CN1150605C - 测试ic芯片的探针卡 - Google Patents
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Abstract
提供一种测试集成电路(IC)芯片的探针卡，包括：印刷电路板，其上具有测试电路，其中央还具有窗口；连接到印刷板上的多个探针，用于探测形成于芯片上的焊盘；围绕印刷电路板的窗口安装的固定环，由此固定连接于印刷电路板上的芯片测试用探针；在与固定环相互交叉的两相邻芯片的接触区附近安装的固定桥，固定某些用于探测靠近两相邻芯片间的线形成的接触焊盘的探针。
Description
本发明涉及一种测试集成电路芯片的探针卡，特别涉及一种同时测试其中含有集成电路的至少两个方焊盘型芯片(Quad Pad Type chip)的探针卡。
一般情况下，半导体器件制造工艺中包括各种处理步骤，并大致分为两类，即通过在晶片上重复形成特定图形的形成工艺而在晶片上形成集成电路的制造工艺，和包括将晶片切成单元芯片和封装的组装工艺。
在将晶片切成单元芯片前，为了测试每个单元芯片的电特性要进行管芯的电分类(下面称为EDS)。
EDS工艺旨在通过检查晶片上芯片的工作情况并预先修正不合格芯片或剔除不合格芯片从而节约组装和组装后的测试成本。
EDS工艺利用进行探针测试的探针进行，美国专利5412329公开了这种具有图4所充分展示的结构的常规探针。
图1是展示进行EDS工艺的常规普通测试仪的示意图。参见图1，该测试仪具有从载片盒(未示)中移动待测晶片20的装/取部件2和对晶片20进行EDS工艺的测试部件3。在测试部件3内，有晶片20安装于其上的平台9和下CCD(电荷耦合器件)摄像机8。测试部件3上部安装有测试头7和上CCD摄像机6。测试头7与由CPU 4支持的测试器5相连。CPU 4是一个中央处理单元。具有印刷电路板和多个芯片测试用探针的探针卡12靠夹具(未示出)可动地安装于测试头7的下表面上。探针卡12面对测试部件3内平台9上的晶片20。平台9可以根据接收来自上/下CCD摄像机6和8的探测信号的CPU 4控制信号在X、Y、Z和θ方向驱动。
探针卡一般具有多个探针10，一定的电信号通过探针10从测试器5加到晶片20的芯片上。来自芯片上的集成电路(IC)的信号传输到测试器5，并根据测试器5上的信号输入鉴别IC芯片的合格与否。
同时，由于例如半导体存储器等器件的高速度、芯片的小型化、系统设计的简化，器件芯片的布局正很快地发生着变化，例如方焊盘或细间距等。除此之外，为了提高EDS测试的效率，不仅采用单元测试，而且还采用了例如二元测试、四元测试、八元测试和六元测试等多元测试。
图2是展示用于常规二元测试的集成电路芯片测试用探针卡的前示图。
图2的探针卡靠夹具可动地安装于测试夹具上，印刷电路板12的内部中央部分形成有用于测试的窗口11，以便由上部CCD摄像机6获得探针10和接触焊盘的接触情况。
图2的探针卡是二元测试探针卡，用于同时测试至少两个芯片的电特性，T1为第一测试的芯片位置，T2为第二测试的芯片位置，T1和T2排成一条行。另外，图2的探针卡测试周边边缘上具有多个接触焊盘的方焊盘型芯片。
图3是展示具有形成于每个单元芯片24上的接触焊盘22用于利用图2的探针卡进行EDS测试的晶片20的一部分的示意图。上述晶片20上具有方焊盘型芯片，芯片上具有沿每个单元芯片24的周边边缘的多个接触焊盘22，用于在其中形成IC的制造工艺完成后与探针卡的探针电接触，EDS工艺后，将单元芯片24沿晶片20的划片线26切开，在封装工艺后制造成完成的芯片。
图4是展示普通探针卡的构造的示意图。
普通探针卡与印刷电路板(PCB)12焊接耦合，印刷电路板上有用于EDS测试的电路图形，其中将与形成于芯片24上的接触焊盘22接触的芯片测试用探针10根据接触捍盘22的位置经相同的对应关系形成，在印刷电路板12的下侧上，围绕PCB 12的窗口形成有绝缘固定环14，探针10靠绝缘环氧树脂16固定于固定环14上。
