Từ cát đến chip.

[+-x:=?]

Vì thế các thế hệ máy mới (thật ra hơn 15 năm rồi) không còn lỗ này nữa.

Em xin nói thêm về cái phần card test (hay gọi là probe card) này:

Probe card về cơ bản chia làm 3 loại: blade card, cantilever và vertical.
Blade card: Là cái hình mà pak post lên, bây giờ ít dùng vì số lượng kim tiếp xúc lên wafer ít, thường dùng cho die nhỏ, ít pin. (có lỗ ở giữa)
Cantilever: Hiện giờ dùng rất phổ biến vì lượng kim tiếp xúc lên wafer nhiều, dùng test die lớn nhiều kim. (có lỗ ở giữa nhỏ hơn Blade card)
Vertical: Là xu thế bây giờ, lượng kim tiếp xúc wafer lớn hơn Cantilever, dễ dàng thay kim probe. (không có lỗ ở giữa)

[Paddy]

Em xin nói thêm về cái phần card test (hay gọi là probe card) này:

Probe card về cơ bản chia làm 3 loại: blade card, cantilever và vertical.
Blade card: Là cái hình mà pak post lên, bây giờ ít dùng vì số lượng kim tiếp xúc lên wafer ít, thường dùng cho die nhỏ, ít pin. (có lỗ ở giữa)
Cantilever: Hiện giờ dùng rất phổ biến vì lượng kim tiếp xúc lên wafer nhiều, dùng test die lớn nhiều kim. (có lỗ ở giữa nhỏ hơn Blade card)
Vertical: Là xu thế bây giờ, lượng kim tiếp xúc wafer lớn hơn Cantilever, dễ dàng thay kim probe. (không có lỗ ở giữa)

Nó có loại thứ 4 nữa, ra hơn 10 năm nay rồi. Kêu là membrane PC. Thay vì là kim nó là một miếng cách điện mỏng. Trên đó có các cục "u" dẫn điện để "chấm" lên trên wafer. Loại này bền hơn (nghe nói trên 1 triệu lần touchdown). Nhưng rất mắc. Một cái đầu cho dưới 100 "u" chừng 25K. Và không thay cục u đấy được


Cái loại dao mà bác nói là chừng 25-30 năm trước rồi. Không ai dùng nữa vì lưỡi dao to như đầu dao x-acto.

Vertical như loại pogo pin thì lượng chân ít hơn cantilever. Dễ hiểu thôi vì cantilever đường kính chứng 1 mil, trong khi pogo to gấp chừng 8-10 lần. Pad cho cantilever bao giờ cũng nhỏ hơn bump cho pogo.

Mấy loại SMT chip mà ít chân như Op Amp, power managment, v.v. thì hay dùng bump / pogo PC.

Mấy loại chip nhiều chân như DSP thì pad và cantilever. Tuy nhiên cũng thấy họ dùng small bump và vertical (loại cobra). Loại này mắc hơn pogo rất nhiều, và rất khó sửa.

[Paddy]

Load Board và Probe Card.

Đầu máy test thì có các kim để nối signal ra ngoài. Phía ngoài thì có PCB để tiếp nhận các signals đó và đem tới con IC hoặc die để thử.


Đối với IC thì PCB được kêu là load board (LB), đối với die trên wafer thì kêu là probe card (PC). Lay out của các PCB này thì thường giống nhau.


Trong hình dưới là một PCB. Chung quanh là những pads để nhận signals từ tester qua những kim tại đầu máy.

Mấy vòng tròn kim loại ở giữa thì thường là dây GND và power.

Bo này còn trống nên không biết là cho LB hay PC


Cái rià xanh chung quanh (không có kim loại) là chỗ để dùng các vòng thép để kẹp vào đầu máy.




Mấy bác nào học lay out thì kiếm việc ngồi vẽ mấy cái này. IC đơn giản thì chừng 4 layers. Loại nhiều signals thì lên tới 16 layers.

[JACSION]

evaporation

Đầu máy test thì có các kim để nối signal ra ngoài. Phía ngoài thì có PCB để tiếp nhận các signals đó và đem tới con IC hoặc die để thử.


