TW201326827A - 功率元件用探針卡 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種可大幅降低探針與測試器間之量測線路，以及載置台與測試器間之量測線路各自的電阻，即便作為探針裝置的實機使用，仍可充分確保可靠性之功率元件用探針卡。本發明之探針卡具備有：第1探針，係與功率元件的射極電極電性接觸；塊狀第1連接端子，係連接有第1探針；第2探針，係與功率元件的閘極電極電性接觸；塊狀第2連接端子，係連接於第2探針；接觸板，係可與功率元件的集極電極側電性接觸；以及塊狀第3連接端子，係固定在接觸板；其中第1、第2、第3連接端子係與分別對應之測試器側的連接端子直接電性接觸。

Description

功率元件用探針卡

本發明關於一種可在功率元件尚未從晶圓被切割出之狀態下測量例如以絕緣閘雙極性電晶體(IGBT)為代表之功率元件的電性動態特性之探針裝置所使用的探針卡。

功率元件係被使用作為各種電源或汽車之電氣相關用的開關元件等，或是產業機器之電氣相關的開關元件等，汎用性愈來愈高。功率元件相較於通常的半導體元件為高壓化、大電流化及高速、高頻數化。作為功率元件，有IGBT、二極體、功率電晶體、功率MOS-FET、閘流體等。該等功率元件係在評價各自的靜態特性或動態特性(例如開關特性)後，依各自的用途而作為電子零件在市場上販售。

二極體係與例如功率MOS-FET並聯連接而被使用作為馬達等的開關元件。二極體的開關特性以逆回復時間較短者為佳，若逆回復時間長的情況，會有二極體依使用條件而被破壞之情事。又，逆電流的電流變化(di/dt)愈急遽則電流亦愈大，二極體會容易被破壞。功率元件的開關特性(動態特性)係藉由專用的測量器來一個個測量功率元件的包裝品，以評價各自作為功率元件的可靠性。

但若包裝品被評價為不良品，由於係直接被丟棄，因此該部分會導致良品的成本變高。因此，本案申請人為了減少上述浪費，而針對使用探針裝置且以晶圓層級來評價功率元件之手法進行了各種檢討。使用於功率元件的評價之探針裝置係構成為具備有：用以載置半導體晶圓之可移動的載置台、配置於載置台上方之探針卡、與載置台協動來進行半導體晶圓與探針卡的對位之對位機構、以及配置於探針卡上且與探針卡電連接之測試器，其係依據來自測試器的訊號來使對位後之半導體晶圓的電極與探針卡的探針電性接觸，以測量功率元件的電流變化等，可評價開關特性等的動態特性。

例如，形成有複數功率元件之半導體晶圓的上面係形成有閘極電極與射極電極，下面則形成有集極電極。

評價功率元件的動態特性之探針裝置的情況，載置台的上面係形成有與功率元件的集極電極接觸之導體膜所構成的集極電極膜，通常，集極電極膜與測試器係透過電線而相連接。

但傳統的探針裝置由於連接載置台的集極電極膜與測試器之電線很長，因此電線的電感會變大，例如已知每電線10cm的電感會增加100nH左右。使用上述探針裝置而以微秒單位來測量電流變化(di/dt)時，用以評價動態特性之電流變化會變小，而大大地偏離理 想值，難以正確地測量原本的電流變化(di/dt)，依情況甚至會有破損之情事。因此，已知傳統的探針裝置並無法評價功率元件之開關特性等的動態特性。又，在功率元件的關閉時，會有異常的昇壓電壓(surge voltage)施加在集極電極與射極電極間，而亦有功率元件破損的情況。

