CN1204613C - 可适探针装置 - Google Patents

Abstract

一种机械可适探针，用于与微电子装置上接触焊点形成电连接。探针可被用于晶片级的集成电路的强化试验中。附加装置包括用于测试集成电路的探针板和用于倒焊芯片的插座。探针的一种结构包括探针针尖81，它被固定在从细长平板弹簧83横向伸出的延伸臂82上。弹簧由柱85支撑在基板89之上，使得探针针尖响应探针针尖上的接触力而自由垂直移动。探针针尖的偏转由弹簧片的弯曲和扭转限制着。探针针尖的机械可适性使得探针阵列与焊点非精确平面的集成电路上的焊点接触。

Description

可适探针装置

                对有关申请的交叉参考

本申请利用了题名为“接触装置”的共同待审的申请。

                      技术领域

本发明涉及微电子装置的强化试验(burn-in)和检测，具体地涉及接触装配，它们用于在单个芯片和整个晶片的强化试验和测试中将电信号连接至集成电路。

                      背景技术

微电子装置在生产过程中要经受一系列测试过程以证实功能性和可靠性。测试过程通常包括晶片探针测试，其中微电子装置芯片在从晶片上切下而进行封装前被测试，以确定每块芯片的工作情况。由长悬臂线(cantileverwires)构成的探针板用于测试一个或几个处于晶片级的芯片。

一般地，在晶片探针测试时，发现并非所有晶片上的芯片是可运行的，这导致的结果是合格装置少于100％。晶片被切成单独的芯片，且合格芯片装配进外壳内。通过装入强化试验板的插座中，且在从125℃至150℃的温度上通电运行8至72小时的强化试验时间，封装好的装置动态地进行强化试验以毁坏任何有缺陷的装置。强化试验加速了导致装置初期破坏或早期毁坏的毁坏机制，并且允许这些有缺陷的装置在它们进行商业应用前通过功能电测试而筛除。

全面的功能测试在封装好的装置上进行，该测试以不同的速度进行，以通过运行的最大速度将每个装置归类。测试分立的封装好的装置还允许除去在强化试验过程中所毁坏的所有装置。封装好的装置的强化试验和测试通过特别地分别适用于强化试验条件和高速测试的插座而完成。由于通过一套冗长的步骤对独立的分立装置的反复处理和测试，所以传统的生产工艺昂贵而耗时，该步骤为装置的总体生产时间又增加了几个星期。

在成本和加工时间上的明显益处可以通过在晶片切割成分立装置前对晶片的强化试验和测试而得到。通过在晶片切割成分立装置前，在晶片上的每个装置上制造芯片尺寸的外壳，可以获得额外的节省。半导体工业已经作出了巨大的努力来开发晶片级封装、强化试验和测试的有效方法，以获得大为简化且缩短的微电子装置的生产工艺的利益。为了得到这些利益，需要提供装置，以便在它们从晶片上切割成独立的分立装置前进行强化试验和快速测试芯片。

传统悬臂线探针不适于晶片上装置的强化试验和快速测试。悬臂线探针太长太大而不能对晶片上所有装置同时接触，如同为了晶片上所有装置的同时强化试验所要求的。另外，长悬臂线探针不适于高速装置的功能测试，这是因为包括该探针的长而平行的线的较高自感和互感。

对于晶片强化试验和测试过程的实际应用，需要能以低成本制造的小型高性能探针。为了有益于晶片强化试验和测试，探针必须可靠地接触在未切割晶片上的被测装置上的所有焊点。用于接触晶片的探针必须给装置上的焊点提供电接触，在装置上，焊点在晶片表面上的高度是变化的。另外，探针必须打破接触焊点表面上的所有氧化层以得到与每个焊点的可靠电接触。对于用于强化试验和测试的探测晶片，已经尝试了许多方法来提供成本利用高且可靠的装置，但没有成功。

已经尝试了许多努力来提供小型垂直的可适探针(compliant probe)以可靠接触晶片上装置上的焊点。根据以David R.Robillard和Robert L.Michaels的美国专利第4189825号为代表的发明，悬臂探针用于检测集成电路装置。图1中，悬臂22在芯片23上的铝接触焊点24上支撑着尖锐的针尖26。可适部件25被向下推动以将针尖26移动至与焊点24接触。焊点24上的氧化铝层由尖锐针尖26打破，在针尖26和焊点24的金属铝间形成电接触。当不存在向悬臂施加力的外部装置时，小悬臂梁的刚度通常不足以向针尖加载使之打破接触焊点上的氧化铝层所需的力。对于玻璃、硅、陶瓷材料和钨的悬臂梁，人们已经尝试了多种结构，但在提供具有足够力和弹性的强化试验探针方面没有成功。

