CN101189524A

CN101189524A - 具有层叠基板的探针卡

Info

Publication number: CN101189524A
Application number: CNA2006800069424A
Authority: CN
Inventors: 斯科特·威廉斯; 约翰·麦格隆瑞; 巴哈德尔·图纳博伊卢
Original assignee: SV Probe Pte Ltd
Current assignee: SV Probe Pte Ltd
Priority date: 2005-03-01
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2008-05-28
Also published as: US20080246501A1; US7898276B2; EP1943528A1; WO2006093704A1; TW200700730A; KR20080002793A; JP2008532042A

Abstract

本发明提供了一种探针卡，该探针卡包括：第一基板、第二基板、以及在第一基板与第二基板之间延伸的多条导电线。所述导电线：(a)在第一端部处固定于第一基板的触点；并且(b)在第二端部处固定于第二基板的触点。

Description

具有层叠基板的探针卡

相关申请交叉参考

本申请要求于2005年3月1日提交的第60/657,487号美国临时申请的权益，其内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及用于集成电路测试的设备。更具体地说，本发明涉及一种用于半导体集成电路的晶圆测试的探针卡。

背景技术

在半导体集成电路制造过程中，传统的是，在制造期间以及在发货之前测试集成电路(IC)，以确保正确的操作和相关的特性。晶圆测试是一种公知测试技术，该技术通常用于基于晶圆的半导体IC(或晶片)的产品测试中，其中例如在自动测试设备(ATE)与晶圆的每个IC(或晶片)之间产生临时电流以证明IC的准确性能。用于晶圆测试的示例性部件包括ATE测试板，该测试板是连接于ATE的且在ATE与探针卡之间来回传输测试信号的多层印刷电路板。

示例性探针卡包括具有与几百个探针进行电通信的触点的印刷电路板(PCB)，所述探针被设置成与IC晶圆上的一系列连接端子(或晶片触点)进行电接触。某些已知探针卡进一步包括将探针电连接于印刷电路板的基板或所谓的空间转换器(spacetransformer)。所述空间转换器可以包括例如多层陶瓷基板或多层有机基板。已知的是将多个柔性探针中的每一个均安装于空间转换器的安装表面。通常，探针被安装于导电(例如，金属)焊盘，所述焊盘通过半导体制造领域的技术人员所公知的传统电镀或蚀刻技术而形成于基板上。在某些可替换设置的探针卡中，已知的是，将探针安装于探针头组件内，所述探针头组件将探针的端部设置成与在空间转换器表面上的触点进行电通信。

探针卡制造过程中的一个难点在于，空间转换器基板的安装表面被期望地保持在严格的平面公差内，从而将不期望的探针尖(其与IC连接端子相连接)位置的变化最小化。对于在各个探针尖与被测试芯片的端子之间建立和保持相同的接触条件来说，所有探针尖在探针组件内的严格的位置公差是至关重要的。位置公差对探针尖相对于相应端子的位置以及在探针与IC连接端子之间建立令人满意的电连接所需要的力两者均有影响。为了严格控制探针尖的位置公差，所期望的是，多个探针的安装表面尽可能地接近平面。

具体地说，用于将探针安装于基板上的一个通常方法包括使用电镀技术在基板上形成柱(post)结构的步骤，接下来的是将每个探针接焊(tab bonding)于柱的步骤。难以将每个电镀后的柱的顶部保持在公共平面上。另外，由于探针被安装于柱上，所以难以保持探针的正确对准。

将探针直接安装于空间转换器基板的另一缺点在于，基板趋向于成为相对昂贵的产品，如果在将探针安装于基板期间出现错误，则使得基板变得无用，这种错误的成本较高。

因此，期望提供一种更容易制造且更有成本效益的探针卡，该探针卡提供将探针尖设置在严格公差内的探针元件。

发明内容

根据本发明的示例性实施例，提供了一种探针卡，该探针卡包括：第一基板、第二基板、以及在第一基板与第二基板之间延伸的多条导线。所述导线：(a)在第一端部处固定于第一基板的触点；并且(b)在第二端部处固定于第二基板的触点。

根据本发明的另一示例性实施例，多个焊球设置于第一基板和第二基板的相应触点之间。所述多条导线在第一基板与第二基板之间设置第一导电通路，而所述多个焊球在第一基板与第二基板之间设置第二导电通路。

