CN102062792B

CN102062792B - 探针卡

Info

Publication number: CN102062792B
Application number: CN 200910221466
Authority: CN
Inventors: 顾伟正; 周咏晃
Original assignee: MJC Probe Inc
Current assignee: MJC Probe Inc; MPI Corp
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2029-11-12
Also published as: CN102062792A

Abstract

本发明涉及一种探针卡，其将探针组和产生测试信号的测试信号装置独立于测试机与印刷电路板外，而形成探针系统模块；该探针系统模块藉由固定装置固定于探针卡模块，来自测试机的控制信号透过无线方式传送至该探针系统模块，并驱使探针系统模块产生相对应的测试信号，如此可大幅减少测试信号因传输距离过长而失真或耗损，而改善测试品质。

Description

探针卡

技术领域

本发明涉及一种探针卡，特别涉及一种具探针系统模块(module of probe system)且能保持测试信号维持较好完整性的探针卡。

背景技术

晶圆测试时，测试机须通过探针卡(probe card)接触晶圆，并传送一测试信号以获取晶圆的电气信号。探针卡通常包含若干个尺寸精密的探针，测试时，藉由探针接触待测物(device under test，简称DUT)上尺寸微小的焊垫或凸块，传递来自于测试机的测试信号，并配合探针卡及测试机的控制程序，达到量测的目的。

科技的进步促使探针卡的结构趋于精密与复杂。然而，探针卡内部过于复杂的传输线路，会延长测试信号整体的传输路径。现有的测试信号经由测试机传送出，透过金属接点或导线传递至探针卡，再经探针卡的印刷电路板到达探针针尖，路径相当漫长。因此，待测物经探针接触接收到的测试信号，往往因探针卡的多层结构、过长的导线传输、或者接地线(ground)的干扰而失真或损耗。同样地，自待测物回传至探针卡或测试机的结果信号，亦会产生某种程度的损耗，而无法反应真实的测试结果。

相关专利提供了一种可平行测试(parallel testing)的探针卡，如美国专利第US 7,307,433号的“Intelligent probe card architecture”公开了一种探针卡，其目的在于改良单一测试晶圆的背景技术，是通过子卡(daughter card)以及组件将来自单一线路的测试信号以及电力供应扇出(fan out)至多个待测物，达到平行测试(paralleltesting)的目的；美国专利第US 6678850号的“Distributed interfacefor parallel testing of multiple devices using a single tester channel”则于探针卡的印刷电路版设置子电路，该子电路可作为测试信号扇出的媒介，其通过一单信道(single channel)接收测试机的测试信号，送至待侧物并接收来自待侧物的回传信号；此外，美国专利第US7,202,687号的“System and methods for wireless semiconductor devicetesting”，则公开一种利用无线广播(wireless transmission)方式增加传输信道的探针卡系统，其利用广播方式将测试信号传递至多个探针，藉此减少探针卡配合内部传输信道所须的复杂布线。

然而，上述的美国专利第US 7,307,433号的目的和所公开的实施例主要在于提供一种平行测试(parallel testing)的机构，并且解决多个待测物(DUT)之间以及多重电力线路间的隔离(isolation)问题；美国专利第US 6678850号则可藉由子电路比对来自待侧物的回传信号，并将错误值(error value)回传至测试机；美国专利第US 7,202,687号则着重将单一传输信道扇出成多个传输信道。实际上，测试信号依然来自测试机(test system)，测试信号因传输路径过长而衍生失真或损耗的问题仍未改善。

发明内容

综上所述，现有探针卡的测试信号须经较长的传输路径，才能达到探针针尖。因此，本发明的目的在于提供一种测试信号的传输路径较短的探针卡，进而获致较佳的传输品质，致使待测物接收到的测试信号不失真且具较佳的完整性。

为了达成上述目的，本发明将探针组和产生测试信号至探针组的测试信号产生装置独立于测试机与探针卡模块的印刷电路板(PCB)外，探针组和测试信号产生装置两者形成探针系统模块。探针系统模块负责接收来自测试机的控制信号，并自行产生相对应的测试信号。因探针系统模块较为接近探针组，致使测试信号的传输距离减短，可减少测试信号产生耗损与失真。

更进一步地，本发明提供的探针卡，包含探针卡模块、探针系统模块以及固定探针系统模块于探针卡模块的固定单元。探针卡模块包含第一传输单元；探针系统模块包含探针组、信号处理单元以及第二传输单元；信号处理单元电连接该探针组，第二传输单元可与第一传输单元无线传输，并接收来自该第一传输单元的控制信号；其中，信号处理单元可根据控制信号产生相对应的测试信号并传递至探针组，而测试结果藉由第二传输单元回传至第一传输单元。

本发明除改善测试信号的完整性外，探针系统模块亦可取代测试机的部分功能，并具备传输信道电性的自我检测功能。有关本发明的详细技术内容及优选实施例，将配合附图说明如后。

附图说明

本发明的实施方式结合附图予以描述：

图1为本发明一个实施例的系统架构图；

图2为本发明的探针卡的一个实施例的结构示意图；

图3为本发明图2中，探针系统模块内部配置的一个实施例的俯视图；

图4为探针系统模块与计算器进行自我检测的仿真图。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，现就配合附图说明如下：