图2A所示的弹性隔膜探针在IBM技术公告1972年10月号第1513页的“弹性接触探针”中得以描述。弹性介电膜32包括适于与集成电路上的焊点形成电接触的接线端33。接线端33通过贴附在接线端33上的接触焊点35上的弹性金属丝34与测试电子设备相连。在弹性聚酰亚胺片上制造的探针在Leslie等人在IEEE国际测试会议(1998)进展中得以描述。弹性片允许少量的垂直移动以与受测晶片上集成电路中连接焊点的高度变化相适应。诸如Leslie等人描述的隔膜探针为高性能测试提供了与集成电路芯片的连接。然而，在强化试验温度循环中，隔膜的尺寸稳定性不足以允许与整个晶片上焊点的接触。

图2B示出了对二氧化硅薄膜上接触部的制造，它在Glenn J.Leedy的美国专利第5225771号中得以描述。二氧化硅薄膜40比聚酰亚胺具有更好的尺寸稳定性，因而在一定程度上改善了强化试验测试中与晶片上接触焊点配合的尺寸稳定性问题。探针针尖41通过穿过薄膜40的通道44而被连接到电路线路45上，该线路被连接到介电层43上方的另外一层电路42上。对于用在半导体晶片上装置的强化试验中，二氧化硅薄膜40上测试探针的有限垂直弯曲量使得探针阵列的使用不可靠。

半导体晶片上强化试验探针阵列的生产在美国专利第4585991号中得以描述，如分别为顶部平面图和剖视图的图3A和3B所示。探针51是一角锥，通过悬臂54贴附在半导体晶片基板52上。材料53从半导体晶片52中去除，以机械隔离探针51。如图3A的探针提供了有限的垂直移动，但是它没有在基板上给出金属丝所需的空间，该金属丝用于将探针阵列连接到动态强化试验所需的测试电子设备上。

向装置接触焊点提供柔性探针的途径包括使用弹性金属丝或柱连接测试电路至焊点。Gobina Das等人在美国专利第5977787号中对图4A所示的柔性探针进行了描述。探针60是弯曲梁，Ronald Bove在美国专利第3806801号中对其进行了较早的概述。探针60适于在晶片上装置的强化试验中使用。探针60由引导体61和62夹持，它们具有与被测晶片相似的膨胀系数。探针针尖63偏离较小的距离60用于为梁60提供偏斜的确定形状。虽然弯曲梁很适用于测试独立的集成电路芯片，但是它们太昂贵以至于不能被用于需要数千接触点的晶片强化试验。此外，因为梁的充分弯曲所需要的长度，弯曲梁探针的电性能是有限的。

Arnold W.Yanof和William Dauksher在美国专利第5513430号中公开了如图4B所示的另一种使用弹性柱的方法。图4B示出了为柱66的形式的柔性探针，它们能够响应探针针尖67上的力而弯曲。柱66以相对于基板69成一角度成型，以允许它们响应针尖67上来自配合接触焊点的力而垂直弯曲。为了便于弯曲，柱66具有从底端68到针尖67的一锥度65。

如Benjamin N.Eldridge等人在美国专利第5878486号中所公开的，图4C中还示出了另外一种使用弹性金属丝和柱的方法。图4C所示的探针包括在弹簧丝71上的探针针尖72，弹簧丝被弯曲成特殊的形状以便于弯曲。弹簧丝71通过传统的线接头73而连接到基板74上。图4C所示类型的探针要求长的弹簧长度，以获得晶片强化试验所需的接触力和柔度。另外，这种使用独立弹簧丝的探针对于用在晶片强化试验中太昂贵，在强化试验中，每块晶片均要求数千探针。

提供柔性探针的其它方法包括使用置于测试头和被测装置之间的可适层，于是测试头上的接线端被电连接至装置上的匹配接触焊点。WillemLuttmer在美国专利第3795037号中描述的电连接器使用了埋置在弹性体材料内的弹性导体，以在导电连接区的匹配对之间形成连接，该导电连接区被压而与电连接器的顶表面和底表面接触。弹性导体的多种变型包括有斜度的金属丝、导电填充聚合体、电镀柱和其它弹性体材料内的导体装置，以形成可适插入体层。

在提供高性能探针方面，其中该探针使在晶片被切割成分立芯片前对晶片上微电子装置的经济的强化试验和快速测试成为可能，上面所列的方法和其它尝试没有成功。

                         发明内容

根据本发明，公开了一种包括导电针尖的小型可适探针，针尖以一种允许探针上的针尖相对于支撑表面弹性移动的方式定位于支撑表面上。当焊点偏斜在针尖上时，探针针尖响应匹配接触焊点的力而垂直移动。探针的机械弯曲允许在探针和微电子装置上对应接触焊点之间可靠地形成电接触，其中，机械弯曲适应了接触焊点高度上的变化。

本发明的一个目的是提供一种方法和装置以形成与未切割晶片上微电子装置上接触焊点的电接触，以便在它们被切割成分立芯片前对该装置进行强化试验。本发明的可适探针允许可靠的电连接同时地形成在排列在晶片表面上的所有接触焊点上，使得晶片上的微电子装置可以经济地进行强化试验。

本发明的另一个目的是为未切割芯片上的微电子装置的强化试验提供夹具。该夹具将每个装置上的接触焊点电连接至驱动电路，该电路向该装置提供高温下动态强化试验过程所需要的电信号。电信号和电源被同时提供给晶片上的所有芯片。夹具中探针的机械弯曲适应了接触焊点高度和探针针尖的变化，使得每个探针针尖在强化试验工艺的整个温度循环中保持与其匹配接触焊点的接触。

