프로브카드

(링크) 반도체 테스트 공정 정리 (tistory.com)

 

프로브카드는 반도체 제조 과정에서 웨이퍼 상태의 IC를 검사하는 데 사용되는 중요한 도구입니다. 프로브카드의 주요 역할은 다음과 같습니다:

1. 전기적 연결:

웨이퍼 상의 IC와 검사 장비 사이 전기적 연결을 제공. 프로브 핀이 IC의 패드에 접촉하여 전기 신호를 전달합니다.
2. 결함 진단: 초기 단계에서 불량 칩을 식별하고 제조 공정의 개선점을 찾아내는 데 중요한 역할을 합니다.
3. 동시 다수 칩 검사: 대면적 프로브카드를 사용하여 동시에 많은 수의 다이를 테스트해  테스트 비용과 시간을 절감
4. 미세 피치 대응: 반도체 칩의 집적도가 증가함에 따라 더욱 미세한 패드와 피치에 대응할 수 있도록 설계됩니다.
5. 정확한 위치 조절: 프로브카드의 링은 여러 개의 프로브를 장착하여 전체를 단일 몸체로 위치 조절이 가능하게 합니다.
6. 품질 유지: 프로브 핀의 상태를 지속적으로 모니터링하여 제품의 품질을 유지하고, 잘못된 검사 데이터로 인한 수율 저하를 방지합니다.

 

프로브카드는 반도체 제조 공정에서 칩의 품질을 보장하고 생산성을 향상시키는 데 필수적인 역할을 합니다. 기술의 발전에 따라 더욱 정밀하고 효율적인 프로브카드가 개발되고 있으며, 이는 반도체 산업의 발전에 중요한 기여를 하고 있습니다.

 

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hw_dungeonisle3m_h_ko_120 (youtube.com)

 

 

 

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DRAM용 프로브 카드의 주요 소재는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다:

 

1. 기판(Material Substrate):
세라믹(Ceramic): 높은 열 전도성과 전기 절연성을 제공하여 고속 및 고온 환경에서 안정적인 성능을 보장합니다.
프린티드 서킷 보드(PCB): 다층 구조로 설계되어 복잡한 전기적 신호를 처리할 수 있습니다.

 

2. 프로브 팁(Probe Tips):
텅스텐(Tungsten): 높은 경도와 내마모성을 가지고 있어 반복적인 접촉에도 손상이 적습니다.
금(Gold): 우수한 전기 전도성을 제공하며, 접촉 저항을 최소화합니다.
팔라듐(Palladium): 내식성과 내마모성이 뛰어나며, 고온에서도 안정적인 성능을 제공합니다.

 

3. 접착제 및 코팅(Adhesives and Coatings):
에폭시(Epoxy): 기판과 프로브 핀을 견고하게 고정하는 데 사용됩니다.

 

4. 절연 코팅(Insulating Coatings): 전기적 절연을 제공하여 신호 간섭을 방지합니다.

 

5. 연결 부품(Interconnect Components):
금속 와이어(Metal Wires): 신호 전송을 위한 전기적 연결을 제공합니다.
솔더(Solder): 전기적 연결을 강화하고, 열적 안정성을 제공합니다.

 

DRAM용 프로브 카드는 고속 신호 처리와 정밀한 위치 조정이 필요하기 때문에, 이러한 고성능 소재들이 사용됩니다. 이는 프로브 카드의 내구성과 성능을 보장하며, DRAM 칩의 정확한 테스트를 가능하게 합니다.

