CN110383078A - 用于测试安装部件的晶片的混合探针卡 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的实施方式的探针卡被设置成在功能上具有两个探针组装体的组合形式，使得两个探针组装体分别与三维晶片的未安装部件的区域(R1)和安装部件的区域(R2)相对应，并且，在与安装部件的区域相对应的探针组装体侧的第一导向板和空间转换器区域分别设有适当的台阶，从而，当第一探针和第二探针下降来进行测试时，第一探针和第二探针分别在作为各个测试区域的区域(R1)和区域(R2)以一定的接触力均匀地与晶片表面上的电极垫和所安装的部件上的电极垫同时接触。

Description

用于测试安装部件的晶片的混合探针卡
技术领域
本发明涉及一种探针卡，更具体而言，用于有效地测试安装部件的三维晶片的混合探针卡。
背景技术
近年来，随着IT产业的发展，半导体芯片被广泛应用于计算机、手机、显示器、游戏机、家用电器、汽车等各种领域。在最终步骤封装并安装在成品之前，这种半导体芯片在制造工艺的每个步骤经过评价是否正常工作以判断是否不良的事前检查。
在上述半导体检查步骤中，在晶片状态下的检查通过在将形成在半导体晶片上的数百至数千个半导体芯片切割成单个芯片并进行组装工序之前，在晶片级处检查每个芯片的电操作状态来执行。通过在晶片级处预先筛选芯片缺陷来能够在随后的封装步骤中降低成本。探针卡是用于上述晶片状态的检查的装置，其用来使晶片与主检查装置电连接来将来自主检查装置的检查信号发送到晶片上的焊盘。具体而言，探针卡包括多个针形探针，并且多个探针分别接触到晶片上的半导体装置的焊盘，从而将来自主测试设备的测试信号施加到晶片焊盘。此时，优选地，在探针与晶片焊盘之间的接触以在各个接触处以一定接触力均匀地接触的方式实现。上述探针的类型包括弹簧(pogo)式探针、悬臂(cantilever)探针、如眼镜蛇(cobra)型探针等屈曲(buckling)式探针等各种类型，根据晶片特性适当选定合适类型的探针来使用。
另一方面，作为通过上述探针卡进行测试的半导体晶片，以往通常使用了在晶片上用作被测试电极的焊盘、凸块(bump)、铜柱(Cu-pillar)等均在相同平面上的二维晶片。
图1示出针对上述二维晶片进行测试的现有各种探针卡的类型。具体而言，图1的(a)部分示出通过采用悬臂式探针的水平式探针卡测试二维晶片的结构，图1的(b)部分示出通过微电子机械系统(Micro Electro Mechanical Systems；MEMS)探针卡测试二维晶片的结构，图1的(c)部分示出通过采用弹簧式探针的垂直式探针卡测试二维晶片的结构，图1的(d)部分分示通过采用呈眼镜蛇形状的屈曲探针的垂直式探针卡测试二维晶片的结构。
如图1的(a)部分至图1的(d)部分所示，在现有二维晶片11上如焊盘、凸块、铜柱等被测试电极12均在相同平面上，因此对此进行测试的现有探针卡也被设计组装成使得探针卡中的各个探针的长度和高度(与电极垫之间的距离)均匀，使得当测试时探针在与电极垫之间的各接触点以一定接触力接触。
最近，随着半导体技术的发展，开发了具有安装部件的形式的晶片，即，所谓三维晶片。如上所述，在现有二维晶片上晶片的被测试电极垫都在晶片表面上的相同平面内存在，但在安装部件的三维晶片的情况下，电极垫不仅位于晶片表面上，也位于所安装的部件上，因此，在一个晶片中作为测试对象的电极垫之间存在高度差。
然而，现有探针卡都以将二维晶片作为测试对象的方式被设计，由此，如上所述，以在探针卡中的各个探针的长度和高度也都相同的方式设计制造。因此，通过上述探针卡只能测试晶片上的电极垫均在相同平面上的二维晶片，而且，为了测试上述三维晶片，不可避免地需要准备与晶片上的电极垫的高度相对应地分别设计制造的至少两个探针卡，且在实际上进行测试工作时也需要在交替更换上述多个探针卡的同时进行多次测试。
结果，其造成制造探针卡所需的时间和成本的增加，最终，晶片测试时间增加，并由此制成的半导体装置的整个制造成本上升。
发明内容
发明要解决的问题
本发明是为了解决如上所述的现有探针卡所存在的技术问题而提出的，其目的在于，提供用于有效地测试安装部件的三维晶片的混合探针卡。
