TWI472773B - 半導體晶片探棒及使用半導體晶片探棒進行傳導形式電磁放射之量測裝置 - Google Patents

半導體晶片探棒及使用半導體晶片探棒進行傳導形式電磁放射之量測裝置 Download PDF

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Description

半導體晶片探棒及使用半導體晶片探棒進行傳導形式電磁放射之量測裝置
本發明係關於一種半導體晶片探棒及使用半導體晶片探棒之量測裝置，特別是關於一種內建被動元件網路並直接耦合量測一覆晶晶片之電磁放射(EME)高頻傳導(conducted)電流或電壓之半導體晶片探棒及使用半導體晶片探棒之量測裝置。
電磁相容(EMC，或稱電磁相容性，Electro-Magnetic Compatibility)所產生之問題，在各種半導體及電子設備的檢測中已日趨重要。在過去，電磁相容之問題及設計修改，大多數在終端產品或系統模組或電路板層級來處理，但現今因為電磁相容之要求益趨嚴謹，且高頻電子產品日益增多，電磁相容已發展到需要深入到半導體晶片的IC層級來進行評估。
國際電工委員會(IEC)針對積體電路電磁相容特性之量測已發佈一系列的標準，其中有一系列為電磁放射(Electro-Magnetic Emission)相關的量測方法：標準IEC-61967。而根據電磁波傳播及放射路徑的不同，電磁放射之量測又可分類為 傳導(conduction)與輻射(radiation)兩種方法，其中1 Ω(歐姆)/150 Ω直接耦合量測方式，係屬於傳導形式的電磁放射量測方法。
1 Ω量測乃直接耦合量測接地腳位上的干擾電流排放量，以匯集到IC接地點的射頻電流來評估電磁干擾放射量的大小。150 Ω量測乃直接耦合量測輸出入端點(I/O，Input/Output)或電源供應埠的干擾電壓放射量。在1 Ω/150 Ω直接耦合量測方式中，被測試端點(testing point)皆經過阻抗匹配元件連接到50 Ω的測試接收機(test receiver)，使用者必須自行設計阻抗匹配網路為1 Ω或150 Ω的探棒(probe)來進行量測，再經由50 Ω的輸出阻抗與測試接收機相連接。
現今的量測均在PCB(電路板)上對已封裝好的IC進行腳位測試，其測試結果提供為產品報告或是提供給IC設計者進行EMC問題之評估。但因已封裝好的IC之特性包含了封裝體(package)產生的效應，且自行設計的探棒尺寸較大，在標準規範的量測頻率範圍1GHz內容易有本身探棒的寄生效應產生，均會對量測結果的準確性造成影響，待測IC的操作頻率越高時，寄生效應變越嚴重，量測的準確性就越低。
另一方面，現今使用的射頻探棒(RF probe)，往往只具有轉接之功能，無法內置阻抗匹配元件，針對傳導形式電磁放射之量測幫助有限。
因此，如何提供一個高信賴性、高穩定性、整體體積大幅減小，且成本大幅降低並具有內建阻抗匹配元件的裸晶層級傳導形式電磁放射量測探棒及裝置來實現一可進行裸晶測試之量測系統，便迫切的亟待發明。
本發明為一種用於量測裸晶(bare die)之傳導(conducted)形式電磁放射(electromagnetic emission，EME)的半導體晶片探棒及一種用於量測裸晶之傳導形式電磁放射的量測裝置。半導體晶片探棒包括一基板、一介電質層、一阻抗單元、一量測部、及一連接部。量測裝置包括一半導體晶片探棒、一高頻探針、一訊號傳輸線及一測試接收機。半導體晶片探棒係藉由設計好之內嵌積體化被動元件網路製作1歐姆或150歐姆阻抗網路，能自待測覆晶晶片的測試接腳，直接耦合其電磁放射之傳導(conducted)電流或電壓到測試接收機進行量測。
