机械与航太工程研究所精密构装与量测试验室.PPT

發明名稱: 垂直式彈性探針及附壓力感測器之晶圓級垂直式針測卡 (專利發明第 I 231371號) 大綱 (1)簡介 (2)技術回顧 (3)本發明之結構 (4)本發明之特點 (5)模擬分析 (6)結論 (7)權利金預估 1. 簡介 IC 晶圓在製造完成後，無論是邏輯IC 或記憶體IC 的 DRAM / SRAM / FLASH 等， 都會立即進行裸晶測試或預燒(Burn-in)的製程。 將不良品 (Bad die)在封裝前即予以剔除，避免不良品進入封裝， 造成不必要的成本增加。 因此裸晶測試，在半導體產業扮演著重要角色。  2.技術回顧 (1) Epoxy ring 水平式針測卡 探針金屬常採用具高韌性之鈹銅合金， 探針被Epoxy 支撐著， 探針間最小距離可達125um， 多為邊緣式排列而不易做成矩陣排列。  2.技術回顧 (2) 傳統針測卡實際操作時有幾個缺點: (1) 針尖隨懸臂彎曲產生縱向變形外， 也會發生橫向位移 而造成接觸不穩定。 (2) 有橫向位移，無法測試小尺寸鋁墊或金/錫凸塊。(3) 針尖容易黏附雜物， 不易清潔，容易造成功能喪失。(4) 測試過的鋁墊， 有刮痕後續打線或長凸塊會有問題。 (5) 懸臂長度達400~600um，佔據空間大，無法測試高密度 鋁墊， 也不適於2 排或3 排鋁墊之晶片。  3.本發明之結構 (1)：側視圖 3.本發明之結構 (2)：立體圖 3.本發明之結構 (3)：分解圖 3.本發明之結構 (4)：探針與壓力感測器整合圖 3.本發明之結構 (5):壓力感測器示意圖 3.本發明之結構 (6):探針分布在晶粒外圍 3.本發明之結構 (7):探針為陣列式 3.本發明之結構 (8):探針為直線式分佈 3.本發明之結構 (9):針測卡探針及壓力感測器分佈圖 4.本發明之特點 (1)垂直式探針空間較小,晶圓級一次測完 (2)每根探針都有隔離地線設計,串音交連信號小 (3)有壓力感測器,可測探針接觸晶片之壓力 (5)垂直式探針接線短,寄生電感小,適用於高頻 (6)微機電製程容易製作,品質易控制 (7)基板膨脹係數與晶片相同可用於燒入測試 (8)針頭有錐狀設計,可測試焊墊及凸塊 (9)探針只接觸焊墊周圍,不會影響後續打線製程 5.模擬分析(1):探針的變形量與應力 運用模擬軟體ANSYS 分析， 當探針承受外加負荷時， 計算探針內產生的應力與彈性層變形量。 不同的探針結構， 承受不同負荷， 作用在不同厚度之彈性緩衝層(聚亞醯氨， Polyimide)，有不同的應力與變形量。 測試溫度對探針結構應力之熱耦合效應，也納入分析研究。 5.模擬分析(2):探針結構 5.模擬分析(3):探針各部材料之物性 5.模擬分析(4):模擬條件 (1)作用力:4~10(g) (2)上層彈性層厚:8~28(um) (3)下層彈性層厚:8,16,24(um) (4)探針截面:20(um) x 20(um) (5)以ANSYS 模擬變形與主應力之情況 (6)探針為左右對稱， 故模型只取半邊。 5.模擬分析(5):針軸方向變形量與應力曲線 5.模擬分析(6):不同負載作用於不同彈性層厚度之結果 5.模擬分析(7):鎳鎢針截面積尺寸改變分析結果 5.模擬分析(8):鎳鎢針截面積尺寸改變變形量與主應力的變化分析結果 5.模擬分析(9)：彈性層材料性質改變對變形量與主應力的影響 5.模擬分析(10)：彈性層材料性質改變對變形量與主應力的影響 5.模擬分析(11)：探針之熱耦合應力溫度梯度分佈 晶圓及針尖溫度為150℃，散熱面為矽基材背面與錫鉛共晶球 採自然對流散熱(對流係數為20W/m2K)，外界溫度設定為80℃ 5.模擬分析(12)：穩態時矽基材溫度（124.4℃ ~124.9℃） 5.模擬分析(１3)：150 ℃ 時與矽基材接合的鋁金屬層 主壓縮應力為0.74(GPa)而主伸張應力為0.51(GPa) 6.結論 本發明之探針克服懸臂式探針多項缺點，優點有: (1)測試時探針無側向位移，接觸穩定適合傳統焊墊 及凸塊的測試。 (2)探針尺寸小，可為全區域矩陣排列，適合高密度 及細小間距接腳之晶片測試。 (3)探針底部之矽基材挖導通孔，測試訊號可直接傳 至針測介面模組及測試機，傳遞路徑縮短，適合 高頻測試。 (4)針尖接觸傳統焊墊及凸塊無刮痕，排除微小雜物 的黏附干擾， 不必擔心無法清針的問題。 台積電明年將推出MEMS平台 上網時間：2005年09月23日(電子工程專輯網站資訊速遞) (1)經過三年的研發，晶圓代工廠商台積電(TSMC) 表示，把IC製程技術與