Observación y medición de tarjetas de sonda y sondas de contacto
La difusión de los sistemas de comunicaciones móviles de quinta generación (5G) y los productos que los respaldan han impulsado aún más el avance de los dispositivos semiconductores más pequeños y densos. En consecuencia, la inspección y el análisis de diversos componentes electrónicos, como los circuitos integrados (CI) y los circuitos integrados a gran escala (LSI), requieren una precisión cada vez mayor.
En esta sección se repasan los conceptos básicos de las tarjetas de sonda y las sondas de contacto, que son instrumentos utilizados para la inspección de dispositivos semiconductores, e incluye ejemplos de cómo se utilizan los microscopios digitales para lograr la precisión requerida.
- ¿Qué es una tarjeta de sonda?
- ¿Qué es una sonda de contacto?
- Vida útil de las tarjetas de sonda y de las sondas de contacto
- Ejemplos de observación y medición de tarjetas de sonda y sondas de contacto
- Observación del contacto del pin de la tarjeta de la sonda y observación inclinada
- Medición del diámetro exterior y de la altura de los pines de la tarjeta de la sonda
- Observación con gran aumento de las puntas de las sondas de contacto
- Visualización en 3D y medición del perfil de las puntas de las sondas de contacto
- Un Microscopio Digital que mejora la inspección de tarjetas de sonda y sondas de contacto
¿Qué es una tarjeta de sonda?
Una tarjeta de sonda es un instrumento que se utiliza en el proceso de inspección de obleas de silicio durante la fabricación de LSIs de primera línea. Una tarjeta de sonda consiste en una placa de circuito impreso (PCB) circular con pines o agujas de sonda conectadas.
Cada chip LSI, fabricado en una oblea, se inspecciona eléctricamente con el contacto simultáneo de múltiples puntas de pin de sonda dispuestas en la PCB. Las tarjetas de sonda detectan circuitos abiertos y cortocircuitos y también miden la corriente eléctrica y las altas frecuencias. Una tarjeta de sonda suele estar conectada al probador de una máquina de pruebas de obleas y, durante la inspección, se pone en contacto con un chip de oblea en una plataforma desde arriba.
Tipos representativos de tarjetas de sonda
Las tarjetas de sonda se pueden clasificar según su estructura, incluyendo la alineación y la fijación de la sonda. A continuación, se muestran dos tarjetas de sonda representativas y sus características.
Tarjeta de sonda vertical (avanzada)
Una tarjeta de sonda vertical (avanzada) consta de una PCB y un bloque adjunto en el que se fijan las sondas perpendiculares. Con este tipo, las sondas se pueden alinear en una cuadrícula o alinearse para medir varios chips. El mantenimiento es fácil porque las sondas se pueden sustituir individualmente. Además, se pueden minimizar las abolladuras, sin dañar las soldaduras. Sin embargo, los costos de fabricación son relativamente altos, lo que no es realmente adecuado para las almohadillas de electrodos de aluminio (pads de Al) en las obleas.
Tarjeta de sonda en voladizo
Una tarjeta de sonda en voladizo tiene agujas hechas de tungsteno y materiales similares. Estas agujas se fijan directamente en una PCB.
Este tipo se puede fabricar a costos más bajos que el tipo vertical. Sus sondas también se pueden alinear a pasos más pequeños, admitiendo almohadillas de aluminio. En comparación con el tipo vertical, el tipo en voladizo tiene una mayor restricción en la alineación de los pines y genera abolladuras más grandes. Este tipo también requiere que los operadores le dediquen tiempo y esfuerzo al mantenimiento periódico, como la reparación y el ajuste (como el ajuste de la altura).
¿Qué es una sonda de contacto?
Una sonda de contacto es un instrumento de inspección utilizado para la inspección de la continuidad mediante el contacto de los electrodos de diversos componentes electrónicos. Las sondas de contacto se utilizan ampliamente para la inspección de componentes electrónicos. Con las sondas de contacto se pueden inspeccionar diversos componentes electrónicos, como semiconductores, paneles de cristal líquido, placas de circuito impreso, conectores, condensadores, sensores y baterías.
Las sondas de contacto se utilizan no sólo en las comprobaciones de continuidad, sino también para recopilar datos para las inspecciones del comportamiento de los componentes en los circuitos (pruebas en circuito) y para las pruebas de funcionamiento. Las sondas de contacto se utilizan para detectar circuitos abiertos y cortocircuitos, medir altas frecuencias, comprobar la impedancia (resistencia) y verificar los parámetros de los componentes en los circuitos.
