In this study, we propose a new method of probing micro-bump electrodes at once, which is dense and compact as the technology develops in the wafer testing stage, where semiconductor chips inspect defective products before expensive packaging processes.
The probing of the conventional vertical contact method causes the increase in the force due to the displacement to occur continuously when probing the micro-bump array with the height error, so that the contact with the bump is incomplete and the solder part of the bump damages. In order to solve this problem, a conventional vertically-contact type probe tip structure widely used has a very long aspect ratio structure in order to reduce a force increase due to a displacement for the low damage of the solder. It is impossible to manufacture based on a semiconductor process which has advantages in economical efficiency and mass production, and since the probe tip must be manufactured manually by a possible method, economical efficiency and mass productivity are remarkably deteriorated. Also, fabrication by monolithic MEMS process is complicated and requires a lot of repetitive work, which is also low cost and mass productivity.
The shape and contact method of the monolithic MEMS probe tip proposed in this study is a method of laterally contacting the side of the micro-bump, and it is very easy to evaluate the electrical defect of the device with a relatively simple influence on the height deviation of the micro-bumps. This makes it possible to test electrical performance reliability of the micro-bumps with probe arrays made using monolithic MEMS processes when testing for dense, non-flat areas such as micro-bumps found in semiconductor devices or package structures.
The proposed probes were fabricated in a monolithic process through low cost probe tip fabrication, which verified side contact probes that do not damage the solder of the bump. As a result, more than 5,000 probe arrays were fabricated and verified. The bump-probe contact shows no damage on the solder and contact resistance was less than 1.13 $omega$. The probe was mechanically driven 100,000 times without breakage, 2 $omega$ or less.
이 논문은 미세 피치 마이크로 범프의 접합부에 대한 손상을 최소화 하기 위한 새로운 프로빙 방법을 제안한다. 기존의 프로빙 방법은 마이크로 범프의 접합부를 수직으로 접촉시켜 접합부가 불가피하게 손상되어 칩을 제품으로 만들기 위한 후속 단계에서 문제가 발생한다. 수직 프로빙 방법으로 접합부가 손상되는 것을 최소화하려면 이를 테스팅하는 프로브가 범프 접합부에 해가 되지 않는 유연성을 가져야한다. 이러한 이슈는 미세 범프의 피치가 60 $\mu$m 이하로 내려 가기 전에는 문제가 되지 않았지만 이제는 프로브를 정밀하게 피치를 만드는 것이 어려워졌다. 이 문제를 해결하기 위해 미세가공기술, 미세조립기술, 및 MEMS 기술이 도입되었지만 모두 매우 복잡한 제조 단계를 요구한다. 이러한 복잡한 제조 단계는 근본적으로 범프의 접합부의 손상을 최소화하기 위해 매우 유연한 프로브를 제작하려는 노력의 결과이다. 즉, 수직 접촉 식 프로빙 방법은 여전히 접합부에 대한 손상을 최소화하기 위해 매우 어려운 공정을 필요로 한다. 그렇기 때문에 이 논문에서는 접합부의 불가피한 손상을 남게 하는 현재의 접촉 방식을 깨고, 기존보다 간단한 단일 기판 공정으로 제작되는 프로브로 범프 접합부의 손상을 최소화하는 새로운 접촉 방법을 제안한다.
제안하는 새로운 프로빙 방법은 수직 접촉이 아닌 수평 (측면) 접촉이다. 측면 접촉을 통해 접합부에 아무런 손상을 가하지 않고 프로브의 간단한 구조와 좋은 접촉을 하는 것을 목표로 한다. 간단한 구조로 프로브를 제작하기 위해 단일 기판 MEMS 공정으로 프로브를 오직 두 부분으로 나눈 구조로 설계되었다. 제안 된 프로브는 몸체와 접촉부로 나눌 수 있는데 두꺼운 PR로 주형을 만들고 Ni 도금으로 채운 다음, PR 주형보다 보다 더 높은 도금을 하여 주형 위로 넘쳐서 옆으로 튀어 나온 접촉 부분을 만듭니다. 즉, 이 프로브는 도금 한 번으로 전체 프로브를 형성하는 매우 간단한 프로세스이다. 결과적으로 ~10000 개의 프로브가 55 μm 피치 어레이로 제작되었고 실제 마이크로 범프와 접촉하여 접촉부에 손상이 없음을 확인하였다. 또한 시험용 마이크로 범프와의 접촉 저항도 1 $omega$ 정도로 매우 낮아 상용화 제품과 유사하다는 것이 확인되었다. 더불어 프로브 그 자체는 5 $\mu$m의 목표 변위를 100,000회 이상 움직여도 소성 변형이 없는 것으로 확인되었다.
