CN203949945U - 主动式探针装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种主动式探针装置，所述的主动式探针装置可提升一待测电路的可测试带宽，所述的主动式探针装置包含有一电路板；至少一探针，固定于该电路板的一第一面，用来对该待测电路进行探测；至少一连接件，电性连接至该至少一探针；以及一放大电路，形成于该电路板上，并耦接于该至少一连接件，用来放大该待测电路的一输入信号或一输出信号。

Description

主动式探针装置

技术领域

本实用新型涉及一种探针装置，尤指一种可提升测试带宽的主动式探针装置。

背景技术

一般而言，制作完成的晶圆(wafer)会经过测试，以判断半导体组件是否可正常运作。于晶圆测试阶段中，主要是以探针卡(probe card)、针测机(prober)与测试机(tester)对晶圆上的晶粒进行电性测试。探针卡是一片具有许多微细探针的卡片，作为测试机与待测半导体组件的测试接口。针测机负责把一片片的晶圆，精准地移动到探针卡的正确位置，使探针卡上的探针接触到晶粒所对应的接垫(pad)。然后再由测试机通过探针卡送出测试信号，以测试半导体组件的功能、参数与特性。

由于近年来晶圆级封装(wafer-level package)、高频电路及三维集成电路(3D IC)的应用迅速成长，使得高速及射频测试的晶圆测试(Wafer probingor Chip probing，CP)需求增加。然而，在高速电路的测试中，探针的特性相当于寄生电感，且高速的测试信号需经过探针卡上相当长的信号路径才可传送至待测半导体组件中，因此当高速的测试信号到达待测半导体组件时，已变得相当微弱。

另一方面，随着电子产品越来越省电的趋势，待测半导体组件的驱动能力越来越低。因此，待测半导体组件送出的信号在经过探针卡上的信号路径及探针后将会具有许多抖动噪声，而降低了测试机的精确度，缩小了可测试带宽。

有鉴于此，如何提升待测半导体组件的可测试带宽，以解决高速电路的测试问题，实为本领域的重要课题之一。

实用新型内容

本实用新型的目的之一即在于提供一主动式探针装置，利用探针卡上的主动电路组件提升一待测电路的可测试带宽，以加速测试流程，并提升测试机的精确度，而适用于高速及射频测试。

本实用新型公开了一种主动式探针装置，可提升一待测电路的可测试带宽。该探针装置包含一电路板；至少一探针，固定于该电路板的一第一面，用来对该待测电路进行探测；至少一连接件，电性连接至该至少一探针；以及一放大电路，形成于该电路板上，并耦接于该至少一连接件，用来放大该待测电路的一输入信号或一输出信号。

附图说明

图1为本实用新型实施例一测试系统10的示意图。

图2为本实用新型实施例一主动式探针装置200与一待测电路12的示意图。

图3为本实用新型实施例另一主动式探针装置300与一待测电路12的示意图。

图4为本实用新型实施例另一主动式探针装置400与一待测电路12的示意图。

图5为本实用新型实施例一放大电路50的示意图。

图6为本实用新型实施例一放大电路60的示意图。

图7为本实用新型实施例一放大电路70的示意图。

图8为本实用新型实施例一放大电路80的示意图。

图9为本实用新型实施例一放大电路90的示意图。

图10为本实用新型实施例一放大电路11的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10                            测试系统