因此，本案申請人為了抑制電線的電感增加，而進行各種檢討後的結果，作為解決手法的其中之一，提出了圖7A及圖7B所示之探針裝置(參閱專利文獻1)。此探針裝置係設置有連接載置台與測試器之取代電線的特殊導通機構。因此，便針對該探針裝置，依據圖7A及圖7B來概略說明。該探針裝置如圖7A所示，係於探針室1內具備有載置台2、探針卡3及導通機構4。載置台2的至少上面係形成有作為集極電極之金等導電性金屬所構成的導體膜。載置台2的上方係透過具有複數探針3A的探針卡3之卡片保持部5(參閱圖7B)，而被固定在探針室1的平板(未圖示)。探針卡3的上面係以特定圖案形成有對應於複數探針3A之端子電極，複數探針3A係透過分別的端子電極而與測試器(未圖示)電連接。例如，圖7A及圖7B中，左側的探針3A係與功率元件的閘極電極接觸，右側的探針3A係與功率元件的射極電極接觸。藉由對閘極電極施加電壓，則電流便會從集極電極流到射極電極，來測量此時的電流變化(di/dt)。

又，如圖7A及圖7B所示，載置台2、探針卡3及卡片保持部5係設置有電連接載置台2的導體膜電極與測試器之導通機構4。該導通機構4如圖7A及圖7B所示，係具備有載置台2的周面相互對向之位置處所設置之一對連接端子4B，與對應於一對連接端子4B而介在設置於載置台2與探針卡3之間之一對分割導體(接觸板)4C。一對連接端子4B為了測量各功率元件的電氣特性，無論載置台2移動到任何地點，仍會與分別相對應之任一接觸板4C彈性接觸，來將集極電極膜與測試器(未圖示)電連接。

由於圖7A及圖7B所示之探針裝置係如上所述般地設置有導通機構4，因此在評價功率元件之開關特性等的動態特性時，載置台2的集極電極膜與測試器間的線路長度便非常地短，由於電感很小，因此可確實地測量在功率元件的電流變化。

專利文獻1：日本特開2012-58225號公報

專利文獻1雖未記載，但現狀的探針卡3中，例如圖8A所示，由於探針3A係透過電路基板3B的配線圖案3B1、通路導體(via conductor)3B2、香蕉端子等之連接插頭3C所構成的測量用線路而與測試器相連接，因此量測線路上的電阻很大，且電阻亦不均勻，又，耐熱性亦不充分。因此，縱使是使用上述探針卡3於探針裝置的實機，仍會有無法發揮充分的性能之虞。又，例如圖8B所示，由於導通機構4的量測線路 亦係由連接插頭3C、電路基板3B的配線圖案3B1、通路導體3B2、彈針(pogopin)3D所構成，因此會有與探針3A及測試器間的量測線路同樣的課題。再者，由於探針卡3係透過複數連接插頭3C而連接於測試器，因此探針卡3的裝卸需要很大的力量，而亦有例如探針卡3的自動更換變得困難之情況。

本發明之課題為提供一種可大幅降低探針與測試器間之量測線路，以及載置台與測試器間之量測線路各自的電阻，即便作為探針裝置的實機使用，仍可充分確保可靠性，且可容易地自動更換之功率元件用探針卡。

為解決上述課題，本發明第1樣態提供一種探針卡，係使用於檢查形成於半導體晶圓之複數功率元件的動態特性之際，其具備有：第1探針，係與該功率元件的射極電極電性接觸；塊狀第1連接端子，係連接有該第1探針；第2探針，係與該功率元件的閘極電極電性接觸；塊狀第2連接端子，係連接於該第2探針；接觸板，係可與該功率元件的集極電極側電性接觸；以及塊狀第3連接端子，係固定在該接觸板；其中該第1、第2、第3連接端子係與分別對應之測試器側的連接端子直接電性接觸。

本發明第1樣態中，較佳地，該第1、第2連接 端子係分別貫穿支撐基板，且從該支撐基板的兩面露出般地固定在該支撐基板，該接觸板係固定在該支撐基板之該第1、第2探針側一面，該第3連接端子係貫穿該支撐基板所形成之孔。

