專利名稱：探頭片和使用其的探頭片單元的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及測量對象的電氣特性的測量中使用的探頭片以及使用其的探頭片單元。
背景技術：
已經可以獲得一種探頭卡，它具有由基于Teflon(注冊商標)的絕緣膜制成的片部件和在該片部件表面上設置的突起探頭(參見專利文獻1)專利文獻1是JP-A No.8-122364。

發(fā)明內容
近些年，測量對象在其集成電路中復雜性有所提高而其電極越發(fā)小型化。由于測量對象的集成電路中的這種高度復雜性，顯現(xiàn)出極小的電極高度上的分散性。由于測量對象的全體傾斜和彎曲，進一步地使得測量對象的電極的高度上的分散性惡化。因此，在用探頭片單元對測量對象的電氣特性進行測量的情況下，使得部分探頭不能與相應的電極接觸，導致不能正確測量的根本問題。
測量對象的集成電路中復雜性的提升要求探頭的小型化以及電極之間更小的間距，從而顯現(xiàn)出極小的探頭高度的分散。在將探頭片安裝到探測器上時產生的探頭片的傾斜和彎曲會進一步使得該分散惡化。在這種情況中，使得部分探頭不能與相應的電極接觸，從而導致不能正確測量的問題。
在寬溫度范圍(例如，從150℃到-40℃的范圍內)下進行測量的情況中，測量對象和片部件由于溫度變化相互獨立地膨脹或收縮，從而產生與上述情況類似的傾斜和彎曲，這會引起電極高度上的分散性和探頭高度上的分散性惡化，此外還導致作為測量對象的電極和探頭之間的位置移動。因此，產生類似于上述情況的問題。
根據(jù)以上情況形成本發(fā)明且本發(fā)明的目的在于提供一種能獨立于測量對象的電極高度上的分散性而實現(xiàn)正確測量的探頭片；以及使用其的探頭片單元。
解決問題的裝置為了解決以上問題，本發(fā)明的探頭片包括具有柔性的片部件以及設置在該片部件的一個表面上用于測量的多個探頭，其中探頭具有在向上或向下方向上彈性變形的形狀。
線路圖案形成于片部件的表面之內和/或之上且通過線路圖案電氣連接到探頭的外部電極設置在片部件的表面上。
電路元件設置于片部件的表面之內和/或之上且電路元件電氣連接到線路圖案。
在探頭被彎曲和在其一端處被支撐的情況下，彈性高于探頭的加強部件可以沿長度方向與探頭整體設置在與片部件相對的其表面上。在探頭被彎曲且離開探頭頂部(在此處探頭與測量對象的電極接觸)的探頭另一側上的探頭表面和片部件之間具有預定間隙，就可以將具有彈性高于探頭的加強部件插入該間隙中。
理想地，片部件由線性膨脹系數(shù)在2.5到10.5ppm/℃范圍內的材料制成。
本發(fā)明的探頭片單元是半導體晶片測量儀器的檢測部分并包括安裝到儀器的探測器上的基板；安裝到基板的下表面上的探頭片；以及放入基板和探頭片之間的彈性部件。
發(fā)明效果在采用關于本發(fā)明權利要求1的探頭片的情況中，探頭和片部件被獨立地或相互一起地彈性變形，從而能夠適合于測量對象的電極高度上的分散性和/或探頭高度上的分散性。因此，由于不存在使部分探頭不與相應電極接觸的機會(但這會在常規(guī)實例中產生)，從而可以實現(xiàn)正確測量。
在采用關于本發(fā)明權利要求2的探頭片的情況中，在片部件表面之內和/或之上形成線路圖案，并將通過該線路圖案電連接到探頭的外部電極設置在片部件的表面上，從而方便地實現(xiàn)對測量儀器的電氣連接。
在采用關于本發(fā)明權利要求3的探頭片的情況中，具有探頭的電氣測量所必需的電路元件被設置于靠近探頭的位置；因此，可以獲得測量精確度方面改善的優(yōu)點。
在采用關于本發(fā)明權利要求4的探頭片的情況中，沿長度方向與探頭一起整體地設置彈性高于探頭的加強部件，從而使得探頭的強度得到提高。
在采用關于本發(fā)明權利要求5的探頭片的情況中，彈性高于探頭的加強部件設置于離開探頭頂部的探頭另一側上的探頭表面和片部件之間的間隙中；從而使得探頭的強度得到提高。
在采用關于本發(fā)明權利要求6的探頭片的情況中，片部件由范圍從2.5到10.5ppm/℃的線性膨脹系數(shù)的材料制成。這樣，片部件由與測量對象的線性膨脹系數(shù)相同的材料制成；因此，通過改變測量環(huán)境中的溫度，片部件以與測量對象相同的方式變形。因此，隨著測量對象的變形，片部件上形成的探頭可以跟上相應電極的位置移動。
