半導(dǎo)體參數(shù)測(cè)試的關(guān)鍵問題之一——探針的接觸電阻

通常，參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)將電流或電壓輸入被測(cè)器件（DUT），然后測(cè)量該器件對(duì)于此輸入信號(hào)的響應(yīng)。這些信號(hào)的路徑為：從測(cè)試儀通過電纜束至測(cè)試頭，再通過測(cè)試頭至探針卡，然后通過探針至芯片上的焊點(diǎn)，到達(dá)被測(cè)器件，并最后沿原路徑返回測(cè)試儀器。

如果獲得的結(jié)果不盡如人意，問題可能是由測(cè)量?jī)x器或軟件所致，也可能是其它原因造成。通常情況下，測(cè)量?jī)x器引進(jìn)一些噪聲或測(cè)量誤差。而更可能導(dǎo)致誤差的原因是系統(tǒng)的其它部件，其中之一可能是接觸電阻，它會(huì)受探針參數(shù)的影響，如探針的材料、針尖的直徑與形狀、焊接的材質(zhì)、觸點(diǎn)壓力、以及探針臺(tái)的平整度。此外，探針尖磨損和污染也會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成極大的負(fù)面影響。

測(cè)試信號(hào)的完整性需要高質(zhì)量的探針接觸，這與接觸電阻（CRes）直接相關(guān)。接觸電阻是隨著信號(hào)電壓的減小、接觸壓力的降低、以及新材料器件如砷化鎵汲取了更多的電流，而對(duì)測(cè)量的影響越來越重要。

接觸電阻即探針尖與焊點(diǎn)之間接觸時(shí)的層間電阻。通常不能給出具體的指標(biāo)，因?yàn)閷?shí)際的接觸電阻很難測(cè)量。一般，信號(hào)路徑電阻被用來替代接觸電阻，而且它在眾多情況下更加相關(guān)。在檢測(cè)虛焊和斷路的時(shí)候，探針卡用戶經(jīng)常需要為路徑電阻指定一個(gè)標(biāo)稱值。信號(hào)路徑電阻是從焊點(diǎn)到測(cè)試儀的總電阻，即接觸電阻、探針電阻、焊接電阻、trace電阻、以及彈簧針互連電阻的總和。但是，接觸電阻是信號(hào)路徑電阻的重要組成部分。

在實(shí)際使用中，探針的接觸電阻在很大程度上取決于焊點(diǎn)的材料、清洗的次數(shù)、以及探針的狀況，而且它同標(biāo)稱值相差較多。其中鎢錸合金（97%-3%）的接觸電阻比鎢稍高，抗疲勞性相似。但是，由于鎢錸合金的晶格結(jié)構(gòu)比鎢更加緊密，其探針頂端的平面更加光滑。因此，這些探針頂端被污染的可能性更小，更容易清潔，其接觸電阻也比鎢更加穩(wěn)定。所以鎢錸合金是一種更佳的選擇。

觸點(diǎn)壓力的定義為探針頂端（測(cè)量單位為密耳或微米）施加到接觸區(qū)域的壓力（測(cè)量單位為克）。觸點(diǎn)壓力過高會(huì)損傷焊點(diǎn)。觸點(diǎn)壓力過低可能無法通過氧化層，因此產(chǎn)生不可靠的測(cè)試結(jié)果。

頂端壓力主要由探針臺(tái)的驅(qū)動(dòng)器件控制，額外的Z運(yùn)動(dòng)（垂直行程）會(huì)令其直線上升。此外，探針材質(zhì)、探針直徑、光束長(zhǎng)度、和尖錐長(zhǎng)度都在決定頂端壓力時(shí)起重要的作用。圖1解釋了觸點(diǎn)壓力和接觸電阻的關(guān)系。從本質(zhì)上來說，隨著探針開始接觸并逐漸深入焊點(diǎn)氧化物和污染物的表層，接觸電阻減小而電流流動(dòng)迅速開始。隨著探針接觸到焊點(diǎn)金屬的亞表層，這些效應(yīng)將增加。盡管隨著探針壓力的增強(qiáng)，接觸電阻逐漸降低，最終它會(huì)達(dá)到兩金屬的標(biāo)稱接觸電阻值。

涉及到探針的接觸電阻的問題時(shí)，我們還需要考慮平衡觸點(diǎn)壓力（BCF），超量驅(qū)動(dòng)，探針到探針的平整度，探針污染與清理等問題。