产学合作成果专刊25.微机电阵列式晶圆探针卡.PDF

產學合作成果專刊 25. 微機電陣列式晶圓探針卡 鄒慶福副教授、賴騰憲博士生 逢甲大學 自動控制工程學系 電機與通訊工程博士學位學程 摘要 晶封裝即為在IC的I/O Port植入錫鉛材料的凸塊或錫球作 為與外部的電性連接接點 ，再將IC導至與基板相對應之 探針卡的發展長久以來與積體電路的發展有著密不 電極連結 ，便完成了覆晶封裝製程 ，有別於傳統打線方 可分的關係 ，探針的設計會因不同的IC世代發展出不同 式 ，可有效減小IC的封裝體積 。而覆晶封裝的接腳排列 的規格 ，以符合IC電性量測上的需求 。目前IC晶片的發 皆為陣列排列之形式 ，因此更加提高了陣列式探針卡的 展趨勢持續朝向微小 、快速與多功能的異質性整合 ，其 重要性。 內部的電晶體數量也依據摩爾定律不斷的倍增 ，同時晶 片面積也要求愈做愈小 ，因此I C的輸出/ 輸入腳位將具 探針除了有排列方式的差異外 ，根據其待測點的 有小間距與多腳數的特性 ，然而如此高密度輸出訊號接 不同也會影響探針設計的考量 。待測點主要可分為平坦 腳之電性量測也將成為探針卡設計的一大挑戰。目前現 式電極(Pa d)與金屬凸塊(Bu m p)兩種型式 ，平坦電極的 有的探針卡 ，主要是透過人工組裝的方式 ，將探針排列 即為半導體製程完成後所裸露之電極 ，由於後段製程所 成所需要的偵測位置 ，但是隨著晶片尺寸的縮小與封裝 使用的金屬材料多為鋁(A l)或銅(C u) ，此兩種金屬於一 技術的演進 ，電極間距離會愈來愈小 ，且探針的排列方 般環境下皆會產生氧化層 ，因此在設計探針的機械特性 式也由周圍式改變為陣列式 ，因此人工組裝的探針卡也 時需特別注意是否有足夠承受刺穿氧化層的力量 ，若無 將隨著間距縮小而遇到瓶頸 。有鑑於此 ，利用微機電技 法刺穿氧化層 ，將無法有效讀取到電性訊號 。而凸塊待 術製作的探針結構 ，可輕易製作出小間距與任意幾何形 測點則多為封裝前所製作的電性連接點 ，使用材料多為 狀排列的陣列式探針 ，因此能省去傳統探針卡人工組裝 錫(S n) 、鉛(Pb)所組成 ，由於此類材料較不易與空氣反 所產生的問題 ，此外以微機電技術製作的探針結構是採 應 ，因此並無前述之氧化問題 ，然而每個待測點之間有 用微製程配合微電鑄的方式進行製作 ，因此具有批量製 較大的高低誤差量 ，因此設計考量上則需特別注意到探 造與低成本的優點 ，極有可能成為未來製作探針卡的趨 針之順應性(Compliant)與所能承受之最大位移量 ，若探 勢 。以下本文將提出三種不同型式之微機電式探針卡 ， 針的位移量不足 ，則會導致部份接點無法接觸到探針的 並對探針之元件特性與製作方式進行簡單的介紹 。 情形 ，相同也會造成部分電極擷取不到訊號 。根據前述 的探針排列方式與待測點的不同 ，因此發展出各種不同 形式之探針卡 ，接著將對現有探針卡以及本實驗室開發 一、前言 之微機電(Micro-electro-mechanical