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公司新聞
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半導(dǎo)體參數(shù)測試的關(guān)鍵問題之一——探針的接觸電阻 |
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Otto P. Weeden, III 吉時利儀器公司(Keithley)
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通常，參數(shù)測試系統(tǒng)將電流或電壓輸入被測器件（DUT），然后測量該器件對于此輸入信號的響應(yīng)。這些信號的路徑為：從測試儀通過電纜束至測試頭，再通過測試頭至探針卡，然后通過探針至芯片上的焊點，到達被測器件，并最后沿原路徑返回測試儀器。
如果獲得的結(jié)果不盡如人意，問題可能是由測量儀器或軟件所致，也可能是其它原因造成。通常情況下，測量儀器引進一些噪聲或測量誤差。而更可能導(dǎo)致誤差的原因是系統(tǒng)的其它部件，其中之一可能是接觸電阻，它會受探針參數(shù)的影響，如探針的材料、針尖的直徑與形狀、焊接的材質(zhì)、觸點壓力、以及探針臺的平整度。此外，探針尖磨損和污染也會對測試結(jié)果造成極大的負面影響。
測試信號的完整性需要高質(zhì)量的探針接觸，這與接觸電阻（CRes）直接相關(guān)。接觸電阻是隨著信號電壓的減小、接觸壓力的降低、以及新材料器件如砷化鎵汲取了更多的電流，而對測量的影響越來越重要。
接觸電阻即探針尖與焊點之間接觸時的層間電阻。通常不能給出具體的指標，因為實際的接觸電阻很難測量。一般，信號路徑電阻被用來替代接觸電阻，而且它在眾多情況下更加相關(guān)。在檢測虛焊和斷路的時候，探針卡用戶經(jīng)常需要為路徑電阻指定一個標稱值。信號路徑電阻是從焊點到測試儀的總電阻，即接觸電阻、探針電阻、焊接電阻、trace電阻、以及彈簧針互連電阻的總和。但是，接觸電阻是信號路徑電阻的重要組成部分。
在實際使用中，探針的接觸電阻在很大程度上取決于焊點的材料、清洗的次數(shù)、以及探針的狀況，而且它同標稱值相差較多。其中鎢錸合金（97%-3%）的接觸電阻比鎢稍高，抗疲勞性相似。但是，由于鎢錸合金的晶格結(jié)構(gòu)比鎢更加緊密，其探針頂端的平面更加光滑。因此，這些探針頂端被污染的可能性更小，更容易清潔，其接觸電阻也比鎢更加穩(wěn)定。所以鎢錸合金是一種更佳的選擇。
觸點壓力的定義為探針頂端（測量單位為密耳或微米）施加到接觸區(qū)域的壓力（測量單位為克）。觸點壓力過高會損傷焊點。觸點壓力過低可能無法通過氧化層，因此產(chǎn)生不可靠的測試結(jié)果。
頂端壓力主要由探針臺的驅(qū)動器件控制，額外的Z運動（垂直行程）會令其直線上升。此外，探針材質(zhì)、探針直徑、光束長度、和尖錐長度都在決定頂端壓力時起重要的作用。圖1解釋了觸點壓力和接觸電阻的關(guān)系。從本質(zhì)上來說，隨著探針開始接觸并逐漸深入焊點氧化物和污染物的表層，接觸電阻減小而電流流動迅速開始。隨著探針接觸到焊點金屬的亞表層，這些效應(yīng)將增加。盡管隨著探針壓力的增強，接觸電阻逐漸降低，最終它會達到兩金屬的標稱接觸電阻值。
涉及到探針的接觸電阻的問題時，我們還需要考慮平衡觸點壓力（BCF），超量驅(qū)動，探針到探針的平整度，探針污染與清理等問題。
Otto Weeden先生是吉時利儀器公司的高級應(yīng)用工程師，負責(zé)半導(dǎo)體參數(shù)測試應(yīng)用。他在半導(dǎo)體及電子設(shè)備測試領(lǐng)域已經(jīng)工作了17年，并最近開始研究探針卡應(yīng)用。您可以通過電子郵件與他聯(lián)系：weeden_otto@keithley.com。
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