本發明係提供一種用於量測裸晶之傳導形式電磁放射的半導體晶片探棒，其具有：一基板；一介電質層，係包覆形成於基板之一表面；一阻抗單元，容置於介電質層之內，其係由一被動元件網路以及由被動元件網路延伸出之一第一金屬導線、一第二金屬導線及一第三金屬導線所組成，其中第三金屬導線係電性接地；一量測部，其具有露出介電質層之一測試腳墊及複數個金屬腳墊，測試腳墊上並具有一金屬球，且金屬球係與一覆晶晶片之一待測腳墊電性相連接並自待測腳墊輸入一量測訊號，又測試腳墊係與第一金屬導線訊號相連接；以及一連接部，其係由一信號腳墊及分別設置於信號腳墊兩邊之二接地腳墊所形成，信號腳墊及二接地腳墊均彼此不相接觸且皆露出介電質層，又信號腳墊係與第二金屬導線電性相連接，且二接地腳墊皆係電性接地。
本發明又提供一種使用半導體晶片探棒進行傳導形 式電磁放射之量測裝置，其包括：一半導體晶片探棒，其具有：一基板；一介電質層，係包覆形成於基板之一表面；一阻抗單元，容置於介電質層之內，其係由一被動元件網路以及由被動元件網路延伸出之一第一金屬導線、一第二金屬導線及一第三金屬導線所組成，其中第三金屬導線係電性接地；一量測部，其具有露出介電質層之一測試腳墊及複數個金屬腳墊，測試腳墊上並具有一金屬球，且金屬球係與一覆晶晶片之一待測腳墊電性相連接並自待測腳墊輸入一量測訊號，又測試腳墊係與第一金屬導線訊號相連接；及一連接部，其係由一信號腳墊及分別設置於信號腳墊兩邊之二接地腳墊所形成，信號腳墊及二接地腳墊均彼此不相接觸且皆露出介電質層，又信號腳墊係與第二金屬導線電性相連接，且二接地腳墊皆係電性接地；一高頻探針，其一端係具有三接觸腳分別與連接部之信號腳墊及二接地腳墊電性相連接並自連接部輸入量測訊號，其另一端係為一輸出端並輸出量測訊號；一訊號傳輸線，其係一端與輸出端電性相連接；以及一測試接收機，其該訊號傳輸線之另一端電性相連接，自訊號傳輸線輸入量測訊號，並對量測訊號進行處理及顯示。
藉由本發明之實施，至少可以達到下列進步功效：一、探棒晶片化，製作簡單且成本低，具有用後即拋一次性使用之特色；二、探棒晶片化，可進行裸晶層級之傳導形式電磁放射量測；三、探棒微小化，寄生效應甚低，提高量測準確度並具有寬頻之特性；及四、探棒具有內建積體化之被動元件網路，阻抗匹配特性良好， 可直接耦合進行1Ω/150Ω傳導形式電磁放射量測。
為了使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點，因此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點。
100‧‧‧半導體晶片探棒
10‧‧‧基板
20‧‧‧介電質層
30‧‧‧阻抗單元
30’‧‧‧被動元件網路
31‧‧‧第一金屬導線
32‧‧‧第二金屬導線
33‧‧‧第三金屬導線
34‧‧‧第一電阻
35‧‧‧第一電容
36‧‧‧第二電阻
37‧‧‧第三電阻
38‧‧‧第四電阻
40‧‧‧量測部
41‧‧‧測試腳墊
42‧‧‧金屬腳墊
43‧‧‧金屬球
50‧‧‧連接部
51‧‧‧信號腳墊
52‧‧‧接地腳墊
200‧‧‧量測裝置
210‧‧‧高頻探針
220‧‧‧訊號傳輸線
230‧‧‧測試接收機
300‧‧‧待測覆晶晶片
301‧‧‧待測腳墊
第1圖為本發明實施例之一種半導體晶片探棒立體圖；第2圖為本發明實施例之一種具量測部細部標示之半導體晶片探棒立體圖；第3圖為本發明實施例之一種具量測部及連接部細部標示之半導體晶片探棒立體圖；第4圖為本發明實施例之一種量測裝置立體圖；第5A圖為本發明實施例之一種150歐姆探棒之等效電路圖；第5B圖為本發明實施例之一種1歐姆探棒之等效電路圖；及第6圖為本發明實施例之一種半導體晶片探棒與一覆晶晶片之一待測腳墊電性相連接立體示意圖。
