CN101385137B - 空间变换器及其制造方法以及具有此空间变换器的探针板 - Google Patents

空间变换器及其制造方法以及具有此空间变换器的探针板 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种半导体检测装置的探针板，其包括：印刷电路板，自外部将电信号施加于所述印刷电路板；空间变换器，其具有直接与检测对象接触的多个探针；以及多个互连件，其将印刷电路板连接至空间变换器的探针。该空间变换器包括：多个基板件，探针安装于所述基板件的一侧上；以及装配构件，其将基板件接合在一起并一体化而形成具有处于同一平面上的基板件的大面积基板。此探针板有利于甚至在大面积的情况下提高平面度，并且有利于一次检测形成于晶片上的多个半导体芯片。

Description

空间变换器及其制造方法以及具有此空间变换器的探针板
技术领域
本发明涉及用于检测半导体器件的装置。具体地说，本发明涉及一种大面积空间变换器、一种制造能够同时检测大型晶片上的多个半导体芯片的空间变换器的方法以及一种具有此空间变换器的探针板。
背景技术
通常，人们通过重复诸如氧化、扩散、蚀刻以及金属化等各种单元处理步骤，以分区形成于例如半导体晶片的基板上的多个芯片的方式来制造半导体器件。在此期间，通常可能会由半导体器件的处理步骤所引起的缺陷而导致芯片故障。因此，最好在为封装过程而进行基板的切割步骤之前检测芯片故障，此方式对于提高半导体器件的成品率并降低其产品成本有利。
在检测形成于基板上的芯片的故障时，使用一种通过进行电气芯片筛选测试(EDS)处理来检测芯片电特性的检测系统。执行EDS处理时，通过使预先储存于检测系统中的数据与通过将电流直接施加于为基板上的芯片设置的接触焊盘(pad)所获得的电特性相比来判定芯片故障。
同时，随着半导体技术的进步，为了降低产品成本并提高产量，在单一基板或晶片上制造的芯片的数目越来越多。近来，已经采用一种300mm晶片制造工艺来促进半导体芯片数目的增加(例如，64DUT或128DUT)。
尽管如此，用于检测半导体芯片的现有技术仍不足以与晶片尺寸的这种变化相适应。尤其是，在半导体芯片的检测技术中，目前所需的典型技术与大面积探针板的开发相关。
发明内容
技术问题
近来，借助于微机电系统(MEMS)和半导体技术在4～6英寸半导体生产线中制造空间变换器。自原因来看，由于技术限制，难以制造能够一次全部检测300mm基板上的64或124个芯片的大面积探针板的空间变换器。并且，在制造适用于大面积探针板的空间变换器时，需要用昂贵的设备(能够进行8英寸或12英寸的制造过程)来替换普通设备，因而要花费大量时间及成本来更换其设备。
此外，由于探针板的面积变得较大，因此更有必要制造与探针板的较大面积相适应的大面积空间变换器。但是，此大面积空间变换器在平面度上远小于普通的小面积空间变换器，因此制造时所得的成品率降低。
此外，如果在空间变换器上甚至产生至少一个探针缺陷，则认为此缺陷总体上为整个探针制造上的缺陷。因此，由于大面积空间变换器相对于小面积空间变换器而言具有更多探针，因此其产生探针缺陷的可能性远比小面积空间变换器高。
技术方案
本发明提供一种能够一次检测晶片上的全部芯片的大面积空间变换器、一种制造空间变换器的方法以及一种具有此空间变换器的探针板。
本发明还提供一种能够提高检测效率并降低检测成本的大面积空间变换器、一种制造空间变换器的方法以及一种具有此空间变换器的探针板。
本发明提供一种能够提高平面度和成品率的大面积空间变换器、一种制造该空间变换器的方法以及一种具有此空间变换器的探针板。
本发明提供一种具有各种尺寸的大面积空间变换器、一种制造该空间变换器的方法以及一种具有此空间变换器的探针板。
本发明提供一种适用于借助于经由半导体生产线(小于6英寸)所制造的空间变换器制造大面积探针板的大面积空间变换器、一种制造该空间变换器的方法以及一种具有此空间变换器的探针板。
