IC的製程永遠無法到達100%的良率,故在讓IC上系統前,必需要先進行測試,以確定IC功能的正常與完整,以降低成本的損失。一般可分為兩個測試階段分別是CP及FT,CP是(Chip Probe)的縮寫,指的是晶片在wafer的階段,就通過探針卡扎到晶片管腳上對晶片進行效能及功能測試,有時候這道工序也被稱作WS(Wafer Sort); 而FT是Final Test的縮寫,指的是晶片在封裝完成以後進行的最終測試,只有通過測試的晶片才會被出貨。
CP和FT的不同點並不僅僅限於所處的工序階段不同,兩者在效率和功能覆蓋上都有著明顯的差異。CP最大的目的就是確保在晶片封裝前,儘可能地把壞的晶片篩選出來以節約封裝費用,基於這個前提,在CP測試階段,儘可能選擇那些對良率影響較大的測試專案,一些測試難度大,成本高但fail率不高的測試專案,可以放到FT階段再測試。
表一、晶圓測試階段CP及FT比較
縮寫 | 全名 | 製程位置 | 使用工具 | 主要概念股 |
CP | Chip Probing | 封裝前(整片測) | Probe Card | 精測(6510)、旺矽(6223) |
FT | Final Test | 封裝後(全測) | FT測試板、測試座(Socket) | 雍智(6683)、穎崴(6515) |
資料來源:華南投顧整理
CP測試中最重要的設備是探針卡,依發展順序可分為懸臂樑式探針卡(Cantilever Probe Card)、垂直式、薄膜式、與微機電式(Micro Electromechancal System, MEMS)等不同模式之探針卡,懸臂式探針卡(CPC)其主要結構為印刷電路板(PCB)、探針(Needle)、環氧樹酯(Epoxy)和環型基座(Ring)等四部分所構成。組裝時,依測試晶片上的電極位置,以人工逐一將數十根至上千根懸臂樑探針,經由環氧樹酯黏合在測試卡環型基座上,其最小週距(pitch)可達40 μm。由於懸臂式探針卡是由人工組裝,且受限於金屬強度,使探針pitch無法進一步縮短,使其很難應用於3,000支腳以上的高腳數晶片。
垂直式探針卡是將有垂直固定的探針塊安裝於印刷電路板的探針卡。探針排列的自由度較高,可排成格狀及多個量測用等,也能一個一個替換探針,易於維護。不只凹痕較小,也不會對焊錫造成損傷。但它的成本較高,不太適合用於晶圓的鋁墊(鋁製的電極墊:Al pad)。優點是探針直徑小、易更換、針痕小,可滿足高針數、微間距等需求。主要應用於pad或者bump尺寸較小的高階封裝製成晶片上 AP、GPU、RF。
在5G、AI、HPC等新應用驅動下,半導體產業朝異質整合、高階3D封裝發展,隨著製造成本及製程複雜度不斷增加,晶圓測試技術也要跟著同步升級。其中,MEMS(微機電)探針卡可突破傳統探針卡瓶頸,現已逐漸躍升主流。目前精測、旺矽、雍智、穎崴等測試介面業者無不紛紛搶進布局,以期卡位高階測試市場。
表二、各種探針卡的特點及應用
探針卡 | 特點 | 應用 |
CPC | 1.探針直徑大,探針數量少(MAX 3000支) 2.針痕較大,同一片wafer不能複測太多次 3.製造時間短與價格便宜 | pad或bump尺寸較大的晶片 EX: 一般類比,驅動,邏輯IC |
VPC | 1.探針直徑小、易更換、針痕小,可滿足高針數、微間距等需求 2. pitch不易小於 50 μm(for flip-chip) / 25 μm(for wire-bond) | AP、GPU、RF |
MEMS | 1.能滿足更小銲墊間距的需求(EX: 3D IC封裝) 2.有批量加工優勢,探針結構形成的陣列平面度高 | 2.5D、3D異質整合封裝製程 |
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其中精測推出多款混針技術為基礎的MEMS探針卡產品搶攻市場,2021年率先導入SSD controller並展開量產,而HPC也隨後取得訂單放量,在其他市場中規模更大的CPU、手機AP領域,都在努力跟客戶取得驗證機會,2023年有機會跨入更多應用。雍智則是與台系晶片龍頭建立長期夥伴關係,並結盟日系合作夥伴打入該客戶5G手機AP供應鏈,提供MEMS探針卡,現也規劃拓展到其他客戶。
旺矽MEMS探針卡2022年已開始小量出貨予國內IC設計公司,主要應用為快閃記憶體控制晶片。公司亦積極與海外IC設計廠洽談合作計畫,目前與既有美系客戶驗證當中。穎威在高速高頻的高階測試治具、同軸測試座(Coaxial Socket)具備高市占及競爭力,公司也逐步發展垂直探針卡和MEMS探針卡領域,受惠美國、台灣大客戶在AI、GPU及HPC等相關訂單持續湧入,目前營運動能保持正向。
表三、國內測試介面廠商介紹
代號 | 公司 | 主力產品 | 主力客戶 | 測試產品 | 優勢 |
6510 | 精測 | 晶圓測試卡 (70%) | 聯發科/高通/蘋果 | AP/RF/PMIC/ ASIC/HPC | 可自製整組探針卡。其MEMS混針技術可 用在大電流、小間距、高頻、高速的IC |
6515 | 穎崴 | 測試座 (66%) | NVIDIA / AMD | HPC/AP/GPU | 半導體製程微縮使測試複雜度提升、 測試時間拉長,帶動測試座需求持續增加 |
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