探针卡技术发展历程

　　IC产品的发展关系着我们日常生活中的通讯、资讯或消费性等产品之品质与性能至巨，而新兴IC产品之开发与成长对于半导体制造与封测产业之发展极其重要。新兴IC产品要能顺利量产上市，必须在IC设计阶段，就配合其新功能、新规格，同步开发量产测试所需的探针卡及测试设备。而且后续还要随着新兴IC产品的规格提升与需求量增加，不断提升探针卡及测试设备的针测能力(数量与速度)。因此超前布署新兴高阶产品之测试相关探针卡与设备技术是维持台湾半导体测试产业竞争力之当务之急。

　　在半导体制程中，晶圆在前端制程完成但尚未进行后段切割封装之前，必须先以探针卡对晶圆阶段的IC进行电气特性测试，除了可以将结果回馈给前段制程，进行微调，以确保晶圆的良率;同时，也可以先将不良品淘汰，避免后段封装制程的浪费，达到降低成本与增加产能的目的。测试时，则是测试机通过探针卡上的探针与IC晶片上的焊垫(Pad)或凸块(Bump)接触，构成测试回路。测试机发出的讯号藉由探针的传递，送入晶片，再将晶片回馈资料传送回测试机进行分析与判断，据以检测晶圆上每一颗晶粒的功能是否正常。

　　探针卡技术发展

　　探针卡依发展顺序可分为环氧树酯环(Epoxy Ring)、垂直式、薄膜式、与微机电式(Micro Electromechancal System, MEMS)等不同模式之探针卡[1 ]，如图1所示。环氧树酯环探针卡属于悬臂梁式探针卡(Cantilever Probe Card)，其主要结构为印刷电路板(PCB)、探针(Needle)、环氧树酯(Epoxy)和环型基座(Ring)等四部分所构成。组装时，依测试晶片上的电极位置，以人工逐一将數十根至上千根悬臂梁探针，经由环氧树酯黏合在测试卡环型基座上，其更小周距(pitch)可达40 μm。由于环氧树酯环探针卡是由人工组装，且受限于金属强度，使探针pitch无法进一步缩短，使其很难应用于3,000支脚以上的高脚數晶片。但环氧树酯环探针卡具有制造时间短与价格便宜等优势，至今仍然是更被广泛使用的探针卡。

图1 不同探针卡架构与发展历程

　　垂直式探针卡(Vertical probe card)又名为Cobra 探针卡，其主要由三个部分Probe Card PCB、多层电路扩距板(电路转接板)和测试头(含探针)所组成。目前垂直式探针卡多用于电极呈阵列方式排列之覆晶封装(Flip Chip package) IC之晶圆级测试，更小探针pitch约为80 μm，目前仍必须采用人工装针，导致高脚數、小间距的探针卡价格较昂贵。

　　薄膜式探针卡(Membrane probe card)之发展，是由于前述epoxy ring探针卡及垂直探针卡制造时，探针必须依赖人工在显微镜下逐根组装;然而随着晶片设计越来越小，探针pitch也愈来愈小，人工装针益发困难，针尖共面度与位置精度不易达到规格要求。故HP公司导入黄光微影技术发展出薄膜式探针卡，配合测试晶片电极的位置，将相对应的凸块(Contact bump)与传输线路用微影技术制作于挠性绝缘薄膜PI基板上，之后探针薄膜张贴于一四角锥形平台上，藉由传输线路连接至PCB板上，此探针卡之缺点为无法提供独立弹性变形之探针，目前只能应用于高平整度LCD面板检测，无法应用于IC检测。