TW201411139A - 探針卡 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種探針卡，其適於裝設至一測試機台。此探針卡包括一探針組、一類比電路以及一微處理器。探針組配置於一第一載板上，並具有多個第一探針與至少一第二探針，其中第二探針可相對於第一探針移動。類比電路配置於第一載板上，且電性連接探針組。微處理器配置於第一載板上並電性連接類比電路。

Description

探針卡

本發明是有關於一種探針卡，特別是有關於一種能動態地測量待測物之電氣特性的探針卡。

在一般的晶圓測試步驟中，為了將測試訊號輸入到待測物(device under test，DUT)的積體電路中，通常會先利用探針卡(probe card)上的多個微小探針來接觸待測物的接墊或凸塊。之後，測試訊號即會從測試機台發送到探針卡的部分探針，並傳輸到與接墊或凸塊電性連接的積體電路中。當測試訊號經過積體電路的運算或處理後，測試機台再從其餘的探針讀取回饋訊號，並藉由測試機台上的微處理器分析回饋訊號，以達到測試之目的。

習知技術中已有越來越多的積體電路內包含電容或壓電晶體等的元件，利用固定長度的探針檢測這些元件時，僅能在固定的元件尺寸之條件下來量測電壓或電流訊號。換言之，習知固定長度的探針僅能用來靜態地量測元件或積體電路的電氣特性。習知技術中還有許多利用半導體製程製作出的微機電結構。這些微機電結構的機械力、加速度、壓力等，是無法透過固定長度的探針量測出的。因此，本發明提出具有特定結構的探針卡來解決上述的問題。另外，目前半導體製程已朝向堆疊數個晶片來設計即所謂三維積體電路(3D-IC)，利用本發明也可解決三維積體電路量 測上所遇到的困難。

有鑑於此，本發明之目的是提供一種能動態地測量待測物之電氣特性與機械特性的探針卡。

本發明的另一目的是提供一種能對待測物之電路施加作用力的探針卡。

本發明的另一目的是提供一種能對堆疊晶片積體電路之電氣特性量測的探針卡。

為達上述或其他目的，本發明提出一種探針卡，其適於裝設至一測試機台。此探針卡包括一探針組、一類比電路以及一微處理器。探針組配置於一第一載板上，並具有多個第一探針與至少一第二探針，其中至少一第二探針可相對於第一探針移動。類比電路配置於第一載板上，且電性連接探針組。微處理器配置於第一載板上，且電性連接類比電路。

另外，本發明另提出一種探針卡，其適於裝設至一測試機台。此探針卡包括一探針組、一類比電路以及一微處理器。探針組配置於一第一載板上，並具有多個第一探針以及至少一第二探針，其中第一探針之長度不同於至少一第二探針的長度。類比電路配置於第一載板上，且電性連接探針組。微處理器配置於第一載板上，且電性連接類比電路。

再者，本發明又提出一種探針卡，適於裝設至一測試機台。 此探針卡包括一探針組、一類比電路以及一微處理器。探針組配置於一第一載板上，並具有多個第一探針以及至少一第二探針，其中第一探針與第一載板之間的距離不同於至少一第二探針與第一載板之間的距離。類比電路配置於第一載板上，且電性連接探針組。微處理器配置於第一載板上，且電性連接類比電路。

在本發明提出的探針卡中，由於第二探針可相對於第一探針移動，故調整第二探針的位置便可間接地改變待測物上之特定元件(例如電容或壓電晶體)的尺寸，以便量測在不同特定元件尺寸的情況下量測電路結構的電氣特性。相反地，若待測物上之特定元件的尺寸有任何變化，也可以透過監測第二探針的應力變化而量測出。因此，測試機台能夠動態地量測出待測物的電氣特性與機械特性。在本發明提出的另一探針卡中，第二探針之結構不同於第一探針，第二探針可用施加力量到待測物上，使待測物上之電路的回饋電壓更容易被量測出。

另外，在本發明提出的另一探針卡中，藉由凸塊導柱可適當調整第二探針的垂直位移量，如此可量測堆疊晶片中不同高度的積體電路。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

第一實施例

圖1為本發明第一實施例之探針卡的結構示意圖。請先參考圖1，本實施例的探針卡100主要包括一探針組110、一類比電路120以及一微處理器130。其中，探針組110配置於一第一載板140上，類比電路120配置於第一載板140上並且電性連接探針組110，微處理器130配置於第一載板140上並且性連接類比電路120。

