CN1926676A - 探针定位和连结设备以及探针连结方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种探针定位和连结设备以及一种探针连结方法，更具体是一种用于将探针固定至基底上的指定位置而制造用于半导体集成电路测试装置之探针卡的探针定位和连结设备，以及一种采用该设备的探针连结方法。该探针定位和连结设备包括：台架单元，其设置于工作台上；显微镜，其设置于台架单元之上方，同时由设置在工作台上的第一支撑件支撑；探针固定单元，其设置于台架单元之上方、显微镜之下方，由设置在工作台上的第二支撑件支撑；以及光源单元，其由设置在该工作台上的第三支撑件支撑。该光源单元朝向台架单元的上部设置。

Description

探针定位和连结设备以及探针连结方法

技术领域

本发明涉及一种探针定位和连结设备以及一种探针连结方法，更具体而言，涉及一种用于将探针固定至探针卡基底上的指定位置的探针定位和连结设备，以及一种采用该设备的探针连结方法。

背景技术

通常，当制造半导体集成电路设备时、制造该设备后、或者封装该设备时，为了检验制造的设备的整体或部分电气特性是否精确对应于该设备的原始设计，需要对该设备进行测试。

执行前述测试的装置是具有测试仪器和探针卡的探针装置。探针卡用于电连接测试仪器内的产生多种电信号的部件和半导体集成电路设备内的衬垫，或者电连接测试仪器内的电信号探测部件和半导体集成电路设备内的衬垫。

针型探针卡是一种惯用的探针卡，其示于图1a中。如图1b所示，该针型探针卡包括多个均具有弯曲端的针型探针12。各针型探针12的主体设置在陶瓷制品13的指定位置，并随后通过环氧树脂14固定装设到陶瓷制品13。陶瓷制品13装设于主电路板11。该针型探针12的另一端通过焊料15连接到主电路板11的指定电路。这样，准备好了针型探针卡。然而，前述针型探针卡具有较大的尺寸或空间。因此，该针型探针卡不适用于测试小尺寸的电子元件，而这样的电子元件正随着科技的发展逐渐小型化。而且，当针型探针密集设置在主电路板上时，相邻针型探针之间产生干扰。因此，当传输高频信号时产生噪声，且因此完成的是不精确的测试。

为克服针型探针卡的前述缺陷，已经研制出悬臂型探针卡。如图2a所示，凸块23形成于通过连接件24固定地装设于支撑件21的基底22的表面上。该凸块23的一端连结到支撑梁25a的一端。支撑梁25a的另一端具有探针尖端25b。

如图2b所示制造前述的悬臂型探针卡。在硅晶片26的表面上形成支撑梁25a和探针尖端25b。在基底22的表面上形成凸块23，且将环氧树脂27涂敷到凸块23的顶端。此处，探针尖端25b和支撑梁25a通过光刻和镀敷的方式形成以便处理硅晶片26。凸块23通过光刻和镀敷的方式形成在基底22的表面上以便处理基底22。环氧树脂27涂敷在凸块23的顶端。

在如上述制造的硅晶片26和基底22中，支撑梁25a的一端连接到凸块23的顶端，且随后将装设好的支撑梁25a和凸块23加热至大约350摄氏度的温度。随着环氧树脂27熔化，支撑梁25a固定地装设到凸块23。随后，通过蚀刻的方式移除硅晶片。

然而，如上述制造的悬臂型探针卡具有下述缺陷。首先，在光刻和镀敷的方法应用于硅晶片26的情况下，肉眼从外部难以检验该探针尖端25b是否固定地装设到了该支撑梁25a。因此，仅仅在图2c的工序完成后，才能检验该探针尖端25b是否固定地装设到了该支撑梁25a。因此，可能生产出大量有缺陷的探针卡。

其次，由于需要在约350摄氏度的高温下进行加热，为了将硅晶片26的凸块23固定地装设到基底22的支撑梁25a，基底的材料主要受限于陶瓷材料。因此，增加了探针卡的单位生产成本。

再次，当基底22和硅晶片26加热和冷却时产生热膨胀和热收缩。因此，由于硅晶片26和陶瓷制成的基底22之间的热膨胀系数的差异，在装设部分处的高温热膨胀的差异引起位置误差，且当基底和硅晶片冷却时，由于残余应力而产生剪切力，会产生支撑梁25a和凸块23之间相分离的后果。

