TW201321758A - 探針卡 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種用以對一晶片堆疊結構進行電性測試之探針卡，包含一電路板、組裝於電路板上並與之電性連接之一探針頭、以及設置於探針頭上，分別具有複數第一垂直探針及複數第二垂直探針之一第一探針組及一第二探針組。該等第一垂直探針位於探針頭之一內部區域，用以探觸晶片堆疊結構之至少一晶片的複數直通矽晶穿孔電極，該等第二垂直探針位於探針頭之一外部區域，用以探觸晶片堆疊結構之一基板的複數測試端點。

Description

探針卡

本發明係關於一種探針卡；特別是關於一種可選擇性地調整探針長度，以針對一晶片堆疊結構進行電性測試之探針卡。

隨著半導體製程技術的進步，半導體晶片除了被要求需具有足夠的運算效能，以應付現今消費者對3C產品的多工需求外，於此同時，半導體晶片也被要求需具有微小化的體積，來滿足安裝於攜帶式電子產品的便利性。然而，在每次將半導體晶片微小化的過程中，往往也意味著需要進一步對半導體製程所產出的成品有更加嚴格的要求，才可確保後續半導體晶片成品的正常運作。有鑑於此，業界於是發展出利用探針卡來檢測半導體晶片的方法，以詳細並確實地檢測半導體晶片是否可正確地進行電性訊號的導通傳遞。

因應半導體裝置尺寸微小化的需求，垂直堆疊晶片技術逐漸成為必然趨勢，以使單位面積內可容納更多的半導體晶片，並且為了提升晶片間之電性傳輸速率，更發展出以直通矽晶穿孔電極（Through-Silicon-Via，TSV）進行電性傳輸的晶片，而針對直接以TSV進行電性連接的半導體晶片堆疊結構，其電性訊號之檢測更是重要。

於先前技術中，探針卡主要係由電路板及具有複數探針的探針頭/探針座所組成，且複數探針之針尖係位於一共平面。適以，當欲進行半導體晶片的電性測試時，探針卡上的複數探針便可分別與半導體晶片上的複數銲墊或凸塊直接接觸，並藉由電性訊號的輸入及接收，來進行半導體晶片的電性檢測作業。

然而，如第1圖所示，習知探針卡100係具有一電路板110及一探針頭120，且探針頭120因為僅具有單一共平面度的探針122的緣故，故當半導體晶片堆疊設置於基板410上的一晶片堆疊區412，而形成晶片堆疊結構400後，習知的探針卡100將難以與晶片420上的直通矽晶穿孔電極422或凸塊430及基板410上的測試端點414同時接觸，以進行電性訊號的檢測作業。並且，即便習知探針卡100具有相異共平面度的探針122，以同時接觸晶片420之直通矽晶穿孔電極422及基板410上的測試端點414，然而因探針122之長度係為固定，並無法在每堆疊一層晶片420後即進行一次的電性檢測作業，同時，針對不同數量之晶片的堆疊結構400也無法以同一探針卡100進行電性檢測，故檢測人員需更換相應於晶片堆疊結構的晶片層數的探針卡，才得以進行相關的電性檢測作業。換言之，此舉不但將增加添購不同探針卡的成本，同時，當不停地更換相異的探針卡進行電性測試時，也會嚴重拖累到檢測晶片堆疊結構的時程。

有鑑於此，如何提供一種能夠依據所檢測之晶片堆疊結構的高度不同進行變化，以相應完成電性訊號檢測的探針卡，同時節省額外購買探針卡的支出費用，乃為目前業界引領期盼所欲解決之問題。

本發明之一目的在於提供一種可依測試需求調整探針高度的探針卡，以相應於待測的晶片堆疊結構，進行電性訊號的檢測。

本發明之又一目的在於提供一種可依測試需求調整探針高度的探針卡，以節省購買其他探針卡之額外支出，同時縮短進行電性檢測的時間。

為達上述目的，本發明之探針卡包含一電路板、一探針頭、一第一探針組及一第二探針組。其中，探針頭係組裝於電路板上並與之電性連接，第一探針組及第二探針組係皆設置於探針頭上，且分別具有複數第一垂直探針及複數第二垂直探針。該等第一垂直探針位於探針頭之一內部區域，用以探觸晶片堆疊結構之至少一晶片的複數直通矽晶穿孔電極，該等第二垂直探針位於探針頭之一外部區域，用以探觸晶片堆疊結構之一基板的複數測試端點。此外，該等第一垂直探針具有一第一長度，該等第二垂直探針具有一第二長度，且第二長度係大於第一長度。