在探針組110中，包括有多個第一探針112與至少一第二探針114，第一探針112呈陣列排，第二探針114可相對於第一探針112移動。另外，第一探針112與第二探針114是配置於一第二載板170上，而第二載板170則連接至第一載板140。

除了上述的元件之外，本實施例的探針卡100還包括一高頻電路150，其電性連接類比電路120及微處理器130，並用來提供測試時所需的高頻訊號，例如射頻訊號(radio frequency signal，RF signal)。另外，為了能驅動第二探針114移動，本實施例的探針卡100中包括有一微機電系統(micro electro mechanical system，MEMS)160，其電性連接微處理器130，並且受到微處理器130的控制。實體上，微機電系統160連結第二探針114，並且能帶動第二探針114。

承上述，在本實施例的探針卡100中，第一探針112與第二探針114皆為奈米碳管，第一載板140為一印刷電路板，第二載板170為一矽基板。此外，類比電路120根據一數位訊號提供一類比電壓訊號或電流訊號，而微機電系統160則是利用半導體製 程製做出的結構系統。值得注意的是，第二探針114能相對於第一探針112移動。如圖1所示，藉由微機電系統160的帶動，第二探針114的高度能夠被調整，例如從圖1中的H1位置調整至H2位置。為了說明本實施例之探針卡100的優點，以下將詳細說明如何利用探針卡100對一待測物進行測試。

圖2A與圖2B是第一實施例之探針卡用於測試一待測物時的示意圖。請先參考圖2A，在對一待測物D10進行測試時，首先第一探針112與第二探針114會先分別接觸到待測物D10上的多個接墊D12與一電容元件D14。之後，微處理器130會接收來自測試機台的一參數，並根據參數控制類比電路120。類比電路120則根據微處理器130傳來的控制訊號(數位訊號)Sc提供一測試訊號(類比電壓)Vt並施加於部分第一探針112。測試訊號Vt經過待測物D10中的電路D16運算或處理後，一回饋電壓Vr將從另外的第一探針112傳回至類比電路120。回饋電壓Vr經類比電路120轉換為回饋訊號(數位訊號)Sr後再回傳至微處理器130。最後微處理器130分析回饋訊號Sr後，會將最後的測試結果傳送到測試機台，以完成測試程序。

值得注意的是，由於第二探針114可相對於第一探針112移動，若透過微處理器130調整微機電系統160來帶動第二探針114，則可壓迫電容元件D14，並使電容元件D14的尺寸改變。請參考圖2B，相較於圖2A的測試示意圖，圖2B中的電容元件D14之尺寸已明顯改變，而測試訊號Vt經過待測物D10中的電路D16 運算或處理後，類比電路120與微處理器130則會分別接收到另一回饋電壓Vr’與另一回饋訊號(數位訊號)Sr’。換言之，傳送回測試機台的測試結果已經不同於原先的結果。因此，利用第二探針114間接改變待測物上的特定元件之尺寸，即可以量測到不同元件尺寸之條件下的回饋訊號。換言之，若在測試的過程中調整特定元件或特定部位之尺寸，測試機台就能夠動態地量測出待測物的電氣特性。

以上的敘述僅是針對電容元件舉例說明，但壓電晶體或是其他的電路元件之電器特性也可以利用上述的方式測試。此外，在另一方面，若待測物上之特定元件的尺寸有任何變化，相反地也可透過監測第二探針114、微機電系統160上的應力變化而量測出。因此，測試機台也能夠利用探針卡100動態地量測出待測物的機械特性(例如壓力、加速度、機械力等)，甚至也能動態地量測出待測物的光學特性。

要特別說明的是，雖然在本實施例中，第一探針112呈陣列排，但第一探針112也可呈其他規則或無特定規則的排列。在第一實施例中，第一探針112與第二探針114皆為奈米碳管，但在其他的實施例中，第一探針112與第二探針114也可以是利用碳、碳化合物、碳合金、金屬或合金等適當材質形成的探針。另外，本實施例中雖然是利用微機電系統160來帶動第二探針114，但在其他的實施例中，探針組110中也可以利用一壓電結構或其他適當的元件來驅動第二探針114。