Đối với IC thì PCB được kêu là load board (LB), đối với die trên wafer thì kêu là probe card (PC). Lay out của các PCB này thì thường giống nhau.


Trong hình dưới là một PCB. Chung quanh là những pads để nhận signals từ tester qua những kim tại đầu máy.

Mấy vòng tròn kim loại ở giữa thì thường là dây GND và power.

Bo này còn trống nên không biết là cho LB hay PC


Cái rià xanh chung quanh (không có kim loại) là chỗ để dùng các vòng thép để kẹp vào đầu máy.




Mấy bác nào học lay out thì kiếm việc ngồi vẽ mấy cái này. IC đơn giản thì chừng 4 layers. Loại nhiều signals thì lên tới 16 layers.

chào bác Paddy .. đọc các bài bác viết em rất khâm bục bác hehe ... chắc ở việt nam mình cũng có công ty làm về lĩnh vực semiconductor rồi nhỉ ? sẵn bác chỉ cho em vài chỗ nhé ?
1) Bác giải thích rõ cho em cái nguyên lí hoạt động của cryo pump với(e có đọc phần trước ùi mà chưa hiểu kĩ lắm ) ? bác có hình ảnh nào về nó cho em xin vs
2) bác làm trong lĩnh vực đó chắc bác có biết về mấy evaporator (máy phún kim loại) . nó dùng 1 cái sợi dây hình như là filament để nóng chảy kim loại ? bác cho e biết cách mà nó làm chảy kim loại ra nha ? với tại sao nó lại dùng điện áp là 10Kv và Curent là 1mA .
3) và trong quá trình đo nó sẽ đo cái độ dày của màn kim loại mình phún đúng hk bác ? và nó dùng 1 sensor để đo độ dày càu màn hình như là QCM ( quat crystal microbalance ) ?
em càm ơn bác nhìu ạ

[Paddy]

chào bác Paddy .. đọc các bài bác viết em rất khâm bục bác hehe ... chắc ở việt nam mình cũng có công ty làm về lĩnh vực semiconductor rồi nhỉ ? sẵn bác chỉ cho em vài chỗ nhé ?
1) Bác giải thích rõ cho em cái nguyên lí hoạt động của cryo pump với(e có đọc phần trước ùi mà chưa hiểu kĩ lắm ) ? bác có hình ảnh nào về nó cho em xin vs
2) bác làm trong lĩnh vực đó chắc bác có biết về mấy evaporator (máy phún kim loại) . nó dùng 1 cái sợi dây hình như là filament để nóng chảy kim loại ? bác cho e biết cách mà nó làm chảy kim loại ra nha ? với tại sao nó lại dùng điện áp là 10Kv và Curent là 1mA .
3) và trong quá trình đo nó sẽ đo cái độ dày của màn kim loại mình phún đúng hk bác ? và nó dùng 1 sensor để đo độ dày càu màn hình như là QCM ( quat crystal microbalance ) ?
em càm ơn bác nhìu ạ

Tớ bận đi chơi quá nên bỏ bê mục này.

1. Cryo pump thì tớ không có hình tự chụp. Bác có thể xem link này mà biết Cryogenic Pump

Hoạt động thì nó dùng lạnh để làm đông các loại ga dễ đông, và làm "chậm" các loại ga khó đông. Giống như trong tủ đá hơi nước bị lạnh bỉến thành đá. Bác để ý thì biết. Tủ đá mà vòng cao su quanh cửa còn tốt thì lúc để qua đêm sáng sau mở cửa sẽ thấy hơi "khó" hơn chút xíu. Lý do là hơi lạnh làm áp xuất đi xuống.


2. Không biết tại sao bác ạ. Tớ học qua máy đó vì nó thuộc về phần "lịch sử" của khâu deposition thôi. Chưa bao giờ thấy máy đấy vì hãng tớ bỏ nó từ thời 70-80 rồi.


3. Thời gian = độ dầy. Đo thì sau này họ dùng sheet resistance, lúc trước thì không biết.

[Paddy]

Probe Card 2

Sẵn bữa này bà đi vắng, phải ở nhà trông con, nấu cơm cho nên viết tiếp về PC (probe card).

