專利名稱：具有分段的襯底的探針卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測試集成電路的裝置。更特別地，本發(fā)明涉及 一種用于半導(dǎo)體集成電路的晶片測試的探針卡。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體集成電路制造中，通常在制造期間以及出貨之前測試 集成電路("IC"),以確保正常的操作。晶片測試是公知的測試技 術(shù)，其通常用于安裝有晶片的半導(dǎo)體IC (或多個小片(dice))的 產(chǎn)品觀'H式，其中，在自動測i式裝置(automatic test equipment, ATE) 與安裝于晶片上的每個IC之間建立臨時電流，以證明IC的正常性 片測試中使用的示例性部件包括ATE測試板(例如，連接至 ATE的多層印刷電路板)，其在ATE與探針卡之間來回傳送測試信示例性探針卡是通常包含用于與IC晶片上的一系列連接端子 (或小片接觸部(die contact))建立電接觸的數(shù)百個設(shè)置的探針的 印刷電路板。公知的探針卡還可包括襯底或所謂的空間變壓器，其 將探針與印刷電路板電連接?？臻g變壓器可包括多層陶瓷襯底、多
層有機物襯底等。將多個柔性探針中的每一個安裝至空間變壓器的 安裝面是7>知的。通常，通過半導(dǎo)體制造領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員7>知 的常規(guī)鍍敷或蝕刻技術(shù)，優(yōu)選地，將探針安裝在形成于襯底上的金 屬焊盤上以進行導(dǎo)電。
制作探針卡的一個難點在于，期望將空間變壓器襯底的安裝面
維持在嚴格的平整度容差內(nèi)，使與IC連接端子相連接的探針針尖
部位置的不期望的變化最小化。對于建立和維持每個探針針尖與被 測試芯片的端子之間相同的接觸狀況，探針組件內(nèi)所有探針針尖的 嚴格位置容差是非常重要的。位置容差影響探針針尖相對于相應(yīng)端
子的位置，以及在探針與IC連接端子之間建立良好的電連接所需
要的力。為了嚴格地控制探針針尖的位置容差，要求這些探針的安 裝面盡可能的平齊。
對于大型探針卡而言，要求大型探針卡可以適應(yīng)大量的半導(dǎo)體 小片的同時測試，或者大型單件半導(dǎo)體小片的測試，從而提高測試 處理的效率。然而，由于揮:針卡和襯底的尺寸增加，使得高效地制 作具有良好平整度特性的襯底變得更加困難。例如，隨著襯底材料
被折疊(lap)成期望結(jié)構(gòu)，會產(chǎn)生或消除剩余應(yīng)力。襯底材料的應(yīng)
力狀態(tài)的變化進而會導(dǎo)致襯底的扭曲，隨著襯底增大，會導(dǎo)致大量 的平整度偏差。另外，與制作過程中具有相同的缺陷率并制作較小 的襯底工件的產(chǎn)品處理中出現(xiàn)的不可恢復(fù)的缺陷相比，相對較大的 襯底工件中不可恢復(fù)的缺陷會導(dǎo)致更多的浪費，因此降低了效率。 更進一步的，隨著探針卡和襯底尺寸增加，探針針尖的位置偏離期 望的正常位置的變化還會隨著襯底曝露于溫度變化并承受村底材 料的熱膨脹特性系數(shù)導(dǎo)致的膨脹和收縮而增大。
因此，期望提供一種探針卡和襯底，其具有相對較大的尺寸， 并且結(jié)合了良好的平整度特性、良好的制造特性、以及能夠在該探 針卡的期望操作溫度范圍內(nèi)保持良好的位置容差
發(fā)明內(nèi)容
才艮據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，提供了一種用于測試半導(dǎo)體小片的探針卡。該探針卡包括安裝盤；以及多個襯底部分(segment), 由安裝盤支撐。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例，提供了一種探針卡。該探針 卡包括印刷電路板，其包括多個導(dǎo)電焊盤。該探針卡還包括探 針襯底，支撐多個襯底元件。探針元件可導(dǎo)電地連接至多個導(dǎo)電焊 盤中的每一個。^果4十襯底包括多個襯底部分。