 

 

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프로버의 테스트헤드에 프로브카드가 부착되고 웨이퍼를 찍으며 테스트 진행

 

프로브카드 구조

MEMS Probe

 

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프로브카드가 웨이퍼의 여러 다이(칩) 중 정확한 위치에 핀을 맞추기 위해 사용하는 방법은 다음과 같습니다:

 

○ 정밀한 위치 조정 및 정렬
1. 프로브 스테이션:
프로브카드는 프로브 스테이션이라는 정밀 기계 장비에 장착됩니다. 프로브 스테이션은 웨이퍼와 프로브카드를 정확하게 정렬할 수 있도록 설계되어 있습니다.
프로브 스테이션은 고해상도 카메라와 정밀한 이동 메커니즘을 사용하여 웨이퍼와 프로브카드를 정밀하게 맞춥니다.
2. 비전 시스템:
고해상도 비전 시스템을 사용하여 웨이퍼의 다이 패턴과 프로브 핀의 위치를 실시간으로 모니터링합니다. 이를 통해 프로브 핀과 다이 패드의 정확한 정렬을 보장합니다.
3. 자동 정렬 기능:
프로브 스테이션은 자동 정렬 기능을 갖추고 있어, 웨이퍼와 프로브카드를 자동으로 정렬할 수 있습니다. 이 기능은 웨이퍼의 위치를 감지하고, 프로브카드를 미세 조정하여 정확한 위치에 핀을 맞춥니다.
4. 정밀 이동 메커니즘:
프로브 스테이션은 X, Y, Z 축으로 정밀하게 이동할 수 있는 메커니즘을 갖추고 있어, 웨이퍼와 프로브카드의 위치를 미세하게 조정할 수 있습니다.
5. 마이크로스코프 사용:
4K 디지털 마이크로스코프와 같은 고해상도 관찰 장비를 사용하여 프로브 핀의 상태와 위치를 정밀하게 관찰하고 측정합니다. 이를 통해 프로브 핀의 마모 상태를 파악하고, 정확한 위치에 핀을 맞출 수 있습니다.

 

○ 프로브카드의 설계 및 교정
1. 프로브 핀 배열:
프로브카드는 웨이퍼의 다이 패턴에 맞게 프로브 핀을 배열합니다. 프로브 핀은 격자 형태나 다양한 배열로 배치될 수 있으며, 이는 웨이퍼의 다이 패드와 정확히 맞물리도록 설계됩니다.
2. 교정 및 테스트:
프로브카드는 주기적으로 교정되어야 하며, 이를 통해 프로브 핀의 위치와 상태를 확인합니다. 교정 과정에서는 프로브 핀의 위치를 정확하게 조정하고, 필요한 경우 핀을 교체합니다.
3. 프로브 핀의 상태 모니터링:
프로브 핀의 마모나 손상을 주기적으로 관찰하고 측정하여, 정확한 전기 접촉을 유지합니다. 이는 제품의 품질을 유지하고, 잘못된 검사 데이터를 방지하는 데 중요합니다.

 

이러한 방법들을 통해 프로브카드는 웨이퍼의 여러 다이 중 정확한 위치에 핀을 맞추어 전기적 테스트를 수행할 수 있습니다.

 

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낸드 플래시 메모리와 DRAM용 프로브 카드는 각 메모리의 특성과 테스트 요구사항에 따라 다음과 같은 차이점이 있습니다:

 

1. 핀 구성:
낸드 플래시: 일반적으로 더 적은 수의 핀을 가집니다. 주로 데이터 입출력, 명령어, 주소 라인에 집중됩니다.
DRAM: 더 많은 수의 핀을 가집니다. 주소 라인, 데이터 라인, 제어 신호 등 다양한 신호를 처리해야 합니다.

 

2. 테스트 속도:
낸드 플래시: 상대적으로 낮은 속도의 테스트가 가능합니다.
DRAM: 고속 테스트가 필요하므로 프로브 카드도 고주파 특성을 갖추어야 합니다.

 

3. 전압 레벨:
낸드 플래시: 프로그래밍과 소거 동작을 위해 높은 전압을 다룰 수 있어야 합니다.
DRAM: 일반적으로 더 낮은 전압 범위에서 동작합니다.

