Osservazione e misurazione di schede sonda e sonde a contatto
La diffusione dei sistemi di comunicazione mobile di quinta generazione (5G) e dei prodotti che li supportano ha ulteriormente favorito l'avanzamento dei dispositivi a semiconduttore più piccoli e più densi. Di conseguenza, l'ispezione e l'analisi di vari componenti elettronici, come i circuiti integrati (IC) e i circuiti integrati su larga scala (LSI), richiedono una precisione sempre maggiore.
Questa sezione esamina le basi delle schede sonda e delle sonde a contatto, strumenti utilizzati per l'ispezione dei dispositivi a semiconduttore, e comprende esempi di utilizzo dei microscopi digitali per ottenere la precisione richiesta.
- Che cos'è una scheda sonda?
- Che cos'è una sonda a contatto?
- Durata delle schede sonda e delle sonde a contatto
- Esempi di osservazione e misurazione di schede sonda e sonde a contatto
- Un microscopio digitale che migliora l'ispezione delle schede sonda e delle sonde a contatto
Che cos'è una scheda sonda?
Una scheda sonda è uno strumento utilizzato nel processo di ispezione dei wafer di silicio durante la produzione di LSI front-end. Una scheda sonda è costituita da una scheda circolare a circuito stampato (PCB) con pin sonda o aghi di sonda collegati.
Ogni chip LSI, fabbricato su un wafer, viene ispezionato elettricamente con il contatto simultaneo di più punte di sonda disposte sulla PCB. Le schede sonda rilevano aperture e cortocircuiti e misurano anche la corrente elettrica e le alte frequenze. Una scheda sonda è solitamente collegata al prober di un tester per wafer e, durante l'ispezione, viene portata a contatto con un chip di wafer su un piatto dall'alto.
Tipi rappresentativi di schede sonda
Le schede sonda possono essere classificate in base alla loro struttura, compreso l'allineamento e il fissaggio della sonda. Di seguito sono riportate due schede sonda rappresentative e le relative caratteristiche.
Scheda sonda verticale (avanzata)
Una scheda sonde verticale (avanzata) è costituita da una PCB e da un blocco collegato a cui sono applicate sonde perpendicolari. Con questo tipo, le sonde possono essere allineate in una griglia o allineate per misurare più chip. La manutenzione è semplice perché le sonde possono essere sostituite singolarmente. Inoltre, le ammaccature possono essere ridotte al minimo, evitando di danneggiare le saldature. Tuttavia, i costi di produzione sono relativamente elevati e non sono adatti per gli elettrodi pad in alluminio (Al pad) sui wafer.
Scheda sonda a sbalzo
Una scheda sonda a sbalzo presenta degli aghi in tungsteno e materiali simili. Questi aghi sono fissati direttamente su una PCB.
Questo tipo può essere prodotto a costi inferiori rispetto al tipo verticale. Le sue sonde possono essere allineate anche a passi più piccoli, supportando i pad Al. Rispetto al tipo verticale, il tipo a sbalzo presenta maggiori limitazioni nell'allineamento dei pin e genera ammaccature più grandi. Questo tipo di macchina richiede inoltre che l'operatore dedichi tempo e sforzi alla manutenzione periodica, come la riparazione e la regolazione (ad esempio la regolazione dell'altezza).
Che cos'è una sonda a contatto?
La sonda a contatto è uno strumento di ispezione utilizzato per il controllo della continuità mediante contatto con gli elettrodi di vari componenti elettronici. Le sonde a contatto sono ampiamente utilizzate per l'ispezione dei componenti elettronici. Con le sonde a contatto è possibile ispezionare diversi componenti elettronici, come semiconduttori, pannelli a cristalli liquidi, schede nude, PCB, connettori, condensatori, sensori e batterie.
Le sonde a contatto sono utilizzate non solo per i controlli di continuità, ma anche per raccogliere dati per le ispezioni del comportamento dei componenti nei circuiti (test in-circuit) e per i test di funzionamento. Le sonde a contatto vengono utilizzate per rilevare aperture e cortocircuiti, misurare le alte frequenze, controllare l'impedenza (resistenza) e verificare i parametri dei componenti nei circuiti.
