更穩定可靠 高速晶片測試插座向微間距邁進

作者 : Smiths Interconnect

面對越來越複雜的晶片封裝類型,為了保證晶片功能的穩定可靠,測試環節成為晶片驗證出廠的關鍵一步…

當前,物聯網、5G、AI、深度學習、自動駕駛等新興領域正在飛速發展,海量資料的產生帶來的是人們對更快網路傳輸速率,以及更高晶片性能的渴望。為了滿足使用者對於晶片性能提出的高要求,各種封裝技術不斷更新演進。

面對越來越複雜的晶片封裝類型,為了保證晶片功能的穩定可靠,測試環節成為晶片驗證出廠的關鍵一步,而測試插座作為半導體晶片封裝後測試過程的關鍵零件,尤其在這個晶片尺寸不斷縮小、訊號傳送速率不斷提高的當下,愈發受到各大廠商的重視。

現如今,越來越多的半導體測試插座廠商已經開始發力,推動產品向著更穩定、更可靠方向邁進。近日,高速測試插座領導者史密斯英特康推出DaVinci微型測試插座,為高速測試插座產品線再添主力軍。

隱秘而關鍵的IC Socket

IC Socket也稱為晶片測試插座,是IC和PCB之間的靜態連接器,其主要作用就是滿足晶片引腳端子與PCB測試主機板的聯接需求,最大優勢則是在晶片測試環節可以隨時拆換晶片,不會損壞晶片和PCB,從而實現快速高效的測試。

 

 

一般來說,IC Socket是由三個關鍵零件組成:一是插座本體,一種由金屬或是塑膠製成的元件,含有精密的切割腔體;二是插入測試座孔徑的彈簧探針或是彈片,提供具有機械性的電路徑,將晶片連接到測試系統;三是保持托板,用來固定探針或是彈片的零件,精準定位,確保晶片和探針能精密接觸。除了上述三大部件,有些IC Socket根據應用的不同,還會裝備機械壓合蓋,用來壓合晶片,提供匹配的壓力供彈簧探針和晶片引腳端子及PCB Pad接觸等…

在晶片製造過程中,IC Socket主要有以下三大功能:

一是來料檢測:由於晶片的尺寸很小,其品質問題往往很難透過肉眼去判斷,所以廠商一般通過增加功率來進行晶片品質檢測,利用IC Socket的應用功能判斷晶片品質,找出不良產品;

二是維修測試:將晶片放入IC socket中,透過測試根目錄據晶片性能表現,找出晶片生產過程中的問題所在;

三是晶片檢查:修復後的晶片在拆卸過程中可能會損壞。用IC Socket可以檢測出不良晶片,節省大量的人力、物力,從而降低各種成本。以BGA封裝的晶片為例,如果沒有晶片檢查,在經過FCT測試後,黏貼到不良的晶片,如果此時再將晶片拆下來進行烘烤清洗,可能會損壞相關設備,使用IC Socket則可以大大降低出現上述問題的概率。

介於上述三大功能,IC Socket也成為了封測廠家必備的專用測試工具。雖然根據不同的晶片測試要求,IC Socket種類很多,但由於其本身的特性,無論哪種類型的IC Socket都必須非常穩健,不易受溫度和濕度變化的影響,只有這樣,才能實現與受測設備的精確和可重複連接。另外,IC Socket的探針引腳還必須具有低接觸電阻及大載流能力,訊號路徑也盡可能遮罩,才能最大限度降低電磁干擾的影響。

隨著晶片更新演進的速度變得越來越快,市場對晶片高速測試的需求也水漲船高,在此背景下,史密斯英特康推出了高速測試插座產品線系列,可以廣泛應用於測試可穿戴設備晶片、AI推理晶片、5G晶片、車聯網晶片、資料中心晶片等領域。

 

 

史密斯英特康是一家高可靠性測試插座生產商,其測試解決方案具有可靠的彈簧探針技術、最佳化的設計和絕佳的機械性能,在各種嚴苛的半導體測試應用中表現出卓越的品質和可靠性。

早在2020年,史密斯英特康就率先一步推出了專為0.70mm間距晶片而設計的DaVinci56高速測試插座系列,支援高達67GHz RF (類比)和56Gb/s PAM4、NRZ (數位)的可靠測試,具有完全遮罩的訊號路徑和低於80mΩ的低接觸電阻。DaVinci56系列產品的推出,解決了當時市場上性能高但引腳間距更小的高性能晶片測試所面臨的挑戰。

兩年後,面對新一輪的IC封裝高速測試需求,史密斯英特康再一次推出了DaVinci微型測試插座,專為0.35mm間距及以上的高速測試而研發設計,彌補了其高速測試產品線在針對微型間距晶片測試方面的空白。

 

DaVinci微型測試插座。

 

高速IC測試挑戰下的突破升級

隨著摩爾定律不斷推進,當前晶片製程已經來到了3nm節點,在晶片朝著尺寸小型化邁進的同時,人們對晶片的要求也越來越多,功能整合化推動著晶片IC球/引腳間距不斷縮小,而市場上主流同軸結構插座卻主要針對球/引腳間距≥0.65mm晶片測試應用,不能滿足當下這一市場技術趨勢。

 

 