更具体地，本发明的目的在于，对于安装部件的三维晶片，使用一个探针卡来同时测试晶片表面上的电极垫和所安装的部件上的电极垫，从而减少在测试三维晶片时所需的探针卡的数量。
并且，本发明的另一目的在于，降低在测试安装部件的三维晶片时所需的测试时间和半导体装置的整个制造成本。
用于解决问题的方案
根据本发明的一实施例的探针卡用于测试具有未安装部件的第一区域和安装部件的第二区域的半导体晶片，其特征在于，包括：多个第一探针，布置在所述第一区域的上方，与在所述第一区域中的测试电极相接触来传输电信号；多个第二探针，布置在所述第二区域的上方，与在所述第二区域中所安装的所述部件上的测试电极相接触来传输电信号；第一导向板，与所述半导体晶片相对布置，且形成有供所述第一探针和所述第二探针的各一端插入的多个探针孔；第二导向板，布置在所述第一导向板的上方，且形成有供所述第一探针的各另一端插入的多个探针孔；及第三导向板，布置在所述第一导向板的上方，且形成有供所述第二探针的各另一端插入的多个探针孔；其中，在所述第一导向板中，在形成有供所述第二探针的一端插入的探针孔的区域上形成有相当于所述部件的高度的台阶，使得所述第一探针的一端与在所述第一区域中的测试电极之间的距离和所述第二探针的一端与所述第二区域中的所述部件上的测试电极之间的距离相同。
在一实施例中，所述探针卡还包括：探针PCB，形成有用于向所述第一探针和所述第二探针分配并传输电信号的信号布线；及空间转换器，将来自在所述探针PCB上的信号布线的电信号重新分配来连接到所述第一探针和所述第二探针的各另一端，并且，在所述空间转换器中，在与所述第三导向板相对的区域形成有台阶，使得从所述第二导向板露出的所述第一探针的另一端与在空间转换器上相对应的电接点之间的距离和从所述第三导向板露出的所述第二探针的另一端与在空间转换器上相对应的电接点之间的距离相同。
在一实施例中，所述第一探针和所述第二探针为弹簧式探针及屈曲式探针中任一种。
在一实施例中，所述第一探针和所述第二探针为相同类型的探针。
在一实施例中，所述第一探针和所述第二探针为不同类型的探针。
发明的效果
根据本发明的探针卡，对于安装部件的三维晶片，使用一个探针卡来同时测试晶片表面上的电极垫和所安装的部件上的电极垫，从而能够减少在测试三维晶片时所需的探针卡的数量，而且，能够降低在测试三维晶片时所需的测试时间和半导体装置的整个制造成本。
附图说明
图1为示出测试二维晶片的现有各种探针卡的结构的截面图。
图2为示出根据本发明的第一实施方式的探针卡的结构的截面图。
图3为示出根据本发明的第二实施方式的探针卡的结构的截面图。
标号说明
11:二维晶片
12、101、202:电极垫
101、201:三维晶片
103、203:部件
104、204:第一探针
105、205:第二探针
106、206:第一导向板
107、207:第二导向板
108、208:第三导向板
109、209:空间转换器
110、210:探针PCB
具体实施方式
下文中，将对本发明的优选实施方案进行详细描述。然而，应理解，尽管指示本发明的优选实施方案，但是详细说明和具体实施例仅是例示性的，因为根据该详细说明，在本发明主旨和范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员变得显而易见。
并且，为描述的方便和简洁，在下面具体说明中参考的附图中示出的部件的尺寸和形状可以被夸大并强调。
此外，本文使用的术语通过考虑本发明的功能而被定义，并且可以根据使用者或操作者的习惯或目的而改变。因此，应该根据本文阐明的全部公开内容进行术语的定义。
图2为示出根据本发明的第一实施方式的探针卡100的结构的截面图。
通过根据本发明的第一实施方式的探针卡100进行测试的半导体晶片101包括未安装部件的第一区域R1和安装部件103的第二区域R2。即，在一个晶片上共存未安装部件的区域和安装部件的区域，从而具有作为测试对象的被接触电极垫不在相同平面上的三维晶片的结构。如上所述，以往为了测定上述三维晶片，需要一个用于“晶片测试”(晶片表面上的电极垫测试)的探针卡和一个用于“部件测试”(所安装的部件上的电极垫测试)的探针卡。但根据本发明的探针卡通过一个探针卡可以同时实现三维晶片上的晶片测试和部件测试。下面，详细说明根据本发明的第一实施方式的探针卡100的结构。
