Was ist eine Sonden-Karten?
Eine Sonden-Karte ist ein Instrument, das für die Wafer-Level-Inspektion in der Halbleiterfertigung benötigt wird.
Sie werden an den Wafer-Inspektionsgeräten angebracht. Der größte Teil der Kosten von Halbleitern wird durch die Fertigungsanlagen bestimmt, aber auch die Kosten für das Gehäuse selbst und die Verpackung haben einen erheblichen Einfluss auf die Herstellungsphase. Aus diesem Grund ist es möglich, die Kosten zu kontrollieren, indem man nach Abschluss des Halbleiterherstellungsprozesses auf der Waferebene feststellt, ob ein Produkt gut oder schlecht ist, und nur die guten Produkte an nachfolgende Prozesse weiterleitet.
Ein Wafer enthält mehrere Hundert bis mehrere Tausend Chips. Bei der Waferinspektion werden diese Chips sortiert, indem man feststellt, ob sie gut oder schlecht sind, bevor sie in einzelne Stücke geschnitten und verpackt werden.
Verwendung von Sonden-Karten
Zur Wafer-Inspektion gehören ein LSI-Tester, der elektrische Signale, so genannte Testmuster, in den Chip einspeist und das Ausgangssignalmuster durch Vergleich mit dem erwarteten Wert beurteilt, ein Wafer-Prober, der die Positionierung auf Chipebene steuert, um die Signale genau an die Elektrodenanschlüsse jedes Chips anzuschließen, und eine Sondenkarte, die die Positionierung steuert, um Hunderte bis Zehntausende von Elektrodenanschlüssen im Chip genau zu treffen. Das Verfahren wird mit einer Sonden-Karte durchgeführt, die eine gleiche Anzahl von Nadeln (Sonden) enthält, die so positioniert sind, dass sie die Hunderte bis Zehntausende von Elektrodenanschlüssen des Chips genau treffen.
Die Sonden-Karten müssen daher speziell für jedes Chip-Design angefertigt werden, was an sich schon kostspielig ist und aufgrund der Abnutzung durch den Gebrauch eine Neuanfertigung erfordert, aber im Hinblick auf die Gesamtproduktionskosten unerlässlich ist. Halbleiterchips werden nicht nur in Computern, sondern auch in fast allen Produkten unseres Lebens unzählige Male verwendet, und Sonden-Karten sind einer der Träger.
Prinzip der Sonden-Karten
Die Sonden-Karten werden auf den Wafer-Prober montiert und dienen als Verbindung zwischen den Elektrodenanschlüssen des Chips und dem LSI-Tester über den Wafer-Prober.
Der Platzierungsabstand der Elektrodenanschlüsse auf dem Halbleiterchip ist jedoch mit einigen zehn Mikrometern geringer als die Stiftplatzierungsdichte des Prüfkopfs, so dass eine Verbindung zwischen beiden über eine Sonden-Karten erforderlich ist.
Aufbau der Sonden-Karten
Auf der Oberseite der Sonden-Karten befinden sich die Anschlussklemmen für den Prüfkopf und auf der Unterseite die Nadeln für den Anschluss an die Elektrodenanschlüsse des Halbleiterchips.
Durch Verbinden der Anschlussklemmen des Prüfkopfes und der Sonden-Karten und anschließendes Verbinden der Elektrodenanschlüsse des Halbleiterchips mit der Nadel der Sonden-Karten wird eine elektrische Verbindung hergestellt, und jeder Halbleiterchip auf dem Siliziumwafer wird geprüft, indem anhand der elektrischen Signale des LSI-Testers beurteilt wird, ob er gut oder schlecht ist.
Sonden-Karten gibt es in fortgeschrittener und freitragender Ausführung. Bei der fortgeschrittenen Ausführung werden Blöcke mit vertikalen Anschlüssen auf der Platine befestigt, und die Sonden können zur einfachen Wartung frei angeordnet werden. Beim freitragenden Typ werden die Messfühler ohne Blöcke direkt auf der Platine montiert, was die Unterbringung von Klemmen mit geringem Raster erleichtert.
Weitere Informationen zu Sonden-Karten
Aufgrund der feinen und äußerst zuverlässigen Anforderungen bei der Waferinspektion werden Sonden-Karten häufig aus Keramiksubstraten hergestellt. Kyocera verwendet zum Beispiel Dünnschicht-Einzelschicht- und Dünnschicht-Multilayer-Keramiksubstrate mit Metallisierung für Sonden-Karten für DRAM, Flash-Speicher und Logikbausteine.
Im Allgemeinen werden für die Signalanschlüsse großer integrierter Halbleiterschaltungen, so genannter LSIs oder System-LSIs, Federstecker oder hochdichte Steckverbinder verwendet. Sonden-Karten fungieren auch als Vermittler zwischen diesem Prüfkopf und dem zu prüfenden Wafer. Da sie ein hohes Maß an Verbindungssicherheit und elektrischen Prüffunktionen erfordern, sind ihre Mechanismen und Materialien empfindlich. Es werden Materialien wie Keramik verwendet.
Die Sonden-Karten sind jedoch nur begrenzt haltbar, und selbst die kleinste Verformung durch physische Stöße führt dazu, dass sie ihren Verwendungszweck nicht erfüllen können.