CN1950709B - 对器件的探查 - Google Patents

Abstract

将电子器件移到第一位置使该电子器件的端子靠近用于与端子电接触的电极。然后电子器件水平或对角线地移动，使端子与电极相接触。然后通过探针向该电子器件往返传送测试数据。

Description

对器件的探查

技术领域

本发明一般涉及对器件的探查。

背景技术

尽管本发明一般可应用于探查任何器件，但本发明特别适用于探查集成电路以测试该电路。众所周知，集成电路通常被制造为半导体晶片上的多个管芯。图1示出了典型的测试系统100，用于测试这种半导体晶片124。如图1所示的示例性测试系统包括测试器102、测试头118、探针卡106以及探针器120。

半导体晶片124置于通常能在“x”、“y”和“z”方向上移动的卡盘(也通称为平台)114上。卡盘114还能旋转(例如“θ”方向)并倾斜，并且还能作其它运动。一旦半导体晶片124置于卡盘114之上，卡盘通常就在“x”、“y”和/或“θ”方向上移动使晶片124的管芯(未示出)上的端子与探针卡106上的探针108对准。然后卡盘114通常将晶片124沿“z”方向向上移动，从而使端子与探针108接触。一个或多个照相机122可有助于对准端子和探针，并确定探针108和端子之间的接触。

一旦管芯(未示出)的端子与探针108接触，可以是一计算机的测试器102就产生测试数据。该测试数据通过一个或多个通信链接104与测试头118通信。测试数据通过互连116(例如pogo弹簧针)从测试头118传送到探针卡106，最后通过探针108传送到管芯(未示出)的端子。由管芯产生的响应数据反方向地通过探针卡106、通过互连116、通过探针头118、通过通信链接104从探针108传送到测试器102。

图2A-2C示出晶片124移动成与探针卡106相接触。如上所述并如图2A所示，晶片124的一个或多个管芯202a的端子220与探针卡106的探针108对准。然后卡盘114将晶片124向上移动使管芯202a的端子220与探针108接触，如图2B所示。如图2C所示，卡盘114通常会将晶片124移到超过与端子220的第一接触(超过第一接触的移动常常称为“超程”)。这通常会挤压探针108。结果探针108对端子220施加的弹簧力有助于在探针和端子之间建立相当低阻抗的电连接。此外，探针108常常在受挤压时擦过端子220的表面。这种刮擦动作易于使探针108的端部擦破端子220上的任何氧化物或其它膜，再次有助于在探针和端子之间建立相当低阻抗的电连接。

如所预期的，探针108的挤压和刮擦动作导致探针的受力和应力，这可削弱、损坏或降低探针108的使用寿命。此外，探针108向端子220施加的力可损坏端子220和/或晶片124。包含低介电“k”材料的晶片124特别易受这样的损坏。一般而言，探针108和端子220之间的摩擦力越大，这种受力和应力可能就越大。实际上，摩擦力可能会过早地终止探针108端部在端子220上的刮擦。例如，如果探针108插入端子220过深、或者如果探针端部被端子表面上的参差挡住，就会发生这样的情况。如果探针108端部过早地停止其刮擦动作，则探针上的受力和应力会变得特别大(因此特别可能导致损坏探针、端子和/或晶片)。尽管探针108会插入任何类型的端子204，但探针108特别易于插入由软材料制成的端子(例如焊球或铝端子)、或者具有粗糙表面的端子(例如铜端子)。本发明的各个实施例可降低探针中的应力，以及由探针施加的和对探针施加的力。本发明的一非受限优点在于在探针和端子通过刮擦动作接触时降低或置换它们之间相对运动的垂直分量，这减少了探针的受力和探针内的应力。

发明内容

本发明一般涉及对器件的探查，尤其可应用于探查电子器件(例如半导体器件)以测试该器件。在一实施例中，将电子器件移到第一位置使该电子器件的端子靠近用于与端子电接触的相邻电极。然后电子器件水平或对角线地移动，使端子与电极相接触。

附图说明

图1示出一示例性的现有技术半导体测试系统。

图2A-2C示出图1所示的示例性测试系统的一部分的操作。

图3示出一示例性测试系统。

图4示出用于探查一半导体器件的示例性过程。

图5A-5C示出图4过程的一示例性应用。

图6A-6C示出图4过程的另一示例性应用。

图7示出图4过程的经改进示例性应用。

图8A和8B示出用于探查一半导体器件的另一示例性过程。

图9A和9B示出用于探查一半导体器件的又一示例性过程。

图10A和10B示出具有多个端部的示例性探针。

图11A-11C示出探针相对于多个端子的示例性定位和移动。

图12示出另一个示例性测试系统。

图13A-13C示出用于探查一半导体器件的再一示例性过程。

具体实施方式

本发明涉及对器件的探查。本说明书描述本发明的各个示例性实施例和应用。然而，本发明并不限于这些示例性实施例和应用，也不限于各示例性实施例和应用操作或在此所述的方式。

