Load Board, Probe Card, PIB, Hi-Fix là gì? Hiểu đúng các loại bo mạch giao tiếp kiểm thử bán dẫn
Trong kiểm thử bán dẫn, thiết bị kiểm thử tự động (ATE) không tiếp xúc trực tiếp với chip. Giữa hai bên là các bo mạch giao tiếp kiểm thử (Test Interface Board) như Probe Card, PIB, Load Board hay Hi-Fix Board. Bài viết giải thích từng loại bo, vị trí của chúng trong quy trình kiểm thử, sự khác nhau giữa probe card dạng Cantilever và Vertical, và vì sao các bo này cần được kiểm tra điện định kỳ.
1. Test Interface Board là gì?
Test Interface Board (bo mạch giao tiếp kiểm thử) là nhóm bo mạch và đồ gá nằm giữa đầu kiểm thử (test head) của ATE và linh kiện cần kiểm tra (DUT). Chúng có nhiệm vụ dẫn tín hiệu kiểm thử từ ATE tới đúng chân của chip và đưa tín hiệu phản hồi trở lại, với tổn hao và méo dạng thấp nhất có thể.
Mỗi loại bo được dùng ở một công đoạn khác nhau của quy trình kiểm thử:
| Công đoạn | Kiểm tra cái gì | Bo giao tiếp chính |
| Kiểm thử mức wafer (wafer sort / chip probing) | Từng chip khi còn trên tấm wafer, trước khi cắt và đóng gói | Probe Card, PIB |
| Kiểm thử thành phẩm (final test) | Chip đã đóng gói, trước khi xuất xưởng | Load Board (DUT board), Hi-Fix Board, socket |
2. Probe Card là gì?
Probe Card là bo mạch mang các đầu dò (kim) siêu nhỏ, tiếp xúc trực tiếp với các điểm pad hoặc bump trên chip khi chip còn nằm trên wafer. Probe card được lắp trong máy dò (prober); máy dò di chuyển wafer để từng chip lần lượt tiếp xúc với đầu dò.
Probe card phải bảo đảm đồng thời độ chính xác vị trí ở mức micromet, lực tiếp xúc ổn định, và đường tín hiệu đủ tốt cho tốc độ kiểm thử. Đầu dò bị mòn, bẩn hoặc lệch theo thời gian sử dụng, nên probe card cần được bảo dưỡng và kiểm tra định kỳ.
3. PIB (Probe Interface Board) là gì?
PIB (Probe Interface Board) là bo mạch trung gian nối đầu kiểm thử của ATE với probe card trong công đoạn kiểm thử mức wafer. PIB phân phối tín hiệu từ các kênh của ATE tới probe card và thường mang thêm linh kiện phục vụ kiểm thử. Vì toàn bộ tín hiệu đi qua PIB trước khi tới probe card, lỗi trên PIB ảnh hưởng tới mọi chip được kiểm thử bằng bộ đồ gá đó.
4. Load Board là gì?
Load Board (còn gọi là DUT board hoặc DIB – Device Interface Board) là bo mạch lắp trên đầu kiểm thử của ATE trong công đoạn kiểm thử thành phẩm, mang socket để giữ chip đã đóng gói. Load board thường làm việc cùng máy handler (máy tự động gắp và đặt chip vào socket).
Load board cho chip tốc độ cao thường là PCB nhiều lớp, có yêu cầu chặt về kiểm soát trở kháng, chiều dài đường mạch và nhiễu xuyên kênh. Để kiểm thử song song nhiều chip, một load board có thể mang rất nhiều kênh tín hiệu.
5. Hi-Fix Board là gì?
Hi-Fix Board là bo giao tiếp dùng phổ biến trong kiểm thử bộ nhớ ở công đoạn thành phẩm, kết nối đầu kiểm thử với các socket trên handler. Kiểm thử bộ nhớ thường chạy song song rất nhiều chip cùng lúc, vì vậy Hi-Fix Board có số lượng kênh lớn và yêu cầu cao về tính đồng nhất giữa các kênh.