探针卡的每个元件在EDS测试期间一般都会受很微小事件的很大影响。参见各附图，关于对测试参数有影响的每种因素，一般有从与接触焊盘22接触的探针的端部弯曲的端部长度“b”；角“a”，弯曲探针端部的倾斜角；探针10的入射角“c”；探针直径“d”；及伸出长度(hand out length)“e”，从固定探针10的固定环14到探针端部的探针水平长度等。
再参见图2，该图展示了对沿周边具有接触焊盘的方焊盘型芯片进行EDS测试的二元测试用的探针卡，多数探针10等高设置，形成一个平面层，且被固定在形成于印刷电路板12的下表面上的固定环(未示出)上，但与第一测试的芯片位置T1和第二测试的芯片位置T2的接触区靠近的接触焊盘接触的探针固定，形成垂直层状结构，T1和T2排成一行。如展示了排成行的第一测试的芯片位置T1和第二测试的芯片位置T2的图2所示，该前视图中虽然未示出与形成于两相邻芯片的每个芯片周边的接触焊盘接触的探针端部的形状，但示出了垂直安装有多个探针。
图5是展示沿图2线5-5’探针布设情况的透视图， 图6是展示沿图2的线5-5’探针布设情况的剖面示意图。
参见图5和6，与靠近两芯片位置的接触区的接触焊盘接触的探针是垂直安装且固定于固定环14上的，两芯片位置为第一测试的T1和第二测试的T2。
此时，b1是最靠近固定环14的探针的端部的长度，b9是中间探针中部的长度。
图7是展示用于常规方形测试的IC芯片测试的探针卡的探针布局的示意图(图中省去了设置于探针的上侧的印刷电路板)。设计成同时测试四个芯片，如图2所示，与靠近排成行的第一测试的芯片位置T1和第二测试的芯片位置T2的接触区、靠近排成行的第二测试的芯片T2和第三测试的芯片位置T3的接触区、及靠近第三测试的芯片位置T3和第四测试的芯片位置T4的接触区形成的接触焊盘接触的探针还固定于垂直安装的固定环14上。
然而，如图5和6所示的探针卡中，探针按多层垂直安装，对EDS测试参数造成影响的探针因素根据每层而不同，所以降低了EDS测试的可靠性。
另外，具有多层探针的常规探针卡的接触电阻进一步增大，随着探针测试的时间的增长，接触电阻的退化加强，所以降低了EDS测试的成品率。
此外，由于常规探针卡中不稳定接触的缘故，探针端的清洗周期缩短，因而造成EDS测试效率的降低。
本发明旨在提供一种测试集成电路芯片(IC芯片)的探针卡，在不增加探针数量的情况下，通过保持EDS测试参数的稳定，确保测试的可靠性，基本上能克服由于现有技术的局限和缺点造成的一个或多个问题。
本发明的目的是提供一种测试IC芯片的探针卡，能够稳定探针的接触电阻，从而可以提高EDS测试的成品率。
本发明再一目的是提供一种测试IC芯片的探针卡，通过缩短探针端部的清洗周期和对其的标准测试时间，提高EDS测试的可靠性。
为了实现这些和其它优点，根据所概括和具体说明的本发明目的，测试集成电路芯片(IC芯片)的探针卡包括：印刷电路板，其上具有测试电路，用于同时测试至少两个芯片的电特性，其中央还具有窗口，用于放置待测试的芯片；连接到印刷板上的多个探针，用于探测形成于芯片上的接触焊盘，以便进行芯片测试；围绕印刷电路板的窗口安装的固定环，由此固定连接于印刷电路板上的芯片测试用探针；在与固定环相互交叉的两相邻芯片的接触区附近安装的固定桥，固定某些用于探测靠近两相邻芯片间的线形成的接触焊盘的探针。
测试IC芯片的探针卡测试方焊盘型芯片的电特性。探测形成于每个芯片的周边部分上且靠近两相邻芯片间线的接触焊盘的芯片测试探针从中心朝相反方向指向固定环，并对称地垂直固定在固定环上，其中探测较靠近固定环的接触焊盘的探针位于下层上，位于某层上部的探针固定于固定桥上，而不直接固定于固定环上。
固定支撑于固定桥上的探针在中心附近，在固定于固定环上的同时位于第二层上，较好是固定支撑于桥上的探针在中心附近，且在固定于固定环上的同时位于第五层的上，以确保EDS测试的可靠性。
固定支撑于固定桥上的探针在中心附近，在固定于固定环上时，其与接触焊盘接触的端部长于1000微米。较好是，固定支撑于固定桥上的多个探针安装于相同层上，在端部与接触焊盘接触时，固定支撑于固定桥上的多个探针具有相同的端部长度。
