IC 製造的無名英雄 —— 探針卡

資料來源: www.ctimes.com.tw

探針卡用於積體電路(IC)製造封裝前的階段,以探針對裸晶進行功能測試。此製程有助於篩出不良品,並為後續封裝製程做準備,因此在積體電路的製造成本中扮演相當重要的角色。探針卡可將成品良率由原本的 70% 提升至 90%。即使是 1% 的良率差異 —— 這可由 20% 的良率提升所貢獻 —— 對半導體製造商而言都極為重要。

本質上,探針卡是測試機台與晶圓之間的介面,確保晶圓切割後只有良品進入下一階段封裝,避免不良品造成浪費。因此,高可靠度是探針卡製造商競爭力的關鍵指標。

依應用不同,IC 測試領域的探針卡可分為環氧樹脂環探針卡(Epoxy Ring Probe Card)、垂直式探針卡與 MEMS 探針卡。以下進一步從技術面分析環氧樹脂環探針卡與 MEMS 探針卡。

環氧樹脂環探針卡技術分析

自 1970 年代問世以來,環氧樹脂環探針卡技術因具備生產快速、少量多樣與泛用性等優勢,已成為半導體產業廣泛採用的測試方案。其製造流程包括:依銲墊配置設計 Mylar 鑽孔與治具、逐根人工植入探針、將探針固定以完成環氧樹脂環探針頭、以焊接方式將探針連接至印刷電路板(PCB),最後在磨針機上確保共面度。環氧樹脂環探針卡雖然在速度、數量與泛用性上具有優勢,但仍存在若干先天的設計缺陷,限制了其應用範圍。

MicroSpring 探針卡技術分析

為克服傳統環氧樹脂環探針卡在 DRAM 測試上的技術限制,美國 FFI 推出了 MicroSpring 探針卡。這類探針卡的探針之間受力分布接近均勻,並配有一組水平調整機構,因而發展出獨特的多晶粒(multi-DUT)測試技術。具體而言,MicroSpring 探針以硬銲、軟銲與熔接等方式固定於空間轉換器(Space transformer)上。空間轉換器一般為多層陶瓷基板(MLC),可提供明確的水平基準面與線路重佈。藉由以 MLC 水平基準面為基礎的調整機構,MicroSpring 探針得以達成優異的共面度。

由以上分析可見,這類探針卡的核心技術在於 MicroSpring 探針的製造。該技術決定了它能否滿足半導體接腳測試的需求,以及對各類產品的適用性。

整合式探針卡技術分析

為打破 FFI 在全球 DRAM 測試市場的壟斷、提升產出,並發展出更細間距、更高接腳數的探針卡技術,工研院機械與機電系統研究所運用微機電系統(MEMS)技術,提出了整合式探針卡的概念。

整合式探針結構結合高深寬比微影技術、乾/濕蝕刻技術、高硬度電鑄技術與平坦化技術等微加工製程,使所有探針一體成形,克服了環氧樹脂環探針卡人工植針、以及 MicroSpring 探針卡逐根焊接的限制。這種更高程度的自動化,打破了生產成本隨接腳數增加而上升的限制,有利於製造高接腳數的探針卡。

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