20、30、40、50、60、70、80、  放大电路

90、11

100、200、300、400            主动式探针装置

120                           测试机

140                           针测机

12                            待测电路

102、202、302、402            电路板

104                           固定单元

106                           探针

108、108A、108B               连接件

S1                            第一面

S2                            第二面

312A、312B                    贯孔

412                           孔洞

INP、INPP、INPN、INP1P、INP1N 输入端

OUT、OUTP、OUTN、OUT1、       输出端

OUT2、OUT1P、OUT1N、OUT2P、

OUT2N

VIH、VIL、VCC、VCC            电压

R1、R2、R3、R4                电阻

具体实施方式

请参考图1，图1为本实用新型实施例一测试系统10的示意图。测试系统10包含一主动式探针装置(active probe card)100、一测试机(tester)120及一针测机(prober)140，以测试一待测电路12(例如一晶圆)的功能、参数与特性。主动式探针装置100可提升待测电路12的可测试带宽，其包含一电路板102、至少一固定单元104、至少一探针106以及至少一连接件108。电路板102具有二面，第一面S1朝向待测电路12，第二面S2朝向测试机120。连接件108电性连接至探针106。固定单元104用来将探针106固定于电路板102的第一面S1，以对待测电路12进行晶圆测试(Wafer probing or Chipprobing，CP)。电路板102上形成一放大电路(未显示于图1中)，耦接于连接件108，用来放大待测电路12的一输入信号或一输出信号。如此一来，高速的测试信号由测试机120产生，经过主动式探针装置100上的放大电路，可将测试信号进行电压或电流放大，形成驱动能力较大的输入信号，以输入待测电路12中。另一方面，待测电路12送出的输出信号在经过主动式探针装置100上的放大电路后提升了信号的电流噪声比，降低噪声对测试结果的干扰。因此，测试系统10可具有较大的测试带宽及较佳的测试精确度，并且提升了测试速度。

详细来说，放大电路是形成于主动式探针装置100的电路板102上，大致距离探针106最近的地方。放大电路的一输出端或一输入端与所连接的探针106之间的距离大致上应小于10公分，以得到较佳的放大效果。请参考图2，图2为本实用新型实施例一主动式探针装置200与待测电路12的示意图。主动式探针装置200用来实现测试系统10的主动式探针装置100，故相同组件沿用相同符号表示。在主动式探针装置200中，一放大电路20形成于电路板202的第一面S1上，接近探针106固定处的地方。由于放大电路20与探针106皆在电路板202的第一面S1上，因此连接件108可直接电性连接探针106与放大电路20的输出端或输入端。

在一些实施例中，放大电路与探针可设置于电路板的不同面。请参考图3，图3为本实用新型实施例一主动式探针装置300与待测电路12的示意图。主动式探针装置300用来实现测试系统10的主动式探针装置100，故相同组件沿用相同符号表示。在主动式探针装置300中，一放大电路30形成于电路板302的第二面S2上，大约位于探针106的正上方。电路板302具有贯孔(Via)312A、312B，连接件108A、108B分别电性连接贯孔312A、312B于电路板302的第一面S1的一端，而放大电路30电性连接贯孔312A、312B于电路板302的第二面S2的另一端。在另一实施例中，可使用同轴电缆取代贯孔，以得到较佳的高频电气特性。请参考图4，图4为本实用新型实施例一主动式探针装置400与待测电路12的示意图。主动式探针装置400用来实现测试系统10的主动式探针装置100，故相同组件沿用相同符号表示。在主动式探针装置400中，一放大电路40形成于电路板402的第二面S2上，大约位于探针106的正上方。电路板402具有一孔洞412，在此情况下，连接件108可为一同轴电缆，贯穿设于孔洞412中，且一端连接至一探针106，而另一端连接至放大电路40。

需注意的是，本实用新型是在探针卡的电路板上形成一放大电路，以放大测试信号的电压或电流，进而提升待测电路的可测试带宽。本领域的技术人员当可据以做不同的修饰，而不限于此。举例来说，本实用新型的应用不限于探针的型式，悬臂梁式(Cantilever)探针、薄膜式(Membrane)探针、弹簧探针、微机电探针(MEMS Probe Card)的探针卡皆可采用本实用新型的设计而提升待测电路的可测试带宽。再者，固定单元是用于将探针固定于主动式探针装置的电路板上，其材料可为陶瓷材料或电气绝缘性塑料材料，但其他不影响探针的电气特性的材料亦可用来实现固定单元。