為讓本發明之上述目的、技術特徵、和優點能更明顯易懂，下文係以較佳實施例、配合所附圖式進行詳細說明。

為使探針卡所具有之複數探針，可相應於新一代半導體製程中，其晶片堆疊結構的高度進行變化，本發明遂針對現有探針卡所具有之探針頭及探針組進行改良，以滿足實際檢測應用上的需求。

以下將分別針對本發明之探針卡所具有之各實施態樣，進行詳細說明。

第2A、2B及2C圖係為本發明探針卡之第一實施例。如圖所示，欲進行電性測試之一晶片堆疊結構400包含一基板410及至少一晶片420。其中，基板410具有一晶片堆疊區412，以及位於晶片堆疊區412外之複數測試端點414。此外，至少一晶片420係可包含複數晶片420，如第2A、2B及2C圖中，晶片堆疊結構400分別包含兩個、四個及八個晶片420，晶片420具有複數直通矽晶穿孔電極422（Through-Silicon-Via，TSV），且複數晶片420係垂直疊設於晶片堆疊區412內，並以直通矽晶穿孔電極422相互電性連接，以於晶片堆疊結構400中進行電性訊號之傳遞。於其他實施例中，晶片420上可形成有複數凸塊430，分別對應電性連接直通矽晶穿孔電極422，以作為晶片420對外電性互連之用。

如圖所示，於第一實施例中，本發明之一探針卡200係具有一電路板210、一探針頭220、一第一探針組230及一第二探針組240。其中，探針頭220係組裝於電路板210上，並與電路板210電性連接，同時，第一探針組230及第二探針組240分別具有複數第一垂直探針232及複數第二垂直探針242。

於本實施例中，複數第一垂直探針232係具有一第一長度 L11，且 複數第一垂直探針232係設置於探針頭220之一內部區域222，用以接觸晶片420之複數直通矽晶穿孔電極422或凸塊430。相似地，複數第二垂直探針242係 具有一第二長度L12，且 複數第二垂直探針242係設置於探針頭220之一外部區域224，用以接觸設置於基板410上之複數測試端點414。並且，前述複數第二垂直探針242所具有之 第二長度L12係大於 複數第一垂直探針232所具有之 第一長度L11。

適以，如第2A、2B及2C圖所示之第一實施例中，由於 複數第一垂直探針232 係為固定，使其第一長度L11維持不變，而 複數第二垂直探針242 係可隨晶片堆疊結構400之晶片420 的 數量增加而調整，使其第二長度L12逐漸增長，故無論晶片堆疊結構400之高度如何變化，本實施例之探針卡200皆可相應於該高度變化而進行電性測試之作業。

第3A、3B及3C圖係為本發明之探針卡之第二實施例。其中，第3A、3B及3C圖中，晶片堆疊結構400分別包含兩個、四個及八個晶片420。如圖所示，一探針卡300具有一電路板310、一探針頭320、一第一探針組330及一第二探針組340。其中，探針頭320係組裝於電路板310上，並與電路板310電性連接。此外，探針頭320係包含一主板322及一側板324，且側板324係位於主板322之外側。

詳細而言，第一探針組330及第二探針組340分別具有複數第一垂直探針332及複數第二垂直探針342，且複數第一垂直探針332及複數第二垂直探針342係分別設置於主板322及側板324上。其中，複數第一垂直探針332係用以探觸晶片420之複數直通矽晶穿孔電極422或凸塊430，同時，複數第二垂直探針342係用以探觸設置於基板410之複數測試端點414。

如圖所示，複數第一垂直探針332及複數第二垂直探針342係分別具有一第一長度L21及一第二長度L22，且第一長度L21與第二長度L22相近。此外，主板322相對於電路板310具有一第一高度H21，側板324相對於電路板310具有一第二高度H22，且第二高度H22係大於第一高度H21。主板322之第一高度H21係為固定，而側板324之第二高度H22係為可調整，使第二高度H22可隨晶片堆疊結構400之晶片420的數量增加而增大。

