CN1614426A - 探头片和使用其的探头片单元 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种探头片，它能独立于测量对象的电极的高度上的分散性而实现正确测量；以及使用其的探头片单元。探头片单元A是用于测量对象B的测量仪器(未示出)的检测部分，它包括：安装到仪器的探测器上的基板100；安装在基板的下表面上的探头片200，且探头片200包括；具有柔性的片部件210；以及设置在片部件210的一个表面上用于测量的多个探头220，其中探头220具有能在向上或向下方向上弹性变形的形状。

Description

探头片和使用其的探头片单元
技术领域
本发明涉及测量对象的电气特性的测量中使用的探头片以及使用其的探头片单元。
背景技术
已经可以获得一种探头卡，它具有由基于Teflon(注册商标)的绝缘膜制成的片部件和在该片部件表面上设置的突起探头(参见专利文献1)
专利文献1是JP-A No.8-122364。
发明内容
近些年，测量对象在其集成电路中复杂性有所提高而其电极越发小型化。由于测量对象的集成电路中的这种高度复杂性，显现出极小的电极高度上的分散性。由于测量对象的全体倾斜和弯曲，进一步地使得测量对象的电极的高度上的分散性恶化。因此，在用探头片单元对测量对象的电气特性进行测量的情况下，使得部分探头不能与相应的电极接触，导致不能正确测量的根本问题。
测量对象的集成电路中复杂性的提升要求探头的小型化以及电极之间更小的间距，从而显现出极小的探头高度的分散。在将探头片安装到探测器上时产生的探头片的倾斜和弯曲会进一步使得该分散恶化。在这种情况中，使得部分探头不能与相应的电极接触，从而导致不能正确测量的问题。
在宽温度范围(例如，从150℃到-40℃的范围内)下进行测量的情况中，测量对象和片部件由于温度变化相互独立地膨胀或收缩，从而产生与上述情况类似的倾斜和弯曲，这会引起电极高度上的分散性和探头高度上的分散性恶化，此外还导致作为测量对象的电极和探头之间的位置移动。因此，产生类似于上述情况的问题。
根据以上情况形成本发明且本发明的目的在于提供一种能独立于测量对象的电极高度上的分散性而实现正确测量的探头片；以及使用其的探头片单元。
解决问题的装置
为了解决以上问题，本发明的探头片包括具有柔性的片部件以及设置在该片部件的一个表面上用于测量的多个探头，其中探头具有在向上或向下方向上弹性变形的形状。
线路图案形成于片部件的表面之内和/或之上且通过线路图案电气连接到探头的外部电极设置在片部件的表面上。
电路元件设置于片部件的表面之内和/或之上且电路元件电气连接到线路图案。
在探头被弯曲和在其一端处被支撑的情况下，弹性高于探头的加强部件可以沿长度方向与探头整体设置在与片部件相对的其表面上。在探头被弯曲且离开探头顶部(在此处探头与测量对象的电极接触)的探头另一侧上的探头表面和片部件之间具有预定间隙，就可以将具有弹性高于探头的加强部件插入该间隙中。
理想地，片部件由线性膨胀系数在2.5到10.5ppm/℃范围内的材料制成。
本发明的探头片单元是半导体晶片测量仪器的检测部分并包括：安装到仪器的探测器上的基板；安装到基板的下表面上的探头片；以及放入基板和探头片之间的弹性部件。
发明效果
在采用关于本发明权利要求1的探头片的情况中，探头和片部件被独立地或相互一起地弹性变形，从而能够适合于测量对象的电极高度上的分散性和/或探头高度上的分散性。因此，由于不存在使部分探头不与相应电极接触的机会(但这会在常规实例中产生)，从而可以实现正确测量。
在采用关于本发明权利要求2的探头片的情况中，在片部件表面之内和/或之上形成线路图案，并将通过该线路图案电连接到探头的外部电极设置在片部件的表面上，从而方便地实现对测量仪器的电气连接。
在采用关于本发明权利要求3的探头片的情况中，具有探头的电气测量所必需的电路元件被设置于靠近探头的位置；因此，可以获得测量精确度方面改善的优点。
在采用关于本发明权利要求4的探头片的情况中，沿长度方向与探头一起整体地设置弹性高于探头的加强部件，从而使得探头的强度得到提高。
在采用关于本发明权利要求5的探头片的情况中，弹性高于探头的加强部件设置于离开探头顶部的探头另一侧上的探头表面和片部件之间的间隙中；从而使得探头的强度得到提高。