本发明的探针卡是一二元测试探针卡，能够同时测试两个芯片的电特性。固定桥安装于两芯片间的接触区之上，或相邻芯片间接触区之上和靠近此接触区的地方。如需要，一个或两个固定桥对称地安装于相邻芯片间接触区之上且靠近接触区的地方。
此外，探针卡是一四元测试探针卡，能够同时测试四个芯片的电特性。此时，固定桥分别安装于第一芯片的右侧、第一和第二芯片间区域、第二芯片的右侧、第三芯片左侧、第三和第四芯片间区域、和第四芯片左侧的上方，且彼此对称。
另外，探针卡是一八元测试探针卡，能够同时测试八个芯片的电特性，或探针卡是一六元测试探针卡。
固定环是方形的，沿印刷电路板的窗口安装于其下表面上。理想的是形成由陶瓷材料构成且与陶瓷材料成一体的固定环和固定桥。
芯片测试用探针靠环氧树脂固定于固定环和固定桥上。
应该理解，上述一般性的说明和以下的详细说明皆是示例性和解释性的，旨在对所述的发明进行进一步的解释。
各附图中：
图1是展示电管芯分类(EDS)工艺的常规测试仪的示意图；
图2是展示二元集成电路(IC)芯片测试用的常规探针卡的平面示意图；
图3是展示晶片的一部分的示意图，其中接触焊盘设置于每个芯片上，用于利用图2的探针卡进行EDS测试；
图4是展示探针固定于固定环上的普通探针卡的侧视图；
图5是展示在图2的线5-5’一带探针布设情况的侧视图；
图6是展示在图2的线5-5’一带探针布设情况的示意图；
图7是用于IC芯片的四元测试的常规探针卡的探针布置情况的示意图；
图8是展示本发明一个实施例的IC芯片二元测试用的探针卡的示意图；
图9是展示在图8的线9-9’一带探针布设情况的侧视图；
图10是展示在图8的线9-9’一带探针布设情况的示意图；
图11是展示本发明再一实施例的IC芯片二元测试用的探针卡的一部分的示意图；
图12是展示本发明另一实施例的IC芯片四元测试用探针卡的一部分的示意图；
图13是展示随性能探测次数探针卡的接触电阻的变化情况的曲线图；以及
图14是展示随利用探针卡的EDS性能测试次数，成品率变化情况的曲线图。
下面结合各附图更充分地说明本发明，图中示出了各优选实施例。然而，本发明可以按各种不同方式实施，不局限于这里的实施例，另外，提供这些实施例为的是对本所属领域的技术人员进行充分完全地公开，并非用于充分限定本发明的范围。
首先，在如图5和6所示的常规多层探针卡中，相对每层作为影响EDS测试的参数的因素示于表1中。
表1
| 因素 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 端部长度：b(微米) | 250 | 450 | 700 | 950 | 1250 | 1550 | 1900 | 2250 |
| 端部倾斜角：a(°) | 103 | 130 | 103 | 103 | 103 | 103 | 103 | 103 |
| 入射角：c(°) | 6.0 | 7.0 | 8.0 | 9.0 | 10.0 | 11.0 | 12.0 | 13.0 |
| 探针直径：d(微米) | 200 | 200 | 250 | 250 | 300 | 300 | 350 | 350 |
端部长度、端部倾角、入射角和探针直径等是确定探针卡的特性和质量的重要因素。由于探针的端部变得较长延伸到上层，探针的接触电阻增大，接触失误引起测试可靠性下降。尤其是在过驱动的情况下，更频繁地发生“滑动”会导致探针卡的误操作，到达第五层上。
此外，尽管理想探针的入射角应该保持6°，但由于延伸到上层增大了入射角，造成更频繁地发生“滑动”，结果是接触失误。
根据上述分析，本发明的探针卡设计成探针垂直安装，使层数低得不足以降低EDS测试的可靠性。
按本发明的一个实施例，探针层限制在第四层以下，安装于第五层上的探针固定到作为辅助固定部件的固定桥上，但本发明的该实施例的层数不限于此。可允许的层数应保障对探针的测试参数的EDS测试的可靠性。例如，探针端部长度可以限定在小于约1000微米(表1，在第四层下)。