因此，在如第3A、3B及3C圖所示之第二實施例中，為達到前述主板322之第一高度H21係為固定，且側板324之第二高度H22係為可調整之目的，探針頭320係運用可替換之側板324，以相應調整第二高度H22。

此外，前述之可替換之側板324亦可以複數組裝塊350取代，而形成如第4A、4B及4C圖所示之第三實施例。其中，第4A、4B及4C圖中，晶片堆疊結構400分別包含兩個、四個及八個晶片420。

詳細而言，於第4A、4B及4C圖所示之第三實施例中，探針卡300之側板324 係由 複數組裝塊350 所構成 ，其適可 相互組裝結合 ，以相應於晶片堆疊結構400之晶片420的數量，調整第二高度H22。並且，複數組裝塊350亦各自具有複數電性導通端點（圖未示出），用以 供組裝塊350相互電性連接，以及 電性連接電路板310。

相異於前述之第二實施例及第三實施例，於第5A、5B及5C圖所示之第四實施例及第6A、6B及6C圖所示之第五實施例中，探針卡300之探針頭320所具有之側板324的第二高度H22係為固定，而主板322的第一高度H21係為可調整，使第一高度H21可隨晶片堆疊結構400之晶片420的數量增加而縮小。

詳細而言，於第5A、5B及5C圖所示之第四實施例中，探針卡300更包含一微調裝置360，且微調裝置360適可貫穿電路板310，並分別具有位於電路板310之二相對側的一第一端362及一第二端364。其中，第一端362係與主板322連接，以在側板324之第二高度H22為固定的情況下，相應於晶片堆疊結構400之晶片420的數量，將主板322選擇性地移動至不同之第一高度H21，以使第一垂直探針332之針尖適可接觸晶片堆疊結構400最上層之晶片420的複數直通矽晶穿孔電極422或凸塊430，於此同時，第二端364適可藉由可旋轉移動的一固定件366拴固於電路板310，用以調整第一高度H21。如第5A、5B及5C圖所示， 晶片堆疊結構400之晶片420的數量分別為兩個、四個及八個，而第一高度H21則隨晶片420數量增加而縮小。

相似地，於第6 A、6B及6C 圖所示之第五實施例中，探針卡300更包含一微調裝置370，且微調裝置370適可貫穿側板324，並分別具有位於側板324之二相對側的一第一端372及一第二端374。其中，第一端372係與主板322連接，而第二端374則藉由一固定件376可移動地栓固於側板324，因此，在 側板324之第二高度H22為固定的情況下，相應於晶片堆疊結構400之晶片420的數量， 使微調裝置370於側板324上移動，適可 將主板322選擇性地移動至不同之 第一高度H21 ，以使第一垂直探針332之針尖適接觸晶片堆疊結構400最上層之晶片420的複數直通矽晶穿孔電極422或凸塊430 。 如第 6 A、 6 B及 6 C圖所示， 晶片堆疊結構400之晶片420的數量分別為兩個、四個及八個，而第一高度H21則隨晶片420數量增加而縮小。

於前述之第四實施例及第五 實施例 中，探針卡300的電路板310與探針頭320之主板322係藉由複數導線390電性連接，且複數導線390所具有之長度係可相對應於第一 高 度 H 21而調整。同時，複數導線390之種類 係可選自下列群組：同軸電線(coaxial wires)、伸縮頂針(pogo pin)及彈簧電線(springs)，以達到導線長度可相對應於第一高度H21而進行調整之目的。

綜上所述，本發明所揭示之探針卡適可區分為以下三類態樣，以相應於晶片堆疊結構400進行導電性的檢測：

一、如第2 A、2B及2C 圖之第一實施例所示，固定複數第一垂直探針232之第一長度L11，並調整複數第二垂直探針242之第二長度L12，使當晶片堆疊結構400之晶片420的數量增加時，仍可讓探針卡200的第一探針組230及第二探針組240分別與晶片堆疊結構400的最上層晶片420之複數直通矽晶穿孔電極422 或凸塊430 及基板410之複數測試端點414接觸，以進行晶片堆疊結構400的電性訊號之 檢 測。