本发明的再一个目的是提供一种电探针板，它允许未封装微电子装置的高速测试。如本发明中所教导的，小型可适探针用于与装置上的对应焊点形成临时连接，以向该装置加载电测试信号并测量来自该装置的电信号。由于与现有技术中使用的金属丝探针相关的额外的电感或电容，小尺寸的可适探针允许高速电信号无损失地来回传送给该装置。

本发明的进一个目的是为强化试验、测试和运行微电子装置提供一种方法和装置，其中，装置上的电连接设置在装置表面上方的区域阵列中。如本发明中所教导的，小型可适探针被用于与装置上接触点形成可靠的电连接，其中接触点排列成区域阵列。机械弯曲允许每个探针的针尖保持与装置上匹配的接触点的电接触，尽管装置上接触点高度在室温和装置的运行温度范围内有变化。

本发明的另一个目的是提供一种小型插座，用于将集成电路芯片连接到电子电路而实现强化试验、测试和运行该芯片的目的。在该插座中每个探针接触点的小尺寸允许安装在该插座中的芯片高速运行。如本发明中所教导的，探针的机械弯曲允许在最小封装或无封装的刚性芯片上形成可靠的电连接。根据本发明的可适探针使得用于芯片级封装和倒焊芯片的小型经济的插座能够形成。

此处公开的探针比传统悬臂探针有明显改进，因为它为任意给定探针力和探针尺寸提供了探针针尖的更大范围的可适移动。传统悬臂探针受限于移动范围，它响应所给定的力，达到探针材料的弹性极限。悬臂探针的最大机械应力集中在夹具点处悬臂材料的表面上。本发明为给定弹簧材料和探针力在其达到该材料的弹性极限前提供了更大的移动范围。

通过可靠地提供晶片级的测试和强化试验功能，且同时减小测试夹具的尺寸，本发明提高了微电子装置的生产效率。机械可适探针提供了相对于探针尺寸的大范围的移动。在形成与具有不完全在同一平面中的接触焊点的装置的连接中，移动范围是重要的。可适探针针尖灵活地移动以适应匹配的接触焊点高度上的不同，同时保持接触焊点上探针针尖充足的力以确保其间的可靠电接触。

本发明的这些目的和其它目的可通过提供机械可适电探针而实现。探针针尖设置在支撑在两个端部处的细长薄条带材料上，且其中，针尖定位在距连接该长条带每个端部处的支撑中心的中心线一预定距离处。于是，被支撑的探针针尖能在垂直方向上通过薄条带材料的扭转弯曲弯度可适地移动。

具体而言，为了实现上述目的，本发明提供了一种用于与微电子装置上接触焊点形成电连接的探针，探针包括：(a)导电材料的薄片，其具有顶面和底面；(b)具有顶面和底面的基板；(c)电接线端，设置在基板的顶面上；(d)导电柱，其每一个在一端连接到薄片的底面上，而在另一端连接到基板顶面的电接线端上，使得该薄片被支撑在高于基板顶面的一距离处；所述探针还包括导电针尖，具有设置在薄片顶面上的基底和在薄片顶面之上的顶面，由此导电针尖的顶面适合于电连接至接触焊点上；其中导电针尖设置在薄片上距穿过每个导电柱的虚线一距离处，由此该针尖通过扭转该薄片而在垂直方向上运动。

本发明还提供了一种用于与微电子装置上的接触焊点形成电连接的探针，探针包括：(a)导电材料的薄细长条，其具有顶面和底面；(b)在薄细长条的第一端和第二端的支撑体；(c)导电针尖，具有设置在薄细长条顶面的基底，其中导电针尖凸出在薄细长条的顶面之上；导电针尖设置在距薄细长条的第一端和第二端一距离处，并且还设置在距将第一端的支撑体的中心连接到第二端的支撑体的中心的虚线一距离处；由此导电针尖通过扭转薄细长条而在垂直方向上移动。

本发明还提供了一用于运行微电子装置的插座，每个装置具有大致平坦的表面，该表面具有设置在其上的接触焊点的阵列，插座包括：(a)具有顶面和底面的基板；(b)多个柔性探针，用于形成到接触焊点的电连接，其中，探针被设置成在基板顶面上的阵列；(c)电路装置，它们被连接到柔性探针上，由此当柔性探针被连接至接触焊点时，所述微电子装置能够运行；其中，每个柔性探针包括具有第一端和第二端的导电材料的薄细长条，其中细长条由在第一端的一个柱和在第二端的一个柱支撑；探针针尖设置在距第一端和第二端一距离处，使得探针针尖设置在距一虚线一预设距离处，该虚线将第一端的柱的质心连接到第二端的柱的质心上。