附图说明

为了说明本发明的目的，附图中示出了本发明目前优选的一种形式。但是，应该理解，本发明并不局限于所示出的精确布置和手段。附图：

图1是示出了根据本发明示例性实施例的探针卡的一部分的透视图，所述探针卡适于与闪存半导体芯片一起使用并具有特征；

图2是图1探针卡的局部侧面横截面图；

图3是示出了根据本发明另一示例性实施例的探针卡的一部分的透视图，所述探针卡适于与动态随机存取存储器(DRAM)半导体芯片一起使用并具有特征；

图4是图3探针卡的局部侧面横截面图；

图5A是根据本发明示例性实施例的探针卡组件的一部分的结构图的侧视图；

图5B是根据本发明示例性实施例的另一探针卡组件的一部分的结构图的侧视图；

图6A是根据本发明示例性实施例的又一探针卡组件的一部分的结构图的侧视图；以及

图6B是根据本发明示例性实施例的又一探针卡组件的一部分的结构图的侧视图。

具体实施方式

如此处所使用的，术语“基板”旨在涉及装置(例如，多层陶瓷基板、多层有机基板、单层基板、印刷电路板、接口板(例如，FR4接口板)、空间转换器等)的板涵盖的范围。

根据本发明示例性实施例，提供了一种用于半导体晶片测试的探针卡。该探针卡包括层叠布置的第一和第二基板。第一基板包括其上设置有第一组电触点的第一面。所述触点电连接于形成在第二面上的第二组触点。该电连接可以是通过任何传统方式，包括电迹线(electrical trace)和/或导电过孔。

第二基板位于第一基板上方(在所示出的实施例中)，并且包括第一面和第二面。第一组电触点设置于第一面上。多个探针元件(在一个示例性实施例中，其为悬臂式探针)设置于第一面上，并且探针的至少一部分电连接于第一组电触点。多个导电引线结合部(wire bond)将第二基板上的第一组电触点的至少一部分连接于第一基板上的第一组电触点的一部分。在一个示例性实施例中，第二组电触点形成于第二基板的第二面上。第二组电触点通过第一基板(诸如，通过通孔)电连接于第一面上的第一组电触点的一部分。第二组电触点电连接于第一基板上的第一组触点的一部分。

如附图中所示的，根据下面对本发明示例性实施例的详细描述，本发明的上述和其它特征和优点将变得更加明显。

参照图1-4，在整个附图中，相同标号表示相似元件，示出了本发明的示例性实施例，以便在用于半导体晶片测试的探针卡组件中使用。在第一实施例中，本发明包括具有第一基板20和第二基板30的层叠基板组件10。层叠基板组件10结合于探针卡组件(未完全示出)中。多个探针60安装于第二基板30，并如下所述地电连接于第一基板20。在所示的实施例中，探针60是悬臂式探针，但是，应该理解，本发明的启示可以应用于包括多种不同探针构造的任一种探针卡。而且，当使用诸如探针60的悬臂式探针时，设置柱元件(未在图1-4中清楚地示出)，以提供额外的垂直偏转，诸如图5A-6B中所示的柱元件。

图1-4所示的层叠基板组件10、100的实施例示出了本发明在存储芯片中的两种示例性应用。在第一所示实施例(图1和图2)中，层叠基板组件10适于与在芯片的两个侧面上具有电触点的闪存芯片一起使用。在第二所示实施例(图3和图4)中，层叠基板组件10适于与仅在芯片的一个侧面上具有电触点的动态随机存取存储器(DRAM)半导体芯片一起使用。应该容易明白，所示出的实施例是本发明的简单示例性应用，并且不应被看作为限制本发明的整个范围。

参照图1和2，层叠基板组件10包括与触点(诸如第一基板20上的引线迹线或触点焊盘(contact pad)(或任何其它类型的电触点，诸如端子、引线等))进行电通信的多个探针60。电通信可以通过各种方式而被提供。在本发明的一个构造中，电连接通过导电线70从第二基板30结合至第一基板20上的电触点而被提供。还可预期的是，除了引线结合部，一个或多个探针60可以连接于延伸通过第二基板30的过孔。进而，该过孔例如通过导电环氧化物(epoxy)或焊料附着物和/或精压焊凸(coined bump)而连接于第一基板20上的电触点。这种过孔和引线结合部的组合使得第二基板30与第一基板20之间的互联最大化。

第一基板20限定第一面24和第二面22。第一基板20可以是例如半导体测试和制造领域中公知类型的多层复合物。第一组电迹线/触点26设置于第一面24上。一组电迹线或触点(未示出)设置于第二面22上，并与探针卡组件(诸如印刷电路板)的另一元件进行电通信，该元件进而与自动测试设备(ATE)进行电通信。第一和第二组电迹线通过多层复合物以传统方式(诸如通过一系列的过孔)电连接。

