CN116430194A - 一种探针安装结构及晶圆级可靠性测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种探针安装结构及晶圆级可靠性测试系统，属于圆晶级可靠性测试技术领域。该探针安装结构包括：探针安装板，设有多个贯通其厚度方向的安装孔，每一所述安装孔的体积均小于预设值且用于安装一个探针，每一所述探针的两端分别与测试电路板上的第一焊盘以及待测晶圆的每一晶粒相连；其中，所述探针安装板的两侧分别与所述测试电路板和所述待测晶圆接触，以使得每一所述安装孔形成封闭空间；所述安装孔内充有高压气体，以保证对所述待测晶圆进行高电压测试时不打火。本发明的探针安装结构结构简单、容易保压且安全性更高。
Description
本案是申请号CN202310054472.4，申请日是2023年2月3日，名称为“用于晶圆级可靠性测试的探针安装结构及可靠性测试系统”的分案申请。
技术领域
本发明涉及圆晶级可靠性测试技术领域，特别是涉及一种探针安装结构及晶圆级可靠性测试系统。
背景技术
圆晶级可靠性测试是对圆晶直接进行的可靠性测试，包括高压测试。在进行高压测试时需要对圆晶上的各个晶粒进行加高压电。一般在上述测试过程中，需要把探针和测试芯片密封到一个腔体内，并在腔体内充入灭弧气体，腔体内气压需要保持一定的压强，保证在施加高电压时不打火(在正常的大气压的空气里，高电压会击穿空气，产生打火现象，可以通过升高环境里的气压压力来避免高压打火)。
上述过程一般是通过移动探针，使其依次抵接各个圆晶来实现测试的，这是由于如果将大批量的探针和测试芯片放在一个大腔体内，再充入高压气体，一方面难以实现保压，另一方面大腔体的高压气体在腔体结构强度不够时容易爆炸，存在安全隐患。
发明内容
本发明第一方面的一个目的是提供一种用于晶圆级可靠性测试的探针安装结构，结构简单、容易保压且安全性更高。
本发明进一步的一个目的是要保证每个安装孔内的气压。
本发明更进一步的一个目的是要通过简单的结构实现了高压气体向各个安装孔的批量充入和排放。
本发明第二方面的一个目的是提供一种包括上述探针安装结构的晶圆级可靠性测试系统。
本发明的另一个目的是要使得晶圆级可靠性测试系统的适用范围更广泛。
特别地，本发明提供了一种用于晶圆级可靠性测试的探针安装结构，包括：
探针安装板，设有多个贯通其厚度方向的安装孔，每一所述安装孔的体积均小于预设值且用于安装一个探针，每一所述探针的两端分别与测试电路板上的第一焊盘以及待测晶圆的每一晶粒相连；其中，
所述探针安装板的两侧分别与所述测试电路板和所述待测晶圆接触，以使得每一所述安装孔形成封闭空间；
所述安装孔内充有高压气体，以保证对所述待测晶圆进行高电压测试时不打火。
可选地，探针安装结构还包括：
软质的绝缘密封板，其两侧分别与所述待测晶圆以及所述探针安装板远离测试电路板的一侧贴合；
所述绝缘密封板设有与每一所述安装孔一一对应的多个通孔，以便所述探针的一端穿过所述通孔后与所述待测晶圆的晶粒对接。
可选地，所述绝缘密封板与所述探针安装板通过粘胶和紧固件相连。
特别地，本发明还提供了一种晶圆级可靠性测试系统，包括测试机、测试电路板、探针以及上述任一项所述的探针安装结构；
所述测试机用于提供测试用的高压电；
所述测试电路板还包括多个第二焊盘，每一所述第二焊盘通过所述电路板上的电路与每一所述第一焊盘相连，每一所述第二焊盘还与所述测试机相连，用于接收所述测试机的高压电；
所述待测晶圆还与所述测试机相连，以形成测试回路，所述测试机还用于根据所述测试回路中的电流确定所述待测晶圆的测试结果。
可选地，所述测试电路板还设有多个通气孔，每一所述通气孔与每一所述安装孔连通，以便通过所述通气孔向所述安装孔通入所述高压气体。
可选地，晶圆级可靠性测试系统还包括：
盖板，贴合于所述测试电路板远离所述探针安装板的一侧；
所述盖板靠近所述电路板的一侧还设有凹陷的沉台，所述沉台与所有所述通气孔均连通；
