CN1808130B - 半导体芯片检测用的探针板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体芯片检测用探针板，可正确地探测半导体芯片是否合格，因探针部的弹性不会弯曲或破损。本发明的探针板具有由加强功能的固定板和印刷电路板PCB组成的上部主体板，在此上部主体板下面按一定间距固定设置并排列设置探针器的探针器支承件，支承此探针器支承件，并使用螺丝连接在上部主体板的壳体，在此壳体下部由通过螺丝连接的支承台组成外形，上述探针器的通电部连接PCB板的通电孔，此通电孔与连接PCB印刷电路的信道形成电路，从上述探针器的下部探针部探针的电信号通过设置在探针器的通电部和PCB板的通电孔以及主体板的连接端口组成的通电电路传送被检查体的是否断路的信号。

Description

半导体芯片检测用的探针板及其制造方法 

技术领域

本发明涉及检测半导体芯片是否合格的探针板及其制造方法，尤其涉及探针器本身具备缓冲件，当探针板压接于半导体芯片焊盘时，半导体芯片焊盘不会受损，而且探针部因具有弹性而不会弯曲或者破损，防止由操作停止引起的时间和经济损失等，极大提高操作效率的探针板结构及其制造方法。 

背景技术

一般，制成芯片状态的半导体芯片在组装为液晶显示器(LCD：Liquid Crystal Display，以下与‘LCD’通用)、或PDP(PDP：Plasma Display Panel，以下与‘PDP’通用)的半导体封装(Package)之前进行检查其电特性的EDS(EDS：Electrical Die Sorting，以下称为‘EDS’)检查，根据此检查结果将合格的半导体芯片被送到组装在半导体封装等之后用作器件的装配工序中，不合格半导体芯片是废弃处理。 

这样的EDS检查是利用电脑上内置的各种测量仪器的检测器(tester)、和与作为被检查体芯片的单位半导体芯片电接触的装载有探针板(probe card)的探针台(prober station)执行，在此探针板(probe card)是作为连接半导体芯片焊盘(pad)和检测器的中间媒介使用的工具，用于检查在半导体芯片的制造工艺中晶片内的半导体芯片的微细图案和电极特性。 

因此，探针板为了检测半导体芯片同时使用多个探针器，探针板的各个探针直接与半导体芯片焊盘接触，该半导体芯片的电功能特性在如以电路连接的显示器或示波器等的电子设备上显示，检查者确认这些之 后判别半导体芯片的是否合格。如此的探针板不仅适用于半导体芯片LCD或PDP的EDS检查，而且也适用于其他产品的检查，其适用范围逐渐在扩大。 

另一方面，探针器的探针相对被检查体沿上下移动并检测时，被称为‘垂直型探针板’或者‘具有垂直型针的探针板’，与此相关的现有技术是1997年3月29日公开的韩国专利公开号码第97-13150号。 

上述的现有的垂直型探针板结构，如图1所示，印刷电路板1和电路图案2以及辅助板3组成一个电路基板，并通过粘贴部件4连接，在此设置多个垂直型探针5、连接此垂直型探针5、上述电路板2的电线6、以及在外部冲击中保护此电线6的保护盖7，使上述探针5与半导体元件的焊盘接触(未图示)，根据电信号确认状态并判别是否合格。 

可是，上述现有技术的探针板具有如下问题。即，上述5个垂直型探针分别压迫半导体芯片的压力并不大，但是接触的探针和半导体芯片的焊盘多的时候，以重载荷压迫半导体芯片。这时，垂直型探针5和印刷电路板1以及辅助板3不能承受或者缓冲这些载荷，尤其垂直型探针5的平坦度不均匀时重载荷特别集中在突出的一两个垂直型探针上，因此在EDS检查过程中发生半导体芯片焊盘受损或探针受损等问题。 

并且，上述垂直型探针5本身不能执行缓冲作用，因此在反复进行EDS检查的过程中容易累积疲劳(Fatigue)，使探针弯曲或断裂而降低平坦度，成为探针板故障的原因。这些现有技术的问题在于判别半导体芯片是否合格时产生很多误差(Error)，而成为增加不合格品的原因。并且，频繁更换探针板不仅降低操作效率，而且更换高价的探针板导致费用上升，提高设备的整体供应单价。 

