探针卡/接触式探针的观察和测量
第五代移动通信系统（5G）及其相应产品的普及，进一步推动了半导体工件的精细化与高度集成化。在这样的背景下，人们对IC（集成电路）、LSI（大规模集成电路）、各种电子部件的电气检测和分析的需求越来越大，对检测精度也提出了更高的要求。
下面我们将为您介绍半导体工件电气检测中使用的检测器具“探针卡”和“接触式探针”的基础知识、通过可有效维持高检测精度的4K图像观察检测器具、以非接触方式测量三维尺寸等的案例。
何谓探针卡
探针卡是指在LSI生产的前期工序中用于硅晶圆检测工序的检测器具，它在圆形的印刷电路板装有精密组装的探针（探测针）组。
将印刷电路板上配置的多个探针前端同时接触晶圆上形成的各LSI芯片，实施电气检测。除了判断开路（断线）和短路之外，还用于电流和高频测量等。晶圆检测装置的校准器一般配备探针卡，从上方接触放置在载物台上的晶圆芯片进行检测。
探针卡的主要种类
探针卡的结构各有不同，例如探针的排列、探针固定方法等。具有代表性的两种探针卡及其特点如下所示。
垂直（增强）型探针卡
将垂直固定探测块安装在印刷电路板上的探针卡。这种探针卡呈格子状，可做大量测量，探针排列自由度高，可更换单根探针，便于维护。造成的凹陷较小，不会破坏焊锡。但是成本较高，不适合用于晶圆的铝衬垫（铝制电极衬垫：Al衬垫）。
悬臂型探针卡
直接将钨等制成的探针固定在印刷电路板上的探针卡。
成本低于垂直型，可以更小的间距排列探针，适用于铝衬垫。但是与垂直型相比，探针布局有所限制，造成凹陷更大。此外，需要定期实施高度调整等修理和调整，因此维护会耗费精力和时间。
何谓接触式探针
接触式探针是指用于接触各种电子部件的电极进行导通检测的检测器具。广泛应用于各种电子部件的检测。作为检测目标的电子部件多种多样，包括半导体、液晶面板、原始印刷电路板、封装印刷电路板、连接器、电容器、传感器、电池等。
检测内容除了确认导通之外，还包括采集用于在电路中检测部件动作（在线测试）的数据、在检测功能（功能测试）期间检查动作等。具体举例来说，可进行开路（断线）和短路判断、高频测量和阻抗检查、电路中部件参数检查等。
接触式探针的结构
接触式探针由在圆柱形的针管中接触检测目标的柱塞和弹簧组成。将针管内部的弹簧压力调整到适当程度，可保持稳定的针管内部连接电阻值。接触式探针的部件一般会镀金，以达到防止腐蚀和降低滑动部接触电阻的目的。
使用时，将所需根数的接触式探针压入根据检测目标物设计的树脂制夹具中，使柱塞前端接触到检测目标。可从夹具取下磨损的探针，更换后再次将其用于检测，因此具有优秀的省维护性。
- A
- 接触式探针
- B
- 筒
- C
- 弹簧
- D
- 柱塞
- E
- 夹具
- F
- 检测目标
接触式探针的柱塞前端形状
接触的前端形状因作为检测目标的电极和端子等的形状而异。使用正确前端形状的柱塞，可避免在检测时对精细的目标物造成损伤。具有代表性的形状及用途如下所示。
圆形
用于在检测时避免对柔性线路板（FPC、柔性印刷电路板）等容易被划伤的电极造成损伤。
针状
主要用于印刷电路板表面焊盘（焊垫）等的检测。
平板/倒锥形
前段平坦的“平板”型用于不想划伤电极，或需要在表面接触检测目标的情形。
前端具有凹陷部分的“倒锥形”用于接受端子凸出形状的情形。
三角锥
用于检测印刷电路板的通孔等具有凹陷形状的部位。
冠状
用于接触封装部件的引线部分，或多点接触凸出形状部位并进行检测。
探针卡/接触式探针的寿命以及观察和测量的重要性
探针卡的寿命
探针卡在检测时，形状细微尖锐的大量探针分别与晶圆上形成芯片的端子相接触。数平方厘米的小型探针卡可能会装备数千根探针，探针以20 μm至30 μm左右的窄间距排列。探针卡作为接触式检测器具，结构非常精致，决定其寿命的并不是使用年限，而是探针与晶圆上芯片接触的“着陆（touchdown）”次数。一般来说，探针卡的寿命可达到数十万至数百万次。
因为每天会使用大量晶圆生产数量巨大的芯片，所以掌握探针状态对维持产品品质来说尤为重要。当探针上有磨损或异常时，可能会由于获取错误的检测数据，误判定原本是良品的芯片，降低成品率。
接触式探针的寿命
接触式探针由多个部件构成，前端形状细微、精度高，其电气寿命因检测时容许的电阻值、检测环境和条件而不同，同时还需要注意引线材料上施加的热量。如果机械性耐久次数较多，标准的接触式探针是100万次左右。
不过，耐久次数因检测条件而不同。在判断接触式探针寿命时，一个重要的项目是，掌握接触检测目标柱塞前端的形状。如果前端发生磨损，检测时会产生电阻值偏差和误判定，可能影响品质管理和成品率。
探针卡/接触式探针的观察和测量的重要性及课题