Bảng tổng hợp thuật ngữ
| Thuật ngữ | Tên đầy đủ / tên khác | Công đoạn | Vai trò |
| ATE | Automatic Test Equipment – thiết bị kiểm thử tự động | Cả hai | Phát và đo tín hiệu kiểm thử |
| DUT | Device Under Test – thiết bị cần kiểm tra | Cả hai | Chip, linh kiện hoặc mô-đun được kiểm tra |
| Probe Card | Thẻ đầu dò | Wafer sort | Tiếp xúc trực tiếp với chip trên wafer |
| PIB | Probe Interface Board | Wafer sort | Nối ATE với probe card |
| Prober | Máy dò wafer | Wafer sort | Định vị wafer, đưa chip tiếp xúc đầu dò |
| Load Board | DUT board, DIB | Final test | Mang socket, nối ATE với chip đã đóng gói |
| Hi-Fix Board | — | Final test (bộ nhớ) | Nối đầu kiểm thử với socket trên handler |
| Handler | Máy gắp đặt chip | Final test | Đưa chip vào và lấy chip ra khỏi socket |
| Socket | Đế kiểm thử | Final test | Giữ chip, tạo tiếp xúc điện qua pogo pin hoặc cấu trúc tương tự |
| Interposer | Lớp trung gian | Đóng gói / kết nối | Dẫn tín hiệu giữa các lớp có bước chân khác nhau |
| Pogo pin | Đầu dò lò xo | Socket, đồ gá | Tiếp xúc điện đàn hồi, tháo lắp nhiều lần |
6. Probe card dạng Cantilever và Vertical khác nhau thế nào?
Cantilever (dạng đòn bẩy): kim đầu dò được gắn nghiêng, cố định ở một đầu (thường bằng vòng nhựa epoxy), đầu kim tì xuống pad như một đòn bẩy. Đây là công nghệ lâu đời, phổ biến.
Vertical (dạng thẳng đứng): đầu dò đặt thẳng đứng, được dẫn hướng qua các tấm đỡ có lỗ, tiếp xúc vuông góc với pad hoặc bump. Cấu trúc này cho phép bố trí đầu dò theo dạng mảng trên toàn bề mặt chip.
| Tiêu chí | Cantilever | Vertical |
| Bố trí điểm tiếp xúc | Phù hợp pad bố trí quanh viền chip | Phù hợp pad/bump bố trí dạng mảng trên toàn bề mặt |
| Số lượng đầu dò | Hạn chế hơn do không gian bố trí kim nghiêng | Cao hơn, phù hợp chip nhiều chân và kiểm thử song song nhiều chip |
| Ứng dụng điển hình | Chip có số chân vừa phải, pad ngoại vi | Chip flip-chip, bump, mật độ cao |
| Bảo trì | Có thể chỉnh, thay từng kim; cần căn chỉnh độ phẳng định kỳ | Đầu dò thường thay thế theo mô-đun |
| Chi phí | Thường thấp hơn | Thường cao hơn |
Ngoài hai loại trên còn có probe card dạng MEMS, chế tạo đầu dò bằng công nghệ vi cơ điện tử, dùng cho bước chân rất nhỏ và số lượng đầu dò lớn. Lựa chọn loại nào phụ thuộc thiết kế chip, số chân, bước chân và yêu cầu kiểm thử song song.
7. Vì sao bo mạch giao tiếp cần được kiểm tra điện?
Mọi tín hiệu kiểm thử đều đi qua bo giao tiếp. Nếu bo có kênh hở mạch, gián đoạn trở kháng, độ trễ lệch hoặc nhiễu xuyên kênh, ATE sẽ cho kết quả sai: loại nhầm chip tốt hoặc bỏ lọt chip lỗi. Khi số kênh trên một bo lên tới hàng nghìn, việc kiểm tra từng kênh trở nên rất tốn thời gian. Đọc thêm tại https://hason.vn/kiem-tra-test-interface-board-vi-sao-do-tdr-tung-kenh-tro-thanh-nut-that-va-cach-kiem-tra-da-kenh/
RF-MAPS của THE JINSOL được thiết kế để kiểm tra điện các loại bo trên (Probe Card dạng Cantilever và Vertical, Load Board, PIB, Hi-Fix Board) cùng các thành phần kết nối như cáp tốc độ cao, interposer và package board, với cấu hình tới 4.096 kênh. Xem chi tiết tại https://hason.vn/san-pham/rf-maps-he-thong-kiem-tra-dien-rf-da-kenh-cho-test-interface-board-va-dien-tu-o-to/
Câu hỏi thường gặp
Probe card và load board khác nhau thế nào?
Probe card dùng ở công đoạn kiểm thử chip trên wafer, tiếp xúc trực tiếp với pad của chip. Load board dùng ở công đoạn kiểm thử chip đã đóng gói, giữ chip qua socket.
PIB và probe card có phải là một không?
Không. PIB là bo trung gian nối ATE với probe card; probe card là bộ phận mang đầu dò tiếp xúc với chip.
Bo mạch giao tiếp có cần kiểm tra khi còn mới không?
Nên kiểm tra khi nghiệm thu đầu vào để phát hiện lỗi chế tạo và tạo dữ liệu gốc, sau đó kiểm tra định kỳ để theo dõi mức xuống cấp.