通过可靠地完成晶片级的测试和强化试验功能，且同时减小测试夹具的尺寸，本发明能够提高微电子装置的生产效率。

                      附图说明

本发明自身以及其它特点和优点将针对附图通过参照下述详细说明将得以最好地理解，其中：

图1示出了现有技术悬臂探针的剖视图；

图2A和图2B示出了现有技术的弹性隔膜探针的横剖视图；

图3A和图3B示出了现有技术中制造在硅晶片上的探针的视图，其中，图3A示出了探针的顶部平面图，而图3B示出了探针的剖视图；

图4A至图4C示出了现有技术的弹性柱探针；

图5示出了本发明的可适探针的视图；

图6示出了本发明的可适探针的另一种结构的视图；

图7A至图7C示出了可适探针的一个实施例，其中，图7A是顶部平面图，图7B是托架上探针的剖视图，以及图7C是探针被力F驱动时的剖视图；

图8A示出了一可适探针实施例的视图，其探针针尖由垂直取向的力F驱动；

图8B示出了图8A的探针针尖的偏移，它是作用在该探针针尖上的力的函数；

图9A至图9C示出了可适探针的一个实施例，其中，图9A是顶部平面图，图9B是托架上探针的剖视图，而图9C是探针由力F驱动时的剖视图；

图10示出了可适探针的一个实施例及其连接线路的视图；

图11示出了具有接地平面的可适探针实施例的视图；

图12A至图12C示出了具有其电路连接的可适探针的实施例，其中，图12A是顶部平面图，图12B是托架上探针的剖视图，而图12C是探针由力F驱动时的剖视图；

图13A至图13C示出本发明的可适探针的另一种构造的顶部平面视图；

图14A至图14D示出本发明的可适探针的另一种构造的顶部平面视图；

图15A示出用于具有区域阵列接触的装置的晶片级强化试验的接触探针头；

图15B示出图15A的接触探针头的所选区域的顶部平面图，该探针头用于具区域阵列接触的装置；

图16A示出用于具有区域阵列接触的装置的晶片级测试的探针板；

图16B示出用于具有区域阵列接触的装置的图16A中探针板选定区域的顶部平面视图；

图17A示出用以运行具有区域阵列接触的微电子装置的插座；

图17B示出用于具有区域阵列接触的装置的图17A中插座选定区域的顶部平面视图；以及

图18A至图18D示出用以在本发明的可适探针结构中使用的探针针尖。

                  具体实施方式

根据本发明的原理，可适探针的第一优选实施例示于图5。被公开的探针允许在诸如集成电路(IC)、倒焊芯片、无源装置和芯片规模封装件(chipscale package)等微电子装置的接触焊点上形成可靠地电连接。探针响应针尖上的力而提供探针针尖81的弹性垂直运动。于是，当接触焊点被趋使成与探针针尖81接触时，结构的机械弯曲允许针尖以一个力形成与匹配接触焊点的接触，此力足以使探针针尖81穿透焊点上的绝缘氧化膜。探针的机械弯曲适应了微电子装置区中接触焊点的高度变化，同时在每个探针针尖上提供了足够的力以确保针尖与相应接触焊点之间的可靠电连接。此外，焊点的机械弯曲需要允许针尖在测试或强化试验循环中维持与相应焊点间的连接，其中，热膨胀可能导致装置和探针支撑的翘曲。

在图5中，探针针尖81被支撑在导电材料制作的横向延长臂82上，而横向延长臂贴附在导电材料制作的细长弹性条83上。细长弹性条83在两端被柱85支撑，该柱与细长条83上的接线端84接合。探针针尖81响应垂直加载在针尖81上的力而灵活地移动。针尖81的垂直移动将臂82压下，且扭折条83，于是在针尖81上施加一恢复力。

在图5所示的可适探针中，柱85被焊点86支撑在基板89上，该焊点电连接至电路迹线87上，而电路迹线87通过将表面上电路87连接到基板89中电路层上的通孔88而连接到电子线路上。

通过上述的一系列连接，探针针尖81电连接至基板89的电路上，该电路使连接在探针上的装置工作。在诸如强化试验的苛刻应用场合中，基板89由硅或低膨胀陶瓷材料制成，以获得诸如用于强化试验中的较宽温度范围的尺寸稳定性，其中温度循环可以从25℃到150℃或更大。

对于在高频下运行，从探针针尖81到通孔接触88的电连接设置成使到探针针尖81的连接的电感最小化。感应环通过将通孔88设置在探针针尖81下面而最小化。当通孔88不能总是这样理想定位时，在要求高频操作的那些应用场合中，针尖81和通孔88之间的距离应当很小。

图6示出了可适探针的第二实施例，其中图5的导电臂82被图6中细长薄片93的弯曲或“V”形部分92代替。在细长薄片93两个端部上的接线端94结合到柱95上，而柱停靠在基板99的焊点96上。到针尖91的电连接通过片93形成在连接在柱95的焊点94上，柱95停靠在焊点96上，焊点96被通过通孔98而连接到基板99的电子线路上的电路迹线97连接。

如图6所示，探针针尖91被支撑在片93的弯曲部分92上，使得探针针尖91的中心定位在距位于细长薄片93两端的柱95之间的虚线100一距离处。在探针针尖91上的起始垂直力产生一绕由线100代表的轴的扭矩。扭矩导致细长薄片93的扭转，此扭转产生一抵抗针尖91上的起始力的反作用力。