Công nghệ tiến hoá rất lẹ cho nên từ vài loại PC đã biến hoá lên cả chục loại khác nhau. Hình dưới là vài loại "kim" trên PC.



Mỗi loại có ưu và khuyết điểm của nó và tùy theo loại wafer mà dùng.

Ví dụ cho loại cantilever trong hình dưới:



Nếu một wafer cón vài ngàn IC thì máy prober phải "bước" (step) rất nhiều mới thử hết được.

Thế thì tại sao không làm một PC mà có cả trăm test site (1 test site thì thử một IC). Như thế chỉ "bước" và lần là xong 1 wafer. Các bác xem hình trên thì thấy rồi. Giây nhợ chằng chịt như thế thì làm sao mà làm nhiều site được ???

Vì thế mà người ta chuyển qua loại kêu là vertical probe. Tức là kim đam thẳng từ PCB xuống chứ không chià ngang ra như cantilever.

Hình dưới là kim của cantilever. Các bác thấy nó choán chỗ không ?




Trong khi đó loại vertical probe thì sẽ đỡ choán chỗ hơn. Xem hình dưới.

[Paddy]

PC, Prober và Tester

Hình dưới là cho wafer probe. Tức là Prober (nằm dưới cùng) quản lý sự di chuyển của wafer. PC nằm giữa có chức vụ "giao dịch" các tín hiệu đưa ra từ Tester và đem xuống mặt wafer (IC bị thử nghiệm). Tester thì nằm trên cùng có nhiệm vụ thử nghiệm.




Hình dưới chỉ có phần PC và wafer thôi.



Prober sẽ đem wafer trên chuck chạy xuống dưới PC rồi sau đó sẽ đi thẳng lên. Kim trên PC sẽ chạm vào pads trên wafer thể là thử nghiệm có thể bắt đầu.

Sau khi thử xong, thì chuck sẽ đi "thẳng xuống" trước khi đi tới die (IC) kế tiếp. Dĩ nhiên rồi phải không ? Nếu đi ngang trước khi đi xuống thì các kim trên PC sẽ "cào" lên mặt wafer và kim sẽ bị cong. Post trên các bác đã thấy vài cái kim bị méo qua một bên.

[Paddy]

Prober và Tester.

Vậy thì cái nào điều khiển cái nào ? Prober hay Tester điều khiển ?

Tùy hãng, tùy theo lối thử, tùy theo nhiều thứ khác nữa.

Trước tiên là nói về sự liên lạc giữa Prober và Tester. Thường thì bây giờ GPIB là thông dụng nhất. Serial và Parallel không còn thấy nữa. Tại sao không dùng các thứ mới hơn cho lẹ hơn ? Không giúp đỡ gì hơn được vì step của Prober mấy mấy trăm mS rồi, quá chậm đối với GPIB.

Đối với Prober thì nếu nó tự điều khiển thì thường được kêu là internal probe mode. Nếu Tester điều khiển thì kêu là external probe mode (từ ngoài điều khiển).

Điều khiển cái gì ? Điều khiển die nào sẽ bị thử.

Nếu Prober tự điều khiển thì nó bước tới die nào đó, nâng wafer lên để chạm vô kim trên PC, rồi gởi lệnh bắt đầu thử (start test) và ngồi chờ Tester làm việc. Sau khi tester xong thi sẽ gửi lệnh thử xong rồi (test end) và kèm theo kết quả (result, trong nghề kêu là bin code). Prober nhận lệnh test end, thi sẽ đọc bin code, rồi hiển thị lên màn hình cho operator biết là được loại bin nào. Thường thì bin 1 là tốt, bin 6 là open/short fail, rồi vài loại khác nữa. Sẽ nói thêm. Prober sẽ bước tới die kế tiếp rồi lập lại start test, cứ thế cho tới lúc xong hết wafer. Lúc này thì kết quả của wafer sẽ được lưu giữ trong prober hay gởi lên server.

Nếu bên tester có vấn đề thì sao ? Trong prober có phần time out (giống như WDT trong controller), chờ lâu quá mà không thấy test end từ tester thì nó sẽ báo động (alarm) cho operator biết.




