芯片测试探针的发展现状

芯片测试探针(又叫测试针、探头)是用于芯片验证、调试和测试的重要工具。它们在半导体制造和开发过程中扮演着至关重要的角色,帮助工程师检查芯片的电气性能和功能。

芯片测试探针主要用于对集成电路(IC)进行电气测试。通过与芯片的测试点连接,探针可以:检查芯片的电压、电流和信号等电气特性;验证芯片的功能是否符合设计要求;进行故障排查,帮助找到生产过程中的问题。

测试探针通过物理接触与芯片的测试点相连,这些测试点通常是芯片表面的金属接触点。在测试过程中,探针通过连接到测试设备(如示波器、逻辑分析仪等)传输信号或电压数据。通过测试设备,工程师可以监控芯片的行为并进行分析。

测试探针根据不同的用途和测试需求有多种类型:

针式探针(Needle Probe):最常见的类型,探针细长,适用于触及芯片上的微小测试点。常用于手工测试。

弹簧探针(Spring Probe):具有弹簧机制,适合用于自动化测试设备。这种探针在接触时具有更好的弹性,确保稳定的连接。

微型探针(Micro Probe):用于测试非常小的芯片或封装,精度更高,适合微型芯片的检查。

测试探针通常与测试台或探针卡(Probe Card)一起使用。探针卡是一个装置,包含多个测试探针,它可以对芯片的多个测试点同时进行测试,常见于晶圆测试阶段。

应用领域

晶圆测试(Wafer Testing):在晶圆制造过程中,测试探针用于检查芯片上的每个单独电路,以确保没有缺陷。

封装测试(Package Testing):芯片在封装后,需要进行功能测试,测试探针可以连接到封装上的焊点或引脚。

生产线质量控制:在芯片生产线上,测试探针帮助检测和排除不合格产品。

研发和调试:在芯片的设计和开发阶段,测试探针用于验证芯片功能,进行调试。

测试探针的精度和挑战

接触压力过大可能损坏芯片或测试点,过小的接触压力则可能导致接触不良。探针的设计需要平衡这一点。探针材料通常使用金属,如钨、铂或铜,这些材料必须具备良好的导电性和耐磨性。芯片测试过程中,探针必须确保信号传输的干净、无信号干扰。高频测试特别要求探针具有良好的信号完整性。

随着芯片集成度和尺寸的不断增加,芯片测试探针也在发展:

随着技术进步,探针设计越来越小,能够适应更微小的芯片;未来的测试探针将与自动化测试设备高度集成,减少人工操作,提高测试效率;随着芯片频率的提升,测试探针的频率响应能力也需不断提升。

随着芯片工艺向3nm、2nm及以下节点发展,封装越来越精细,焊盘和测试点的尺寸大幅减小,探针要做到:更细的针尖(微米级甚至纳米级);更高的接触精度(避免刮伤焊盘);更高的对位要求(配合AOI、AI视觉定位)。传统探针已经难以满足超小pitch封装的接触稳定性和机械寿命。

在5G、AI和高速计算芯片中,测试频率动辄几十GHz:探针必须具备低电感、低反射、高带宽;需要配合阻抗匹配、屏蔽技术。普通探针无法有效抑制信号串扰和衰减,高速探针价格高且难以标准化。

我们特别需要注意,探针在不同ATE平台、芯片封装、测试接口之间通用性差;探针卡定制周期长、成本高,更新慢于芯片开发周期;反复接触芯片焊点、金属垫,会造成探针磨损、钝化、变形;高频使用后会影响接触阻抗、测量精度。

目前为止,全球主要高端探针厂商集中于美国、日本、德国(如FormFactor、MPI、Cascade);国产厂商起步晚,多集中在中低端市场,缺少核心材料(如钨丝、陶瓷)、制程(微细加工)、封装能力。

芯片测试探针作为电子产品制造过程中不可或缺的工具,帮助工程师确保芯片的质量和性能,对于半导体产业的研发、生产、质量控制至关重要。

  • 2025-04-14