图7A示出图6所示类型的可适探针的第一实施例的顶视平面图。弹性细长条103由金属片制成，该金属片塑形为包括在条103中点处的横向延伸部分102和条103两个端部处的接触焊点104。选择条103的导电材料具有高的屈服强度和在最终破坏时的中等延伸率。从包括铍铜合金、铌、铜镍合金、钼、镍、镍钛合金、不锈钢、钛及其合金的组合中挑选出来的金属是适用的。一种合适的金属是ASTM Spec.公司的第B534号铍铜合金，其屈服强度为550兆帕。另一种合适的金属是含有1个钛、8个铝、1个钼、1个钒的钛合金，其屈服强度为910兆帕。

图7A所示的探针针尖101被支撑在延长臂102上，使得探针针尖101响应垂直力F而向基板109垂直下压。臂102和探针针尖101的运动示于图7B和图7C的剖视图中。施加在探针针尖101上的力F加载一扭矩在条103上，该扭矩拧转该条并允许臂102向基板109下沉。如图7C的剖视图所示，探针针尖101的垂直运动归结于条103的梁变形和扭转弯曲的运动。

探针针尖101是一角锥，它通过复制用公知工艺形成在硅表面(100)内的蚀坑(an etch pit)而形成。54.75°的顶角由硅的晶面111确定。针尖的材料是钨，它形成一尖锐的硬的针尖，它能打破一般用在半导体IC装置上的铝接触焊点上的铝氧化层。适于制造硬探针针尖的材料从包括钼、镍合金、锇、Paliney 7、铑、铼、钛、钨及其合金的组合中选取。

通过对硅中蚀坑的复制而制造尖锐探针针尖在电接触领域是公知的，并在1973年由D.A.Kiewit在“科学仪器述评”第44卷第1741页至1742页的公开物中进行了充分描述。Kiewit描述了探针针尖的成型，该针尖是这样制成的，通过在蚀坑中沉积镍硼合金而复制硅中的蚀坑，然后将硅基材料除去以暴露该角锥。Kiewit通过用沸的水合肼处理硅表面而在硅表面100上形成了角锥状蚀坑。

条103由柱105支撑在上述基板109上，柱105结合在条103两端的接触焊点104上。柱105由电镀金属制造，该金属优选从包括硬铜、镍、亚铜镍合金和硬金的组合中选取。探针针尖101到测试接触电路用的电路的电连接通过经臂102、条103、接触部104、柱105、接触焊点106、导体107和通孔108的传导而形成。从通孔108到探针101的电路被构造成尽可能小的环，以便减小电感并因而允许以最高的频率或数据速率运行。

图8A和图8B更详细地示出了优选实施例结构的运行情况，其中探针针尖111被材料薄条113上的横向延伸臂112支撑，该薄条被夹持在两个支撑柱115间。力F下压针尖111，在垂直方向上其变形为δ_T。

图8B所示的针尖111的总变形δ_T是梁弯曲分量δ_D和扭转变形分量之和。图8B示出了由垂直作用在探针针尖111上的用克表示的力F导致的用微米表示的总变形δ_T。对于本实施例，条113由钼制造，厚度为25微米，宽度为25微米，长度为200微米。臂112从条113的中心到探针针尖为100微米长，这是在条的平面内测量的。

可适探针第二实施例的详细视图以图9A的顶部平面图示出。探针针尖121被支撑在细长薄片123的“V”形延伸部分122上。延伸部分122在虚线一侧的位置上支撑针尖121，该虚线连接着支撑细长薄片123两端的柱125的中心。延伸部分122比细长薄片123的主体部分更厚，以便防止由外加力F导致的延伸部分形状的变形。

探针针尖121响应加载在针尖121上的垂直力F而向基板129垂直下降。延伸部分122和探针针尖121的弯沉示于图9B和图9C的剖视图。加载在探针针尖121上的力F在条123上施加一扭矩，于是扭转条123并允许延伸部分122向基板129下降。如图9C中剖视图所示，探针针尖121的垂直运动归结于细长薄片123的梁变形和扭转弯折。

片123由柱125支撑在上述基板129上，柱125在片123两端与接触焊点124结合。柱125是刚性金属柱。探针针尖121到测试电路的电连接通过经臂122、片123、接触焊点124、柱125、接触焊点126、电路迹线127和通孔128的传导而形成。从通孔128到探针121的电路构造成尽可能小的环，以便减小电感并因而允许以最高的电性能运行。

图10和图11示出了可适探针的另一个实施例，其中延伸臂的功能和细长薄片接合成一个结构。第三实施例示出在图10中，其中探针针尖131设置在弯曲的细长薄片133上，使得探针针尖131的中心位于距虚线一预设距离，该虚线连接在片133两端的支撑柱135的中心。细长薄片133响应垂直施加在探针针尖131上的力而扭转地折曲并弯曲。该扭转归结于由加载在距支撑柱135中心线一距离的力产生的扭矩。相对于梁弯曲弯度的扭转变形的量取决于探针针尖131自中心线的偏移量，此偏移量是条133长度的分数。根据被测试装置的大小和片133的材料性能，该偏移量优选的为片133长度的0.05至0.5倍之间。