本發明第1樣態中，較佳地，該第1、第2、第3連接端子之該測試器側一面係分別形成有中央部為隆起之板片彈簧部。

本發明第1樣態中，較佳地，該板片彈簧部係由複數帶狀部所構成。

本發明第1樣態中，較佳地，該第1、第2、第3連接端子係分別具有連接子。

為解決上述課題，本發明第2樣態提供一種探針卡，係使用於檢查形成於半導體晶圓之複數功率元件的動態特性之際，其具備有：第1探針，係與該功率元件的射極電極電性接觸；第2探針，係與該功率元件的閘極電極電性接觸；電路基板，係具有分別連接有該第1、第2探針之配線圖案；接觸板，係可與固定在該電路基板之該第1、第2探針側一面之該功率元件的集極電極側電性接觸；塊狀第1、第2連接端子，係設置於測試器，且分別與該第1、第2探針的配線圖案電性接觸；以及塊狀第3連接端子，係設置於該測試器，且貫穿該電路基板所形成之孔而與該接觸板電性接觸。

本發明第2樣態中，較佳地，與該第1、第2連 接端子的該配線圖案相接觸之面係分別形成有中央部為隆起之板片彈簧部。

本發明第2樣態中，較佳地，該板片彈簧部係由複數帶狀部所構成。

本發明第2樣態中，較佳地，該第1、第2、第3連接端子係分別具有連接子。

依據本發明，便可提供一種可大幅降低探針與測試器間之量測線路，以及載置台與測試器間之量測線路各自的電阻，即便作為探針裝置的實機使用，仍可充分確保可靠性，且可容易地自動更換之功率元件用探針卡。

以下，依據圖1~圖6B所示之實施型態來加以說明本發明。

圖1係顯示本發明之探針卡所適用的探針裝置一例之概念圖。

第1實施型態的探針卡10例如圖1所示，係構成為配置於可移動之載置台20的上方，且與載置台20上的半導體晶圓W電性接觸來評價功率元件D的開關特性(動態特性)。

本實施型態之探針卡10如同圖所示，係具備有與功率元件D的射極電極接觸之第1探針11、連接有第1探針11之塊狀第1連接端子12、與功率元件D的閘 極電極接觸之第2探針13、連接有第2探針13之塊狀第2連接端子14、連接於功率元件D的集極電極側之接觸板15、固定在接觸板15的上面之塊狀第3連接端子16、以及分別以單邊支撐第1、第2探針11、13之探針支撐體17，且係透過卡片保持部30(參閱圖2A、圖3A)安裝在探針裝置，並透過第1、第2、第3連接端子12、14、16而連接於測試器50。

如圖1、圖2B所示，第1探針11係構成為基端乃連接於第1連接端子12的下面，前端則朝斜下方延伸而藉由探針支撐體17被單邊支撐，且前端係與功率元件D的射極電極接觸。第1連接端子12如圖1所示，係在貫穿支撐基板18所形成的第1孔18A之狀態下安裝在支撐基板18，且上端面係與測試器50的射極端子51直接接觸。

第2探針13及第2連接端子14皆如圖2B所示般地構成為與第1探針11及第1連接端子12相同。亦即，如圖1、圖2B所示，第2探針13係構成為基端乃連接於第2連接端子14的下面，前端則朝斜下方延伸而藉由探針支撐體17被單邊支撐，且前端係與功率元件D的閘極電極接觸。第2連接端子14係構成為與第1連接端子12同樣地，在貫穿支撐基板18所形成的第2孔18B之狀態下安裝在支撐基板18，且上端面係與測試器50的閘極端子52直接接觸。

接觸板15如圖1所示，係構成為透過載置台20 的側面所附設之接觸塊21而連接於載置台20的表面所形成之導體膜電極(集極電極)(未圖示)。接觸塊21係構成為前端部會於上下方向彈性地擺動。因此，接觸塊21係構成為功率元件D的評價時載置台20移動之際，藉由與接觸板15彈性地接觸，則在兩者15、21之間，進而在功率元件D的集極電極與測試器50的集極端子53之間便會流有大電流。接觸板15係如圖2A所示般地形成為六角形，且被覆支撐基板18之相互對向的兩側緣部般地在複數部位處被固定在卡片保持部30。接觸板15係在複數部位處透過螺絲構件被固定在卡片保持部30，且兩者15、30的固定部係介設有分隔件(spacer)(未圖示)，而在該等兩者15、30之間形成有間隙。接觸板15係於如圖3A所示般地被覆支撐基板18之部分固定有第3連接端子16。第3連接端子16如圖1、圖3B所示，係構成為貫穿支撐基板18所形成的第3孔18C，而與測試器50的集極端子53直接接觸。