Còn nếy tester điều khiển thì nó ra lệnh cho prober "bước" đến die tại toạ độ nào đó, nâng wafer lên. Prober sẽ tuân lệnh, và gởi lệnh sẵn sàng (ready for test). Tester bắt đầu thử và khi xong thì sẽ kêu prober đi tới die khác. Còn kết quả thì sao ? Thường thì kết quả sẽ hiển thị lên màn hình của bên tester. Bên prober không cần biết tới kết quả. Và tester phải lo vụ gởi kết quả vô server.

[Paddy]

Bin Code

Theo sự hiẻu biết cuả bản thân tớ về lịch sử của nghành này thì ngày xưa (thời 60) họ dùng một hộp gỗ lớn chia thành nhiều hộc (bin). Thời đó chưa biết ESD nên gỗ được dùng thoải mái. Mấy hộc này nhìn y hết như mấy hộc đựng thơ và chià khoá trong khách sạn.

Khi IC được thử nghiệm thì được chia ra 2 loại chính, đó là tốt và xấu.

Loại tốt được chia ra nhiều hạng (giống như nước mắm nhĩ và nước mắm nấu). Loại tốt nhất thì cho vào hộc số 1, loại dở hơn vô hộc 2, rồi tới hộc 3, v.v.

Thế trong các loại tốt bin 1, bin 2 khác nhau cái gì ? Thường thì là vận tốc. Ví dụ một AND gate IC. Một cái chạy được 10MHz đúng như đã tiên đoán trong design thì vô bin 1 (hộc 1). Cái IC khác chạy 8MHz thì được, nhưng lên tới 10MHz thì cho kết quả sai, thế là được cho vô bin 2. v.v.

Đó là vài chục năm trước rồi, bây giờ theo tớ biết thì không còn trò này nữa. Lý do là process, design tốt hơn. Và quan trọng hơn là software simulation rất tốt. Trong hãng tớ bây giờ chỉ có 1 loại tốt thôi chứ không còn mắm nhĩ hay mắm nấu nữa.


Loại xấu thì thẩy vô chung một chỗ rồi sẽ vô thùng rác. Tuy nhiên các hãng cũng sẽ phân loại các IC xấu. Lý do là họ muốn biết hư từ khâu nào ra. Ví dụ hư open/short (hở hay ngắn mạch), sẽ được đem ra mổ xẻ (khâu FA -Failure Analysis) để coi có phải tại khâu đóng gói (packaging) là hư hay không. Còn nếu hư logic (VD: AND gate mà 1+1 = 0 thì sẽ coi tại process trong fab hay tại design ). Và từ đó họ sẽ kiếm cách sửa lại cho tốt hơn.



PS: Quên không nói thêm là các IC khi thử và phân loại song sẽ cho vô ống đựng, rồi sau đó nhét vô hộc (bin) để qua khâu kế tiếp. Nếu quăng thảng vô hộc thi cong hết chân IC.

[Paddy]

Laser trim đút qua lỗ đầu máy test là tại nó có sẵn rồi. Những máy laser trim về sau này nằm phía dưới đầu máy, vì không còn lỗ để đút qua nữa.


Lý do họ làm cái lỗ ấy là tại vì cái máy prober.

Đầu máy tester thì gắn cái probe card. Trên mặt chuck của prober thì có wafer. Việc đầu tiên là (thật ra là việc thứ 2, sẽ nói sau) là làm sao các kim trên probe card "đâm" đúng vào các pads trên wafer. Cách tiện nhất là dùng kính hiển vi đặt phiá trên probe card nhìn xuống mặt wafer.

Người chạy máy sẽ điều khiển prober cho nó đứng đúng vị trí (tức là kim probe card nằm đúng lên pads của die). Sau đó sẽ báo cho prober biết là đây là vị trí của một die. Từ đó prober sẽ biết và tự tính ra vị trí của các die kế tiếp.

Chính vì vậy mà các đầu máy tester phải chừa lỗ hổng để thò kính hiển vi vô nhìn.

Sẵn có lỗ đó rồi nên họ làm lỗ thông hơi luôn, rồi làm thành lỗ phun hơi N2 trong trường hợp chạy nhiệt độ âm để không bị đóng đá, rồi laser trim, thermal camera, v.v.


