半導(dǎo)體器件向更小、更強(qiáng)大且多功能的方向快速演進(jìn)，對(duì)晶圓測(cè)試流程提出了前所未有的要求。隨著先進(jìn)架構(gòu)和新材料重新定義芯片布局與功能，傳統(tǒng)晶圓測(cè)試方法已難以跟上發(fā)展步伐。飛針測(cè)試技術(shù)的發(fā)展為晶圓探針測(cè)試帶來(lái)了重大轉(zhuǎn)變，針對(duì)復(fù)雜測(cè)試需求提供適應(yīng)性強(qiáng)且高效的解決方案，同時(shí)有利于降低單個(gè)芯片的測(cè)試成本。

本文將解析影響晶圓測(cè)試的最新趨勢(shì)，并探討飛針測(cè)試技術(shù)如何改變半導(dǎo)體制造中的這一關(guān)鍵階段。
晶圓測(cè)試面臨的挑戰(zhàn)

晶圓測(cè)試方法變化的主要驅(qū)動(dòng)因素包括：市場(chǎng)對(duì)高性能器件需求的激增，在追求最大化產(chǎn)出的同時(shí)要求最小化物理空間。傳統(tǒng)晶圓測(cè)試方法需將晶圓放置在測(cè)試載臺(tái)上，并通過(guò)固定式探針卡接觸晶圓表面的測(cè)試點(diǎn)。這種方式雖適用于標(biāo)準(zhǔn)的芯片設(shè)計(jì)，但在面對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)晶圓布局、多項(xiàng)目晶圓（MPW）及雙面芯片時(shí)則顯得力不從心。此外，半導(dǎo)體行業(yè)向更小制程節(jié)點(diǎn)和三維（3D）集成技術(shù)的轉(zhuǎn)型，進(jìn)一步增加了測(cè)試復(fù)雜度，導(dǎo)致成本和測(cè)試時(shí)間的上升。當(dāng)前晶圓測(cè)試面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)包括：

• 非標(biāo)準(zhǔn)芯片幾何形狀
  傳統(tǒng)矩形芯片正逐漸被非常規(guī)形狀（如L形、梯形、長(zhǎng)條形）取代，以最大化晶圓表面利用率并實(shí)現(xiàn)更高效的布局。這些新型設(shè)計(jì)常導(dǎo)致不對(duì)稱或鏡像化的幾何結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)探針卡無(wú)法兼容，大幅增加了探針接觸的難度。
  

• 多項(xiàng)目晶圓（MPW）
  MPW在原型驗(yàn)證或小批量生產(chǎn)中尤為常見，其通過(guò)將不同設(shè)計(jì)的芯片整合到單一晶圓上以降低成本。然而，由于芯片尺寸、形狀及測(cè)試焊盤位置的差異，統(tǒng)一測(cè)試的難度顯著增加。
  
  
• 雙面及多層芯片隨著三維封裝技術(shù)的普及，芯片焊盤逐漸從單面擴(kuò)展至雙面，或采用多層設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)垂直集成。傳統(tǒng)單面探針測(cè)試方法難以滿足需求，往往需要多次插入晶圓或定制專用設(shè)備。

上述復(fù)雜性不僅挑戰(zhàn)了現(xiàn)有測(cè)試方法，還推高了測(cè)試時(shí)間與成本。為此，行業(yè)開發(fā)出飛針測(cè)試技術(shù)，旨在通過(guò)高度適應(yīng)性設(shè)計(jì)，解決非標(biāo)準(zhǔn)晶圓布局及多維結(jié)構(gòu)等測(cè)試難題。

飛針測(cè)試技術(shù)優(yōu)勢(shì)

飛針測(cè)試技術(shù)意味著從固定式探針卡向高度移動(dòng)探針單元的轉(zhuǎn)變，這些探針單元可獨(dú)立在晶圓表面移動(dòng)。與傳統(tǒng)晶圓探針臺(tái)（晶圓在固定探針卡下方移動(dòng)）不同，飛針測(cè)試系統(tǒng)采用多個(gè)安裝在機(jī)械臂上的小型探針卡，使每個(gè)探針能夠在晶圓表面進(jìn)行三維（X、Y、Z軸）運(yùn)動(dòng)。這種靈活性直接源于飛針技術(shù)在印刷電路板組裝（PCBA）測(cè)試中數(shù)十年來(lái)的應(yīng)用演變。

在PCBA測(cè)試中，飛針測(cè)試作為插件測(cè)試（ICT）床針夾具的替代方案而普及。ICT夾具需為每塊特定電路板布局定制，重新配置成本高且耗時(shí)。而飛針測(cè)試可通過(guò)編程導(dǎo)航并接觸不同測(cè)試點(diǎn)，無(wú)需固定位置的針床，提供了無(wú)與倫比的靈活性，尤其適用于頻繁變更布局的中小批量測(cè)試或原型驗(yàn)證。其高精度、可調(diào)節(jié)探針角度與壓力的特性，還能在不損傷細(xì)間距元件或焊盤的情況下完成精密探測(cè)，特別適用于高密度組裝。