二、如第3 A、3B及3C 圖之第二實施例及第4 A、4B及4C 圖之第三實施例所示，在不變更第一垂直探針332、第二垂直探針342以及探針頭320之主板322的情況下，亦即，當第一垂直探針332之第一長度L21、第二垂直探針342之第二長度L22及探針頭320之主板322的第一高度H21皆為固定時，調整探針頭320之側板324的第二高度H22，使當晶片堆疊結構400之晶片420的數量增加時，仍可讓探針卡300的第一探針組330及第二探針組340分別與晶片堆疊結構400的最上層晶片420之複數直通矽晶穿孔電極422 或凸塊430 及基板410之複數測試端點414接觸，以進行晶片堆疊結構400的電性訊號之 檢 測。

三、如第5 A、5B及5C 圖之第四實施例及第6 A、6B及6C 圖之第五實施例所示，在不變更第一垂直探針332、第二垂直探針342以及探針頭320之側板324的情況下，亦即，當第一垂直探針332之第一長度L21、第二垂直探針342之第二長度L22及探針頭320之側板324的第二高度H22皆為固定時，分別利用微調裝置360及微調裝置370調整探針頭320之主板322的第一高度H21，使當晶片堆疊結構400之晶片420的數量增加時，仍可讓探針卡300的第一探針組330及第二探針組340分別與晶片堆疊結構400的最上層晶片420之複數直通矽晶穿孔電極422 或凸塊430 及基板410之複數測試端點414接觸，以進行晶片堆疊結構400的電性訊號之 檢 測。

換言之，由於本發明之探針卡可直接藉由調整探針長度或探針頭之主板及側板間的相對高度，來針對具有顯著高度差的晶片堆疊結構進行電性訊號的檢測作業，故在實務應用上，即便每堆疊一次晶片便需進行一次的電性檢測作業，本發明之探針卡也可迅速地相應於晶片堆疊結構之高度進行調整，從而進行電性檢測流程，以縮短晶片堆疊結構的電性測試時間，加速半導體製程的生產速度，並節省購買相異平面度的探針卡的費用。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

100．．．探針卡

110．．．電路板

120．．．探針頭

122．．．探針

200．．．探針卡

210．．．電路板

220．．．探針頭

222．．．內部區域

224．．．外部區域

230．．．第一探針組

232．．．第一垂直探針

240．．．第二探針組

242．．．第二垂直探針

300．．．探針卡

310．．．電路板

320．．．探針頭

322．．．主板

324．．．側板

330．．．第一探針組

332．．．第一垂直探針

340．．．第二探針組

342．．．第二垂直探針

350．．．組裝塊

360．．．微調裝置

362．．．第一端

364．．．第二端

366．．．固定件

370．．．微調裝置

372．．．第一端

374．．．第二端

376．．．固定件

390．．．導線

400．．．晶片堆疊結構

410．．．基板

412．．．晶片堆疊區

414．．．測試端點

420．．．晶片

422．．．直通矽晶穿孔電極

430．．．凸塊

L11．．．第一長度

L12．．．第二長度

L21．．．第一長度

L22．．．第二長度

H21．．．第一高度

H22．．．第二高度

第1圖係為先前技術之探針卡示意圖；

第2A、2B及2C圖係為本發明探針卡之第一實施例示意圖；

第3A、3B及3C圖係為本發明探針卡之第二實施例示意圖；

第4A、4B及4C圖係為本發明探針卡之第三實施例示意圖；

第5A、5B及5C圖係為本發明探針卡之第四實施例示意圖；以及

第6A、6B及6C圖係為本發明探針卡之第五實施例示意圖。

200．．．探針卡

210．．．電路板

220．．．探針頭

222．．．內部區域

224．．．外部區域

230．．．第一探針組

232．．．第一垂直探針

240．．．第二探針組

242．．．第二垂直探針

400．．．晶片堆疊結構

410．．．基板

412．．．晶片堆疊區

414．．．測試端點

420．．．晶片

422．．．直通矽晶穿孔電極

430．．．凸塊

L11．．．第一長度

L12．．．第二長度

Claims (12)

