垂直探針卡中探針與PCB連接方式的對比分析

聞曉靜

摘 要：探針卡是芯片封裝前測試的重要工具。尋求高性能、低成本的探針卡是測試硬件工程師不懈的追求。如何更有效地連接探針和PCB電路板以滿足電性測試的需要至關(guān)重要。本文針對垂直探針卡目前市場上常見的幾種探針與PCB電路板的連接方式做簡要闡述及對比。

關(guān)鍵詞：垂直探針卡；探針頭；高頻測試；信號串?dāng)_

1 引言

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，作為配套產(chǎn)業(yè)的探針卡技術(shù)也跟著不斷升級。探針卡結(jié)構(gòu)正在逐步從傳統(tǒng)的懸臂探針卡過渡為性能更加穩(wěn)定突出的垂直探針卡，并衍生出一系列具有特定特性的探針卡品種。在一片垂直探針卡上，如何將微小的探針與PCB電路板可靠連接以提供穩(wěn)定的電信號傳輸是一項(xiàng)重要課題。本文僅針對目前市場上常見的幾種探針與PCB電路板的連接方式做簡要闡述及對比。

2 探針與PCB電路板連接方式分類

2.1 線連接型

這種連接方式是垂直探針卡最早采用的一種類型，目前仍占市場上的很大比例。它的主要特點(diǎn)是用極細(xì)的導(dǎo)線的兩端連接PCB電路板上的焊點(diǎn)和探針的針尾，參見圖1。這種設(shè)計(jì)在制作中主要依靠人工操作，成本相對低廉，在價(jià)格上很有優(yōu)勢。但對于針數(shù)特別多的探針卡，或者多并行度測試的探針卡來說，由于大量導(dǎo)線聚集在一起，相互之間會不可避免的產(chǎn)生串?dāng)_，尤其對一些關(guān)鍵信號的影響，會導(dǎo)致測試過程中出現(xiàn)不可預(yù)知的問題。因而對于高頻測試或高并行度測試來說，這種連接類型不能滿足信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性、阻抗的匹配性等，不建議選擇。

2.2 HYBRID連接型

這種類型屬于線連接型的改進(jìn)版，特點(diǎn)是利用一塊信號轉(zhuǎn)換板做為探針針尾和PCB電路板之間的二次連接。目的是將軟導(dǎo)線的長度大幅縮短，且最大限度的將導(dǎo)線之間的距離拉開，以減輕由于導(dǎo)線間過密造成的信號串?dāng)_問題。這種方式在一定程度上改善了線連接型的缺點(diǎn)，價(jià)格也會比線連接型稍高。但由于并沒有改變軟導(dǎo)線連接的本質(zhì)，仍不適用于高頻率測試的需求。

2.3 直連型

直連型是在主PCB電路板上直接作出與探針針尾的接觸點(diǎn)，只需將探針頭精確定位后固定在PCB表面即可。這種類型的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，信號中轉(zhuǎn)少，傳輸穩(wěn)定。但受到各種物理?xiàng)l件的限制，比如單顆芯片內(nèi)被測試Pad的數(shù)量、Pad間Pitch大小、多并行度測試的數(shù)量等等影響，并不是所有項(xiàng)目都可以成功采用此種連接方式。另外，由于直接將探針頭固定在主PCB上，探針深度（探針針尖距離主PCB下表面的距離）沒有可調(diào)量。而在同一平臺上針對不同產(chǎn)品這個(gè)參數(shù)基本要求在很小的范圍內(nèi)，所以是否可以在現(xiàn)有平臺上應(yīng)用此種連接方式，還需要考慮同一平臺內(nèi)不同產(chǎn)品間探針深度設(shè)計(jì)的一致性問題。

2.4 MLO/MLC連接型

這種類型是目前性能最好的選擇。特點(diǎn)是通過一片MLO （Multi-Layer Organic ）或MLC（Multi-Layer Ceramic）作為信號傳輸?shù)拿浇?，將主PCB板和探針頭針尾連通。將MLO或MLC固定在主PCB板上有兩種常見的連接方式。一種是采用類似BGA封裝的形式植球，然后通過回流焊方式將MLO/MLC焊接在主PCB上，另一種是利用導(dǎo)電橡膠條將MLO/MLC固定在主PCB上，如圖3所示。與線連接型相比，由于使用了MLO或MLC作為信號轉(zhuǎn)接介質(zhì)，可以從設(shè)計(jì)初期就將信號傳輸過程中可能受到的影響考慮進(jìn)去，從設(shè)計(jì)角度避免信號串?dāng)_問題，做到良好的阻抗匹配，并能適用于高頻信號的傳輸。與直連型相比，可以通過調(diào)節(jié)MLO/MLC厚度來調(diào)節(jié)最終的探針深度。所以這種連接類型有廣泛的適用性。但良好性能的實(shí)現(xiàn)也對應(yīng)了高成本，因而價(jià)格相對較高；另外整體制作周期要比線連接型長很多。

3 如何選擇合適的連接類型

以上簡要介紹的這幾種連接類型可謂各有優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目的需求選擇合適的類型，以實(shí)現(xiàn)既能滿足測試需求，又將成本控制到最低是測試硬件工程師需要權(quán)衡和決定的。如果測試頻率不高，并行度也較低，線連接就可以滿足基本需求，成本上也節(jié)省很多；但對于高頻或高并行度測試，由于垂直探針卡一旦完工很難更改，首先要考慮的并不是價(jià)格，而是保證電信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性，這樣才能避免在批量生產(chǎn)中頻繁發(fā)生問題，這也是從另一方面提高設(shè)備利用率，降低生產(chǎn)成本?？傊?，根據(jù)實(shí)際需要合理選擇才是根本。

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