如第1圖至第3圖及第6圖所示，係為本發明實施例之一種用於量測裸晶之傳導形式電磁放射的半導體晶片探棒100，其具有：一基板10、一介電質層20、一阻抗單元30、一量測部40、及一連接部50。因為半導體晶片探棒100係完全以半導 體製程製作，且係為一微小化之積體電路，其製作成本便宜，使半導體晶片探棒100可為一次使用之可拋棄式半導體晶片探棒100。
如第1圖至第3圖及第6圖所示之基板10係用以承載半導體晶片探棒100之介電質層20、阻抗單元30、量測部40及連接部50。基板10可以為一玻璃基板，或是矽基板，或是陶瓷基板。
如第1圖至第3圖及第6圖所示，介電質層20係包覆形成於基板10之一表面，介電質層20係為一單一介電物質或複合介電物質所形成。介電質層20係包覆並保護阻抗單元30、量測部40及連接部50，並露出量測部40及連接部50之一部份。介電質層20並可組成阻抗單元30中之電容之介電物質。
同樣如第1圖至第3圖及第6圖所示，阻抗單元30係容置於介電質層20之內。阻抗單元30係由一被動元件網路30’以及由被動元件網路30’延伸出之一第一金屬導線31、一第二金屬導線32及一第三金屬導線33所組成。其中第一金屬導線31係與量測部40電性相連接，第二金屬導線32係與連接部50電性相連接，而第三金屬導線33係電性接地。
如第5A圖及第5B圖所示，係阻抗單元30及其被動元件網路30’之實施例的等效電路。如圖中所示之被動元件網路30’實際上為半導體晶片探棒100之積體電路的一部份，亦即，被動元件網路30’內之電阻或電容均以積體電路的方式內建於半導體晶片探棒100之中。
如第5A圖所示為一150歐姆探棒實施例之等效電 路，其中被動元件網路30’係由一第一電阻34串聯一第一電容35再並聯一第二電阻36所組成，如第5A圖所示之第一電阻34可選擇為120歐姆之電阻，第一電容35可選擇為6.8nF之電容，第二電阻36可選擇為51歐姆之電阻，如此，半導體晶片探棒100成為一阻抗匹配網路且輸入阻抗為145±20歐姆。半導體晶片探棒100並可對待測覆晶晶片300進行高頻率之傳導形式電磁放射電壓(EME Conducted Voltage)量測。圖中所示之Vi為覆晶晶片300之待測腳墊301之電壓值，Vo為150歐姆探棒所量測到並輸出的電壓值。
如第5B圖所示為一1歐姆探棒實施例之等效電路，其中被動元件網路30’係由一第三電阻37並聯一第四電阻38所組成，可以選擇第三電阻37為49歐姆之電阻，第四電阻38為1歐姆之電阻，如此，半導體晶片探棒100成為一阻抗匹配網路且輸入阻抗為1歐姆。半導體晶片探棒100並可對待測覆晶晶片300進行高頻率之傳導形式電磁放射電流(EME Conducted Current)量測。
如第1圖至第3圖及第6圖所示，係為一量測部40，量測部40具有一測試腳墊41及複數個金屬腳墊42，測試腳墊41及該些金屬腳墊42係露出介電質層20。測試腳墊41上並具有一金屬球43，且金屬球43與待測覆晶晶片300之一待測腳墊301電性相連接，並自待測腳墊301輸入一量測訊號。量測部40之測試腳墊41並與阻抗單元30之第一金屬導線31電性相連接，將量測訊號輸出至阻抗單元30。由於阻抗匹配以及體積微小之低寄生效應，對待測覆晶晶片300之待測腳墊301之量測，便具有高頻 寬及高準確度之特性。
如第1圖至第4圖及第6圖所示之金屬球43可以為錫材質、鉛材質、銀材質或是金材質之一焊球(solder ball)或凸塊(bump)或微凸塊(micro-bump)。金屬球43材質之選擇重點，主要係在導電性之良好。又量測部40之每一金屬腳墊42進一步連接有一金屬球43與待測覆晶晶片300之待測腳墊301以外之一腳墊電性相連接，支撐該待測覆晶晶片300並可供應直流電源至該待測覆晶晶片300。
如第1圖至第3圖及第6圖所示，連接部50係由一信號腳墊51及分別設置於信號腳墊51兩邊之二接地腳墊52所形成。信號腳墊51及二個接地腳墊52均彼此不相接觸且三者都露出介電質層20，又每一接地腳墊52係皆電性接地，而信號腳墊51係與第二金屬導線32電性相連接並自第二金屬導線32輸入量測訊號。
