TW201827836A - 用於測試安裝部件的晶片的混合探針卡 - Google Patents

用於測試安裝部件的晶片的混合探針卡 Download PDF

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Abstract

本發明的探針卡用於測試具有未安裝部件的第一區域和具有安裝部件的第二區域的半導體晶片，包括：與在所述第一區域中的測試電極相接觸來傳輸電信號的多個第一探針。與在所述第二區域中所安裝的所述部件上的測試電極相接觸來傳輸電信號的多個第二探針。形成有供所述第一探針和所述第二探針的各一端插入的多個探針孔的第一導向板。布置在所述第一導向板的上方且形成有供所述第一探針的各另一端插入的多個探針孔的第二導向板。布置在所述第一導向板的上方且形成有供所述第二探針的各另一端插入的多個探針孔的第三導向板。

Description

用於測試安裝部件的晶片的混合探針卡
本發明涉及一種探針卡，更具體而言，用於有效地測試安裝部件的三維晶片的混合探針卡。
近年來，隨着IT產業的發展，半導體芯片被廣泛應用於計算機、手機、顯示器、遊戲機、家用電器、汽車等各種領域。在最終步驟封裝並安裝在成品之前，這種半導體芯片在製造工藝的每個步驟經過評價是否正常工作以判斷是否不良的事前檢查。
在上述半導體檢查步驟中，在晶片狀態下的檢查通過在將形成在半導體晶片上的數百至數千個半導體芯片切割成單個芯片並進行組裝工序之前，在晶片級處檢查每個芯片的電操作狀態來執行。通過在晶片級處預先篩選芯片缺陷來能夠在隨後的封裝步驟中降低成本。探針卡是用於上述晶片狀態的檢查的裝置，其用來使晶片與主檢查裝置電連接來將來自主檢查裝置的檢查信號發送到晶片上的焊盤。具體而言，探針卡包括多個針形探針，並且多個探針分別接觸到晶片上的半導體裝置的焊盤，從而將來自主測試設備的測試信號施加到晶片焊盤。此時，優選地，在探針與晶片焊盤之間的接觸以在各個接觸處以一定接觸力均勻地接觸的方式實現。上述探針的類型包括彈簧(pogo)式探針、懸臂(cantilever)探針、如眼 鏡蛇(cobra)型探針等屈曲(buckling)式探針等各種類型，根據晶片特性適當選定合適類型的探針來使用。
另一方面，作為通過上述探針卡進行測試的半導體晶片，以往通常使用了在晶片上用作被測試電極的焊盤、凸塊(bump)、銅柱(Cu-pillar)等均在相同平面上的二維晶片。
圖1示出針對上述二維晶片進行測試的現有各種探針卡的類型。具體而言，圖1的(a)部分示出通過採用懸臂式探針的水平式探針卡測試二維晶片的結構，圖1的(b)部分示出通過微電子機械系統(Micro Electro Mechanical Systems；MEMS)探針卡測試二維晶片的結構，圖1的(c)部分示出通過採用彈簧式探針的垂直式探針卡測試二維晶片的結構，圖1的(d)部分分示通過採用呈眼鏡蛇形狀的屈曲探針的垂直式探針卡測試二維晶片的結構。
如圖1的(a)部分至圖1的(d)部分所示，在現有二維晶片11上如焊盤、凸塊、銅柱等被測試電極12均在相同平面上，因此對此進行測試的現有探針卡也被設計組裝成使得探針卡中的各個探針的長度和高度(與電極墊之間的距離)均勻，使得當測試時探針在與電極墊之間的各接觸點以一定接觸力接觸。
最近，隨着半導體技術的發展，開發了具有安裝部件的形式的晶片，即，所謂三維晶片。如上所述，在現有二維晶片上晶片的被測試電極墊都在晶片表面上的相同平面內存在，但在安裝部件的三維晶片的情況下，電極墊不僅位於晶片表面上，也位於所安裝的部件上，因此，在一個晶片中作為測試對象的電極墊之間存在高度差。
然而，現有探針卡都以將二維晶片作為測試對象的方式被設計，由此，如上所述，以在探針卡中的各個探針的長度和高度也都相同的方式設計製造。因此，通過上述探針卡只能測試晶片上的電極墊均在相同平面上的二維晶片，而且，為了測試上述三維晶片，不可避免地需要準備與晶片上的電極墊的高度相對應地分別設計製造的至少兩個探針卡，且在實際上進行測試工作時也需要在交替更換上述多個探針卡的同時進行多次測試。
結果，其造成製造探針卡所需的時間和成本的增加，最終，晶片測試時間增加，並由此製成的半導體裝置的整個製造成本上升。
本發明是為了解決如上所述的現有探針卡所存在的技術問題而提出的，其目的在於，提供用於有效地測試安裝部件的三維晶片的混合探針卡。
更具體地，本發明的目的在於，對於安裝部件的三維晶片，使用一個探針卡來同時測試晶片表面上的電極墊和所安裝的部件上的電極墊，從而減少在測試三維晶片時所需的探針卡的數量。
並且，本發明的另一目的在於，降低在測試安裝部件的三維晶片時所需的測試時間和半導體裝置的整個製造成本。
