CN102435798A

CN102435798A - 探针卡与测试方法

Info

Publication number: CN102435798A
Application number: CN2011103111695A
Authority: CN
Inventors: 曹育诚
Original assignee: Advanced Semiconductor Engineering Inc
Current assignee: Advanced Semiconductor Engineering Inc
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2031-10-14
Also published as: CN102435798B

Abstract

本发明公开一种探针卡与测试方法。该探针卡整合了具有不同冲程的多个探针。当面对待测物上的不同高度的接点时，此具有不同冲程的多个探针可同时接触此不同高度的接点，以对待测物进行测试。此外，应用此探针卡的测试方法也被提出。

Description

探针卡与测试方法

技术领域

本发明涉及一种测试装置以及测试方法，且特别是涉及一种适于测试半导体元件的探针卡以及应用此探针卡的测试方法。

背景技术

集成电路芯片(integrated circuit chip，IC chip)的电性测试在半导体制作工艺(semiconductor process)的各阶段中都是相当重要的。每一个IC芯片在晶片(wafer)与封装(package)型态都必须接受测试以确保其电性功能(electricalfunction)。

晶片测试(wafer test)是使测试机台与探针卡(probe card)构成测试回路，将探针卡上的探针(probe pin)直接与晶片上的接垫(pad)或凸块(bump)接触，以利用探针探测晶片上的各个芯片，从而引出芯片信号，并将此芯片信号数据送往测试机台作分析与判断。如此一来，可在封装步骤之前，事先滤除电性与功能不良的芯片，以避免不良品的增加而提高封装制造成本。

随着半导体制作工艺与封装技术的多元化发展，针对晶片测试的特殊需求也日益增加。然而，现有探针卡仅适于对同平面的接点进行检测，若是受测对象表面具有高度差，则须将测试流程分为多个阶段，以分别对不同高度的接点进行测试。例如晶片在进行凸块制作工艺前可能先通过接垫对芯片进行测试，或者将数据写入到芯片内。待完成凸块制作工艺之后，再通过凸块对芯片进行另一次测试。如此，测试流程较为繁复，也相对增加制作工艺的负担。

发明内容

本发明的目的在于提供一种探针卡，其可同时通过不同平面上的接点对待测物进行测试，有助于缩短测试流程，提高制作工艺效率。

此探针卡包括一座体、多个第一探针(pogo pin)以及多个第二探针。所述多个第一探针与第二探针插置于座体内，并且相互平行。各第一探针与第二探针分别具有一第一伸缩端(retractable tip)与一第二伸缩端，突出于座体的一表面。并且，各第一伸缩端的一第一端面实质上齐平于各第二伸缩端的一第二端面，且各第一伸缩端具有一第一冲程(stroke)大于各第二伸缩端的一第二冲程。

在本发明的一实施例中，各第一伸缩端的第一针头的形状不同于各第二伸缩端的第二针头的形状。例如，第一针头为冠状，而第二针头为尖头。

在本发明的一实施例中，各第一伸缩端与座体的表面之间具有一初始距离，大于或等于675微米(μm)。

在本发明的一实施例中，所述探针卡适于对一半导体元件进行测试。所述半导体元件具有一半导体基材以及位于半导体基材上的多个第一接点与多个第二接点。第一接点的顶部相对于半导体基材具有一第一高度。第二接点的顶部相对于半导体基材具有一第二高度。第一高度大于第二高度，且第一探针对应于第一接点设置，而第二探针对应于第二接点设置。

在本发明的一实施例中，所述第一冲程为OT，且OT＝H+H1+OT1，H为第一高度与第二高度的差值，H1为各第一接点之间的高度误差量，OT1为各第二探针对相应的第二接点施加一预压力所需的最大冲程。

在本发明的一实施例中，各第一伸缩端的第一端面与座体的表面之间具有一初始距离。此初始距离的最小值为Lmin，且Lmin＝OT+C+L1，其中C为第一探针的第一伸缩端与第二探针的第二伸缩端的共平面度，而L1为座体的表面与第一接点的最小距离。