图8是展示本发明一个实施例的IC芯片二元测试用探针卡的示意图，图9是展示在图8中线9-9’一带探针布设情况的侧视图，图10是展示在图8中线9-9’一带探针布设情况的示意图。
参见图8-10，与形成于靠近两相邻芯片(T1是第一测试的芯片位置；T2是第二测试的芯片位置)之间的线的芯片周边部分上的芯片焊盘接触的某些探针30固定于方形的邻近固定环34上。中心一带的探针30固定于固定桥36a，36b上。上述固定桥36a，36b由绝缘材料制成，在本发明的一个实施例中，由陶瓷材料制成。另外，固定环34也是由绝缘材料构成，而且也可以由陶瓷材料构成。固定环34和固定桥36a，36b作为一个整体形成，即成为一体。或者它们也可以单独形成。
固定桥36a，36b理想地安装于T1和T2间的接触区上方且靠近该接触区，T1和T2分别为第一测试的芯片位置和第二测试的芯片位置(图中的36b)，以便探针卡上方的CCD摄像机能够容易地检测到探针卡的探针的布置和IC芯片的接触焊盘。
在使用更多接触焊盘，且固定桥36b与接触焊盘的增长数不能一致时，固定桥36a安装于芯片位置区内。此时，考虑到探针的伸出长度，远离两相邻芯片间的线合适地安装固定桥36a，36b，它们形成为方棒状，但固定桥的形状不限于本发明的方棒状。
如图9和10所示的固定桥36a，36b安装成与其上侧的固定环34连接，固定环绕形成于探针卡的印刷电路板(未示出)的中心的窗口安装。这样做的原因是考虑到安装于固定桥36a下的探针30的固定位置。
同时，如图8所示，靠近两相邻芯片间的接触区安装的固定桥36b可以形成为与固定环34有同样的高度。
如图8-10所示，通过固定桥36b固定到固定环34上的所有探针30安装于相同层上。然而，固定于固定桥36a上的探针30可以垂直地安装于某层下面。
图10是展示固定到固定桥36a上的探针30安装于同一层上情况的示意图。
探针30由钨或Al-Cu合金制成，它们靠如环氧树脂等绝缘结合材料固定支撑于固定环34和固定桥36a，36b上。
图11是展示本发明再一实施例的IC芯片二元测试用探针卡的一部分的示意图。固定桥36a，36c分别安装于芯片上方。
图12是展示本发明另一实施例的IC芯片四元测试用探针卡的一部分的示意图，其中省去了形成于该图所示结构上的印刷电路板。可以同时测试排成一行的四个芯片。以与图8相同的方式，与形成于每个相邻芯片的周边部分上的接触焊盘接触的的探针40中，特别是与靠近相邻芯片间的线形成的接触焊盘接触的探针40中，某些探针直接固定于相邻近固定环44上，而另一些探针则固定于与固定环44交叉排列的固定桥46a，46b，46c，46d，46e，46f上，所说相邻芯片指第一测试和第二测试的芯片位置T1和T2，第二测试和第三测试的芯片位置T2和T3，第三和第四测试的芯片位置T3和T4。平面上固定桥的布局不限于图12所示的那样，显然具有各种改形。
图13是展示相对于性能探测数探针接触电阻变化的曲线图，该图比较了有9层探针结构的常规探针卡和本发明一个实施例的探针卡，其中，本发明的实施例中，探针的垂直结构层限制在第四层之下。如图13所示，钨探针对金板的初始接触电阻小于0.5Ω，但常规探针卡随性能探测数的增加接触电阻在0.3-0.7Ω之间变化，所以会降低EDS测试的可靠性。相反，具有四层结构的本发明探针卡表现出0.4Ω左右的稳定接触电阻，即使性能探测数增加也是如此。
由于在利用本发明的探针卡时，即使性能探测次数增加，接触电阻也保持稳定，所以可以显著减少对端部的周期性清洗和对其的标准测试。即，在具有九层结构的常规四元测试探针卡的情况下，每25片晶片一个周期，要进行端部清洗和对其标准测试8次。然而，根据用具有小于四层的层状结构的四元测试探针卡的本发明，可以连续三个周期进行EDS测试，而不需要进行清洗。所以，在该工艺中利用本发明的探针卡，可以大幅度提供EDS测试的效率。
