CN111965400A - 探针卡模块 - Google Patents

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陈儒宏
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Abstract

本发明公开了一种探针卡模块，其包括：一第一驱动单元，具有一第一非反相输出端及一第一反相输出端，该第一非反相输出端耦接一第一开关，该第一开关两端分别连接一第一导电探针及一第一电流源，该第一反相输出端耦接一第二开关，该第二开关两端分别连接一第二导电探针及该第一电流源；其中，该第一导电探针耦接一第一电阻，该第二导电探针耦接一第二电阻。

Description

探针卡模块
本案是一件分案申请，母案是申请日为2017年10月17日，申请号为201710965087.X的中国发明专利申请。
技术领域
本发明涉及探针卡技术领域，尤其是一种具有多阶电压驱动电路的探针卡。
背景技术
在集成电路组件的制造过程中，晶粒切割或组件封装之前会进行电性测试，这通常通过探针卡将测试机(Tester)所提供的电源信号与测试信号传输给待测组件(DeviceUnder Testing，简称DUT)；其中，电源信号用以供给待测组件所需电源，测试信号用以检测待测组件。
一般而言，具有多阶驱动(Multi-Level Driving)电路的探针卡模块10可如图1所示，以射频功率合成器(RF Power Combiner)为例，其包含两个数字驱动器12及14所形成的四阶电压驱动电路20；其中，数字驱动器12及14的输出端分别连接至电阻R11及R12的一端，电阻R11及R12的另一端彼此连接后，再经由电阻R13及信号传输线17而连接至导电探针18。如果数字驱动器12及14的正负电源电压设定为如图1所示的Vsp1、Vsn1、Vsp2、Vsn2，则该电压驱动电路20会依据其所接收输入信号的数字状态「00」、「01」、「10」、「11」，从而分别产生|Vsn1-Vsn2|、|Vsn1-Vsp2|、|Vsp1-Vsn2|、|Vsp1-Vsp2|的四阶输出电压。由于待测组件30本身亦具有电阻，因此该电压驱动电路20的输出电压最后落在待测组件30上的，将会由上述电阻R11、R12、R13及待测组件30内电阻之间的分压关系来决定。
然而，数字驱动器12、14每多推动一个电阻，都会拉低驱动器本身的操作速度。此外，待测组件30本身的电阻是变动的，各个待测组件30的电阻值都彼此不同，且当测试进行时，导电探针18每次接触到待测组件30的导电垫的压力不相同，所形成的接触电阻(Contact Resistance)亦不相同；亦即，该电压驱动电路20的输出电压每次落在待测组件30上的分压也会是不相同的，导致该探针卡模块10具有较差的多阶电压精准度，进而影响电性测试准确性。因此，有必要发展新的探针卡技术，以有效解决上述问题。对于现有的探针卡模块技术，另亦可参阅中国台湾专利案TW I512296、中国专利案CN 105372574A、美国专利案US 20050172176，其皆完全不同于本案的技术方案。
发明内容
本发明的目的之一，即在于解决待测组件进行高频测试时，数字驱动器的操作速度减小及所提供的多阶电压精准度较差问题，以提供更佳的探针卡模块操作性能。
根据本发明的一方面，一实施例提供一种探针卡模块，其包括：一第一驱动单元，具有一第一输出端，该第一输出端连接一第一电阻；一第二驱动单元，具有一第二输出端，该第二输出端连接一第二电阻；一放大单元，具有一非反相输入端、一反相输入端及一第三输出端，该第一电阻及该第二电阻连接至该非反相输入端，且该第三输出端连接至该反相输入端；以及一导电探针，连接至该放大单元的第三输出端。
在一实施例中，该探针卡模块进一步包括：一第三电阻，该第一电阻及该第二电阻经由该第三电阻连接至该放大单元的该非反相输入端；以及一第四电阻，该放大单元的该非反相输入端经由该第四电阻接地。
在一实施例中，该第一电阻与该第二电阻具有相同电阻值。