所述盖板还设有与所述沉台连通的进气孔和出气孔，分别用于引入或排出所述高压气体。
可选地，晶圆级可靠性测试系统还包括：
加热模块，用于提供热量；和
热沉，设置于所述待测晶圆远离绝缘密封板的一侧以及所述加热模块之间，用于将加热模块的热量传导至所述待测晶圆处。
可选地，所述热沉与所述测试机相连，用于形成所述测试回路。
可选地，所述探针为弹簧探针。
根据本发明的一个实施例，提供了一种用于晶圆级可靠性测试的探针安装结构，可以一次性安装多个探针，实现对待测晶圆上所有晶粒的一次性批量测试。此过程中由于每个探针单独设置在一个安装孔内，每个安装孔都充入高压气体实现小腔体单独保压，不需要将整个晶圆和所有探针都放在一个密封腔体内，这种方式结构简单、容易保压且安全性更高。
根据本发明的一个实施例，在探针安装结构的一侧设置了软质的绝缘密封板，由于该绝缘密封板是软质的且一侧与待测晶圆接触，因此不会压伤待测晶圆，并能够吸收待测晶圆的不平整度，保证每个安装孔内的气压。
根据本发明的一个实施例，通过盖板上的沉台、进气孔和出气孔的设置可以实现高压气体向各个安装孔的通入和排出，通过简单的结构实现了高压气体向各个安装孔的批量充入和排放。
根据本发明的一个实施例，通过加热模块和热沉的设置可以为待测晶圆提供热量，使得高压测试时晶圆处于合理的温度范围内。
根据本发明的一个实施例，通过选用弹簧探针进行测试，由于弹簧探针沿其长度方向有一定的伸缩量，因此能够兼容不同的待测晶圆的厚度，也能够兼容待测晶圆的一定程度的翘曲，因此适用范围更广泛。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例的探针安装结构的探针安装板的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的探针安装结构、电路板和待测晶圆的结构剖视图；
图3是图2中A处的局部放大图；
图4是根据本发明另一个实施例的探针安装结构、电路板和待测晶圆的结构剖视图；
图5是图4中B处的局部放大图；
图6是根据本发明一个实施例的探针安装结构的绝缘密封板的结构示意图；
图7是根据本发明一个实施例的晶圆级可靠性测试系统的连接示意图；
图8是根据本发明一个实施例的晶圆级可靠性测试系统的测试电路板的结构示意图；
图9是根据本发明一个实施例的晶圆级可靠性测试系统的剖视结构示意图；
图10是根据本发明一个实施例的晶圆级可靠性测试系统的分解结构示意图。
附图标记：
100-晶圆级可靠性测试系统、10-探针安装结构、11-探针安装板、111-安装孔111、12-绝缘密封板、121-通孔、20-探针、30-测试电路板、31-第一焊盘、32-第二焊盘、33-通气孔、40-测试机、50-盖板、51-沉台、52-进气孔、53-出气孔、60-热沉、200-待测晶圆。
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例的探针安装结构10的探针安装板11的结构示意图。图2是根据本发明一个实施例的探针安装结构10、电路板和待测晶圆200的结构剖视图。图3是图2中A处的局部放大图。如图1所示，一个实施例中，本发明用于晶圆级可靠性测试的探针安装结构10包括探针安装板11，探针安装板11设有多个贯通其厚度方向的安装孔111，每一安装孔111的体积均小于预设值且用于安装一个探针20。这里的预设值可以根据探针20的外形和体积确定，一个安装孔111能放下一个探针20，留出较小的间隙即可，如图3中所示，安装孔111的形状与探针20的外形相适配，安装孔111的孔径略大于探针20的外径。如图3所示，每一探针20的两端分别与测试电路板30上的第一焊盘31以及待测晶圆200的每一晶粒相连。探针安装板11的两侧分别与测试电路板30(可以是PCB，印刷电路板)和待测晶圆200接触，以使得每一安装孔111形成封闭空间。安装孔111内充有高压气体，以保证对待测晶圆200进行高电压测试时不打火。高压气体可以通过与安装孔111连通的进气道充入安装孔111内，例如图3中所示的在测试电路板30上设置与每一安装孔111对应连通的通气孔33，然后通过充气设备向安装孔111内充气即可。这里的高压气体选用灭弧气体，通常为了满足3000V的高压测试，需要充入0.5mpa以上气体的气体。