如第1圖至第3圖及第6圖所示之連接部50之電性連接方式係為GSG(Ground-Signal-Ground)連接方式。GSG連接方式在高頻率訊號傳輸時，因為信號腳墊51置放於二個接地的接地腳墊52之間，形成共平面波導(Coplanar Waveguide，CPW)形式的高頻傳輸線，可有效控制特性阻抗，確保高頻訊號傳遞時之品質。
如第4圖所示，為一種使用半導體晶片探棒進行傳導形式電磁放射之量測裝置200，其包括：一半導體晶片探棒100，一高頻探針210，一訊號傳輸線220及一測試接收機230。其中半導體晶片探棒100，係為如前[0014]至[0024]段落之各實施例中所述之半導體晶片探棒100，於此不再贅述。
如第4圖所示之高頻探針210，係一端具有三個接觸腳三接觸腳分別與連接部50之信號腳墊51及二接地腳墊52電性相連接，並自連接部50輸入量測訊號，且高頻探針210之另一端係為一輸出端並輸出量測訊號。
又如第4圖所示，訊號傳輸線220係一端與高頻探針210之輸出端電性相連接，訊號傳輸線220之另一端係與測試接收機230電性相連接。訊號傳輸線220係將高頻探針210輸出之量測訊號完整傳送至測試接收機230。訊號傳輸線220係可以為一同軸纜線。
再如第4圖所示，測試接收機230係與訊號傳輸線220之另一端電性相連接，自訊號傳輸線220輸入量測訊號，並對量測訊號進行處理及顯示。測試接收機230係可以為一頻譜分析儀，或一示波器，且大多數的測試接收機230係可包含一個顯示螢幕，用以顯示量測訊號。
如第1圖至第4圖及第6圖所示之實施例，在實際量測時，半導體晶片探棒100、高頻探針210、訊號傳輸線220、測試接收機230及待測覆晶晶片300之電性接地腳位係皆電性相連接，確保量測之準確。且半導體晶片探棒100係可自外部輸入一直流電源，並經由金屬腳墊42再經由金屬球43供應至待測覆晶晶片300。
惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的在使熟習該技術者能瞭解本發明之內容並據以實施，而非限定本發明之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。
100‧‧‧半導體晶片探棒
10‧‧‧基板
20‧‧‧介電質層
30‧‧‧阻抗單元
30’‧‧‧被動元件網路
31‧‧‧第一金屬導線
32‧‧‧第二金屬導線
33‧‧‧第三金屬導線
40‧‧‧量測部
50‧‧‧連接部

Claims (12)

  1. 一種用於量測裸晶之傳導形式電磁放射的半導體晶片探棒，其具有：一基板；一介電質層，係包覆形成於該基板之一表面；一阻抗單元，容置於該介電質層之內，其係由一被動元件網路以及由該被動元件網路延伸出之一第一金屬導線、一第二金屬導線及一第三金屬導線所組成，其中該第三金屬導線係電性接地；一量測部，其具有露出該介電質層之一測試腳墊及複數個金屬腳墊，該測試腳墊上並具有一金屬球，且該金屬球係與一待測覆晶晶片之一待測腳墊電性相連接並自該待測腳墊輸入一量測訊號，又該測試腳墊係與該第一金屬導線訊號相連接，其中每一該金屬腳墊進一步連接有一金屬球與該待測覆晶晶片之待測腳墊以外之一腳墊電性相連接，支撐該待測覆晶晶片並供應直流電源至該待測覆晶晶片；以及一連接部，其係由一信號腳墊及分別設置於該信號腳墊兩邊之二接地腳墊所形成，該信號腳墊及該二接地腳墊均彼此不相接觸且皆露出該介電質層，又該信號腳墊係與該第二金屬導線電性相連接，且該二接地腳墊皆係電性接地。