根据本发明的第一实施方式的探针卡100包括：多个探针104、105，用于与试验体相接触并传输电信号；及探针PCB110，形成有用于向多个探针104、105分配并传输电信号的信号布线。在探针PCB110的下方设置有用于将来自在探针PCB100上的信号布线的电信号重新分配来连接到各个多个探针104、105的空间转换器109。在空间转换器109的下方设置有探针组装体，所述探针组装体用于与在三维晶片101上的试验体，即，在晶片表面上的电极垫102和安装于晶片的部件103上的电极垫同时接触来进行电气测试。在功能上，探针组装体大致由与晶片表面上的电极垫102相接触来进行测试的第一探针组装体和与安装于晶片的部件103上的电极垫相接触来进行测试的第二探针组装体构成。
探针组装体的基本构成具有多个探针由上下布置的两个导向板可上下移动地支承的形式。首先，以与半导体晶片101相对的方式布置第一导向板106。在第一导向板106中，在与晶片表面上的电极垫102相对应的区域R1形成有供多个探针(第一探针；104)的一端分别插入的探针孔，而在与所安装的部件103上的电极垫相对应的区域R2形成有供其它多个探针(第二探针；105)的一端分别插入的探针孔。第一探针104和第二探针105的类型包括如眼镜蛇(cobra)型探针等的屈曲(buckling)式探针，或弹簧(pogo)式探针。在图中示出的第一实施方式中第一探针104和第二探针105均采用相同类型的屈曲式探针。
另一方面，在第一导向板106的上方以与第一导向板106平行的方式布置第二导向板107，且在第二导向板107中与区域R1相对应的区域形成有供第一探针104的另一端插入的多个探针孔。
在与安装部件103的晶片上的区域R2相对应的第二导向板107的区域形成有开口。通过上述开口设置将后述的第三导向板108。即，第三导向板108通过第二导向板107的开口被插入，且以在与安装部件的区域R2相对应的位置组装在第一导向板106的上方的方式布置。在第三导向板108中形成有供将要与部件103上的电极垫相接触的上述第二探针105的另一端插入的多个探针孔。
通过如上所述的构成，在功能上，位于区域R1的第一导向板106、第二导向板107及插入到上述第一导向板和第二导向板的探针孔中的第一探针104构成进行晶片测试的一个探针组装体，另一方面，位于区域R2的第一导向板106、第三导向板108及插入到上述第一导向板和第三导向板的探针孔中的第二探针105构成进行部件测试的另一个探针组装体。
另一方面，如图2所示，在第一导向板106中，在形成有供第二探针105的一端插入的探针孔的区域向内侧方向(从晶片远离的方向)形成有相当于晶片上所安装的部件103的高度的台阶。通过上述台阶，在区域R1的位置向第一导向板106的下方露出的第一探针104的一端与在晶片表面上的电极垫102之间的距离和在区域R2的位置向第一导向板106的下方露出的第二探针105的一端与部件103上的电极垫之间的距离保持相同。
另外，与此相同地，在空间转换器109中，在第三导向板相对的区域，即，在形成有供第二探针105的另一端插入的探针孔的区域也向内侧方向(从晶片远离的方向)形成有相当于第三导向板108从第二导向板107的开口面露出到上方的高度的台阶。通过上述台阶，在空间转换器109与第一探针104和第二探针105之间的电接触区域也可以使从第二导向板露出的第一探针的另一端与在空间转换器上相对应的电接点之间的距离和从第三导向板露出的第二探针的另一端与在空间转换器上相对应的电接点之间的距离保持相同。
如上所述，根据本发明的第一实施方式的探针卡被设置成在功能上具有两个探针组装体的组合形式，使得两个探针组装体分别与三维晶片的未安装部件的区域R1和安装部件的区域R2相对应，并且，在与安装部件的区域R2相对应的探针组装体侧的第一导向板107和空间转换器109区域分别设有适当的台阶，从而，当第一探针104和第二探针105下降来进行测试时，第一探针104和第二探针105分别在作为各个测试区域的区域R1和区域R2以一定的接触力均匀地与晶片表面上的电极垫102和所安装的部件103上的电极垫同时接触。因此，通过使用根据本发明的探针卡，通过只有一个探针卡来对于安装部件的三维晶片同时进行晶片测试和部件测试，结果，通过减少在测试三维晶片时所需的探针卡数量来得到降低半导体制造成本的效果，与此同时，能够缩短整个测试时间。