在采用关于本发明权利要求6的探头片的情况中，片部件由范围从2.5到10.5ppm/℃的线性膨胀系数的材料制成。这样，片部件由与测量对象的线性膨胀系数相同的材料制成；因此，通过改变测量环境中的温度，片部件以与测量对象相同的方式变形。因此，随着测量对象的变形，片部件上形成的探头可以跟上相应电极的位置移动。
在采用关于本发明权利要求7的探头片的情况中，弹性部件推动变形的片部件，以便返回到其原始状态同时吸收片部件的弹性变形，因此使得适合于电极的高度上的分散性和/或具有更高弹性的探头的高度上的分散性。
附图概述
图1是关于本发明实施例的探头片单元的示意性剖视图。
图2是示出具有由一片单元制成的片部件的部分探头片的示意性剖视图。
图3是示出具有通过层叠多片单元形成的片部件的部分探头片的示意性剖视图。
图4用于描述单元中使用的其它探头的模型图。
图5是用于描述探头的加强部件的模型图。
图6是示出单元的探头与测量对象的电极接触的状态的示意性剖视图。
图7是另一个探头片单元的示意性剖视图。
标号说明
A：探头片单元
100：基板
200：探头片
210：片部件
220：探头
300：弹性部件
B：测量对象
10：电极
本发明的最佳实施方式
以下将参考附图描述关于本发明实施例的探头片单元。图1是关于本发明实施例的探头片单元的示意性剖视图，图2是示出具有由一片单元制成的片部件的部分探头片的示意性剖视图，图3是示出具有通过层叠多片单元形成的片部件的部分探头片的示意性剖视图，图4用于描述单元中使用的其它探头的模型图，图5是用于描述探头的加强部件的模型图，图6是示出单元的探头与测量对象的电极接触的状态的示意性剖视图，以及图7是另一个探头片单元的示意性剖视图。
图1所示的探头片单元A是测量对象B的测量仪器(未示出)的检测部分，它包括：安装到仪器的探测器上的基板100；以及安装到基板100的下表面上的探头片200。以下将给出仪器组成的详细描述。
探头片200包括：具有柔性的片部件210；以及设置在片部件210的一个表面上并用于测量的多个探头220。片部件210具有柔性并由具有范围从2.5到10.5ppm/℃的线性膨胀系数的材料制成。其实例包括由硅制成的单个绝缘片，由塑料制成的单个绝缘片，通过层压由硅制成的多个绝缘片构成的片，通过层压由塑料制成的多个绝缘片构成的片等等。
这样，通过使用具有与测量对象B的线性膨胀系数相同或类似的线性膨胀系数的材料，片部件210可以按与测量对象B膨胀或收缩相类似的方式膨胀或收缩。由于采用了这种材料，随着测量对象B的膨胀或收缩，片部件210的表面上形成的探头220可以跟上相应电极的位置移动。
将片部件210的线性膨胀系数设定在从2.5到10.5ppm/℃的范围内的原因如下：首先，由于几乎所有测量对象B的尺寸都在从10×10mm到300×300mm的范围内，如果测量对象B的材料是硅，线性膨胀系数是2.5ppm/℃，且在测量环境温度在从常温(25℃)到150℃的范围内的情况下测量对象B和片部件210之间的相对位置移动被限制在10μm以下，在测量对象B的尺寸为10×10mm的情况下片部件210的线性膨胀系数以及在测量对象B的尺寸为300×300mm的情况下片部件210的线性膨胀系数按照以下描述的方式获得：
在测量对象B的尺寸是10×10mm的情况下，
[方程式1]
10mm×X×(150℃-25℃)＝10μm
X＝8ppm/℃
在测量对象B的尺寸是300×300mm的情况下，
[方程式2]
300mm×X×(150℃-25℃)＝10μm
X＝0.27ppm/℃
考虑到在通过热量使片部件210膨胀的同时测量对象B也膨胀，将测量对象B的2.5ppm/℃的线性膨胀系数分别加到测量对象B的尺寸是10×10mm的情况下线性膨胀系数8ppm/℃以及测量对象B的尺寸是300×300mm的情况下线性膨胀系数0.27ppm/℃。随后，前者成为10.5ppm/℃而后者变成2.77ppm/℃。这样，通过将线性膨胀系数在从2.77到10.5ppm/℃的范围内的材料用作片部件210的材料，片部件可适合于几乎所有测量对象的膨胀系数，同时考虑到技术上将与测量对象B相同的硅用作片部件210的材料，片部件210的线性膨胀系数被设定在从2.5到10.5ppm/℃的范围内。
