CN116893287A - 一种可控制温度的探针卡 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可控制温度的探针卡，包括从上至下依次设置的探针头、固定支架、控温层、导热层以及转接电路板，所述探针头包括若干探针，所述探针穿过所述固定支架、控温层和导热层中部的镂空部与所述转接电路板接触；所述控温层的上下两侧具有温差，且所述控温层能够基于环境温度主动调节所述温差。本发明通过在固定支架与转接电路板之间设置控温层和导热层，形成一种多层组合控温结构，从而将整卡的热量集中到控温层的一侧，继而控制整卡自身的温度，减小整卡的高低温变形，改善整卡的平面度；另外，本发明可以适用于各种材料制成的探针卡，适用范围广，且生产成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆测试技术领域，尤其涉及一种可控制温度的探针卡。
背景技术
晶圆测试作为芯片封装前的一个重要环节，可在很大程度上提高封装成型后芯片的良品率。探针卡作为晶圆与测试机之间的桥梁，既能将测试机的测试信号传到晶圆上，又能将晶圆产生的响应信号回传至测试机，以此判断晶圆性能的好坏。
不同的芯片具有不同的工作温度，为了保证测试结果真实有效，测试环境需要与芯片实际工作环境保持一致。但有的芯片工作温度变化范围较广，低温达到-60℃，高温达到125℃，在此前提下，由于材料的热胀冷缩，恶劣的高低温环境将严重影响探针卡的变形。因此，期望探针卡在高低温环境下仍然能保持在室温，以保持探针卡处于理想状态。为了改善探针卡的平面度，降低温度对探针卡变形的影响，现行的方法是选用热敏感度低的材料制作，但这种方法并未实际改变探针卡的温度，对于其他热敏感性较高的材料变形也无改善，并且在一定程度上增加了生产成本。
发明内容
本发明提供一种可控制温度的探针卡，以解决上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种可控制温度的探针卡，包括从上至下依次设置的探针头、固定支架、控温层、导热层以及转接电路板，
所述探针头包括若干探针，所述探针穿过所述固定支架、控温层和导热层中部的镂空部与所述转接电路板接触；
所述控温层的上下两侧具有温差，且所述控温层能够基于环境温度主动调节所述温差。
较佳地，所述控温层包括第一控温层和第二控温层，所述第一控温层设置于所述固定支架的正下方，且上侧与所述固定支架接触，下侧与所述导热层接触；所述第二控温层围设于所述第一控温层的外围，且上侧与空气接触，下侧与所述导热层接触。
较佳地，当所述环境温度大于第一阈值时，所述第一控温层的上侧为冷端，下侧为热端，所述第二控温层的上侧为热端，下侧为冷端；当所述环境温度小于第二阈值时，所述第一控温层的上侧为热端，下侧为冷端，所述第二控温层的上侧为冷端，下侧为热端。
较佳地，所述第一阈值大于或等于所述第二阈值。
较佳地，所述第一控温层和第二控温层均采用半导体致冷器，通过改变内部电流的方向进行冷热端互换。
较佳地，所述第一控温层和第二控温层之间设有隔热层。
较佳地，所述隔热层为空气层。
较佳地，所述导热层采用石墨烯材料制成。
较佳地，所述探针头还包括上盖板、金属支撑板和下盖板，所述金属支撑板夹设于所述上盖板和下盖板之间，所述探针的一端与所述金属支撑板连接，另一端穿过所述下盖板与所述转接电路板接触。
较佳地，所述转接电路板固定于一安装座上，所述探针头、固定支架、控温层、导热层、转接电路板以及安装座连接为一个整体。
与现有技术相比，本发明提供的可控制温度的探针卡具有如下优点：
1、本发明通过在固定支架与转接电路板之间设置控温层和导热层，形成一种多层组合控温结构，从而将整卡的热量集中到控温层的一侧，继而控制整卡自身的温度，减小整卡的高低温变形，改善整卡的平面度；
2、本发明可以适用于各种材料制成的探针卡，适用范围基本不受限制，且生产成本较低。
附图说明
图1为本发明一具体实施方式中可控制温度的探针卡的拆分结构示意图；
图2为本发明一具体实施方式中可控制温度的探针卡的俯视图；
图3为本发明一具体实施方式中可控制温度的探针卡的纵向剖视图；
图4为图3的局部放大图。
图中：10-探针头、20-固定支架、21-螺钉、30-控温层、31-第一控温层、32-第二控温层、33-隔热层、40-导热层、41-镂空部、50-转接电路板、51-安装座。
具体实施方式
为了更详尽的表述上述发明的技术方案，以下列举出具体的实施例，以使本发明的技术方案更加易于理解和掌握，同时来证明本发明的技术效果。