最后，在制造前述探针卡时，基于具有多种布置(例如，元件上的衬垫的布置)的测试目标需要实施不同的光刻。因此，依赖于衬垫布置的变化的探针卡的兼容性较差。

发明内容

因此，本发明考虑到了上述问题研制，且本发明的一个目的是提供一种探针定位和连结设备以及一种探针连结方法，其可以在常温使用多种材料来制造探针卡，从而减少探针卡的成本，且最小化了由于热膨胀和热收缩引起的残余应力对探针的损坏。

本发明的另一目的是提供一种探针定位和连结设备以及一种探针连结方法，即使当测试目标的衬垫布置改变时，该设备和方法仍然适用。

根据本发明的一方面，上述和其它目的可以通过设置一种探针定位和连结设备实现，该设备包括：台架单元，其设置于工作台上；显微镜，其设置于所述台架单元的上方，同时由一个设置在所述工作台上的第一支撑件支撑；探针固定单元，其设置于所述台架单元之上方、所述显微镜之下方，同时由一个设置在所述工作台上的第二支撑件支撑；以及，光源单元，其由一个设置在所述工作台上的第三支撑件支撑，所述光源单元设置成朝向所述台架单元的上部。

根据本发明的另一方面，提供一种探针连结方法，该方法包括：步骤1，将其上指定区域涂敷有连结剂的基底置于台架上，以及操作该台架而将该基底的指定点置于具有固定位置的显微镜的焦点上；步骤2，将所述探针固定地置于该显微镜的焦点上而使该探针接触基底上的指定点；以及，步骤3，发射激光束到指定点和探针的连接部分以将该探针连结到基底上，其中通过连续重复实施步骤1至3将多个探针连结到基底上，而使具有指定排列的探针形成在该基底上。

附图说明

通过结合附图的下述详细说明，可以更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征以及其它优点，其中：

图1a和图1b分别为示出现有探针卡的一种示例的局部截面视图和平面图；

图2a是示出现有探针卡的另一种示例的截面视图；

图2b和图2c分别是说明图2a所示的探针卡的制造步骤的截面视图；

图3是示出根据本发明的优选实施例的探针定位和连结设备的立体图；

图4a和图4b是示出图3所示的探针定位和连结设备的探针固定单元部分的立体图和前视图；以及

图5是说明根据本发明的优选实施例的探针连结方法的流程图。

具体实施方式

如图3所示，根据本发明的探针定位和连结设备包括：工作台100；多个设置在工作台100上的支撑件101、102和103；连接到支撑件101和103且水平设置的安装件104和105；设置在工作台100的中央部分上的台架单元110；装设于安装件105的显微镜120，同时该显微镜位于台架单元110之上方，显微镜120由支撑件103支撑；探针固定单元130，其装设于支撑件102并由支撑件102支撑，使得该探针固定单元130的一端位于台架单元110的上表面的中央部分；光源单元105，其装设于安装件104并由支撑件101支撑，使得该光源单元105指向该台架单元110的上表面的中央部分。

工作台100相对于地面具有指定高度，从而根据本发明的探针定位和连结设备的其它部分放置在工作台上并牢固地固定到工作台上。多个支撑件101、102和103分别设置在工作台100的两端和工作台100的中间后部。安装件104和105装于支撑件101和103的上部同时分别与支撑件101和103水平连接，使得显微镜120和光源单元150分别设置于安装件上。

台架单元110设置在工作台100上表面的中央部分。该台架单元包括：x轴移动台架111、y轴移动台架113、z轴移动台架115、以及旋转台架117，各台架从底部向顶部叠置成竖列式。每个台架均具有控制把手。相应于控制把手的旋转，设置在台架单元的最顶端的旋转台架117处在工作位置上，或者在各探针连结后从工作位置离开。

如图3所示，显微镜120装设于安装件105的一端，而使显微镜设置于台架单元110之上方并与台架单元隔开一指定距离。物镜通过显微镜12竖直移动。优选地，显微镜120的目镜具有标记于其上的交叉线来确定基底和探针的位置，使得将探针基于所述交叉线而设置在基底上或连结到基底。显微镜120可以设置在工作台100的中间前部。此时，可以从上方观察连结探针的过程。

如图3所示，探针固定单元130装配到支撑件102的侧壁。探针固定单元130的一端位于台架单元110最上部的旋转台架117的中央部分。如图4a和图4b所示，探针固定单元130包括：固定到支撑件的支架131；位于支架内部的镊子133；用于操作镊子133的往复移动器135；以及用于控制镊子133张开角度的张开角度控制器137。

