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晶圆探针卡的分类及设计参数

作者:蔡瑾 字数:1802  点击:

摘 要:晶圆探针卡是半导体在制造晶圆阶段的重要测试分析接口,通过连接测试机和芯片传输信号对芯片参数进行测试。本文在介绍探针卡定义及分类基础上,详细说明探针卡的主要设计参数。

关键词:悬臂探针卡;垂直探针卡;分类;设计参数

1 引言

晶圆探针卡又称探针卡,英文名称“Probe card”。广泛应用于内存、逻辑、消费、驱动、通讯IC等科技产品的晶圆测试,属半导体产业中相当细微的一环。当IC设计完成后,会下单给晶圆代工厂制作,晶圆制作完成后而尚未切割封装之际,为确保晶圆良率及避免封装的浪费,须执行晶圆电性测试及分析制程。探针卡与测试机构成测试回路,于IC封装前,以探针针测晶粒,筛选出电性功能不良的芯片,避免不良品造成后段制造成本的浪费。

随着半导体制成的快速进展,传统探针卡已面临测试极限,为满足高积密度测试,探针卡类型不断发展,本文就介绍探针卡分类及主要设计参数。

2 探针卡概述

2.1 探针卡定义

“探针卡”是一种测试接口,通过连接测试机和芯片传输信号,对芯片参数进行测试。探针卡将探针与芯片上的焊垫直接接触,引出芯片讯号,配合周边测试仪器与软件控制达到自动化量测的目的。

3 探针卡发展概况及种类

随着晶圆技术的不断提升,探针卡的种类不断更新。最早的探针卡发展于1969年。主要分为epoxy ring水平式探针卡;薄膜式水平式探针卡;垂直式探针卡;桥接支持构件;SO I 形式探针卡。

目前晶圆测试厂广泛用于晶圆测试的探针卡为悬臂及垂直探针卡2种类型。

4 探针卡设计参数及优点

4.1 探针卡设计参数

针位:探针在焊垫上的x,y位置

水平:探针卡上所有探针Z方向最大水平差

接触电阻:探针表面和焊垫之间的接触电阻

漏电流:2个或更多信号之间产生的漏电电流

针径参数:针径,针长,角度,形状

4.2 悬臂探针卡优点

悬臂探针卡使用较普及,先将探针按一定角度,长度弯曲后,再用环氧树脂固定,针位较稳定。主要优点:

多种探针尺寸,多元探针材质

摆针形式灵活,单层,多层针均可

造价低廉,可更换单根探针

用于大电流测试

4.3 悬臂探针卡的主要设计参数

针位:+/-0.25mil

水平:+/-0.25mil

针压:2-3g/mil+/-20%

漏电流:10nA/5V

接触电阻:3/20mA

4.4 垂直探针卡的优点

垂直探针卡能带来更高的能力及效能,主要优点:

多种针尖尺寸

高度平行处理,适合Multi-Dut

高科技探针材料,高温测试

高频率探测能力

4.5 垂直探针卡的探针类型

垂直探针种类很多,分为Cobra、 Vi-probe、 Apollo、MEMS等多种技术。 主流探针,探针卡供应商有MicroProbe、FEINMETALL、SV Probe、Technoprobe。

4.6 垂直探针卡的主要设计参数

探针针径类型、针位、水平、针压、针长、漏电流、接触电阻等。

按垂直探针类型划分关键设计参数:

5 结论

探针卡的发展前景及晶圆高科技设计的不断更新让人欢欣鼓舞,这代表着科技的不断进步,但我们应看到探针卡依然面临不少挑战,比如探针成本不断增加,维修更换探针高科技人员的培养,通过有效控制测试机台在线清洁探针的频率及各种参数来提高探针卡使用寿命。

总体来讲,晶圆探针卡的发展可谓机遇与挑战并存,需要高科技人员不断学习,,跟上世界尖端技术的步伐。

参考文献

[1]黄荣堂,赖文雄. 晶圆级探针卡简介.台北科技大学机电整合研究所 2010.

[2]R. Iscoff, ”What’s in the cards for wafer probing,” Semiconduct.Int(June,1994)

[5] D. Langlois, M. Fardel, K. R. Heiman, and F. Du, Proc. IEEE/SEM Advance Manufacturing Conference, (2003)

[6] B. Newboe, “The probe card dileman.”Semiconduct.Int(Sept,1992)

[7]李健,孙兵,《工业控制计算机》2007年 悬臂式环氧树脂探针卡的制造


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