郑金宝， 杨 刚， 刘红军， 孟宪圆， 李 强

（秦皇岛视听机械研究所有限公司， 河北 秦皇岛 066000）

0 引言

随着半导体芯片制造业的迅速发展， 芯片测试越来越受到生产厂家的重视， 并且已经成为半导体生产行业中一个不可或缺的重要环节， 所以相关测试设备的设计和制造也得到了迅速发展[1]。探针台是测试环节的一种主要测试设备， 其功能是对二极管晶圆进行整片测试和分选，测试结果准确，测试效率高，已经成为测试环节中不可或缺的设备。

探针台在测试分选的过程中，需要通过打点器对不合格的芯粒进行打点标记， 方便后面的工序对芯片进行分选。打点器的稳定性和操作简易性直接影响芯片测试的准确性和分选效率，所以，针对打点器现存的问题，对打点器的结构进行了研究改进，提高了打点器的使用稳定性。

1 打点器的结构和工作方式

打点器的工作原理是通过电磁铁的运动， 来带动鱼线在墨盒和针头里面运动，通过鱼线的运动带出墨水，墨水被打到指定的位置来标记芯片。 打点器的结构如图1所示。

图示中1 为调节螺钉，可以调节电磁铁的运动行程，进而调节鱼线的伸缩长度；2 为电磁铁，通过电磁铁反复的运动，来控制鱼线在墨斗里面的伸缩；3 为鱼线，鱼线在针头里面的伸缩运动，可以带出墨斗里面的专用墨水，打到需要标记的测试芯片上，用来分选相应的芯片；4 为墨斗， 墨斗用来装载芯片专用的标记墨水；5 为针头，针头用来控制鱼线的伸缩方向。根据打点墨水的不同和打点要求的不同， 打点器分为两种类型：一种是真空打点器，适用范围是普通墨水，普通墨水价格便宜，容易蒸发凝固，而且粘稠性比较差，这样的墨水容易从鱼线和针头的缝隙中流出， 导致测试过程中出现滴漏墨水的情况， 而真空打点器通过对墨盒进行密封改造，加入真空气体，使墨盒形成一定的真空度，防止墨水从鱼线和针头的缝隙中流出。 另一种是可调节打点器，能够根据要求调节打点墨点的大小，方便调节打点的高度，其原理是通过螺钉的长短调节电磁铁运动的行程，进而控制鱼线在针头里面的长短， 最后就能打出不同大小的墨点。

图1 探针台打点器结构

探针台在工作的过程中， 会通过连接测试仪对芯片进行自动测试，如果测试仪测试的结果为不良品，会发送不良品信号给探针台，然后探针台接收到信号后，会通过软件控制打点器给不良品打点标记。 打点器的工作方式分为实时打点、滞后打点和脱机打点。

实时打点是将打点器对准测试针的位置， 当测试结果为不良品的时候， 打点器就会在相应芯片上实时打上墨点进行标记； 滞后打点是将两个打点器放置到测试针的左右两侧，并且软件设置好滞后的芯粒数，然后将打点器左右放置到设置好的芯粒数位置， 并且在同一水平位置，当测试结果为不良品时，打点器会延后相应芯粒数再进行打点标记，因相邻行的芯片测试方向相反，所以需要左右两个打点器进行打点标记。 脱机打点是将整个晶圆的芯片都测试完成后，软件记忆不良品的位置坐标，然后再对不良品一起打点标记。 实时打点适用于大尺寸芯片的测试分选，滞后打点适用于小尺寸芯片的测试分选，脱机打点适用于所有芯片的测试分选， 但主要适用于多芯测试的分选标记。

2 结构改进

2.1 电磁铁的改进

电磁铁是通电产生电磁的一种装置。 在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组， 这种通有电流的线圈像磁铁一样具有磁性， 它也叫做电磁铁（electromagnet）。通常把它制成条形或蹄形状，以使铁芯更加容易磁化。另外，为了使电磁铁断电立即消磁，往往采用消磁较快的的软铁或硅钢材料来制做。这样的电磁铁在通电时有磁性，断电后磁就随之消失[2]。

因为探针台测试速度比较快， 所以有时候不良品比较多的时候，电磁铁的工作频率比较高，造成现有型号电磁铁出现了高频率工作积蓄剩磁的现象， 致使打点器有时候会出现伸出去缩不回来的现象， 也就是铁芯在高频率磁化的过程中，通过与之连接的弹簧，将磁性传到了壳体上，导致铁芯与壳体相吸，不能脱离。对于剩磁问题，对电磁铁的结构进行了改进， 在电磁铁铁芯弹簧和壳体之间，加上了一个绝缘的聚甲醛垫圈，并且在电磁铁铁芯和调节螺钉之间加上了一个peek 绝缘垫块，绝缘垫块压到调节螺钉的末端，这样电磁铁铁芯和电磁铁壳体，以及打点器金属件都隔离开，防止了高频工作下剩磁的影响，提高了打点器工作的稳定性。 如图2 所示。

图2 打点器外形结构改进实物图

2.2 可调行程结构改进

图3 电磁铁行程与吸引力和响应时间关系

电磁铁的运动行程不同， 会影响打点器的吸引力和响应时间，如图3 所示。图中电磁铁的运动行程和吸引力成反比例关系，行程越长，吸力越小。 电磁铁的运动行程和响应时间成正比例关系，行程越长，响应时间越长。根据电磁铁与吸引力和响应时间关系， 通过改变调节螺钉的长短来控制电磁铁的行程， 进而调节电磁铁的吸引力和响应时间。不同的吸引力会影响墨水的带出量，也就是墨点的大小和均匀性；响应时间能够决定打点的速度，进而决定测试的效率。 另外更重要的一点是电磁铁的不同行程会决定鱼线距离针头前端的距离， 鱼线前端缩进针头前端的长度越长，推出的墨水量就越多，也就是打出的墨点越大，这样，在原有打点器的基础上，在打点器末端加上一个调节螺母结构， 就能很方便的调节打点器的力度和墨点大小以及响应时间[3]。打点器改进后芯片打点效果如图4 所示。

图4 不同打点行程对应墨点大小实物图

3 结论

这次结构的改进和设计主要参考电磁铁的独有特性， 并且结合了我所研发设备的自有特点，在原有结构的基础上，加上了调节螺钉和绝缘垫圈， 使打点器具备了调节墨点大小和控制响应时间的功能， 并且解决了电磁铁在高频工作下的积蓄剩磁问题，提高了打点器的使用稳定性，存在的问题得到了很好的解决， 提高了整个探针台设备的稳定性，客户用起来更加的稳定和方便。