功率器件晶圓測試及封裝成品測試介紹

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本文主要介紹功率器件晶圓測試及封裝成品測試。??????

晶圓測試（CP）????

如圖所示為典型的碳化硅晶圓和分立器件電學(xué)測試的系統(tǒng)，主要由三部分組成，左邊為電學(xué)檢測探針臺阿波羅AP-200，中間為晶體管檢測儀IWATSU CS-10105C，右邊為控制用計(jì)算機(jī)。三部分組成了一個測試系統(tǒng)。

下圖所示為探針臺，主要對晶圓進(jìn)行電學(xué)檢測，分為載物臺、探卡、絕緣氣體供應(yīng)設(shè)備這幾部分，載物臺用于晶圓的放置，可以兼容4~8寸的晶圓，上面有真空氣孔，將晶圓吸附住，防止在絕緣氣體和探針測試過程中晶圓發(fā)生移位。絕緣氣體主要是壓縮空氣和兩種，絕緣氣體用于防止在測高壓過程中發(fā)生“打火”現(xiàn)象（電擊穿空氣）。目前除用氣體做絕緣外，最常用的方法是將晶圓浸泡在氟油中，這種方法的測試效果要強(qiáng)于壓縮空氣的絕緣，并且氟油在測試完成后很容易揮發(fā)，不會在晶圓表面造成污染殘留。

下圖所示為曲線追蹤儀的主界面，該設(shè)備主要用于產(chǎn)生并傳輸高電壓與大電流至探針，采用連線方式實(shí)現(xiàn)傳導(dǎo)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)集成了兩組電源組件：集電極電源與步進(jìn)信號發(fā)生器，能夠依據(jù)電路布局靈活地將電壓施加到集電極、發(fā)射極及基極，以適應(yīng)多樣化的測試需求。此外，該設(shè)備預(yù)裝了七種專用測試電路模塊，旨在覆蓋多種測試場景。

晶圓測試（Chip Probing,CP）是半導(dǎo)體生產(chǎn)流程中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它介于晶圓制造與封裝作業(yè)之間。當(dāng)晶圓制造完成后，表面密布著數(shù)以千計(jì)的未封裝芯片（DIE）。由于這些芯片尚未切割封裝，其微小的引腳直接暴露，因此需借助精密探針與測試設(shè)備建立連接。晶圓測試便是在整片未經(jīng)切割封裝的晶圓上，通過探針卡將這些外露的芯片引腳與測試系統(tǒng)相連，進(jìn)而實(shí)施全面檢測的過程。

完成Wafer制造流程后，會因工藝因素產(chǎn)生一定的制造瑕疵，導(dǎo)致晶圓上的裸DIE中存在一定比例的不良品。晶圓測試的核心目標(biāo)在于封裝流程前識別并剔除這些不良品（即進(jìn)行Wafer篩選），以提升最終芯片產(chǎn)品的合格率，并降低后續(xù)封裝與測試的成本負(fù)擔(dān)。此外，在芯片封裝過程中，部分引腳會被封裝于內(nèi)部，導(dǎo)致這些引腳所對應(yīng)的功能無法在封裝后進(jìn)行檢測，只能在晶圓階段完成測試。部分企業(yè)還會依據(jù)晶圓測試的結(jié)果，按照性能差異將芯片劃分為不同等級，以便針對不同市場投放相應(yīng)品質(zhì)的產(chǎn)品。

以SiC SBD為例，下圖為1200V 20A SiC SBD晶圓，晶圓正面為陽極，背面為陰極。探針臺內(nèi)的步進(jìn)式電機(jī)帶動載物臺對晶圓進(jìn)行點(diǎn)測。通過對1200V 20A晶圓裸片的測試分析，步進(jìn)式掃描后會得到圖2所示的等級MAP圖，A、B、NG、ERR分別為相應(yīng)的等級分類。

對5塊晶圓的測試結(jié)果用JMP進(jìn)行匯總可得圖4-20c所示的結(jié)果，從中可以看出，基本都在1.5~1.6V，反向漏電流部分都在10μA以下。晶圓正向分布的一致性良好，但是反向特性有通過提高工藝而進(jìn)一步提升的空間。

封裝成品測試?

