TWI451093B - 多重偏移晶粒頭 - Google Patents

Description

多重偏移晶粒頭

本發明係關於一垂直針積體電路探測裝置，且特定言之，係關於一種多重偏移晶粒頭，其用於裝載具有不同偏移的探針至該垂直針積體電路探測裝置之一晶粒頭總成中。

垂直的彎曲光束(VBB)探針技術所面臨的挑戰之一係探測非常緊的節距之周圍墊的能力。這個照慣例以懸臂式探針卡完成。一懸臂卡由若干列大體上水平懸掛在待測試之裝置上的電線組成。該等電線的尖端處係彎下來的，並逐漸下降到一接觸該晶片上之該等墊之點。該緊節距需要具有多層重疊的探針。由於該等尖端都係自由浮動的，所以其位置必須藉由手動彎曲該等電線加以精確調整，以便使探針尖端完全對準被測之墊之中心。定期重新調整該等尖端係必要的，造成用戶維護上的問題。重疊性質的設計還需要長探針，其導致增加的探測電感並限制可被同時探測之晶片數量。

緊節距周邊黏合墊運用之使用VBB探針的一困難係在該探針與空間變換器墊之間建立一可靠接觸之困難。這非係懸臂卡的問題，因為懸臂底部接觸係直接焊接至PCB。相反地，VBB探針之該等頭在被鑽孔進入該探針頭上晶粒之微型孔內部浮動。通常這些上晶粒微型孔相對於該下晶粒中之該等孔被製作過大以有助於同時裝配所有接頭上的上 晶粒。由於較大的上晶粒微型孔、該上晶粒與該空間變換器之間之潛在的未對準、該頭與空間變換器之熱膨脹的不同、頭刮擦(head scrub)等等，該等接頭與空間變換器墊可能未被完全對準。因此，宜有一儘可能大的墊來適應任何未對準。

藉由"旋轉"該等接觸件，有時大的墊也能適應於同軸的緊節距墊配置。藉由輕微旋轉該等接觸件，有可能使臨近探針之該等頭進一步分離，允許更大空間變換器墊的使用。然而，對於同軸之配置，有很長的連續列的墊而沒有縫隙，那係不可能的。在一周邊墊的配置中，晶片上的該等墊通常都係很窄的，並且係長方形的，且需要對準該接觸件，這樣就能使其隨著墊的更長方向了。由於這個阻礙"旋轉"該等接觸件，因此當晶片上的墊被測試的時候，VBB探針之該等頭就結束對相同間距的對準。那些緊節距周邊結合墊阻止過大墊的使用。此外，因為間距係非常緊的，製作過大尺寸的上晶粒孔將不可能符合傳統VBB探針設計，因此，使得裝配處理很困難。美國專利第6,297,657及6,633,175號揭示垂直針探測裝置，茲以引用的方式將其全文併入本文。

本發明之一態樣係涉及一種晶粒頭之一上晶粒部分，其係用於對準在晶粒頭之下晶粒部分中形成之一第一微型孔之一第一陣列中具有不同偏移的探針。上晶粒部分包含一間隔部分，此部分又包括第一表面及第二表面，第一表面 係用於接觸該下晶粒部分；並且第一裝配輔助薄膜依附於第二表面，並且有第二微型孔之一第二陣列來接收具有不同偏移的探針，其中第二微型孔包括至少一第一微型孔，其經組態為從該等第一微型孔之一相對應微型孔偏移達一第一偏移；及至少一第二微型孔，其經組態為從該等第一微型孔之一相對應微型孔偏移達一第二偏移，該第二偏移與該第一偏移不同。

本發明之另一態樣係一種晶粒頭，其包括用於對準在晶粒頭有不同偏移的探針之對準機構。該晶粒頭包括一有多個表面的下晶粒部分，該多個表面之至少一者具有用於接收探針之一第一陣列；及一上晶粒部分，其具有一間隔部分、一第一總成輔助薄膜、一被定位為與該第一總成輔助薄膜相鄰的支撐框架及一接合於該支撐框架並具有用於接收探針的第三微型孔的一第三陣列之上晶粒板，其中第三微型孔之該第三陣列被圖案化以對準第二微型孔之該第二陣列，該間隔部分包括第一表面及第二表面，第一表面接觸該下晶粒部分之該多個表面之至少一者，該第一總成輔助薄膜與第二表面相連，該第一總成輔助薄膜有用於接收有不同偏移的探針的第二微型孔的一第二陣列，其中該等第二微型孔包括至少一第一微型孔，其經組態為從該等第一微型孔之一相對應微型孔偏移達一第一偏移；及至少一第二微型孔，其經組態為從該等第一微型孔之一相對應微型孔偏移達一第二偏移，該第二偏移與該第一偏移不同。