图14展示了利用具有9层结构的常规四元探针卡和具有固定桥和4层结构的本发明四元测试探针卡时随EDS性能测试次数的增加成品率的变化。图14中，Y轴的成品率表示利用常规探针卡和本发明探针卡情况下在100％的初始为好的芯片中选中为好的芯片的百分比。在利用常规探针卡时，成品率根据性能测试的次数变化很大，在性能测试的次数为3、6和9时，意味着测试三片晶片后需要进行端部的清洗，此时成品率小于90％。然而，根据本发明，即使是在性能测试次数增加时成品率也保持在93％左右。即EDS测试的可靠性大辐度提高。
因此，根据本发明，探针接触电阻保持稳定，成品率保持稳定的值，所以提高了EDS测试的可靠性，而且由于延长了探针端部的清洗周期，所以大辐度提高了EDS测试的效率。
对于所属领域的技术人员来说，容易得到其它优点和改进。因此，具有较宽范围的本发明不限于所说明的这些具体细节和示意性装置。因此，在不背离由所附权利要求书及等同物所限定的本发明精神实质或范围的情况下可以做出各种改进。
Claims (19)
1.一种测试IC芯片的探针卡，包括：
印刷电路板，其上具有测试电路，用于同时测试至少两个芯片的电特性，其中央还具有窗口，用于放置待测试的芯片；
连接到印刷板上的多个探针，用于探测形成于芯片上的接触焊盘，以便进行芯片测试；
围绕印刷电路板的窗口安装的固定环，由此固定连接于印刷电路板上的芯片测试用探针；
在与固定环相互交叉的两相邻芯片的接触区附近安装的固定桥，固定用于探测靠近两相邻芯片间的线形成的接触焊盘的探针。
2.如权利要求1所述的测试IC芯片的探针卡，其中探针卡测试方焊盘型芯片的电特性。
3.如权利要求2所述的测试IC芯片的探针卡，其中探测靠近相邻芯片间接触线形成的接触焊盘的芯片测试探针从中心朝向相反方向指向固定环，并对称地垂直固定于固定环上，其中探测较靠近固定环的接触焊盘的探针位于下层上，位于其中任一层上的探针不直接固定于固定环上，而是固定于固定桥上。
4.如权利要求3所述的测试IC芯片的探针卡，其中固定支撑于固定桥上的探针在中心附近，在固定于固定环上时位于第二层上。
5.如权利要求4所述的测试IC芯片的探针卡，其中固定支撑于固定桥上的探针在中心附近，在固定于固定环上时位于第五层上。
6.如权利要求3所述的测试IC芯片的探针卡，其中固定支撑于固定桥上的探针在中心附近，在固定于固定环上时，其与接触焊盘接触的端部长于1000微米。
7.如权利要求3所述的测试IC芯片的探针卡，其中固定支撑于固定桥上的多个探针安装于相同层上。
8.如权利要求3所述的测试IC芯片的探针卡，其中固定支撑于固定桥上的多个探针在端部与接触焊盘接触时端部长度相等。
9.如权利要求1所述的测试IC芯片的探针卡，其中探针卡是能够同时测试两个芯片电特性的二元测试探针卡。
10.如权利要求9所述的测试IC芯片的探针卡，其中固定桥安装于两芯片间的接触区上方。
11.如权利要求10所述的测试IC芯片的探针卡，其中固定桥还安装于相邻芯片间接触区上方，并靠近该接触区。
12.如权利要求1所述的测试IC芯片的探针卡，其中探针卡是能够同时测试四个芯片电特性的四元测试探针卡。
13.如权利要求12所述的测试IC芯片的探针卡，其中固定桥安装于第一芯片的右侧、第一和第二芯片间区域、第二芯片右侧、第三芯片左侧、第三和第四芯片间区域、及第四芯片左侧的上方，并且彼此对称。
14.如权利要求1所述的测试IC芯片的探针卡，其中探针卡是能够同时测试八个芯片电特性的八元测试探针卡。
15.如权利要求1所述的测试IC芯片的探针卡，其中固定环是方形的，且沿印刷电路板的窗口安装于其下侧上。
16.如权利要求1所述的测试IC芯片的探针卡，其中固定环和固定桥形成为一体。
17.如权利要求1所述的测试IC芯片的探针卡，其中固定环和固定桥由陶瓷材料制成。
18.如权利要求1所述的测试IC芯片的探针卡，其中芯片测试用探针靠环氧树脂固定于固定环和固定桥上。
19.如权利要求1所述的测试IC芯片的探针卡，其中芯片测试用探针由钨材料制成。
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