高功率器件晶圓測試及相關設備

高功率器件晶圓測試概述

高功率器件晶圓測試（Chip Probing，CP）是半導體生產流程中介于晶圓制造與封裝作業之間的關鍵環節。當晶圓制造完成后，表面密布著數以千計的未封裝芯片（DIE），晶圓測試便是在整片未經切割封裝的晶圓上，通過探針卡將這些外露的芯片引腳與測試系統相連，進而實施全面檢測的過程。其核心目標在于封裝流程前識別并剔除不良品（即進行 Wafer 篩選），以提升最終芯片產品的合格率，并降低后續封裝與測試的成本負擔。此外，部分引腳會在封裝過程中被封裝于內部，導致這些引腳所對應的功能無法在封裝后進行檢測，只能在晶圓階段完成測試。部分企業還會依據晶圓測試的結果，按照性能差異將芯片劃分為不同等級，以便針對不同市場投放相應品質的產品

高功率器件晶圓測試面臨的難點

高電壓問題

高功率器件在高電壓下工作，測試時容易出現高壓打火現象（電擊穿空氣），同時高壓下保證低漏電測試也是一大挑戰

大電流問題

功率器件需要承受大電流，測試時需要確保小的接觸電阻以保證精度，而且大電流下電壓降明顯，會影響測試結果。

薄晶圓結構問題

薄晶圓易碎，測試時容易受損，且在測試過程中可能因吸附力過大而受損。

寬溫度范圍問題

功率器件需要在寬溫度范圍內工作，測試時需要模擬這些溫度條件，同時要保證不同溫度下探針臺的性能。

測試效率和安全性問題

自動化測試可以提高測試效率，但需要考慮設備和人員的安全，確保在高壓、大電流等條件下的測試安全。

高功率器件晶圓測試的相關設備

探針臺

主要對晶圓進行電學檢測，分為載物臺、探卡、絕緣氣體供應設備等部分。載物臺用于晶圓的放置，可以兼容 4 - 8 寸的晶圓，上面有真空氣孔，將晶圓吸附住，防止在絕緣氣體和探針測試過程中晶圓發生移位。絕緣氣體主要是壓縮空氣等，用于防止在測試過程中發生打火現象（電擊穿空氣）。目前除用氣體做絕緣外，最常用的方法是將晶圓浸泡在氟油中，這種方法的測試效果要強于壓縮空氣的絕緣，并且氟油在測試完成后很容易揮發，不會在晶圓表面造成污染殘留。GP200HP擁有穩定且可靠的測試平臺，保證測試中的扎針質量。優異的光學系統結合分辨率＜2μm的針座系統，確保扎針的穩定性。在直流應用中，GP200HP高品質的電纜和三軸信號通路，可使DUT特性分析達到pA級別；同時，配置的紅外激光幕布功能，可以有效的幫助客戶起到人員防護等功能，保證測試情況下的安全性，載物臺的單手快速移動及升降、一體化真空開關等優化設計使操作流程更加簡潔，不管是初學者還是經驗者，使用起來都非常方便、易懂......

曲線追蹤儀（檢測儀）

如 IWATSU CS - 10105C，主要用于產生并傳輸高電壓與大電流至探針，采用連線方式實現傳導。其內部結構集成了兩組組件：集電極電源與步進發生器，能夠依據電路布局靈活地將電壓施加到集電極、發射極及基極，以適應多樣化的測試需求。此外，該設備預裝了七種專用測試電路模塊，旨在覆蓋多種測試場景。

控制用計算機

與探針臺和檢測儀相連，組成一個完整的測試系統，用于控制測試過程和處理測試數據1。

以泰克針對 IGBT（一種高功率器件）的測試方案為例，還會用到以下設備：

靜態測試設備

如 2600 - PCT，有多種配置可選，包括 200V/10A 低壓基本配置、200V/50A 高流配置、3000V/10A 高壓配置、3000V/50A 高壓高流等配置。

測試載臺

高功率探針臺/測試夾具，配套電源測試板，高性能測試夾具支持多種封裝類型，可適配絕大部分高功率探針臺。