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前言

多功能烤箱、數(shù)字時(shí)鐘、烤面包機(jī)和GPS導(dǎo)航設(shè)備有什么共同之處？這很簡(jiǎn)單：它們都依賴(lài)于從硅片制成的微芯片。在今天的消費(fèi)市場(chǎng)中，想要找到一個(gè)不用微芯片的產(chǎn)品幾乎是不可能的。應(yīng)用的巨大帶寬給半導(dǎo)體元器件開(kāi)發(fā)人員提出了一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。他們持續(xù)面臨的壓力是，如何將越來(lái)越多的功能集成到尺寸不斷縮小的芯片上，與此同時(shí)還要降低生產(chǎn)成本。比如，你手腕上的智能手表比你在十年前使用的辦公室電腦都要便宜但性能更強(qiáng)大。

半導(dǎo)體材料薄片，被稱(chēng)為晶圓，包含超過(guò)1000個(gè)芯片，內(nèi)含數(shù)十億個(gè)晶體管及其它組件，一般直徑達(dá)300毫米。這種復(fù)雜性使得新設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方法的開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證變成一種非常重要的工藝。盡管如此，分配給開(kāi)發(fā)的時(shí)間仍然在迅速減少。

晶圓生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的工藝過(guò)程。在晶圓測(cè)試中，必須使用探針與晶粒上僅幾微米的接點(diǎn)相接觸。對(duì)該過(guò)程的控制必須滿(mǎn)足嚴(yán)格的電磁兼容性和可靠性要求。

徹底測(cè)試確保質(zhì)量

為了驗(yàn)證新開(kāi)發(fā)組件的功能，確保一旦達(dá)到批量生產(chǎn)后產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，晶圓被生產(chǎn)出來(lái)之后就需要在探針臺(tái)上接受廣泛測(cè)試。每個(gè)晶片被送入測(cè)量室，通過(guò)卡盤(pán)進(jìn)行微米級(jí)精度的定位，并加熱至特定溫度。然后使用探針與芯片上指定的接點(diǎn)相接觸。外部測(cè)量和測(cè)試儀器根據(jù)測(cè)試程序控制位置，然后開(kāi)始測(cè)量。測(cè)試是在溫度范圍從-55°C至300°C內(nèi)進(jìn)行的。根據(jù)不同的應(yīng)用，測(cè)得的電流范圍可以從幾個(gè)毫微微安培（小數(shù)點(diǎn)后15位的數(shù)字或每秒通過(guò)6250個(gè)電子）到400安培。測(cè)量頻率達(dá)GHz范圍。例如用于車(chē)載雷達(dá)系統(tǒng)的芯片或測(cè)量充電/放電電容值低至幾個(gè)毫微微法拉的情況也并不少見(jiàn)。因此，需求規(guī)范的一個(gè)突出特點(diǎn)是能夠排除各種電磁干擾源。

裝有晶圓的卡盤(pán)

高科技測(cè)量室預(yù)防測(cè)試干擾

Cascade Microtech GmbH是總部設(shè)在俄勒岡州比弗頓的Cascade Microtech公司的子公司，他們對(duì)這些需求非常熟悉。作為一家全球領(lǐng)先的晶圓探測(cè)解決方案提供商，該公司在1992年首次推出擁有專(zhuān)利技術(shù)的探針臺(tái)，從那時(shí)到現(xiàn)在不斷進(jìn)行改進(jìn)。公司擁有超過(guò)50年的精密定位技術(shù)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，掌握所涉及的所有工藝是公司日常運(yùn)營(yíng)的組成部分?！霸诮o定條件下，為了使探針與僅30微米的接點(diǎn)相接觸，必須考慮幾個(gè)因素，”Jorg Kiesewetter解釋道。Kiesewetter是CascadeMicrotech公司德累斯頓辦事處探測(cè)系統(tǒng)研發(fā)經(jīng)理。在這里，140名員工為全球各地超過(guò)800位客戶(hù)開(kāi)發(fā)并制造這些系統(tǒng)，包括半導(dǎo)體生產(chǎn)商如IBM、英特爾和英飛凌，以及眾多組織如歐洲微電子研究中心（IMEC），它是歐洲最大的納米和微電子技術(shù)研究中心。

Cascade Microtech公司CM300雙探針測(cè)試臺(tái)

精確定位

就實(shí)現(xiàn)必要的精度而言，Cascade Microtech公司的專(zhuān)家可以提供眾多機(jī)械和電氣解決方案。他們擁有多達(dá)190項(xiàng)專(zhuān)利就是明證，例如，針對(duì)定位階段、數(shù)字相機(jī)和其它輔助設(shè)備的25個(gè)軸中有幾個(gè)需要冷卻?！爸苯訙y(cè)量芯片電接觸的質(zhì)量是不可能的，”Kiesewetter指出，“因此，這個(gè)工藝過(guò)程從本質(zhì)而言是可靠的。”僅僅幾微米的定位誤差就可能致使整個(gè)晶圓或帶有超過(guò)10000個(gè)接點(diǎn)的探針卡無(wú)法使用。這將導(dǎo)致數(shù)十萬(wàn)歐元的損失，更不用提會(huì)有損公司聲譽(yù)。然而，需求在不斷快速加強(qiáng)。“接點(diǎn)占據(jù)了寶貴的表面區(qū)域，因此，它們正在被做地越來(lái)越小，不久就將變成20微米——不足人類(lèi)頭發(fā)橫截面的四分之一。”最重要的是，設(shè)備用戶(hù)提出了眾多特殊要求。為了滿(mǎn)足安裝要求，CascadeMicrotech公司從三年前就開(kāi)始評(píng)估新的控制器設(shè)計(jì)概念。

DC測(cè)試設(shè)置為低泄漏測(cè)量

布置在狹小空間內(nèi)，防止電磁輻射，帶有貝加萊組件的機(jī)器控制器

模塊化加速開(kāi)發(fā)

除了產(chǎn)品的長(zhǎng)期可用性、電磁兼容性以及全球銷(xiāo)售和支持網(wǎng)絡(luò)之外，控制系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)。繼續(xù)開(kāi)發(fā)現(xiàn)有的C++程序代碼也相當(dāng)有必要。貝加萊提供了最令人信服的解決方案，CascadeMicrotech已經(jīng)計(jì)劃在更多設(shè)備上實(shí)施該方案。針對(duì)各種運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)，設(shè)計(jì)師可以自由選擇是使用直流電機(jī)還是步進(jìn)電機(jī)。在軸控制方面采用貝加萊通用運(yùn)動(dòng)控制軟件方案使CascadeMicrotech公司得以保持硬件和軟件獨(dú)立，并在無(wú)需修改任何代碼的情況下適應(yīng)不同類(lèi)型的電機(jī)。“我們所擁有的完全模塊化有助于我們顯著縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，”Kiesewetter說(shuō)道?！皝?lái)自萊比錫貝加萊專(zhuān)業(yè)工程師的出色支持幫助我們節(jié)省了寶貴的時(shí)間?！?/p>

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年2月刊