Ultra Low Leakage Probes & Cables For Fine Pitch Probe Cards

June 6 to 9, 2010

San Diego, CA

Hiroyuki KamibayashiMitsubishi Cable Industries

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 2

Agenda• Introduction 

• Need for superior quality coated probes

• Advantages of MEXCEL electro‐depositedpolyimide coatings

• Need for super‐fine coaxial cable products

• Advantages of Mitsubishi ultra miniature coaxial cables

• Summary

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 3

Mitsubishi Product Divisions• Cable Division

– Electric wires and cables, high frequency cables

• Instrument Components Division– Seals, rubber products, engineering plastic products,metal products, OA equipment, electromagnetic wave absorbers, MEXCEL products.

• Car Electronics and Optics Division– Automotive wire harnesses, connectors, gaskets, datalink and optic devices, optic fiber bundles, optical largecore fibers

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 4

World Network

(Thailand) MCI & TSH Co., LTD.

(Thailand) Thai Summit MCI Component Co., LTD.

(Indonesia) P. T. Dia Electro Circuit Systems Indonesia

(France) Dia Automotive Systems, S.A.S

(Indonesia) P. T. MCI Prima Gasket

(China) Dalian Ryosei Automotive Components Co., LTD.

(Korea) Dia Automotive Systems Korea Co., LTD.

(U.S.A.) Mitsubishi Cable America Inc. Santa Clara CA 408-486-9915

(China)Dalian Liaison Office

(China)Shanghai Liaison Office

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 5

PART 1

• This section features the MEXCEL coating process developed by Mitsubishi’s Instrument Components Division

• This process can be used to advance performance of fine‐pitch coated probes.

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 6

Need for Superior Quality Coated Probes

• High resistance for low leakage applications

• High breakdown for high voltage applications

• Coating must be tough, peel resistant, andwithstand high temperatures

• Coating must be thin for tight pitch applications and free of pin hole defects

• Barrier to corrosion, chemicals & Moisture

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 7

The MEXCEL Coated Probe

• Polyimide is applied by a patentedelectro‐deposition process

• Much superior to dip‐coatings or the use of polyimide “sleeving”

• Tight control over thickness and uniformity– Coatings from 1 micron to 100 microns thick– Uniformity better than 5%– Free of bubbling and pin holes

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 8

MEXCEL Manufacturing Method

0.07mm0.09mm

30mm

Example of coated probe pin

Material : PolyimideThickness : 1 to 100μmCoating Length : As you like

Probe Pin

Electro-depositionCoating

Removed coating by laser or special solvent

Resin

Thickness is Tightly Controlled

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 9

MEXCEL Cross‐section & Flexibility

The uniformity of the coating and ability to withstand extreme flexing and bending is ideally suited for the abuse probe needles experience.

Cross‐section 

Flexibility 

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 10

MEXCEL Coating Breakdown Voltage

A 10 micron coating reliably exceeds 1KV AC breakdown.For fast pulse ESD applications the expected breakdown is 4x higher.

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 11

Other Applications

Planar Transformer

Lead Frame

High InductancePlanar Coil

Pipe

Spring

Thermistor

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 12

PART 2

• The section features ultra miniature coaxial cable developed by Mitsubishi’s Cable Division.

• Original developed to advance miniaturization of mobile products, these cable are well suited for use in many probe card applications.

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 13

Need for Super‐Fine Coaxial Cable Products

• Ultra low leakage DC applications– Driven guard eliminates probe capacitance allowing much faster settling time fA‐level measurements

• Controlled impedance RF applications– Miniature 50‐ohm flexible probes are possible using tungsten wire as the inner conductor.

– These can help solve routing problems in tight pitch applications where flexibility is an issue

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 14

Construction of Ultra Miniature Coaxial Cable

Only 210 micronoutside diameter!

(8.3 mils)

Inner Conductor

Insulation

Outer Conductor

Jacket

φ0 .05φ0 .19φ0 .21

190 µm210 µm

50 µmItem Construction O.D (µm)

Inner Conductor Gold plated tungsten 50

Insulation Fluororesin -

Outer Conductor Tin plated copper alloy 190

Jacket Polyester 210

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 15

Impedance of Ultra Miniature Coaxial Cable

Characteristic impedance (TDR)of 50±3 ohms can be achievedwith 210 µm in overall diameter.

50ohms52ohms54ohms

Time base range(20mm) 48ohms46ohms

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 16

Ultra Miniature Coaxial Cable Handles 8KV ESD Pulse

This cable/probe allows flexiblerouting of ESD pulse waveformsin fine pitch applications.

Measurement courtesy ofwww.grundtech.com

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 17

Construction of Mini Low‐Loss Cable

Flexible low‐losscable is 810 µm O.D.

(31.9 mils)

Inner Conductor

Insulation

Outer Conductor

Jacket

φ0 .81810 µm (microns)

Item Construction O.D (µm)

Inner Conductor Silver plated copper 240

Insulation Fluororesin -

Outer Conductor Silver plated copper alloy 710

Jacket Fluororesin 810

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 18

Attenuation of Mini Low‐Loss Cable

Flexible low‐losscable is 810 um OD.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

90 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Frequncy [MHz]

Atte

nuat

ion

[dB

/m]

Mitsubishi cable

General Cable

2000MHz

2.6dB/m Mitsubishi cable

4.3dB/m General cable

50

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 19

VSWR of Mini Low‐Loss Cable

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

1.25

1.30

1.35

1.40

1.45

1.50

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Fequency [MHz]

VSW

R

Length : 2mConnector : SMA Plug

50

810 Micron OD

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 20

Other Mini Low‐Loss Cable Applications

Coax Cable

Mobile Phone

Mobile PC

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 21

Summary• Electro‐deposition produces superior coated probes

– MEXCEL coatings can advance tight pitch probing application– They extend probing at high temperatures and voltages

• New miniature coax cable advances signal technology– Cross sections in 200 micron are now possible– Wide bandwidth, temperature, and voltages are achievable

June 6 to 9, 2010 IEEE SW Test Workshop 22

Next Step• These advance technologies require partnerships

– Mitsubishi Cable Industries wishes to partner with probecard vendors and/or end users to provide custom solutionsfor the semiconductor wafer test industry. 

• Custom probe coatings and cables– In the US, please contact

Mitsubishi Cable America3333 Bowers Avenue, Suite 251Santa Clara, CA 95054408‐486‐9915Yutaka Ikedaikeda@mcausa.com

Tip Length

Thickness

Uncoated length (>5mm)