如今，這種靈活的測(cè)試技術(shù)被引入晶圓測(cè)試領(lǐng)域。飛針測(cè)試系統(tǒng)可輕松適應(yīng)復(fù)雜的芯片布局和獨(dú)特的晶圓配置，使其在多項(xiàng)目晶圓（MPW）、非標(biāo)準(zhǔn)芯片幾何形狀及雙面設(shè)計(jì)中極具價(jià)值。通過(guò)借鑒PCBA測(cè)試中驗(yàn)證過(guò)的靈活性，飛針技術(shù)成為滿足現(xiàn)代晶圓測(cè)試需求的強(qiáng)大工具，并且在以下幾方面優(yōu)勢(shì)顯著：

• 更高并行度多個(gè)探針可同時(shí)在晶圓不同區(qū)域工作，顯著提升吞吐量。
  
• 增強(qiáng)靈活性每個(gè)探針可獨(dú)立對(duì)準(zhǔn)特定芯片，適用于復(fù)雜非均勻晶圓布局。
  
• 雙面測(cè)試通過(guò)晶圓上下方的探針，飛針技術(shù)可一次性完成雙面芯片測(cè)試，并支持貫通芯片兩側(cè)的連通性檢測(cè)。

飛針測(cè)試技術(shù)如何提升晶圓測(cè)試效

飛針測(cè)試技術(shù)能夠通過(guò)創(chuàng)新方法應(yīng)對(duì)現(xiàn)代晶圓測(cè)試的復(fù)雜性。這項(xiàng)技術(shù)帶來(lái)變革包括：

1.多項(xiàng)目晶圓的單次插入測(cè)試
傳統(tǒng)測(cè)試中，多項(xiàng)目晶圓內(nèi)的每個(gè)獨(dú)特芯片布局都需要單獨(dú)的探針卡或多次探針臺(tái)插入才能完成全片測(cè)試。而飛針技術(shù)可將每個(gè)探針臂分配至晶圓中特定的芯片或測(cè)試模式。例如，一個(gè)探針臂可配置為測(cè)試長(zhǎng)條形芯片，另一個(gè)則處理L形芯片。這減少了探針卡更換需求，并顯著降低了插入與校準(zhǔn)時(shí)間，從而簡(jiǎn)化了測(cè)試流程。

2.適用于雙面晶圓的雙面探測(cè)技術(shù)

雙面晶圓（硅基板兩側(cè)均有暴露焊盤）的測(cè)試面臨顯著挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)探針臺(tái)需分別對(duì)晶圓兩側(cè)進(jìn)行獨(dú)立插入測(cè)試，每次插入均需重新校準(zhǔn)對(duì)齊。而獨(dú)立上下布局的飛針可同時(shí)接觸晶圓兩側(cè)，實(shí)現(xiàn)以下功能：

• 連續(xù)性測(cè)試：通過(guò)同步檢測(cè)雙面焊盤連接，飛針測(cè)試系統(tǒng)支持貫通芯片驗(yàn)證及高級(jí)電氣測(cè)試。
  
• 多層晶圓測(cè)試：微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）等復(fù)雜器件常需多層測(cè)試以驗(yàn)證機(jī)械與電氣功能。飛針通過(guò)精準(zhǔn)對(duì)齊并接觸各層或暴露焊盤，簡(jiǎn)化了這一流程。

3.非標(biāo)準(zhǔn)芯片幾何形狀的優(yōu)化

許多現(xiàn)代晶圓設(shè)計(jì)通過(guò)采用非傳統(tǒng)芯片形狀來(lái)最大化表面積，這可能導(dǎo)致晶圓上出現(xiàn)不對(duì)稱或鏡像布局。飛針技術(shù)通過(guò)允許每個(gè)探針卡針對(duì)特定幾何形狀進(jìn)行定制，解決了這一挑戰(zhàn)。這種靈活性將測(cè)試能力擴(kuò)展到非標(biāo)準(zhǔn)幾何形狀，且無(wú)需額外探針卡配置。例如：

• 可定制探針卡布局：每個(gè)探針卡可獨(dú)立配置，更易于測(cè)試不規(guī)則芯片形狀。鏡像與旋轉(zhuǎn)
• 布局適配：探針可獨(dú)立調(diào)整以適應(yīng)每個(gè)芯片的方位，簡(jiǎn)化了高密度器件中常見的鏡像或旋轉(zhuǎn)布局的測(cè)試流程。

4.自動(dòng)翹曲補(bǔ)償和探針標(biāo)記檢測(cè)