发明内容

根据这些，本发明的目的在于，提供一种检测半导体芯片的探针板及其制造方法，其具备探针可弹性位移的探针板，当EDS检查时半导 体芯片焊盘不会因探针压力而受损，由此，极大地延长垂直型探针的寿命，而且提高形状型探针的导电能力。 

本发明的检测半导体芯片的探针板中，包括：上部板和下部板由层叠的印刷电路板组成、并且形成有垂直贯通孔的主体板；在上述主体板上用螺丝连接的上、下部壳体；具有弹性探针部和通电部的探针器；排列设置有上述探针器且固定在下部壳体上的支承上述探针器的陶瓷杆和支承件；具有通电孔且连接设置在上述主体板下面的PCB板，该PCB板与上述主体板隔着垫圈通过螺丝维持一定间距H地进行组装；；以及设置在上述垂直贯通孔的弹簧针即pogo pin，从而形成以探针器→PCB板的通电孔→弹簧针→主体板的印刷电路→信道连接的通电电路，弹簧针具有中央凸出部和形成左侧翅膀部以及右侧翅膀部的倒三叶草 

形状的下部断面，并且通过左侧翅膀部以及右侧翅膀部的间隙r而具有弹力；组成电路的连接线形成在倒三叶草 

形状的下部断面，探针器的通电部在弹性范围L内压接于上述PCB板的通电孔，上述探针器的探针部维持平坦度，并在弹性范围L3内与半导体芯片焊盘压接。 

本发明的检测半导体芯片的探针板的制造方法，包括如下步骤：形成具有弹性探针部和通电部的探针器；形成主体板，该主体板的加强用上部板和印刷电路形成用下部板由层叠的印刷电路板构成，并且该主体板具有垂直贯通孔；形成保护主体板的上、下部壳体；形成具有通电孔、并且在上述主体板的下部通过螺丝连接设置的PCB板；形成设置在上述垂直贯通孔的弹簧针，该弹簧针具有中央凸出部和形成左侧翅膀部以及右侧翅膀部的倒三叶草 

形状的下部断面，并且通过左侧翅膀部以及右侧翅膀部的间隙r而具有弹力；组成电路的连接线形成在倒三叶草 形状的下部断面；在上述主体板上用螺丝固定连接上、下部壳体；将PCB板与上述主体板隔着垫圈通过螺丝维持一定间距H地进行组装，以使夹在垂直贯通孔的弹簧针压接到PCB板的通电孔；探针器的通电部在弹性范围L内压接于上述PCB板的通电孔，从而被固定设置；以及上述探针器的探针部维持平坦度，并在弹性范围L3内与半导 体芯片焊盘压接；形成以探针器→PCB板的通电孔→弹簧针→印刷电路→信道连接的通电电路。 

为了这些，本发明具有如下的特征：构成探针器上下侧针的探针对机体形成弹力而附加缓冲功能和通电功能，与探针器弹性功能并行或者与此独立后与探针通电的另一个弹性件，比如附加弹簧针(pogo pin)的结构。尤其，探针器探针上附加弹性的结构，形成把上部针和下部针的一端与探针器机体隔离的自由端，探针在焊盘上正确地接触，通过缓冲防止探针或焊盘的受损。 

因此，本发明的检测半导体芯片的探针板，由具有加强功能的固定板和印刷电路板PCB组成上部主体板，在此上述主体板下面按一定间距固定设置并排列设置探针器的探针器支承件，支承此探针器的支承件以螺丝连接在上部主体板的壳体，在壳体下部以螺丝连接的支承台构成外形，上述探针器的通电部接触PCB板的通电孔，此通电孔通过连接PCB印刷电路的信道来形成电路，根据上述探针器的下部探针部探针的电信号，通过由设在探针器通电部、PCB板的通电孔、及主体板的连接端口组成的通电电路，传送被检查体断路与否的信号。 