封裝成品測試（Finel Test，F(xiàn)T）是對封裝好的芯片進(jìn)行設(shè)備應(yīng)用方面的測試，把壞的芯片挑出來，F(xiàn)T通過后還會進(jìn)行工序質(zhì)量測試和產(chǎn)品質(zhì)量測試，F(xiàn)T是對封裝成品進(jìn)行測試，檢查封裝廠的工藝水平。FT的良率一般都不錯，但由于FT比CP測試包含更多的項(xiàng)目，也會遇到低產(chǎn)量問題，而且這種情況比較復(fù)雜，一般很難找到根本原因。

廣義上FT也被視作自動測試設(shè)備（ATE）測試的一環(huán)。通常，ATE測試合格后，產(chǎn)品即可交付客戶。然而，針對高標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)或產(chǎn)品，F(xiàn)T之后還需經(jīng)歷系統(tǒng)級測試（SLT），也稱試驗(yàn)臺驗(yàn)證。相較于ATE測試，SLT更為嚴(yán)苛，側(cè)重于功能層面的深度檢驗(yàn)，確保各模塊運(yùn)作正常。鑒于SLT耗時較長，實(shí)際操作中多采用抽樣檢測策略。圖為FT的測試流程。

上線備料：此步驟旨在將即將進(jìn)行線上測試的待測產(chǎn)品整理至一個標(biāo)準(zhǔn)化容器中。這樣做是為了確保在將產(chǎn)品置于分類機(jī)時能夠準(zhǔn)確定位，進(jìn)而使測試機(jī)臺的自動化機(jī)械結(jié)構(gòu)能夠順利實(shí)現(xiàn)自動上下料操作。

測試機(jī)臺測試：待測產(chǎn)品經(jīng)過入庫驗(yàn)收及物料準(zhǔn)備后，便進(jìn)入機(jī)臺檢測階段。測試機(jī)臺的核心功能是向PECard發(fā)送必要的電信號，并接收待測產(chǎn)品對這些電信號的反饋，最終依據(jù)這些反饋來判定產(chǎn)品的電性能測試結(jié)果。

預(yù)燒爐：在測試存儲器等高價值芯片時，通常會增設(shè)一個高溫預(yù)處理環(huán)節(jié)。在完成前兩步測試后，待測產(chǎn)品會被送入高溫預(yù)處理爐中進(jìn)行加熱。這一步驟的目的是通過提供一個高溫、高電壓、大電流的環(huán)境，促使那些生命周期較短的潛在問題產(chǎn)品提前暴露問題，從而降低產(chǎn)品在客戶使用過程中的故障率。

電性抽測：此環(huán)節(jié)旨在從已完成測試機(jī)臺檢測的樣本中抽取部分，重新置于測試機(jī)臺上驗(yàn)證其結(jié)果的一致性。若結(jié)果不符，可能歸因于測試機(jī)臺故障、測試程序缺陷、測試配件損壞或測試流程中的誤差。

激光打?。豪眉す獯蛴C(jī)，依客戶的正印規(guī)格，將指定的正印打到芯片上面。?

引腳檢查（人工或自動化）：此步驟涉及檢查待測品的正印與引腳的對稱性、平整度及共面性等情況。這一工作既可通過激光掃描技術(shù)自動化完成，也可依賴人工細(xì)致檢驗(yàn)。

引腳抽檢與彎角校正：針對存在彎角的引腳產(chǎn)品，先進(jìn)行修復(fù)處理，隨后通過人工方式對其引腳進(jìn)行抽檢。

烘干處理：完成所有測試與檢驗(yàn)后，產(chǎn)品需進(jìn)入烘烤箱中，以去除附著的水分，確保產(chǎn)品在送達(dá)客戶前不會因水分侵蝕而損害品質(zhì)。

包裝：按照客戶要求，將原本存放于標(biāo)準(zhǔn)容器中的待測品重新分類，并裝入客戶指定的包裝容器內(nèi)，同時在包裝容器上貼上必要的商標(biāo)標(biāo)識。