CN1153269C - 探针卡及使用这种卡的试验装置 - Google Patents
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Abstract
提供了能够在晶片状态下对芯片进行老化试验的探针卡及使用这种卡的试验装置。本发明的探针卡4是用与形成了被测试对象，即芯片的硅晶片的热膨胀系数相近的石英玻璃基板5形成的，所以，老化试验时即使温度从常温变化到高温，探针触点6与引线焊点3之间不会发生位置偏移，在常温下就可以进行定位。石英玻璃基板5是透明的，探针触点6与引线焊点3位置重合很容易。导电性橡胶10上形成金球11使与引线焊点3的电导通更可靠。
Description
本发明涉及用于半导体集成电路电特性测试探针上的探针卡，涉及能对晶片状态下的多个芯片进行老化试验的探针卡及使用这种卡的试验装置。
以往，对半导体集成电路中潜在的缺陷进行筛选的方法之一是进行老化试验，以保证装运产品的可靠性。图5是表示以往老化试验的图，图中31是组装工序完成后的半导体集成电路，32是管座，33是恒温槽，34是加电压装置。在以往的老化试验中，把半导体集成电路31插到恒温槽33内的管座32上，然后，由加电压装置34加上比实际使用条件高的电压，恒温槽33提供比实际使用条件高的环境温度，进行老化。依靠这种在比实际使用条件更严格的条件下进行的试验，在短时间内检测出潜在的缺陷。
另一方面，作为最近的趋势，提出了使用半导体集成电路电特性测试用的探针，在晶片状态下进行老化试验的方法。例如，特开平5-340964号公报提出了如下的老化试验装置：在用加热器从半导体晶片背面加热的同时、使探针触点接触到半导体晶片上芯片的电极引线焊点上，能够一次给全部芯片加上电压。
如上所述，由于以往老化试验是在组装工序完成后在封装后的状态下进行的，因此，难于区分所发生的缺陷是起因于晶片加工工序，还是起因于封装工序。另外，在晶片状态下进行老化试验时、温度可以进一步加速提升，但在封装状态下、加速提升温度就会受到限制。还有，以往的老化试验需要很多插座(32)和恒温槽(33)等设备，不仅成本高且占地多。
另一方面，为了解决上述问题，采用探针在晶片状态下进行老化试验的方法虽然有效，但是，以往的探针卡是用不透明的环氧玻璃基板形成的，故探针的针对芯片电极引线焊点的接触操作困难，针的定位精度差，针的数量也受到限制。另外，由于环氧玻璃基板和硅晶片的热膨胀系数不同，即使常温时调整好位置，温度一上升就会产生偏移。为此，特开平5-340964号公报提出了如下试验装置：在半透明状的聚酰亚胺薄膜上的开口部分利用光学显微镜使用对准标记进行位置重合。但长期使用时，担心聚酰亚胺的可靠性问题。
本发明就是为了解决上述问题而进行的，其目的是提供能对晶片状态下的芯片进行老化试验的探针卡及使用这种卡的试验装置。
与本发明有关的探针卡是用于成批地测试半导体晶片上形成的多个芯片的电特性的探针卡，具有石英玻璃基板、石英玻璃基板上配置的与上述各芯片的引线焊点连接、由有弹性的导电性橡胶、或者，在导电性橡胶上形成金球而构成的接触电极；及上述石英玻璃基板上配置的用于测试的电路布线。
另外，接触电极是使用形成引线焊点的掩模形成的。
进而，与本发明有关的试验装置具有：将上述任一种探针卡在形成了被测试对象即多个芯片的半导体晶片上的定位装置；放置半导体晶片的与探针卡进行位置重合的定位装置；使探针卡的各接触电极与芯片引线焊点以均匀恒定的压力进行接触起来的压接装置；从接触电极给芯片加电信号的加信号装置；使芯片加热或冷却的装置。
图1是示出本发明实施形态1，即探针卡的截面图；
图2是示出本发明实施形态1，即探针卡的俯视图；
图3是示出本发明实施形态1，即探针卡的探针触点结构的截面图；
图4是示出本发明实施形态1，即试验装置结构的截面图；
图5是示出以往老化试验方法的图。
图1和图2是示出本发明实施形态1，即探针卡的截面图和俯视图。图中，1是半导体晶片，在其上面已形成被测试的对象，即多个芯片，2是表面保护膜，3是把各芯片电路元件与外部电极端子相连接的连接区，即引线焊点，4是本发明的探针卡，5是石英玻璃基板，6是用于与芯片的引线焊点3进行电连接的接触电极，即探针触点，7是连接到电源及地等上的连接器，8是检查用的电路布线。另外，图3是示出探针触点6结构的截面图，图中，9是电镀部分，10是有弹性的导电性橡胶，11是在导电性橡胶上形成的金球。
本实施形态的探针卡4由于利用其热膨胀系数与形成了被测试对象，即芯片的硅晶片相近的石英玻璃基板5而形成，所以，老化试验时即使温度从常温变化到高温，探针触点6与引线焊点3之间也不会发生位置偏移，因此，在常温下就可以进行定位。还有，石英玻璃基板5是透明的，所以，没有必要像以往环氧玻璃基板那样为了位置重合要事先开孔，探针触点6与引线焊点3的位置重合容易。