如此地，由於第1、第2、第3連接端子12、14、16係形成為塊狀，且皆與測試器50的射極端子51、閘極端子52、集極端子53直接接觸，因此相較於經由複數導體而與測試器的各端子相連接之圖8A、圖8B的探針卡，量測線路的電阻非常地小，且由於縱使流有大電流而發熱很少，因此縱使流有大電流仍不會有耐熱性成為問題的情況，可大幅提高功率元件D的 評價可靠性。

又，第1、第2、第3連接端子12、14、16係構成為分別如圖4A、圖4B、圖5A、圖5B所示般地具有連接子(端子台)12A、14A、16A，且透過連接子12A、14A、16A來供大電流確實地流通。第1、第2、第3連接端子12、14、16係由例如銅等良導體所形成，連接子12A、14A、16A係與第1、第2、第3連接端子12、14、16同樣地由例如銅等良導體所形成。

又，第1、第2、第3連接端子12、14、16的上面係如圖2B、圖3B所示般地形成有板片彈簧部12B、14B、16B，該等連接端子12、14、16係以板片彈簧部12B、14B、16B而與測試器50的射極端子51、閘極端子52、集極端子53彈性地接觸。因此，第1、第2、第3連接端子12、14、16便會與測試器50的射極端子51、閘極端子52、集極端子53確實地電連接，可供大電流穩定地流通，從而可提高元件評價的可靠性。

該等板片彈簧部12B、14B、16B如圖4A、圖5A所示，係以一定寬度而切割有複數槽縫S。該等槽縫S係將板片彈簧部12B、14B、16B分割成複數帶狀部，而於各帶狀部流有一定值的容許電流。因此，流經第1、第2、第3連接端子12、14、16的電流便會因帶狀部的根數而被設定為所欲容許電流值。

接下來，說明探針卡10的動作。本實施型態之探 針卡10如圖1及圖2A所示，當透過卡片保持部30而安裝在探針裝置被加以使用時，第1、第2、第3塊狀的連接端子12、14、16係透過分別的板片彈簧部12B、14B、16B而與測試器50的射極端子51、閘極端子52及集極端子53分別彈性且自由導通地相接觸。

接下來，如圖1所示，形成有複數功率元件D之半導體晶圓W所被載置之載置台20會移動，而透過對位機構來進行功率元件D的射極電極、閘極電極與探針卡10的第1、第2探針11、13之對位。之後，載置台20會移動，來使最初應評價之功率元件D的射極電極、閘極電極與第1、第2探針11、13相接觸。此時，載置台20之接觸塊21與接觸板15會彈性地接觸。再者，載置台20會過驅動來使功率元件D與測試器50電連接。藉此，則功率元件D的射極電極、閘極電極及集極電極便可在測試器50的射極端子51、閘極端子52及集極端子53之間導通。

然後，從測試器50的閘極端子52透過探針卡10的塊狀第2連接端子14及第2探針13來對功率元件D的閘極電極施加閘極電流而開啟後，如圖1之箭頭所示，則從測試器50的集極端子53透過塊狀第3連接端子16、接觸板15、接觸塊21及載置台20的導體膜電極(集極電極)便會朝功率元件D的集極電極而流有大電流(例如600A)。該大電流會從功率元件D的射極電極透過第1探針11、塊狀第1連接端子12及射 極端子51朝測試器50流動，而在測試器50處被測量。如此地，藉由從測試器50對功率元件D的閘極電極施加閘極電流，而從集極電極朝射極電極流有大電流，來測量電流變化後，便關閉。藉由該電流變化的測量，便可確實地評價功率元件D的動態特性。

