CN104254781B - 转移电子探针组件到空间变换器 - Google Patents

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Abstract

转移电子探针组件到空间变换器。根据第一方法实施例，多个探针通过微机电系统(MEMS)过程在牺牲基质上的牺牲材料中形成。多个探针的尖端邻接牺牲基质形成，并且多个探针的剩余结构从牺牲基质延伸出去。包括多个探针的牺牲材料附接到空间变换器。空间变换器包括在一个表面上用于在探针间距处接触多个探针的多个触点，以及对应的在另一表面上在第二间距(大于探针间距)处的第二多个触点，其中每个第二多个触点电耦合到对应的多个探针之一。移除牺牲基质，并移除牺牲材料，完整地留下多个探针。

Description

转移电子探针组件到空间变换器
相关申请
本申请要求Namburi和Cros于2012年3月7日提交的题为“Methods to TransferLogic Probe Assemblies on to Space Transformers”(转移逻辑探针组件到空间变换器上的方法)的美国临时专利申请61/607889的优先权，其全部内容被通过引用结合于此。
Tang等人的题为“Process for Forming Microstructures”(形成微结构的过程)的美国专利7271022，其全部内容被通过引用结合于此。
技术领域
本发明实施例涉及集成电路设计、制造和测试领域。更具体地，本发明实施例涉及用于转移电子探针组件到空间变换器的系统和方法。
背景技术
集成电路测试一般采用细小的探针来接触集成电路的测试点，以便注入电信号和/或测量集成电路的电参数。传统电路探针是逐一制造的，并且被手动地组装到对应于集成电路上的部分或全部测试点的阵列(有时被认为或被称为“探针卡”)中。
随着测试点数量的增加、以及现代集成电路的衬垫/凸块空间需求的减低，一次一个地组装探针具有挑战性。采用表面显微机械加工技术(例如，MEMS(microelectromechanical systems，微机电系统)或有线EDM(electric dischargemachining，放电加工))成形的探针组件对于探针卡而言越来越具有吸引力。但是，因为空间变换器是非常复杂和易损坏的，因此在细间距空间变换器(例如，硅空间变换器)的顶部上构建探针组件是很困难的。建立MEMS探针所涉及的压力要远远超过细间距空间变换器的强度。
因为在测试中，探针经常由于误操作而损坏或由于错误停止而烧毁，因此多数探针卡需要被重复修复。探针一般采用探针修复工具来替换，替换是手动的过程，包括：加热和去安装损坏的个别探针以及重新附接新探针。恢复探针卡到完全功能是必要的。然而在具有小于大约50μm间距(例如，探针到探针的空间)的细间距探针探测的情况下，替换单独的探针极度困难。这是由于几何体小并且操作探针的空隙不足所致。
发明内容
因此，所需要的是用于转移电子探针组件到空间变换器的系统和方法。还需要的是用于转移电子探针组件到空间变换器的消除手动装配且减少生产前置时间的系统和方法。还需要用于转移电子探针组件到空间变换器的兼容并补充集成电路设计、制造和测试的现有系统和方法的系统和方法。本发明实施例提供了这些优势。
根据第一方法实施例，多个探针通过微机电系统(MEMS)过程在牺牲基质上的牺牲材料中形成。多个探针的尖端邻接牺牲基质形成，并且多个探针的剩余结构从牺牲基质延伸出去。包括多个探针的牺牲材料附接到空间变换器。空间变换器包括在一个表面上用于在探针间距处接触多个探针的多个触点，以及对应的在另一表面上在第二间距(大于探针间距)处的第二多个触点，其中每个第二多个触点电耦合到对应的多个探针之一。移除牺牲基质，并移除牺牲材料，完整地留下多个探针。
根据另一实施例，一种产品包括：具有在第一面上的第一间距处的第一触点和在第二面上的第二间距的处第二触点的空间变换器；具有在第一面上的第二间距处的第三触点和在第二面上的探针间距处的第四触点的细间距空间变换器。细间距空间变换器的第一面功能性地耦合到空间变换器的第二面的第二触点。该产品还包括适于接触集成电路的测试点的多个细间距电子探针，该细间距电子探针在探针间距处功能性地耦合到细间距空间变换器的第二面的所述第四触点。多个细间距电子探针配置为作为整体从空间变换器和细空间变换器的组件移除。
根据本发明另一方法实施例，多个探针通过微机电系统(MEMS)过程在牺牲基质上的初级牺牲材料中形成。多个探针的尖端远离牺牲基质形成，并且多个探针的剩余结构从牺牲基质延伸出去。初级牺牲材料被移除。多个探针被封装在次级牺牲材料中。封装的多个探针被接合到空间变换器，并移除次级牺牲材料。
附图说明
