晶圆级-中华大学电子教案.ppt

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1、晶圆级-中华大学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(Baddie)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。22.技術回顧(1)Epoxyring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。32.技術回顧(2)雙壓電加熱驅動陣列式微懸臂探針微懸

2、臂以矽基材為座，由金屬層、SiO2及加熱層組成，加熱時因金屬層熱膨脹係數大於SiO2，使得微懸臂向SiO2層彎曲4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。53.本發明之結構(1)：側視圖

3、63.本發明之結構(2)：立體圖73.本發明之結構(3)：分解圖83.本發明之結構(4)：探針與壓力感測器整合圖93.本發明之結構(5):壓力感測器示意圖103.本發明之結構(6):探針分布在晶粒外圍113.本發明之結構(7):探針為陣列式123.本發明之結構(8):探針為直線式分佈133.本發明之結構(9):針測卡探針及壓力感測器分佈圖144.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

4、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155.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。165.模擬分析(2):探針結構簡化成四

5、個部分: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，再用錫鉛合金以表面接著技術接合組成。4.印刷電路板層，由銅、鎳、金及FR-4組成。175.模擬分析(3):探針各部材料之物性表3-1材料特性185.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)x20(um)(5)以ANSYS模擬變形與主應力之情況(6)探針為左右對

6、稱，故模型只取半邊。195.模擬分析(5):針軸方向變形量與應力曲線205.模擬分析(6):不同負載作用於不同彈性層厚度之結果215.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)。225.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235.模擬分析(9)：彈性層

7、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。245.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255.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℃265.模擬分析(12)：穩態時矽基材溫度（124.4℃~124.9℃）27

8、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)286.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