探針卡簡化測試和替換流程

存儲器件持續不斷的降價壓力要求降低測試成本。很多公司通過同時測試更多的器件來提高吞吐率。過去的幾年里，測試探針卡的發展允許平行測試更多的器件——同時可測的待測器件（DUT）數量從32到64到128不斷上升——減少了測試平臺的數目。這樣，通過在300 mm晶圓上一次完成測試，而不是需要四次觸底（TD）測試，提高了測試的吞吐率。

通常測試一個flash芯片需要10分鐘。在更換晶圓之前需要這么多時間，更換晶圓還另外需要兩分鐘。還需要三分鐘時間更換晶圓舟；這樣，只有約80%的時間是測試設備真正在測試晶圓。測試設備在并非測試晶圓的閑置時間中，約有60%與探針或測試機的狀態相關；40%與探針卡相關。由于探針卡非常昂貴，使用廠商在購進額外探針卡時都非常謹慎；這樣，可實現重用性好和易于維護的系統方法就變得非常重要。

為了解決這一問題，FormFactor公司開發了Harmony探針卡，該探針卡由四個相同的探針陣列組成，這些陣列具有即插即用的特點（如圖）。如果某一部分被損壞了，只須替換相關的四分之一陣列，而不用替換整個探針頭。有一個備用的陣列可以隨時進行替換。由于整體起伏受到表面圖形的限制，每個四分之一陣列允許設定探針腳平面的位置，使之與局域陶瓷環位置匹配，而不用與全部圖形匹配。

Harmony探針卡上衍生出的橋式結構可以提供剛性的參考表面，縮短了浸入時間并可以提供自動傾斜校正。該結構還可以用在測試機或探針上，減少了探針卡的元件并降低系統的成本。

探針卡上可以有數以千計的電阻和電容。額外的元件對于一次TD來說是必須的。探針頭幾乎占據了探針卡朝向晶圓面的全部，給其他元件留下的空間非常小。Harmony系統方法考慮了測試機、探針和探針卡，通過將元件移到探針卡的背面創造了更多空間。

大部分制造商提供的測試設備都是針對特定用途的，必須將配合針腳的電子元件集成到測試頭上。探針卡與晶圓和測試機的電連接必須很好。由于每個芯片尺寸較大并且需要測試探針較少（需要大概11,000個針腳），NAND flash的測試對系統的要求相對簡單一些。而DRAM芯片的尺寸較小，在未來需要的針腳多達50,000個，必須考慮到系統的動力供應問題。隨著力的增加，損壞引線鍵合焊盤的可能性也隨之增大。

鍵合焊盤的損壞與共面性也有關。共面性差將導致探針卡的過度深入更加嚴重，會產生更大的力并在器件鍵合焊盤位置造成更大的劃痕。共面性由兩部分決定：彈簧探針的自然共面性（受與晶圓距離的影響）以及探針卡和客戶系統的相關性。傾斜造成斜率X，距離Y。當測試300 mm晶圓時，傾斜程度不變但距離卻加倍了，就會產生共面性問題。由于傾斜造成探針卡部分更靠近晶圓，而隨著每個彈簧向系統中引入了更多的力，造成的過量行程將更大，產生更大的劃痕，與此同時部分由于傾斜而遠離的部分還會有接觸不良的問題，留下的劃痕也幾乎不可見。考慮到大面積的300 mm晶圓，以及需要進行可重復的接觸，將探針卡向系統傾斜便相當有吸引力。

自動調節的共面系統降低了較大力造成損壞的可能，并允許測試設備與不同系統之間的兼容。Harmony橋式結構允許探針收集信息，之后調整探針卡的傾斜達到最佳位置，用時不超過3 min。整個測試系統同時工作，減少了無效的時間、動力工藝和手動調整，并且可以達到更好的接觸電阻和更大的吞吐率——這些都提高了一次TD值。