包含在本说明书中并成为本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例以及对实施例的描述，用来解释本发明的原理。除非另外注明，附图非按比例绘制。
图1示出了根据本发明的实施例的、和空间变换器100一起的电子探针组件。
图2、3、4、5、6、7和8示出了根据本发明的实施例的形成电子探针组件(例如，电子探针组件)的方法。
图9和10示出了根据本发明的实施例的形成电子探针组件(例如，电子探针组件)的方法。
图11、12和13示出了根据本发明的实施例的形成电子探针组件(例如，电子探针组件)的方法。
图14、15、16、17和18示出了根据本发明的实施例的形成电子探针组件(例如，电子探针组件)的方法。
具体实施方式
现在详细参照本发明的各种实施例，本发明的示例在附图中示出。虽然本发明将结合这些实施例来被描述，但应该明白的是，这些实施例不应限制本发明。相反，本发明应覆盖包含在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的替换、修改和等效。此外，为了提供本发明的全面理解，本发明的以下具体描述中展示了大量具体细节。但是，本领域普通技术人员应该意识到，本发明可在没有这些具体细节的情况下实行。在其它示例中，为了不使本发明的方面产生不必要的模糊，熟知的方法、程序、组件和电路没有详细描述。
符号和术语
以下具体描述的一些部分(例如，过程200、900、1100和1400)被以可在计算机存储器上执行的术语程序、步骤、逻辑块、处理以及其它数据位操作的符号表示。这些描述和表示是数据处理领域的技术人员用来最有效地传达其工作的实质给本领域其它技术人员的方式。程序、计算机执行步骤、逻辑块、过程等在这里且一般被设想为导向预期结果的、步骤或指令的自相一致的序列。该步骤是指那些必需的物理量的物理操作。通常，虽然不必要地，但这些量以能够被储存、转移、组合、比较以及在计算机系统中操作的电或磁信号的形式呈现。主要由于常见用法的原因，有时将这些信号称为比特位、值、元素、符号、字符、术语、数字或者类似物有时已被证明是方便的。
但是，应该记住的是，所有这些和类似的术语要与适当的物理量关联且仅是应用于这些量的方便的标签。除非特别说明或从以下探讨中明显看出，否则应该明白的是，贯穿本发明，采用术语(例如，“访问”或“形成”或“装配”或“移除”或“封装”或“接合”或“释放”或“涂层”或“附接”或“处理”或“分离”或“粗加工”或“填充”或“表现”或“产生”或“调整”或“创建”或“执行”或“持续”或“索引”或“运算”或“转换”或“计算”或“决定”或“测量”或“聚集”或“运行”等诸如此类)的探讨指的是计算机系统或类似的电子运算设备的动作和过程，该计算机系统或类似的电子运算设备将在计算机系统的寄存器和存储器中表示物理(电子)量的数据操作和变换为在计算机系统存储器或寄存器或其它这样的信息储存器、传送或显示设备中类似地表示物理量的其它数据。
转移电子探针组件到空间变换器
图1示出了根据本发明实施例的带有空间变换器的电子探针组件100。电子探针组件100包括：一般在阵列中的多个细间距探针135。探针间距或探针到探针的空间可为50μm或更小。细间距探针135可装配到或成形在过孔探针载体130上。
代理人案号ATST-U0075.US，Namburi于2013年3月7日申请的题为“Fine PitchProbe Array from Bulk Material”(来自散料的细间距探针阵列)的共同待决、共同拥有的美国专利申请示出了这样的细间距探针阵列的系统和方法，其全部内容被通过引用结合于此。该引用的US专利申请的公开兼容并补充本应用的公开。应该意识到的是，根据本应用的实施例也很好地适合细间距探针阵列的其它形态，例如，微机电系统(MEMS)。
Tang等人的题为“Process for Forming Microstructures”(形成微结构的过程)的美国专利公开7271022公开了(例如，通过微机电系统(MEMS))在基质上形成微结构，其全部内容被通过引用结合于此，该公开兼容并补充本应用的公开。例如，示例性MEMS过程可包括：重复的电镀基质过程，例如，采用铜(Cu)层；采用光刻法过程在铜上蚀刻图案；以及用有图案的金属填充，例如，镍锰(NiMn)合金。用这种方式可以构建包含镍-锰探针的复杂形状。
过孔(through-via)探针载体130通过采用任意适当的材料的任意适当的过程(例如，焊球连接)装配到细间距空间变换器120。细间距空间变换器120改变或变换细间距探针的间距(例如，大约50μm或更小的间距)为更大的间距(例如，在大约50μm到大约200μm或更大范围内)。