现有探针卡的测试信号经测试机传送出后，须经探针卡多层结构的远距离传输，才能抵达探针针尖，且受到线路距离、连接方式以及接地线之间的彼此影响，因此测试信号会产生失真及损耗。本发明将测试信号处理(包含测试信号的产生与回传)和探针组独立，形成探针系统模块(module of probe system，简称MPS)，从而改善上述问题。探针系统模块可根据来自测试机的控制信号，自行产生测试信号，致使测试信号送达探针的传输距离减到最小。

请参阅图1和图2所示，其分别为本发明一个实施例的系统架构图和探针卡的一个实施例的结构示意图。本发明提供的探针卡1，包含探针卡模块10、探针系统模块20以及固定单元30；固定单元30固定探针系统模块20于探针卡模块10。

探针卡模块10包含印刷电路板11与第一传输单元12；来自测试机100的电气控制信号可藉由印刷电路板11传送至第一传输单元12，并藉由第一传输单元12将控制信号传送至探针系统模块20。此处要加以说明的是，探针卡模块10可包含其他现有的相关结构，例如固定探针卡1于测试机100的固定装置、各式连接线路或结构强化装置等。然而，这些现有的装置或部件并非本发明的核心所在，因此为了明确本发明的特征，省略了这些装置的叙述，然而这些省略并不影响本发明的实施与了解。

在上述实施例中，第一传输单元12可包含数字模拟转换器(图中未显示)，可转换信号传输模式，将数字的控制信号转换为模拟信号，并以模拟模式传送至第二传输单元24(容后详述)，以获得较佳的传输品质，但不以此为限。

探针系统模块20实质上独立而分离于探针卡模块10，其包含：基座21、固定于基座21的探针组22、信号处理单元23以及第二传输单元24。探针组22固定于基座21一侧，形成一测试面；第二传输单元24为探针系统模块20与探针卡模块10的沟通管道，其可接收来自第一传输单元12的控制信号，并将该控制信号传送至信号处理单元23；另一方面，第一传输单元12以及第二传输单元24可进行双向(bi-directional)传输，因此第二传输单元24亦可将信号处理单元23产生的测试结果信号，回传至第一传输单元12，致使探针卡模块10，或进一步地透过测试机100进行测试信号分析；探针组22包含多个探针，每一探针均与信号处理单元23电接连；信号处理单元23可依照来自探针卡模块10，或更进一步地，依照来自测试机100的控制信号，驱动信号处理单元23产生相对应的测试信号，并以相对较短的路径传送至探针组22所对应的探针，以进行测试；反向地，探针组22亦可将各个探针接触待侧物所获得的测试结果信号，回传至信号处理单元23。

请配合参见图3，其显示图2中，探针系统模块20内部配置的一各实施例的俯视图。具体化而言，该信号处理单元23可包含信号产生器231以及结果接收器232，信号产生器231根据来自第一传输单元12的控制信号，产生一测试信号并传送至探针组22；该测试信号可为直流(DC)电、射频信号(RF signal)、模拟/数字功能性信号(analog/digital function signal)等，但不以此为限。结果接收器232可接收探针组22回传的数字/模拟测试结果信号，并藉由第二传输单元24传回至探针卡模块10及测试机100。在一个实施例中，信号处理单元23可包含数字模拟转换器(digital-to-analogconverter)，转换信号模式，例如将数字的测试结果信号转成模拟模式回传至探针卡模块10。

所述的探针系统模块20可包含状态记录单元25(statusrecorder)，其可为内存或是缓存器(register)，做为结果接收器232传输资料的队列(queue)。此外，在一个实施例中，该信号处理单元23为一芯片装置，可透过球栅数组(ball grid array，简称BGA)的封装方式固定于基座21，再透过基座21内部的导线与探针组22电连接；或藉由位于基座21的插槽(socket)，插接于基座21，因此后者可针对不同的测试需求或信号形式，弹性地更换不同功能的信号处理单元23。必须说明的是，本发明的主要目的为改善信号至探针传输路径过长而失真的问题，因此信号处理单元23与探针组22两者于基座21的实际配置，以距离较相近者为考虑，例如：信号处理单元23可内嵌于基座21内部靠近探针组22处，以获得最短的电性传输距离，但不以此为限。另一方面，探针系统模块20的电源供应，亦独立于探针卡模块10，避免因电力来自探针卡模块10，造成接地结构过于复杂，而影响电性品质。藉此，探针系统模块20可透过内建电池，或具独立外接电源的方式，提供所需电力。

须再说明的是，第一传输单元12和第二传输单元24彼此间以非接触型态的无线传输来达成信号沟通，例如透过射频(RF)、微波(microwave)、红外线(Infrared)、耦合(coupling)等方式传送资料。考虑到部分无线传输的方式可能会造成较大的辐射或对测试产生干扰，可选择几乎无辐射的无线耦合机制来达成资料的传输，例如：磁耦合、电耦合或光耦合。

