Study on the temperature-related high pin count probe card thermal movement and probe-mark

針測卡使用於晶圓的前段測試，在高低溫度的環境下，藉由探針與晶圓上之銲墊互相接觸而留下針痕，以獲得電路在不同溫度下的電性與良率。隨著製程的進步，銲墊尺寸愈來愈小，而針測卡的DUT數也愈來愈多，導致針痕的位置與大小的控制愈趨困難。 本研究目的為改善針痕的問題，針痕的問題會影響測試良率的穩定度與封裝的可靠度，甚至是縮短探針壽命。本研究分成兩部份，第一部份為在機台的溫控環境下，觀察針測卡的溫度曲線變化，知道探針高度何時穩定；第二部份為更改相關變數來觀察針痕的變化，例如：熱針時間的多寡、機台水平的高低、機台做影像對準時的探針位置選擇、使用機台內的3D針測功能。 本研究的成果為得到最佳化的設定，改善針痕的問題，使業界的生產線可以得到最大產能，相對的也減少人力的浪費。Probe card using for front-end wafer testing that getting probe mark by probe tip contact with bonding pad and also getting property and yield of circuit in high or low temperature environment. Since the progress of wafer process to make pad size getting smaller and more DUT quantity on probe card, it’s caused that difficult to control the position and size of probe mark. This purpose of research is to improve the probe mark issue that impact the stability of testing yield and reliability of packaging, even shorten the life of probe tip. This research consist of two parts, the first part is monitor the thermal movement curve of probe card under temperature controlled on prober to know when the needle height is stable, the second part is monitor probe mark variation by change the related parameter, for example, SET UP time, prober head plate planarity, needle alignment pins selection, 3D probing function. This achievement is getting the optimal setting to handle the probe mark problem and also gaining maximum capacity in the production line, relatively speaking, it’s also reduce the waste of manpower.誌謝 i 中文摘要 ii Abstract iii 目 錄 iv 表 目 錄 vi 圖 目 錄 vii 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的 7 1.3 文獻回顧 9 1.4 本文流程 10 第二章 探針卡之分類與應用 12 2.1 晶圓測試 12 2.1.1 晶圓測試發展概況 12 2.1.2 晶圓測試流程 13 2.1.3 測試機台架構 14 2.1.4 測試程式 17 2.2 探針卡之分類 18 2.2.1 環氧樹酯式探針卡 19 2.2.2 刀片式探針卡 21 2.2.3 薄膜式探針卡 22 2.2.4 垂直式探針卡 23 2.2.5 微彈簧式探針卡 25 2.2.6 微機電式探針卡 27 2.3 探針卡的出廠檢驗項目 29 第三章 探針卡的溫度曲線實驗 32 3.1 實驗目的與設計 32 3.2 實驗設備與架構 33 3.3 實驗方法與步驟 35 3.4 實驗結果與討論 39 第四章 不同參數對針痕的影響實驗(一) 45 4.1 實驗目的與設計 45 4.2 實驗方法與步驟 47 4.2.1 改變SET UP時間 47 4.2.2 改變晶圓承載機的平台水平(Head plate planarity) 49 4.3 實驗結果與討論 51 4.3.1 改變SET UP時間 51 4.3.2 改變晶圓承載機的平台水平(Head plate planarity) 55 第五章 不同參數對針痕的影響實驗(二) 58 5.1 實驗目的與設計 58 5.2 實驗方法與步驟 58 5.2.1 改變對針位置的選擇 58 5.2.2 使用機台的針痕補償功能(3D probing offset) 63 5.3 實驗結果與討論 68 5.3.1 改變對針位置的選擇 68 5.3.2 使用機台的針痕補償功能(3D probing offset) 72 第六章 結論與未來展望 75 6.1 結論 75 6.2 未來展望 77 參考文獻 7