在以下详细描述中，通过示例阐述了具体细节，以便提供对本申请的透彻理解。然而，本领域技术人员应该明白，可以在没有这些细节的情况下实施本申请。
另外，需要理解的是，文中“中间”、“上”、“下”等指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和理解本发明，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明提供的可控制温度的探针卡，如图1至图4所示，包括从上至下依次设置的探针头10、固定支架20、控温层30、导热层40以及转接电路板50，所述探针头10包括若干探针(未图示)，所述探针的底部穿过所述固定支架20、控温层30和导热层40中部的镂空部41与所述转接电路板50接触，通过探针实现信号的传递，继而完成晶圆测试的过程。
所述控温层30的上下两侧具有温差，可以是上侧高温下侧低温，也可以是上侧低温下侧高温，且所述控温层30能够基于环境温度主动调节所述温差，例如将上侧高温下侧低温的模式调节为上侧低温下侧高温的模式，从而将整卡的热量集中到控温层30的一侧，继而控制整卡自身的温度，减小整卡的高低温变形，改善整卡的平面度；另外，本发明可以适用于各种材料制成的探针卡，适用范围广，且生产成本较低。
在一些实施例中，请重点参考图1、图3和图4，所述控温层30包括第一控温层31和第二控温层32，所述第一控温层31设置于所述固定支架20的正下方，且上侧与所述固定支架20接触，下侧与所述导热层40接触，一方面可以快速改变固定支架20的温度，另一方面可以使热量快速均布在导热层40上。在一些实施例中，所述第一控温层31的外形结构可以与固定支架20的外形结构保持一致，即二者在垂向上重叠，以最大程度地增加固定支架20与第一控温层31的接触面积，进一步提高控温效果。
所述第二控温层32围设于所述第一控温层31的外围，且上侧与空气接触，下侧与所述导热层40接触。在一些实施例中，可以在第二控温层32的中间挖出与所述第一控温层31形状匹配的孔洞，保证第一控温层31可放入第二控温层32的内部，这样，第一控温层31和第二控温层32的下侧都与导热层40直接接触，实现热量的快速传递，而第二控温层32的上侧直接与空气接触，即第二控温层32的上侧直接暴露在空气中进行散热或吸热，继而实现快速调节整卡温度的目的。
在一些实施例中，当所述环境温度大于第一阈值时，判定探针卡处于高温环境测试，所述第一控温层31的上侧为冷端，下侧为热端，即热端直接与导热层40接触，保证了热量可以快速传递至固定支架20以外的区域；而此时所述第二控温层32的上侧为热端，下侧为冷端，热端与空气直接接触进行散热。
当所述环境温度小于第二阈值时，判定探针卡处于低温环境测试，所述第一控温层31的上侧为热端，下侧为冷端，冷端直接与导热层40接触，保证从固定支架20以外的区域快速吸收热量；而此时所述第二控温层32的上侧为冷端，下侧为热端，冷端与空气直接接触进行吸热。这样就达到了高温环境给整卡降温，低温环境给整卡升温的效果。
在一些实施例中，所述第一阈值可以大于所述第二阈值，例如，检测到所述环境温度大于40℃时，即判定探针卡处于高温环境测试，此时控制所述第一控温层31的上侧为冷端，下侧为热端；所述第二控温层32的上侧为热端，下侧为冷端。当检测到所述环境温度小于20℃时，即判定探针卡处于低温环境测试，此时控制所述第一控温层31和第二控温层32的冷热端进行互换。而当检测到所述环境温度处于20℃到40℃之间时，即判定探针卡处于常温环境测试，不对第一控温层31和第二控温层32进行控制。
在另一些实施例中，所述第一阈值可以等于所述第二阈值，例如，检测到所述环境温度大于30℃时，即判定探针卡处于高温环境测试，此时控制所述第一控温层31的上侧为冷端，下侧为热端；所述第二控温层32的上侧为热端，下侧为冷端。当检测到所述环境温度小于30℃时，即判定探针卡处于低温环境测试，此时控制所述第一控温层31和第二控温层32的冷热端进行互换。从而使探针卡整卡始终保持在30℃左右的温度，避免整卡变形。
当然，第一阈值和第二阈值的具体取值可以根据探针卡的材料、环境温度等因素进行设置。
在一些实施例中，所述第一控温层31和第二控温层32可以采用半导体致冷器(简称TEC，英文全称Thermo Electric Cooler)，利用半导体材料的珀尔帖(Peltier)效应形成一侧吸热，一侧放热的现象，继而形成冷端和热端；第一控温层31和第二控温层32还可以通过改变内部电流的方向进行冷热端互换，控制方式简单快捷，且成本较低。
