Metodologia di progetto e caratterizzazione di schede di test EWS per dispositivi fine pitch e ad alta frequenza di funzionamento

In this thesis, I develop some methods for design and characterization of electronic cards for testing devices on silicon wafers (Electrical Wafer Sorting (EWS) probe cards). In particular, attention is focused on the characterization of fine pitch and high frequency operation devices. For these applications, the contribution of electromagnetic simulation is essential to predict the performance of the system. This is also used to develop and validate simplified predictive models. First, I examine the issues affecting design of EWS probe cards. Then, I analyze the main simulation tools used for the design and I develop an example of a simplified predictive model. Then I deal with some technological solutions related to the design of high DC operation current EWS probe cards. Finally, I develop a methodology for the characterization of a broad-band "system" probe card to validate the results obtained from electromagnetic simulations. During the thesis work, I design and build a test vehicle for high-frequency characterization of a cantilever probe head technology. The test vehicle is characterized by using specific mechanical equipment made for this purpose. The results are compared with the electromagnetic simulation of the system and they show a good correlation.

Il seguente lavoro di tesi ha come scopo lo sviluppo di metodologie di progetto e di caratterizzazione di schede elettroniche per il collaudo dei dispositivi su wafer di silicio (Electrical Wafer Sorting (EWS) probe cards). In particolare, l’attenzione è stata focalizzata sulla caratterizzazione di dispositivi fine pitch ad alta frequenza di funzionamento. Per tali applicazioni risulta fondamentale l’apporto della simulazione elettromagnetica al fine di prevedere le prestazioni del sistema anche attraverso l’elaborazione e la validazione di modelli semplificati. In primo luogo vengono analizzate nel dettaglio le problematiche legate alla progettazione di probe card EWS. Dopodiché vengono analizzati i principali simulatori utilizzati per la progettazione ed un esempio di elaborazione di modelli predittivi semplificati. In seguito vengono elaborate alcune soluzioni tecnologiche legate alla progettazione di probe card EWS ad alta corrente DC di funzionamento. Infine è stata elaborata una metodologia di caratterizzazione a larga banda del “sistema” probe card per validare i risultati ottenuti dalle simulazioni elettromagnetiche. In particolare durante il lavoro di tesi è stato progettato e realizzato un test vehicle per caratterizzazione ad alta frequenza di una probe head in tecnologia cantilever. Il test vehicle è stato accuratamente caratterizzato tramite una attrezzatura meccanica realizzata appositamente allo scopo ed i risultati sono stati confrontati con le simulazioni elettromagnetiche del sistema. Essi mostrano delle ottime correlazioni tra simulazioni e misure.