Sau này kỹ nghệ tân tiến hơn thì họ gắn camera nhìn tứ dưới lên để kiếm đầu kim của probe card. Lúc đó thì computer sẽ tự tính ra chỗ nào để probe. Từ khi có thêm cái camera này thì không cần tới cái lỗ trên tester nữa. Vì thế các thế hệ máy mới (thật ra hơn 15 năm rồi) không còn lỗ này nữa.

Hình trên là loại Prober của hãng ElectroGlas (EG - giờ đã phá sản rồi). Loại này tớ đoán chừng thời 80. Loại này thì tester không nằm lên, mà sẽ có giây điện đi từ PC ra đến tester. Tớ đoán vậy thôi vì kính gắn như thế thì sao mà gắn tester vô được ? Mấy loại về sau thì kính hiển vi năm trên một cái tay quay và sẽ xếp gọn qua một bên để máy tester gắn lên.

Các bác có thấy cái kính hiển vi phía trên không. Nó dùng để cho operator biết là kim và pad đã nằm đúng chỗ. Sau đó họ sẽ cho máy prober biết là probe và pad đã được xếp thẳng hàng rồi (align).


Máy bây giờ thì tự động hoá hết, không cần tới mắt của operator nữa.

[Paddy]

Prober

Tớ viết thêm về cái prober này là vì người chế tạo ra đã nghĩ "outside the box".

Làm sao cái chuck di chuyển hướng X và Y được.

Các bác thử tưởng tượng trong đầu về một động cơ bước nhá. Rotor thì có cuộn giây, stator thì có nam châm (đại khái là vậy đi). Hai cái không bao giờ chạm vào nhau hết vì có bạc đạn giữ 2 cái lại rồi. Cho signal vào thì rotor sẽ bước theo hướng nào đó.

Bây giờ các bác cắt stator ra rồi bẻ cho nó thẳng ra. Cuộn rotor cũng được cắt đôi và trải thẳng ra. Bây giờ nếu cho signal vô thì nó không còn quay nữa mà rotor sẽ di chuyển qua lại trên mặt stator. Dĩ nhiên là không được rồi vì ma sát sẽ không cho phép. Nhưng nếu bây giờ bơm hơi ép vô rotor cho nó phun xuống mặt stator và nổi lên giống như loại thuyền hovercraft. Vậy thì ma sát không còn nữa. Xem hình dưới của hovercraft.

Hovercraft - Wikipedia, the free encyclopedia




Đó là lối suy nghĩ khi họ chế ra máy này.

Nó hơi khác với động cơ bước là có tới 2 rotor. Một dùng cho đi hướng X và một thì dùng cho đi hướng Y. Một cái khác nữa là nam châm và cuộn giây "cảm ứng từ trường" đều nằm trong rotor hết. Trên stator chỉ có các đầu sắt non nhỏ như cái kim để sẽ tạm thời biến thành nam châm. Bác nào rành về động cơ bước thì cứ tự nhiên giải thích thêm nha.

Hình trên là cái prober của EG. Nếu đoán không lầm thì là model EG-4090u. Loại này chạy từ 5-8 inch wafer. Trong hình là 8 inch wafer.

[Paddy]

Handler.

Các post trước đã nói về prober để thử nghiệm wafer. Bây giờ nói về máy handler để thử nghiệm IC.

Handler là tên chung cho tất cả các máy dùng để "đưa" IC vô LB (load board) cho Tester thử nghiệm

Handler chia làm 2 loại chính Pick & Place (tạm dịch là nhấc lên và bỏ vô) và Gravity Fed (dùng trọng lực).


Máy Gravity Fed thì rất đơn giản vì nó dùng trọng lực để đưa IC vào chỗ test (test site). Xem hình dưới.



IC trong ống nhựa được cắm vô hoặc đổ vào các "rãnh" trong máy. Rồi máy sẽ cho từng con IC vào test site để thử nghiệm. Giống như Prober, nó cho ra "start test" và sẽ chờ cho tester chạy xong và nhận "end test" và kết quả (bin code). Nó cũng có "time out" giống như prober.

