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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,),中華大學 機械系,林君明 教授,1,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,2,1. 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,，,防止不良品進入封裝,，,造成不必要的本钱增加,。,因此,裸晶測試,，在半導體產業,扮演著重要角色,。,3,2.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,。,4,2.技術回顧 (2),雙壓電加熱驅動陣列式微懸臂探針,微懸臂以矽基材為座，由金屬層、SiO,2,及加熱層組成,，,加熱時因金屬層熱膨脹係數大於SiO,2,，,使得微懸臂向SiO,2,層彎曲,5,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400600um，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。,6,3.,本發明之結構,(1),：側視圖,7,3.,本發明之結構,(2),：立體圖,8,3.,本發明之結構,(3),：分解圖,9,3,.,本發明之結構,(4),：探針與壓力感測器整合圖,10,3,.,本發明之結構,(5):,壓力感測器示意圖,11,3,.,本發明之結構,(6):,探針分布在晶粒外圍,12,3,.,本發明之結構,(7):,探針為陣列式,13,3,.,本發明之結構,(8):,探針為直線式分佈,14,3,.,本發明之結構,(9):,針測卡探針及壓力感測器分佈圖,15,4.,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,品質易操作,(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,16,5.,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,。,17,5.,模擬分析,(2):,探針結構,簡化成四個局部:,1.,探針突出尖端,，,由鎢、鎳及鋁材組成,。,2.,探針彈性層,，,由聚亞醯氨(Polyimide)組成,。,3.,矽基材導通層,，,由鋁、鎳及金披覆,，,再用錫,鉛合金,以,外表接著技術接合組成,。,4.,印刷電路板層,，,由銅、鎳、金及FR-4 組成,。,18,5.,模擬分析,(3):,探針各部材料之物性,表3-1 材料特性,19,5.,模擬分析,(4):,模擬條件,(1)作用力,:,410(g),(2)上層彈性層厚:828(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,。,20,5.,模擬分析,(5):,針軸方向變形量與應力曲線,21,5.,模擬分析,(6):,不同負載作用於不同彈性層厚度之結果,22,5.,模擬分析,(7):,鎳鎢針截面積尺寸改變,分析結果,探針之針尖尺寸變化,，,由10(um)增加到30(um),，,作用力為10(g),。,而,上層彈性層厚度,與,下層彈性層厚度,維持,為28(um),及,16(um),。,針尖底部鋁層厚度為1(um),。,則,模擬變形量,與,主應力,的變化，,最大針軸變形量,可達,5.58(um),。,23,5.,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,24,5.,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,設計時是以聚亞醯氨(Polyimide),當作,彈性層之材料。,現將,楊氏係數列為最主要因素,， 比較,變形量,與,主應力,的表現,。,探針的變形量,可,達7.02(um),，,主壓縮應力也不高,。,25,5.,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,26,5.,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,，,散熱面為矽基材反面與錫鉛共晶球,採自然對流散熱(對流係數為20W/m2K),，,外界溫度設定為80,27,5.,模擬分析,(12),：,穩態時矽基材溫度（124.4 124.9）,28,5.,模擬分析,(,3),：,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),29,6.,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,。,30,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製程技術與微電機系統相結合，,將可在2006年開始有所成效。,(2)受到德州儀器(TI)數位光處理(DLP)技術成功之鼓舞，因此許多人對該領域非常感興趣。台積電認為MEMS領域的機會增加了。,(3)據市調公司In-Stat的資料，2023年MEMS市場將從今年的 80億美元左右成長到140億美元。,(4)台積電的主流技術行銷經理Claire Chen表示:一旦IC代工廠商進入這個領域，將使MEMS設計廠商更有利可圖，並能提供更有吸引力的產品功能。,31,7. 權利金預估,傳統針測卡,:,50萬/組(32顆裸晶,DRAM 100 MHz),本項專利,:,晶圓級,(1) DDR 或 DDR II 533 或 667,(2) SRAM,(3) RF IC(少腳數,高頻),(4) LCD DRIVER (高腳數,細間距),本項專利效益,:,(1) 測試速度至少快10倍20倍,(2) 工作頻率可至6 GHz,(3) 各測試接腳都有隔離接地設計,互相干擾雜訊小,.,運用本項專利針測卡售價,:,500萬/組,權利金,:,5 % /組 (25萬/組),32,誌謝,希望將來能進步合作,。,33,Probe FB manufacturing process (1),34,Probe FB manufacturing process (2),35,Probe FB manufacturing process (3),36,Probe FB manufacturing process (4),37,Probe FB manufacturing process (5),38,Probe FB manufacturing process (6),39,Probe FB manufacturing process (7),40,Probe FB manufacturing process (8),41,谢谢观看,/,欢送下载,BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH,
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