本發明之再一態樣就係一種晶粒頭，其包含用於將有不 同偏移的探針與過大空間變換器墊對準之對準機構。該晶粒頭包含有多個表面的一下晶粒部分，該多個表面之至少一者有用於接收探針的第一微型孔的一第一陣列；以及有一間隔部分與一第一總成輔助薄膜的一上晶粒部分，該間隔部分包含第一表面與第二表面，該第一表面連接至少下晶粒部分之多個表面中的至少一者，第一總成輔助薄膜接合於該第二表面，該第一總成輔助薄膜有第二微型孔的一第二陣列，該等第二微型孔的第二陣列經組態為與該空間變換器之該等墊對準。

現在參考圖1，圖中相同的參考數字代表相同部件，本發明的一項實施例包括用於對準具有不同偏移的探針22、23的一晶粒頭21的一上晶粒部分20，例如，形成於晶粒頭下晶粒部分26，處在第一微型孔的一第一陣列24的從探針頭到探針尖端的橫向尺寸。通常，但不係總係，上晶粒部分20包含一間隔部分28、一支撐框架30、一第一總成輔助薄膜32及一上晶粒板34。

間隔部分28包括各自的第一表面36及第二表面38。第一表面36係經調適以連接下晶粒部分26。第二表面38通常(但不總是)與第一總成輔助薄膜32連接。通常，間隔部分28係一環形配置，擁有一正方形或者矩形截面並且可能由任何一些被認為適合作晶粒部分的材料形成，例如一種纖維填充環氧樹脂、一種低膨脹金屬或者一種陶瓷。

通常，支撐框架30與上晶粒部分20的其他部分由塑膠絕 緣材料形成，例如Delrin的品牌材料、德國德內莫爾杜邦威爾明頓(duPont de Nemours & Co of Wilmington,DE)註冊的E.I.商標下的一種縮醛樹脂、如銷售品牌名稱為Invar的低膨脹金屬、註冊商標為Imphy,S.A.的鎳合金、如氮化矽之陶瓷、或者一種銷售品牌為Cirlex的聚醯亞胺材料。通常支撐框架30外形上與間隔部分28相似，但係有關於每個探針22、23之縱向的較小尺寸。

通常，第一總成輔助薄膜32被定位於第二表面38與支撐框架30之間，並且包含經調適以接收具有不同偏移的探針22及23的第二微型孔的一第二陣列40。通常上晶粒板34非常接近第一總成輔助薄膜32，並有經調適以接收探針22及23的第三微型孔的一第三陣列42。上晶粒板34通常(但非始終)接合於支撐框架30。通常上晶粒板34係由厚度為4至8密爾厚度的半剛性材料所製成。

第二微型孔的第二陣列40與第三微型孔的第三陣列42被圖案化以相互對準，但從第一微型孔的第一陣列24的偏移。介於第一陣列24與第二陣列40之間以及介於第一陣列24與第三陣列42之間的每一相對應成對微型孔的偏移都可能改變(例如，一偏移A與一偏移B)，用以確保第二陣列及第三陣列能與空間變換器46的墊44對準。偏移A與偏移B的量(其係介於每個探針之探針尖端48與探針頭50之間的橫向距離)係藉由空間變換器46上的每一墊44的位置及大小予以決定，即，介於相鄰墊之中心之間的橫向距離。每個探針頭50經組態為接觸一相對應墊44，且每個探針尖端 48經組態為接觸一受測試的積體電路52的接觸墊51。

在上晶粒板34的第三微型孔的第三陣列42上的每個微型孔通常都係過大的，例如，通常直徑大於探針22及23的直徑達約0.5密爾(0.0005英寸)，其小於先前技術的上晶粒的微型孔。第一總成輔助薄膜32的第二微型孔的第二陣列42上的每個微型孔通常小於上晶粒板34上的微型孔。例如，通常直徑大於每個探針22及23的直徑達約0.1密爾(0.0001英寸)，使得探針之間能保持緊密的相對對準，並且每一第二微型孔皆被有效密封以防止碎片進入晶粒頭。

