프로브 카드란
프로브 카드는 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 레벨의 검사에 필요한 기계입니다.
웨이퍼 검사 장비에 장착하여 사용합니다. 반도체 비용의 대부분은 제조 설비에서 결정되지만, 제조 단계에서는 패키지 본체나 패키징 비용도 큰 영향을 미칩니다. 따라서 반도체 제조 공정을 마친 웨이퍼 수준에서 제품의 우열을 판별하고, 좋은 제품만 이후 공정으로 보내면 비용을 억제할 수 있습니다.
한 장의 웨이퍼 위에는 수백~수천 개의 칩이 줄지어 있는데, 이를 개별적으로 절단하여 패키징하기 전에 양품을 판별하고 선별하는 공정이 웨이퍼 검사이며, 여기에 필요한 것이 바로 프로브 카드입니다.
프로브 카드의 사용 용도
웨이퍼 검사는 칩에 테스트 패턴이라는 전기신호를 입력받아 출력 신호 패턴을 기대치와 비교하여 판단하는 LSI 테스터와 칩 하나하나의 전극 단자에 정확하게 신호가 연결될 수 있도록 칩 레벨의 위치 제어를 하는 웨이퍼 프로버, 그리고 칩 내의 수백~수만 개의 전극 단자에 정확히 닿도록 위치가 결정된 동일한 수의 바늘(프로브)을 가진 프로브 카드로 시행됩니다.
이 때문에 프로브 카드는 칩의 디자인마다 전용으로 제작해야 하고, 그 자체로 비용이 발생하며, 사용으로 인한 마모 등으로 인해 재제작이 필요하지만, 전체 제조비용을 고려하면 필수적입니다. 반도체 칩은 컴퓨터뿐만 아니라 생활 속 대부분의 제품에서 무수히 사용되고 있으며, 프로브 카드는 이를 뒷받침하는 부품 중 하나입니다.
프로브 카드의 원리
프로브 카드는 웨이퍼 프로버 위에 장착되어 웨이퍼 프로버를 통해 칩의 전극 단자와 LSI 테스터를 연결하는 커넥터 역할을 합니다.
LSI 테스트 헤드에는 스피링 접점 핀이나 고밀도 핀이 연결용으로 구현되어 있지만, 반도체 칩의 전극 단자 배치 피치가 수십 마이크론으로 테스트 헤드의 핀 배치 밀도보다 좁기 때문에 프로브 카드를 통해 양자를 연결해야 합니다.
프로브 카드의 구조
프로브 카드의 윗면에는 테스트 헤드와의 연결 단자가, 아랫면에는 반도체 칩의 전극 단자와 연결하기 위한 바늘이 부착되어 있습니다.
테스트 헤드와 프로브 카드의 연결 단자를 연결하고, 반도체 칩의 전극 단자와 프로브 카드의 바늘을 연결하여 전기적 연결을 구성하고, LSI 테스터의 전기 신호로 양/불량 판정을 하여 실리콘 웨이퍼 상의 반도체 칩 하나하나에 대해 검사를 수행합니다.
프로브 카드에는 어드밴스드 타입과 캔틸레버 타입이 있으며, 어드밴스드 타입은 수직형 단자가 있는 블록이 기판에 부착되어 있어 프로브의 배열이 자유롭고 유지보수가 용이합니다. 캔틸레버형은 프로브가 블록을 거치지 않고 기판에 직접 장착되어 좁은 피치 단자에 대응하기 쉬운 특징이 있습니다.
프로브 카드에 대한 추가 정보
웨이퍼 검사에 있어서는 미세하고 높은 신뢰성이 요구되기 때문에 프로브 카드에는 세라믹 기판이 많이 사용되고 있습니다. 예를 들어, Kyocera의 경우, DRAM, 플래시 메모리, 로직 디바이스 등의 프로브 카드에 박막 단층 또는 박막 다층 메탈라이즈 세라믹 다층 기판을 사용하고 있습니다.
일반적으로 LSI 또는 시스템 LSI라고 불리는 대규모 집적 반도체 회로의 신호 연결 부분은 단자에 스프링 커넥터나 고밀도 커넥터가 사용됩니다. 프로브 카드는 이 테스트 헤드와 검사 대상 웨이퍼 사이의 중개자 역할을 하며, 고도의 연결 신뢰성과 전기적 검사 성능 기능이 요구되기 때문에 그 구조와 재료가 매우 섬세합니다. 세라믹과 같은 재료가 사용됩니다.
그러나 프로브 카드의 내구성에 한계가 있어 물리적 충격으로 인한 미세한 왜곡도 사용 목적을 달성할 수 없으며, 수리가 어려운 소모품이기 때문에 주기적으로 교체해야 합니다.