在一实施例中，该探针卡模块进一步包括：一第三驱动单元，具有一第四输出端，该第四输出端连接一第五电阻，且该第五电阻连接至该放大单元的该非反相输入端。
在一实施例中，该第一电阻、该第二电阻与该第五电阻具有相同电阻值。
在一实施例中，该探针卡模块进一步包括：一第六电阻，该放大单元的该非反相输入端经由该第六电阻接地。
在一实施例中，该放大单元包括一运算放大器。
在一实施例中，该导电探针与该放大单元的第三输出端之间设有一信号传输线。
根据本发明的另一方面，另一实施例提供一种探针卡模块，其包括：一第一驱动单元，具有一第一非反相输出端及一第一反相输出端，该第一非反相输出端耦接一第一开关，该第一开关两端分别连接一第一导电探针及一第一电流源，该第一反相输出端耦接一第二开关，该第二开关两端分别连接一第二导电探针及该第一电流源；其中，该第一导电探针耦接一第一电阻，该第二导电探针耦接一第二电阻。
在一实施例中，该第一电阻与该第二电阻具有相同电阻值。
在一实施例中，该第一电阻及该第二电阻分别耦接于具有一共同电压的电极。
在一实施例中，该第一驱动单元控制该第一开关及该第二开关同一时间只有一个导通。
在一实施例中，该第一导电探针与该第一开关之间设有一第一信号传输线，该第一电阻连接于该第一导电探针与该第一信号传输线之间；该第二导电探针与该第二开关之间设有一第二信号传输线，该第二电阻连接于该第二导电探针与该第二信号传输线之间。
在一实施例中，该探针卡模块进一步包括：一第一电容，设置于该第一信号传输线与该第一导电探针之间，且该第一导电探针经由该第一电容耦接该第一电阻；及一第二电容，设置于该第二信号传输线与该第二导电探针之间，且该第二导电探针经由该第二电容耦接该第二电阻。
在一实施例中，该探针卡模块进一步包括：一第二驱动单元，具有一第二非反相输出端及一第二反相输出端，该第二非反相输出端耦接一第三开关，该第三开关两端分别连接该第一导电探针及一第二电流源，该第一反相输出端耦接一第四开关，该第四开关两端分别连接该第二导电探针及该第二电流源。
在一实施例中，该探针卡模块进一步包括：一第三驱动单元，具有一第三非反相输出端及一第三反相输出端，该第三非反相输出端耦接一第五开关，该第五开关两端分别连接该第一导电探针及一第三电流源，该第三反相输出端耦接一第六开关，该第六开关两端分别连接该第二导电探针及该第三电流源。
在一实施例中，该第一驱动单元控制该第一开关及该第二开关同一时间只有一个导通；该第二驱动单元控制该第三开关及该第四开关同一时间只有一个导通；该第三驱动单元控制该第五开关及该第六开关同一时间只有一个导通。
在一实施例中，该第一电流源、该第二电流源与该第三电流源为具有相同电流值的直流电流源。
附图说明
图1为现有的探针卡模块的电路图；
图2为根据本发明第一实施例探针卡模块的电路图；
图3为根据本发明第二实施例探针卡模块的电路图；
图4为根据本发明第三实施例探针卡模块的电路图。
附图标记说明：10、100、200、300-探针卡模块；12、14-数字驱动器；20-驱动电路；30-待测组件；101、201-连接点；120、220、320-第一驱动单元；122、142、222、242、262、322、342、362-输入端；124、144、153、224、244、253、264-输出端；324、326、344、346、364、366-输出端；140、240、340-第二驱动单元；150、250-放大单元；260、360-第三驱动单元；17、170、270、370、371-信号传输线；18、180、280、380、381-导电探针；151、251-非反相输入端；152、252-反相输入端；C41、C42-电容；R11、R12、R13-电阻；R21、R22-匹配电阻；R23、R24-调整电阻；R31、R32、R33-匹配电阻；R34-调整电阻；R41、R42-电阻；Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6-开关；Is1、Is2、Is3-电流源。
具体实施方式