一种半导体检测装置的探针板包括：印刷电路板，自外部将电信号施加于所述印刷电路板；空间变换器，其具有直接与检测对象接触的多个探针；以及多个互连件，其将印刷电路板连接至空间变换器的探针。该空间变换器包括：多个基板件，探针安装于该基板件的一侧上；以及装配构件，其使基板件接合在一起并一体化以便形成具有处于同一平面上的基板件的大面积基板。
根据本发明的实施例，装配构件包括支撑基板件的至少一个框架，以及使框架与基板件接合的粘接层。
根据本发明的实施例，框架包括支撑基板件的连接部分的第一框架，以及在另一侧上支撑基板件的边缘的第二框架。根据本发明的实施例，第一框架与第二框架通过粘接剂或连接构件彼此接合。
根据本发明的实施例，空间变换器的每个基板件包括：第一端子，由互连件将电信号施加于第一端子；第二端子，其与探针接触；以及通道，其包括连接第一端子与第二端子的内部互连线。
本发明还提供一种探针板的空间变换器，其包括：多个基板件，每个基板件具有直接与检测对象接触的多个探针；以及装配构件，其使基板件接合在一起并一体化以便形成具有处于同一平面上的基板件的大面积基板。
在本发明的另一方面，一种制造探针板的空间变换器的方法包括：制备多个基板件，将直接与检测对象接触的多个探针安装于该基板件的一侧上；通过装配构件使多个基板件接合在一起并一体化形成，从而具有处于同一平面上的多个所述基板件的大面积基板；将基板件彼此对准以便形成大面积基板；以及将已对准的基板件的另一侧固定至第一框架。
根据本发明的实施例，所述方法还包括将固定至第一框架的基板件的所述一侧的边缘固定至第二框架。
根据本发明的实施例，将基板件固定至第一框架是通过将粘接剂注入每个基板件与第一框架之间的间隔以及基板件之间的间隔中来实现。
根据本发明的实施例，基板件的对准通过以基板件中的一个基板件为基准而使基板件中的其余基板件对准来实现。
有益效果
本发明提供了能够制造大面积空间变换器而无需另外投资额外设备或系统的技术。并且，本发明能够一次检测晶片的所有芯片，从而提高检测效率。此外，由于本发明提供具有良好平面度的大面积空间变换器，因此能够在使探针与检测对象(或芯片焊盘)之间的电气互连高度可靠的情况下提高产量。根据本发明，能够制造12英寸或更大尺寸的空间变换器。
附图说明
图1是示意性说明本发明实施例的探针板的结构图。
图2是本发明优选实施例的空间变换器的分解立体图。
图3是本发明优选实施例的空间变换器的平面图。
图4是本发明优选实施例的空间变换器的仰视图。
图5是沿图3中所示的线a-a′的空间变换器的剖视图。
图6和图7是用于排列四个基板件的对准系统的立体图和平面图。
图8～图11是具体说明在对准系统中对准四个基板件的程序的视图。
主要组件标号说明：
10：探针
42：加强板
43：螺栓
46：加强板
47：螺栓
100：探针板
110：印刷电路板
112：连接孔
120：互连件
122：第二连接件
124：连接件
126：第一连接件
130：空间变换器
131a：第一表面
131b：第二表面
132a：基板件
132b：基板件
132c：基板件
132d：基板件
134：主通道
134a：第一端子
134b：第二端子
134c：内部互连线
140：装配构件
142：框架
143：第一框架
145：第二框架
146：支撑件
147：突出物
148：粘接层
200：对准系统
202：基座
210：支座
212：安全区
220：固定板
222：开口
224：凹槽
230：对准构件
231：柱状体
232：X轴驱动器
233：Y轴驱动器
234：θ轴驱动器
235：固定杆
235a：真空孔
240：调平构件
242：起模顶杆
250：压入构件
251：长孔
具体实施方式
下面将参照附图更加详细地说明本发明的优选实施例。然而，本发明可以体现为许多不同形式，并且不应当认为受限于本文所述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本发明的公开全面且完整，并将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。