图10的探针包括弯曲片133，它支撑探针针尖131，针尖偏离支撑柱135的中心线。到探针针尖131的电连接通过条133至接触接线端134形成。而接线端134连接到柱135上，柱135停靠在连接到电路迹线137的接触焊点136上，电路迹线通过通孔138连接到基板139上的测试电路上。通孔138位于最接近探针针尖处，以便使连接测试电路到探针针尖131的链接的电感最小。

合并有接地屏蔽的可适探针的第四实施例示于图11中。图11的探针包括弯曲片143，此片支撑着探针针尖141，此针尖位于偏离支撑柱145中心线的位置。到探针针尖141的电连接经弯曲片143到接触焊点144。接着，接触焊点144结合到柱145上，此柱停靠在连接到电路迹线147上的接线端146上，电路迹线通过通孔148而连接到基板149上的测试电路上。接地层140位于探针针尖141之下，且电屏蔽探针，以便获得更高的性能。

第三实施例的详细视图示于图12A至图12C中。图12A的顶部平面图示出了第三实施例的代表性结构，其中针尖151被支撑在弹簧材料制成的“V”形平坦片153的中心点上。“V”形片153由设置在片两端的接线端154支撑。本实施例的片由含有1个钛、8个铝和4个钒的钛合金制成，虽然其它高强度或超塑性材料一样工作良好。片153的厚度在10到75微米之间，优选的厚度在20到50微米之间。每个臂153最窄部分的宽度在20到200微米间，更优选的宽度在35至75微米间。片153第一端部的柱155的质心和在片153第二端部的柱155的质心间的距离在长度上约为200至1000微米，更优选的中心距为250至750微米。

第三实施例的探针对探针针尖151上的力F的反应示于图12B和图12C，示出了力F加载前或后的可适探针的剖视图。如图12C所示，探针针尖151上的力F使弯曲薄片153向下朝基板159变形。弯曲薄片153被该变形弯曲和扭转弯折。片153的扭转和弯曲变形产生反作用力，它抵抗针尖151被力F作用时的进一步变形。

探针针尖151由片153连接到电子电路上，该片153由连接在片153的接触焊点154上的柱155支撑。柱155停靠在位于基板159上的接线端156上，其中接线端156连接电路迹线157。电路迹线157通过导电通孔158连接到基板159上的电子电路上。可选地，底板可以插入到探针针尖151和基板159上的电路之间，以便将针尖151同邻近基板159上的电路迹线中的信号隔离开。

可适探针中弹簧片构造的变型被制造成适应具体微电子装置的测试要求。一些设计在图13A至图13C中示出。在每种情况中，探针针尖偏离虚线确定的轴，该虚线穿过在第一端和第二端支撑该弹簧片的柱的质心。

图13A示出了探针160的构造，其中探针针尖161被支撑在弹簧片163的“V”形部分162的顶点。部分162朝向弹簧片163的一端定位，以允许弹簧嵌套，该嵌套是实现探针针尖之间的紧密间距所需要的。柱165和167定位成交错图案，以允许各探针的紧密间隔。相应地，在弹簧片163相对端处的接触焊点164和166分别与柱165和167匹配。

图13B示出了探针170的构造，其中探针针尖171被支撑在弹簧片173的“V”形部分172的顶点。部分172朝向弹簧片173的端部定位，以允许弹簧嵌套，该嵌套是实现探针针尖之间的紧密间距所需要的。柱175和177定位成交错图案，以允许各探针的紧密间隔。相应地，在弹簧片173相对端处的接触焊点174和176分别与柱175和177匹配。

图13C示出了可适探针180的一种构造，其中探针针尖181被支撑在弯曲弹簧片182的顶点。弯曲弹簧片182成形为允许弹簧的嵌套，此嵌套是实现探针针尖之间的紧密间距所需要的。探针针尖181偏离中心线，中心线位于设置在弹簧片182两个端部的接线端184和柱185的质心之间。

图14A至图14D所示的可适探针的非对称结构提供了特殊测试和强化试验应用场合所需的能力。非对称结构便于紧密间隔、角落和小焊点间距的接触焊点的针测。此外，接地接触允许接地屏蔽结合到探针结构中。

图14A所示的可适探针190使用柱195和附加柱197来支撑平板部件192的第一端部。附加柱197被用以抵抗横向力稳定该结构。附加柱197还被用于与结合在平板部件192中的底板199形成电接触。柱197在接线端196处被连接到底板199上。平板192由通过接线端194结合到部件192上的柱195支撑。

平板部件192支撑探针针尖191。探针针尖191设置在部件192上偏离探针190的中心轴198的一个位置处。中心轴是一条虚线，它连接支撑部件192第一端的柱195和197的质心以及支撑部件192第二端的柱194的质心。施加在探针针尖191上的力形成了绕中心轴198的力矩，该力矩导致部件192弯曲和扭转。

