Una tarjeta de prueba (comúnmente denominada placa DUT ) [a] se utiliza en pruebas automatizadas de circuitos integrados . Es una interfaz entre un sistema de prueba electrónico y una oblea semiconductora .
Una tarjeta de prueba o placa DUT es una placa de circuito impreso (PCB) y es la interfaz entre el circuito integrado y un cabezal de prueba, que a su vez se conecta a un equipo de prueba automático (ATE) (o "probador"). [2] Normalmente, la tarjeta de prueba se acopla mecánicamente a un probador de prueba de oblea y se conecta eléctricamente al ATE. Su propósito es proporcionar una ruta eléctrica entre el sistema de prueba y los circuitos en la oblea, lo que permite la prueba y validación de los circuitos a nivel de oblea, generalmente antes de que se corten y empaqueten. Normalmente consta de una PCB y algún tipo de elementos de contacto, generalmente metálicos. [b] [3]
Un fabricante de semiconductores normalmente requerirá una nueva tarjeta de prueba para cada nueva oblea de dispositivo y para las reducciones de tamaño del dispositivo (cuando el fabricante reduce el tamaño del dispositivo manteniendo su funcionalidad) porque la tarjeta de prueba es efectivamente un conector personalizado que toma el patrón universal de un probador determinado y traduce las señales para conectarse a las almohadillas eléctricas en la oblea. Para probar dispositivos de memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM) y memoria Flash (FLASH) , estas almohadillas suelen estar hechas de aluminio y tienen entre 40 y 90 um por lado. Otros dispositivos pueden tener almohadillas planas, protuberancias elevadas o pilares hechos de cobre, aleaciones de cobre o muchos tipos de soldaduras como plomo-estaño, estaño-plata y otras.
La tarjeta de sonda debe hacer un buen contacto eléctrico con estas almohadillas o protuberancias durante la prueba del dispositivo. Cuando se complete la prueba del dispositivo, el probador indexará la oblea hacia el siguiente dispositivo que se va a probar.
Normalmente, se inserta una tarjeta de sonda en un probador de obleas , en cuyo interior se ajustará la posición de la oblea que se va a probar para garantizar un contacto preciso entre la tarjeta de sonda y la oblea. Una vez que se cargan la tarjeta de sonda y la oblea, una cámara en el probador localizará ópticamente varias puntas en la tarjeta de sonda y varias marcas o almohadillas en la oblea, y utilizando esta información alineará las almohadillas en el dispositivo bajo prueba (DUT) con los contactos de la tarjeta de sonda.
Las tarjetas de sonda se clasifican en general en tipo aguja, tipo vertical y tipo MEMS (sistema microelectromecánico) [4] según la forma y las formas de los elementos de contacto. El tipo MEMS es la tecnología más avanzada disponible actualmente. El tipo de tarjeta de sonda más avanzado actualmente puede probar una oblea completa de 12" con un solo toque.
Las placas de prueba o DUT están diseñadas para cumplir con los requisitos mecánicos y eléctricos del chip en particular y del equipo de prueba específico que se utilizará. Un tipo de placa DUT se utiliza para probar cada chip de una oblea de silicio antes de cortarlo y empaquetarlo , y otro tipo se utiliza para probar circuitos integrados empaquetados.
La eficiencia de la tarjeta de prueba se ve afectada por muchos factores. Quizás el factor más importante que impacta la eficiencia de la tarjeta de prueba es la cantidad de DUT que se pueden probar en paralelo. Hoy en día, muchas obleas todavía se prueban un dispositivo a la vez. Si una oblea tuviera 1000 de estos dispositivos y el tiempo requerido para probar un dispositivo fuera de 10 segundos y el tiempo para que el probador se moviera de un dispositivo a otro fuera de 1 segundo, entonces probar una oblea completa tomaría 1000 x 11 segundos = 11,000 segundos o aproximadamente 3 horas. Sin embargo, si la tarjeta de prueba y el probador pudieran probar 16 dispositivos en paralelo (con 16 veces la cantidad de conexiones eléctricas), entonces el tiempo de prueba se reduciría casi exactamente 16 veces (a aproximadamente 11 minutos). [c]
La mejora avanzada de los recursos de los comprobadores (ATRE) [5] es un medio poderoso para aumentar la cantidad de DUT que se pueden comprobar con una tarjeta de prueba en paralelo (o en un solo contacto durante el cual las agujas de la tarjeta de prueba permanecen en contacto con los DUT de oblea). ATRE permite compartir los recursos de los comprobadores entre los DUT mediante componentes activos, que tienen la capacidad de conectar y desconectar los DUT de los recursos de los comprobadores. Sin ATRE, un único recurso de comprobador (alimentación, señal de CC o CA) normalmente solo iría directamente a un DUT. Sin embargo, al instalar relés (interruptores) configurados con ATRE en la PCB de la tarjeta de prueba, el recurso de comprobador puede dividirse o ramificarse en varios DUT. Por ejemplo, en una configuración de compartición x4, se envía 1 señal de alimentación a 4 relés cuyas salidas van a 4 DUT, respectivamente. Luego, al encender y apagar cada relé de manera secuencial (en el caso de una prueba de medición de corriente del DUT), el probador puede probar cada uno de los 4 DUT por turno durante la misma toma de contacto (sin tener que mover el probador de un dispositivo al otro). Por lo tanto, un probador que tiene solo 256 señales de potencia parecerá tener sus recursos ampliados o mejorados para permitirle probar 1024 DUT en una toma de contacto, gracias a los 1024 relés integrados en el esquema de compartición x4 implementado en la tarjeta de la sonda. ATRE brinda ahorros espectaculares en términos de tiempo y costo de prueba, ya que puede permitir que un fabricante de chips o una casa de pruebas validen más DUT en una toma de contacto sin la necesidad de comprar un probador más avanzado equipado con más recursos.
Otro factor importante son los residuos que se acumulan en las puntas de las agujas de la sonda. Normalmente, estas están hechas de tungsteno o aleaciones de tungsteno/renio o aleaciones avanzadas basadas en paladio como PdCuAg. [6] Algunas tarjetas de sonda modernas tienen puntas de contacto fabricadas con tecnologías MEMS. [7]
Independientemente del material de la punta de la sonda, la contaminación se acumula en las puntas como resultado de sucesivos eventos de contacto (donde las puntas de la sonda hacen contacto físico con las almohadillas de unión del chip). La acumulación de residuos tiene un efecto adverso en la medición crítica de la resistencia de contacto. Para que una tarjeta de sonda usada vuelva a tener una resistencia de contacto aceptable, las puntas de la sonda deben estar impecables. La limpieza se puede realizar fuera de línea utilizando un láser de estilo NWR para recuperar las puntas eliminando selectivamente la contaminación. La limpieza en línea se puede utilizar durante las pruebas para optimizar los resultados de las pruebas dentro de la oblea o dentro de los lotes de obleas.