Test automatico delle probe card: come risparmiare tempo e denaro

Cos’è una probe card per semiconduttori?

Una probe card per semiconduttori è l’interfaccia elettrica e meccanica che colma il divario tra un circuito integrato e l’apparecchiatura di test utilizzata durante il processo di test a livello di wafer dell’IC.

La probe card entra in contatto con i pad di bonding dell’IC, permettendo al tester di inviare segnali elettrici all’IC e misurarne la risposta. Questo aiuta a identificare eventuali difetti o malfunzionamenti nell’IC prima che venga confezionato e spedito.

In generale, le probe card svolgono un ruolo vitale nel garantire la qualità e la funzionalità dei chip semiconduttori: la loro costruzione deve essere priva di difetti per assicurare una verifica accurata e affidabile dell’integrità e delle prestazioni dell’IC.

Difetti delle probe card per semiconduttori

Le probe card per semiconduttori sono schede a circuiti stampati progettate per essere molto precise, poiché includono sonde microscopiche che possono entrare in contatto con i minuscoli pad sull’IC. Essendo strumenti di precisione, eventuali difetti durante la costruzione possono influenzare significativamente la loro capacità di funzionare correttamente.

Tra i difetti più comuni delle probe card, troviamo:

Cortocircuiti
Pin aperti
Tracce aperte
Connessione difettosa tra socket e PCB
Reti interrotte
Contatti del socket difettosi
Componenti deboli
Relè deboli
Perdite di corrente

Questi sono solo alcuni dei difetti di costruzione che possono affliggere le probe card. Anche imperfezioni minori possono causare grandi problemi durante il test, potenzialmente portando al passaggio inosservato di IC difettosi o al rigetto di IC buoni. Pertanto, mantenere rigorose misure di controllo qualità durante il processo di produzione delle probe card è cruciale.

Come testare le probe card per semiconduttori

Le probe card per semiconduttori sono spesso testate utilizzando lo stesso tipo di tester per semiconduttori con cui la probe card verrà eventualmente utilizzata durante il test dell’IC. Viene eseguito sul tester un programma diagnostico dedicato specificamente progettato per le probe card.

Anche se è abbastanza comune, questa pratica presenta diversi svantaggi:

Alti costi: i tester per semiconduttori sono apparecchiature costose, e usarli per il test delle probe card sottrae tempo alla loro funzione primaria di test degli IC, influenzando l’efficienza produttiva.
Sviluppo del test che richiede tempo: sviluppare un programma diagnostico completo specifico per ogni design di probe card può richiedere molto tempo.
Capacità diagnostica inadeguata: il test funzionale eseguito sul tester per semiconduttori non è in grado di rilevare tutti i possibili difetti su una probe card.
Tempo di riparazione lungo: quando viene rilevato un difetto, il tester non è in grado di fornire un messaggio di errore preciso. La parte difettosa non è identificata, né vengono fornite linee guida per la riparazione: un ingegnere di test esperto deve effettuare un’analisi approfondita e dispendiosa in termini di tempo per riparare la probe card.
Difetti nascosti non rilevati: difetti che non influenzano direttamente la funzionalità della probe card possono creare instabilità o malfunzionamenti in produzione.

Per superare queste limitazioni, può essere conveniente utilizzare apparecchiature di test dedicate, separate dal tester per semiconduttori effettivo. Questi tester impiegano sonde mobili per entrare in contatto con punti di test designati sulla probe card ed eseguire un test elettrico completo.

Macchinari automatici per il test di probe card

I tester automatici a sonde mobili SPEA sono ben adatti per testare in modo esaustivo qualsiasi tipo di probe card, verificando accuratamente il corretto funzionamento e i valori dei parametri di ogni componente e rete, in modo da rilevare ogni difetto di processo o guasto del componente. Riconoscono componenti difettosi, rilevano difetti di processo (come pin aperti o cortocircuiti), identificano componenti che funzionano fuori dalle loro specifiche e anche componenti “deboli” che sono vicini alla fine della loro vita utile (ad esempio, relè).