第二基板30限定第一面34和第二面32。第二基板30可以是例如相关领域中普通技术人员公知类型的多层复合物。一个或多个中间开口或槽36延伸通过第二基板30。第二基板30限定侧面38、40。

第一组电触点44设置于第二基板30的第一面34上。例如，电触点44可以使用传统的镀覆技术而形成，并且可以例如由高导电的抗氧化材料(诸如金)形成。如图所示，电触点44可以形成为以任何所需图案布置的薄条形导电材料。

每个探针60连接于至少一个电触点44并与该电触点电通信。在所示的示例性实施例中，探针60附着于电触点44的顶表面的一部分。探针60具有第一端部62和第二端部64。探针尖66设置在探针60上并位于第二端部64处。探针尖66被定位成且适合于与处于测试中的半导体装置上的电触点相接触。如上所述，当处于测试中的装置是闪存芯片(该芯片具有布置于芯片的相对侧面上的两组电触点)时，所期望的是提供相对的第一和第二组探针60。例如，探针60可以由金属(例如钨、BeCu、Ni合金、Mo、Mo合金、Havar等)制成，所述金属具有良好的导电特性以及良好的强度和疲劳特性。探针60例如通过相关领域的技术人员所公知的接焊而连接于电触点44。

在所示的实施例中，探针60以悬臂式安装，其具有大致平行于第二基板30的第一面34延伸或从第二基板30的侧面横向地延伸的纵向轴线。可以理解，层叠基板组件10还可以结合于竖直的探针卡中。在其它元件，这种竖直的探针卡通常还包括探针头和空间转换器。通过将层叠基板组件原理应用于竖直探针卡，可以用空间转换器和探针头元件来代替第一和第二基板(其中探针附着于第二基板)。

多个第二电触点46例如设置于第二基板30的第二面32上。例如，电触点46以金属触点焊盘的形式形成，该焊盘使用传统技术设置于第二面32上。第二电触点46可以以传统的方式(诸如通过过孔(未示出))穿过第二基板30的厚度而电连接于第一组电触点44的一部分，并且/或可以电连接于第二基板30的第一面34上的第三组电触点45。

导电连接被用来将第二基板30上的电触点46与第一基板20上的电迹线/触点26相连接，从而每个探针60可期望地与第一基板20上的电迹线26中的至少一个进行电通信。可以使用本领域技术所公知的任何适合的电连接。在所示的实施例中，导电环氧化物或焊料焊凸48形成于第二基板30上的电触点46上。然后，焊凸48通过精压焊凸49连接于电迹线26。

可替换地，或者除了前文所述的示例性的直接焊凸连接，本发明还预期使用多个导线70来将第二基板30上的第一电触点44与第一基板20上的电迹线26相连接。引线结合部70在探针60与电迹线26中的至少一个之间提供电连接。

线70具有结合于电触点44的第一端部72以及结合于电迹线26的第二端部74。线70可以使用相关领域的技术人员所公知的传统引线结合技术以及使用传统的引线结合机(诸如由Kulicke andSoffa Industries，Inc.、Willow Grove，PA销售的引线结合机)来安装。如图所示，线70可以从第二基板30的顶部上的电触点44、经过槽36并延伸至电迹线26。连接槽36相对侧上的悬臂式探针60的线70可以交叉，以适应传统芯片设计的小空间要求。

下面参照图3和图4，示例性层叠基板组件100类似于层叠基板组件10，但是具有以下不同，诸如探针60从第二基板130的一个边缘横向地延伸并且被布置成与动态随机存取存储器(DRAM)半导体芯片的电触点特性相匹配。更具体地说，使用从第一边缘138延伸至第二边缘140的层叠基板组件100的第二基板130，而无需中介的槽。在层叠基板组件100中，线70延伸超过第一边缘138，并连接于第一基板20上的电迹线26。

在半导体晶圆装置的测试期间，探针尖66移动到电触点中，并且半导体晶片的晶片触点经受测试。当探针尖66接触所述晶片触点时，探针60偏转。由于除了附着于第二基板之外，探针60沿长度方向未被支撑，所以探针第二端部64可自由地偏转相当大的距离。

如可以理解的，本发明所提供的其中一个好处在于，组件提供了较小的竖直封装尺寸，同时提供了相当大的偏转能力。

另外，由于第二基板的平面度基本上决定了封装件的总体平面性，所以本发明提供了对封装件平面性的改进控制。控制基板的平面度明显比控制探针的镀覆厚度容易。层叠基板还使得探针连接件被制造成相对便宜的第二基板而不是相对昂贵的第一基板。因此，如果在安装探针的过程期间损坏了安装表面，则可以回收相对昂贵的第一基板以便再利用。