为对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，兹配合图式详细说明本发明的实施例如后。在所有的说明书及图示中，将采用相同的组件编号以指定相同或类似的组件。
在各个实施例的说明中，当一元素被描述是在另一元素的「上方/上」或「下方/下」，指直接地或间接地在该另一元素之上或之下的情况，其可能包含设置于其间的其他元素；所谓的「直接地」指其间并未设置其他中介元素。「上方/上」或「下方/下」等的描述以图式为基准进行说明，但亦包含其他可能的方向转变。所谓的「第一」、「第二」、及「第三」用以描述不同的元素，这些元素并不因为此类谓辞而受到限制。为了说明上的便利和明确，图式中各元素的厚度或尺寸，以夸张或省略或概略的方式表示，且各元素的尺寸并未完全为其实际的尺寸。
图2为根据本发明第一实施例探针卡模块100的电路图，其为一四阶电压驱动电路。该探针卡模块100包含：一第一驱动单元120、一第二驱动单元140、一放大单元150及一导电探针180；其中，该第一驱动单元120可以是正负电源电压分别设定为Vsp1与Vsn1的数字驱动器，该第二驱动单元140可以是正负电源电压分别设定为Vsp2与Vsn2的数字驱动器，且该放大单元150可以是运算放大器(Operational Amplifier或OP-Amp)。该第一驱动单元120具有一输入端122及一输出端124，该输入端122接收来自测试机的测试信号，且该输出端124连接一匹配电阻R21，其阻值依据频率等测试规格而设定。该第二驱动单元140具有一输入端142及一输出端144，该输入端142接收来自测试机的测试信号，且该输出端144连接一匹配电阻R22，其阻值依据频率等测试规格而设定。在本实施例中，匹配电阻R21与R22可以具有相同的阻值。
该第一驱动单元120与该第二驱动单元140会依据其所接收测试信号的数字状态「00」、「01」、「10」、「11」，从而分别产生四阶的输出电压V12：例如|Vsn1-Vsn2|、|Vsn1-Vsp2|、|Vsp1-Vsn2|、|Vsp1-Vsp2|可分别作为四阶的输出电压V12，从而施加于匹配电阻R21、R22的两侧。如图2所示，匹配电阻R21、R22彼此连接而形成一连接点101，该连接点101可以连接该放大单元150，以将该输出电压V12直接馈入该放大单元150；或者，在本实施例中，该连接点101又连接两个调整电阻R23、R24所组成的分压电路，其中一调整电阻R23的一端连接于该连接点101，该两个调整电阻R23、R24相互串接，并且在另一调整电阻R24的另一端接地。由于上述输出电压V12为可变动的电压信号，调整电阻R23、R24的阻值可用以调整其电压信号改变(例如：由低电压准位上升至高电压准位)时的电压转换率(Slew rate)及过冲量(overshoot)。详言之，当该另一调整电阻R24的阻值相对较高时，可有效提升电压转换率，然而过冲量也会随着提升；反之，当该另一调整电阻R24的阻值相对较低时，虽然会降低电压转换率，但同时可有效抑制过冲量。
该放大单元150具有一非反相输入端151、一反相输入端152及一输出端153，该两个调整电阻R23、R24相互串接的连接点会连接至该非反相输入端151，且该输出端153耦接至该反相输入端152而形成一负回授放大电路；藉此，匹配电阻R21、R22经由调整电阻R23而连接至该非反相输入端151，使得该放大单元150的输入电压即为上述调整电阻R23、R24所组成的分压电路的输出电压，由于在本实施例中匹配电阻R21与R22具有相同的阻值，因此该放大单元150的输入电压可表示为V12×R24/(R23+R24)/2。此输入电压可以通过一信号传输线170而传送给该导电探针180，以进行待测组件的电性测试；其中，该信号传输线170可以是同轴缆线或双绞线。