在采用關于本發(fā)明權利要求7的探頭片的情況中，彈性部件推動變形的片部件，以便返回到其原始狀態(tài)同時吸收片部件的彈性變形，因此使得適合于電極的高度上的分散性和/或具有更高彈性的探頭的高度上的分散性。
附圖概述

圖1是關于本發(fā)明實施例的探頭片單元的示意性剖視圖。
圖2是示出具有由一片單元制成的片部件的部分探頭片的示意性剖視圖。
圖3是示出具有通過層疊多片單元形成的片部件的部分探頭片的示意性剖視圖。
圖4用于描述單元中使用的其它探頭的模型圖。
圖5是用于描述探頭的加強部件的模型圖。
圖6是示出單元的探頭與測量對象的電極接觸的狀態(tài)的示意性剖視圖。
圖7是另一個探頭片單元的示意性剖視圖。
標號說明A探頭片單元100基板200探頭片210片部件220探頭300彈性部件B測量對象10電極本發(fā)明的最佳實施方式以下將參考附圖描述關于本發(fā)明實施例的探頭片單元。圖1是關于本發(fā)明實施例的探頭片單元的示意性剖視圖，圖2是示出具有由一片單元制成的片部件的部分探頭片的示意性剖視圖，圖3是示出具有通過層疊多片單元形成的片部件的部分探頭片的示意性剖視圖，圖4用于描述單元中使用的其它探頭的模型圖，圖5是用于描述探頭的加強部件的模型圖，圖6是示出單元的探頭與測量對象的電極接觸的狀態(tài)的示意性剖視圖，以及圖7是另一個探頭片單元的示意性剖視圖。
圖1所示的探頭片單元A是測量對象B的測量儀器(未示出)的檢測部分，它包括安裝到儀器的探測器上的基板100；以及安裝到基板100的下表面上的探頭片200。以下將給出儀器組成的詳細描述。
探頭片200包括具有柔性的片部件210；以及設置在片部件210的一個表面上并用于測量的多個探頭220。片部件210具有柔性并由具有范圍從2.5到10.5ppm/℃的線性膨脹系數(shù)的材料制成。其實例包括由硅制成的單個絕緣片，由塑料制成的單個絕緣片，通過層壓由硅制成的多個絕緣片構成的片，通過層壓由塑料制成的多個絕緣片構成的片等等。
這樣，通過使用具有與測量對象B的線性膨脹系數(shù)相同或類似的線性膨脹系數(shù)的材料，片部件210可以按與測量對象B膨脹或收縮相類似的方式膨脹或收縮。由于采用了這種材料，隨著測量對象B的膨脹或收縮，片部件210的表面上形成的探頭220可以跟上相應電極的位置移動。
將片部件210的線性膨脹系數(shù)設定在從2.5到10.5ppm/℃的范圍內的原因如下首先，由于幾乎所有測量對象B的尺寸都在從10×10mm到300×300mm的范圍內，如果測量對象B的材料是硅，線性膨脹系數(shù)是2.5ppm/℃，且在測量環(huán)境溫度在從常溫(25℃)到150℃的范圍內的情況下測量對象B和片部件210之間的相對位置移動被限制在10μm以下，在測量對象B的尺寸為10×10mm的情況下片部件210的線性膨脹系數(shù)以及在測量對象B的尺寸為300×300mm的情況下片部件210的線性膨脹系數(shù)按照以下描述的方式獲得在測量對象B的尺寸是10×10mm的情況下，[方程式1]10mm×X×(150℃-25℃)＝10μmX＝8ppm/℃在測量對象B的尺寸是300×300mm的情況下，[方程式2]300mm×X×(150℃-25℃)＝10μmX＝0.27ppm/℃考慮到在通過熱量使片部件210膨脹的同時測量對象B也膨脹，將測量對象B的2.5ppm/℃的線性膨脹系數(shù)分別加到測量對象B的尺寸是10×10mm的情況下線性膨脹系數(shù)8ppm/℃以及測量對象B的尺寸是300×300mm的情況下線性膨脹系數(shù)0.27ppm/℃。隨后，前者成為10.5ppm/℃而后者變成2.77ppm/℃。這樣，通過將線性膨脹系數(shù)在從2.77到10.5ppm/℃的范圍內的材料用作片部件210的材料，片部件可適合于幾乎所有測量對象的膨脹系數(shù)，同時考慮到技術上將與測量對象B相同的硅用作片部件210的材料，片部件210的線性膨脹系數(shù)被設定在從2.5到10.5ppm/℃的范圍內。
如圖1和2所示，在片部件210由一個片制成的情況下，將線路圖案211設置在其一個表面上并將外部電極212設置在其另一個表面上的邊緣處。外部電極212和探頭220通過線路圖案211相互電氣連接。