  2. 一種使用半導體晶片探棒進行傳導形式電磁放射之量測裝置，其包括：一半導體晶片探棒，其具有：一基板； 一介電質層，係包覆形成於該基板之一表面；一阻抗單元，容置於該介電質層之內，其係由一被動元件網路以及由該被動元件網路延伸出之一第一金屬導線、一第二金屬導線及一第三金屬導線所組成，其中該第三金屬導線係電性接地；一量測部，其具有露出該介電質層之一測試腳墊及複數個金屬腳墊，該測試腳墊上並具有一金屬球，且該金屬球係與一待測覆晶晶片之一待測腳墊電性相連接並自該待測腳墊輸入一量測訊號，又該測試腳墊係與該第一金屬導線訊號相連接；及一連接部，其係由一信號腳墊及分別設置於該信號腳墊兩邊之二接地腳墊所形成，該信號腳墊及該二接地腳墊均彼此不相接觸且皆露出該介電質層，又該信號腳墊係與該第二金屬導線電性相連接，且該二接地腳墊皆係電性接地；一高頻探針，其一端係具有三接觸腳三接觸腳分別與連接部之信號腳墊及二接地腳墊電性相連接並自該連接部輸入該量測訊號，其另一端係為一輸出端並輸出該量測訊號；一訊號傳輸線，其係一端與該輸出端電性相連接；以及一測試接收機，其與該訊號傳輸線之另一端電性相連接，自該訊號傳輸線輸入該量測訊號，並對該量測訊號進行處理及顯示。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之半導體晶片探棒，其中該被動元件網路係由一第一電阻串聯一電容再並聯一第二電阻所組成，該第一電阻為120歐姆之電阻，該電容為6.8nF之電 容，該第二電阻為51歐姆之電阻，該半導體晶片探棒為一阻抗匹配網路且輸入阻抗為145±20歐姆，並對該覆晶晶片進行高頻率之傳導形式電磁放射電壓(EME Conducted Voltage)量測。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之半導體晶片探棒，其中該被動元件網路係由一第三電阻並聯一第四電阻所組成，該第三電阻為49歐姆之電阻，該第四電阻為1歐姆之電阻，該半導體晶片探棒為一阻抗匹配網路且輸入阻抗為1歐姆，並對該覆晶晶片進行高頻率之傳導形式電磁放射電流(EME Conducted Current)量測。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之半導體晶片探棒，其中該基板係為一玻璃基板，或是矽基板，或是陶瓷基板。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之量測裝置，其中每一該金屬腳墊進一步連接有一金屬球與該待測覆晶晶片之待測腳墊以外之一腳墊電性相連接，支撐該待測覆晶晶片並供應直流電源至該待測覆晶晶片。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之半導體晶片探棒，其中該金屬球為錫材質、鉛材質、銀材質或是金材質之一焊球(solder ball)或凸塊(bump)或微凸塊(micro-bump)。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之半導體晶片探棒，其中該半導體晶片探棒係一次使用之可拋棄式半導體晶片探棒。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之半導體晶片探棒，其中該介電質層係為一單一介電物質或複合介電物質所形成。
  10. 如申請專利範圍第2項所述之量測裝置，其中該訊號傳輸線為一同軸纜線。
  11. 如申請專利範圍第2項所述之量測裝置，其中該測試接收機係為一頻譜分析儀或一示波器。
  12. 如申請專利範圍第2項所述之量測裝置，其中該半導體晶片探棒、該高頻探針、該訊號傳輸線、該測試接收機及該待測覆晶晶片之電性接地腳位係皆電性相連接。
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