Struttura di una sonda a contatto
Una sonda a contatto è costituita da un barilotto e, nel barilotto, da una molla e da un pistoncino. La resistenza del collegamento nel cilindro può essere stabilizzata ottimizzando la pressione della molla nel cilindro. Le tipiche sonde a contatto contengono parti placcate in oro per prevenire la corrosione e ridurre la pressione di contatto delle sezioni scorrevoli.
Il numero richiesto di sonde di contatto viene pressato in una maschera di resina progettata per l'obiettivo di ispezione e le punte dei pistoncini vengono portate a contatto con questo obiettivo. Questo strumento è altamente manutenibile perché può essere utilizzato ripetutamente semplicemente sostituendo le sonde usurate nella maschera.
- A
- Sonda a contatto
- B
- Barilotto
- C
- Molla
- D
- Pistoncino
- E
- Maschera
- F
- Target da ispezionare
Forme della punta delle sonde a contatto
La forma della punta di contatto varia a seconda della forma dell'obiettivo di ispezione, come elettrodi e terminali. L'utilizzo di un pistoncino con la forma ottimale della punta evita di danneggiare i fragili target durante l'ispezione. Di seguito vengono presentate forme e applicazioni rappresentative.
Tonda
Questa punta viene utilizzata per ispezioni in cui è necessario evitare di danneggiare i fragili elettrodi, come quelli dei circuiti stampati flessibili (FPC).
Conica
Questa punta viene utilizzata principalmente per ispezionare le superfici e le piazzole delle PWB.
Piatta/concava
La punte piatte vengono utilizzate per evitare di danneggiare gli elettrodi o quando la punta deve entrare in contatto con un'area sui target di ispezione.
La punta concava viene utilizzata per contattare le forme convesse dei terminali.
Cono delta
La punta a cono delta viene utilizzata per ispezionare forme concave come i fori passanti sulle PWB.
Corona
Questa forma viene utilizzata per ispezionare i conduttori dei componenti di montaggio e le forme convesse mediante il contatto con più sonde.
Durata delle schede sonda e delle sonde a contatto
Vita utile delle schede sonda
Quando si utilizza una scheda di sonda per ispezionare i chip LSI, più pin di sonda affilati e microscopici vengono portati a contatto con i terminali dei chip sui wafer. Alcune piccole schede sonda, delle dimensioni di pochi cm², hanno diverse migliaia di pin sonda allineati a passi piccoli da 20 a 30 μm. Le schede sonda, molto elaborate, hanno una vita utile determinata dal numero di volte in cui i pin della sonda entrano in contatto con i chip sui wafer. Si dice che le tipiche schede sonda raggiungano la loro vita utile dopo aver effettuato fino a diversi milioni di contatti.
Quando si produce un'enorme quantità di chip utilizzando un gran numero di wafer, è molto importante capire le condizioni dei pin della sonda per mantenere la qualità del prodotto. I pin della sonda usurati o anormali possono portare all'acquisizione di dati di ispezione errati, causando lo scarto di chip buoni e riducendo il tasso di rendimento.
Vita utile delle sonde a contatto
La durata delle sonde a contatto varia a seconda della resistenza, dell'ambiente e del calore applicato ai conduttori durante l'ispezione. Le sonde a contatto tipiche resistono meccanicamente a circa un milione di contatti.
Questa durata, tuttavia, varia a seconda delle condizioni di ispezione. Un elemento importante per determinare se una sonda a contatto ha raggiunto la sua vita utile è la forma della punta del pistoncino che entra in contatto con i target di ispezione. Durante l'ispezione, le punte usurate possono generare variazioni di resistenza e causare falsi giudizi, influenzando il controllo di qualità e il tasso di rendimento.
Osservazione e misurazione di schede sonda e sonde a contatto
Le schede sonda e le sonde a contatto hanno entrambe contatti di forma microscopica. Per evitare errori di ispezione che possono far trascurare prodotti difettosi o ridurre il tasso di rendimento, l'osservazione e la misurazione periodica con ingrandimento sono importanti per determinare se gli strumenti hanno raggiunto la loro vita utile a causa dell'usura o di altri motivi.
L'osservazione e la misurazione di schede e sonde a contatto possono essere difficili con i microscopi tradizionali a causa delle dimensioni e dell'aspetto tridimensionale delle parti. Ad esempio, i sistemi di misura a contatto utilizzano sonde troppo grandi per il pezzo, causando il contatto simultaneo di più pin di sonda allineati a passi piccoli.