在下文中，结合图1～图11说明本发明的示例性实施例。附图中相同附图标记始终表示相同元件。
本发明的目的基本上是提供一种大面积空间变换器、一种制造空间变换器的方法以及一种具有大面积空间变换器的大面积探针板，而无需为其设备花费其它成本。本发明通过装配由普通探针板批量生产设备所制造的多个小基板(在多层电路板上形成探针的基板件)来得到单一大面积空间变换器。
图1是示意性说明本发明实施例的探针板的结构图。图2～图4分别为本发明优选实施例的空间变换器的分解立体图、平面图以及仰视图。图5为沿图3中所示的线a～a′的空间变换器的剖视图。
参照图1和图2，使用探针板100，其被安装在用于利用形成于半导体基板或晶片(未图示)上的芯片的电特性来检测芯片故障的检测系统的检测器(未图示)中。
探针板100包括：印刷电路板(PCB)110，其上形成有多个连接孔112；空间变换器130，直接与检测对象(晶片芯片)接触的多个探针10附着至空间变换器130的底面；互连件120，其作为接口构件用于电连接PCB 110与空间变换器130；以及支撑单元，其用于以装配方式将空间变换器130支撑于PCB 110上。支撑单元由辅助部件构成，诸如放置于PCB 110以及空间变换器130顶部和底部上的加强板42和加强板46，以及螺栓43和螺栓47。通过将辅助部件彼此连接，从而以装配方式将空间变换器130支撑于PCB 110上。
在PCB 110的表面上，由多个点或焊盘所形成的基板端子(未图示)水平和垂直地设置在各个位置上。连接孔112具有在内壁上由例如铜等导电材料制成、用于与内部电路连接的导电膜(未图示)。
互连件120的第二连接件122插入连接孔112中。此处，互连件120的第二连接件具有中空且略长的O形环形状。在被强制插入连接孔112中而收缩后，第二连接件122借助于其自身弹力延伸，使其突出物与连接孔112内壁上的导电膜接触。并且，互连件120的连接件124位于PCB 110与空间变换器130之间的间隔中，且互连件120的第一连接件126与空间变换器130的主通道134的第一端子134a接触。作为接口构件电连接PCB 110与空间变换器130的互连件120可以以各种样式成形。例如，互连件120可以设置成在PCB 110的底部与空间变换器的第一端子接触的连接焊盘的形式。探针10、具有主通道134的空间变换器130、互连件120以及PCB 110彼此电连接。
参照图1～图5，空间变换器130包括：四个基板件132a、132b、132c和132d，其底面上分别安装有探针；以及装配构件140，其将四个基板件132a～132d连接在一起并一体化，在同一平面上形成大面积基板。在本发明的此实施例中，由于每个基板件具有32DUT(待检测器件)，因此能够一次对总共128个芯片进行探针检测。
每个基板件132a、132b、132c和132d包括与排列于待检测的半导体基板上的芯片接触焊盘(未图示)接触的探针10，以及电连接探针10与互连件120的多个通道134。每个通道分别包括与空间变换器130的第一表面131a上的第一连接件126接触的第一端子134a、电连接至空间变换器130的第二表面131b上的探针10的第二端子134b，以及电连接第一端子134a与第二端子134b的内部互连线134c。借助于MEMS和半导体技术在4～6英寸晶片的生产线中制造具有这种结构的基板件132a～132d。
装配构件140包括框架142和粘接层148。为了支撑排列于同一平面上的四个基板件132a～132d，框架142包括支撑第一表面131a上的基板件的连接部分的第一框架143，以及支撑基板件132a～132d边缘(下侧和外侧)的第二框架145。第一框架143以交叉的样式成形，与连接部分一致。第二框架145以八角形环的样式成形，与排列于其中的基板件132a～132d的边缘一致。第二框架145包括与其中心相交的支撑件146，以及从支撑件146突出且插入形成于第一框架143中心处的孔中的突出物147。第一框架143和第二框架145通过例如螺栓等连接件彼此装配，或者利用例如环氧树脂等粘接剂接合在一起。根据基板件132a～132d的数目以及装配方式，第一框架143和第二框架145可以设置成各种形状。