图3示出一示例性半导体测试系统400。测试系统400仅是示例性的；可使用其中任何类型的探针与另一器件相接触的其它系统。这些系统的非排他性示例包括：用于测试封装或非封装半导体器件的插座、或其中探查半导体器件(封装或非封装的、单体的或非单体的、切割的或晶片形式的)的任何类型的测试系统。作为另一示例，可使用其中探针与一些种类表面相接触的任何系统。当然，即使使用了半导体晶片测试系统，也可使用与图3所示的示例性测试系统400不同的半导体测试系统。可测试的电子器件的非限制性示例包括：半导体晶片、半导体器件、半导体器件封装、多个半导体器件的封装、从半导体晶片单取(singulate)的半导体管芯、多个从半导体晶片单取的半导体管芯、印刷电路板、以及诸如空间变压器的有线陶瓷衬底。另一个示例是包括印刷线路层、半导体器件、以及线路层与半导体器件之间的连接。

图3所示的示例性半导体测试系统400基本上与图1所示的测试系统100相似。即，示例性测试系统400包括测试器402、一个或多个通信链接404、探针器420、测试头418、探针卡406、以及探针卡和测试头之间的互连416，它们通常全部与参照图1所述的类似元件相似。探针器420可包括各种元件，诸如基本上可与图1所示的照相机122相似的一个或多个相机422。

探针卡406可以是任何类型的探针卡，非限制地包括如美国专利No.5,974,662或6,509,751所示的探针卡组件，这些专利通过引用全部结合于此。探针408可以是任何类型的探针，非限制地包括针状探针、压曲梁式探针(例如“CORBA”探针)、凸块、杆、以及弹簧探针。弹簧探针的非排他性示例包括美国专利No.5,917,707、6,255，126、6,475,822和6,491,968；以及美国专利申请公开No.2001/0044225A1和美国专利申请公开No.2001/0012739A1中所述的弹簧探针。前述专利和专利申请通过引用全部结合于此。

如图3所示，测试系统400还包括用于控制卡盘414的移动的控制器430。为方便起见(而非用作限制)，图3中的方向使用“x”、“y”、“z”和“θ”坐标系统标识，其中“z”方向是相关于图3的垂直方向(上或下)，“x”方向是页面的水平向内或向外，“y”方向也是水平的但是图3中的向右或向左，而“θ”是旋转。

控制器430可以是用于控制卡盘414的移动的任何适当控制器。如图3所示的控制器430是基于微处理器的控制器。如图所示，控制器430包括数字存储器432、微处理器434、输入/输出仪器436、以及输入/输出端口438。数字存储器432可以是任何类型的存储器，包括电子存储器、光学存储器、磁性存储器、或前述存储器的组合。仅作为两个示例，数字存储器432可以是只读存储器，或者数字存储器432可以是磁盘或光盘与随机存取存储器的组合。微处理器434执行存储在数字存储器432中的指令(例如软件或微码)，并且输入/输出仪器436控制电信号向控制器430的输入和出自控制器430的输出。经由端口438接收所输入的数据并输出所输出的数据。用于控制卡盘414的移动的控制信号在经由端口438输出的数据之中。这些软件或微码可被配置成控制本文所述的卡盘移动。

控制器430可以是如图3所述的单机实体。或者，控制器430可包含在探针器420内。实际上，典型的探针器包括用于移动卡盘414的基于微处理器的控制系统，且控制器430可包括用软件或微码配置成执行本文所述卡盘移动的这种现有控制系统。当然，控制器430可置于系统400的其它元件中，或者可分布于系统400的一个或多个元件中。

然而，控制器430无需是基于微处理器的。实际上，可使用用于控制卡盘414的移动的任何系统。控制器430实际上可包括操作人员用来手动移动卡盘414的手动机构。

图4和图5A-5C示出使用图3所示测试系统400来测试半导体晶片424的一示例性过程。如图4和5A所示，要测试的晶片424置于卡盘414之上(步骤502)。如图4和5B所示，然后卡盘414移动晶片424使晶片424上的端子620进入横向靠近探针408的端部636的位置(步骤504)。作为一个示例，并如图5B所示，端子636可放置成探针408的端部636不接触晶片424，但却仍然置于端子620的上表面之下。当然，晶片424也可保持固定而探针408可移动，或者晶片424和探针408都可移动。在图3所示系统中，在控制器430中运行的软件可经由I/O端口438发出控制卡盘414的移动的命令。