本发明第一实施例探针卡模块100的操作速度系由该放大单元150所决定；换言之，该探针卡模块100整体的操作速度将不会受到上述匹配电阻R21与R22或调整电阻R23、R24所组成的分压电路拉低，而只取决于该放大单元150的操作速度，倘若该放大单元150选用具高操作速度的运算放大器，则该探针卡模块100即可获得较高的操作速度。此外，由于传送给该导电探针180以进行电性测试的电压实际上是由该放大单元150提供，而该放大单元150所接收的输入电压为固定的(仅由匹配电阻R21、R22与分压电路决定)，因此落在待测组件的电压不再受到各个待测组件的电阻值不同或导电探针180与待测组件所形成的接触电阻不同的影响，能够有效提升多阶电压精准度。
本发明实施例的探针卡模块并不限于前述的四阶电压驱动电路，举例而言，图3为根据本发明第二实施例探针卡模块200的电路图，其为一六阶电压驱动电路。该探针卡模块200包含：一第一驱动单元220、一第二驱动单元240、一第三驱动单元260、一放大单元250及一导电探针280；其中，该第一驱动单元220可以是正负电源电压分别设定为Vsp1与Vsn1的数字驱动器，该第二驱动单元240可以是正负电源电压分别设定为Vsp2与Vsn2的数字驱动器，该第三驱动单元260可以是正负电源电压分别设定为Vsp3与Vsn3的数字驱动器，且该放大单元250可以是运算放大器。
该第一驱动单元220具有一输入端222及一输出端224，该输入端222接收来自测试机的测试信号，且该输出端224连接一匹配电阻R31，其阻值依据用户的频率规格而设定。该第二驱动单元240具有一输入端242及一输出端244，该输入端242接收来自测试机的测试信号，且该输出端244连接一匹配电阻R32，其阻值依据用户的频率规格而设定。该第三驱动单元260具有一输入端262及一输出端264，该输入端262接收来自测试机的测试信号，且该输出端264连接一匹配电阻R33，其阻值依据用户的频率规格而设定。匹配电阻R31、R32、R33彼此连接而形成一连接点201。在本实施例中，匹配电阻R31、R32、R33可以具有相同的阻值。此外，上述三个匹配电阻R31、R32、R33可以使用IC薄膜(Thin Film)制程制作，以简化该探针卡模块200的制造成本及结构复杂度。
该连接点201可以连接该放大单元250，以将该第一、第二或第三驱动单元220、240、260所产生的输出电压直接馈入该放大单元250；或者如图3所示，在本实施例中，该连接点201又连接一调整电阻R34，该调整电阻R34的另一端接地，以匹配该放大单元250的输入电阻。该第一驱动单元220会依据其所接收测试信号的数字状态，从而产生输出电压Vsp1与Vsn1。，匹配电阻R31与调整电阻R34会组成一分压电路，使得连接点201的分压V2为Vsp1×R34/(R31+R34)或Vsn1×R34/(R31+R34)。同样的，该第二驱动单元240会依据其所接收测试信号的数字状态，从而产生输出电压Vsp2与Vsn2，并在连接点201产生分压V2为Vsp2×R34/(R32+R34)或Vsn2×R34/(R32+R34)；该第三驱动单元260会依据其所接收测试信号的数字状态，从而产生输出电压Vsp3与Vsn3，并在连接点201产生分压V2为Vsp3×R34/(R33+R34)或Vsn3×R34/(R33+R34)。因此，该第二实施例探针卡模块200可以提供至少六阶电压。其中，调整电阻R34的阻值同样可用以调整该多个驱动单元220、240、260的输出电压波形由「0」上升为「1」时的电压转换率及过冲量。
该放大单元250具有一非反相输入端251、一反相输入端252及一输出端253，且该输出端253直接连接至该反相输入端252而形成一负回授放大电路。如图所示，匹配电阻R31、R32、R33的共同连接点201连接至该非反相输入端251，使得该放大单元250的输入电压即为上述该多个驱动单元220、240、260所输出的分压V2；此输入电压会通过信号传输线270而传送给该导电探针280，以进行待测组件的电性测试；其中，该信号传输线170可以是同轴缆线或双绞线。