如图4b所示，镊子133具有借助于固定的轴杆构件139由支架131支撑的头部133a。固定的轴杆构件139上形成有螺纹。镊子133的头部133a通过调节件141接合于固定的轴杆构件139的螺纹。因此，相应于调节件141的旋转，镊子133可以沿箭头X指示的方向运动。

如图4b所示，在支架131的两侧板的下端分别设置所述张开角度控制器143和往复移动器135，从而可控制镊子133的夹紧部133b的张开角度。镊子133的夹紧部133b的左夹通过张开角度控制器143固定。而且，该夹紧部的张开角度由张开角度控制器143限制在一指定范围。往复移动器135对夹紧部133b的右夹施加压力，使得夹紧部133b之间的距离增加或减少。如图4a所示，镊子133的夹紧部133b具有分别形成在其下端内侧的槽H和H’，使得探针易于由所述夹紧部夹住。

往复移动器135是活塞设备，其通过空气压缩器C操作或者通过螺线管(图未示)电动操作。这里未描述该往复移动器的详细构造。往复移动器135的操作通过设置于其一侧的按钮开关S来实现。可以安装一个附加的阻尼器(图未示)来控制往复移动器135的运行速度。

探针固定单元130可以进一步具有一个连接于支架的台架(图未示)，使该台架在第二支撑件上竖直滑行。此时，无需操作台架单元110即可使探针固定单元130向上移动，从而当各探针连结后通过镊子夹住新的探针。

光源单元150可动地设置在安装件104上。光源单元150具有激光源。因此，通过透镜发出激光束使得基底和探针之间的连结操作通过所产生的热量来实现。

根据本发明的具有上述构造的探针定位和连结设备的操作如下所述：将环氧树脂涂敷到探针卡基底的表面而形成一环氧树脂层。在台架单元110降低一指定距离后，将基底放置在台架单元110的旋转台架117的上表面。将探针插入到镊子133的槽H和H’，且随后操作开关S而将该探针固定到镊子。因此，固定到镊子133的探针的下端连接到将要连结探针的基底的指定部分。此过程中，台架单元110的移动台架111、113和115、以及旋转台架117布置在指定位置处和并处于指定方向。操作光源单元150使得所产生的激光发射至连接探针的基底。基底表面上的环氧树脂由于所发射的激光而熔化。因此，得以连结探针。对每一探针重复执行上述工序。以此方式制造探针卡。

现在参考图5对上述的探针连结工序进行更为详细的描述，该图是说明根据本发明的优选实施例的探针连结方法的流程图。

步骤1是由台架单元110和显微镜130实施的处理步骤。具体地，步骤1是将连结探针的基底置于台架单元110上，以及通过对设置在台架单元110上的基底的聚焦操作而将基底布置并固定在台架单元110上，同时通过显微镜130检验基底的位置的步骤(S101)。

步骤2是将在步骤1中将基底固定于其上的台架单元110退出到非工作位置以提供探针供给操作所用的工作空间的步骤(S103)。

步骤3是使用由实施步骤2所执行的工序提供的空间将探针供至探针固定单元130的镊子133而固定探针的步骤。具体地，步骤3包括：利用探针固定单元130的镊子133保持探针，同时将该探针维持在一指定角度的步骤(S105)；以及控制镊子133的往复移动器135和张开角度控制器143而使由探针固定单元130所固定的探针的尖端置于形成在显微镜130的物镜处的交叉线上以布置探针的步骤(S107)。

步骤4包括：将在步骤2中退出到非工作位置以提供探针供给操作空间的台架单元110装载到可进行台架单元110的操作的原位置的步骤(S109)；以及在三维坐标的x和y平面调节已装载到原位置的台架单元的位移和旋转角度以将由镊子133固定的探针精确放置到将要连结探针的基底的坐标处的步骤(S111)。

步骤5是由台架单元110处理的步骤。具体地，步骤5是控制台架单元110的竖直位移以精确地将该台架单元定位于用于探针连结的基底高度的步骤(S113)。

步骤6是由光源单元150处理的步骤。具体地，步骤6是发射一激光束到在步骤5中精确定位的基底和探针的连接部分以将该探针连结到基底上要连结的位置的步骤(S115)。

步骤7是由探针固定单元130处理的步骤。具体地，步骤7是停止对往复移动器135供应动力一即电或空气，以将由镊子133保持的已连结的探针从探针固定单元分离的步骤(S117)。