细间距空间变换器120通过采用任意适当的材料的任意适当的过程(例如，焊球连接)被装配到空间变换器110。空间变换器110可包含例如低温共烧陶瓷(LTCC)或有机薄片。空间变换器110改变或变换细间距空间变换器120的间距(例如，从小于(或等于)大约50μm到大约200μm)改变或变换为适合更高水平电子组件的更大的间距(例如，大约400μm或更大))。
空间变换器110、细间距空间变换器120、包含过孔探针载体130的细间距探针阵列和细间距探针135的垛堆(stack)，通过包含任意适当的材料的任意适当的过程(例如，焊球)被装配到更高层级电子组件101。更高层级电子组件101可包括：例如，印刷电路板(PCB)和/或高密度互联PCB。
在传统技术下，当探针被损坏或由于任何其它原因需要更换时，探针阵列和空间变换器一般必须更换。相反，根据本发明实施例，只有探针阵列(包括过孔探针载体130和细间距探针135)要更换。这有益地降低了必需的返工，从而有利地减低了时间和开销。
图2到图8示出了根据本发明实施例的形成电子探针组件(例如，电子探针组件100)的方法200。在图2中，多个细间距探针235通过微机电系统(MEMS)方法在初级牺牲基质230(例如，陶瓷基质)上形成。细间距探针235在初级牺牲材料240(例如，铜(Cu))中形成。细间距探针235被这样形成从而探针尖端(例如，设计为接触集成电路测试点的探针的部分)远离初级牺牲基质230形成。
一般而言，包含用于细间距探针235形成的初级牺牲材料240的材料不兼容后续处理操作。因此，图3示出了根据本发明实施例的初级牺牲材料240的释放。如果初级牺牲材料240兼容后续操作，那么(下面的)图3和图4的过程可不必要。
图4示出了根据本发明实施例用次级牺牲材料440封装细间距探针235。图5示出了根据本发明实施例接合次级牺牲材料440中的细间距探针235到空间变换器520。
图6示出了根据本发明实施例，次级牺牲材料440的移除，留下包含装配到空间变换器520的细间距探针235的探针阵列。
在替代的实施例中，次级牺牲材料440中的细间距探针235可被接合到过孔探针载体，例如，图1所示的过孔探针载体130。图7示出了根据本发明实施例，接合到过孔探针载体130的次级牺牲材料440中的细间距探针235。图8示出了根据本发明实施例，次级牺牲材料440的移除，留下包含细间距探针235和过孔探针载体130的探针阵列。探针阵列可被耦合到其它组件，例如，如图1所示那样。
图9到图10示出了根据本发明实施例的形成电子探针组件(例如，电子探针组件100(图1))的方法900。图9示出了根据本发明实施例的，装配过孔探针载体基质930顶部上的次级牺牲材料940中的细间距MEMS探针935，该过孔探针载体基质930采用临时粘合剂附接到支撑基质910。支撑基质910在整个微机电系统(MEMS)制造过程中对其提供机械强度。
如图10中所示，根据本发明实施例，微机电系统(MEMS)制造过程完成后，支撑基质910脱接合且初级牺牲材料940被释放。探针阵列(包括细间距探针935和过孔探针载体930)可被耦合到其它组件，例如，如图1所示那样。
在图11到图13中示出了方法1100，包括当细间距探针包裹在初级牺牲材料中时，附接次级牺牲基质到细间距探针顶部上。次级牺牲基质作为把手支撑细间距探针。初级牺牲基质通过探针脚直接或在中间采用过孔探针载体基质来脱离与空间变换器的连接而被释放。次级牺牲基质和初级牺牲材料随后被释放。
根据本发明实施例，图11示出了在初级牺牲材料1140中形成的的细间距探针1135被附接到初级牺牲基质1120，且在顶部(或细间距探针1135的“探针尖”端)接合到次级牺牲基质1150。
在图12中，根据本发明实施例，初级牺牲基质1120被释放，且剩余组件(包括细间距探针1135和次级牺牲基质1150)对齐并采用任意适当的材料和过程(例如，焊接)接合到过孔探针载体1130。
图13示出了根据本发明实施例的次级牺牲基质1150的释放和第一牺牲材料1140的移除。探针阵列(包括细间距探针1135和过孔探针载体1130)可被耦合到其它组件，例如，如图1所示那样。
图14到图18示出了根据本发明实施例的用于形成电子探针组件(例如，电子探针组件100(图1))的方法1400。在图14中，根据本发明实施例，多个细间距探针1435在初级牺牲基质1420上的初级牺牲材料1440中形成。应该注意的是，细间距探针1435相对于之前的图(例如，图2的细间距探针235)“倒转”形成。例如，细间距探针1435的尖端(例如，设计为接触集成电路测试点的探针的部分)紧挨着初级牺牲基质1420形成。
图15示出了根据本发明实施例，装配包括细间距探针1435、初级牺牲材料1440和初级牺牲基质1420的组件到过孔探针载体1430上。应该注意的是，细间距探针1435的底部附接到过孔探针载体1430。