Estructura de una sonda de contacto
Una sonda de contacto se compone de un barril y, dentro de éste, de un resorte y un émbolo. La resistencia de conexión en el barril se puede estabilizar optimizando la presión del resorte en el barril. Las sondas de contacto típicas contienen piezas enchapadas en oro para evitar la corrosión y disminuir la presión de contacto de las secciones deslizantes.
El número necesario de sondas de contacto se presiona en una plantilla de resina diseñada para el objeto de inspección, y las puntas de los émbolos se ponen en contacto con este objeto. Este instrumento es muy fácil de mantener, ya que se puede utilizar repetidamente simplemente sustituyendo las sondas desgastadas en la plantilla.
- A
- Sonda de contacto
- B
- Barril
- C
- Resorte
- D
- Émbolo
- E
- Plantilla
- F
- Objetivo de inspección
Formas de la punta del émbolo de las sondas de contacto
La forma de la punta de contacto difiere según la forma del objeto de inspección, como los electrodos y los terminales. El uso de un émbolo con la forma de punta óptima evita que se dañen los objetos frágiles durante la inspección. A continuación, se presentan formas y aplicaciones representativas.
Redonda
Esta punta se utiliza para la inspección en la que se debe evitar dañar los electrodos frágiles, como los de los circuitos impresos flexibles (FPC).
Cónica
Esta punta se utiliza principalmente para inspeccionar huellas y almohadillas en los PWBs.
Plana/Cóncava
Una punta plana se utiliza para evitar dañar los electrodos o cuando la punta debe entrar en contacto con un área de los objetos de inspección.
Una punta cóncava se utiliza para hacer contacto con las formas convexas de los terminales.
Cono delta
Una punta de cono delta se utiliza para inspeccionar formas cóncavas, como los agujeros pasantes de los PWBs.
Corona
Esta forma se utiliza para inspeccionar los cables de los componentes de montaje y las formas convexas mediante el contacto con múltiples sondas.
Vida útil de las tarjetas de sonda y de las sondas de contacto
Vida útil de las tarjetas de sonda
Cuando se utiliza una tarjeta de sonda para inspeccionar chips LSI, se ponen en contacto múltiples pines de sonda afiladas y microscópicas con los terminales de los chips en las obleas. Algunas tarjetas de sonda pequeñas, del tamaño de unos pocos cm², tienen varios miles de pines de sonda alineadas en pequeños pasos de 20 a 30 μm. Las tarjetas de sonda, que son muy elaboradas, tienen una vida útil que viene determinada por el número de veces que los pines de la sonda entran en contacto con los chips de las obleas. Se dice que las tarjetas de sonda típicas alcanzan su vida útil después de realizar hasta varios millones de contactos.
Cuando se fabrica una enorme cantidad de chips utilizando un gran número de obleas, es muy importante conocer las condiciones de los pines de sonda para mantener la calidad del producto. Unos pines de sonda desgastados o anómalos pueden provocar la obtención de datos de inspección incorrectos, lo que provoca el rechazo de chips buenos y la disminución de la tasa de rendimiento.
Vida útil de las sondas de contacto
La vida útil de las sondas de contacto varía en función de la resistencia, el entorno y el calor aplicado a los conductores durante la inspección. Las sondas de contacto típicas soportan mecánicamente aproximadamente un millón de contactos.
Sin embargo, esta durabilidad varía en función de las condiciones de inspección. Un elemento que es importante para determinar si una sonda de contacto ha alcanzado su vida útil es conocer la forma de la punta del émbolo que hace contacto con los objetos de inspección. Durante la inspección, las puntas desgastadas pueden generar variaciones en la resistencia y generar juicios falsos, lo que afecta el control de calidad y la tasa de rendimiento.
Observación y medición de tarjetas de sonda y sondas de contacto
Tanto las tarjetas de sonda como las sondas de contacto tienen contactos con formas microscópicas. Para evitar errores de inspección que puedan hacer que se pasen por alto productos defectuosos o que se reduzca la tasa de rendimiento, es importante realizar observaciones y mediciones periódicas con aumento para determinar si los instrumentos han alcanzado su vida útil debido al desgaste o a otros motivos.
La observación y medición de las tarjetas de sonda y las sondas de contacto puede ser difícil con los microscopios convencionales debido al tamaño y al aspecto tridimensional de las piezas. Por ejemplo, los sistemas de medición por contacto utilizan sondas demasiado grandes para la pieza, lo que hace que se pongan en contacto simultáneamente múltiples pines de sonda alineadas con pasos pequeños.
