Tarjeta de sonda

Una tarjeta de sonda (comúnmente denominada placa DUT ) ^{[ a ]} se utiliza en las pruebas automatizadas de circuitos integrados . Es una interfaz entre un sistema de prueba electrónico y una oblea semiconductora .

Una tarjeta de sonda o placa DUT es una placa de circuito impreso (PCB) y constituye 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 sonda se acopla mecánicamente a un probador de obleas y se conecta eléctricamente al ATE. Su propósito es proporcionar una ruta eléctrica entre el sistema de prueba y los circuitos de la oblea, permitiendo así 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 requiere una nueva tarjeta de sonda para cada oblea de dispositivo nueva y para las reducciones de tamaño de los dispositivos (cuando el fabricante reduce el tamaño del dispositivo manteniendo su funcionalidad), ya que la tarjeta de sonda es, en esencia, un conector personalizado que toma el patrón universal de un probador determinado y traduce las señales para conectarse a las almohadillas eléctricas de la oblea. Para las pruebas de dispositivos de memoria de acceso aleatorio dinámico (DRAM) y memoria flash (FLASH) , estas almohadillas suelen ser de aluminio y tienen un tamaño de 40 a 90 µm por lado. Otros dispositivos pueden tener almohadillas planas, o protuberancias o pilares elevados hechos de cobre, aleaciones de cobre o muchos tipos de soldaduras, como plomo-estaño, estaño-plata, entre otras. 

La tarjeta de prueba debe establecer un buen contacto eléctrico con estas almohadillas o protuberancias durante la prueba del dispositivo. Una vez finalizada la prueba, el analizador desplazará la oblea al siguiente dispositivo que se va a probar.

Normalmente, se inserta una tarjeta de prueba en un analizador de obleas , dentro del cual se ajusta la posición de la oblea a analizar para garantizar un contacto preciso entre la tarjeta de prueba y la oblea. Una vez colocadas la tarjeta de prueba y la oblea, una cámara en el analizador localiza ópticamente varias puntas en la tarjeta de prueba y varias marcas o almohadillas en la oblea, y utilizando esta información, alinea las almohadillas del dispositivo bajo prueba (DUT) con los contactos de la tarjeta de prueba.

Las tarjetas de sonda se clasifican generalmente en tipo aguja, tipo vertical y tipo MEMS (Sistema Microelectromecánico) ^{[ 4 ]} , según la forma y el tipo 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 analizar una oblea completa de 12" con un solo contacto.

Las tarjetas de prueba o placas 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 los chips individuales de una oblea de silicio antes de que se corten y empaqueten , 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 influye en la eficiencia de la tarjeta de prueba es la cantidad de DUT que se pueden probar en paralelo. Muchas obleas hoy en día todavía se prueban de 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 más conexiones eléctricas), entonces el tiempo de prueba se reduciría casi exactamente 16 veces (a unos 11 minutos). ^{[ c ]}

La mejora avanzada de recursos de prueba (ATRE) ^{[ 5 ]} es un medio eficaz para aumentar el número de DUT que se pueden probar con una tarjeta de sonda en paralelo (o en un solo contacto durante el cual las agujas de la tarjeta de sonda permanecen en contacto con los DUT de la oblea). ATRE permite compartir los recursos de prueba entre los DUT mediante componentes activos, que tienen la capacidad de conectar y desconectar los DUT de los recursos de prueba. Sin ATRE, un único recurso de prueba (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 sonda, el recurso de prueba puede dividirse o ramificarse a múltiples DUT. Por ejemplo, en una configuración de compartición x4, 1 señal de alimentación se envía a 4 relés cuyas salidas van a 4 DUT, respectivamente. Luego, al encender y apagar cada relé secuencialmente (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 el mismo contacto (sin tener que mover la sonda de un dispositivo a otro). Por lo tanto, un probador que solo tiene 256 señales de alimentación parecerá tener sus recursos ampliados o mejorados para permitirle probar 1024 DUT en un solo contacto, gracias a los 1024 relés integrados en el esquema de compartición x4 implementado en la tarjeta de sonda. ATRE genera ahorros significativos en términos de tiempo y costo de prueba, ya que permite a un fabricante de chips o laboratorio de pruebas validar más DUT en un solo contacto sin necesidad de adquirir un probador más avanzado equipado con más recursos.

• Diapositivas adicionales para la Lección 16: "Pruebas, Diseño para la comprobabilidad" , EE271
• Pruebas de sistemas en paquete (SiP) , Jin-Fu Li, Universidad Nacional Central, Taiwán
• Tutorial de la tarjeta de sonda , Keithley Instruments