Il test viene eseguito fuori dal tester, senza bisogno di spendere ore sul tester di IC di destinazione, liberando il test della probe card dalla necessaria presenza di un ingegnere esperto. Vengono fornite informazioni diagnostiche precise per ogni difetto trovato, così che l’esperienza e il tempo richiesti per riparare la probe card sono notevolmente ridotti.

I tester automatici a sonde mobili SPEA non necessitano di alcun hardware specifico per l’applicazione: il tester genera automaticamente il programma di test in poche ore, a partire dai dati CAD della probe card. Anche se i dati CAD sono mancanti, il sistema è in grado di eseguire il reverse engineering, utile per generare il programma di test o per replicare la stessa probe card.

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Risoluzione dei problemi su probe card difettose

Anche le probe card che hanno funzionato bene in passato possono subire un guasto durante il loro ciclo di vita. In questi casi, la risoluzione dei problemi delle probe card difettose per individuare la causa principale del malfunzionamento può essere un processo che richiede tempo anche per l’ingegnere di riparazione più esperto.

I tester automatici a sonde mobili SPEA possono essere utilizzati con profitto non solo per testare nuove probe card dopo l’assemblaggio. La loro capacità di sondaggio accurato, la loro precisione di misura e le diagnosi precise costituiscono un grande valore aggiunto anche per la risoluzione dei problemi su probe card difettose e la verifica delle prestazioni dopo la riparazione.

Quando una probe card si guasta durante il suo utilizzo sull’apparecchiatura di test per semiconduttori, I tester SPEA semplificano il processo di riparazione. È sufficiente eseguire il programma di test per ottenere una diagnosi precisa della parte o delle parti difettose, fuori dal tester, riducendo a minuti il tempo di inattività del tester di IC e minimizzando il tempo di riparazione. Anche la verifica post-riparazione, prima di rimandare la probe card sul piano di produzione, può essere prontamente eseguita sui sistemi a sonde mobili SPEA, ottenendo una copertura di test completa.

Monitorare le prestazioni delle probe card per semiconduttori

I tester automatici a sonde mobili SPEA non sono solo in grado di rilevare i guasti delle probe card, ma anche di monitorare i parametri chiave dei componenti critici applicando condizioni di lavoro reali. Questo “stress test” è in grado, ad esempio, di fornire indicazioni non solo sul corretto funzionamento di un relè al momento del test, ma anche sullo stato di degrado dei suoi contatti. Sulla base di queste informazioni, è possibile sostituire preventivamente quei componenti che sono probabilmente prossimi alla rottura, riducendo drasticamente i guasti sul campo e i conseguenti tempi di inattività.

Costruire un duplicato di una probe card per semiconduttori senza CAD

Nel caso in cui la documentazione e gli schemi della probe card siano mancanti, i sistemi a sonde mobili SPEA sono in grado di ricostruire automaticamente i dati della scheda: netlist, schemi elettrici, lista dei componenti e dati CAD sono generati automaticamente. Il risultato di questa operazione di reverse engineering può essere utilizzato per generare il programma di test a sonde mobili da eseguire sulla probe card, o per realizzare repliche della probe card.

Conclusioni

Testare le probe card per semiconduttori è un passo essenziale per garantire la qualità e l’affidabilità dell’intero processo di produzione dei circuiti integrati (IC): assicurando il corretto funzionamento delle probe card, i produttori possono prevenire che IC difettosi raggiungano il mercato, migliorare il rendimento produttivo e mantenere risultati di test coerenti.

Tuttavia, testare le probe card utilizzando il tester per semiconduttori effettivo con cui le probe card saranno utilizzate è costoso e richiede tempo, e può risultare inefficace nell’identificare certi difetti.

L’uso di un tester a sonde mobili per testare le probe card per semiconduttori è più veloce ed economico, e offre la capacità di rilevare tutti i possibili difetti, lungo l’intero ciclo di vita: dal test delle nuove probe card prima della loro introduzione nel piano di test, alla risoluzione dei problemi di probe card difettose, al monitoraggio periodico delle prestazioni, al reverse engineering.

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