上晶粒部分20亦可包括對準孔54，其旨在嚙合一榫釘或者類似的結構(圖示未顯示)，用以將上晶粒部分20與下晶粒22的組件對準。藉由使用市售黏合劑(例如，美國明尼蘇達州St.Paul的3M公司銷售的2290結構黏合劑或類似物)黏合第一總成輔助薄膜32至間隔部分28及/或支撐框架30，額外的結構剛度可被提供於上晶粒部分20。

第一總成輔助薄膜32可以係任何適合的聚合物薄膜，例如，由聚醯亞胺形成的類型薄膜，並且其通常係至少半透明的。第一總成輔助薄膜32通常產生一越過一孔56的拉緊的"鼓皮"，該孔56包含一被界定在晶粒頭間隔部分28的周長58，從而消除在習知設計中固有的非平坦問題。在若干替代實施例中，一額外的總成輔助薄膜(未顯示)可被包含且被定位為在第一總成輔助薄膜32頂部浮動。

現參考圖2及3，一種先前技術普通類型的空間變換器100包括連同一經蝕刻的"專用"印刷電路板104一起使用的 一有線介面102。在使用中，一矽晶圓106包括一些積體電路裝置108，該等積體電路裝置108上具有待探測的接觸墊110。經由連接器112從測試設備供應多個電源、接地及信號電位到印刷電路板104外周邊上的彈簧墊(未顯示)。藉由經蝕刻於或沈積在印刷電路板104上之痕跡，提供一專用於在積體電路裝置108上的一種特殊圖案的接觸墊110之特殊圖案的測試電路。被連接至蝕刻痕跡116之一組電線引線114終止於(例如)具有或不具有相對應接觸墊120以便接觸保持在上晶粒頭126中的探針124之頭122之印刷電路板104之底面118。如圖3之最佳圖解，相對應接觸墊120通常被定位為相互緊密接近，以此來限制每個墊的大小。

現參考圖4與5，本發明的另一態樣係一種晶粒頭200，其包含對準機構，用於將有不同偏移204、206、208(即，介於每個探針之頭209與尖端210之間的橫向距離)的探針202與一有過大墊212、214、216的空間變換器211對準。類似於圖1所描述的實施例，一下晶粒部分224有多個表面，該多個表面之至少一表面有用於接收探針202的第一微型孔之一第一陣列226。一上晶粒部分228包括一間隔部分230、一支撐框架232、一第一總成輔助薄膜234以及一上晶粒板235。間隔部分230包含第一表面236及第二表面238。第一表面236相接觸於下晶粒部分224的該多個表面中的至少一者(例如，一表面240)。第一總成輔助薄膜234係依附於第二表面238。第一總成輔助薄膜234有第二微型孔的一第二陣列242，該等第二微型孔經組態為與空間變 換器211的偏移墊212、214、216對準。上晶粒板235有第三微型孔之一第三陣列243，第三陣列243經組態為與第二陣列242對準。

仍然參考圖5，舉例而言，拿一個標準的探針202為例，比如例如探針244，可能有千分之四十八英寸的偏移。藉由製造除一個標準的偏移外之具有千分之四十寸偏移的探針246與具有千分之五十六寸偏移的探針248，並在相鄰墊212、214、216上連續使用這些，這樣就有可能在不影響探針尖端210處之節距與不"旋轉"探針的情況下使相鄰探針頭209之間具有更大的空間。

在一實例中，有了一在一積體電路上之周邊墊之間之千分之四寸的節距，探針頭之間的距離可以從千分之四寸增大到千分之九寸。這就允許使用一個千分之八寸的空間變換器接觸墊而不係千分之三寸的接觸墊。這樣能消除任何探針頭從接觸墊上消失或擦掉的可能性，並能極大地簡化此應用之製造空間變換器的複雜性與成本。這使得一使用千分之八寸的電線而不係千分之三英寸墊的昂貴的MLC與千分之一英寸的間隔之有線空間變換器之使用成為可能，獲得更簡單的總成、增加的電流容量，更低的成本、縮短的導入時間。

相對於先前技術的設計，本發明提供了複數個益處及優勢。本發明描述的係一個垂直的彎曲光束探測卡，其包含具有多於一單一偏移之探針。多重偏移的使用允許一給定的接觸節距之於空間變換器上的較大墊。一個更大接觸區 域允許探測頭更多的區域，減少與頭－墊未對準與刮擦有關的問題。亦允許在有線空間變換器中使用較大的有線直徑，增加空間變換器的電流容量及將探針與緊節距應用之空間變換器接觸墊對準之改良的能力。