本发明第二实施例探针卡模块200的操作速度亦由该放大单元250所决定；换言之，该探针卡模块200整体的操作速度将不会受到上述匹配电阻R31、R32、R33或该调整电阻R34拉低，而只取决于该放大单元250的操作速度，倘若该放大单元250选用具高操作速度的运算放大器，则该探针卡模块200即可获得较高的操作速度。此外，由于传送给该导电探针280以进行电性测试的电压实际上是由该放大单元250提供，而该放大单元250所接收的输入电压为固定的(仅由匹配电阻R31、R32、R33与调整电阻R34决定)，因此落在待测组件的电压不再受到各个待测组件的电阻值不同或导电探针280与待测组件所形成的接触电阻不同的影响，能够有效提升多阶电压精准度。
以上的实施例皆是基于电压模式逻辑(Voltage mode logic)电路的探针卡模块，而接下来的实施例则是基于电流模式逻辑(Current mode logic)电路的探针卡模块。图4为根据本发明第三实施例探针卡模块300的电路图。该探针卡模块300包含：至少一个驱动单元320、340、360、多个成对的开关Q1～Q6、至少一个电流源Is1～Is3及两个导电探针380、381，各该导电探针380、381分别耦接一电阻R41、R42，该两个电阻R41、R42可分别耦接于具有一共同电压Vcom的电极；其中，该至少一个驱动单元320、340、360可以是具有一对彼此反相的输出端的数字驱动器，该多个开关Q1～Q6可以是金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOSFET)开关，其各具有一闸极(Gate)、一源极(Source)及一汲极(Drain)，该多个电流源Is1～Is3则为提供直流电流的电源。
本实施例的电流模式驱动电路系由三个驱动单元320、340、360所组成；其中，一第一驱动单元320、该多个开关Q1、Q2及该电流源Is1组成第一子驱动电路；一第二驱动单元340、该多个开关Q3、Q4及该电流源Is2组成第二子驱动电路；一第三驱动单元360、该多个开关Q5、Q6及该电流源Is3组成第三子驱动电路。基本上，三个子驱动电路具有相同的电路结构，且彼此并联连接，因此以下只说明第一子驱动电路的操作状况，其他子驱动电路可类推之。开关Q1的源极连接开关Q2的源极，并经由电流源Is1而接地；开关Q1的汲极经由信号传输线370而连接导电探针380，且开关Q2的汲极经由信号传输线371而连接导电探针381。藉此，当开关Q1导通(On)时，电流源Is1的直流电流可经由开关Q1而提供给信号传输线370，以改变该导电探针380的电位来进行待测组件的电性测试；同理，当开关Q2导通时，电流源Is1的直流电流可经由开关Q2而提供给信号传输线371，以改变该导电探针381的电位进行待测组件的电性测试。其中，该多根信号传输线370、371可以选用同轴缆线或双绞线。
在本实施例中，开关Q1、Q2同一时间只有一个导通，也就是当开关Q1导通时，开关Q2关闭(Off)；当开关Q2导通时，开关Q1关闭。因此，该第一驱动单元320具有一输入端322及一对彼此反相的输出端：非反相输出端324与反相输出端326，该非反相输出端324连接开关Q1的闸极，该反相输出端326连接开关Q2的闸极；该输入端322接收来自测试机的测试信号，而该第一驱动单元320在该非反相输出端324与该反相输出端326输出一对彼此反相的数字信号，以控制开关Q1、Q2的导通或关闭，且开关Q1、Q2同一时间只有一个处于导通状态。
如前所述，三个子驱动电路彼此并联连接，因此，开关Q1、Q3、Q5的汲极会连接在一起，开关Q2、Q4、Q6的汲极亦会连接在一起。以电阻R41、R42为50奥姆(ohm)，电流源Is1、Is2、Is3为16毫安(mA)为例，对导电探针380而言，倘若其中只有一个子驱动电路的开关(例如Q1)导通，则会有16mA×50ohm＝0.8V的电位提供给导电探针380；倘若每个子驱动电路的开关导通开关Q1、Q3、Q5都导通，则会有16mA×3×50ohm＝2.4V的电位提供给导电探针380。在本实施立中，可利用该两导电探针380、381之间的电位差来进行待测组件的电性测试。如上所述，通过改变各个子驱动电路的该多个开关(Q1、Q2或Q3、Q4或Q5、Q6)的导通状态，即可在该两导电探针380、381之间产生四阶电压。
