プローブカードプリント基板は半導体ウェハーテストシステムの重要な側面です

キーワード: プローブカード

一般的に、プローブカードは使い捨て可能なものと見なされており、その性能と有用性を確保するためにはメンテナンスが不可欠です。過負荷や、ウェーハの接合材からの残留物がプローブの先端やプローブ針に堆積すると、抵抗が増加し、正確な測定を妨げる可能性があります。

プローブカードとは何を示すのか？

本質的に、プローブカードは半導体ウェーハ上でウェーハテストを行うために使用される基板またはインターフェースです。製造および出荷される前に、ウェーハ上の集積回路は、自動試験装置へのこの接続を介して電気的特性と性能が検証されます。

要するに、プローブカードは電子試験システムと被試験装置との間の機械的および電気的インターフェースとして機能します。各プローブカードは以下の構成要素から成ります：

プローブカードは、フロントエンドLSI製造工程においてシリコンウェーハを検査するために使用されるツールです。プローブカードは、接続されたプローブピンまたは針を備えた円形のプリント基板（PCB）です。

ウェーハ上に製造される各LSIチップは、プリント基板上に配置された複数のプローブピン先端に同時に接触させることで電気的に検査されます。プローブカードは、開放回路や短絡回路を検出するとともに、電流や高周波を測定します。プローブカードは通常、ウェーハテスターのプローバに取り付けられ、検査中には上からステージ上のウェーハチップと接触します。

プローブカードの例

プローブカードは、プローブの配列や固定方法を含むその構造に基づいて分類できます。以下に、2つの例となるプローブカードとその特性を示します。

垂直型（アドバンスト）プローブカード

垂直型（アドバンスト）プローブカードは、プリント基板と、垂直に配置されたプローブが取り付けられたブロックで構成されています。この種類のプローブはグリッド状に配列したり、複数のチップを測定するために使用できます。プローブは個別に交換可能なため、メンテナンスが簡単です。さらに、凹みを最小限に抑えられるため、ソルダーへのダメージを最小限にできます。しかし、製造コストが非常に高価であるため、ウェーハ上のアルミニウム電極パッドには適していません。

カンチレバー型プローブカード

カンチレバー型プローブカードの針は、タングステンやその他の類似材料で構成されています。これらの針はプリント基板に直接取り付けられています。

このタイプは、垂直型よりも低コストで作成できます。また、そのプローブはアルミニウムパッドに対応するため、より狭いピッチで配置することも可能です。垂直型と比較して、カンチレバー型はピン配置にさらなる制限があり、より大きな凹みを生じさせます。このタイプはまた、修理や調整などの定期的なメンテナンスにオペレーターが時間と労力を割くことを必要とします。

プリント基板

有機基板（多層）

また、このプローブカードが現在ではウェーハ試験システムの一部となっていることがわかりますが、試験システムに組み込まれる前にはそれ自体を試験する必要があります。電力要件とデバイス帯域幅の増大により、電気試験中に高性能な電力および信号伝送の要件を満たすことが必要です。これらの要求が、プローブカード試験に関連する課題を引き起こしています。

プローブカードは、検査対象装置のすべてのパッドとプローブとを一致させるように設計されました。プローブカードを作成するには、ユーザーはプローブカードプリント基板のメーカーに、デバイスレイアウトの機械設計またはデバイスのサンプルを提供する必要があります。

プローブカードは、単一のプローブ（ダイオード）のみを持つ単純なものから、千本ものプローブを持つ複雑なものまで様々です。そのプローブカードへのケーブル接続（160ピンを超える場合もある）は、通常、エッジフィンガー（最大48ピン）とリボンケーブルを使用して行われます。

プローブカードはどのように機能するのか？

プロセスを簡素化する方法の例として、半導体の製造を考えてみましょう。シリコン製造プロセス全体を通じて、いくつかの集積回路が見られます。

その後、ウェハはスライスされ、パッケージ化され、出荷されます。しかし、パッケージングの前に回路の動作を検証する必要があります。電気テストを支援するためにプローブカードが使用されます。このプローブカードはプローバーに挿入され、次にテスターに取り付けられ、テスターと半導体ウェハ間の電気的チャネルを提供します。このプローブカードは、その金属針または要素でウェハ上のICチップパッドに接続し、電気データと必須のテストパラメータを伝送します。

テスターのヘッドが電気データを転送するためにそのウェハ上のパッドまたは金属バンプに接続する必要があるため、プローバーはそのようなものと考えるかもしれません。このプローブは、プローブカードをドッキングさせ、ウェハまで下げ、バンプまたは針が接触するのを待ってから接続間を電流が流れるようにするために使用されます。酸化物の層をこすり落とし、下の金属に接続するには、これらのプロービング針がウェハ上の金属バンプに接触する際の動きが必要です。

先進的なプローブタイプ

ウェハをテストするためにどの種類のカードを使用するかを決定する際に今日利用可能な多様なプローブカードは、プローブ技術が近年大きく進歩したことを示しています。多くの種類の先進的なプローブを見てみましょう：

垂直プローブ

これらの垂直プローブは、汎用マイクロコンピュータやロジックなどのマルチダイデバイスを検査するために使用されるカードです。これらの針は一般的に短く基板に対して垂直に配置されているため、高周波および微小パッドウェハに最適な選択肢です。

MEMS-SP

このタイプのプローブは、MEMS技術の利点を活用するとともに、このプローブカードを使用したマイクロプロセッサおよびロジックデバイスの非常に正確で信頼性の高いテストを可能にします。市場で最も先進的なプローブ技術は、MEMSまたはマイクロエレクトロメカニカルシステムとして知られています。単一の着地で、ウェハへの1つのリンクを作ることができます。

Uプローブカードは、メモリデバイスのテストに非常に有用です。約12インチの長さのウェハに、単一の下方タッチまたは接触でコンタクトすることができます。

それは半導体ウェハ上のどこでも、任意の場所で使用でき、均一なスクラブを生成して最良の結果を提供します。

なぜプローブカードプリント基板が使用されるのか？

以下は、プローブカードプリント基板が利用される最も一般的な理由です。これらには、マニピュレータの制約、デバイスレイアウト、および製造が含まれます。さて、それぞれについて詳しく見ていきましょう。

マニピュレータの制限

典型的なプローバーは、プローブカードを使用せずに、プレートン開口部の周りに8〜12個の手動マニピュレータしか配置できませんでした。さらに、オペレータは各プローブ先端を手動で調整する必要があり、これは時間がかかり労力を要する作業でした。

デバイスのレイアウト

プローブカードは、ユーザーが多数のピン（＞12）を持つデバイスをプローブする必要がある場合に有用です。

製造

プロービング製造アプリケーションは、プローブカードを広範囲に使用します。製造アプリケーションは、1つのプローブを持つダイオードのような単純なものから、数百のプローブを持つ集積回路のような複雑なものまで様々です。

このプローブカードは、テスト機器に電気的に接続され、物理的にプローバーとドッキングすることができます。主な目的は、テスト機器とウェハの回路間の電気的リンクを確立し、ダイシングおよびパッケージング前にこれらの回路の検証とテストを可能にすることです。それはプリント基板と複数の接触要素で構成され、これらは通常金属で構成されていますが、他の材料で構築される場合もあります。製造コストを削減し生産性を向上させるために、私たちは高性能プローブカードの包括的な範囲を設計および製造しています。