并且，本发明的探针板不仅检测芯片上的半导体芯片，而且还检测独立的半导体芯片的电路断路与否，该探针板包括：形成通电孔的下部板和层叠在此下部板上面的上部板构成印刷电路板为主的主体板，固定设置在此主体板上下部的壳体，具有下部探针部和通电部的探针器，沿一列支承设置此探针器的支承件，位于此支承件上面并具有通电孔的PCB板，以及与PCB通电孔连接的导电体；形成通过探针器、PCB板的通电孔、以及导电体连接的通电电路。 

并且，本发明制作方法具有如下步骤：探针板形成具有弹性探针部和通电部的探针器；组成探针板的主体，并通过螺丝将形成叠层印刷电路板的PCB板、和加强用固定板连接构成上部主体板；在此上部主体板下部按一定间距固定设置并排列设置探针器来形成探针器支承件；形成上述上部主体板下面设置的壳体；通过螺丝在上述壳体上部主体板上连接探针器的通电部，在一定弹性位移内压接于PCB板通电孔并固定设置探针器支承件；由探针板、PCB板的通电孔、连接在通电孔的印刷电路板的印刷电路、以及与此印刷电路连接并与外部设备连接的信道形成通电电路，构成无断路探针器探针的通电电路。 

附图说明

以下，参照附图下面详细说明本发明的组成。 

图1是包括以往的垂直型探针的探针板截面图； 

图2是根据本发明第一实施例的探针板的结构图； 

图3是以图2的A部分和探针组成的B局部放大图； 

图4是图2的探针器450的结构图，A是正视图，B是A的右侧视图，C是A图探针器的探针部把相同长度的探针组成一群并反复设置此群的排列结构图，D是A图探针器的探针部把不同长度的探针组成一群并反复设置此群的排列结构图，E是把C和D的排列结构在F方向说明的图； 

图5是与图4不同结构的探针器结构实施例图，A是探针部和通电部对称的探针器正视图，B是A的右侧视图，C是探针部和通电部关于对角线对称的探针器正视图； 

图6是根据本发明第二实施例的探针板结构图； 

图7是图6的A局部放大图； 

图8是根据本发明第三实施例的探针板结构图。 

具体实施方式

图2是本发明第一实施例的结构图，由构成探针板主体的上部主体板300，在此上部主体板300下面按一定间距H固定设置并排列设置探针器450的探针器支承件400，以及连接此探针器支承件400和上述上部主体板300的壳体500构成外部形状，上部主体板300和壳体500通过夹在连接孔310的螺丝335连接，壳体500用另一个螺丝520 与支承板510连接成一体，按左右排列探针器450的上述支承件400，在图2未图示的前后端隔着环氧树脂与固定板330接触。 

并且，上述上部主体板300是层叠好多片印刷电路板320和加强用固定板330并以螺丝325连接的双重结合体，上述印刷电路板320是很多印刷电路分别连接在信道350…而与外部电路连接，通电部340与上述的各个印刷电路连接，将从各个探针器接收的电信号传送到各个信道350…。 

并且，在探针器支承件400的左右面按一定间距排列设置的一定数量的探针器450包括下部探针部452和上部通电部454，其组成如图4A的正视图和4B的侧视图所示。在此，探针器450以一定厚度组成机体，并且其上部通电部454制作成通过弹性孔459一端与连接部456隔离的弹性结构，上述连接部456位于对机体成直角的位置上，相反地在斜线方向相对连接部456隔开一定角度之后形成通电部454，其接点454’压接于上述印刷电路板320的通电孔340时，因弹性压接而构成无断路的通电电路。并且，探针器450的中央部和下部因形成加强部458、460，不仅提高小又薄的探针器450排列设置的简易性和加强功能，而且提高生产性，在下部加强部460下面具备弯曲部453，延长形成的下部探针部452由水平部455及其下端的垂直附加部457构成，而形成‘ㄈ’字型截面结构。 

在此，探针器450的上部通电部454如放大图2的A部分的图3所示，因形成弹性孔459，在‘L’弹性范围内压接于印刷电路板320的通电孔340，在探针时其下部的探针部452也是‘L’弹性范围内压接于半导体芯片10上的焊盘20上。 