图3示出根据本发明的第二实施方式的探针卡200的截面结构。
除了使第一探针204和第二探针205被设置为相互不同类型的探针，根据本发明的第二实施方式的探针卡200具有与根据上述第一实施方式的探针卡100的结构实际上相同的结构。
具体而言，在第二实施方式中，如图所示，第一探针204采用屈曲式探针，而第二探针205采用弹簧式探针。除了作为第一探针204和第二探针205使用相互不同类型的两种探针，第二实施方式的特征构成与根据上述第一实施方式的探针卡100相同，即，探针卡被设置成在功能上具有两个探针组装体的组合形式，使得两个探针组装体分别与未安装部件的区域R1和安装部件的区域R2相对应，并且，在与安装部件的区域R2相对应的探针组装体侧的第一导向板207和空间转换器209区域分别设有适当的台阶。因此，根据第二方式的探针卡200也能够通过一个探针卡来同时进行对于安装部件的三维晶片的晶片测试和部件测试，从而，可以相同地获得减少在测试三维晶片时所需的探针卡数量的效果和缩短测试时间的效果。
上面，参照示例性实施方式说明了本发明，但应理解，本发明并不限于所公开的示例性实施方式。作为一个例子，在上述实施方式中，以用于晶片测试的第一探针和用于部件测试的第二探针采用在如眼镜蛇型探针等的屈曲式探针及弹簧式探针中的任一种的情况为例进行说明，但探针的类型并非限于此。并且，作为第一探针和第二探针采用相同类型的探针的例子，在上述第一实施方式，以第一探针和第二探针采用屈曲式探针的情况为例进行说明，但第一探针和第二探针也都可以采用弹簧式探针，并且，在第一探针和第二探针采用不同类型的第二实施方式中也与上述第二实施方式不同地可以实现第一探针采用弹簧式探针且第二探针擦采用屈曲式探针的变形例。
上面采用特定术语说明了本发明，但应该理解，上述特定术语仅用于一般性和描述性的意义，并非旨在限制本发明。因此，本领域所属领域的技术人员将会理解，在不脱离所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其形式和细节进行各种改变。应最大范围解释所附的权利要求书，以涵盖所有修改以及等同的结构和功能。

Claims (5)

1.一种探针卡，用于测试具有未安装部件的第一区域和安装部件的第二区域的半导体晶片，其特征在于，包括：
多个第一探针，布置在所述第一区域的上方，与在所述第一区域中的测试电极相接触来传输电信号；
多个第二探针，布置在所述第二区域的上方，与在所述第二区域中所安装的所述部件上的测试电极相接触来传输电信号；
第一导向板，与所述半导体晶片相对布置，且形成有供所述第一探针和所述第二探针的各一端插入的多个探针孔；
第二导向板，布置在所述第一导向板的上方，且形成有供所述第一探针的各另一端插入的多个探针孔；及
第三导向板，布置在所述第一导向板的上方，且形成有供所述第二探针的各另一端插入的多个探针孔；
其中，在所述第一导向板中，在形成有供所述第二探针的一端插入的探针孔的区域上形成有相当于所述部件的高度的台阶，使得所述第一探针的一端与在所述第一区域中的测试电极之间的距离和所述第二探针的一端与所述第二区域中的所述部件上的测试电极之间的距离相同。
2.根据权利要求1所述的探针卡，其特征在于，还包括：
探针PCB，形成有用于向所述第一探针和所述第二探针分配并传输电信号的信号布线；及
空间转换器，将来自在所述探针PCB上的信号布线的电信号重新分配来连接到所述第一探针和所述第二探针的各另一端；
其中，在所述空间转换器中，在与所述第三导向板相对的区域形成有台阶，使得从所述第二导向板露出的所述第一探针的另一端与在空间转换器上相对应的电接点之间的距离和从所述第三导向板露出的所述第二探针的另一端与在空间转换器上相对应的电接点之间的距离相同。
3.根据权利要求1或2所述的探针卡，其特征在于，所述第一探针和所述第二探针为弹簧式探针及屈曲式探针中任一种。
4.根据权利要求3所述的探针卡，其特征在于，所述第一探针和所述第二探针为相同类型的探针。
5.根据权利要求3所述的探针卡，其特征在于，所述第一探针和所述第二探针为不同类型的探针。
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