如以上的說明，依據本實施型態，由於分別連接有第1探針11及第2探針13之塊狀第1連接端子12及第2連接端子14，以及塊狀第3連接端子16係分別與測試器50的射極端子51、閘極端子52及集極端子53直接接觸，因此量測線路的電阻非常地小，且耐熱性優異，作為探針裝置的探針卡10，可進行可靠性非常高之元件評價。並且，由於通常的探針卡中之各探針係透過彈針(pogopin)而與測試器相連接，因此在更換探針卡之際，便必須微調各部的接觸狀態以便不會產生彈針壓不良或彈針與探針及測試器的各端子之接觸不良，但本實施型態之探針卡的第1、第2、第3連接端子12、14、16係與測試器50的射極端子51、閘極端子52及集極端子53直接接觸，而不需彈針，因此不需上述微調。因此，可容易地進行探針卡10的自動更換，從而可獲得實用性優異的探針卡10。

又，依據本實施型態，由於第1、第2、第3連接端子12、14、16係分別透過板彈簧部12B、14B、16B而與測試器50彈性地接觸，因此可充分確保探針卡10與測試器50之間的導通性。又，由於板片彈簧部 12B、14B、16B係藉由複數槽縫S而被分割成複數帶狀部，因此可藉由帶狀部的根數來設定為期望電流值。再者，由於第1、第2、第3連接端子12、14、16係分別具有連接子12A、14A、16A，因此便可透過連接子12A、14A、16A來將大電流確實地通電。

接下來，說明本發明第2實施型態。

圖6A及圖6B係分別顯示本發明第2實施型態之探針卡的主要部分之剖面圖。

本實施型態之探針卡10A的特徵點為係取代第1實施型態之支撐基板18而使用電路基板18’，且於塊狀第1、第2、第3連接端子12、14、16設置有測試器(未圖示)，其他則依據第1實施型態所構成。因此，以下僅就本實施型態的特徵部分加以說明。

使用於本實施型態之探針卡10A的電路基板18’如圖6A所示，係形成有連接有第1、第2探針11、13之配線圖案18’A。該配線圖案18’A係由分別以特定圖案形成於電路基板18’的兩面之第1、第2配線導體18’A1、18’A2，與連結該第1、第2配線導體18’A1、18’A2之通路導體18’A3所構成。第1、第2探針11、13係分別透過例如焊料而連接於電路基板18’下面的第1配線導體18’A1。

又，如圖6B所示，電路基板18’係形成有供對應於測試器的集極端子所設置之第3連接端子16’貫穿之孔18’B。將測試器連接於探針卡10A時，如同圖所 示，第3連接端子16’會貫穿電路基板18’的孔18’B，而透過板彈簧部16’B，來與固定在電路基板18’的接觸板15彈性地接觸。

本實施型態中，在連接安裝在探針裝置之探針卡10A與測試器時，當測試器朝探針卡10A下降時，設置在測試器之第1、第2連接端子12’，14’會與對應於電路基板18’的第1、第2探針11、13之配線圖案的第2配線導體18’A2彈性地接觸。第3連接端子16’會貫穿電路基板18’的孔18’B而與接觸板15彈性地接觸。在此狀態下評價形成於半導體晶圓W之複數功率元件D。本實施型態亦可期待與上述實施型態同樣的作用效果。

本發明未被限制於上述實施型態，可依需要而改變各構成要素的設計。

10、10A‧‧‧探針卡

11‧‧‧第1探針

12、12’‧‧‧第1連接端子

12A‧‧‧連接子(端子台)

12’A‧‧‧板片彈簧部

13‧‧‧第2探針

14、14’‧‧‧第2連接端子

14A‧‧‧連接子(端子台)

14’B‧‧‧板片彈簧部

15‧‧‧接觸板

16、16’‧‧‧第3連接端子

16A‧‧‧連接子(端子台)