與線路圖案211電氣連接的電路元件213設置在片部件210的一個表面上。電路元件213是用探頭進行電氣測量所必需的元件，且在這種情況下它包括用作所謂的旁路電容器的電容器以及用作幫助測試(即，測量對象B的電氣特性的測量)的BOST(自測試外構建(built out self test))電路的電路元件。電容器用來改善高頻特性。用作BOST電路的電路元件用來根據(jù)對測量對象B的測試內容進行改變。
另一方面，如圖1和3所示，在通過層壓多個片形成片部件210的情況下，將多個線路圖案211形成于各片的一個表面上并將外部電極212設置在片部件210的另一個表面上的邊緣處。每個片的線路圖案211和其下面的片中相互電氣連接。外部電極212和探頭220通過線路圖案211相互電氣連接。上述電路元件213也被設置在片部件210的每個片上。
在一個步驟中，探頭220整體地形成在片部件210的一個表面上，其中一保護層涂覆于片部件210的一個表面上以便在該保護層上形成圖案并依照這些圖案鍍敷其一個表面，并重復這種過程。應注意，探頭220的間距與測量對象B的電極10的間距相同，從而探頭220可以與測量對象B的相應電極10接觸并且，在這種情況中，間距被設定為25μm。
每個探頭220都具有能至少在向上或向下方向上彈性變形的形狀，以便吸收可接觸測量對象B的電極10的高度上的分散性。探頭220的實例包括如圖2和3所示的一種，它形成于片部件210的以便表面上，成半圓弧的形狀并且其一端由片部件210支撐；如圖4(a)所示的一種，它成圓弧形狀，并且其兩端都連接到片部件210；如圖4(b)所示的一種，其一端由片部件210支撐，并具有在片部件210的長度方向上的多個彎曲部分；如圖4(c)所示的一種，它成圓形并且其兩端都連接到片部件210；如圖4(d)所示的一種，其一端由片部件210支撐并具有多個彎曲部分；如圖4(e)所示的一種，其一端由片部件210支撐并具有片部件210的長度方向上的一個彎曲部分；如圖4(f)所示的一種，它具有圈簧的形狀；以及其它。作為突出的接觸端子223(它與測量對象B的電極10接觸)可以設置于探頭220的頂部并位于其差不多中間的位置。為了便于說明，對于探頭220，作為實例，將描述圖2和3所示的探頭，它成半圓弧的形狀且其一端被支撐。
探頭220具有一形狀，它包括其一端由片部件210支撐的第一四分之一圓弧部分221以及第二四分之一圓弧部分222，它連接到第一四分之一圓弧部分221的另一端并稍許短于該第一四分之一圓弧部分221。作為突出的接觸端子223設置在探頭220的頂部并位于差不多其中心的位置。
探頭220還可以有一定結構，其中如圖5(a)中斜向陰影所示，在制造過程中，由具有彈性高于探頭220的鋁制成的加強部件230與探頭220沿長度方向在與片部件210相對的探頭220的表面上整體形成。加強部件230還可以由多層制成。如圖5(b)中的斜向陰影所示，在與測量對象B的電極10接觸的探頭220是彎曲的并具有探頭220離開頂部的另一側上的表面與片部件210之間的間隙的情況下，諸如彈性高于探頭220的彈性體的加強部件230可以被放入該間隙中。在探頭220的制造過程中將作為彈性體的該加強部件230放入間隙。
用作基板100的是PCB，其上形成了線路圖案(未示出)以便電連接到探測器。線路圖案電氣連接到片部件210上的外部電極212。片部件210通過粘合、壓力接合等安裝到基板110上，從而采取差不多顛倒的希臘字母Π的形狀，并具有其頂部開口處的凸邊。在安裝過程中，將彈性部件300插入基板100和片部件210之間。
將諸如橡皮的彈性樹脂、填充了水或空氣的袋子、彈簧等等用作彈性部件300。不工作的彈性部件300推動其上形成探頭220的片部件210的部位，以便保持片部件210處于圖1所示的平坦狀態(tài)。當探頭220與半導體晶片B上的電極10接觸時，彈性部件300吸收伴隨該接觸產生的片部件210的彈性變形。
框架400是支撐圖1所示并安裝在基板100上的片部件210和彈性部件300的部件。
將具有這種結構的探頭片單元A安裝到測量儀器的探測器上并用于測量對象B的電氣特性的測量。以下將給出其使用方法的詳細信息。應注意，測量儀器的測試器和探頭片單元A通過外部電極212相互電氣連接。
激活用于探測器的驅動裝置以使得基板100和測量對象B相對并相互靠近地移動。這種移動使得探頭200的接觸端子223和測量對象B的相應電極10相互接觸。此后，基板100和測量對象B被移動成相互靠近，從而相對于測量對象B的相應電極10擠壓接觸端子223(即過壓)。