如图1和2所示，在片部件210由一个片制成的情况下，将线路图案211设置在其一个表面上并将外部电极212设置在其另一个表面上的边缘处。外部电极212和探头220通过线路图案211相互电气连接。
与线路图案211电气连接的电路元件213设置在片部件210的一个表面上。电路元件213是用探头进行电气测量所必需的元件，且在这种情况下它包括用作所谓的旁路电容器的电容器以及用作帮助测试(即，测量对象B的电气特性的测量)的BOST(自测试外构建(built out self test))电路的电路元件。电容器用来改善高频特性。用作BOST电路的电路元件用来根据对测量对象B的测试内容进行改变。
另一方面，如图1和3所示，在通过层压多个片形成片部件210的情况下，将多个线路图案211形成于各片的一个表面上并将外部电极212设置在片部件210的另一个表面上的边缘处。每个片的线路图案211和其下面的片中相互电气连接。外部电极212和探头220通过线路图案211相互电气连接。上述电路元件213也被设置在片部件210的每个片上。
在一个步骤中，探头220整体地形成在片部件210的一个表面上，其中一保护层涂覆于片部件210的一个表面上以便在该保护层上形成图案并依照这些图案镀敷其一个表面，并重复这种过程。应注意，探头220的间距与测量对象B的电极10的间距相同，从而探头220可以与测量对象B的相应电极10接触并且，在这种情况中，间距被设定为25μm。
每个探头220都具有能至少在向上或向下方向上弹性变形的形状，以便吸收可接触测量对象B的电极10的高度上的分散性。探头220的实例包括：如图2和3所示的一种，它形成于片部件210的以便表面上，成半圆弧的形状并且其一端由片部件210支撑；如图4(a)所示的一种，它成圆弧形状，并且其两端都连接到片部件210；如图4(b)所示的一种，其一端由片部件210支撑，并具有在片部件210的长度方向上的多个弯曲部分；如图4(c)所示的一种，它成圆形并且其两端都连接到片部件210；如图4(d)所示的一种，其一端由片部件210支撑并具有多个弯曲部分；如图4(e)所示的一种，其一端由片部件210支撑并具有片部件210的长度方向上的一个弯曲部分；如图4(f)所示的一种，它具有圈簧的形状；以及其它。作为突出的接触端子223(它与测量对象B的电极10接触)可以设置于探头220的顶部并位于其差不多中间的位置。为了便于说明，对于探头220，作为实例，将描述图2和3所示的探头，它成半圆弧的形状且其一端被支撑。
探头220具有一形状，它包括其一端由片部件210支撑的第一四分之一圆弧部分221以及第二四分之一圆弧部分222，它连接到第一四分之一圆弧部分221的另一端并稍许短于该第一四分之一圆弧部分221。作为突出的接触端子223设置在探头220的顶部并位于差不多其中心的位置。
探头220还可以有一定结构，其中如图5(a)中斜向阴影所示，在制造过程中，由具有弹性高于探头220的铝制成的加强部件230与探头220沿长度方向在与片部件210相对的探头220的表面上整体形成。加强部件230还可以由多层制成。如图5(b)中的斜向阴影所示，在与测量对象B的电极10接触的探头220是弯曲的并具有探头220离开顶部的另一侧上的表面与片部件210之间的间隙的情况下，诸如弹性高于探头220的弹性体的加强部件230可以被放入该间隙中。在探头220的制造过程中将作为弹性体的该加强部件230放入间隙。
用作基板100的是PCB，其上形成了线路图案(未示出)以便电连接到探测器。线路图案电气连接到片部件210上的外部电极212。片部件210通过粘合、压力接合等安装到基板110上，从而采取差不多颠倒的希腊字母Π的形状，并具有其顶部开口处的凸边。在安装过程中，将弹性部件300插入基板100和片部件210之间。
将诸如橡皮的弹性树脂、填充了水或空气的袋子、弹簧等等用作弹性部件300。不工作的弹性部件300推动其上形成探头220的片部件210的部位，以便保持片部件210处于图1所示的平坦状态。当探头220与半导体晶片B上的电极10接触时，弹性部件300吸收伴随该接触产生的片部件210的弹性变形。