步骤8是连续重复在步骤1到7(S119到S121)所实施的组装步骤的步骤。在步骤8中，检验是否还有要连结的探针或要连结的基底以确定是否重复实施该组装步骤。

根据上述的探针连结方法，通过连结工序将多个探针组装到一个探针卡，借此制成探针卡。

与现有技术不同，采用所述的探针定位和连结设备以及探针连结方法无需高温加热整个基底即可使探针得以连结。因此，基底的材料不受限制。具体地，该基底的材料不局限于陶瓷。例如，基底可以使用合成树脂。并且，即使在探针卡中的探针布置改变时也无需更改该连结设备或者连结方法。因此，连结设备和方法的兼容性是很突出的。而且，由于通过显微镜检验该探针连结工序，减少了在探针连结工序中产生的错误。

工业实用性

由上述描述易知，本发明提供一种探针定位和连结设备以及一种探针连结方法，其可以在常温使用各种材料来制造探针卡，减少了探针卡的成本，且最小化了由于热膨胀和热收缩引起的残余应力对探针的损坏。

而且，即使当待测试元件的衬垫布置改变时，探针卡仍然易于制造。

虽然这里出于说明性目的公开了本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员可以理解，在不背离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的前提下，可以进行多种修改、添加和置换。

Claims (10)

1.一种探针定位和连结设备，包括：

台架单元，其设置于工作台上；

显微镜，其设置于所述台架单元之上方，同时由一个设置在所述工作台上的第一支撑件支撑；

探针固定单元，其设置于所述台架单元之上方、所述显微镜之下方，同时由一个设置在所述工作台上的第二支撑件支撑；以及

光源单元，其由一个设置在所述工作台上的第三支撑件支撑，所述光源单元朝向所述台架单元的上部设置。

2.根据权利要求1所述的设备，

其中，所述台架单元包括：一个x轴移动台架、一个y轴移动台架、一个z轴移动台架以及一个旋转台架，所述旋转台架绕z轴旋转，以及

其中，所述的x轴移动台架、y轴移动台架、z轴移动台架以及旋转台架从底部向顶部叠置成竖列式。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述探针固定单元包括：

用于保持所述探针的镊子；

具有由空气或螺线管驱动之活塞结构的往复移动器，其用于操作所述镊子；以及

用于支撑所述镊子和往复移动器的支架。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述探针固定单元进一步包括连接于所述支架的z轴移动台架，所述z轴移动台架在所述第二支撑件上是可滑移的。

5.根据权利要求3所述的设备，

其中，所述探针固定单元进一步包括：用于沿x方向调节镊子位置的调节件；用于将镊子的张开角度限制于一指定界限的张开角度控制器；以及，连接于所述支架的z轴移动台架，所述z轴移动台架在所述第二支撑件上是可滑移的，以及

其中，所述镊子具有分别形成在其下端内侧的槽。

6.根据权利要求1、2、4和5中任一项所述的设备，其中，所述光源单元是一个激光产生器。

7.一种探针连结方法，包括：

步骤1，将其上指定区域涂敷有连结剂的基底置于台架上，以及操作所述台架而将所述基底的指定点置于具有固定位置的显微镜的焦点上；

步骤2，将所述探针固定地置于所述显微镜的焦点上而使所述探针接触所述基底上的指定点；以及

步骤3，发射激光束到所述指定点和探针的连接部分以将探针连结到基底上，

其中，通过连续重复实施步骤1至3将多个探针连结到基底上，而使具有指定排列的探针形成在所述基底上。

8.根据权利要求7所述的方法，

在所述的步骤1和步骤2之间进一步包括将所述台架从所述显微镜的焦点退出以提供探针供给操作所用空间的步骤，

其中，将所述退出的台架在步骤2装载至显微镜的焦点，使得所述基底的指定点连接于所述探针的一端。

9.根据权利要求8所述的方法，

在所述步骤2之前进一步包括将所述探针固定到设置在显微镜的焦点上的探针固定单元的指定部分而使所述探针放置在显微镜的焦点上的步骤，以及

在所述步骤3之后进一步包括从所述探针固定单元的指定部分释放已连结的探针的步骤。

10.根据权利要求7所述的方法，

其中，将所述探针固定到置于显微镜的焦点上的探针固定单元的指定部分，以在步骤2将所述探针安置在显微镜的焦点上，使得所述探针连接于所述基底上的指定点，

在所述步骤3之后，该方法进一步包括从所述探针固定单元释放已连结的探针的步骤。

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