固定单元30将探针系统模块20固定于探针卡模块10。实务上，将探针系统模块20固定于探针卡模块10的方式并无严格的限定，可为现有的固定方式，如螺丝锁固或卡榫锁固等。在其中一个实施例中，固定单元30为一弹性缓冲结构，可吸收探针系统模块20测试或拆装时因移动或震动产生的外力；在另一实施例中，固定单元30包含一水平调整结构，可调整探针系统模块20的水平状态或Z轴位移(Z轴方向如图2所示)；在另一实施例中，该固定单元30为可拆卸结构，探针系统模块20藉此可自探针卡模块10拆卸而独立，增加使用弹性和维修方便性。

本发明的探针组22意指探针卡1的探针整体，于探针数量或型式上并未予以限定，可为悬臂式探针、垂直式探针、或是微机电探针等。此外，本发明的探针系统模块20实质上电气分离探针卡模块10，意即探针系统模块20仅透过固定单元30与探针卡模块10相互接触，实际上探针系统模块20与探针卡模块10间并无任何导线相连而两者实体分离而独立，除透过无线方式传递信号，探针系统模块20的电力供应单元亦与探针卡模块10相互切割，而透过内建或独立电源的方式供应所需电力。

请再度参阅图3，其中探针系统模块20包含多个探针组22、多个信号处理单元23和多个第二传输单元24。第二传输单元24可为单向或者双向传输单元，图3显示这些第二传输单元24被设定成单向传输，即某些第二传输单元24仅负责传送控制信号至信号处理单元23，而某些第二传输单元24则仅负责回传测试结果信号至探针卡模块10，如此可避免第二传输单元24进行双向传输可能造成的信号延迟(delay)现象。

透过本发明，来自测试机100的控制信号，可驱动相邻于探针组22的探针系统模块20产生对应的测试信号。由于与测试有关的电性传输局限于探针系统模块20内部，将有助于提升待测物所接收到的信号品质与完整性，避免信号失真；再者，探针系统模块20相较于常用的印刷电路板层有较小的尺寸。另外，本发明的探针系统模块20，还具备信号处理单元23可藉由插槽而随不同探针卡1或测试需求更换，而具较佳的功能扩充性。探针系统模块20亦可自探针卡模块10拆卸下，进行内部的自我检测(self-testing)。如图4所示，探针系统模块20可透过加装天线400的方式，与计算器500进行沟通而自我检测。所述的计算器500可为计算机，其取代测试机100产生控制信号，而驱动信号处理单元23进行自我测试，辅助探针系统模块20进行内部的电性检测与校正。因此，即便在无测试机100的情况下，亦可进行探针卡1的自我检修和校正能力。

以上所述，仅为本发明的优选实施例，而非旨在局限本发明专利的专利保护范围，故举凡运用本发明说明书及附图内容所为的等效变化与修饰，均同理包含于本发明的权利保护范围，合予陈明。

Claims

1.一种探针卡，其特征在于，其包含：

探针卡模块(10)，包含第一传输单元(12)；

探针系统模块(20)，包含探针组(22)、信号处理单元(23)以及第二传输单元(24)；所述信号处理单元(23)电连接至所述探针组(22)，所述第二传输单元(24)可与所述第一传输单元(12)进行无线传输，并可接收来自所述第一传输单元(12)的控制信号；以及

固定单元(30)，用以固定所述探针系统模块(20)于所述探针卡模块(10)；

其中，所述控制信号驱动所述信号处理单元(23)产生一测试信号，并传输所述测试信号至所述探针组(22)进行测试，而测试所得的一测试结果信号藉由所述第二传输单元(24)传输至所述第一传输单元(12)。

2.根据权利要求1所述的探针卡，其特征在于，所述信号处理单元(23)包含信号产生器(231)与结果接收器(232)，所述信号产生器(231)可根据所述控制信号产生所述测试信号至所述探针组(22)；所述结果接收器(232)接收来自探针组(22)的所述测试结果信号。

3.根据权利要求2所述的探针卡，其特征在于，所述测试信号可选自直流电、射频信号、以及模拟/数字功能性信号所组成的群组之一。

4.根据权利要求2所述的探针卡，其特征在于，所述信号处理单元(23)包含数字模拟转换器，可将所述测试结果信号以模拟模式传送至所述第一传输单元(12)。

5.根据权利要求1所述的探针卡，其特征在于，所述第一传输单元(12)包含数字模拟转换器，可将所述控制信号以模拟模式传送至所述第二传输单元(24)。

6.根据权利要求1所述的探针卡，其特征在于，所述第一传输单元(12)和所述第二传输单元(24)彼此间以无线传输来传输信号。

7.根据权利要求6所述的探针卡，其特征在于，所述无线传输为耦合机制，所述耦合机制可选自磁耦合、光耦合以及电耦合所组成的群组之一。

8.根据权利要求1所述的探针卡，其特征在于，所述固定单元(30)为弹性缓冲结构。

9.根据权利要求1所述的探针卡，其特征在于，所述固定单元(30)包含水平调整结构。

10.根据权利要求1所述的探针卡，其特征在于，所述固定单元(30)为可拆卸结构。