根據本發明的一實施例的探針卡用於測試具有未安裝部件的第一區域和具有安裝部件的第二區域的半導體晶片，其包括：多個第一 探針，布置在所述第一區域的上方，與在所述第一區域中的測試電極相接觸來傳輸電信號；多個第二探針，布置在所述第二區域的上方，與在所述第二區域中所安裝的所述部件上的測試電極相接觸來傳輸電信號；第一導向板，與所述半導體晶片相對布置，且形成有供所述第一探針和所述第二探針的各一端插入的多個探針孔；第二導向板，布置在所述第一導向板的上方，且形成有供所述第一探針的各另一端插入的多個探針孔；及第三導向板，布置在所述第一導向板的上方，且形成有供所述第二探針的各另一端插入的多個探針孔；其中，在所述第一導向板中，在形成有供所述第二探針的一端插入的探針孔的區域上形成有相當於所述部件的高度的台階，使得所述第一探針的一端與在所述第一區域中的測試電極之間的距離和所述第二探針的一端與所述第二區域中的所述部件上的測試電極之間的距離相同。
在一實施例中，所述探針卡還包括：探針PCB，形成有用於向所述第一探針和所述第二探針分配並傳輸電信號的信號布線；及空間轉換器，將來自在所述探針PCB上的信號布線的電信號重新分配來連接到所述第一探針和所述第二探針的各另一端，並且，在所述空間轉換器中，在與所述第三導向板相對的區域形成有台階，使得從所述第二導向板露出的所述第一探針的另一端與在空間轉換器上相對應的電接點之間的距離和從所述第三導向板露出的所述第二探針的另一端與在空間轉換器上相對應的電接點之間的距離相同。
在一實施例中，所述第一探針和所述第二探針為彈簧式探針及屈曲式探針中之任一種。
在一實施例中，所述第一探針和所述第二探針為相同類型的探針。
在一實施例中，所述第一探針和所述第二探針為不同類型的探針。
根據本發明的探針卡，對於安裝部件的三維晶片，使用一個探針卡來同時測試晶片表面上的電極墊和所安裝的部件上的電極墊，從而能夠減少在測試三維晶片時所需的探針卡的數量，而且，能夠降低在測試三維晶片時所需的測試時間和半導體裝置的整個製造成本。
11‧‧‧二維晶片
12、101、102、202‧‧‧電極墊
100‧‧‧探針卡
101、201‧‧‧三維晶片
103、203‧‧‧部件
104、204‧‧‧第一探針
105、205‧‧‧第二探針
106、206‧‧‧第一導向板
107、207‧‧‧第二導向板
108、208‧‧‧第三導向板
109、209‧‧‧空間轉換器
110、210‧‧‧探針PCB
圖1為示出測試二維晶片的現有各種探針卡的結構的截面圖。
圖2為示出根據本發明的第一實施方式的探針卡的結構的截面圖。
圖3為示出根據本發明的第二實施方式的探針卡的結構的截面圖。
下文中，將對本發明的優選實施方案進行詳細描述。然而，應理解，儘管指示本發明的優選實施方案，但是詳細說明和具體實施例僅是例示性的，因為根據該詳細說明，在本發明主旨和範圍內的各種變化和修改對於本領域技術人員變得顯而易見。
並且，為描述的方便和簡潔，在下面具體說明中參考的附圖 中示出的部件的尺寸和形狀可以被誇大並強調。
此外，本文使用的術語通過考慮本發明的功能而被定義，並且可以根據使用者或操作者的習慣或目的而改變。因此，應該根據本文闡明的全部公開內容進行術語的定義。
圖2為示出根據本發明的第一實施方式的探針卡100的結構的截面圖。
通過根據本發明的第一實施方式的探針卡100進行測試的半導體晶片101包括未安裝部件的第一區域R1和安裝部件103的第二區域R2。即，在一個晶片上共存未安裝部件的區域和安裝部件的區域，從而具有作為測試對象的被接觸電極墊不在相同平面上的三維晶片的結構。如上所述，以往為了測定上述三維晶片，需要一個用於「晶片測試」(晶片表面上的電極墊測試)的探針卡和一個用於「部件測試」(所安裝的部件上的電極墊測試)的探針卡。但根據本發明的探針卡通過一個探針卡可以同時實現三維晶片上的晶片測試和部件測試。下面，詳細說明根據本發明的第一實施方式的探針卡100的結構。
根據本發明的第一實施方式的探針卡100包括：多個探針104、105，用於與試驗體相接觸並傳輸電信號；及探針PCB110，形成有用於向多個探針104、105分配並傳輸電信號的信號布線。在探針PCB110的下方設置有用於將來自在探針PCB100上的信號布線的電信號重新分配來連接到各個多個探針104、105的空間轉換器109。在空間轉換器109的下方設置有探針組裝體，所述探針組裝體用於與在三維晶片101上的試驗體，即，在晶片表面上的電極墊102和安裝於晶片的部件103上的電極墊同時接觸來進 行電氣測試。在功能上，探針組裝體大致由與晶片表面上的電極墊102相接觸來進行測試的第一探針組裝體和與安裝於晶片的部件103上的電極墊相接觸來進行測試的第二探針組裝體構成。
探針組裝體的基本構成具有多個探針由上下布置的兩個導向板可上下移動地支承的形式。首先，以與半導體晶片101相對的方式布置第一導向板106。在第一導向板106中，在與晶片表面上的電極墊102相對應的區域R1形成有供多個探針(第一探針；104)的一端分別插入的探針孔，而在與所安裝的部件103上的電極墊相對應的區域R2形成有供其它多個探針(第二探針；105)的一端分別插入的探針孔。第一探針104和第二探針105的類型包括如眼鏡蛇(cobra)型探針等的屈曲(buckling)式探針，或彈簧(pogo)式探針。在圖中示出的第一實施方式中第一探針104和第二探針105均採用相同類型的屈曲式探針。