因而，层叠基板提供了更容易制造且更有成本效益的探针卡，该探针卡具有尖部被设置在严格公差内的探针。

图5A是探针卡组件200的局部侧视图。探针卡组件200包括印刷电路板(PCB)202(包括触点202a)、基板204(例如，包括触点204a和204b的接口板204)、以及基板208(包括触点焊盘208a和导电迹线208b)(触点焊盘208a导电地连接于延伸经过基板208的导电过孔等)。图5中示出了每个PCB 202的仅一部分、接口板204、和基板208。PCB 202与接口板204之间的导电触点通过焊球206(焊球206在触点焊盘202a与204a之间延伸)而被提供。在图5A所示的示例性布置中，接口板204与基板208之间的导电触点通过(a)焊球210(焊球210在触点焊盘204b与触点焊盘208a之间延伸)和(b)在某个触点焊盘204b与触点焊盘208a之间延伸的导体212(例如，引线结合导体212)而被提供。探针元件214(包括柱214a、梁214b、和尖部214c)导电地连接于导电迹线208b。

虽然图5A未清楚示出，但是导体212可以(或者可以不)延伸经过基板208中的孔(未示出)，诸如上述的图1-2的示例性实施例中所示的槽36。

例如，在给定的构造中，可能没有足够的空间来使用导体212在接口板204与基板208之间构造所有导电连接。因此，与导体212相连接的焊球210可以提供导电连接。例如，某些探针卡利用探针元件，所述探针元件在基板上被布置成各种图案/构造，同时与图1-4所示的一行或两行探针相对。

可替换地，在某些构造中，可以使用导体212来形成所有这些导电连接，其中焊球210可以用来提供接口板204与基板208之间的机械强度、弹性(resiliency)、以及平面性。这种焊球210可以延伸横过接口板204和基板208的整个接口长度(图5A中未示出整个接口长度)。

图5B是另一探针卡组件200a的局部侧视图。图5B中相同的参考标号(以及未被标注的相同元件)表示图5A的相同元件。在图5B所示的探针卡组件200a中，提供了引线结合部212的第二层。也就是说，引线结合部212设置于PCB 202与接口板204之间(除了设置于接口板204与基板208之间。并设置材料218(例如，环氧密封材料)，以向引线结合部212提供刚性。环氧密封材料(或其它非导电材料)还可以提供基板组件机械稳定性(例如，基板208与接口板204之间的稳定性)。

仅利用图5B中用于基板208与接口板204之间的连接的引线结合部212可以免于使用基板208中的过孔，从而使得基板208相对较便宜，并且还消除了使用单层基板中的过孔的某些电稳定性风险。

图6A是另一探针卡组件300的局部侧视图。图6A中相同的参考标号(以及未被标注的相同元件)表示图5A的相同元件。在图6A所示的探针卡组件300中，插入件216设置于PCB 202与接口板204之间。插入件216可以是多种插入件类型中的任一种，其包括弹簧针(pogo pin)插入件、弹性销(spring pin)插入件、柔性板支撑的镀覆触点等。

图6B是另一探针卡组件400的局部侧视图。图6B中相同的参考标号(以及未被标注的相同元件)表示图5A和图6A的相同元件。在图6B所示的探针卡组件400中，材料218(例如，环氧密封材料)被设置成向引线结合部212提供刚性。

虽然已经相对于基板上的某些类型的触点(例如，接点栅格阵列(land grid array)触点)初步示出了本发明，但是本发明并不局限于此。本发明的启示可应用于具有多种类型的触点中任一种的基板，所述多种类型的触点包括，例如，接点栅格阵列触点焊盘、球栅阵列触点焊盘、端子、导线、导电迹线或任何其它类型的触点或导电区域。

在不脱离本发明的精神和实质特征的前提下，可以以其它特定形式实施本发明。虽然已相对于本发明的示例性实施例描述并示出了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行前述的和各种其它改变、省略和添加。

