專利名稱：對器件的探查的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及對器件的探查。
背景技術：
盡管本發(fā)明一般可應用于探查任何器件，但本發(fā)明特別適用于探查集成電路以測試該電路。眾所周知，集成電路通常被制造為半導體晶片上的多個管芯。圖1示出了典型的測試系統(tǒng)100，用于測試這種半導體晶片124。如圖1所示的示例性測試系統(tǒng)包括測試器102、測試頭118、探針卡106以及探針器120。
半導體晶片124置于通常能在“x”、“y”和“z”方向上移動的卡盤(也通稱為平臺)114上?？ūP114還能旋轉(例如“θ”方向)并傾斜，并且還能作其它運動。一旦半導體晶片124置于卡盤114之上，卡盤通常就在“x”、“y”和/或“θ”方向上移動使晶片124的管芯(未示出)上的端子與探針卡106上的探針108對準。然后卡盤114通常將晶片124沿“z”方向向上移動，從而使端子與探針108接觸。一個或多個照相機122可有助于對準端子和探針，并確定探針108和端子之間的接觸。
一旦管芯(未示出)的端子與探針108接觸，可以是一計算機的測試器102就產生測試數據。該測試數據通過一個或多個通信鏈接104與測試頭118通信。測試數據通過互連116(例如pogo彈簧針)從測試頭118傳送到探針卡106，最后通過探針108傳送到管芯(未示出)的端子。由管芯產生的響應數據反方向地通過探針卡106、通過互連116、通過探針頭118、通過通信鏈接104從探針108傳送到測試器102。
圖2A-2C示出晶片124移動成與探針卡106相接觸。如上所述并如圖2A所示，晶片124的一個或多個管芯202a的端子220與探針卡106的探針108對準。然后卡盤114將晶片124向上移動使管芯202a的端子220與探針108接觸，如圖2B所示。如圖2C所示，卡盤114通常會將晶片124移到超過與端子220的第一接觸(超過第一接觸的移動常常稱為“超程”)。這通常會擠壓探針108。結果探針108對端子220施加的彈簧力有助于在探針和端子之間建立相當低阻抗的電連接。此外，探針108常常在受擠壓時擦過端子220的表面。這種刮擦動作易于使探針108的端部擦破端子220上的任何氧化物或其它膜，再次有助于在探針和端子之間建立相當低阻抗的電連接。
如所預期的，探針108的擠壓和刮擦動作導致探針的受力和應力，這可削弱、損壞或降低探針108的使用壽命。此外，探針108向端子220施加的力可損壞端子220和/或晶片124。包含低介電“k”材料的晶片124特別易受這樣的損壞。一般而言，探針108和端子220之間的摩擦力越大，這種受力和應力可能就越大。實際上，摩擦力可能會過早地終止探針108端部在端子220上的刮擦。例如，如果探針108插入端子220過深、或者如果探針端部被端子表面上的參差擋住，就會發(fā)生這樣的情況。如果探針108端部過早地停止其刮擦動作，則探針上的受力和應力會變得特別大(因此特別可能導致損壞探針、端子和/或晶片)。盡管探針108會插入任何類型的端子204，但探針108特別易于插入由軟材料制成的端子(例如焊球或鋁端子)、或者具有粗糙表面的端子(例如銅端子)。本發(fā)明的各個實施例可降低探針中的應力，以及由探針施加的和對探針施加的力。本發(fā)明的一非受限優(yōu)點在于在探針和端子通過刮擦動作接觸時降低或置換它們之間相對運動的垂直分量，這減少了探針的受力和探針內的應力。

發(fā)明內容
本發(fā)明一般涉及對器件的探查，尤其可應用于探查電子器件(例如半導體器件)以測試該器件。在一實施例中，將電子器件移到第一位置使該電子器件的端子靠近用于與端子電接觸的相鄰電極。然后電子器件水平或對角線地移動，使端子與電極相接觸。


圖1示出一示例性的現有技術半導體測試系統(tǒng)。
圖2A-2C示出圖1所示的示例性測試系統(tǒng)的一部分的操作。
圖3示出一示例性測試系統(tǒng)。
圖4示出用于探查一半導體器件的示例性過程。
圖5A-5C示出圖4過程的一示例性應用。
圖6A-6C示出圖4過程的另一示例性應用。
圖7示出圖4過程的經改進示例性應用。