图16示出了根据本发明实施例的初级牺牲基质1420的移除。初级牺牲材料1440可通过任意适当的过程(包括，例如化学蚀刻)移除。初级牺牲材料1440可紧接牺牲基质1420的移除而移除。但是，根据本发明实施例，在附加处理之后(例如，在附接到更高层级组件之后)移除初级牺牲基质1420是有益的。探针阵列(包括细间距探针1435和过孔探针载体1430)可被耦合到其它组件，例如，如图1所示那样。
在替代的实施例中，根据本发明实施例，细间距探针1435、初级牺牲材料1440和初级牺牲基质1420可装配到空间变换器1450上。从图14出发的的图17示出了根据本发明实施例，装配包括细间距探针1435、初级牺牲材料1440和初级牺牲基质1420的组件到空间变换器1450上。应该注意的是，细间距探针1435的底部附接到空间变换器1450。
图18示出了根据本发明实施例的初级牺牲基质1420的移除。初级牺牲材料1440可通过任意适当的过程(包括，例如化学蚀刻)移除。初级牺牲材料1440可紧接牺牲基质1420的移除而移除。但是，根据本发明实施例，在附加处理之后(例如，在附接到更高层级组件之后)移除初级牺牲基质1420是有益的。探针阵列(包括细间距探针1435和空间变换器1450)可被耦合到其它组件，例如，如图1所示那样。
根据本发明的实施例提供了用于转移电子探针组件到空间变换器的系统和方法。此外，根据本发明的实施例提供了用于转移电子探针组件到空间变换器的系统和方法，该系统和方法消除了手动装配且减少生产前置时间。另外，根据本发明的实施例提供了用于转移电子探针组件到空间变换器的系统和方法，该系统和方法兼容并补充了集成电路设计、制造和测试的现有系统和方法。
以上描述了本发明的各种实施例。虽然本发明在具体实施例中描述，但应该注意的是，本发明不应被解释为被这些实施例限制，而应该解释为是以以下权利要求为根据的。

Claims (11)

1.一种形成电子探针组件的方法，包括：
通过微机电系统MEMS过程，在牺牲基质上的牺牲材料中形成多个探针，所述多个探针中的每一者包括尖端，其中，所述多个探针整体包裹在所述牺牲材料中，
其中所述多个探针的尖端邻近所述牺牲基质形成，并且所述多个探针的剩余结构从所述牺牲基质延伸出去；
附接包括所述多个探针的所述牺牲材料到空间变换器，
其中所述空间变换器在一个表面上包括以探针间距形成的用于接触所述多个探针的多个触点，以及对应的在另一表面上包括以第二间距形成的第二多个触点，其中所述第二间距大于所述探针间距并且每个所述第二多个触点电耦合到对应的所述多个探针之一；
在将包括所述多个探针的所述牺牲材料附接到所述空间变换器之后，移除所述牺牲基质；
移除所述牺牲材料，但完整地留下所述多个探针。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述探针间距小于50μm。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第二间距至少是所述探针间距的两倍。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述多个探针包括镍锰(NiMn)合金。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述牺牲材料包括铜(Cu)。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述移除所述牺牲基质和所述移除所述牺牲材料几乎同时发生。
7.一种形成电子探针组件的方法，包括：
通过微机电系统MEMS过程，在牺牲基质上的初级牺牲材料中形成多个探针，其中，所述多个探针整体包裹在所述初级牺牲材料中，
其中所述多个探针的尖端远离所述牺牲基质形成，并且所述多个探针的剩余结构从所述牺牲基质延伸出去；
移除所述初级牺牲材料；
将所述多个探针封装在次级牺牲材料中；
移除所述牺牲基质；
在移除所述牺牲基质之后，接合所述封装的多个探针到空间变换器；以及
移除所述次级牺牲材料。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述多个探针以小于或等于50μm的间距形成。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述空间变换器包括在一面上以探针间距形成的第一触点，以及对应的在另一面上以至少两倍于所述探针间距形成的第二触点，并且其中对应的第一和第二触点电耦合。
10.如权利要求7所述的方法，其中所述多个探针包括镍锰(NiMn)合金。
11.如权利要求7所述的方法，其中所述初级牺牲材料包括铜(Cu)。
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