Khác với prober là mỗi loại IC sẽ được cho ra một rãnh khác nhau. Dĩ nhiên rồi !!! Làm sao operator nhìn con IC mà biết nó tốt hay xấu. Trong hình trên thì IC đước đổ hay cắm (ống nhựa) vô trên đầu máy. IC thử song có kết quả sẽ chạy ra đúng rãnh của kết quả đó và operator sẽ cắm ống nhựa vô để IC "chẩy" vô trong ống.



Các bác xem vid dưới cho dễ hiểu hơn.

Loại máy này gần như không còn dùng trong kỹ nghệ hiện nay nữa. Lý do là loại máy này chỉ thích hơp cho DIP, SOJ, SOIC, v.v. thôi. Các loại như PLCC, bump, CSP và link kiện dán, và các loại "silicon dust" không thể vô máy này được.

[bqviet]

Tớ viết thêm về cái prober này là vì người chế tạo ra đã nghĩ "outside the box".

Làm sao cái chuck di chuyển hướng X và Y được.

Các bác thử tưởng tượng trong đầu về một động cơ bước nhá. Rotor thì có cuộn giây, stator thì có nam châm (đại khái là vậy đi). Hai cái không bao giờ chạm vào nhau hết vì có bạc đạn giữ 2 cái lại rồi. Cho signal vào thì rotor sẽ bước theo hướng nào đó.

Bây giờ các bác cắt stator ra rồi bẻ cho nó thẳng ra. Cuộn rotor cũng được cắt đôi và trải thẳng ra. Bây giờ nếu cho signal vô thì nó không còn quay nữa mà rotor sẽ di chuyển qua lại trên mặt stator. Dĩ nhiên là không được rồi vì ma sát sẽ không cho phép. Nhưng nếu bây giờ bơm hơi ép vô rotor cho nó phun xuống mặt stator và nổi lên giống như loại thuyền hovercraft. Vậy thì ma sát không còn nữa. Xem hình dưới của hovercraft.

Hovercraft - Wikipedia, the free encyclopedia




Đó là lối suy nghĩ khi họ chế ra máy này.

Nó hơi khác với động cơ bước là có tới 2 rotor. Một dùng cho đi hướng X và một thì dùng cho đi hướng Y. Một cái khác nữa là nam châm và cuộn giây "cảm ứng từ trường" đều nằm trong rotor hết. Trên stator chỉ có các đầu sắt non nhỏ như cái kim để sẽ tạm thời biến thành nam châm. Bác nào rành về động cơ bước thì cứ tự nhiên giải thích thêm nha.

Hình trên là cái prober của EG. Nếu đoán không lầm thì là model EG-4090u. Loại này chạy từ 5-8 inch wafer. Trong hình là 8 inch wafer.

Cấu tạo kiểu này gần giống với tàu đệm khí, "bullet train" / TGV ...

[Paddy]

Cấu tạo kiểu này gần giống với tàu đệm khí, "bullet train" / TGV ...

Hovercraft là tầu đêm khí đấy bác.




Còn bullet train TGV thì khác xa. Loại thường thì chỉ là bánh xe lửa thôi, loại mag lev thì dùng từ trường để "nổi" lên trên đường .

[Paddy]

Pick and Palce Hanlder.

Loại handler thứ 2 kêu là pick & place. Cái tên này nếu nói trong khâu assembly thì là máy gắn link kiện lên PCB, và hoàn toàn khác với loại trong test floor.

Vid trên là máy P&P của hãng Multitest.

IC từ khay (kêu là tray) nhựa đen được tay robot nhặt lên (pick) và đặt vô một khay kim loại. Từ đó lại được tay robot 2 đưa vô một khay kim loại khác (giây thứ 55-57). Và rồi sẽ được đưa vô chỗ thử (kêu là test site). Phút thứ 1:02 các bác sẽ thấy con IC được đẩy vô test site (không có trong vid). Phần giữ con IC này đẻ đẩy vô socket kêu là workpress. Sau khi thử nghiệm song thì nó sẽ được chuyển ra ngoài vào khay đúng theo kết quả đã thử (tốt hay xấu, v.v.).

Nhìn theo lối cấu tạo trong máy thì tớ đoán chừng là máy này có thể thử 4 con IC cùng một lúc.

Câu hỏi cho các bác: Tại sao họ dùng khay kim loại rất dầy trong máy ?