Y工作台 　　3) 可编程承片台　　如图6 － 3所示, 承片台由接片装置、Z向升降、θ向旋转机构、调针台、步进电机等组成。它是本机的核心部件, 其主要功能是承接并固定被测晶片。它在平面电机动子的带动下可完成Z向升降、θ向旋转、自动装片、卸片、晶片自动对准及自动探测等功能。它由主计算机直接控制, 根据系统命令完成Z、θ向运动等全部功能。 图 6 － 3　承片台 　Z向升降和θ向旋转是承片台的两个重要功能。Z向升降功能用于承片台实现接片、自动对准、 [JP2]测试、 卸片等过程。θ向旋转功能用来带动吸片盘作正反向转动, 自动对准时对晶片所处的位置夹角进行调整。 Z向升降采用精密丝杠副结构, θ向旋转采用三级减速器结构, 都由步进电机驱动, 并设有光电传感器作限位检测。 抬升旋转机构具有结构简单、 运行灵活可靠、 精度高、 抬升量可任意设置等特点, 且满足行程、 分辨率精度、速度等要求。 　　4) 晶片自动传输及预对准机构　　晶片自动传输及预对准机构由收、 发片盒升降机构、 皮带传输机构、 预对准台、 机械手等组成。 该机构的设计是自动探针台的关键技术之一, 也是本机实现自动化的必要条件。 它包括晶片自动发送、 自动传输、 预对准及自动回收几个环节。 当发片盒装有晶片时, 片盒托板下降。 当晶片接触到皮带导轨时, 它在皮带的带动下自动“走出”片盒。 经过传送走到预对准台上, 由定位装置定位、 预对准台旋转、 检测传感器判别晶片切边来完成晶片的自动预对准, 然后由机械手传送到承片台上。 当晶片测试结束后, 承片台在大气作用下将晶片吹放到皮带导轨上, 经过传送回收到收片盒中, 完成晶片的自动传输、 预对准及回收过程。 该机构具有传片速度快、 平稳、 可靠, 对晶片无损伤、 无污染等特点, 预对准精度θ向为±2°。 　　5) 探卡盘、 探针盘、 分离式探头、 探边器、 打点器　　探卡盘和探针盘是探针台的两个重要附件。 探卡盘用于探针卡测试, 探针盘用于分离式探头测试。 通过更换盘子可以改变测试台的测试方式。 它们的装入不需螺钉固定, 推入台板三点定位孔内即可, 装卸调换也特别方便。 　　分离式探