此外，在信号传输线370/371与导电探针380/381之间可加入滤波电路。如图4所示，电容C41可设置于信号传输线370与导电探针380之间。电容C41、C42的电容值依据用户的频率规格而设定。在本实施例中，电容C41、C42可以为0.1微法拉(μF)。
值得注意的是，虽然在本实施例中该多个电流源Is1～Is3具有相同的电流值(16mA)；然而，在本发明其他实施立中，该多个电流源Is1～Is3亦可具有不同的电流值，使得该探针卡模块300能够提供更多阶的电压。
本发明第三实施例探针卡模块300能够使电阻R41、R42与电容C41、C42尽可能地靠近导电探针380、381，以避免寄生效应对测试过程产生影响，因此该探针卡模块300的操作速度可达5GHz以上。另外，该探针卡模块300可通过控制电流源Is1～Is3的电流值大小并对应调整电阻R41、R42的电阻值，来提升该探针卡模块300的推力，使该探针卡模块200整体的操作速度将不会受限。除此之外，上述至少一个驱动单元320、340、360、多个成对的开关Q1～Q6及至少一个电流源Is1～Is3可整合于单一芯片中，使得该探针卡模块300的整体电路较小。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，当不能以之限制本发明的范围。即大凡依本发明权利要求范围所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围，故都应视为本发明的进一步实施状况。

Claims (10)

1.一种探针卡模块，其特征在于，包括：
一第一驱动单元，具有一第一非反相输出端及一第一反相输出端，该第一非反相输出端耦接一第一开关，该第一开关两端分别连接一第一导电探针及一第一电流源，该第一反相输出端耦接一第二开关，该第二开关两端分别连接一第二导电探针及该第一电流源；
其中，该第一导电探针耦接一第一电阻，该第二导电探针耦接一第二电阻。
2.如权利要求1所述的探针卡模块，其特征在于，该第一电阻与该第二电阻具有相同电阻值。
3.如权利要求1所述的探针卡模块，其特征在于，该第一电阻及该第二电阻分别耦接于具有一共同电压的电极。
4.如权利要求1所述的探针卡模块，其特征在于，该第一驱动单元控制该第一开关及该第二开关同一时间只有一个导通。
5.如权利要求1所述的探针卡模块，其特征在于，该第一导电探针与该第一开关之间设有一第一信号传输线，该第一电阻连接于该第一导电探针与该第一信号传输线之间；该第二导电探针与该第二开关之间设有一第二信号传输线，该第二电阻连接于该第二导电探针与该第二信号传输线之间。
6.如权利要求5所述的探针卡模块，其特征在于，进一步包括：
一第一电容，设置于该第一信号传输线与该第一导电探针之间，且该第一导电探针经由该第一电容耦接该第一电阻；及
一第二电容，设置于该第二信号传输线与该第二导电探针之间，且该第二导电探针经由该第二电容耦接该第二电阻。
7.如权利要求1所述的探针卡模块，其特征在于，进一步包括：
一第二驱动单元，具有一第二非反相输出端及一第二反相输出端，该第二非反相输出端耦接一第三开关，该第三开关两端分别连接该第一导电探针及一第二电流源，该第一反相输出端耦接一第四开关，该第四开关两端分别连接该第二导电探针及该第二电流源。
8.如权利要求7所述的探针卡模块，其特征在于，进一步包括：
一第三驱动单元，具有一第三非反相输出端及一第三反相输出端，该第三非反相输出端耦接一第五开关，该第五开关两端分别连接该第一导电探针及一第三电流源，该第三反相输出端耦接一第六开关，该第六开关两端分别连接该第二导电探针及该第三电流源。
9.如权利要求8所述的探针卡模块，其特征在于，该第一驱动单元控制该第一开关及该第二开关同一时间只有一个导通；该第二驱动单元控制该第三开关及该第四开关同一时间只有一个导通；该第三驱动单元控制该第五开关及该第六开关同一时间只有一个导通。
10.如权利要求8所述的探针卡模块，其特征在于，该第一电流源、该第二电流源与该第三电流源为具有相同电流值的直流电流源。
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