長(cháng)春光機所研制出國內首臺商用12英寸全自動(dòng)晶圓探針臺

  ICC訊 2020年6月22日，中科院長(cháng)春光機所旗下長(cháng)春光華微電子設備工程中心有限公司(光華微電子)宣布研制成功國內首臺商用12英寸全自動(dòng)晶圓探針臺。

  光華微電子公司是中國科學(xué)院長(cháng)春光學(xué)精密機械與物理研究所機電工程研究部于2002年轉制而成立的一家高科技股份有限公司，近20年來(lái)專(zhuān)注于被動(dòng)電子元件和微電子設備的研發(fā)、生產(chǎn)，其主要產(chǎn)品分布在晶片電阻生產(chǎn)設備、半導體生產(chǎn)設備、激光精細加工設備、精密機械產(chǎn)品等4個(gè)領(lǐng)域。光華微電子的產(chǎn)品技術(shù)與品質(zhì)處于國內領(lǐng)先水平，產(chǎn)品出口日本、韓國、泰國、菲律賓、馬來(lái)西亞等國家，以及中國臺灣、香港等地區，在國內有大量中資、臺資、港資、美資和韓資企業(yè)用戶(hù)，其中晶片電阻生產(chǎn)設備市場(chǎng)占有率達70%以上。

  本次研發(fā)成功的晶圓探針臺產(chǎn)品，是半導體(包括集成電路、分立器件、光電器件、傳感器)行業(yè)重要的檢測裝備之一，用于晶圓加工之后、封裝工藝之前的晶圓測試環(huán)節，負責晶圓的輸送與定位，使晶圓上的晶粒依次與探針接觸并逐個(gè)測試。經(jīng)過(guò)檢測，探針臺將參數特性不符合要求的芯片記錄下來(lái)，在進(jìn)入后序工序前予以剔除，從而大幅度降低器件的制造成本。

  該設備包括晶圓輸送和晶圓針測兩部分。晶圓輸送部分主要由晶圓料盒和機械手臂構成，晶圓針測部分主要由晶圓承載臺、探卡承載臺和晶圓影像系統、探針影像系統構成。晶圓通過(guò)機械手臂從晶圓料盒載入到晶圓針測承載臺上，通過(guò)移動(dòng)各軸，先將晶圓通過(guò)晶圓影像系統調準定位， 再通過(guò)探針影像系統與探針卡上的探針做調準定位。然后，通過(guò)精準的移動(dòng)晶圓承載臺，以確保探針卡上的針能夠精準地與每顆晶粒上的焊墊作接觸。晶圓測試的目的是把好的和壞的晶粒分別挑出來(lái)，并進(jìn)行標記形成晶圓的Map圖，此后只對性能良好的晶粒進(jìn)行封裝，以節省后續的封裝成本。

  晶圓針測過(guò)程技術(shù)挑戰極大，通常情況下探針數量在幾千到幾十萬(wàn)只，要求每只探針要對應一個(gè)微米量級的Pad盤(pán)(典型情況約為頭發(fā)絲截面積1/4，上圖Pad盤(pán)中的小圓孔為針痕)，而整個(gè)過(guò)程要在0.3秒內完成，然后再運轉至下一個(gè)位置。

  由于探針臺技術(shù)門(mén)檻較高，目前市場(chǎng)處于雙強壟斷態(tài)勢，東京電子(TEL)和東京精密(TSK)兩家日本公司占據了絕大部分市場(chǎng)份額。近年來(lái)韓國的SEMICS(OPPUS)的探針臺產(chǎn)品已經(jīng)有一定的銷(xiāo)售量，也逐漸在增長(cháng)。我國有關(guān)單位在探針臺研制方面已有多年技術(shù)積累，產(chǎn)品以8英寸為主，主要面向LED等產(chǎn)業(yè)。光華微電子于2015年正式立項開(kāi)展12英寸全自動(dòng)探針臺產(chǎn)品研發(fā)，先后突破了全自動(dòng)上料機械手的設計、大行程微米級XY移動(dòng)平臺精密定位控制技術(shù)、高剛度高穩定性探針接觸Z向移動(dòng)平臺精密控制技術(shù)、基于圖像識別的晶圓和探針精密測量和對準技術(shù)、大數據量的信息處理和計算機控制技術(shù)、高平面度和高熱穩定性的晶圓承載盤(pán)技術(shù)等六項關(guān)鍵技術(shù)，于2019年起先后在功率半導體器件、光電探測器、邏輯半導體器件的骨干企業(yè)進(jìn)行了樣機測試，其安全性和可靠性得到充分驗證，測試結果表明產(chǎn)品已經(jīng)能夠滿(mǎn)足產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)要求，已經(jīng)具備替代國外進(jìn)口設備用于晶圓探針檢測能力。2020年長(cháng)春光華公司推出的第一代產(chǎn)品機APT121A型探針臺將在上海Semicon展會(huì )正式展出，全面推向市場(chǎng)，滿(mǎn)足國內晶圓測試廠(chǎng)的需求。

  光華微電子研制的APT121A型探針臺，作為國內第一款商業(yè)化的12英寸全自動(dòng)晶圓測試探針臺，其性能指標已經(jīng)達到或者接近國際水平。國產(chǎn)APT121A型探針臺能夠降低晶圓測試廠(chǎng)的采購及維護成本，提供售后快速響應服務(wù)，隨著(zhù)市場(chǎng)推廣和設備性能的不斷改進(jìn)和提升，必將對我國的半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生積極的推動(dòng)作用。

  12寸全自動(dòng)晶圓探針臺在Fab測試