圖8A和8B示出用于探查一半導體器件的另一示例性過程。
圖9A和9B示出用于探查一半導體器件的又一示例性過程。
圖10A和10B示出具有多個端部的示例性探針。
圖11A-11C示出探針相對于多個端子的示例性定位和移動。
圖12示出另一個示例性測試系統(tǒng)。
圖13A-13C示出用于探查一半導體器件的再一示例性過程。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及對器件的探查。本說明書描述本發(fā)明的各個示例性實施例和應用。然而，本發(fā)明并不限于這些示例性實施例和應用，也不限于各示例性實施例和應用操作或在此所述的方式。
圖3示出一示例性半導體測試系統(tǒng)400。測試系統(tǒng)400僅是示例性的；可使用其中任何類型的探針與另一器件相接觸的其它系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的非排他性示例包括用于測試封裝或非封裝半導體器件的插座、或其中探查半導體器件(封裝或非封裝的、單體的或非單體的、切割的或晶片形式的)的任何類型的測試系統(tǒng)。作為另一示例，可使用其中探針與一些種類表面相接觸的任何系統(tǒng)。當然，即使使用了半導體晶片測試系統(tǒng)，也可使用與圖3所示的示例性測試系統(tǒng)400不同的半導體測試系統(tǒng)?？蓽y試的電子器件的非限制性示例包括半導體晶片、半導體器件、半導體器件封裝、多個半導體器件的封裝、從半導體晶片單取(singulate)的半導體管芯、多個從半導體晶片單取的半導體管芯、印刷電路板、以及諸如空間變壓器的有線陶瓷襯底。另一個示例是包括印刷線路層、半導體器件、以及線路層與半導體器件之間的連接。
圖3所示的示例性半導體測試系統(tǒng)400基本上與圖1所示的測試系統(tǒng)100相似。即，示例性測試系統(tǒng)400包括測試器402、一個或多個通信鏈接404、探針器420、測試頭418、探針卡406、以及探針卡和測試頭之間的互連416，它們通常全部與參照圖1所述的類似元件相似。探針器420可包括各種元件，諸如基本上可與圖1所示的照相機122相似的一個或多個相機422。
探針卡406可以是任何類型的探針卡，非限制地包括如美國專利No.5,974,662或6,509,751所示的探針卡組件，這些專利通過引用全部結合于此。探針408可以是任何類型的探針，非限制地包括針狀探針、壓曲梁式探針(例如“CORBA”探針)、凸塊、桿、以及彈簧探針。彈簧探針的非排他性示例包括美國專利No.5,917,707、6,255，126、6,475,822和6,491,968；以及美國專利申請公開No.2001/0044225A1和美國專利申請公開No.2001/0012739A1中所述的彈簧探針。前述專利和專利申請通過引用全部結合于此。
如圖3所示，測試系統(tǒng)400還包括用于控制卡盤414的移動的控制器430。為方便起見(而非用作限制)，圖3中的方向使用“x”、“y”、“z”和“θ”坐標系統(tǒng)標識，其中“z”方向是相關于圖3的垂直方向(上或下)，“x”方向是頁面的水平向內或向外，“y”方向也是水平的但是圖3中的向右或向左，而“θ”是旋轉。
控制器430可以是用于控制卡盤414的移動的任何適當控制器。如圖3所示的控制器430是基于微處理器的控制器。如圖所示，控制器430包括數字存儲器432、微處理器434、輸入/輸出儀器436、以及輸入/輸出端口438。數字存儲器432可以是任何類型的存儲器，包括電子存儲器、光學存儲器、磁性存儲器、或前述存儲器的組合。僅作為兩個示例，數字存儲器432可以是只讀存儲器，或者數字存儲器432可以是磁盤或光盤與隨機存取存儲器的組合。微處理器434執(zhí)行存儲在數字存儲器432中的指令(例如軟件或微碼)，并且輸入/輸出儀器436控制電信號向控制器430的輸入和出自控制器430的輸出。經由端口438接收所輸入的數據并輸出所輸出的數據。用于控制卡盤414的移動的控制信號在經由端口438輸出的數據之中。這些軟件或微碼可被配置成控制本文所述的卡盤移動。
