探针器的基础知识

更新时间：2025-11-28

浏览次数：134

什么是prober？

探针是一种用于将探针（针）固定在任何位置的装置，也称为探针站。它是一种定位装置，用于将测量器件接触部分的探针连接到半导体电极的正确位置，用于半导体晶圆前一工艺中对半导体晶圆电气元件的测量，主要用于半导体晶圆制造工艺和集成电路设计开发。

半导体的电极部分面积非常小，因此检测装置接触部分的探针必须放置在精确位置。在定位方面，探针器需要非常精确的控制。

除了半导体芯片外，该器件还常用于评估PCB基板、各种薄膜基板（如传感器和滤波器）以及陶瓷基板封装（如LTCC）的电气性能。

探针器通常用于检测半导体、薄膜基板和封装基板等电气性质。用于研发时，需要拥有一个能够去除噪声和防止信号泄漏（串扰）功能、能够高精度测量并在测量方法上尽可能灵活和灵活的模型。

另一方面，在大规模生产时，能够准确快速且高速地处理是最重要的，因此需要从多种探针型号中选择以适应应用需求。

在评估温度特性时，探针侧还需具备耐高温能力，以确保其在高温和低温条件下都能正常工作。此外，用于测量功率器件半导体时，需要一种高压低阻抗的探针。

最典型的硅晶圆应用探针如下描述。探针机由用于固定硅晶圆的晶圆夹头、一个将晶圆夹头向XY方向移动的台、多个用于检测的探针、一个沿Z方向移动至台面的接触板和用于定位的相机组成。

除了这些机制外，探针产品中通常还包含用于移动硅晶圆的输送系统。至于工作原理，晶圆被定型时，硅片会被运输并固定到晶圆检查位置。

之后，探针在XY方向定位，触点板沿Z方向移动，与Z方向的电极接触，同时调整测量探针和硅晶圆上半导体电极的位置。通过该过程，检测设备可以检测半导体的电性能。

近年来，随着半导体器件的微型化，微电流测量成为评估半导体器件制造质量的重要指标。在半导体器件的设计和制造中，材料、晶体生长参数和器件几何形状的变化可能导致器件内部出现意想不到的电流路径，通常称为泄漏电流。

漏电流增加可能由晶格缺陷、栅极氧化层结构或板材选择引起，这些都可能诱导过大功耗，有时降低击穿电压。近年来，半导体器件中双极型晶体管的栅极长度和发射极尺寸变得非常小，虽然驱动所需的电压在降低，但漏电流却在增加。

因此，从质量评估角度来看，需要使用探头进行高精度电流测量。作为提高探针精度的措施之一，低温探针的开发正在进行中。

探针器的接触位置精度直接影响测量精度。如果你在没有适当探究的情况下进行各种评估，你将无法知道自己在评估什么。

例如，如果你想表征半导体器件，但晶圆偏离预定位置并在绝缘体上探测，很容易想象由于与预期结果有较大偏差，评估结果将是非正能量。

在了解评估对象所需的准确性后，就需要专注于提升该准确性。探针的定位精度由一个称为定位器（作器）的部件决定。正确选择符合所需规格的定位器，可以极大提升定位精度。

定位器的规格几乎由四个因素决定：（1）行程长度，（2）运动分辨率，（3）调节灵敏度，以及（4）外部尺寸。每项规范的内容请见下文。

评估具备高频（RF）能力和建模设备的半导体晶体管需要适合射频评估的探针器。

一般使用GSG探头（基盘两侧装有接地信号的针头），但根据要测量的频率，不仅要关注探头本身，还要关注与网络分析仪及各种测量设备的射频电缆。这是因为电缆偏转及其他因素会影响射频测量结果。

在毫米波波段（高于微波波段）使用专用VNA扩展器，但由于探针器配置本身对测量影响很大，仪器配置必须与专门制造商详细讨论。