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Ejemplos de observación y medición de tarjetas de sonda y sondas de contacto
Existen muchos problemas al observar y medir las formas microscópicas de los pines de la tarjeta de la sonda y las puntas del émbolo de la sonda de contacto, pero es fundamental comprender los daños, como el desgaste, porque las formas afectan en gran medida la precisión de la inspección.
Con el Microscopio Digital Serie VHX de KEYENCE, los usuarios pueden capturar fácilmente imágenes de alta resolución y mediciones precisas con sólo pulsar un botón. Vea a continuación ejemplos de cómo se ha utilizado la Serie VHX para mejorar el proceso de inspección de las tarjetas de sonda y las sondas de contacto.
Observación del contacto del pin de la tarjeta de la sonda y observación inclinada
El Microscopio Digital Serie VHX combina una gran profundidad de campo y un sistema de observación de ángulo libre, lo que les permite a los usuarios capturar imágenes de alta resolución en cualquier ángulo.
Medición del diámetro exterior y de la altura de los pines de la tarjeta de la sonda
El Microscopio Digital Serie VHX puede capturar mediciones 2D y 3D precisas sin tocar el objeto.
Las mediciones 2D/3D, como dos puntos, líneas paralelas, altura y áreas, se pueden tomar fácilmente seleccionando las ubicaciones especificadas en la imagen. Por ejemplo, los usuarios pueden medir fácilmente el diámetro exterior de las puntas de los pines de la sonda para comprender el desgaste en segundos o dibujar una sección transversal virtual para medir la altura de los pines.
Todas las imágenes y los valores medidos se pueden exportar automáticamente a un informe para ayudar a comprender las tendencias en el proceso de desgaste y deformación.
Observación con gran aumento de las puntas de las sondas de contacto
Las puntas de los émbolos de las sondas de contacto, que tienen formas tridimensionales microscópicas, se desgastan fácilmente porque entran en contacto con objetos durante la inspección. La observación con gran aumento de estos objetos a menudo tiene un compromiso entre los requisitos y las condiciones, lo que provoca, por ejemplo, un enfoque parcial en el objeto y reducciones en la resolución.
El Microscopio Digital 4K Serie VHX combina una gran profundidad de campo y una alta resolución para capturar imágenes completamente enfocadas del desgaste microscópico y el astillado de las puntas de los émbolos, incluso con grandes aumentos.
Debido a que los instrumentos de inspección están hechos de metal, se necesita mucho tiempo y esfuerzo para determinar las condiciones de iluminación debido a los efectos de la reflexión difusa. La Serie VHX está equipada con la función de iluminación múltiple, que adquiere automáticamente los datos de las imágenes capturadas con iluminación omnidireccional con sólo pulsar un botón. Los operadores pueden iniciar rápidamente la observación simplemente seleccionando la imagen adecuada para el propósito, lo que reduce significativamente el tiempo necesario para la determinación de las condiciones de iluminación.
Además, las condiciones de iluminación utilizadas cuando se capturó una imagen anterior se pueden reproducir completamente con sólo seleccionar esa imagen. Esto aumenta la velocidad de la operación incluso cuando se necesita observar el desgaste de múltiples puntas de émbolo en las mismas condiciones.
Visualización en 3D y medición del perfil de las puntas de las sondas de contacto
El Microscopio Digital Serie VHX captura múltiples imágenes en diferentes posiciones de enfoque y las combina instantáneamente en una sola imagen, incluso en ángulo, para ver fácilmente una muestra en 3D y capturar mediciones en 3D.
Realice fácilmente mediciones de perfil no destructivas con sólo pulsar un botón con la Serie VHX. Utilizando las funciones avanzadas, las irregularidades de la superficie se pueden medir a niveles submicrométricos y el grado de desgaste se puede comprender con precisión, independientemente del tamaño y la forma.
Un Microscopio Digital que mejora la inspección de tarjetas de sonda y sondas de contacto
El Microscopio Digital Serie VHX agiliza la investigación y el desarrollo y la garantía de calidad de las tarjetas de sonda y las sondas de contacto, lo que les permite a los usuarios capturar fácilmente imágenes de alta resolución, mediciones precisas y crear informes automáticamente. Para obtener más información sobre los productos o realizar consultas, haga clic en los siguientes botones.
