¿Qué es una Sonda de Obleas?
Es un dispositivo para fijar una sonda (aguja) en la posición deseada, también llamado estación de sonda. Se trata de un dispositivo de posicionamiento que conecta la sonda de la parte de contacto del dispositivo de medición a la posición correcta del electrodo del semiconductor para medir elementos eléctricos en la oblea semiconductora en el proceso de front-end, principalmente en el proceso de fabricación de obleas semiconductoras o en el diseño y desarrollo de circuitos integrados.
Como el área del electrodo de un semiconductor es muy pequeña, es necesario aplicar la sonda de la parte de contacto del dispositivo de inspección en la posición exacta. Se requiere una capacidad de control muy precisa de la sonda en el posicionamiento.
Además de los chips semiconductores, este equipo se utiliza a menudo para evaluar las características eléctricas de sustratos de placas de circuito impreso, diversos sustratos de película fina como sensores y filtros, y paquetes de sustratos cerámicos como LTCC.
Usos de las Sondas de Obleas
Las sondas de obleas se suelen utilizar para comprobar las características eléctricas de semiconductores, sustratos de película fina y sustratos empaquetados. Cuando se utilizan para investigación y desarrollo, las sondas deben tener funciones que eliminen el ruido y eviten las fugas de señal (diafonía), ser capaces de medir con gran precisión y ser lo más versátiles y flexibles posible en cuanto a métodos de medición.
Por otro lado, cuando se utilizan para la producción en serie, la función más importante es la capacidad de realizar procesamientos rápidos con precisión y en grandes cantidades, por lo que debe seleccionarse una amplia variedad de modelos de sondas que se adapten a la aplicación.
La resistencia a la temperatura también es necesaria en el lado de la sonda para garantizar un funcionamiento correcto a altas y bajas temperaturas durante la evaluación de las características de temperatura. Cuando se utiliza para medir semiconductores para dispositivos de potencia, etc., también se requiere un probador que pueda manejar altos voltajes y baja impedancia.
Principio de la Sonda de Obleas
A continuación se describe el probador más típico para aplicaciones de obleas de silicio. El dispositivo consta de un mandril para fijar la oblea de silicio, una platina para mover el mandril en la dirección XY, una placa de contacto a la que se fijan varias sondas de inspección y que se mueve en la dirección Z con respecto a la platina, una cámara para el posicionamiento, etc.
Además de estos mecanismos, los productos de la máquina suelen incluir un sistema de transporte para desplazar la oblea de silicio. El principio de funcionamiento consiste en que, cuando se coloca una oblea de silicio, ésta se transporta hasta la posición de comprobación de la oblea y se fija en ella.
A continuación, la platina coloca la sonda para la medición en la dirección XY, y con la posición de la sonda y el electrodo del semiconductor en la oblea de silicio ajustados, la placa de contacto se mueve en la dirección Z, poniendo en contacto la sonda y el electrodo. A través de este proceso, las propiedades eléctricas del semiconductor pueden ser inspeccionadas por el sistema de inspección.
Más información sobre las Sondas de Obleas
1. Miniaturización de los dispositivos semiconductores y requisitos de las Sondas de Obleas
Con la reciente miniaturización de los dispositivos semiconductores, la medición de microcorriente es un indicador importante para evaluar la calidad de fabricación de los dispositivos semiconductores. En el diseño y la fabricación de dispositivos semiconductores, los cambios en los materiales del dispositivo, los parámetros de crecimiento del cristal o la geometría pueden dar lugar a trayectorias de corriente inesperadas en el interior del dispositivo, lo que se conoce comúnmente como corriente de fuga.
El aumento de las corriente de fuga puede deberse a defectos en la red, la estructura del óxido de puerta y la selección del sustrato, que inducen un consumo de energía excesivo y, en algunos casos, una tensión de ruptura más baja. En los últimos años, la longitud de la puerta de los FET y el tamaño del emisor de los transistores bipolares de los dispositivos semiconductores se han vuelto extremadamente finos, y mientras disminuye la tensión necesaria para accionarlos, aumenta la corriente de fuga.
Por lo tanto, desde el punto de vista de la evaluación de la calidad, se requiere una medición de corriente de alta precisión mediante un sondas. Una medida para aumentar la precisión es el desarrollo de sondas criogénicas.
2. Precisión de posicionamiento y posicionadores
La precisión de la posición de contacto del prócer influye directamente en la precisión de la medición. Si se realizan varias evaluaciones sin un palpado correcto, no queda claro qué se está evaluando.
Por ejemplo, si se desea evaluar las características de un dispositivo semiconductor, pero la oblea está fuera de posición y se sondea sobre un aislante, no es difícil imaginar que los resultados de la evaluación serán significativamente diferentes de los resultados esperados.
Es necesario comprender la precisión necesaria para el objetivo de evaluación y, a continuación, centrarse en mejorar dicha precisión. El componente denominado posicionador (manipulador) es el que determina la precisión de posicionamiento del probador. La correcta selección de un posicionador adecuado a las especificaciones requeridas puede marcar una diferencia significativa en la precisión de posicionamiento.
Las especificaciones de un posicionador casi siempre vienen determinadas por cuatro factores: (1) recorrido (2) resolución de recorrido (3) sensibilidad de ajuste (4) dimensiones externas. Consulte a continuación el contenido de cada especificación.
- Recorrido
Es la cantidad de movimiento en la dirección XYZ. Suele indicarse en mm. - Resolución de Desplazamiento
Se define como la cantidad de movimiento por revolución. - Sensibilidad de Ajuste
Definida como la distancia mínima de ajuste. Suele definirse en µm. - Dimensiones Exteriores
Tamaño del posicionador. El precio suele aumentar en proporción al tamaño.
3. Palpadores compatibles con la alta frecuencia
Para la evaluación de transistores semiconductores para la compatibilidad de radiofrecuencia (RF) y el modelado de dispositivos se necesita un palpador adecuado para la evaluación de RF.
Por lo general, se utilizan sondas GSG (agujas con masa (GND) a ambos lados de las almohadillas de señal) con placas de calibración específicas, pero dependiendo de la frecuencia que se vaya a medir, se debe prestar atención no sólo a la sonda, sino también al cable de RF que va al analizador de redes o a diversos dispositivos de medición. Esto se debe a que la flexión del cable puede afectar a los resultados de la medición de RF.
En la banda de ondas milimétricas, que tiene una frecuencia más alta que la de microondas, se utilizan extensores de VNA dedicados, pero la configuración del equipo debe discutirse en detalle con el fabricante dedicado, ya que la propia configuración de la sonda tiene un impacto muy grande en la medición.