晶圓探針臺的工作原理是通過一組微型探針與芯片的測試點接觸，以實現(xiàn)電信號的傳輸和測量。這些探針通常由金屬材料制成，能夠在微米級別的精度下進(jìn)行定位。探針臺的結(jié)構(gòu)包括支架、移動平臺、探針和控制系統(tǒng)。

       探針卡（Probe Card）是晶圓探針臺中的關(guān)鍵組件。通過探針與芯片上的焊墊或凸塊直接接觸，完成測試信號的傳輸和反饋。

探針卡的主要功能包括：

       1.連接測試設(shè)備與晶圓：作為自動測試設(shè)備(ATE)與晶圓之間的接口，便于測試半導(dǎo)體晶圓上的單個電路。

       2.電性能測試：在芯片封裝前對芯片的電學(xué)性能進(jìn)行初步測量，篩選出不良芯片。

       3.信號傳輸：通過探針與晶圓電路直接相互作用的精細(xì)金屬觸點，測量信號完整性、功率和功能等電氣特性。

探針卡的核心組件包括：

       1.探針（Probe）：探針是探針卡的核心部件，負(fù)責(zé)與晶圓上的電路直接接觸，傳輸電信號。探針的材料多樣，常見的包括鎢(W)、錸鎢（ReW, 3%R 97%W）、鈹銅(BeCu)、P7(P)、鈀（Pd）和P8合金等。

       2.印刷電路板（PCB）：PCB作為探針卡的基底，提供電路連接和結(jié)構(gòu)支撐。它連接了探針與測試設(shè)備，確保測試信號的有效傳遞。

       3.功能部件：可能包括用于信號調(diào)節(jié)和分配的電子元件，以及其他功能部件，如補(bǔ)強(qiáng)板（Stiffener）以增強(qiáng)其穩(wěn)定性。

探針卡的類型主要包括：

       1.懸臂式探針卡（Cantilever Probe Card）:

       · 結(jié)構(gòu)特點：探針呈懸臂狀，類似于吊橋，可以伸向晶圓并與晶圓表面接觸。懸臂針卡的探針材質(zhì)包括鎢(W)、錸鎢（ReW, 3%R 97%W）、鈹銅(BeCu)、P7(P)、鈀(Pd)和P8合金。

       · 優(yōu)勢：成本較低，適用于較大焊墊或凸塊的芯片。

       · 局限性：探針直徑較大，可能導(dǎo)致晶圓上的焊墊在多次接觸后受損。

       2.垂直式探針卡（Vertical Probe Card）:

       · 結(jié)構(gòu)特點：探針垂直排列，與晶圓表面垂直接觸，類似于電梯。垂直式探針卡在結(jié)構(gòu)上通常包括探針、探針座、基板、以及外圍的接口和電路等部分。探針部分的材質(zhì)通常選用高導(dǎo)電性與良好機(jī)械性能的材料，例如鎢、鉆石鍍層或特殊的合金等。

       · 優(yōu)勢：能夠容納更多針腳，適合焊墊或凸塊較小的高端芯片，如手機(jī)處理器、GPU等。

       · 特點：針痕較淺，適合反復(fù)多次測試，探針間距可以做到非常小。

       3.MEMS探針卡（MEMS Probe Card）:

       · 技術(shù)特點：采用微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)，探針極為精細(xì)。

       · 優(yōu)勢：適合非常小間距、高針數(shù)的測試需求，具有高度的自動化和一致性。

       · 應(yīng)用：常用于最先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝，如7nm、5nm的高端處理器或GPU芯片。

       · 特點：精度極高，能夠在微米級別的空間內(nèi)進(jìn)行探針排布，類似于微型手術(shù)刀。

       此外，探針卡的選擇取決于被測試芯片的特性，如焊墊或凸塊的大小、間距、測試需求（如電流、電壓、頻率等）以及成本效益。在實際應(yīng)用中，選擇合適的探針卡需要綜合考慮上述因素，以及特定的測試環(huán)境和目標(biāo)。例如，在研發(fā)階段，可能會更傾向于使用高精度的MEMS探針卡，以確保測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。而在大規(guī)模生產(chǎn)中，可能會更注重成本效益和測試效率，選擇懸臂探針卡或垂直探針卡。

       隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，探針卡的設(shè)計也在不斷進(jìn)步，以滿足更高密度、更小尺寸芯片的測試需求。MEMS探針卡因其高精度和高密度的特點，尤其適合于先進(jìn)工藝節(jié)點的芯片測試。

 

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