本实用新型的放大电路是用于放大测试信号的电压或电流，因此只要是具有放大电压或电流功能的电路设计皆可经过适当地设计而应用于本实用新型的主动式探针装置上。请参考图5，图5为本实用新型实施例一放大电路50的示意图。放大电路50适用于前述实施例(如放大电路20、30、40)，其为一驱动芯片，包含一输入端INP及一输出端OUT。放大电路50可用于放大待测电路12的输入信号及/或待测电路12的输出信号。更具体地说，当需要将待测电路12的输入信号放大时，可将设置于主动式探针装置100(或200、300、400)的放大电路50的输入端INP耦接至测试机120的一测试信号输出端，而将设置于主动式探针装置100的放大电路50的输出端OUT耦接至一连接件108，经由一探针106，使得测试信号的电压或电流放大，进而增加待测电路12的输入信号的驱动能力。另一方面，当需要将待测电路12的输出信号放大时，可将设置于主动式探针装置100的放大电路50的输出端OUT耦接至测试机120的一测试信号输入端，而将设置于主动式探针装置100的放大电路50的输入端INP耦接至另一连接件108，该另一连接件108经由另一探针106探测得到待测电路12送出的输出信号，因此待测电路12送出的输出信号经过电压或电流放大后，提升了信号的电流噪声比，降低噪声对测试结果的干扰。于主动式探针装置100上亦可设置一至多组放大电路50，以根据量测需求决定耦接连接件108与测试机120的方式。

请参考图6，图6为本实用新型实施例一放大电路60的示意图。放大电路60适用于前述实施例(如放大电路20、30、40)，其包含一单端运算放大器，以将待测电路12的输入信号或输出信号进行电压或电流放大，同时并作为一缓冲器(Buffer)。类似于图5所示的放大电路50，放大电路60包含一输入端INP及一输出端OUT。当需要将待测电路12的输入信号放大时，可将设置于主动式探针装置100(或200、300、400)的放大电路60的输入端INP耦接至测试机120的一测试信号输出端，而将设置于主动式探针装置100的放大电路60的输出端OUT耦接至一连接件108，经由一探针106，使得测试信号的电压或电流放大，进而增加待测电路12的输入信号的驱动能力。另一方面，当需要将待测电路12的输出信号放大时，可将设置于主动式探针装置100的放大电路60的输出端OUT耦接至测试机120的一测试信号输入端，而将设置于主动式探针装置100的放大电路60的输入端INP耦接至另一连接件108，该另一连接件108经由另一探针106探测得到待测电路12送出的输出信号，因此待测电路12送出的输出信号经过电压或电流放大后，提升了信号的电流噪声比，降低噪声对测试结果的干扰。于主动式探针装置100上可设置一至多组放大电路60，以根据量测需求决定耦接连接件108与测试机120的方式。

主动式探针装置100(或200、300、400)亦可包含具有差动输入端及输出端的放大电路，以用于量测差动信号。请参考图7，图7为本实用新型实施例一放大电路70的示意图。放大电路70适用于前述实施例(如放大电路20、30、40)，其包含一差动运算放大器，当待测电路12的输入信号或输出信号为差动信号时可使用。放大电路70包含输入端INPP、INPN及输出端OUTP、OUTN。当需要将待测电路12的输入信号放大时，可将设置于主动式探针装置100(或200、300、400)的放大电路70的输入端INPP、INPN分别耦接至测试机120的差动测试信号输出端，而将设置于主动式探针装置100的放大电路70的输出端OUTP、OUTN分别耦接至传送差动信号的二个连接件108，各自连接至二个探针106，而将放大后的差动测试信号馈入待测电路12中。另一方面，当需要将待测电路12的输出信号放大时，可将设置于主动式探针装置100的放大电路70的输出端OUTP、OUTN分别耦接至测试机120的差动测试信号输入端，而将设置于主动式探针装置100的放大电路70的输入端INPP、INPN分别耦接至传送差动信号的另二个连接件108，然后各自经由二个探针106探测得到待测电路12送出的差动输出信号，以提升输出信号的电流噪声比。类似地于放大电路50的相关叙述，于主动式探针装置100上可设置一至多组放大电路70，以根据量测需求决定耦接连接件108与测试机120的方式。