粘接层148由环氧树脂形成，使得框架142与基板件132a～132d接合。将环氧树脂注入第一框架143和第二框架145与基板件132a～132d之间的间隔中，从而使它们彼此接合。
通过如下程序来制造前述大面积空间变换器130。
首先，借助于MEMS和半导体技术在4英寸或6英寸生产线中制造四个基板件132a～132d。此程序可以包括将基板件132a～132d的边缘切割成预定尺寸和形状以便使基板件经排列而形成具有所需大小的大面积基板的处理。使这四个基板件132a～132d进入对准处理程序，从而利用图6中所示的对准系统200形成预定大面积基板。在对准四个基板件132a～132d之后，利用粘接剂将这些基板件固定至第一框架142以便保持对准状态。
图6和图7是用于排列四个基板件的对准系统的立体图和平面图。
参照图6和图7，对准系统200包括放置于基座202上的四个支座210、放置于支座210上的固定板220、操作以使基板件132a～132d彼此对准的对准构件230、配备有用于调整除基板件132a以外的三个基板件132b～132d的高度的起模顶杆242的三个调平构件240，以及用于将固定板220固定在支座210上的压入构件250。
压入构件250沿长孔251向前或向后移动，并将固定板220推向对准构件230，从而将固定板220紧密固定在支座210的安全区212上。
支座210设置于四个方向中，具有让固定板220安放在上面的台阶状安全区212。固定板220包括与三个调平构件240对应的三个开口222。凹槽224形成于固定板220的上表面上，第一框架143被放置于凹槽224中。
对准构件230包括靠近基座202边缘的柱状体231、放置于柱状体231上的固定杆235，以及安装于柱状体231上的X轴驱动器232、Y轴驱动器233和θ轴驱动器234。固定杆235在驱动器232、233和234的控制下，沿X轴及Y轴移动，并在θ轴上水平旋转。固定杆235具有“L”形的形状。在固定杆235的一侧，即面对基板件的一侧上纵向形成有多个真空孔235a，从而利用真空来固定待对准的基板件的外侧。同时，包括起模顶杆的调平构件240被用于设定与充当调平基准的基板件132a等高的高度，该起模顶杆支撑安装于固定板220上的基板件132b～132d的底部。
下面描述在如前述所构造的对准系统中对准四个基板件的程序。
参照图8～图11，四个基板件132a～132d被安放在固定于支座210的安全区212上的固定板220上(参见图8)。随后，在将基板件132a在基准位置处固定至固定板220的情况下，其余三个基板件132b～132d通过基板件132a与基准位置对准(参见图9)。
这种对准是通过向正确坐标(或位置)移动基板件，并借助于通常用于校正坐标的显微镜检查三个基板件132b～132d的对准状态来完成的。在此期间，使用对准构件230和调平构件240进行对准。在基板件132a的基准位置上，其余基板件132b～132d借助于X轴、Y轴和θ轴驱动器232～234以及处于协同相邻坐标中的调平构件240的精细调整来对准。此处，基板件132b～132d在对准系统230中的转移利用由固定杆235的真空孔235a所致动的真空吸引来实现。
如前述那样对准的四个基板件132a～132d借助于环氧树脂固定于第一框架143上。也就是说，将环氧树脂注入基板件132a～132d之间的间隔中用以巩固其对准状态。环氧树脂流入基板件132a～132d之间的间隔以及基板件132a～132d与第一框架143之间的间隔中。随后，环氧树脂硬化为粘接层148，从而将基板件132a～132d附着至第一框架143(参见图10)。接着，放置第二框架145，将其定位于四个基板件132a～132d的边缘处，并将环氧树脂注入到第二框架145与基板件132a～132d之间的间隔中。因此，第二框架145与基板件132a～132d牢牢地粘接在一起(参见图11)。