控制器430可以是如圖3所述的單機實體?；蛘?，控制器430可包含在探針器420內。實際上，典型的探針器包括用于移動卡盤414的基于微處理器的控制系統(tǒng)，且控制器430可包括用軟件或微碼配置成執(zhí)行本文所述卡盤移動的這種現有控制系統(tǒng)。當然，控制器430可置于系統(tǒng)400的其它元件中，或者可分布于系統(tǒng)400的一個或多個元件中。
然而，控制器430無需是基于微處理器的。實際上，可使用用于控制卡盤414的移動的任何系統(tǒng)。控制器430實際上可包括操作人員用來手動移動卡盤414的手動機構。
圖4和圖5A-5C示出使用圖3所示測試系統(tǒng)400來測試半導體晶片424的一示例性過程。如圖4和5A所示，要測試的晶片424置于卡盤414之上(步驟502)。如圖4和5B所示，然后卡盤414移動晶片424使晶片424上的端子620進入橫向靠近探針408的端部636的位置(步驟504)。作為一個示例，并如圖5B所示，端子636可放置成探針408的端部636不接觸晶片424，但卻仍然置于端子620的上表面之下。當然，晶片424也可保持固定而探針408可移動，或者晶片424和探針408都可移動。在圖3所示系統(tǒng)中，在控制器430中運行的軟件可經由I/O端口438發(fā)出控制卡盤414的移動的命令。
照相機422可用來確定探針408的端部636相對于晶片424的位置?？扇芜x地，對準部件634可包括在探針408的平板632上，有助于確定端部636的位置并對準。示例性對準部件的使用如美國專利申請公開No.2003/0013340A1中所述，該申請通過引用全部結合于此。如圖4和5C所示，探針408的端部636水平地移動以與端子620接觸(步驟506)。端子620可壓向探針408使探針變形，如圖5C所示?；蛘?，移動可使探針408的端部跳上端子620的表面。
應當注意，步驟506的水平移動之后可以是一些其它類型的移動。例如，垂直或垂直上下的移動可實現成確保在探針和晶片之間建立相對較高的力連接。其它或附加的移動是可能的，包括進一步的水平移動。
仍然參看圖4和5A-5C，因為探針408與端子620相接觸，所以測試信號通過探針卡408提供給終端，并且由附于端子上的管芯產生的響應數據通過某些探針408讀出(步驟508)。例如，這種測試信號可由測試器402產生。一旦測試完成，探針408和端子620就彼此分開不作接觸(步驟510)。再一次，在諸如圖3所示的系統(tǒng)中，卡盤414在探針卡406保持固定時移動晶片424。用來使探針408和端子620彼此不相接觸的移動路徑或方向并不重要，并且可使用任何路徑或方向。適當路徑的非限制示例包括用來使晶片424與探針408相接觸的移動的逆向移動，即在“z”方向上移動晶片離開探針；與所測試器件的類型和該器件的連續(xù)使用一致的移動。控制器430可被配置成使用任一這些或其它方法移動晶片524使之離開探針508，并且控制器430可通過執(zhí)行軟件和發(fā)出控制卡盤414移動的控制信號來這樣做。然后可重復步驟502-510，直到已測試了晶片424上的全部或至少一部分管芯。
端子620可以是任何類型的端子，包括如圖5A-5C所示的非限制扁平端子、以及其它形狀的端子，諸如圖6A-6C所示的球狀端子(例如焊球)。圖6A-6C示出圖4所示過程的一示例性應用，其中晶片424上的端子720是球狀的。否則，圖6A-6C所示的過程通常可與圖5A-5C所示過程相似。
圖7示出圖4所示過程的一示例性變體。如圖7所示，在晶片424置于卡盤上之后，移動卡盤414以將晶片424置于位置1290中，其中晶片424上的端子620開始時置于與探針408對角相鄰的位置1290處。如圖7所示，卡盤414沿對角線移動到與探針408的端部636接觸。當然，端子620可以是任何類型的端子，包括非限制的球狀端子，諸如圖6A-6C所示的端子720。