16’B‧‧‧板片彈簧部

18‧‧‧支撐基板

18’‧‧‧電路基板

18’B‧‧‧孔

W‧‧‧半導體晶圓

D‧‧‧功率元件

圖1係顯示本發明之探針卡所適用的探針裝置一例之概念圖。

圖2A為從圖1所示之探針卡的下面側之立體圖。

圖2B係顯示圖1所示之探針卡的第1、第2連接端子之側面圖。

圖3A為圖1所示之探針卡的分解立體圖。

圖3B係顯示圖1所示之探針卡的第3連接端子之側面圖。

圖4A為圖2A及圖2B所示之探針卡的第1、第2連接端子之平面圖。

圖4B為圖2A及圖2B所示之探針卡的第1、第2連接端子之橫向剖面圖。

圖5A為圖3A及圖3B所示之探針卡的第3連接端子之平面圖。

圖5B為圖3A及圖3B所示之探針卡的第3連接端子之橫向剖面圖。

圖6A係顯示本發明第2實施型態之探針卡的主要部分之剖面圖。

圖6B係顯示本發明第2實施型態之探針卡的主要部分之剖面圖。

圖7A係顯示本案申請人先前所提案之探針裝置的主要部分之側面圖。

圖7B係顯示本案申請人先前所提案之探針卡的主要部分，且為探針卡的下面之平面圖。

圖8A係顯示圖7A及圖7B所示之探針卡的主要部分之剖面圖。

圖8B係顯示圖7A及圖7B所示之探針卡的主要部分之剖面圖。

10‧‧‧探針卡

11‧‧‧第1探針

12‧‧‧第1連接端子

13‧‧‧第2探針

14‧‧‧第2連接端子

15‧‧‧接觸板

16‧‧‧第3連接端子

17‧‧‧支撐體

18‧‧‧支撐基板

18A‧‧‧第1孔

18C‧‧‧第3孔

20‧‧‧載置台

21‧‧‧接觸塊

50‧‧‧測試器

51‧‧‧射極端子

52‧‧‧閘極端子

53‧‧‧集極端子

W‧‧‧半導體晶圓

D‧‧‧功率元件

Claims (9)

1. 一種探針卡，係使用於檢查形成於半導體晶圓之複數功率元件的動態特性之際，其具備有：第1探針，係與該功率元件的射極電極電性接觸；塊狀第1連接端子，係連接有該第1探針；第2探針，係與該功率元件的閘極電極電性接觸；塊狀第2連接端子，係連接於該第2探針；接觸板，係可與該功率元件的集極電極側電性接觸；以及塊狀第3連接端子，係固定在該接觸板；其中該第1、第2、第3連接端子係與分別對應之測試器側的連接端子直接電性接觸。
2. 如申請專利範圍第1項之探針卡，其中該第1、第2連接端子係分別貫穿支撐基板，且從該支撐基板的兩面露出般地固定在該支撐基板，該接觸板係固定在該支撐基板之該第1、第2探針側一面，該第3連接端子係貫穿該支撐基板所形成之孔。
3. 如申請專利範圍第1項之探針卡，其中該1、第2、第3連接端子之該測試器側一面係分別形成有中央部為隆起之板片彈簧部。
4. 如申請專利範圍第3項之探針卡，其中該板片彈 簧部係由複數帶狀部所構成。
5. 如申請專利範圍第1項之探針卡，其中該第1、第2、第3連接端子係分別具有連接子。
6. 一種探針卡，係使用於檢查形成於半導體晶圓之複數功率元件的動態特性之際，其具備有：第1探針，係與該功率元件的射極電極電性接觸；第2探針，係與該功率元件的閘極電極電性接觸；電路基板，係具有分別連接有該第1、第2探針之配線圖案；接觸板，係可與固定在該電路基板之該第1、第2探針側一面之該功率元件的集極電極側電性接觸；塊狀第1、第2連接端子，係設置於測試器，且分別與該第1、第2探針的配線圖案電性接觸；以及塊狀第3連接端子，係設置於該測試器，且貫穿該電路基板所形成之孔而與該接觸板電性接觸。
7. 如申請專利範圍第6項之探針卡，其中與該第1、第2連接端子的該配線圖案相接觸之面係分別形成有中央部為隆起之板片彈簧部。
8. 如申請專利範圍第7項之探針卡，其中該板片彈 簧部係由複數帶狀部所構成。
9. 如申請專利範圍第6項之探針卡，其中該第1、第2、第3連接端子係分別具有連接子。