此处的共平面度是指被测表面对理想平面的变动量，而理想平面的方位应符合最小条件，即其方位应使被测表面对理想平面的最大变动量为最小。

在本发明的一实施例中，所述多个第一接点包括多个凸块，而所述多个第二接点包括位于凸块外围的多个接垫。

在本发明的一实施例中，各第一伸缩端在第一端面的第一针头为冠状，而各第二伸缩端在第二端面的第二针头为尖头。

本发明还提出应用所述探针卡来测试所述半导体元件的方法。此测试方法包括下列步骤：(1)将探针卡朝向半导体元件移动，其中各第一探针的第一伸缩端先与相应的第一接点接触，并朝向座体收缩，然后各第二探针的第二伸缩端与相应的第二接点接触；以及(2)同时通过第一探针与第二探针及其相应的第一接点与第二接点，对半导体元件进行测试。

在本发明的一实施例中，所述测试方法还包括在步骤(1)之前进行一凸块制作工艺，以在半导体基材的多个凸块垫上形成所述多个第一接点。

在本发明的一实施例中，所述测试方法还包括在凸块制作工艺之前对半导体元件进行初步测试。

在本发明的一实施例中，所述步骤(2)还通过第二探针与第二接点写入一数据至半导体元件中。

在本发明的一实施例中，所述测试方法还包括在步骤(2)之后裁切半导体基材以移除第二接点。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的一实施例的一种探针卡示意图；

图2A与图2B为应用图1的探针卡对半导体元件进行测试的示意图；

图3A～图3C为本发明的一实施例的一种测试流程图；

图4A～图4D为本发明的一实施例的另一种测试流程图。

主要元件符号说明

100：探针卡

110：座体

112：表面

120：第一探针

122：第一伸缩端

122a：第一端面

130：第二探针

132：第二伸缩端

132a：第二端面

200：半导体元件

209：凸块垫

210：半导体基材

220：凸块

230：接垫

C：第一探针的第一伸缩端与第二探针的第二伸缩端的共平面度

H：凸块与接垫之间的高度差

H1：凸块之间因制作工艺产生的高度误差量

OT：第一探针的第一冲程

OT1：第二探针对接垫施加预压力所需的最大冲程

L：第一伸缩端与座体的表面之间的初始距离

L1：座体的表面与凸块的最小距离

310：晶片

312：芯片

314：接垫

320：凸块

410：晶片

412：芯片

414：接垫

420：凸块

490：探针

具体实施方式

请参照图1，其绘示依照本发明的一实施例的一种探针卡100。所述探针卡100包括座体110、多个第一探针120以及多个第二探针130。座体110主要用以固定第一探针120、第二探针130，其后可能连接电路板、转接板等用于测试常见的元件(图未绘示)。第一探针120与第二探针130分别插置于座体110内，且实质上相互平行。各第一探针120与各第二探针130分别具有一第一伸缩端122与一第二伸缩端132，突出于座体110的一表面112，且各第一伸缩端122的一第一端面122a实质上齐平于各第二伸缩端132的一第二端面132a。在本实施例中，各第一伸缩端122具有可相对于座体110伸缩的一第一冲程，各第二伸缩端132具有可相对于座体110伸缩的一第二冲程，且第一冲程大于第二冲程。

换言之，本实施例的探针卡100整合了具有不同冲程的第一探针120与第二探针130。当待测物上具有不同高度的接点时，此具有不同冲程的第一探针120与第二探针130可同时接触不同高度的接点，以对待测物进行测试。换言之，本实施例的探针卡100可同时对具有不同高度的接点的各类型元件进行测试。

请参照图2A与图2B，其绘示应用图1的探针卡100对一半导体元件200进行测试的示意图。

如图2A所示，半导体元件200例如是一半导体晶片，其包括半导体基材210以及位于半导体基材210上的多个凸块220以及接垫230。图2A为探针卡接触半导体元件200之前的示意图。一般而言，凸块220高于接垫230，例如凸块220的顶部与接垫230的顶部之间具有高度差H。因此，具有较大冲程的第一探针120对应于凸块220设置，而第二探针130对应于接垫230设置。此外，因应不同的接点形态(例如图2A中的凸块220与接垫230)，第一伸缩端122与第二伸缩端132可具有不同形状的针头，以确保第一伸缩端122以及第二伸缩端132可分别与相应的凸块220以及接垫230确实接触。例如，第一伸缩端122具有冠状针头，而第二伸缩端132的针头为尖头。