Claims

1.一种探针卡，包括：

第一基板；

第二基板；以及

多条导线，在所述第一基板与所述第二基板之间延伸，所述导线：(a)在第一端部处固定于所述第一基板的触点；并且(b)在第二端部处固定于所述第二基板的触点。

2.根据权利要求1所述的探针卡，其中，所述多条导线为引线结合部。

3.根据权利要求1所述的探针卡，其中，所述导线延伸经过邻近于所述第二基板的所述第一基板中的开口。

4.根据权利要求1所述的探针卡，还包括所述第一基板与所述第二基板之间的焊球连接。

5.根据权利要求1所述的探针卡，其中，所述第一基板和所述第二基板中的至少一个为多层基板。

6.根据权利要求1所述的探针卡，还包括多个探针元件，所述探针元件被支撑于所述第一基板的与所述导线的所述第一端部相邻的表面上。

7.根据权利要求6所述的探针卡，其中，所述探针元件为悬臂式探针元件。

8.根据权利要求6所述的探针卡，其中，用于探测半导体晶圆的多个导电通路中的每个通过以下方式而被提供：(a)所述多个探针元件中的一个元件；(b)所述第一基板的与所述多个探针元件中的所述一个元件电连接的相应触点；以及(c)所述导线的连接于所述第一基板的所述相应触点与所述第二基板的相应触点之间的相应一条导线。

9.根据权利要求8所述的探针卡，还包括印刷电路板，其中，所述多个导电通路中的每个均包括：(d)弹性导电通路，位于所述第二基板的所述相应触点与所述印刷电路板的相应触点之间。

10.根据权利要求9所述的探针卡，还包括所述第二基板与所述印刷电路板之间的插入件，并且其中，所述弹性导电通路包括所述插入件的可压缩导体。

11.根据权利要求1所述的探针卡，进一步包括印刷电路板，其中所述第二基板的触点电连接于所述印刷电路板的触点。

12.根据权利要求11所述的探针卡，还包括附加导线，所述附加导线用于将所述第二基板的所述触点的至少一部分电连接于所述印刷电路板的所述触点。

13.根据权利要求1所述的探针卡，还包括用于稳定所述导线的材料，所述材料包含环氧化物。

14.根据权利要求1所述的探针卡，进一步包括插入件和印刷电路板，所述插入件设置于所述印刷电路板与所述第二基板之间，从而所述插入件在所述印刷电路板的触点与所述第二基板的触点之间提供电互连。

15.一种探针卡组件，包括：

第一基板；

第二基板；

多条导线，在所述第一基板与所述第二基板之间延伸，并且在所述第一基板与所述第二基板之间提供第一导电通路，所述导线：(a)在第一端部处固定于所述第一基板的触点；并且(b)在第二端部处固定于所述第二基板的触点；以及多个焊球，设置于所述第一基板和所述第二基板的相应触点之间，所述多个焊球在所述第一基板与所述第二基板之间提供第二导电通路。

16.根据权利要求15所述的探针卡组件，其中，所述多条导线为引线结合部。

17.根据权利要求15所述的探针卡组件，其中，所述导线延伸经过邻近于所述第二基板的所述第一基板中的开口。

18.根据权利要求15所述的探针卡组件，其中，所述第一基板和所述第二基板中的至少一个为多层基板。

19.根据权利要求15所述的探针卡组件，还包括多个探针元件，所述探针元件被支撑于所述第一基板的与所述导线的所述第一端部相邻的表面上。

20.根据权利要求19所述的探针卡组件，其中，所述探针元件为悬臂式探针元件。

21.根据权利要求19所述的探针卡组件，其中，用于探测半导体晶圆的多个导电通路中的每个通过以下方式而被提供：(a)所述多个探针元件中的一个元件；(b)所述第一基板的与所述多个探针元件中的所述一个元件电连接的相应触点；以及(c)所述导线的连接于所述第一基板的所述相应触点与所述第二基板的相应触点之间的相应一条导线。

22.根据权利要求21所述的探针卡组件，还包括印刷电路板，其中，所述多个导电通路中的每个均包括：(d)弹性导电通路，位于所述第二基板的所述相应触点与所述印刷电路板的相应触点之间。

23.根据权利要求22所述的探针卡组件，还包括所述第二基板与所述印刷电路板之间的插入件，并且其中，所述弹性导电通路包括所述插入件的可压缩导体。

24.根据权利要求15所述的探针卡组件，进一步包括印刷电路板，其中所述第二基板的触点电连接于所述印刷电路板的触点。

25.根据权利要求24所述的探针卡组件，还包括附加导线，所述附加导线用于将所述第二基板的所述触点的至少一部分电连接于所述印刷电路板的所述触点。

26.根据权利要求15所述的探针卡组件，还包括用于稳定所述导线的材料，所述材料包括环氧化物。

27.根据权利要求15所述的探针卡组件，进一步包括插入件和印刷电路板，所述插入件设置于所述印刷电路板与所述第二基板之间，从而所述插入件在所述印刷电路板的触点与所述第二基板的触点之间提供电互连。