照相机422可用来确定探针408的端部636相对于晶片424的位置。可任选地，对准部件634可包括在探针408的平板632上，有助于确定端部636的位置并对准。示例性对准部件的使用如美国专利申请公开No.2003/0013340A1中所述，该申请通过引用全部结合于此。如图4和5C所示，探针408的端部636水平地移动以与端子620接触(步骤506)。端子620可压向探针408使探针变形，如图5C所示。或者，移动可使探针408的端部跳上端子620的表面。

应当注意，步骤506的水平移动之后可以是一些其它类型的移动。例如，垂直或垂直上下的移动可实现成确保在探针和晶片之间建立相对较高的力连接。其它或附加的移动是可能的，包括进一步的水平移动。

仍然参看图4和5A-5C，因为探针408与端子620相接触，所以测试信号通过探针卡408提供给终端，并且由附于端子上的管芯产生的响应数据通过某些探针408读出(步骤508)。例如，这种测试信号可由测试器402产生。一旦测试完成，探针408和端子620就彼此分开不作接触(步骤510)。再一次，在诸如图3所示的系统中，卡盘414在探针卡406保持固定时移动晶片424。用来使探针408和端子620彼此不相接触的移动路径或方向并不重要，并且可使用任何路径或方向。适当路径的非限制示例包括：用来使晶片424与探针408相接触的移动的逆向移动，即在“z”方向上移动晶片离开探针；与所测试器件的类型和该器件的连续使用一致的移动。控制器430可被配置成使用任一这些或其它方法移动晶片524使之离开探针508，并且控制器430可通过执行软件和发出控制卡盘414移动的控制信号来这样做。然后可重复步骤502-510，直到已测试了晶片424上的全部或至少一部分管芯。

端子620可以是任何类型的端子，包括如图5A-5C所示的非限制扁平端子、以及其它形状的端子，诸如图6A-6C所示的球状端子(例如焊球)。图6A-6C示出图4所示过程的一示例性应用，其中晶片424上的端子720是球状的。否则，图6A-6C所示的过程通常可与图5A-5C所示过程相似。

图7示出图4所示过程的一示例性变体。如图7所示，在晶片424置于卡盘上之后，移动卡盘414以将晶片424置于位置1290中，其中晶片424上的端子620开始时置于与探针408对角相邻的位置1290处。如图7所示，卡盘414沿对角线移动到与探针408的端部636接触。当然，端子620可以是任何类型的端子，包括非限制的球状端子，诸如图6A-6C所示的端子720。

图8A和8B示出图4所示过程的另一示例性变体。如图8A所示，晶片424的端子1020开始时置于探针408之下。还如图8A所示，探针端部636的斜面或边缘638与端子1020的角边缘1022对准。然后，如图8B所示，卡盘414将晶片424向上移动到与探针端部636接触。当端子1020的角边缘1022与探针端部636相接触，并沿其斜面或边缘638滑动时，探针408如图8B所示地弯曲，产生探针端部636与端子1020之间的压力接点。可任选地，端部636从平板632延伸的距离可比端子1020距离晶片424表面的高度小。这样，平板432可用作一挡块，防止端部636接触晶片424的表面。

图9A和9B示出图8A和8B所示的示例性过程的一个变体。如图所示，图9A和9B中的晶片424具有圆形端子1120。如图9A所示，晶片424的端子1120置于探针408之下。较佳地，探针408的端部636偏离中心地与端子1120对准。然后，卡盘414将晶片424向上移动到与探针端部636接触，如图9B所示。在探针端部636接触到端子1120之后，探针端部沿该端子的外围滑动，这可使探针408如图9B所示地弯曲，从而产生探针端部636与端子1120之间的压力接点。

图10A和10B示出探针408的使用，其中两个触点836a、836b置于探针408的平板832之上，这些触点对圆形端子820特别有利。(图10示出晶片824的部分仰视图，其中剖视图示出探针408的底部和端子820的一部分。)两个(或多个)端部836a、836b在“抓取”圆形端子820时特别有用。