在根據本發明之實施例中，探針頭與接觸墊之對準較為不重要。空間變換器上的較大的接觸墊使得探針頭不太可能從接觸墊上滑下來。較大接觸墊能幫助減少所有的成本以及生產空間變換器的導入時間。

雖然關於其例示性實施例，本發明已被描述及說明，但熟習此項技術者應該瞭解，在不偏離本發明的精神及範圍情況下，可於其中及另外作上述及其他各種變化、省略及添加。

20‧‧‧上晶粒部分

21‧‧‧晶粒頭

22‧‧‧探針

23‧‧‧探針

24‧‧‧第一陣列

26‧‧‧下晶粒部分

28‧‧‧間隔部分

30‧‧‧支撐框架

32‧‧‧第一總成輔助薄膜

34‧‧‧上晶粒板

36‧‧‧第一表面

38‧‧‧第二表面

40‧‧‧第二陣列

42‧‧‧第三陣列

44‧‧‧墊

46‧‧‧空間變換器

48‧‧‧探針尖端

50‧‧‧探針頭

51‧‧‧接觸墊

52‧‧‧積體電路

56‧‧‧孔

58‧‧‧周長

100‧‧‧空間變換器

102‧‧‧有線介面

104‧‧‧印刷電路板

106‧‧‧矽晶圓

108‧‧‧積體電路裝置

110‧‧‧接觸墊

112‧‧‧連接器

114‧‧‧電線引線

116‧‧‧經蝕刻的痕跡

118‧‧‧印刷電路板底面

120‧‧‧接觸墊

122‧‧‧探針頭

124‧‧‧探針

126‧‧‧上晶粒頭

200‧‧‧晶粒頭

202‧‧‧探針

204‧‧‧偏移

206‧‧‧偏移

208‧‧‧偏移

209‧‧‧探針頭

210‧‧‧探針尖端

211‧‧‧空間變換器

212‧‧‧墊

214‧‧‧墊

216‧‧‧墊

224‧‧‧下晶粒部分

226‧‧‧第一陣列

228‧‧‧上晶粒部分

230‧‧‧間隔部分

232‧‧‧支撐框架

234‧‧‧第一總成輔助薄膜

235‧‧‧上晶粒板

236‧‧‧第一表面

238‧‧‧第二表面

240‧‧‧第一表面

242‧‧‧第二陣列

243‧‧‧第三陣列

244‧‧‧探針

246‧‧‧探針

248‧‧‧探針

為闡釋本發明，以下圖式顯示所揭示主題之目前較佳形式。但應瞭解，所揭示之主題不以圖式中的精確配置及機構為限，其中：

圖1係根據本發明的一個實施例之一多重偏移晶粒頭之部分截面圖。

圖2係先前技術已知的一晶粒頭之部分截面圖。

圖3係根據先前技術的實施例之探針之底部示意圖，該等探針被連接到積體電路上之接觸墊與空間變換器上之接觸墊。

圖4係根據本發明的實施例之探針之底部示意圖，該等探針被連接到積體電路上之接觸墊與一空間變換器上之接 觸墊。

圖5係根據本發明的實施例之一晶粒頭之部分截面圖。

20‧‧‧上晶粒部分

21‧‧‧晶粒頭

22‧‧‧探針

23‧‧‧探針

24‧‧‧第一陣列

26‧‧‧較低晶粒部分

28‧‧‧間隔部分

30‧‧‧支撐框架

32‧‧‧第一總成輔助薄膜

34‧‧‧上晶粒板

36‧‧‧第一表面

38‧‧‧第二表面

40‧‧‧第二陣列

42‧‧‧第三陣列

44‧‧‧墊

46‧‧‧空間變換器

48‧‧‧探針尖端

50‧‧‧探針頭

51‧‧‧接觸墊

52‧‧‧積體電路

56‧‧‧孔

58‧‧‧周長

Claims (17)

