闻晓静
摘 探头卡是芯片包装前测试的重要工具。寻求高性能、低成本的探头卡是硬件工程师的不懈追求。如何更有效地连接探头PCB为了满足电气测试的需要，电路板非常重要。本文针对市场上几种常见的垂直探针卡探针和PCB简要阐述和比较电路板的连接方式。
关键词：垂直探针卡；探头；高频测试；信号串扰
1 引言
随着半导体技术的不断进步，探针卡技术作为配套行业也在不断升级。探针卡结构正逐渐从传统的悬臂探针卡转变为更稳定、更突出的垂直探针卡，并衍生出一系列具有特定特点的探针卡品种。如何在垂直探针卡上使用小探针？PCB提供稳定的电信号传输是电路板可靠连接的重要课题。本文仅针对目前市场上常见的几种探针与PCB简要阐述和比较电路板的连接方式。
2 探针与PCB电路板连接分类
2.1 线连接型
这种连接方式是垂直探针卡最早使用的类型，在市场上仍占很大比例。它的主要特点是连接到极细导线的两端PCB电路板上的焊点和探针的针尾，见图1。该设计主要依靠人工操作，成本相对较低，价格优势较大。但对于针数特别多的探针卡或多并行测试的探针卡，由于大量导线聚集在一起，不可避免地会相互干扰，特别是对一些关键信号的影响，会导致测试过程中不可预测的问题。因此，对于高频测试或高并行性测试，不建议选择该连接类型不能满足信号传输的稳定性和阻抗匹配性。
2.2 HYBRID连接型
这种类型属于线连接型的改进版，其特点是使用信号转换板作为探针尾和PCB电路板之间的二次连接。目的是大大缩短软导线的长度，最大限度地拉开导线之间的距离，减少导线之间过密造成的信号串扰。这种方法在一定程度上改善了线连接型的缺点，价格略高于线连接型。但由于软导线连接的性质没有改变，仍然不适合高频测试。
2.3 直连型
直连型为主PCB与探针末端的接触点直接在电路板上制作，只需准确定位探针头并固定在PCB表面即可。该类型具有结构简单、信号中转少、传输稳定等优点。但受各种物理条件的限制，如单个芯片中的测试Pad的数量、Pad间Pitch并非所有项目都能成功采用这种连接方式，如尺寸、多并行度测试数量等。此外，探头直接固定在主体上PCB探针深度(探针尖距主PCB下表面距离)无可调量。在同一平台上，不同产品参数的基本要求很小，因此是否可以在现有平台上应用这种连接方式，也需要考虑同一平台不同产品之间探针深度设计的一致性。
2.4 MLO/MLC连接型
这种类型是目前性能的最佳选择。特点是通过一片MLO （Multi-Layer Organic ）或MLC（Multi-Layer Ceramic）作为信号传输的媒介，主要是PCB板与探头针尾相连。将MLO或MLC固定在主PCB板上有两种常见的连接方式。一是使用类似BGA以封装的形式植球，然后回流焊MLO/MLC焊接在主PCB另一种是使用导电橡胶条MLO/MLC固定在主PCB如图3所示。与线连接型相比，使用了MLO或MLC作为信号转接介质，可以从设计初期就将信号传输过程中可能受到的影响考虑进去，从设计角度避免信号串扰问题，做到良好的阻抗匹配，并能适用于高频信号的传输。与直连相比，可以通过调整来调整MLO/MLC调整最终探针深度的厚度。因此，这种连接类型具有广泛的适用性。然而，良好性能的实现也对应于高成本，因此价格相对较高；此外，整体生产周期远长于线连接型。
3 如何选择合适的连接类型？
以上简要介绍的连接类型各有优缺点。测试硬件工程师需要权衡和决定根据实际项目的需要选择合适的类型，以满足测试的需要，并将成本控制到最低。如果测试频率不高，并行度也较低，线连接就可以满足基本需求，成本上也节省很多；但对于高频或高并行度测试，由于垂直探针卡一旦完工很难更改，首先要考虑的并不是价格，而是保证电信号传输的稳定性，这样才能避免在批量生产中频繁发生问题，这也是从另一方面提高设备利用率，降低生产成本。总之，根据实际需要合理选择是根本。
参考文献
[1]Jinwook Song ； Probe Card Design with Signal and Power Integrity for Wafer-Level Application Processor Test in LPDDR Channel
2016 IEEE 66th Electronic Components and Technology Conference （ECTC） ； Year： 2016； Pages： 2442 – 2448
[2]Eunjung Lee ； High-speed probe card design to reduce the crosstalk noise for wafer-level test 2014 IEEE 23rd Conference on Electrical Performance of Electronic Packaging and Systems； Year： 2014； Pages： 117 - 120
思达科技是半导体测试探针卡的领先制造商，今天宣布推出新的测试探针卡-思达牡羊座Aries Sigma-M。此系列探针卡是采用微电子机械系统工艺制造的微悬臂式测试探针卡 ，主要用于图像传感器(CMOS图像传感器，简称CIS)该测试设计开发，适用于高度平行的大阵列多待测设备测试，可增加生产量，降低测试成本和支出。
由于智能手机等行动装置以及自动驾驶汽车等新型态应用的需求，图像传感器市场在分辨率和帧速率上稳步增长(frame rate)和通信速度(communication speed)等方面不断完善。这些市场趋势使得图像传感器的芯片尺寸更小，需要长时间高速(最高6 Gbps)的测试。
思达科技在提高测试性能的同时，一直超越客户的需求，降低测试成本，进而提高生产力和效率。为了满足图像传感器件未来的测试需求，这款思达牡羊座Aries Sigma-M系列微悬臂探针卡最小间距60um微电子机械系统(MEMS)最多可支持64个待测设备的并行测试探针，具有最高1.5万个微悬臂测试探针。思达牡羊座Aries Sigma-M系列探针卡的变化结构进一步缩短了测试的设置时间。不同的设备可以在最高150摄氏度的宽温范围内测试相同的探针卡，测试速度为3.5Gbps，并且可以进一步升级到6Gbps。
思达科技公司执行长刘俊良博士说：我们很高兴向行业客户介绍这款微悬臂测试探针卡。我们相信这个系列的新牡羊座Aries Sigma-M探针卡可以满足客户的需求，提高测试效率，降低图像传感器的测试成本，超越市场和技术趋势。
牡羊座，思达科技Aries Sigma-M专为图像传感器设计，
微悬臂测试探针卡采用微机电工艺制造
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