通过此程序，四个基板件132a～132d被接合在一起，从而形成大面积空间变换器130。
如上所述，由于以小尺寸制造基板件132a～132d，因此提供了良好的平面度。因此，尽管将基板件132a～132d一体化以形成大面积，但其良好的平面度有助于提高探针与作为检测对象的芯片之间的电连接的可靠性。
本发明包括对大面积空间变换器、空间变换器的制造方法以及包括此空间变换器的探针板的各种修改或变更。上文所揭露的主题应视为说明性而非限制性的，并且所附权利要求意欲涵盖落入本发明的精神和范围内的所有那些修改、增加以及其它实施例。因此，在法律所允许的最大范围内，本发明的范围应由所附权利要求及其等同物的最广泛的允许解释来确定，而不应由前述详细说明约束或限制。
工业实用性
本发明涉及用于检测半导体器件的装置，具体涉及一种大面积空间变换器、一种制造能够同时检测大型晶片上的多个半导体芯片的空间变换器的方法以及一种具有此空间变换器的探针板。

Claims (13)

1.一种半导体检测装置的探针板，其包括：
印刷电路板，自外部将电信号施加于所述印刷电路板；
空间变换器，其具有直接与检测对象接触的多个探针；以及
多个互连件，其将所述印刷电路板连接至所述空间变换器的所述探针，
其中，所述空间变换器包括：
多个基板件，所述探针安装于所述基板件的一侧上；以及
装配构件，其使所述基板件接合在一起并一体化而形成具有处于同一平面上的所述基板件的大面积基板。
2.如权利要求1所述的半导体检测装置的探针板，其中，所述装配构件包括：
至少一个框架，其支撑所述基板件；以及
粘接层，其使所述框架与所述基板件接合。
3.如权利要求2所述的半导体检测装置的探针板，其中，所述框架包括支撑所述基板件的连接部分的第一框架。
4.如权利要求2所述的半导体检测装置的探针板，其中，所述框架包括支撑所述基板件的连接部分的第一框架；以及支撑所述基板件的边缘的第二框架。
5.如权利要求4所述的半导体检测装置的探针板，其中，所述第一框架与所述第二框架通过粘接剂或连接构件彼此接合。
6.如权利要求1～5中的任一项所述的半导体检测装置的探针板，其中，所述空间变换器的每个基板件包括：
第一端子，由所述互连件将电信号施加于所述第一端子；
第二端子，其与所述探针接触；以及
通道，其包括连接所述第一端子与所述第二端子的内部连接线。
7.一种探针板的空间变换器，其包括：
多个基板件，每个所述基板件具有直接与检测对象接触的多个探针；以及
装配构件，其使所述基板件接合在一起并一体化而形成具有处于同一平面上的所述基板件的大面积基板。
8.如权利要求7所述的探针板的空间变换器，其中，所述装配构件包括：
至少一个框架，其支撑所述基板件；以及
粘接层，其接合所述框架与所述基板件。
9.如权利要求8所述的探针板的空间变换器，其中，所述框架包括：在一侧上支撑所述基板件的连接部分的第一框架；以及在另一侧上支撑所述基板件的边缘的第二框架。
10.一种制造探针板的空间变换器的方法，其包括：
制备多个基板件，将直接与检测对象接触的多个探针安装于所述基板件的一侧上；
通过装配构件使多个基板件接合在一起并一体化形成，从而具有处于同一平面上的多个所述基板件的大面积基板；
将所述基板件彼此对准以便形成大面积基板；以及
将已对准的所述基板件的另一侧固定至第一框架。
11.如权利要求10所述的制造探针板的空间变换器的方法，其中，所述方法还包括：将固定至所述第一框架的所述基板件的所述一侧的边缘固定至第二框架。
12.如权利要求10所述的制造探针板的空间变换器的方法，其中，将所述基板件固定至所述第一框架是通过将粘接剂注入每个所述基板件与所述第一框架之间的间隔以及所述基板件之间的间隔中来实现。
13.如权利要求10所述的制造探针板的空间变换器的方法，其中，所述基板件的对准通过以所述基板件中的一个基板件为基准而使所述基板件中的其余基板件对准来实现。
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