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Esempi di osservazione e misurazione di schede sonda e sonde a contatto
L'osservazione e la misurazione delle forme microscopiche dei pin delle schede sonda e delle punte dei pistoncini delle sonde a contatto presenta numerosi problemi, ma è fondamentale per comprendere danni, come l'usura, dal momento che le forme influiscono pesantemente sulla precisione dell'ispezione.
Con il microscopio digitale KEYENCE della Serie VHX, gli operatori sono in grado di acquisire facilmente immagini ad alta risoluzione e misure accurate premendo un solo pulsante. Di seguito sono riportati alcuni esempi di come la Serie VHX è stata utilizzata per migliorare il processo di ispezione delle schede e delle sonde a contatto.
Osservazione del contatto dei pin di una scheda sonda e osservazione inclinata
Il microscopio digitale della Serie VHX combina un'ampia profondità di campo e un sistema di osservazione ad angolo libero, consentendo agli operatori di acquisire immagini ad alta risoluzione da qualsiasi angolazione.
Misura del diametro esterno e dell'altezza dei pin di una scheda sonda
Il microscopio digitale della Serie VHX è in grado di acquisire misure 2D e 3D accurate senza toccare l'obiettivo.
le misure 2D/3D, come due punti, linee parallele, altezza e aree, possono essere facilmente eseguite selezionando le posizioni specificate sull'immagine. Per esempio, gli operatori possono facilmente misurare il diametro esterno delle punte dei perni della sonda per capire l'usura in pochi secondi o disegnare una sezione trasversale virtuale per misurare l'altezza dei pin.
Tutte le immagini e i valori misurati possono essere esportati automaticamente in un report per aiutare a capire le tendenze nel processo di usura e deformazione.
Osservazione ad alto ingrandimento delle punte delle sonde a contatto
Le punte dei pistoncini delle sonde a contatto, che hanno forme tridimensionali microscopiche, si usurano facilmente perché entrano in contatto con i target durante l'ispezione. L'osservazione ad alto ingrandimento di questi bersagli presenta spesso un compromesso tra requisiti e condizioni, che comporta, ad esempio, una messa a fuoco parziale del bersaglio e una riduzione della risoluzione.
Il microscopio digitale 4K della Serie VHX combina un'ampia profondità di campo e un'alta risoluzione per catturare immagini completamente a fuoco dell'usura microscopica e della scheggiatura delle punte dei pistoncini anche ad alti ingrandimenti.
Dal momento che gli strumenti di ispezione sono in metallo, la determinazione delle condizioni di illuminazione richiede molto tempo e risorse a causa degli effetti della riflessione diffusa. La Serie VHX è dotata della funzione Illuminazione multiangolare, che acquisisce automaticamente i dati delle immagini acquisite con illuminazione omnidirezionale premendo un pulsante. Gli operatori possono iniziare immediatamente l'osservazione semplicemente selezionando l'immagine adatta allo scopo, riducendo in modo significativo il tempo necessario per la determinazione delle condizioni di illuminazione.
Inoltre, le condizioni di illuminazione utilizzate quando è stata catturata un'immagine passata possono essere riprodotte completamente semplicemente selezionando quell'immagine. Ciò aumenta la velocità di funzionamento anche quando è necessario osservare l'usura di più punte del pistoncino nelle stesse condizioni.
Visualizzazione 3D e misurazione del profilo delle punte delle sonde a contatto
Il microscopio digitale della Serie VHX acquisisce più immagini in diverse posizioni di messa a fuoco e le combina istantaneamente in un'unica immagine, anche angolata, per visualizzare facilmente un campione in 3D e acquisire misure 3D.
Con la Serie VHX è possibile eseguire facilmente misurazioni del profilo non distruttive con un semplice clic. Utilizzando le funzioni avanzate, è possibile misurare le irregolarità della superficie a livelli inferiori al micrometro e comprendere con precisione il grado di usura, indipendentemente dalle dimensioni e dalla forma.
Un microscopio digitale che migliora l'ispezione delle schede sonda e delle sonde a contatto
Il microscopio digitale della Serie VHX semplifica la ricerca e lo sviluppo e il controllo qualità delle schede sonda e delle sonde a contatto, consentendo agli operatori di acquisire facilmente immagini ad alta risoluzione, misurazioni accurate e di creare automaticamente dei report! Per ulteriori informazioni sui prodotti o richieste di informazioni, fare clic sui pulsanti sottostanti.