各探针的各个端部可具有多个接触部件，并且这些接触部件可交替地用于接触一端子。例如，图11A和11B中的探针908具有截顶金字塔形端部936，其中具有4个面940a-940d(参见图11A)和4条边942a-942d(参见图11B)。(在图11A和11B中，晶片924的一部分被切去使探针端部936和端子920的各部分可见。)如图11A所示，面940a-940d的任一个都可与端子920接触。在图11A所示示例中，每个面940a-940d都是一个接触部件。面940a-940d任选地可以是圆形。或者(或此外)，如图11B所示，任一条边942a-942d都可接触端子920。因而，在图11B中，边942a-942d是接触部件。当然，面940a-940d和边942a-942d可接触，并且各探针908在图11A和11B所示示例中可具有8个接触部件。可使用其它形状的端部，包括非限制圆形端部。

图11C示出清洗探针之间的时间可通过使用具有多个接触部件的端部，诸如图11A和11B中的端部936来延伸的过程。(众所周知，碎屑在端子与探针接触并解除接触时会堆积在探针端部。)如图11C所示，在步骤992选择探针的多个接触部件之一。例如，可选择图9B中端部936的边缘942a。然后晶片的测试在步骤994继续。该测试涉及重复将一序列端子移动到与探针端部936接触和解除接触。每当晶片端子与探针接触时，步骤992上选择的接触部件与端子相接触。例如，如果在步骤992选择端部936的边缘942a，则端部936的边缘942a在步骤994期间与端子相接触。在端子与探针接触和解除接触预定次数之后，在步骤996确定是否已使用了探针的所有接触部件。预定次数可是任何数量；例如，预定次数可以是两次清洗之间该探针的接触次数。或者，不执行将端子和探针之间接触预定次数的步骤994，可执行步骤994直到探针和端子之间的接触阻抗超过预定阈值。如果在步骤996确定为否，则过程返回到步骤992，其中选择多个接触部件中的一不同部件。例如，如果开始时在步骤992选择了边缘942a，则可选择边缘942b。然后，重复步骤994，但此时新选择的接触部件(例如边缘942b)在步骤994与晶片端子相接触。在如上所述与端子的预定次数接触之后，重复步骤996。如果在步骤996确定已全部使用了探针的所有接触部件，则在步骤998清洗探针端部。例如，如果在步骤996确定已选择了端部936的全部4条边942a-942d并将其用于与端子相接触，则在步骤992清洗端部936。然后，当测试新晶片时重复整个过程。

图12示出一示例性测试系统1200，其中探针卡406能在“x”、“y”、“z”和“θ”方向上移动。当然，可允许仅在这些方向之一、或这些方向的两个方向的组合上移动。(与以上的图3一样，图12中的方向使用“x”、“y”、“z”和“θ”坐标系统标识，其中“z”方向是相关于图12的垂直方向(上或下)、“x”方向是页面的水平向内或向外，“y”方向也是水平的但却是图12中的向右或向左，且“θ”方向是旋转。然而，这些方向是为方便起见采用的，而不是限制。)

图12所示的示例性测试系统基本上与图3所示的测试系统400相似。但是，图12所示的示例性测试系统1200包括第一导轨1204，它用滚轴1208附于探针卡406上，从而使探针卡406在图12所示的“y”方向上移动。导轨1202和滚轴1206使探针卡406能在“x”方向上移动，并且伸缩和旋转驱动器1210使探针卡406能在“z”和“θ”方向上移动。马达(未示出)或其它驱动器(未示出)影响探针卡的这种移动。控制器1230通常可与图4所示的控制器430相似，但可被更改成发出移动卡盘414和探针卡406的控制信号。(卡盘414可与图1的卡盘114相似。)当然，卡盘414可保持固定，而仅移动探针卡406。经更改包括探针卡406的移动的本文所述的示例性过程可用类似于图12所示系统来实现。

图13A-13C示出探针1308上的两个接触部件1334、1338被配置成与晶片424的端子422连续接触的一个示例性过程。即，探针1308包括第一接触部件1338和第二接触部件1334。这些接触部件1334、1338被配置成置于探针1308上，从而晶片424通过卡盘414的特定移动使第一接触部件1338与端子422接触，然后第二接触部件1334与端子422接触。

在图13A-13C所示的示例中，第一接触部件1338是有些细长的，而第二接触部件1334是针尖状的。如图13A所示，卡盘414开始时将探针1308定位于接近晶片424的端子422。如图13B所示，卡盘414移动晶片424使各探针1308的第一接触部件1338接触端子422。如图13C所示，卡盘414继续移动晶片424，使探针1308(可以是柔性和/或弹性的)弯曲，并使第二接触部件1334与端子422接触。在图13C所示示例中，第二个触点1334瞄准并刺到端子422，从而刺入端子表面上的任何氧化物或其它杂质。