如上述组成的探针器450沿着探针器支承件400的左右面几十至几百个探针器排列设置成一列。 

这时，上述探针器450可使用相同平坦度的下部探针部452的长度稳定的探针器，但是当探针时为了避免探针器450探针部452之间的接触，把相同长度的一些探针器450作为一组反复设置。即，把下 部探针部452长度分为三个部分，排列探针器450时其排列状态组成如图4E的所谓‘前后排列结构’。如此的下部探针部452‘前后排列结构’，如图4C所示，比如把相同长度的三个下部探针部452作为一组之后反复排列，或者如图4D所示，把不同长度的三个下部探针部452作为一组之后反复排列这些。在此三个探针器作为一组使用，但并不限定此数量，可以把两个或者四个或者其以上的探针器作为一组使用，如木琴其长度按顺序拉长或缩短的时候也属于相同概念。 

在此，探针器450的下部探针部452为了组成‘前后排列结构’，在探针器支承件400上排列探针器450时，可排列下部探针部452的水平部455长度互不相同的探针器，在探针器支承件400上也可以沿前后排列相同大小的探针器450，但是在加强部460下面形成弯曲部453，具有水平部455和垂直附加部457的探针部452弹性结构都相同。这样地，在4C和D的F方向确认探针器的排列形态时，如图4C所示可确认探针部452的长度不同。 

另一方面，与图4A以及B的结构不同，在图5的正视图A和侧视图B的其他结构的探针器450把通电部454制作成如探针部452的形状后，通电部454压接于印刷电路板320的通电孔340并通电的结构也属于本发明的技术范围。 

为了这些，各探针器450的上端通电部454和下部探针部452制作成对称形状，也具备加强部458、460以及连接部456，通电部454形成为与下部探针部452类似的结构。这些称为‘上下对称型探针板’。因此，通电部454构成从连接部456形成弯曲部453’的‘ㄈ’字型断面形状，形成水平部455’和垂直附加部457’，与上述的下部探针部452的弯曲部453、水平部455、以及垂直探针部457对称。 

另一方面，如图5C所示，根据被检查体的形状或用途，探针部452和通电部454也可采用关于对角线方向对称的探针器450，把这些称为‘对角线方向对称的探针器’，除了相对对角线方向上下结构与图5A对称以外，具有相同功能和结构，参考这些省略详细的说明。 

只是，即使图5A至C的结构也与图4A至E的非对称探针器450具有相同功能，下部探针部452的排列结构也与这些同样地适用，因此省略与焊盘20的探针或通电部454压接于通电孔340的状态图。 

如上述组成的本发明的探针器装配之后组成图2的结构图，用于检测半导体芯片10的断路与否的通电电路从探针器450的下部探针部452开始包括其机体、上部通电部454、以及印刷电路板320的通电孔320，通过此通电孔320和印刷电路(未图示)连接到外部的信道350。 

为了使用上述本发明的探针板，尤其垂直型探针板检测半导体芯片的断路与否，在固定探针板的状态下芯片上的半导体芯片10垂直上升之后，其焊盘20接触于探针器450的下部探针部452。这时，在弹性范围内，焊盘20压住并接触上述探针器450的下部探针部452，其最大弹性范围为L3。 

探针器450的下部探针部452与半导体芯片10的焊盘20接触并通电时，电流经过探针部452和机体，经过通电部454、通电孔340、印刷电路流到信道350，因为信道350与其他外部设备连接，所以检查者看到或听到此外部设备上显示的电信号之后得知半导体芯片是否合格，外部设备超过本发明的范围、并且是公知的常识，因此省略对此的详细说明。 

另一方面，在上述的第一实施例探针器450的下部探针部452和通电部454上赋予弹性，使该探针器450自身具有缓冲力和压接力，其通电电路也使用探针器450与印刷电路板320通电孔340直接接触的‘直接接触方式’，但是作为本发明的第二实施例，也可以使用组成通电电路另外附加弹性元件的探针板。 

