浅谈CP项目中的接触电阻测试技术

　　本文准备谈谈CRES-Contact Resistance， 接触电的相关技术。

　　接触电阻的形式可分为三类：点接触、线接触和面接触。接触形式对收缩电阻Ｒｓ的影响主要表现在接触点的数目上。一般情况下，面接触的接触点数ｎ最大而Ｒｓ最小；点接触则ｎ最小，Ｒｓ最大；线接触则介于两者之间。

　　之前在做CP项目时，总是发现一些对电压/电流值敏感的测试项yield loss比预期的高，比如VOH， VOL和Vddmin的测量等等。手动扎到这些die上，有时候直接就pass了，有时候虽然没有一跑就pass，但是稍微增加over drive，也是能够pass的。当时跟产线PE讨论，到底是什么影响了测试结果？PE给的回答是“接触电阻”。

　　Cres发生在两个接触的物体之间，会导致电或热的损耗增加。

　　

　　Cres主要由2部分组成：

　　metallic contact，金属接触，也称作locallized physical mechanisms

　　film resistance，薄膜电阻，也称作non-conductive contribution

　　current flow仅能从中间金属接触的部分通过。

　　在量产测试时，probe needle每次touch down的时候，都会刮擦die pad，在摩擦力和电磁场的作用下，会有一些沾污。由于非导电材料（例如：碎片、残渣和氧化等）的积累，量产中的Cres变化，主要是由film resistance导致的。

　　其他影响Cres的原因还有：

　　针尖的形状变化导致的实际接触面积的变化。（实际接触面积与针尖形状、压力、和表面处理有关）

　　针尖的表面平整度变化，导致的接触面积的变化。（越光滑的表面，接触面积越大，Cres越低。越粗糙的表面，越易沾污。）

　　CP测试的温度影响氧化过程，以及碎片的构成。

　　

　　如果任由Cres上升而不采取措施，会导致良率的明显下降。ref［1］

　　所以在量产过程中，往往会进行定期的needle clean来保证良率。

　　

　　ref［1］

　　那么Cres到底是怎么影响测试结果的呢？之前我恰好抓了张波形图，这里给大家参考。第一张图是没有清针的时候画出来的波形图

　　

　　没有清针的波形图，可以看到电压不稳定

　　下面这张是清针后的波形图：

　　

　　清针后的波形图，可以看到波形规整了很多

　　我想，通过上面4张图，大家可以清晰地感受到，Cres对于CP测试看得到的巨大影响了。

　　这里再谈谈清针。清针虽然可以帮我们把良率救回来，但是也有一些问题。

　　早期的清针方法，往往是用磨针的方式。把针尖上的沾污磨掉。但这样也会把针尖越磨越短，这样实际接触的点的面积就会越来越大。当probe mark的面积大过一定范围时，会导致封装的可行性和可靠性变差。而在offline maintenance的时候，有时候会用溶液etch针尖，当把针尖etch得太细的时候，会导致touch down时，局部压强过大，可能会刺穿Al pad，损坏下方的电路。

　　

　　ref［2］ Probe Mark的面积与封装失效（lift ball 起球）的对应关系

　　

　　ref［3］ Touch down对于pad下面的电路的影响

　　目前常用的方法是，Semi-abrasive“半研磨”性的清针和抛光。把针尖在类似于胶带的材料上扎一下，把沾污粘下来的方式。这样可以把对针尖的磨损降低，延长probe card的使用寿命。

　　

　　

　　ref［3］

　　在CP测试厂，通常会根据probe card和产品的特性，定义一个cleaning recipe。简单来说就是测几百颗，清一次针这样的。但是其实任何清针方式，都会对针尖造成损伤。

　　作为一个测试工程师，其实是有办法协助测试厂，改进清针流程的。把按时清针，变成按需清针。

　　因为清针的目的，就是为了降低Cres。而Cres是可以通过ATE测出来的。这样只要Cres仍然在我们要求的范围内，就可以不用清针，继续测试。我们可以用测Open/Short的方式，给pad加电流，测电压。去掉二极管的管压降，即可得到接触电阻。

　　如果量产时能够通过监控接触电阻来按需清针，则可以进一步地延长probe card的寿命。