在本实施例中，凸块220形成于半导体基材210表面的凸块垫209上。接垫230位于凸块垫209的外围，例如可作为半导体元件200的数据写入端口，在测试过程中，可通过此接垫230预先写入数据到半导体元件200，并且可将接垫230配置于半导体基材210的切割道上，以便在后续的裁切(trimming)步骤中移除接垫230，封闭数据写入端口。

如图2B所示，本实施例进行测试时，首先使探针卡100与半导体元件200相互靠近，其中由于凸块220的顶部高于接垫230的顶部，因此各第一探针120的第一伸缩端122会先与相应的凸块220接触，并朝向座体110收缩。在第一伸缩端122移动一行程之后，各第二探针130的第二伸缩端132与相应的接垫230接触，如此探针卡100的所有第一探针120与第二探针130可同时接触半导体元件200的不同高度的接点(亦即凸块220与接垫230)，而可同时通过第一探针120与第二探针130以及分别相应的凸块220与接垫230来对半导体元件200进行测试。此外，为了确保第二探针130的第二伸缩端132与接垫230之间的紧密接触，可以考虑在第二伸缩端132碰触到接垫230之后，继续使探针卡100与半导体元件200相互靠近，使得第二探针130处于被压缩的状态，以通过第二探针130所施加的预压力来迫使第二伸缩端132紧密接触接垫230。

请再参考图2A与图2B，对于探针卡100的规格，吾人可以采用以下的设计规范：

首先，定义凸块220与接垫230之间的高度差为H，凸块220之间因制作工艺产生的高度误差量为H1，而第二探针130对接垫230进一步施加预压力所需的最大冲程为OT1，则第一探针120的第一冲程OT为：OT＝H+H1+OT1。

此外，假设各第一伸缩端122与座体110的表面112之间具有一初始距离L，且此初始距离的最小值为Lmin，则Lmin＝OT+C+L1。其中，C为第一探针120的第一伸缩端122与第二探针130的第二伸缩端132的共平面度，亦即第一探针120的第一伸缩端122与第二探针130的第二伸缩端132的高度误差，而L1为凸块220与第一探针120接触时座体110的表面112与凸块220的最小距离。此处的共平面度是指被测表面对理想平面的变动量，而理想平面的方位应符合最小条件，即其方位应使被测表面对理想平面的最大变动量为最小。座体110的表面112与凸块220的最小距离L1的作用主要是对焊料残留或者制作工艺误差所造成的凸块220高度变化提供缓冲。

以实际产品为例，凸块220与接垫230之间的高度差H约为250～350微米(μm)，凸块220与第一探针120接触之后的最大变形量H1约为50微米(μm)，第二探针130对接垫230进一步施加预压力所需的最大冲程OT1约为75微米(μm)，因此依据前述设计规范所得到的第一探针120的第一冲程OT约为375～475微米(μm)。此外，第一探针120的第一伸缩端122与第二探针130的第二伸缩端132的共平面度C约为50微米(μm)，而座体110的表面112与凸块220的最小距离L1约为250微米(μm)，因此依据前述设计规范所得到的初始距离的最小值Lmin约为675～775微米(μm)。

当然，前述实施例并非用以限制本发明的探针卡的规格，举凡探针的数量、种类、冲程大小等，皆可依据待测物表面的形貌与接点位置等来进行调整。甚至，探针卡还可以采用三种以上不同冲程的探针，来满足实际的测试需求。

请参照图3A至图3C，其绘示基于前述实施例所揭露的测试卡100以及测试方法，吾人以晶片测试为例，提出下列测试流程。

首先，如图3A所示，完成晶片310的制作，晶片310具有多个芯片312。紧接着，如图3B所示，进行凸块制作工艺，在晶片310上形成多个凸块320。完成凸块320的制作之后，再如图3C所示，通过测试卡100同时通过晶片310上的凸块320与接垫314对晶片310进行测试，以检验晶片310上的芯片312以及凸块320是否正常。换言之，此测试流程不需要额外在图3B的凸块制作工艺之前通过接垫314对晶片310进行测试，可以简化测试流程。