即，如图6所示，在本发明的第二实施例中由印刷电路板组成的上部板100和下部板102组成主体板200，上部壳体112和下部壳体110通过螺丝连接，支承探针器140的陶瓷杆106和支承件120固定连接在下部壳体110上，在上述探针器140、通电部142接触的位置上形成具有通电孔132的PCB板130，并通过螺丝固定设置在上述主体板 200上，形成PCB板通电孔132、和贯穿位于一直线上的主体板200的垂直贯通孔210之后，此垂直贯通孔210上穿插弹簧针118。 

在此，组成主体板200的上部板100和下部板102是大概分割了层叠的几个至几十个印刷电路板，如图所示并不是等分的结构。在层叠的印刷电路板内形成印刷电路，流到各个PCB板130通电孔132的检测电流传送到各个弹簧针210时，各个弹簧针210通过印刷电路(未图示)连接在与外部设备组成连接端口的各个信道170，并构成通电电路。 

并且，各壳体110、112不是盖住整个主体板200，而是设置在探针时最敏感的探针器140的设置部位上，具有探针时维持平坦度的加强功能。 

根据上述第二实施例的本发明的使用方式与第一实施例相同，从探针器140下部探针部144的通电电路经过通电部142和PCB板130的通电孔132以弹簧针118连接，弹簧针118通过印刷电路的信道170连接未图示的外部设备并组成检测用通电电路。 

在此，如图7所示，弹簧针118具有中央凸出部118a、以及形成左侧翅膀部118b和右侧翅膀部118c的倒三叶草 形状，并形成内孔的下部断面结构，尤其，从左侧翅膀部118b以及右侧翅膀部118c的内孔形成间隙r，此弹簧针118夹在主体板200的垂直贯通孔210并接触PCB板130的通电孔132时，上述间隙r部分以压接状态保持弹力地进行组装。 

这时，如图6所示，PCB板130和主体板200通过垫圈150维持一定间距H进行组装。如图3所示，本发明的第二实施例中的探针器140的通电部142和下部探针部144的弹性移动范围、与探针器450和通电部454以及下部探针部452的移动范围相同，因此参考这些省略详细的说明。 

另一方面，也可以利用其他通电单元组成通电电路代替在上述的本发明第二实施例使用的弹簧针118。图8是本发明的第三实施例，基 本结构包括：壳体110、层叠的印刷电路板组成的下部板102、用于加强构成上部板100的主体板200、支承探针器140的支承件120、以及具有通电孔132的PCB板130，在下部板102形成通电孔103，在上述PCB板130和下部板102之间另外设有中间支承板151，此支承板151上设置导电体119，组成连接为探针器140→通电孔132→导电体119→通电孔103→印刷电路(未图示)→信道170的通电电路。 

如上所述，通电电路利用导电体119的本发明的第三实施例，与使用弹簧针118的第二实施例相比，操作简单、弹性效果比弹簧针118持续得更长。尤其，上述导电体119在PCB板130的通电孔132和下部板102的通电孔103之间通过螺丝114连接时稍微被压住的状态，即保持弹力的状态下组装，可组成无断路的通电电路。因此，上述导电体119由具有弹性并具有导电功能的材料制作，比如环氧系列的树脂上混合金属粉末之后形成导电体。在此，探针器140形状是图4的形状，也可适用图5的结构。 

另一方面，根据本发明的检测半导体芯片的探针板制造方法，具有如下的步骤：形成具有弹性探针部和通电部的探针器；组成探针板主体，形成将层叠的印刷电路基板和加强用固定板以螺丝连接组成的上部主体板，在此上部主体板下部按一定间距固定设置并排列设置探针器的探针器支承件，形成上述上部主体板下面设置的壳体，在上述壳体上部主体板以螺丝连接探针器的通电部，在L3位移内压接PCB板通电孔的固定设置探针器支承件，探针器的探针部在弹性范围L3内压接在半导体芯片焊盘上，探针时由探针板、PCB板的通电孔、连接通电孔的印刷电路基板上的印刷电路、以及与此印刷电路连接并与外部设备连接的信道形成通电电路。 