1. 一種探針卡，係用於對一晶片堆疊結構進行電性測試，該晶片堆疊結構包含一基板，以及至少一晶片，其中該基板具有一晶片堆疊區，以及位於該晶片堆疊區外之複數測試端點，該至少一晶片設置於該晶片堆疊區內且具有複數直通矽晶穿孔電極（Through-Silicon-Via，TSV），該探針卡包含：
   　　 一電路板；
   　　 一探針頭，組裝於該電路板上並與該電路板電性連接；以及
   　　 一第一探針組及一第二探針組，分別具有複數第一垂直探針及複數第二垂直探針，該等垂直探針係分別設置於該探針頭上，該等第一垂直探針位於該探針頭之一內部區域，用以探觸該至少一晶片之該等直通矽晶穿孔電極，該等第二垂直探針位於該探針頭之一外部區域，用以探觸該基板之該等測試端點；
   　　 其中，該等第一垂直探針具有一第一長度，該等第二垂直探針具有一第二長度，且該第二長度係大於該第一長度。
2. 如請求項1所述之探針卡，其中該第一長度係為固定，且該第二長度係隨該晶片堆疊結構之晶片數量增加而增長。
3. 一種探針卡，係用於對一晶片堆疊結構進行電性測試，該晶片堆疊結構包含一基板，以及至少一晶片，其中該基板具有一晶片 堆疊 區，以及位於該晶片堆疊區外之複數測試端點，該至少一晶片設置於該晶片堆疊區內且具有複數直通矽晶穿孔電極，該探針卡包含：
   　　一電路板；
   　　一探針頭，組裝於該電路板上並與該電路板電性連接，該探針頭包含一主板及一側板，該側板係位於該主板之外側；以及
   　　 一第一探針組及一第二探針組，分別具有複數第一垂直探針及複數第二垂直探針，且係分別設置於該主板及該側板，該等第一垂直探針係用以探觸該至少一晶片之該等直通矽晶穿孔電極，該等第二垂直探針係用以探觸該基板之該等測試端點；
   　　 其中，該等第一垂直探針具有一第一長度，該等第二垂直探針具有一第二長度，且該第一長度與該第二長度相近，該主板相對於該電路板具有一第一高度，該側板相對於該電路板具有一第二高度，且該第二高度大於該第一高度。
4. 如請求項3所述之探針卡，其中該主板之該第一高度係為固定，而該側板之該第二高度係為可調整，且該第二高度係隨該晶片堆疊結構之晶片數量增加而增大。
5. 如請求項4所述之探針卡，其中 該探針頭係運用可替換之該側板，以調整該第二高度 。
6. 如請求項4所述之探針卡， 其中 該側板係由複數組裝塊所構成，該等組裝塊可相互組裝結合，以調整該第二高度。
7. 如請求項6所述之探針卡，其中該等組裝塊各具有複數電性導通端點，用以供該等組裝塊相互電性連接以及電性連接該電路板。
8. 如請求項3所述之探針卡，其中該側板之該第二高度係為固定，而該主板之該第一高度係為可調整，且該第一高度係隨該晶片堆疊結構之晶片數量增加而縮小。
9. 如請求項8所述之探針卡，更包含一微調裝置，該微調裝置係貫穿該電路板，並分別具有位於該電路板之二相對側的一第一端及一第二端，該第一端與該主板連接，以將該主板移動至不同之該第一高度，而該第二端藉由一固定件可旋轉地栓固於該電路板，用以調整該第一高度。
10. 如請求項8所述之探針卡，更包含一微調裝置，該微調裝置係貫穿該側板，並分別具有位於該側板之二相對側的一第一端及一第二端，該第一端與該主板連接，而該第二端藉由一固定件可移動地栓固於該側板，當該微調裝置於該側板上移動時，適可相應調整該第一高度。
11. 如請求項8所述之探針卡，更具有複數導線，該等導線係電性連接該電路板與該探針頭之該主板，且該等導線之長度係可對應該第一高度而調整。
12. 如請求項11所述之探針卡，其中該等導線之種類係可選自下列群組：同軸電線(coaxial wires)、伸縮頂針(pogo pin)及彈簧電線(springs)。