另一方面，在第一導向板106的上方以與第一導向板106平行的方式布置第二導向板107，且在第二導向板107中與區域R1相對應的區域形成有供第一探針104的另一端插入的多個探針孔。
在與安裝部件103的晶片上的區域R2相對應的第二導向板107的區域形成有開口。通過上述開口設置將後述的第三導向板108。即，第三導向板108通過第二導向板107的開口被插入，且以在與安裝部件的區域R2相對應的位置組裝在第一導向板106的上方的方式布置。在第三導向板108中形成有供將要與部件103上的電極墊相接觸的上述第二探針105的另一端插入的多個探針孔。
通過如上所述的構成，在功能上，位於區域R1的第一導向 板106、第二導向板107及插入到上述第一導向板和第二導向板的探針孔中的第一探針104構成進行晶片測試的一個探針組裝體，另一方面，位於區域R2的第一導向板106、第三導向板108及插入到上述第一導向板和第三導向板的探針孔中的第二探針105構成進行部件測試的另一個探針組裝體。
另一方面，如圖2所示，在第一導向板106中，在形成有供第二探針105的一端插入的探針孔的區域向內側方向(從晶片遠離的方向)形成有相當於晶片上所安裝的部件103的高度的台階。通過上述台階，在區域R1的位置向第一導向板106的下方露出的第一探針104的一端與在晶片表面上的電極墊102之間的距離和在區域R2的位置向第一導向板106的下方露出的第二探針105的一端與部件103上的電極墊之間的距離保持相同。
另外，與此相同地，在空間轉換器109中，在第三導向板相對的區域，即，在形成有供第二探針105的另一端插入的探針孔的區域也向內側方向(從晶片遠離的方向)形成有相當於第三導向板108從第二導向板107的開口面露出到上方的高度的台階。通過上述台階，在空間轉換器109與第一探針104和第二探針105之間的電接觸區域也可以使從第二導向板露出的第一探針的另一端與在空間轉換器上相對應的電接點之間的距離和從第三導向板露出的第二探針的另一端與在空間轉換器上相對應的電接點之間的距離保持相同。
如上所述，根據本發明的第一實施方式的探針卡被設置成在功能上具有兩個探針組裝體的組合形式，使得兩個探針組裝體分別與三維晶片的未安裝部件的區域R1和安裝部件的區域R2相對應，並且，在與安裝部件的區域R2相對應的探針組裝體側的第一導向板107和空間轉換器109區 域分別設有適當的台階，從而，當第一探針104和第二探針105下降來進行測試時，第一探針104和第二探針105分別在作為各個測試區域的區域R1和區域R2以一定的接觸力均勻地與晶片表面上的電極墊102和所安裝的部件103上的電極墊同時接觸。因此，通過使用根據本發明的探針卡，通過只有一個探針卡來對於安裝部件的三維晶片同時進行晶片測試和部件測試，結果，通過減少在測試三維晶片時所需的探針卡數量來得到降低半導體製造成本的效果，與此同時，能夠縮短整個測試時間。
圖3示出根據本發明的第二實施方式的探針卡200的截面結構。
除了使第一探針204和第二探針205被設置為相互不同類型的探針，根據本發明的第二實施方式的探針卡200具有與根據上述第一實施方式的探針卡100的結構實際上相同的結構。
具體而言，在第二實施方式中，如圖所示，第一探針204採用屈曲式探針，而第二探針205採用彈簧式探針。除了作為第一探針204和第二探針205使用相互不同類型的兩種探針，第二實施方式的特徵構成與根據上述第一實施方式的探針卡100相同，即，探針卡被設置成在功能上具有兩個探針組裝體的組合形式，使得兩個探針組裝體分別與未安裝部件的區域R1和安裝部件的區域R2相對應，並且，在與安裝部件的區域R2相對應的探針組裝體側的第一導向板207和空間轉換器209區域分別設有適當的台階。因此，根據第二方式的探針卡200也能夠通過一個探針卡來同時進行對於安裝部件的三維晶片的晶片測試和部件測試，從而，可以相同地獲得減少在測試三維晶片時所需的探針卡數量的效果和縮短測試時間的效果。
上面，參照示例性實施方式說明了本發明，但應理解，本發明並不限於所公開的示例性實施方式。作為一個例子，在上述實施方式中，以用於晶片測試的第一探針和用於部件測試的第二探針採用在如眼鏡蛇型探針等的屈曲式探針及彈簧式探針中的任一種的情況為例進行說明，但探針的類型並非限於此。並且，作為第一探針和第二探針採用相同類型的探針的例子，在上述第一實施方式，以第一探針和第二探針採用屈曲式探針的情況為例進行說明，但第一探針和第二探針也都可以採用彈簧式探針，並且，在第一探針和第二探針採用不同類型的第二實施方式中也與上述第二實施方式不同地可以實現第一探針採用彈簧式探針且第二探針擦採用屈曲式探針的變形例。
上面採用特定術語說明了本發明，但應該理解，上述特定術語僅用於一般性和描述性的意義，並非旨在限制本發明。因此，本領域所屬領域的技術人員將會理解，在不脫離所附權利要求書限定的本發明的精神和範圍的情況下，可以對其形式和細節進行各種改變。應最大範圍解釋下面的權利要求書，以涵蓋所有修改以及等同的結構和功能。