出于示出本發(fā)明的目的，圖中示出了本發(fā)明目前優(yōu)選的形式； 然而，應(yīng)當理解，本發(fā)明并不限定于所示出的具體布置和手段。在 附圖中圖l是現(xiàn)有技術(shù)中包含多個半導(dǎo)體小片的晶片的平面圖；圖1A是圖1的半導(dǎo)體晶片的半導(dǎo)體小片的放大細節(jié)圖；圖2是示出了通過框架連接至安裝盤的襯底的上表面的現(xiàn)有技 術(shù)中纟冢針卡的局部示意平面圖；圖3是^4居本發(fā)明示例性實施例的揮:針卡的局部示意平面圖；圖4是沿著圖3的線3-3取圖3的探針卡的示意橫截面圖，其 示出了安裝于框架中的襯底部分的組件；圖5示出了具有使用水性環(huán)氧樹脂(compliant epoxy )在框架 中定位襯底部分的框架的圖3和4的框架的放大細節(jié)圖； 圖6是示出了通過將彈性偏置件用于在框架中定位襯底部分的 圖3和圖4的才醫(yī)架的》文大細節(jié)圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的探針卡的示意橫截面圖； 圖9是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的另一探針卡的示意^t截面圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的再一個探針卡的示意橫截 面圖；以及圖11是根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的另一探針卡的示意橫截面圖。
具體實施方式
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，提供了用于測試半導(dǎo)體小片的探 針卡。該探針卡包括安裝盤；以及通過框架連接至安裝盤的多個 襯底部分。例如，該框架包括至少一個偏置件，用于將每個襯底部 分偏置到相對于框架的第一位置，并彈性地適應(yīng)襯底部分的熱膨月長 和收縮。此外，框架可用具有低熱膨"長系凄t的材并牛制成。參照附圖，首先參照圖1、 1A和2，在現(xiàn)有技術(shù)已知的，提供 了適合在具有多個半導(dǎo)體小片22的半導(dǎo)體晶片20的測試中使用的 探針卡10。每個半導(dǎo)體小片22具有多個小片接觸部24(盡管圖1A 中示出了少量的4妄觸部，^f旦應(yīng)該明白，小片22中可以包含4壬意凝: 量的小片接觸部)?，F(xiàn)有技術(shù)的探針卡10包括安裝盤30和通過框 架50連接至安裝盤30的襯底40。在晶片測試技術(shù)中，襯底40還 可以是指例如"空間變壓器"。安裝盤30可以是指例如與襯底40 電連通的印刷電路板。盡管這里所描述的特定附圖中示出的襯底(例如，襯底40)相 比于對應(yīng)的安裝盤和/或PCB (例如，安裝盤30)具有相對4交大的 尺寸，^旦應(yīng)該明白，這是出于清晰示出的目的。應(yīng)該明白，所示出 的部件的相對尺寸與本發(fā)明無關(guān)，并且在特定的#1針卡中，襯底(例 如，空間變壓器)明顯小于PCB。多個探針42安裝在襯底40的安裝面44上。例如，探針42由 諸如鋁或銅的導(dǎo)電金屬制成。在半導(dǎo)體晶片20的測試期間，晶片 20與探針卡10之間的相對移動導(dǎo)致探針42的針尖與受到測試的半 導(dǎo)體小片22的接觸部24之間的電接觸。使探針42的針尖彼此之 間非常精確地相對定位對于確保在晶片測試期間探針卡10的正常 操作是很重要的。襯底40可包括例如多層陶瓷材料、多層有機物材料等。襯底 40具有寬度dl和長度d2。在這種現(xiàn)有技術(shù)的襯底中，安裝面44 呈波形，這可以由制造襯底40的處理產(chǎn)生，也可以由襯底40的后 續(xù)處理產(chǎn)生。如果探針42安裝于不平整的安裝面44上，則安裝面 44的波形將會降低探針針尖相對于小片接觸部24定位的精確度。 