 

4. 테스트 패턴:
낸드 플래시: 블록 단위의 읽기/쓰기/소거 테스트가 필요합니다.
DRAM: 빠른 랜덤 액세스 패턴의 테스트가 중요합니다.

 

5. 온도 특성:
낸드 플래시: 높은 온도에서의 데이터 보존 테스트가 중요할 수 있습니다.
DRAM: 리프레시 특성 테스트를 위해 다양한 온도 조건에서의 테스트가 필요합니다.

 

6. 프로브 팁 설계:
낸드 플래시: 상대적으로 덜 복잡한 프로브 팁 설계가 가능합니다.
DRAM: 고주파 특성을 위해 더 정교한 프로브 팁 설계가 필요할 수 있습니다.

 

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낸드 플래시와 DRAM용 프로브카드의 기술 난이도를 비교할 때, DRAM용 프로브카드가 더 높은 기술 난이도를 요구하는 것으로 보입니다. 여러 요인들이 이를 뒷받침합니다:

 

1. 핀 수와 배열:
DRAM은 더 많은 수의 핀을 필요로 하며, 이는 더 복잡한 배열과 고밀도 패키징을 요구합니다. 반면, 낸드 플래시는 상대적으로 적은 수의 핀을 필요로 합니다.

 

2. 테스트 속도:
DRAM은 고속 테스트가 필요하며, 이는 고주파 특성을 갖춘 프로브카드를 요구합니다. 고속 신호를 정확하게 처리하기 위해서는 더 정밀한 설계와 제조 기술이 필요합니다.

 

3. 전압 레벨:
DRAM은 상대적으로 낮은 전압 범위에서 동작하지만, 매우 정밀한 전압 제어가 필요합니다. 낸드 플래시는 프로그래밍과 소거 동작을 위해 더 높은 전압을 다루지만, 전압 제어의 정밀도는 DRAM만큼 요구되지 않습니다.

 

4. 온도 특성:
DRAM은 리프레시 특성 테스트를 위해 다양한 온도 조건에서 테스트가 필요합니다. 이는 프로브카드가 다양한 온도 조건에서도 안정적으로 동작해야 함을 의미합니다.

 

5. 공정 복잡성:
DRAM 공정은 매우 미세한 패턴과 고속 동작을 요구하므로, 프로브카드의 설계와 제조가 더 복잡합니다. DRAM의 미세화와 고속 동작을 지원하기 위해 더 정밀한 기술이 필요합니다.

 

6. 시장 상황:
DRAM용 프로브카드는 여전히 고도의 기술력을 요구하며, 주요 시장은 미국과 일본 업체들이 과점하고 있습니다. 반면, 낸드 플래시용 프로브카드는 이미 국산화가 완료된 상태입니다.

 

이러한 요인들로 인해, DRAM용 프로브카드가 낸드 플래시용 프로브카드보다 더 높은 기술 난이도를 요구한다고 할 수 있습니다.

 

 

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DRAM용 프로브 카드의 주요 제조업체는 다음과 같습니다:
FormFactor, Inc. (미국)
Micronics Japan (MJC) (일본)
Technoprobe S.p.A. (이탈리아)
Japan Electronic Materials (JEM) (일본)
MPI Corporation (대만)
SV Probe (미국)
Microfriend (한국)
Korea Instrument (한국)
Feinmetall (독일)
Synergie Cad Probe (프랑스)
Advantest (일본)
Will Technology (미국)
TSE (대만)
이 중에서도 FormFactor, Micronics Japan (MJC), Technoprobe S.p.A.가 DRAM 프로브 카드 시장에서 주요 선두 기업으로 알려져 있습니다. 특히 FormFactor는 DRAM 테스트 솔루션 분야에서 선도적인 위치를 차지하고 있으며, 고성능 DRAM 장치 테스트를 위한 Matrix 및 PH-Series 웨이퍼 프로브 카드를 제공하고 있습니다