与上述不同的检测半导体芯片的探针板制造方法，包括如下的步骤：形成具有弹性探针部和通电部的探针器；由加强用上部板和印刷电路形成用下部板来组成层叠的印刷电路基板，并形成具有垂直贯通孔的主体板；形成保护主体板的上下部壳体；形成以螺丝连接设置在 具有通电孔的上述主体板上的PCB板；形成设置在上述垂直贯通孔的弹簧针；在上述主体板上以螺丝固定连接上下部壳体；在上述主体板PCB板隔着垫圈，以夹在垂直贯通孔的螺丝连接弹簧针，按一定高度H连接，以便压接于PCB板的通电孔；在弹性范围L内压接上述PCB板上的通电孔探针器的通电部；在弹性范围L3内上述探针器的探针部维持平坦度，与半导体芯片焊盘压接，形成以探针器→PCB板的通电孔→弹簧针→印刷电路→信道连接的通电电路。 

与上述不同的检测半导体芯片的探针板制造方法，包括如下的步骤：形成具有弹性探针部和通电部的探针器；形成由加强功能的上部板和层叠的PCB组成的主体板；形成保护主体板以及加强功能的壳体；形成开设有通电孔的PCB板；形成设置有压缩性导电体的中间支承板；以螺丝连接在主体板上固定上述壳体；把上述PCB板以螺丝连接于下部板且PCB板和下部板之间，设置中间支承板，使其导电体在下部板的通电孔和PCB板通电孔之间压接并通电；上述探针器支承件使探针器的通电部在弹性范围L3内压接于PCB板通电孔；组成以探针器→PCB板的通电孔→导电体→下部板的通电孔→印刷电路→信道连接的通电电路。 

Claims (2)

1.一种检测半导体芯片的探针板，其特征在于，

包括：上部板和下部板由层叠的印刷电路板组成、并且形成有垂直贯通孔的主体板；在上述主体板上用螺丝连接的上、下部壳体；具有弹性探针部和通电部的探针器；排列设置有上述探针器且固定在下部壳体上的支承上述探针器的陶瓷杆和支承件；具有通电孔且连接设置在上述主体板下面的PCB板，该PCB板与上述主体板隔着垫圈通过螺丝维持一定间距H地进行组装；以及设置在上述垂直贯通孔的弹簧针即pogopin，从而形成以探针器→PCB板的通电孔→弹簧针→主体板的印刷电路→信道连接的通电电路，

弹簧针具有中央凸出部和形成左侧翅膀部以及右侧翅膀部的倒三叶草

形状的下部断面，并且通过左侧翅膀部以及右侧翅膀部的间隙r而具有弹力；组成电路的连接线形成在倒三叶草形状的下部断面，

探针器的通电部在弹性范围L内压接于上述PCB板的通电孔，

上述探针器的探针部维持平坦度，并在弹性范围L3内与半导体芯片焊盘压接。

2.一种检测半导体芯片的探针板的制造方法，其特征在于，该制造方法包括如下的步骤：

形成具有弹性探针部和通电部的探针器；

形成主体板，该主体板的加强用上部板和印刷电路形成用下部板由层叠的印刷电路板构成，并且该主体板具有垂直贯通孔；

形成保护主体板的上、下部壳体；

形成具有通电孔、并且在上述主体板的下部通过螺丝连接设置的PCB板；

形成设置在上述垂直贯通孔的弹簧针，该弹簧针具有中央凸出部和形成左侧翅膀部以及右侧翅膀部的倒三叶草

形状的下部断面，并且通过左侧翅膀部以及右侧翅膀部的间隙r而具有弹力；组成电路的连接线形成在倒三叶草

形状的下部断面；

在上述主体板上用螺丝固定连接上、下部壳体；

将PCB板与上述主体板隔着垫圈通过螺丝维持一定间距H地进行组装，以使夹在垂直贯通孔的弹簧针压接到PCB板的通电孔；

探针器的通电部在弹性范围L内压接于上述PCB板的通电孔，从而被固定设置；以及

上述探针器的探针部维持平坦度，并在弹性范围L3内与半导体芯片焊盘压接；

形成以探针器→PCB板的通电孔→弹簧针→印刷电路→信道连接的通电电路。

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