探针卡和接触式探针的共同点是它们都拥有形状细微的接触件。如果想要通过磨损等来判断器具的寿命，防止因为检测错误而发生不良品流出或降低成品率，必须定期实施放大观察和测量。
但是这些检测器具接触部位的形状都十分细微立体，因此用普通显微镜放大观察时，只能对目标物进行局部对焦，难以清晰地观察整体图像*。
与本公司旧VH系列产品的比较
此外，如果采用接触式测量仪，测量仪侧的探针对于检测目标来说过大，所以用它去测量以窄间距排列的探针时会出现一些问题，例如，可能会同时碰到多根探针、测量压力导致探针形状或接触式探针的高度等细微的三维形状和尺寸无法准确测量等。除此之外，使用传统的图像处理时，对拥有如此细微形状的目标物，无法整体对焦，很难测量尺寸。
在下一项内容中，将介绍使用解决这些课题和问题的新型4K数码显微系统的观察和测量的案例。
探针卡/接触式探针的磨损观察以及尺寸和形状测量的案例
探针卡的探针与接触式探针柱塞前端的细微形状在很大程度上会影响电气检测的精度，因此必须观察和测量磨损等损伤，掌握其状态。但是，在观察和测量方面仍然存在许多课题。
基恩士的高精细4K数码显微系统“VHX系列”配备了高分辨率HR镜头和4K CMOS，高分辨率4K图像可高精细地捕捉检测器具的细微形状。另外，还可使用观察图像，直接以高精度实施二维和三维测量。下面将介绍不仅可解决检测器具在观察和测量方面的课题，而且还可提高效率的“VHX系列”的应用案例。
探针卡探针的接触观察和倾斜观察
4K数码显微系统“VHX系列”同时实现了普通光学显微镜20倍以上的景深和高分辨率*。可从各种角度获取高精细4K图像。
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利用“多方位观测系统”与“高精度X、Y、Z电动载物台”功能，可轻松调整视野、旋转轴、倾斜轴三轴并从各种角度进行倾斜观察。
另外，使用手持观察也可获取高分辨率图像，因此即使在载物台上很难复制出过去的状况，也可进行清晰的观察。
探针卡的探针外径与高度的测量
4K数码显微系统“VHX系列”可从清晰的观察图像中直接以非接触方式高精度地测量二维和三维尺寸。
在掌握探针前端磨损后，仅需看着监控器并使用简单的鼠标操作，即可实施必要的外径测量，实时获得测量值。可用相同的方法测量2点间距离、角度、平行线、面积等。
而且可获取探针高度信息，测量三维尺寸。除此之外，只需操作鼠标来指定位置，即可执行轮廓测量，轻松获取目标位置截面处的高度值。
无缝实施从高倍率观察到非接触尺寸测量的一系列操作，提高工作效率。保存测量值和图像并存储下来，使操作人员更容易从历史数据了解磨损、变形会怎样发展等趋势。
接触式探针前端的高倍率观察
接触式探针的柱塞前端形状十分细微立体，但是这个部位会与检测目标接触，所以很容易磨损。在对此类目标物进行高倍率观察时，经常会不得已接受无法整体对焦或者降低分辨率等要求和条件。
4K数码显微系统“VHX系列”同时实现了大景深和高分辨率。在以高倍率观察柱塞前端时，可通过在整体范围内全幅对焦的图像，清晰地观察细微的磨损或缺口等。
此外，因为检测器具由金属材料制成，所以在会受到光线漫反射的影响，需要耗费大量精力和时间去设定照明条件。不过，“VHX系列”配备了“多方位多功能照明”功能，只需按下按钮，就可自动获取在多方位照明条件下的拍摄数据。只需选择符合目的的图像即可立刻开始观察，因此大幅缩短用于设定照明条件的时间。
而且只需选择过去的图像，就可复制当时的照明条件，即使在以相同条件观察多个柱塞前端的磨损时，也可快速完成。
接触式探针前端的3D显示和轮廓测量
4K数码显微系统“VHX系列”可获取对焦位置不同的多张图像，快速合成并以高精度进行3D显示和三维尺寸测量。通过可捕捉表面形状和粗糙度的3D显示，可从各种角度自由地观察目标物。
此外，只需操作鼠标指定各种位置等简单操作，即可测量轮廓。由此便能以非破坏、非接触的方式获取各位置的截面形状及其尺寸。
使用这些功能，即使柱塞前端的形状细微复杂，也可以次微米级测量凹凸部分，以准确的值掌握磨损程度。
以维持电气检测的精度为首，提高各种工作效率的4K数码显微系统
4K数码显微系统“VHX系列”的高性能和丰富功能，除了可观察和测量形状细微的检测器具之外，还在印刷电路板、焊锡膏涂布、电子元件制造及封装等电子领域的各种场景中，为研发和品质保证工作提供强力支持。
从通过4K高分辨率图像实施观察、高精度的二维和三维尺寸测量，到自动制作报告，仅需1台“VHX系列”即可完成，大幅提高工作效率。如需了解相关详情，欢迎点击下列按钮，下载查阅产品目录或随时咨询。