另外，如图3-a所示，借助于在探针触点6上使用有弹性的例如环氧树脂为主要成分的、含银球的导电性橡胶10，与以往插针式金属探针相比接触性好，可与多个引线焊点3以均匀的接触压力接触。还有，如图3-b所示，在导电性橡胶10上形成导电性优良的金球11，使与引线焊点3的电导通更可靠。另外，老化试验时，能耐严格使用条件的稳定构件是必要的，金球11即使在温度剧烈地升降往复变化时也不劣化，稳定性好。
图4是示出使用了上述探针卡4的试验装置结构的截面图。图中，12是XY载物台，13是下部压板，14是晶片1的加热器，15是玻璃制的上压板，16是晶片压接用的固定板，17是压接用螺丝，它固定到压接晶片用的固定板16上，同时以自由转动的方式安装到上压板15上，在轴向上移动使上压板15上下移动。18是使压接螺丝17转动的压接用的电机，19是压接电机控制装置，20是光学显微镜，21是加电压装置。
下面对其操作进行说明，XY载物台12上放置下压板13，其上设置加热器14，14给晶片1加热，晶片1上已形成被测试的对象，即多个芯片。另外，虽然在本实施形态中设置了作为加热装置的加热器14，但是，有时也设置冷却装置。压接用电机控制装置19驱动压接用电机18，使压接用螺丝17转动，使设置在上压板15下面的探针卡4的探针触点6压接到半导体晶片1上设置的引线焊点3上。
作为探针触点6与引线焊点3的定位装置，借助于显微镜20，透过都是透明玻璃制的上压板15和石英玻璃基板5识别两者的图形，移动XY载物台12使其重合。在本实施形态中，探针触点6是使用引线焊点3开孔用的掩模形成的，所以两者的位置完全一致，对准标记不需要特别形成。也可以在光学显微镜20上安上摄像机，由图像处理进行定位。还有，在石英玻璃基板5上形成的电源供给用的电路布线8的宽度与探针触点6的宽度相比要细小得多，所以不影响对准。另外，本实施形态中使用了玻璃制的上压板15，但也可以使用其它材料，只要是透明或半透明的并有适当的硬度且稳定性好的材料即可。甚至在上压板15使用不透明材料时，也可以设置用于识别图形的开口部分。
位置重合对准完成后，以均匀的接触压力将探针触点6压接到引线焊点3上，然后开始老化试验。由于芯片由加热器14加热，所以可以进行加速试验。从加电压装置21通过探针触点6给半导体晶片1上的引线焊点3加脉冲或直流电流，使芯片工作，进行老化试验。
如果根据本实施形态的试验装置，可以进行如TEG的可靠性评价等多项工作，在应用于产品芯片的情况下，组装后的老化实验可以省去。由于能够在晶片状态下进行老化试验，可以不必像以往那样考虑封装的耐热性，从而可以充分地快速加温。由于能够在封装前发现缺陷，避免了对不合格芯片进行封装导致的浪费，以往老化试验中使用的很多插座32，恒温槽33也可以省去，从而可以谋求降低成本，节省空间。
如上所述，如果根据本发明，有得到下述探针卡的效果：由于使用了透明的与半导体晶片的热膨胀系数相近的石英玻璃基板，所以，与半导体晶片上形成的多个芯片的位置重合对准容易，即使温度变化也不会发生位置偏移，可以在常温下进行位置重合对准、在高温下进行试验。
另外，接触电极是使用形成引线焊点的掩模形成的，两者的位置一致，不需要特别形成对准标记。
另外，作为探针卡的接触电极，由于在导电性橡胶上形成了金球，从而得到了与引线焊点的导电性好、材料稳定、可靠性高的探针卡。
另外，如果根据本发明的试验装置，可以对晶片状态下的多个芯片成批地进行老化试验，从而可以谋求缩短试验时间，降低成本，节省空间。
Claims (3)
1、一种用于成批地测试半导体晶片上形成的多个芯片的电特性的探针卡，其特征在于具有：石英玻璃基板；石英玻璃基板上配置的与所述芯片的引线焊点对接、由有弹性的导电性橡胶或者在导电性橡胶上形成金球而构成的接触电极；在所述石英玻璃基板上配置的用于测试的电路布线。
2、根据权利要求1中所述的探针卡，其特征在于，接触电极是使用形成引线焊点的掩模形成的。
3、一种试验装置，其特征在于，具有：将权利要求1～权利要求2任一项中所述的探针卡在形成了被测试对象，即多个芯片的半导体晶片上的进行定位的固定装置；
放置所述半导体晶片，进行与所述探针卡位置重合的定位装置；
使所述探针卡的各接触电极对于所述各芯片的引线焊点以均匀恒定的压力进行接触的压接装置；
从所述接触电极对所述芯片加电信号的加信号装置；
对所述芯片加热或冷却的装置。
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