1. 一種對準複數個探針之一晶粒頭的上晶粒部分，該複數個探針之至少一者具有在其尖端及頭之間之一第一橫向距離，藉以定義一第一偏移，且該複數個探針之至少一者具有在其尖端及頭之間之不同於該第一橫向距離之一第二橫向距離，藉以定義一第二偏移，該複數個探針在形成於該晶粒頭之一下晶粒部分中之第一微型孔的一第一陣列中具有不同偏移，該上晶粒部分包括：一間隔部分，其包含第一表面及第二表面，該第一表面用於接觸該下晶粒部分；及一第一總成輔助薄膜，其依附於該第二表面並有用於接收有不同偏移之該複數個探針的第二微型孔的一第二陣列，其中該等第二微型孔包括：至少一第一微型孔，其經組態為從該等第一微型孔之一相對應微型孔偏移達等於該第一偏移之一距離；及至少一第二微型孔，其經組態為從該等第一微型孔之一相對應微型孔偏移達等於該第二偏移之一距離，該第二偏移與該第一偏移不同，其中一對對應之微型孔可卸除地(releasably)含有該複數個探針之一單一探針之不同部分。
2. 根據請求項1之上晶粒部分，其進一步包括：一支撐框架，其被定位為鄰近該第一總成輔助薄膜；及一上晶粒板，其接合於該支撐框架並有用於接收該等探針之第三微型孔的一第三陣列，其中第三微型孔的該第三陣列被圖案化以對準第二微型孔之該第二陣列。
3. 根據請求項2之上晶粒部分，其中該第二陣列及第三陣列經組態為從該第一陣列偏移。
4. 根據請求項2之上晶粒部分，其中該第一總成輔助薄膜係至少半透明的。
5. 根據請求項2之上晶粒部分，其中第二微型孔之該第二陣列的每一個微型孔都有一直徑，該直徑經選擇以使得當該等探針被插入時，第二微型孔的該第二陣列的每一個微型孔被大體上密封。
6. 根據請求項2之上晶粒部分，其中該上晶粒板不被固定至該支撐框架。
7. 根據請求項1之上晶粒部分，其中該第一總成輔助薄膜被黏合至該支撐框架。
8. 根據請求項2之上晶粒部分，其中第二微型孔之該第二陣列的每一個微型孔都有一直徑，該直徑經選擇以使得大體上防止碎片通過該等第二微型孔。
9. 根據請求項1之上晶粒部分，其中該第一總成輔助薄膜至少部分由一具有一低熱膨脹係數的材料所製成。
10. 一種晶粒頭，其包括用於對準在該晶粒頭中具有不同偏移的探針的對準機構，該晶粒頭包括：複數個探針，該複數個探針之至少一者具有在其尖端及頭之間之一第一橫向距離，藉以定義一第一偏移，且該複數個探針之至少一者具有在其尖端及頭之間之不同於該第一橫向距離之一第二橫向距離，藉以定義一第二偏移；一下晶粒部分，其具有多個表面，該多個表面之至少 一者有用於接收該複數個探針的第一微型孔之一第一陣列；及一上晶粒部分，其有一間隔部分、一第一總成輔助薄膜、一被定位為與該第一總成輔助薄膜鄰近的支撐框架，以及一上晶粒板，該上晶粒板接合於該支撐框架並具有用於接收該複數個探針的第三微型孔之一第三陣列，其中第三微型孔之該第三陣列被圖案化以與第二微型孔之一第二陣列對準，該間隔部分包含第一表面及第二表面，該第一表面與該下晶粒部分之該多個表面之至少一者相接觸，該第一總成輔助薄膜依附於該第二表面，該第一總成輔助薄膜有用於接收有不同偏移之該複數個探針的第二微型孔的該第二陣列，其中該等第二微型孔包括：至少一第一微型孔，其被用於配置為從該等第一微型孔之一相對應微型孔偏移達等於該第一偏移之一距離；及至少一第二微型孔，其經組態為從該等第一微型孔之一相對應微型孔偏移達等於該第二偏移之一距離，該第二偏移與該第一偏移不同，其中一對對應之微型孔可卸除地(releasably)含有該複數個探針之一單一探針之不同部分。
11. 根據請求項10之晶粒頭，其中該第二陣列與該第三陣列從該第一陣列偏移。
12. 根據請求項10之晶粒頭，其中該第一總成輔助薄膜係至少半透明的。
13. 根據請求項10之晶粒頭，其中第二微型孔之該第二陣列 的每一個微型孔都有一直徑，該直徑經選擇以使得當該等探針被插入時，第二微型孔之該第二陣列的每一個微型孔被大體上密封。
14. 根據請求項10之晶粒頭，其中該上晶粒板不被固定至該支撐框架。
15. 根據請求項10之晶粒頭，其中該第一總成輔助薄膜被黏合至該支撐框架。
16. 根據請求項10之晶粒頭，其中第二微型孔之該第二陣列的每一個微型孔都有一直徑，該直徑經選擇以使得大體上防止碎片通過該等第二微型孔。
17. 根據請求項10之晶粒頭，其中該第一總成輔助薄膜至少部分由一具有一低熱膨脹係數的材料所製成。