框架400是支撑图1所示并安装在基板100上的片部件210和弹性部件300的部件。
将具有这种结构的探头片单元A安装到测量仪器的探测器上并用于测量对象B的电气特性的测量。以下将给出其使用方法的详细信息。应注意，测量仪器的测试器和探头片单元A通过外部电极212相互电气连接。
激活用于探测器的驱动装置以使得基板100和测量对象B相对并相互靠近地移动。这种移动使得探头200的接触端子223和测量对象B的相应电极10相互接触。此后，基板100和测量对象B被移动成相互靠近，从而相对于测量对象B的相应电极10挤压接触端子223(即过压)。
在该过程中，探头220、片部件210和弹性部件300，或者片部件210和弹性部件300相互独立地弹性变形，以适合于测量对象B的具有各种高度的电极10的高度上的分散性，从而吸收该分散。
此时，探头220在一定方向上弹性变形，向上或向下，与其平行，第二四分之一圆弧部分222的远端与片部件210的一个表面接触，此后其远端在片部件210的一个表面上移动(沿图2的箭头标志的方向)。由于探头220的这种移动，不仅由于施加到探头220上的过压引起的负载(由于小型化它已变弱)被分散，而且还可以确保探头220和相应电极10之间电气接触所需的预定接触压力以及擦磨距离(即，第二四分之一圆弧部分222的远端在电极10的表面上滑行的距离)。
随后，在具有测试器端的测量对象B的测量之后，激活探测器的驱动装置以使得基板100和测量对象B相对且相互远离地移动。在该过程期间，片部件210由弹性部件300推动以恢复到原始位置。
在采用这种探头片单元A的情况下，探头片220和片部件210独立或相互一起弹性变形，从而能适合于测量对象B的电极10的高度上的分散性和/或探头220的高度上的分散性。因此，由于不存在部分探头不与相应电极接触的机会(这会在常规实例中产生)，因此实现了正确的测量。
虽然将PCB用作基板100，但可以采用任何板部件而不产生问题，只要它具有能经受弹性部件300的弹性变形的刚性。因此，在如图7所示将以上的板用作基板100的情况中，PCB用作框架400。如果这样改变设计，线路图案211和外部电极212无需形成于片部件210的表面上与基板100和弹性部件300接触；因此，方便地实现到框架400(它是PCB)的电气连接。
不必提供弹性部件300。这样，也可以安装片部件210的所有其它表面以便被粘合到基板100的下表面上。即使按这种方式采用没有弹性部件300的结构，通过片部件210和探头220的弹性变形可以适合于测量对象B的较大程度或较小程度的倾斜和弯曲。
应注意，无需说明的是，可以将探头片200直接安装到探测器上而不安装到基板100上。

Claims (7)

1.一种探头片，其特征在于，包括：具有柔性的片部件；以及该片部件的一个表面上设置的多个测量探头，其中每个探头都具有能在向上或向下方向上弹性变形的形状。
2.如权利要求1所述的探头片，其特征在于，线路图案形成于所述片部件的表面之内和/或之上且通过线路图案电气连接到探头的外部电极设置于片部件的表面上。
3.如权利要求2所述的探头片，其特征在于，电路元件设置于所述片部件的表面之内和/或之上且电路元件电气连接到线路图案。
4.如权利要求1所述的探头片，其特征在于，每个电极都被弯曲并在其一端处被支撑并且弹性高于探头的弹性的加强部件沿长度方向与探头整体设置在面向片部件的其表面上。
5.如权利要求1所述的探头片，其特征在于，每个探头都被弯曲且在离开探头顶部的相对侧上的探头表面与片部件之间具有预定间隙，且弹性高于探头弹性的加强部件插入该间隙，其中在所述探头顶部处探头与测量对象的电极相接触。
6.如权利要求1所述的探头片，其特征在于，所述片部件由具有范围从2.5到10.5ppm/℃的线性膨胀系数的材料制成。
7.一种探头片单元，它是半导体晶片测量仪器的检测部分，其特征在于，包括：安装到仪器的探测器上的基板；安装在基板的下表面上的如权利要求1到6之一所述的探头片；以及放入基板和探头片之间的弹性部件。
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