第二實施例

圖3為本發明第二實施例之探針卡的結構示意圖。請參考圖3，本實施例之探針卡200具有類似於第一實施例之探針卡100的結構與電路功用，其差異僅在於：在探針卡200的探針組210中，第二探針214具有不同於第一探針112的固定長度。若利用第二探針214對待測物的電路結構施加力量，則可讓待測物上之電路的回饋電壓有所變化，例如將回饋電壓放大或造成回饋電壓位準偏移。而透過此種方式，待測物的電氣特性可以更容易地被量測出。

第三實施例

圖4為本發明第三實施例之探針卡的結構示意圖。請參考圖4，本實施例之探針卡300具有類似於第一實施例之探針卡100的結構與電路功用，其差異僅在於：在探針卡300的探針組310中，第二探針314具有不同於第一探針112的固定位置。也就是說，第一探針114與第一載板140之間的距離不同於第二探針314與第一載板140之間的距離。在第二載板170與第二探針314之間配置第一凸塊導柱322和第二凸塊導柱324，並利用連接不同高度之第一凸塊導柱322和第二凸塊導柱324，則可形成探針間不同垂直位移量，對目前採用堆疊晶片製程之元件(待測物D20)可提供完整之特性量測，經由適當的探針排列設計，也可用於三維積體電路(3D-IC)上。

綜上所述，本發明之探針卡至少具有下列優點：

一、在本發明第一實施例提出的探針卡中，測試機台透由第二探針壓迫待測物上之特定元件，使特定元件的尺寸改變，進而造成回饋電壓變化。另外，若待測物上之特定元件的尺寸有任何變化，也可以透過監測第二探針的應力變化而量測出。因此，測試機台能夠動態地量測待測物的電氣特性、機械特性與光學特性。

二、在本發明第二實施例提出的探針卡中，第二探針之長度是固定的，並且不同於第一探針之長度。第二探針用以對待測物的電路結構施加作用力，使待測物上之電路的回饋電壓放大或造成回饋電壓位準偏移，因而提高了回饋電壓被量測到的機會。

三、在本發明第三實施例提出的探針卡中，藉由凸塊導柱可適當調整第二探針的垂直位移量，如此可量測堆疊晶片中不同高度的積體電路。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200、300‧‧‧探針卡

110、210、310‧‧‧探針組

112‧‧‧第一探針

114、214、314‧‧‧第二探針

120‧‧‧類比電路

130‧‧‧微處理器

140‧‧‧第一載板

150‧‧‧高頻電路

160‧‧‧微機電系統

170‧‧‧第二載板

322‧‧‧第一凸塊導柱

324‧‧‧第二凸塊導柱

D10、D20‧‧‧待測物

D12‧‧‧接墊

D14‧‧‧電容元件

D16‧‧‧電路

H1、H2‧‧‧位置

Sc‧‧‧控制訊號

Vt‧‧‧測試訊號

Vr、Vr’‧‧‧回饋電壓

Sr、Sr’‧‧‧回饋訊號

圖1為本發明第一實施例之探針卡的結構示意圖。

圖2A與圖2B是第一實施例之探針卡用於測試一待測物時的示意圖。

圖3為本發明第二實施例之探針卡的結構示意圖。

圖4為本發明第三實施例之探針卡的結構示意圖。

100‧‧‧探針卡

110‧‧‧探針組

112‧‧‧第一探針

114‧‧‧第二探針

120‧‧‧類比電路

130‧‧‧微處理器

140‧‧‧第一載板

150‧‧‧高頻電路

160‧‧‧微機電系統

170‧‧‧第二載板

H1、H2‧‧‧位置

Claims (33)