在一些实施例中，请重点参考图4，所述第一控温层31和第二控温层32之间设有隔热层33，避免第一控温层31的热端/冷端与第二控温层32的冷端/热端直接接触，影响控温效果以及造成能源的浪费。在一些实施例中，所述隔热层33可以是空气层，即第一控温层31和第二控温层32的边缘不接触，形成物理隔离，成本低且隔热效果好；当然，隔热层33还可以采用石棉、真空板等其他隔热材料制成，此处不予限定。
在一些实施例中，所述导热层40可以采用石墨烯材料制成，热传导效果好，且储量丰富、成本低、重量轻。
在一些实施例中，所述探针头10还包括上盖板、金属支撑板和下盖板，所述金属支撑板夹设于所述上盖板和下盖板之间，所述探针的一端与所述金属支撑板连接，另一端穿过所述下盖板与所述转接电路板50接触。在一些实施例中，可以先利用螺钉21将探针头10的各部件固定为一个整体，再利用螺钉21将探针头10与固定支架20固定，完成探针头10的定位安装。
在一些实施例中，请重点参考图1，所述转接电路板50固定于一安装座51上，所述探针头10、固定支架20、控温层30、导热层40、转接电路板50以及安装座51连接为一个整体。例如，利用螺钉21依次穿过固定支架20、控温层30、导热层40以及转接电路板50并固定，确保探针与转接电路板50上的接触点精确对应。
综上所述，本发明提供的可控制温度的探针卡，包括从上至下依次设置的探针头10、固定支架20、控温层30、导热层40以及转接电路板50，所述探针头10包括若干探针，所述探针穿过所述固定支架20、控温层30和导热层40中部的镂空部41与所述转接电路板50接触；所述控温层30的上下两侧具有温差，所述控温层30能够基于环境温度主动调节所述温差，从而将整卡的热量集中到控温层30的一侧，继而控制整卡自身的温度，减小整卡的高低温变形，改善整卡的平面度；另外，本发明可以适用于各种材料制成的探针卡，适用范围广，且生产成本较低。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种可控制温度的探针卡，其特征在于，包括从上至下依次设置的探针头、固定支架、控温层、导热层以及转接电路板，
所述探针头包括若干探针，所述探针穿过所述固定支架、控温层和导热层中部的镂空部与所述转接电路板接触；
所述控温层的上下两侧具有温差，且所述控温层能够基于环境温度主动调节所述温差。
2.如权利要求1所述的可控制温度的探针卡，其特征在于，所述控温层包括第一控温层和第二控温层，所述第一控温层设置于所述固定支架的正下方，且上侧与所述固定支架接触，下侧与所述导热层接触；所述第二控温层围设于所述第一控温层的外围，且上侧与空气接触，下侧与所述导热层接触。
3.如权利要求2所述的可控制温度的探针卡，其特征在于，当所述环境温度大于第一阈值时，所述第一控温层的上侧为冷端，下侧为热端，所述第二控温层的上侧为热端，下侧为冷端；当所述环境温度小于第二阈值时，所述第一控温层的上侧为热端，下侧为冷端，所述第二控温层的上侧为冷端，下侧为热端。
4.如权利要求3所述的可控制温度的探针卡，其特征在于，所述第一阈值大于或等于所述第二阈值。
5.如权利要求3所述的可控制温度的探针卡，其特征在于，所述第一控温层和第二控温层均采用半导体致冷器，通过改变内部电流的方向进行冷热端互换。
6.如权利要求2所述的可控制温度的探针卡，其特征在于，所述第一控温层和第二控温层之间设有隔热层。
7.如权利要求6所述的可控制温度的探针卡，其特征在于，所述隔热层为空气层。
8.如权利要求1所述的可控制温度的探针卡，其特征在于，所述导热层采用石墨烯材料制成。
9.如权利要求1所述的可控制温度的探针卡，其特征在于，所述探针头还包括上盖板、金属支撑板和下盖板，所述金属支撑板夹设于所述上盖板和下盖板之间，所述探针的一端与所述金属支撑板连接，另一端穿过所述下盖板与所述转接电路板接触。
10.如权利要求1所述的可控制温度的探针卡，其特征在于，所述转接电路板固定于一安装座上，所述探针头、固定支架、控温层、导热层、转接电路板以及安装座连接为一个整体。
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| CN117554659B (zh) * | 2023-11-10 | 2024-06-21 | 华中科技大学 | 高温探针卡及用于组合式量热分析的量热装置 |
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