Claims (5)

  1. 一種探針卡，用於測試具有未安裝部件的一第一區域和具有安裝部件的一第二區域的半導體晶片，其包括：多個第一探針，其布置在所述第一區域的上方，與在所述第一區域中的測試電極相接觸來傳輸電信號；多個第二探針，其布置在所述第二區域的上方，與在所述第二區域中所安裝的所述部件上的測試電極相接觸來傳輸電信號；一第一導向板，其與所述半導體晶片相對布置，且形成有供所述第一探針和所述第二探針的各一端插入的多個探針孔；一第二導向板，其布置在所述第一導向板的上方，且形成有供所述第一探針的各另一端插入的多個探針孔；以及一第三導向板，其布置在所述第一導向板的上方，且形成有供所述第二探針的各另一端插入的多個探針孔；其中，在所述第一導向板中，在形成有供所述第二探針的一端插入的探針孔的區域上形成有相當於所述部件的高度的台階，使得所述第一探針的一端與在所述第一區域中的測試電極之間的距離和所述第二探針的一端與所述第二區域中的所述部件上的測試電極之間的距離相同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡，其更包括：一探針PCB，其形成有用於向所述第一探針和所述第二探針分配並傳輸電信號的信號布線；以及一空間轉換器，其將來自在所述探針PCB上的信號布線的電信號重新分配來 連接到所述第一探針和所述第二探針的各另一端；其中，在所述空間轉換器中，在與所述第三導向板相對的區域形成有台階，使得從所述第二導向板露出的所述第一探針的另一端與在所述空間轉換器上相對應的電接點之間的距離和從所述第三導向板露出的所述第二探針的另一端與在所述空間轉換器上相對應的電接點之間的距離相同。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之探針卡，其中所述第一探針和所述第二探針為彈簧式探針及屈曲式探針中之一者。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之探針卡，其中所述第一探針和所述第二探針為相同類型的探針。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之探針卡，其中所述第一探針和所述第二探針為不同類型的探針。
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