圖8A和8B示出圖4所示過程的另一示例性變體。如圖8A所示，晶片424的端子1020開始時置于探針408之下。還如圖8A所示，探針端部636的斜面或邊緣638與端子1020的角邊緣1022對準。然后，如圖8B所示，卡盤414將晶片424向上移動到與探針端部636接觸。當端子1020的角邊緣1022與探針端部636相接觸，并沿其斜面或邊緣638滑動時，探針408如圖8B所示地彎曲，產生探針端部636與端子1020之間的壓力接點?？扇芜x地，端部636從平板632延伸的距離可比端子1020距離晶片424表面的高度小。這樣，平板432可用作一擋塊，防止端部636接觸晶片424的表面。
圖9A和9B示出圖8A和8B所示的示例性過程的一個變體。如圖所示，圖9A和9B中的晶片424具有圓形端子1120。如圖9A所示，晶片424的端子1120置于探針408之下。較佳地，探針408的端部636偏離中心地與端子1120對準。然后，卡盤414將晶片424向上移動到與探針端部636接觸，如圖9B所示。在探針端部636接觸到端子1120之后，探針端部沿該端子的外圍滑動，這可使探針408如圖9B所示地彎曲，從而產生探針端部636與端子1120之間的壓力接點。
圖10A和10B示出探針408的使用，其中兩個觸點836a、836b置于探針408的平板832之上，這些觸點對圓形端子820特別有利。(圖10示出晶片824的部分仰視圖，其中剖視圖示出探針408的底部和端子820的一部分。)兩個(或多個)端部836a、836b在“抓取”圓形端子820時特別有用。
各探針的各個端部可具有多個接觸部件，并且這些接觸部件可交替地用于接觸一端子。例如，圖11A和11B中的探針908具有截頂金字塔形端部936，其中具有4個面940a-940d(參見圖11A)和4條邊942a-942d(參見圖11B)。(在圖11A和11B中，晶片924的一部分被切去使探針端部936和端子920的各部分可見。)如圖11A所示，面940a-940d的任一個都可與端子920接觸。在圖11A所示示例中，每個面940a-940d都是一個接觸部件。面940a-940d任選地可以是圓形。或者(或此外)，如圖11B所示，任一條邊942a-942d都可接觸端子920。因而，在圖11B中，邊942a-942d是接觸部件。當然，面940a-940d和邊942a-942d可接觸，并且各探針908在圖11A和11B所示示例中可具有8個接觸部件。可使用其它形狀的端部，包括非限制圓形端部。
圖11C示出清洗探針之間的時間可通過使用具有多個接觸部件的端部，諸如圖11A和11B中的端部936來延伸的過程。(眾所周知，碎屑在端子與探針接觸并解除接觸時會堆積在探針端部。)如圖11C所示，在步驟992選擇探針的多個接觸部件之一。例如，可選擇圖9B中端部936的邊緣942a。然后晶片的測試在步驟994繼續(xù)。該測試涉及重復將一序列端子移動到與探針端部936接觸和解除接觸。每當晶片端子與探針接觸時，步驟992上選擇的接觸部件與端子相接觸。例如，如果在步驟992選擇端部936的邊緣942a，則端部936的邊緣942a在步驟994期間與端子相接觸。在端子與探針接觸和解除接觸預定次數之后，在步驟996確定是否已使用了探針的所有接觸部件。預定次數可是任何數量；例如，預定次數可以是兩次清洗之間該探針的接觸次數?；蛘?，不執(zhí)行將端子和探針之間接觸預定次數的步驟994，可執(zhí)行步驟994直到探針和端子之間的接觸阻抗超過預定閾值。如果在步驟996確定為否，則過程返回到步驟992，其中選擇多個接觸部件中的一不同部件。例如，如果開始時在步驟992選擇了邊緣942a，則可選擇邊緣942b。然后，重復步驟994，但此時新選擇的接觸部件(例如邊緣942b)在步驟994與晶片端子相接觸。在如上所述與端子的預定次數接觸之后，重復步驟996。如果在步驟996確定已全部使用了探針的所有接觸部件，則在步驟998清洗探針端部。例如，如果在步驟996確定已選擇了端部936的全部4條邊942a-942d并將其用于與端子相接觸，則在步驟992清洗端部936。然后，當測試新晶片時重復整個過程。