接触部件1334、1338的特定配置和图13A-13C所示的晶片424的移动仅是示例性的。可在探针上使用任何数量、形状和方位的接触部件，并且可实现任何移动模式以导致探针上接触部件与端子的期望顺序的接触。

显而易见，在本文所述的端子与探针端部相接触的所有示例性过程中，在建立接触之后端子的进一步移动是可能的。例如，端子与探针接触之后端子相对于探针端部的进一步上下移动和/或进一步水平前后移动可降低探针和端子之间的接触电阻。可任选地，探针和端子之间的接触电阻可受到监视，并且卡盘的移动可自动控制成接触电阻总是小于预定阈值。

本文所述的任一过程可在诸如图3或12中所示示例性测试系统的测试系统中实现。如本文中所述，在此所述的过程可用其中探针与对象相接触的其它系统实现。此外，在任一这种系统中，探针和/或对象的移动可用存储在存储器中并在处理器(例如如图3所示)上实现的软件实现。或者，这种移动的控制可使用电路或软件和电路的组合来实现。

尽管已在特定示例性实施例的上下文中示出并揭示了本发明的原理，但可对所公开的实施例作出各种更改。例如，前面的描述将复合移动的分量称为“垂直”和“水平”移动分量。术语“垂直”和“水平”是相对的，并且相反可使用其它方向分量。作为另一个示例，水平移动可包括与线性移动不同的移动。例如，水平移动可包括水平平面(即“x，y”)中的旋转。作为又一个示例，尽管本文所述的示例性实施例探查一半导体器件，但本发明并不受限于此。相反，本发明可用于探针与对象相接触的任一系统中。许多其它变体是可能的。

Claims (22)

1.一种探查电子器件的方法，所述电子器件具有一个表面和在该表面上的多个端子，所述方法包括：

将所述电子器件和多个探针定位为使所述多个探针邻近于所述多个端子中的一些端子的第一相对位置；以及

实现所述电子器件和所述探针的相对移动，该相对移动导致所述电子器件和所述探针处于所述探针中的一些探针物理接触所述端子中的一些端子的第二相对位置，

其中：

所述相对移动包括与所述电子器件的所述表面平行的第一方向分量，

所述多个端子中的一些端子从所述电子器件的所述表面延伸距离“d”，以及

定位所述电子器件和多个探针包括：将所述多个探针的接触部分置于距离所述电子器件的所述表面比所述距离“d”更近处。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述端子包括扁平焊盘。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述端子包括局部球形。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述探针包括多个端部。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相对移动还包括与所述电子器件的所述表面垂直的第二方向分量。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述探针中的一些探针与所述端子的一些端子接触时测试所述电子器件。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子器件包括一半导体器件。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子器件包括一半导体晶片。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子器件包括用于半导体器件的封装。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子器件包括多个半导体器件的封装。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子器件包括一半导体管芯。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子器件包括多个半导体器管芯。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子器件包括印刷电路板。

14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子器件包括陶瓷空间变压器。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子器件包括：

线路板；以及

与所述线路板电连接的多个半导体器件。

16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实现相对移动包括以单一方向移动所述探针或所述电子器件中的至少一个，而不改变该单一方向。

17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实现相对移动包括以从所述第一相对位置到所述第二相对位置的直线方向移动所述探针或所述电子器件中的至少一个。

18.一种用于控制探针的控制器，包括：

用于产生第一信号，以将一电子器件和多个探针定位为使所述多个探针邻近于所述电子器件的多个端子中的一些端子的第一相对位置的装置；以及

用于产生第二信号，以实现所述电子器件和所述探针的相对移动，以将所述电子器件和所述探针处于所述探针中的一些探针与多个端子中的一些端子物理接触的第二相对位置的装置，

其中所述相对移动包括与所述电子器件的表面平行的方向分量，以及

其中所述多个端子从所述电子器件的一个表面延伸距离“d”，且产生第一信号包括将所述探针的端部的接触部分置于距离所述电子器件的所述表面小于所述距离“d”处。

19.如权利要求18所述的控制器，其特征在于，各个所述探针包括多个端部。

20.如权利要求18所述的控制器，其特征在于，所述第二信号以单一方向移动所述探针或所述电子器件中的至少一个，而不改变该单一方向。

21.如权利要求18所述的控制器，其特征在于，所述第二信号以从所述第一相对位置到所述第二相对位置的直线方向移动所述探针或所述电子器件中的至少一个。

22.如权利要求18所述的控制器，其特征在于，所述第一信号和第二信号控制一卡盘的移动，所述电子器件放置在卡盘上，所述探针不移动。

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