隨著晶圓厚度減小且結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，因應(yīng)力或加工工藝導(dǎo)致的翹曲（彎曲變形）問(wèn)題愈發(fā)顯著，直接影響探針對(duì)齊精度。飛針系統(tǒng)可集成先進(jìn)的激光表面測(cè)繪技術(shù)，通過(guò)評(píng)估晶圓平整度并自動(dòng)調(diào)整每個(gè)探針的位置，以匹配晶圓的實(shí)際曲率。這種補(bǔ)償機(jī)制確保了精確接觸，最大限度減少探針與焊盤的錯(cuò)位風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)降低對(duì)晶圓的損傷概率。

此外，高分辨率光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)顯著提升了探針標(biāo)記檢測(cè)能力。通過(guò)在探針接觸前后捕捉圖像，系統(tǒng)可驗(yàn)證接觸點(diǎn)狀態(tài)，幫助工程師實(shí)時(shí)監(jiān)控并優(yōu)化每個(gè)探針的接觸精度。激光測(cè)繪與光學(xué)檢測(cè)的結(jié)合，構(gòu)建了一套強(qiáng)大的自動(dòng)化解決方案，即使在翹曲晶圓上也能穩(wěn)定維持探針對(duì)齊精度。

飛針在晶圓測(cè)試中的應(yīng)用

基于飛針架構(gòu)的晶圓探測(cè)器廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、汽車、醫(yī)療設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域。其處理復(fù)雜晶圓設(shè)計(jì)、高密度芯片及非常規(guī)芯片形狀的能力，為諸多領(lǐng)域的進(jìn)步提供了支持。

微型醫(yī)療設(shè)備：需要高度集成的多功能芯片，常采用雙面或多層芯片結(jié)構(gòu)，飛針測(cè)試技術(shù)可滿足其緊湊設(shè)計(jì)需求。

電力電子：如功率晶體管等需要大電流測(cè)試的設(shè)備，采用飛針測(cè)試可提升測(cè)試高精度與靈活性。

MEMS器件：MEMS應(yīng)用的多層結(jié)構(gòu)可通過(guò)飛針直接訪問(wèn)并測(cè)試各層，無(wú)需重新配置，同時(shí)支持電阻、電容等高精度參數(shù)測(cè)量。

汽車與航空航天電子：汽車行業(yè)對(duì)傳感器和控制單元的可靠性要求極高，且這些產(chǎn)品通常為小批量定制化生產(chǎn)。飛針測(cè)試系統(tǒng)支持高效的多項(xiàng)目晶圓（MPW）測(cè)試，完美適配此類需求。

先進(jìn)消費(fèi)電子：微型化設(shè)備（如可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)終端）需密集封裝，并常涉及雙面或多層設(shè)計(jì)。飛針可在保證速度與精度的前提下，完成連續(xù)性測(cè)試及分層驗(yàn)證。飛針技術(shù)賦能測(cè)試效率加速產(chǎn)品上市

飛針測(cè)試技術(shù)最具吸引力的特點(diǎn)之一，是有助于降低半導(dǎo)體器件測(cè)試成本并加速產(chǎn)品上市。通過(guò)減少多次插入測(cè)試的需求及探針卡更換頻率，飛針技術(shù)簡(jiǎn)化了晶圓級(jí)測(cè)試流程。這直接縮短了生產(chǎn)周期，使得在更短時(shí)間內(nèi)測(cè)試更多晶圓成為可能。

此外，飛針測(cè)試能以最小調(diào)整適應(yīng)新設(shè)備配置，使測(cè)試流程具備“面向未來(lái)”的特性，可從容應(yīng)對(duì)晶圓設(shè)計(jì)的進(jìn)一步創(chuàng)新。對(duì)于制造商而言，其影響體現(xiàn)在兩方面：測(cè)試流程能緊跟快速的設(shè)計(jì)變更，同時(shí)通過(guò)減少對(duì)定制探針卡的需求及勞動(dòng)密集型重新配置工作，有效控制成本。

結(jié)論

飛針測(cè)試技術(shù)正以前所未有的靈活性、精度與適應(yīng)性，重塑晶圓測(cè)試的格局。隨著半導(dǎo)體行業(yè)持續(xù)創(chuàng)新，推出更復(fù)雜、緊湊且多功能的器件，飛針技術(shù)提供了能夠滿足新型芯片架構(gòu)與非標(biāo)準(zhǔn)晶圓布局測(cè)試需求的多功能解決方案。

對(duì)于開發(fā)先進(jìn)半導(dǎo)體器件的企業(yè)而言，飛針測(cè)試技術(shù)對(duì)優(yōu)化測(cè)試流程、降低總成本及加速?gòu)木A到終端產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化提供了路徑。該技術(shù)不僅解決了當(dāng)下的測(cè)試挑戰(zhàn)，還為芯片設(shè)計(jì)演進(jìn)背景下的未來(lái)測(cè)試創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。

飛針測(cè)試遠(yuǎn)不止于一種新工具——它標(biāo)志著半導(dǎo)體測(cè)試方式的范式轉(zhuǎn)變，使行業(yè)得以突破器件設(shè)計(jì)與性能的邊界。