在图14B中，可适探针200包括一弹簧片，它具有由接触焊点206支撑的短臂202和由接触焊点204支撑的长臂203。弹簧片支撑探针针尖201，针尖设置在臂202和臂203之间偏离探针200中心线208的一个位置处。中心线208是一虚线，它将柱205的质心与柱207的质心连接。施加在探针针尖201上的力形成绕中心线208的力矩，它导致臂202和203弯曲和扭转。

在图14C中，可适探针210包括一弹簧片，它具有由接触焊点216支撑的短臂212和由接触焊点214支撑的长臂213。弹簧片支撑探针针尖211，针尖设置在短臂212和长臂213之间偏离探针210中心线218的一个位置处。中心线218是一虚线，它将柱215的质心与柱217的质心连接。施加在探针针尖211上的力形成绕中心线218的力矩，它导致短臂212和长臂213弯曲和扭转。

图14D中的可适探针220包括一弹簧片，它具有由接触焊点226支撑的短臂222，还具有由接触焊点224支撑的长臂223。弹簧片支撑探针针尖221，针尖设置在短臂222和长臂223之间偏离探针220中心线228的一个位置处。中心线228是一虚线，它将柱225的质心与柱227的质心连接。施加在探针针尖221上的力形成绕中心线228的力矩，它导致短臂222和长臂223弯曲和扭转，从而产生一限制探针针尖221进一步变形的反作用力。

根据本发明教导的可适探针可以用于包含集成电路和其它微电子装置的晶片的强化试验中。图15A所示的晶片接触器230在硅基板23 1的表面上结合第三实施例的探针232。每个探针232被硅基板231中的电路迹线234连接到接触器230的接线端233上。在此实施例中，硅用作制造基板231的材料，以提供与包含集成电路的硅晶片在强化试验测试中的热膨胀系数相匹配的热膨胀系数。

在进行强化试验时，接触器230与受测晶片对齐，并用机械夹持装置所固定，使得接触器上的每个探针均以足够确保可靠接触的力抵靠在晶片上的匹配接触焊点上。为了接触标准铝焊点，5-10克的力足够保持接触。于是，加热装配体到强化试验温度，通常是125℃到150℃。电激励加载到每个集成电路上，以考验电路并完成动态强化试验。

图15B示出了探针设置在接触器230表面上的那一部分。探针针尖被安排在一区域阵列中，此阵列与受检的倒焊芯片上的接触焊点的区域阵列相匹配。每个探针针尖241设置成与倒焊芯片上相应接触焊点相匹配。探针232的尺寸与当前用在倒焊芯片上的150微米至500微米之间的栅格间隔相适应。探针241排列成嵌套图案，这允许每个探针适合可用的间隔。附加的非功能性探针添加到阵列中，以在晶片上接触焊点平均密度低的局部区域中向受测晶片提供支撑。

探针232的探针针尖241为了实现打破受测晶片上铝连接焊点上的所有氧化物的目的而提供了硬表面。探针针尖241设置在“V”形弹簧241的顶点处，该弹簧在弹簧241的每个端部被与接触焊点244结合的柱245支撑。

因为对每个探针的较低自感和互感，根据本发明教导的可适探针提供了测试高速集成电路的装置。带有可适探针的探针板249示于图16A。探针240设置成基板246上的区域阵列图案，它适于测试具有区域阵列接触焊点的倒焊芯片。每个探针240通过结合在基板248中的电路迹线装置246而电连接至探针板249上的接线端247上。基板248优选包括尺寸稳定的基体，诸如氧化铝陶瓷材料，铜电路迹线设置在基体上聚酰亚胺介电材料层之间。

图16B示出了根据第一实施例的教导配置的可适探针240的阵列。探针针尖241设置在贴附到细长弹簧片242中点上的臂243的端部。支撑柱244在细长弹簧片242的每个端部结合到接触焊点245上。

图17A所示的芯片插座为测试、强化试验和运行倒焊芯片提供了可拆装装置。倒焊芯片261由定位装置262固定，使得倒焊芯片261上的每个接触焊点与在插座基板258表面上的相应探针250配合。每个探针250被电路迹线装置256电连接至插座基板258上的接线端257上。适于运行倒焊芯片261的电信号由电子电路装置264上的互连装置263传送到该插座。电缆265将电子电路264连接到倒焊芯片261强化试验、测试或运行的系统上。

图17B示出图17A插座中可适探针240阵列的一部分。探针针尖251设置在臂253的末端，该臂贴附在细长弹簧片252的中点处。支撑柱254在细长弹簧片252的每一端结合到接触焊点255上。

图18A至图18D所示的探针针尖为测试和强化试验中的特殊应用而构造。这些探针针尖和其它探针针尖在集成电路工业中已经公知，且此处所示例子是多种可用探针针尖的代表。生产方法对生产电子接触领域的熟练操作人员是公知的。