本实施例提供了一种用于晶圆级可靠性测试的探针安装结构10，可以一次性安装多个探针20，实现对待测晶圆200上所有晶粒的一次性批量测试。此过程中由于每个探针20单独设置在一个安装孔111内，每个安装孔111都充入高压气体实现小腔体单独保压，不需要将整个晶圆和所有探针20都放在一个密封腔体内，这种方式结构简单、容易保压且安全性更高。
图4是根据本发明另一个实施例的探针安装结构10、电路板和待测晶圆200的结构剖视图。图5是图4中B处的局部放大图。图6是根据本发明一个实施例的探针安装结构10的绝缘密封板12的结构示意图。如图5所示，另一个实施例中，探针安装结构10还包括软质的绝缘密封板12，其两侧分别与待测晶圆200以及探针安装板11远离测试电路板30的一侧贴合。绝缘密封板12可以采用氟橡胶制成，氟橡胶具有耐高温特性，可以在高温下工作。绝缘密封板12设有与每一安装孔111一一对应的多个通孔121，以便探针20的一端穿过通孔121后与待测晶圆200的晶粒对接。进一步的一个实施例中，绝缘密封板12与探针安装板11通过粘胶和紧固件相连，例如，绝缘密封板12面向探针安装板11的一侧通过粘胶与探针安装板11粘合，如图1和6所示，通过在绝缘密封板12和探针安装板11的周侧设置多个安装开孔用于安装紧固件来固定二者。
本实施例在探针安装结构10的一侧设置了软质的绝缘密封板12，由于该绝缘密封板12是软质的且一侧与待测晶圆200接触，因此不会压伤待测晶圆200，并能够吸收待测晶圆200的不平整度，保证每个安装孔111内的气压。
图7是根据本发明一个实施例的晶圆级可靠性测试系统100的连接示意图。图8是根据本发明一个实施例的晶圆级可靠性测试系统100的测试电路板30的结构示意图。如图7所示，一个实施例中，晶圆级可靠性测试系统100包括测试机40、测试电路板30、探针20以及上述任一实施例中的探针安装结构10。测试机40用于提供测试用的高压电。如图8所示，测试电路板30还包括多个第二焊盘32，每一第二焊盘32通过电路板上的电路与每一第一焊盘31相连，每一第二焊盘32还与测试机40相连，用于接收测试机40的高压电。待测晶圆200还与测试机40相连，以形成测试回路，测试机40还用于根据测试回路中的电流确定待测晶圆200的测试结果。
本实施例中的探针安装结构10，可以一次性安装多个探针20，实现对待测晶圆200上所有晶粒的一次性批量测试。此过程中由于每个探针20单独设置在一个安装孔111内，每个安装孔111都充入高压气体实现小腔体单独保压，不需要将整个晶圆和所有探针20都放在一个密封腔体内，这种方式结构简单、容易保压且安全性更高，因此能够提高晶圆级可靠性测试(高压测试)的高效性和安全性。
如图3或5所示，一个实施例中，测试电路板30还设有多个通气孔33，每一通气孔33与每一安装孔111连通，以便通过通气孔33向安装孔111通入高压气体。
图9是根据本发明一个实施例的晶圆级可靠性测试系统100的剖视结构示意图。图10是根据本发明一个实施例的晶圆级可靠性测试系统100的分解结构示意图，图10中还示出了待测晶圆200，隐去了所有探针20。如图9所示，另一个实施例中，晶圆级可靠性测试系统100还包括盖板50，贴合于测试电路板30远离探针安装板11的一侧。盖板50靠近电路板的一侧还设有凹陷的沉台51，沉台51与所有通气孔33均连通。盖板50还设有与沉台51连通的进气孔52和出气孔53，分别用于引入或排出高压气体。
本实施例通过盖板50上的沉台51、进气孔52和出气孔53的设置可以实现高压气体向各个安装孔111的通入和排出，通过简单的结构实现了高压气体向各个安装孔111的批量充入和排放。