波度大小將是襯底40的整體尺寸的函凄t。例如，如果襯底40的剩 余應(yīng)力將導(dǎo)致沿襯底40的中心軸0.5度的偏斜，則安裝面44移出 理想平面位置的距離將隨著與中心軸的距離增大。在探針42損壞前，通常僅能適應(yīng)有限的偏斜度。因此，隨著 探針卡尺寸的增大，期望探針42可適應(yīng)的波形通常也增大，可以 想到，期望適應(yīng)的波形會超過纟罙針42可適應(yīng)的偏寺+等級。另外， 隨著襯底40尺寸的增大，由于落入制造公差之外的襯底40通常要 被丟棄，所以廢品量也會上升。 除了安裝面44的波形之外，襯底40與半導(dǎo)體晶片20之間不 同的熱膨脹也會導(dǎo)致探針針尖相對于小片接觸部24的不精確定位。 由于不同的熱膨脹特性會隨著襯底40的尺寸增加而增加，會導(dǎo)致 探針針尖距離其正常位置的位移增大，例如，因為晶片通常包括硅， 而襯底通常包括諸如陶瓷的材料。這種硅和陶瓷材料具有不同的熱 膨脹特性，并且隨著襯底40尺寸的增大，襯底40相對于晶片20 的總熱膨脹差也增大?，F(xiàn)在參照圖3-6，考慮到與襯底尺寸增大相關(guān)的問題，同時認 識到提高由較大襯底帶來的測試能力和效率的益處，根據(jù)本發(fā)明的 示例性實施例，提供了用于測試半導(dǎo)體小片22的探針卡100,包括 安裝盤130;以及通過框架150由安裝盤130支撐(例如，連接) 的多個4十底部分140。安裝盤130可類似于現(xiàn)有4支術(shù)的安裝盤30。 當在框架150中進行組裝時，多個(支撐探針142的)襯底部分140 具有合并后的寬度dl和長度d2,其可等于現(xiàn)有技術(shù)中襯底40的寬 度dl和長度d2?？梢酝ㄟ^基本上類似于現(xiàn)有技術(shù)的襯底40的操作 來對多個襯底部分140進行操作，然而，各個襯底部分140的寬度 和長度可以明顯地小于現(xiàn)有技術(shù)中襯底40的寬度和長度。期望框架150用于在較廣的溫度范圍內(nèi)準確地定位探針卡100 內(nèi)的每個襯底部分140。例如，框架150由具有相對較低(小于等 于2.5*10—6英寸/英寸/華氏度(大約4.5*10-6厘米/厘米/攝氏度)的 熱月彭月長系凄t ( coefficient of thermal expansion,縮寫為CTE)的材料 制成，以基本匹配陶瓷襯底相對較低的CTE (例如，大約3.3*1(T6 英寸/英寸華氏度(大約6.0*10—6厘米/厘米/攝氏度)。具有期望特性 的示例性材料包括例如，具有不同成分的鎳的鋼，其具體實例是 以商標INVAR和NILO銷售的。其他示例性材沖牛包4舌鉬、鉬合 金、以及不銹鋼。盡管可以將框架150的材料選4奪為具有基本匹配 村底140的CTE的CTE，然而在測試處理期間，在框架150與襯
底140之間存在不同的熱增長(thermal growth )。因此，期望框架 150用于精確定位襯底部分140，同時還能適應(yīng)框架150與襯底部 分140之間不同的熱增長?？梢酝ㄟ^多種方式來實現(xiàn)該功能。例如，具體參照圖5，可以 將適合在最大處理溫度下使用的水性環(huán)氧樹脂160用于裝填框架 150中的襯底140。 7K性環(huán)氧樹脂160用于將每個襯底部分140偏 置到相對于框架150的第一位置中，并用于彈性地適應(yīng)襯底部分140的熱膨3長和^:縮。才艮據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例，參照圖6,框架150可包括 彈性元件170，其同樣用于將每個襯底部分140偏置到相對于框架 150的第一位置中，并用于彈性地適應(yīng)襯底部分140的熱膨脹和收 縮。例如，彈性元件170可被構(gòu)造用于將每個襯底部分140朝向安 裝盤150的中心部分172偏置。圖7示出了4艮據(jù)本發(fā)明示例性實施例的相鄰的兩個^J"底部分 700和702。根據(jù)本發(fā)明，可以期望將襯底部分上的探針704排列 為與要被測試的晶片上的小片接觸部位置匹配的結(jié)構(gòu)。