请参考图8至图10，图8至图10分别为本实用新型实施例放大电路80、90、11的示意图。放大电路80适用于前述实施例(如放大电路20、30、40)，其包含一单端比较器，包含一输入端INP及输出端OUT1、OUT2。放大电路90适用于前述实施例(如放大电路20、30、40)，其包含一差动比较器，包含一输入端INP及输出端OUT1P、OUT1N、OUT2P、OUT2N。放大电路11适用于前述实施例(如放大电路20、30、40)，其包含一均衡器(Equalizer)，包含输入端INP1P、INP1N及输出端OUT1P、OUT1N，其中该均衡器具有可程序化或固定的一预先增强功能及/或一解加强功能。由于测试信号经过探针卡上的信号路径及探针后，信号中的低频部分及高频部分的衰减程度通常会不一致，一般而言，高频部分的衰减程度较大，因此，可利用包含一均衡器的放大电路11将信号中的高频部分放大较大的倍率(即高频信号通过均衡器的预先增强功能)，而将信号中的低频部分放大较小的倍率(低频信号通过均衡器的解加强功能)，使得高频及低频信号放大后的信号大小大致等化。其中，均衡器的放大倍率可设计为可程序化的或固定的值，以符合实际应用需求。放大电路80、90、11的输入端及输出端的连接方式类似于上述放大电路50、60、70所述，本领域的技术人员应可参照上述说明而推知，故详细内容不再赘述。

除此之外，上述放大电路50、60、70、80、90、11可依不同量测需求而组合使用，例如，利用放大电路50放大待测电路12的输入信号，而利用放大电路60放大待测电路12的输出信号，但不限于此。

综上所述，本实用新型利用在探针的附近耦接一放大电路而成为一主动式探针装置，该放大电路可以包含一驱动芯片、一差动运算放大器、一单端运算放大器、一差动比较器、一单端比较器或一均衡器，以增加待测电路的输入信号及/或输出信号的驱动能力，因此，本实用新型的主动式探针装置可降低噪声对测试结果的干扰，并提升测试带宽、测试精确度及测试速度，适合高速电路的测试。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种主动式探针装置，可提升一待测电路的可测试带宽，该主动式探针装置包含：

一电路板；

至少一探针，固定于该电路板的一第一面，用来对该待测电路进行探测；

至少一连接件，电性连接至该至少一探针；以及

一放大电路，形成于该电路板上，并耦接于该至少一连接件，用来放大该待测电路的一输入信号或一输出信号。

2.如权利要求1所述的主动式探针装置，其特征在于该放大电路为一驱动芯片。

3.如权利要求1所述的主动式探针装置，其特征在于该放大电路包含：

一差动运算放大器或一单端运算放大器；或者

一差动比较器或一单端比较器；或者

一均衡器。

4.如权利要求3所述的主动式探针装置，其特征在于该均衡器具有一预先增强功能及/或一解加强功能，该预先增强功能用来提供一第一放大倍率，而该解加强功能用来提供一第二放大倍率，该第一放大倍率大于该第二放大倍率，且该第一放大倍率及该第二放大倍率为可程序化或固定值。

5.如权利要求1所述的主动式探针装置，其特征在于该放大电路形成于该电路板上相对于该第一面的一第二面。

6.如权利要求5所述的主动式探针装置，其特征在于该电路板具有至少一贯孔，该至少一连接件分别电性连接该至少一贯孔于该电路板的该第一面之处，而该放大电路电性连接该至少一贯孔于该电路板的该第二面之处。

7.如权利要求5所述的主动式探针装置，其特征在于该电路板具有一孔洞，该至少一连接件为一同轴电缆，贯穿于该孔洞，一端连接至该至少一探针，而另一端连接至该放大电路。

8.如权利要求1所述的主动式探针装置，其特征在于该放大电路的一输出端或一输入端与该至少一探针之间的一距离小于10公分。

9.如权利要求1所述的主动式探针装置，其特征在于该主动式探针装置还包含至少一固定单元，用来将该至少一探针固定于该电路板的该第一面，该至少一固定单元的一材料为陶瓷材料或电气绝缘性塑料材料。