圖12示出一示例性測試系統(tǒng)1200，其中探針卡406能在“x”、“y”、“z”和“θ”方向上移動。當然，可允許僅在這些方向之一、或這些方向的兩個方向的組合上移動。(與以上的圖3一樣，圖12中的方向使用“x”、“y”、“z”和“θ”坐標系統(tǒng)標識，其中“z”方向是相關于圖12的垂直方向(上或下)、“x”方向是頁面的水平向內或向外，“y”方向也是水平的但卻是圖12中的向右或向左，且“θ”方向是旋轉。然而，這些方向是為方便起見采用的，而不是限制。)圖12所示的示例性測試系統(tǒng)基本上與圖3所示的測試系統(tǒng)400相似。但是，圖12所示的示例性測試系統(tǒng)1200包括第一導軌1204，它用滾軸1208附于探針卡406上，從而使探針卡406在圖12所示的“y”方向上移動。導軌1202和滾軸1206使探針卡406能在“x”方向上移動，并且伸縮和旋轉驅動器1210使探針卡406能在“z”和“θ”方向上移動。馬達(未示出)或其它驅動器(未示出)影響探針卡的這種移動?？刂破?230通?？膳c圖4所示的控制器430相似，但可被更改成發(fā)出移動卡盤414和探針卡406的控制信號。(卡盤414可與圖1的卡盤114相似。)當然，卡盤414可保持固定，而僅移動探針卡406。經更改包括探針卡406的移動的本文所述的示例性過程可用類似于圖12所示系統(tǒng)來實現。
圖13A-13C示出探針1308上的兩個接觸部件1334、1338被配置成與晶片424的端子422連續(xù)接觸的一個示例性過程。即，探針1308包括第一接觸部件1338和第二接觸部件1334。這些接觸部件1334、1338被配置成置于探針1308上，從而晶片424通過卡盤414的特定移動使第一接觸部件1338與端子422接觸，然后第二接觸部件1334與端子422接觸。
在圖13A-13C所示的示例中，第一接觸部件1338是有些細長的，而第二接觸部件1334是針尖狀的。如圖13A所示，卡盤414開始時將探針1308定位于接近晶片424的端子422。如圖13B所示，卡盤414移動晶片424使各探針1308的第一接觸部件1338接觸端子422。如圖13C所示，卡盤414繼續(xù)移動晶片424，使探針1308(可以是柔性和/或彈性的)彎曲，并使第二接觸部件1334與端子422接觸。在圖13C所示示例中，第二個觸點1334瞄準并刺到端子422，從而刺入端子表面上的任何氧化物或其它雜質。
接觸部件1334、1338的特定配置和圖13A-13C所示的晶片424的移動僅是示例性的?？稍谔结樕鲜褂萌魏螖盗?、形狀和方位的接觸部件，并且可實現任何移動模式以導致探針上接觸部件與端子的期望順序的接觸。
顯而易見，在本文所述的端子與探針端部相接觸的所有示例性過程中，在建立接觸之后端子的進一步移動是可能的。例如，端子與探針接觸之后端子相對于探針端部的進一步上下移動和/或進一步水平前后移動可降低探針和端子之間的接觸電阻?？扇芜x地，探針和端子之間的接觸電阻可受到監(jiān)視，并且卡盤的移動可自動控制成接觸電阻總是小于預定閾值。
本文所述的任一過程可在諸如圖3或12中所示示例性測試系統(tǒng)的測試系統(tǒng)中實現。如本文中所述，在此所述的過程可用其中探針與對象相接觸的其它系統(tǒng)實現。此外，在任一這種系統(tǒng)中，探針和/或對象的移動可用存儲在存儲器中并在處理器(例如如圖3所示)上實現的軟件實現?；蛘撸@種移動的控制可使用電路或軟件和電路的組合來實現。
盡管已在特定示例性實施例的上下文中示出并揭示了本發(fā)明的原理，但可對所公開的實施例作出各種更改。例如，前面的描述將復合移動的分量稱為“垂直”和“水平”移動分量。術語“垂直”和“水平”是相對的，并且相反可使用其它方向分量。作為另一個示例，水平移動可包括與線性移動不同的移動。例如，水平移動可包括水平平面(即“x，y”)中的旋轉。作為又一個示例，盡管本文所述的示例性實施例探查一半導體器件，但本發(fā)明并不受限于此。相反，本發(fā)明可用于探針與對象相接觸的任一系統(tǒng)中。許多其它變體是可能的。
權利要求
