高密度垂直式探针卡的兴起

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晶圆针测技术随着半导体制程一同演进,至今仍被广泛使用。在完成封装制程前先测试裸晶品质,有助于避免封装不良品所产生的成本。近年来随着半导体制造技术进步,集成电路(IC)尺寸不断缩小、功能持续增加、接脚数也随之上升,传统用于芯片测试的环氧树脂环探针卡组装方式已不足以因应现今需求,市场对高密度垂直式探针卡的需求因而增加。以微机电系统(MEMS)为基础的「高密度垂直式探针卡」与「高频 GSG 探针」开发,聚焦于裸晶测试,以降低封装后才发现不良晶粒所造成的损失。这些技术采用多层厚膜光阻与电镀方式,制作高密度、高精度的垂直式探针卡,借由制程改良降低高价精密探针卡的成本。

目前的趋势强调轻薄短小,以缩减芯片封装面积并提升 IC 性能。覆晶(Flip Chip)封装已普遍应用于绘图 IC、多芯片模块(MCM)中的芯片组、内存产品或 CPU 封装。这些先进封装方式成本高昂;若能在封装前先测试芯片、在晶圆上标记出不良晶粒并于最终封装前剔除,即可省下不必要的封装成本。

探针卡的主要用途,是让卡上的探针与芯片上的銲垫或凸块直接接触,借此截取芯片信号,再搭配周边测试设备与软件控制,达成自动化量测。依探针排列方式,探针卡可分为水平式与垂直式;水平式又可再分为数组式与边缘式。第三种垂直式探针卡与数组式探针卡相似,但探针排列更为密集,可对应更多銲垫或凸块。垂直排列可提供更高的探针密度,并具备同时测试多颗芯片等优点。

探针材质的选择必须与芯片銲垫或凸块的材质相搭配。常用的探针金属包括钨(W)、铍铜(BeCu)与钯合金(Pd)。钨强度高,容易穿透銲垫或凸块表面的氧化铝层,可降低接触阻抗;但具破坏性,不适合薄膜测试的场合。铍铜合金通常用于镀金的芯片銲垫或凸块,接触阻抗低于钨,但硬度较差、磨耗较快。钯合金与铍铜合金性质相近,接触阻抗同样低于钨;其显著优势在于可以电镀方式制作探针。

探针卡市场主要由半导体组件日益复杂所带动。现代电子系统将传感器、处理器与通信模块等多种功能集成在单一芯片上,这种复杂度使得彻底测试成为必要,以找出并修正任何潜在缺陷或性能问题。为了精确评估半导体组件各部分的电气特性与功能,并确保集成电路的整体品质,探针卡在此测试流程中不可或缺。随着 5G、物联网(IoT)与人工智能等新技术需要精密的测试方法以符合严格的性能标准,这些领域的应用扩散正推动探针卡市场稳定成长。全球探针卡市场自 2022 年起持续成长,预期至 2029 年进一步扩大,2023 至 2029 年预测期间的年复合增长率为 6.5%。

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