在該過程中，探頭220、片部件210和彈性部件300，或者片部件210和彈性部件300相互獨立地彈性變形，以適合于測量對象B的具有各種高度的電極10的高度上的分散性，從而吸收該分散。
此時，探頭220在一定方向上彈性變形，向上或向下，與其平行，第二四分之一圓弧部分222的遠端與片部件210的一個表面接觸，此后其遠端在片部件210的一個表面上移動(沿圖2的箭頭標志的方向)。由于探頭220的這種移動，不僅由于施加到探頭220上的過壓引起的負載(由于小型化它已變弱)被分散，而且還可以確保探頭220和相應電極10之間電氣接觸所需的預定接觸壓力以及擦磨距離(即，第二四分之一圓弧部分222的遠端在電極10的表面上滑行的距離)。
隨后，在具有測試器端的測量對象B的測量之后，激活探測器的驅動裝置以使得基板100和測量對象B相對且相互遠離地移動。在該過程期間，片部件210由彈性部件300推動以恢復到原始位置。
在采用這種探頭片單元A的情況下，探頭片220和片部件210獨立或相互一起彈性變形，從而能適合于測量對象B的電極10的高度上的分散性和/或探頭220的高度上的分散性。因此，由于不存在部分探頭不與相應電極接觸的機會(這會在常規(guī)實例中產生)，因此實現(xiàn)了正確的測量。
雖然將PCB用作基板100，但可以采用任何板部件而不產生問題，只要它具有能經受彈性部件300的彈性變形的剛性。因此，在如圖7所示將以上的板用作基板100的情況中，PCB用作框架400。如果這樣改變設計，線路圖案211和外部電極212無需形成于片部件210的表面上與基板100和彈性部件300接觸；因此，方便地實現(xiàn)到框架400(它是PCB)的電氣連接。
不必提供彈性部件300。這樣，也可以安裝片部件210的所有其它表面以便被粘合到基板100的下表面上。即使按這種方式采用沒有彈性部件300的結構，通過片部件210和探頭220的彈性變形可以適合于測量對象B的較大程度或較小程度的傾斜和彎曲。
應注意，無需說明的是，可以將探頭片200直接安裝到探測器上而不安裝到基板100上。
權利要求
1.一種探頭片，其特征在于，包括具有柔性的片部件；以及該片部件的一個表面上設置的多個測量探頭，其中每個探頭都具有能在向上或向下方向上彈性變形的形狀。
2.如權利要求1所述的探頭片，其特征在于，線路圖案形成于所述片部件的表面之內和/或之上且通過線路圖案電氣連接到探頭的外部電極設置于片部件的表面上。
3.如權利要求2所述的探頭片，其特征在于，電路元件設置于所述片部件的表面之內和/或之上且電路元件電氣連接到線路圖案。
4.如權利要求1所述的探頭片，其特征在于，每個電極都被彎曲并在其一端處被支撐并且彈性高于探頭的彈性的加強部件沿長度方向與探頭整體設置在面向片部件的其表面上。
5.如權利要求1所述的探頭片，其特征在于，每個探頭都被彎曲且在離開探頭頂部的相對側上的探頭表面與片部件之間具有預定間隙，且彈性高于探頭彈性的加強部件插入該間隙，其中在所述探頭頂部處探頭與測量對象的電極相接觸。
6.如權利要求1所述的探頭片，其特征在于，所述片部件由具有范圍從2.5到10.5ppm/℃的線性膨脹系數(shù)的材料制成。
7.一種探頭片單元，它是半導體晶片測量儀器的檢測部分，其特征在于，包括安裝到儀器的探測器上的基板；安裝在基板的下表面上的如權利要求1到6之一所述的探頭片；以及放入基板和探頭片之間的彈性部件。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種探頭片，它能獨立于測量對象的電極的高度上的分散性而實現(xiàn)正確測量；以及使用其的探頭片單元。探頭片單元A是用于測量對象B的測量儀器(未示出)的檢測部分，它包括安裝到儀器的探測器上的基板100；安裝在基板的下表面上的探頭片200，且探頭片200包括；具有柔性的片部件210；以及設置在片部件210的一個表面上用于測量的多個探頭220，其中探頭220具有能在向上或向下方向上彈性變形的形狀。
文檔編號G01R1/073GK1614426SQ20041008586
公開日2005年5月11日 申請日期2004年11月3日 優(yōu)先權日2003年11月7日
發(fā)明者町田一道, 浦田敦夫, 三根敦, 木村哲平, 坂田輝久 申請人:日本電子材料株式會社