更具體地， 可以期望盡可能多的接觸晶片的小片接觸部，從而改善測試周期。 如圖7中所示，襯底部分700和702均包括8行探針。在襯底部分 700上，間隙Gl將探針的左側(cè)組(4行)與揮:針的右側(cè)組(4行) 分開。同樣的，在襯底部分702上，間隙G3將探針的左側(cè)組(4 行)與探針的右側(cè)組(4行)分開。另外，揮:針704排列在襯底部 分700和702上，使得襯底部分700探針的左側(cè)組(4行)與襯底 部分702探針的右側(cè)組(4行)之間存在間隙G2。期望間隙G2被 構(gòu)造為基本上類似于間隙Gl和G3。當然，可將該方法(優(yōu)化相鄰 襯底部分上的探針布局)應(yīng)用于給定結(jié)構(gòu)中任意數(shù)量的襯底部分。
對于支撐村底部分，可以設(shè)計多種不同的支撐結(jié)構(gòu)。圖8-11 示出了 4個示例性結(jié)構(gòu)。盡管圖8-11示出了僅僅兩個襯底部分，但 應(yīng)該明白，還可以設(shè)計不同數(shù)量的襯底部分。圖8示出了探針卡800,包括PCB 802、安裝盤804、和框架 806。才匡架806支撐4十底部分808a和808b，并且4于底部分808a和 808b支撐探針元件812。在襯底部分808a與808b之間設(shè)置環(huán)氧樹 脂810。在安裝盤804與襯底部分808a/808b之間設(shè)置有插入物814 (例如，彈性銷插入物、彈簧銷插入物、平面4妻觸部陣列插入物等)， 并且可以包括多個插入物。因此，乂人PCB802起、通過安裝盤804、 通過插入物814、通過襯底部分808a和808b、到探針812，提供了 電通路?？蚣?06限定了凹槽806a,其用于接合襯底部分808a和808b 的邊纟彖部分。圖9示出了#1針卡900，包括PCB卯2、安裝盤904、和框架 906?？蚣?06支撐襯底部分908a和908b,并且襯底部分908a和 908b支撐探針元件910。在安裝盤904與襯底部分908a/908b之間設(shè)置有插入物914 (例如，彈性銷插入物、彈簧銷插入物、平面接 觸部陣列插入物等)，并且可以包括多個插入物。框架906限定了凹槽906a，其用于接合襯底部分908a和908b 的邊纟彖部分。在特定結(jié)構(gòu)中，圖8-9所示的具有凹槽的框架結(jié)構(gòu)是不可行的。 例如，由襯底元件支撐的探針元件的高度(在襯底部分表面以上) 可能不能適應(yīng)這種結(jié)構(gòu)。
圖10示出了探針卡1000，其包括PCB 1002、安裝盤1004、 和框架1006。框架1006支撐襯底部分1008a和1008b ，并且4于底 部分1008a和1008b支撐4笨針元件1012。盡管未在圖10中示出， 但是可以在安裝盤1004與襯底部分1008a/1008b之間設(shè)置有插入物(例如，彈性銷插入物、彈簧銷插入物、平面接觸部陣列插入物等)， 并且可以包括多個插入物。在圖10所示的多個位置i殳置環(huán)氧樹脂1010。圖11示出了探針卡1100,其包括PCB1102、安裝盤1104、和 框架1106?？蚣?106支撐襯底部分1108a和1108b，襯底部分1108a 和1108b支撐探針元件1112。盡管未在圖11中示出，但是可以在 安裝盤1104與襯底部分1108a/1108b之間設(shè)置插入物(例如，彈性 銷插入物、彈簧銷插入物、平面4妄觸部陣列插入物等)，并且可以 包括多個插入物?？梢栽趫D11所示的多個位置i殳置環(huán)氧樹脂1110。探針卡1100的框架1106包括多個肋狀物(rib) 1106a，用于 4是供額外的支撐。例如，4艮據(jù)要求可以將肋狀物1106a構(gòu)造為線型 輪廓，或構(gòu)為成柵格狀。因此，本發(fā)明提供了 一種部分襯底(例如，部分的空間變壓器)， 其具有大襯底的優(yōu)點(例如，改善的測試效率)，同時還具有較小 襯底的優(yōu)點(例如，改進的可制造性，以及較少地受熱膨脹的影響， 從而改進了探針針尖定位的準確度)。盡管通過這里所示出的特定的簡單化的探針設(shè)計示出了本發(fā) 明，但本發(fā)明并不限定于此。有關(guān)于本發(fā)明可使用任何類型的探針。 另外，可將探針構(gòu)造為任意數(shù)量的定向，例如，探針可以(l)基 本上相對于襯底表面垂直延伸；(2)相對于襯底表面沿著弧線或曲