DaVinci微型測試插座就是在此背景下應運而生。據瞭解,史密斯英特康克服了探針間距、及探針腔體的空間限制,實現訊號傳輸線的同軸結構,以及由此引起的一系列諸如超細訊號針的設計及製造、探針腔體件的加工等技術挑戰,針對性推出了這款可以有效滿足≥0.35mm微球/引腳間距高速晶片測試應用需求的IC Socket。

由於採用了專利性技術結構,兼顧訊號完整性及零組件的結構、可加工性等多個方面,所以DaVinci微型測試插座的特點也十分明顯,具體來說:

  • 探針

通常,IC Socket的探針主要提供晶片與測試板的穩定可靠聯接。探針品質主要體現在結構、材質、鍍層、彈簧、套管的直徑精度及裝配製程等方面。

DaVinci微型測試插座訊號探針採用雙動頭設計,頂部肩環提供預緊力,確保探針在腔體的穩定狀態及測試過程中的平穩表現。另外訊號探針安裝有低介電常數材質環,在提高裝配性的基礎上,亦能確保訊號探針在腔內精確對位元,保證訊號傳輸路徑的阻抗特性。

彈簧探針

DaVinci微型測試插座中採用兩種類型的彈簧探針,一種探針用於訊號,另一種探針用於電源和接地。其中,傳輸訊號應用外徑較細、表面套裝塑膠環的訊號針,實現同軸訊號傳輸線結構;而接地及電源使用同一種探針,但應用不同的腔體表面及尺寸來實現與金屬腔體零件接地及絕緣的晶片測試供電需要。

為了提高探針的使用壽命,DaVinci微型測試插座可選配晶片浮動定位板設計,提供晶片測試下壓過程的預定位,減少對探針的可能的衝擊影響。同時,史密斯英特康工程團隊還應用特殊的針高設計,以保護小直徑訊號探針,提高測試的可靠性及穩定性。

此外,DaVinci微型測試插座的金屬探針腔體結構,也由特殊製程表面處理的金屬機加工而成,特殊的材料性能助力DaVinci微型測試插座相較于傳統的塑膠材質探針腔體有更好的抗彎性能及導熱性能:一方面在高引腳針數應用中,保證探針腔體件有良好的強度,確保所有探針可靠、穩定的PCB板接觸;另一方面,晶片測試過程中產生的大量熱能通過金屬探針腔體及時匯出、散發,避免熱量局部集中,有助於提高測試穩定性及探針的使用壽命。

憑藉獨特的低介電常數材質的環結構,最大化同軸結構的性能,使得DaVinci微型測試插座表現出業內同行產品難以企及的性能優勢,持續保持業內領先地位。

  • 殼體

除了探針外,DaVinci微型測試插座殼體由史密斯英特康專有絕緣金屬材料製造,用於放置彈簧探針,具有絕佳的訊號完整性和強度。

通常來說,晶片系統性能的增加會影響測試過程中的引腳到引腳的抗噪音要求,這種問題在測試中也被稱為「串擾」,而DaVinci微型測試插座的全遮罩訊號路徑可有效減少測試中的串擾影響,上述提到的金屬探針腔體透過接地探針接地,也可以遮罩晶片測試過程中訊號通路在測試中相互干擾的影響,減少串擾,全面提高插座的抗串擾性能,進而大幅度提升測試晶片性能的準確性。

 

DaVinci微型測試插座Bottom View。

 

同時,精密加工的插座殼體還確保插座堅固的機械性能。史密斯英特康開發並應用了IM-002新型絕緣金屬材料,具有更高的強度、良好的導熱性及製程性。

目前,DaVinci微型測試插座已經成功完成了用戶端評估,並表現出預期的訊號完整性性能和良好的批量晶片測試可靠性。適用於BGA、LGA、QFN、DFN和其他封裝的解決方案,是最小間距0.35mm的理想選擇,也實現了史密斯英特康0.35mm及以上的球/引腳間距高速晶片測試應用的全覆蓋。

挑戰不止,升級不息

作為史密斯英特康新一代高速測試插座,DaVinci微型測試插座結合DaVinci 56產品的出色性能,充分利用IC高速測試的DaVinci同軸技術,做到350µm間距並提供理想的引腳到引腳隔離,能夠顯著提高首件測試合格率及最終的晶片測試合格率,而其產品優勢也遠不止上述提到的那幾點。

據透露,DaVinci微型測試插座經測試,接觸壽命可達500,000次;可匹配客戶現有的PCB測試系統和測試硬體,可以極大得節省成本;並可現場維修,根據需要更換單個探針或整個針陣列,無需額外培訓;且探針接觸路徑短,導電能力強。

 

 

正是憑藉DaVinci系列,史密斯英特康的測試插座被廣泛應用於嵌入式設備、5G、人工智慧、車聯網、資料中心高速運算等領域,鞏固了在高速測試市場的地位,全球眾多知名晶片和一線網際網路公司都是其高速測試領域的客戶。除了各種封裝測試插座產品線,史密斯英特康還開發了開發晶圓等級水準和垂直測試卡,提高晶片測試領域市場佔有率。

多項技術加身,相信在未來,史密斯英特康也將繼續領跑高速測試插座領域。

 

 

 

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