1. 一種探針卡，適於裝設至一測試機台，該探針卡包括：一探針組，配置於一第一載板上，並具有多個第一探針與至少一第二探針，其中該至少一第二探針可相對於該些第一探針移動；一類比電路，配置於該第一載板上，且電性連接該探針組；以及一微處理器，配置於該第一載板上，且電性連接該類比電路。
2. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡，其中該些第一探針為奈米碳管。
3. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡，其中該至少一第二探針為奈米碳管。
4. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡，其中該探針組更包括一微機電系統(micro electro mechanical system，MEMS)，該微機電系統驅動該至少一第二探針。
5. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡，其中該探針組更包括一壓電結構，該壓電結構驅動該至少一第二探針。
6. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡，更包括一高頻電路，該高頻電路電性連接該類比電路及/或該微處理器。
7. 如申請專利範圍第6項所述之探針卡，其中該微處理器接收來自該測試機台的一參數，並根據該參數控制該類比電路及/或該微處理器。
8. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡，其中該微處理器接收來自該測試機台的一參數，並根據該參數控制該類比電路。
9. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡，其中該探針組更包括一第二載板，該些第一探針與該至少一第二探針配置於該第二載板上，該第二載板則連接至該第一載板。
10. 如申請專利範圍第9項所述之探針卡，其中該些第一探針呈陣列排。
11. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡，其中該些第一探針與該至少一第二探針之材質為碳、碳化合物或碳合金。
12. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡，其中該些第一探針與該至少一第二探針之材質為金屬或合金。
13. 一種探針卡，適於裝設至一測試機台，該探針卡包括：一探針組，配置於一第一載板上，並具有多個第一探針以及至少一第二探針，其中該些第一探針之長度不同於該至少一第二探針的長度；一類比電路，配置於該第一載板上，且電性連接該探針組；以及一微處理器，配置於該第一載板上，且電性連接該類比電路。
14. 如申請專利範圍第13項所述之探針卡，其中該些第一探針為奈米碳管。
15. 如申請專利範圍第13項所述之探針卡，其中該至少一第二探針為奈米碳管。
16. 如申請專利範圍第13項所述之探針卡，更包括一高頻電路，該高頻電路電性連接該類比電路及/或該微處理器。
17. 如申請專利範圍第16項所述之探針卡，其中該微處理器接收來自該測試機台的一參數，並根據該參數控制該類比電路及/或該微處理器。
18. 如申請專利範圍第13項所述之探針卡，其中該微處理器接收來自該測試機台的一參數，並根據該參數控制該類比電路。
19. 如申請專利範圍第13項所述之探針卡，其中該探針組更包括一第二載板，該些第一探針與該至少一第二探針配置於該第二載板上，該第二載板則連接至該第一載板。
20. 如申請專利範圍第19項所述之探針卡，其中該些第一探針與該至少一第二探針呈陣列排。
21. 如申請專利範圍第13項所述之探針卡，其中該些第一探針與該至少一第二探針之材質為碳、碳化合物或碳合金。
22. 如申請專利範圍第13項所述之探針卡，其中該些第一探針與該至少一第二探針之材質為金屬或合金。
23. 一種探針卡，適於裝設至一測試機台，該探針卡包括：一探針組，配置於一第一載板上，並具有多個第一探針以及至少一第二探針，其中該些第一探針與該第一載板之間的距離不同於該至少一第二探針與該第一載板之間的距離；一類比電路，配置於該第一載板上，且電性連接該探針組；以及 一微處理器，配置於該第一載板上，且電性連接該類比電路。
24. 如申請專利範圍第23項所述之探針卡，其中該些第一探針為奈米碳管。
25. 如申請專利範圍第23項所述之探針卡，其中該至少一第二探針為奈米碳管。
26. 如申請專利範圍第23項所述之探針卡，更包括一高頻電路，該高頻電路電性連接該類比電路及/或該微處理器。
27. 如申請專利範圍第26項所述之探針卡，其中該微處理器接收來自該測試機台的一參數，並根據該參數控制該類比電路及/或該微處理器。
28. 如申請專利範圍第23項所述之探針卡，其中該微處理器接收來自該測試機台的一參數，並根據該參數控制該類比電路。
29. 如申請專利範圍第23項所述之探針卡，其中該探針組更包括一第二載板，該些第一探針與該至少一第二探針配置於該第二載板上，該第二載板則連接至該第一載板。
30. 如申請專利範圍第29項所述之探針卡，其中該些第一探針與該至少一第二探針呈陣列排。
31. 如申請專利範圍第29項所述之探針卡，其中該些第一探針與該第二載板之間配置有多個凸塊導柱。
32. 如申請專利範圍第23項所述之探針卡，其中該些第一探針與該至少一第二探針之材質為碳、碳化合物或碳合金。
33. 如申請專利範圍第23項所述之探針卡，其中該些第一探 針與該至少一第二探針之材質為金屬或合金。