線路徑延伸；(3)和/或包括基本上相對于襯底表面水平延伸的桿 (beam )。
本發(fā)明的教導(dǎo)可應(yīng)用于探針卡設(shè)計的寬陣列中，例如，懸臂式 探針卡、柱桿針尖(post-beam-tip)式探針卡，使用探針頭(其中 具有探針流)的探針卡、具有上部鍍敷的(plated-up)探針的探針 卡、具有拾取貼裝附著(pick-and-place attached)的探針的探針卡等。
對于安裝盤，已經(jīng)描述了本發(fā)明特定的示例性實施例。這種安 裝盤可以是纟笨針卡組件的PCB;然而，也可以采用其它的安裝盤(例 如，如圖8-11中所示)。
關(guān)于安裝探針和/或支撐探針的襯底，已經(jīng)描述了本發(fā)明特定的 示例性實施例。示例性的4于底包括多層陶瓷4于底和多層有物才幾4十 底。然而并不限定于此，襯底可以是空間變壓器。
關(guān)于輔助機構(gòu)，例如(1 )環(huán)氧樹脂材料和(2)彈性元件，已 經(jīng)描述了本發(fā)明特定的示例性實施例；但是，本發(fā)明并不限定于此。 可以使用任意數(shù)量的輔助機構(gòu)。
關(guān)于連接襯底部分(或支撐襯底部分)的框架，已經(jīng)描述了本 發(fā)明特定的示例性實施例。這種框架可以是單個結(jié)構(gòu)、多個分開的 結(jié)構(gòu)、或多個連接在一起的結(jié)構(gòu)。例如，圖11中所示的框架1106 可以是單個結(jié)構(gòu)(包括肋狀物1106a)(例如，由單塊材料制成)。 可選;也，肋4犬物1106a可以與沖醫(yī)架1106的其它部分分開。以上所述4義為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā) 明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進 等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種探針卡，包括安裝盤；以及多個襯底部分，由所述安裝盤支撐。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的探針卡，其中，所述多個襯底部分由所 述安裝盤通過框架支撐。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的探針卡，其中，所述框架包括至少一 個偏置件，用于將每個所述襯底部分偏置到相對于所述框架的 第一位置，并用于彈性地適應(yīng)所述襯底部分的熱膨脹和收縮。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的探針卡，其中，所述偏置件包括基于環(huán) 氧樹脂的材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的探針卡，其中，所述偏置件包括彈性元 件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的探針卡，其中，所述框架由具有低于大 約2.5*10_6英寸/英寸/華氏度的熱膨脹系數(shù)的材料制成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的探針卡，其中，所述框架限定凹槽，所 述凹槽用于容納所述多個襯底部分中的至少一個的邊^(qū)彖部分。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的探針卡，進一步包括印刷電路板，所 述安裝盤位于所述印刷電路板與所述多個襯底部分之間。
9. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的探針卡，其中，所述安裝盤是印刷電路板。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的探針卡，進一步包括插入物，位于所 述安裝盤與所述襯底部分之間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的探針卡，其中，所述多個襯底部分包括 第一襯底部分和第二襯底部分，其中，在(1)所述第一4于底 部分支撐的第一探針元件組與(2)所述第二襯底部分支撐的 第二探針元件組之間限定的間隙，基本上等于在(3)所述第 一襯底部分支撐的所述第一探針元件組與(4)所述第一襯底 部分支撐的第三探針元件組之間限定的間隙。
12. —種纟罙針卡，包括印刷電路板，包括多個導(dǎo)電焊盤；以及探針襯底，支撐多個襯底元件，所述探針元件可導(dǎo)電地 連接至所述多個導(dǎo)電焊盤中的相應(yīng)焊盤，所述#1針襯底包括多 個襯底部分。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的探針卡，其中，所述多個襯底部分由 所述印刷電路^反通過框架支撐。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的探針卡，其中，所述框架包括至少一 個偏置件，用于將每個所述襯底部分偏置到相對于所述框架的 第一位置，并用于彈性地適應(yīng)所述襯底部分的熱膨脹和收縮。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的探針卡，其中，所述偏置件包括基于 環(huán)氧樹脂的材料。
16. 4艮據(jù)權(quán)利要求14所述的探針卡，其中，所述偏元件包括彈性 元件。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的探針卡，其中，所述框架由具有低于 大約2.5* 10—6英寸/英寸/華氏度的熱膨脹系數(shù)的材料制成。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的探針卡，其中，所述框架限定凹槽， 所述凹槽用于容納所述多個襯底部分中的至少 一 個的邊緣部 分。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的探針卡，進一步包括安裝盤，位于 所述印刷電路板與所述多個襯底部分之間。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的探針卡，進一步包括插入物，位于 所述印刷電路板與所述襯底部分之間。
21. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的探針卡，其中，所述多個襯底部分包 括第一襯底部分和第二襯底部分，其中，在(1)所述第一襯 底部分支撐的第一探針元件組與(2)所述第二襯底部分支撐 的第二探針元件組之間限定的間隙，基本上等于在(3)所述 第一襯底部分支撐的所述第一探針元件組與(4)所述第一襯 底部分支撐的第三探針元件組之間限定的間隙。
全文摘要
提供了一種用于測試半導(dǎo)體小片的探針卡。所述探針卡包括安裝盤；以及多個襯底部分，由安裝盤支撐。多個襯底部分由安裝盤通過框架支撐。通過這種結(jié)構(gòu)，可以提供由單個較小襯底部分的組合形成的相對較大尺寸的探針卡。因此，通過單個較小襯底部分的良好屬性確保了大尺寸探針卡的理想的平整度特性、制造特性、以及位置容差。
文檔編號G01R31/28GK101133338SQ200580047165
公開日2008年2月27日 申請日期2005年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月2日
發(fā)明者安霍-塔伊·源, 巴哈德爾·圖納博伊盧, 斯科特·R·威廉斯 申請人:Sv探針私人有限公司