1.一種探查電子器件的方法，所述電子器件包括一個表面和多個端子，所述方法包括將所述電子器件和多個探針定位成所述探針靠近所述端子的一些端子；以及實現所述電子器件和所述探針的相對移動，使所述端子的一些端子與所述探針接觸，其中所述相對移動包括與所述電子器件的所述表面平行的分量。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述端子的一些端子從所述電子器件的所述表面延伸距離“d”，且定位所述電子器件和多個探針的所述步驟包括將所述端部的接觸部分置于距離所述電子器件的所述表面比所述距離“d”更近處。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述端子包括凸起于所述電子器件表面之上的元件。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述端子包括扁平焊盤。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述端子包括局部球形。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述探針包括多個端部。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述相對移動還包括與所述電子器件的所述表面垂直的分量。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在所述探針與所述端子的一些端子接觸時測試所述電子器件。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電子器件包括一半導體器件。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電子器件包括一半導體晶片。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電子器件包括用于半導體器件的封裝。
12.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電子器件包括多個半導體器件的封裝。
13.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電子器件包括一半導體管芯。
14.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電子器件包括多個半導體管芯。
15.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電子器件包括印刷電路板。
16.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電子器件包括陶瓷空間變壓器。
17.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電子器件包括線路板；以及與所述線路板電連接的多個半導體器件。
18.一種包含機器可執(zhí)行指令的介質，所述指令用于使控制器執(zhí)行控制探查機器的方法，所述探查機器包括一卡盤，所述方法包括產生第一信號，以將所述電子器件和多個探針定位成所述探針靠近置于所述卡盤上的電子器件的端子；以及產生第二信號，用于實現所述電子器件和所述探針的相對移動，使所述端子與所述探針接觸，其中所述相對移動包括與所述電子器件的所述表面平行的分量。
19.如權利要求18所述的介質，其特征在于，所述端子從所述電子器件的一個表面延伸距離“d”，且產生第一信號的所述步驟包括將所述端部的接觸部分置于距離所述電子器件的所述表面小于所述距離“d”處。
20.如權利要求18所述的介質，其特征在于，各個所述探針包括多個端部。
全文摘要
將電子器件移到第一位置使該電子器件的端子靠近用于與端子電接觸的電極。然后電子器件水平或對角線地移動，使端子與電極相接觸。然后通過探針向該電子器件往返傳送測試數據。
文檔編號G01R31/28GK1950709SQ200580008946
公開日2007年4月18日 申請日期2005年2月15日 優(yōu)先權日2004年2月18日
發(fā)明者T·E·庫珀, B·N·埃爾德里齊, I·K·漢德斯, R·馬滕森, G·L·馬蒂厄 申請人:佛姆法克特股份有限公司