请参照图4A～图4D，其绘示基于前述实施例所揭露的测试卡100的另一种测试流程。

首先，如图4A所示，完成晶片410的制作，晶片410具有多个芯片412。然后，如图4B所示，可通过例如探针490通过接垫414对晶片410进行初步测试。接着，如图4C所示，进行凸块制作工艺，在晶片410上形成多个凸块420。完成凸块420的制作之后，再如图4D所示，通过测试卡100检验晶片410上的凸块420是否正常，并且同时通过接垫414写入特定数据到芯片412内。此测试流程可以同时进行凸块420的检测以及写入数据到芯片412的动作，同样有助于简化测试流程。

虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种探针卡，包括：

座体；

多个第一探针，插置于该座体内，该些第一探针相互平行，且各该第一探针具有第一伸缩端，该第一伸缩端突出于该座体的一表面；以及

多个第二探针，插置于该座体内，该些第二探针与该些第一探针相互平行，且各该第二探针具有第二伸缩端，该第二伸缩端突出于该座体的该表面，各该第一伸缩端的一第一端面实质上齐平于各该第二伸缩端的一第二端面，且各该第一伸缩端具有第一冲程大于各该第二伸缩端的第二冲程。

2.如权利要求1所述的探针卡，其中各该第一伸缩端的第一针头的形状不同于各该第二伸缩端的第二针头的形状。

3.如权利要求2所述的探针卡，其中各该第一针头为冠状，而各该第二针头为尖头。

4.如权利要求1所述的探针卡，其中各该第一伸缩端与该座体的该表面之间具有一初始距离，该初始距离大于或等于675微米。

5.如权利要求1所述的探针卡，适于对一半导体元件进行测试，该半导体元件具有半导体基材以及位于该半导体基材上的多个第一接点与多个第二接点，其中该些第一接点的顶部相对于该半导体基材具有第一高度，该些第二接点的顶部相对于该半导体基材具有第二高度，该第一高度大于该第二高度，该些第一探针对应于该些第一接点设置，而该些第二探针对应于该些第二接点设置。

6.如权利要求5所述的探针卡，其中该第一冲程为OT，且OT＝H+H1+OT1，H为该第一高度与该第二高度的差值，H1为各该第一接点之间的高度误差量，OT1为各该第二探针对相应的该第二接点施加一预压力所需的最大冲程。

7.如权利要求6所述的探针卡，其中各该第一伸缩端的该第一端面与该座体的该表面之间具有一初始距离，该初始距离的最小值为Lmin，且Lmin＝OT+C+L1，C为该些第一探针的该些第一伸缩端与该些第二探针的该些第二伸缩端的共平面度，L1为该座体的该表面与该些第一接点的最小距离。

8.如权利要求5所述的探针卡，其中该些第一接点包括多个凸块，而该些第二接点包括位于该些凸块外围的多个接垫。

9.如权利要求8所述的探针卡，其中各该第一伸缩端的第一针头为冠状，而各该第二伸缩端的第二针头为尖头。

10.一种测试方法，采用如权利要求1所述的探针卡测试一半导体元件，该半导体元件具有一半导体基材以及位于该半导体基材上的多个第一接点与多个第二接点，其中该些第一接点的顶部相对于该半导体基材具有第一高度，该些第二接点的顶部相对于该半导体基材具有第二高度，该第一高度大于该第二高度，该些第一探针对应于该些第一接点设置，而该些第二探针对应于该些第二接点设置，该测试方法包括：

(1)使该探针卡与该半导体元件相互靠近，其中各该第一探针的该第一伸缩端先与相应的该第一接点接触，并朝向该座体收缩，然后各该第二探针的该第二伸缩端与相应的该第二接点接触；以及

(2)同时通过该些第一探针与该些第二探针及分别与其相应的该些第一接点与该些第二接点，对该半导体元件进行测试。

11.如权利要求10所述的测试方法，还包括在该步骤(1)之前进行一凸块制作工艺，在该半导体基材形成多个凸块，以作为该些第一接点。

12.如权利要求11所述的测试方法，还包括在该凸块制作工艺之前通过该探针卡对该半导体元件进行初步测试。

13.如权利要求10所述的测试方法，其中该步骤(2)还通过该些第二探针与该些第二接点写入一数据至该半导体元件中。

14.如权利要求10所述的测试方法，还包括在该步骤(2)之后裁切该半导体基材以移除该些第二接点。