图18A所示的探针针尖对于在集成电路上针探铝结合焊点是优选的，其中尖锐顶角273适于打破铝结合焊点上的所有氧化层。角锥272通过复制硅表面100上的蚀坑而成型。角锥272被支撑在弹簧片271上。角锥272的顶角273被尖锐地成型，它在相对面间具有54.75°的夹角。硬质材料用于制造探针针尖272，其中，该材料最好从包括钼、镍、锇、Paliney7、铑、铼、钛、钨及其合金的组中选取。在针测柔软接触时，诸如锇、铑和钨的材料是优选的，这是因为它们与焊料和其它软质材料的缓慢反应。

图18B所示的探针针尖适于接触贵金属制的接触焊点。薄盘277支撑在设置于弹簧片275上的金属柱276上。柱276被化学刻蚀切开以露出盘277的边缘。薄盘277由惰性金属材料制造，该材料优选从包括金、Paliney7、铂、铑及其合金的组合中选取。

图18C所示的探针针尖适于接触焊料和其它软性材料。磨圆的金属针尖281支撑在设置于弹簧片280上的金属柱282上。磨圆的金属针尖281可以通过对高温材料的闪烁激光熔融而成型，以重熔成球形部件的形状。适合于磨圆的金属针尖281的材料包括镍、铂、铑、亚铜镍合金、铍铜合金及Paliney7。

图18D所示的探针针尖适合于接触小的接触焊点和在一起间隔紧密的焊点。具有顶部边缘286的探针针尖287设置在弹簧片285的顶部表面上。探针针尖287优选地通过电镀牺牲材料(sacrificial material)的边缘、然后除去该材料以留下金属边缘287而形成。

虽然本发明的若干优选实施例已经得以描述，但是在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本领域中的普通技术人员可以对其作出多种修改与替换。

Claims (18)

1.一种用于与微电子装置上接触焊点形成电连接的探针，所述探针包括：

(a)导电材料的薄片，其具有顶面和底面；

(b)具有顶面和底面的基板；

(c)电接线端，设置在所述基板的顶面上；

(d)导电柱，其每一个在一端连接到所述薄片的底面上，而在另一端连接到所述基板顶面的所述电接线端上，使得该薄片被支撑在高于基板顶面的一距离处；

其特征在于，所述探针还包括：

导电针尖，具有设置在所述薄片顶面上的基底和在所述薄片顶面之上的顶面，由此导电针尖的所述顶面适合于电连接至所述接触焊点上；

其中所述导电针尖设置在所述薄片上距穿过每个所述导电柱的质心的虚线一距离处，由此该针尖通过扭转该薄片而在垂直方向上运动。

2.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述薄片是大致平坦的金属薄片，其最长的长度尺寸在200至1000微米之间，且其厚度在10至75微米之间。

3.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述薄片是具有弯曲部分的细长的薄片，所述导电针尖支承在所述弯曲部分上，所述细长的薄片最长的长度尺寸在200至1000微米之间，厚度在10至75微米之间。

4.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述导电材料是金属，选自于包括钼、铌、镍、钛、铍铜合金、不锈钢及其合金的组合中。

5.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述导电针尖由硬质金属形成，它选自于包括钨、钛合金、铑、铼、锇、镍及其这些材料的合金的组合中。

6.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，还包括位于所述导电针尖下面并被电连接至所述薄片上的电路图案。

7.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述针尖通过刻蚀在单晶硅表面中的角锥形坑的复制而形成。

8.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述针尖包括薄金属凸起，它被电镀在从所述薄片高出的大致垂直的边缘上。

9.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述针尖包括金属球形部分。

10.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述柱是电镀金属的柱。

11.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，还包括设置在所述导电材料薄片和所述基板的所述顶面之间的接地层。

12.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述薄片沿所述虚线扭转。

13.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述薄片的第一端的导电柱为第一金属柱，而所述薄片的第二端的导电柱为第二金属柱。

14.一用于运行微电子装置的插座，每个装置具有大致平坦的表面，该表面具有设置在其上的接触焊点的阵列，所述插座包括：

(a)具有顶面和底面的基板；

(b)多个柔性探针，用于形成到所述接触焊点的电连接，其中，探针被设置成在所述基板顶面上的阵列；

(c)电路装置，它们被连接到所述柔性探针上，由此当柔性探针被连接至所述接触焊点时，所述微电子装置能够运行；

其特征在于，

(d)每个所述柔性探针包括具有第一端和第二端的导电材料的薄细长条，其中所述薄细长条由在第一端的一个柱和在所述第二端的一个柱支撑；以及

其中探针针尖设置在距所述第一端和所述第二端一距离处，使得所述探针针尖设置在距一虚线一预设距离处，该虚线将所述第一端的所述柱的质心连接到所述第二端的所述柱的质心上。

15.根据权利要求14所述的插座，其特征在于，所述柔性探针设置成区域阵列。

16.根据权利要求14所述的插座，其特征在于，所述基板由硅材料制成。

17.根据权利要求14所述的插座，其特征在于，所述基板由陶瓷材料制成。

18.根据权利要求14所述的插座，其特征在于，还包括接地层，它被结合到所述基板的所述顶面中的大致位于所述薄细长条之下的区域内。

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