如图9所示，也可以参见图10，一个实施例中，晶圆级可靠性测试系统100还包括加热模块和热沉60。加热模块用于提供热量。热沉60设置于待测晶圆200远离绝缘密封板12的一侧以及加热模块之间，用于将加热模块的热量传导至待测晶圆200处。加热模块可以设置在测试台上，加热模块可以是常用的一些用于产生热量的模块，在此不做限制。
本实施例通过加热模块和热沉60的设置可以为待测晶圆200提供热量，使得高压测试时晶圆处于合理的温度范围。
一个实施例中，热沉60与测试机40相连，用于形成测试回路。即对于包括热沉60和加热模块的晶圆级可靠性测试系统100来说，测试回路中包括了热沉60。具体地，测试机40、第二焊盘32、第一焊盘31、探针20、待测晶圆200和热沉60依次连接形成测试回路，一个实施例中，测试机40的高电压可以流向热沉60，另一个实施例中，测试机40的高压流向第二焊盘32，只要能够形成回路即可。
一个实施例中，探针20为弹簧探针。
本实施例通过选用弹簧探针进行测试，由于弹簧探针沿其长度方向有一定的伸缩量，因此能够兼容不同的待测晶圆200的厚度，也能够兼容待测晶圆200的一定程度的翘曲，因此适用范围更广泛。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (9)
1.一种探针安装结构，用于晶圆级可靠性测试，其特征在于，包括：
探针安装板，设有多个贯通其厚度方向的安装孔，每一所述安装孔的体积均小于预设值且用于安装一个探针，每一所述探针的两端分别与测试电路板上的第一焊盘以及待测晶圆的每一晶粒相连；其中，
所述探针安装板的两侧分别与所述测试电路板和所述待测晶圆接触，以使得每一所述安装孔形成封闭空间；
所述安装孔内充有高压气体，以保证对所述待测晶圆进行高电压测试时不打火。
2.根据权利要求1所述的探针安装结构，其特征在于，还包括：
软质的绝缘密封板，其两侧分别与所述待测晶圆以及所述探针安装板远离测试电路板的一侧贴合；
所述绝缘密封板设有与每一所述安装孔一一对应的多个通孔，以便所述探针的一端穿过所述通孔后与所述待测晶圆的晶粒对接。
3.根据权利要求2所述的探针安装结构，其特征在于，
所述绝缘密封板与所述探针安装板通过粘胶和紧固件相连。
4.一种晶圆级可靠性测试系统，其特征在于，包括测试机、测试电路板、探针以及权利要求1-3中任一项所述的探针安装结构；
所述测试机用于提供测试用的高压电；
所述测试电路板还包括多个第二焊盘，每一所述第二焊盘通过所述电路板上的电路与每一所述第一焊盘相连，每一所述第二焊盘还与所述测试机相连，用于接收所述测试机的高压电；
所述待测晶圆还与所述测试机相连，以形成测试回路，所述测试机还用于根据所述测试回路中的电流确定所述待测晶圆的测试结果。
5.根据权利要求4所述的晶圆级可靠性测试系统，其特征在于，
所述测试电路板还设有多个通气孔，每一所述通气孔与每一所述安装孔连通，以便通过所述通气孔向所述安装孔通入所述高压气体。
6.根据权利要求5所述的晶圆级可靠性测试系统，其特征在于，还包括：
盖板，贴合于所述测试电路板远离所述探针安装板的一侧；
所述盖板靠近所述电路板的一侧还设有凹陷的沉台，所述沉台与所有所述通气孔均连通；
所述盖板还设有与所述沉台连通的进气孔和出气孔，分别用于引入或排出所述高压气体。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的晶圆级可靠性测试系统，其特征在于，还包括：
加热模块，用于提供热量；和
热沉，设置于所述待测晶圆远离绝缘密封板的一侧以及所述加热模块之间，用于将加热模块的热量传导至所述待测晶圆处。
8.根据权利要求7所述的晶圆级可靠性测试系统，其特征在于，
所述热沉与所述测试机相连，用于形成所述测试回路。
9.根据权利要求4所述的晶圆级可靠性测试系统，其特征在于，
所述探针为弹簧探针。
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