TWI639007B - 萬向架組件測試系統及方法 - Google Patents

萬向架組件測試系統及方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI639007B
TWI639007B TW106103210A TW106103210A TWI639007B TW I639007 B TWI639007 B TW I639007B TW 106103210 A TW106103210 A TW 106103210A TW 106103210 A TW106103210 A TW 106103210A TW I639007 B TWI639007 B TW I639007B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
protective cover
gimbal
probe card
wafer probe
force
Prior art date
Application number
TW106103210A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201740122A (zh
Inventor
大衛Ｌ 葛德爾
大衛Ｍ 奧德特
彼特Ｗ 尼夫
Original Assignee
美商格羅方德半導體公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商格羅方德半導體公司 filed Critical 美商格羅方德半導體公司
Publication of TW201740122A publication Critical patent/TW201740122A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI639007B publication Critical patent/TWI639007B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/02—General constructional details
    • G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
    • G01R1/067—Measuring probes
    • G01R1/073—Multiple probes
    • G01R1/07307—Multiple probes with individual probe elements, e.g. needles, cantilever beams or bump contacts, fixed in relation to each other, e.g. bed of nails fixture or probe card
    • G01R1/07364—Multiple probes with individual probe elements, e.g. needles, cantilever beams or bump contacts, fixed in relation to each other, e.g. bed of nails fixture or probe card with provisions for altering position, number or connection of probe tips; Adapting to differences in pitch
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/02—General constructional details
    • G01R1/06—Measuring leads; Measuring probes
    • G01R1/067—Measuring probes
    • G01R1/073—Multiple probes
    • G01R1/07307—Multiple probes with individual probe elements, e.g. needles, cantilever beams or bump contacts, fixed in relation to each other, e.g. bed of nails fixture or probe card
    • G01R1/0735—Multiple probes with individual probe elements, e.g. needles, cantilever beams or bump contacts, fixed in relation to each other, e.g. bed of nails fixture or probe card arranged on a flexible frame or film
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/24—Testing of discharge tubes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0017—Means for compensating offset magnetic fields or the magnetic flux to be measured; Means for generating calibration magnetic fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
    • G01R35/005—Calibrating; Standards or reference devices, e.g. voltage or resistance standards, "golden" references
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2607—Circuits therefor
    • G01R31/2632—Circuits therefor for testing diodes
    • G01R31/2635—Testing light-emitting diodes, laser diodes or photodiodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/44—Testing lamps

Abstract

本發明的態樣提供一種萬向架組件測試系統，包括：保護罩，附著至裝設於萬向架軸承內的晶圓探針卡的測試表面，其中，該保護罩包括自該晶圓探針卡的該測試表面向外取向的外表面；以及凹槽，延伸進入該保護罩的該外表面中並經成形以在其中匹配地接合負載單元端部。

Description

萬向架組件測試系統及方法
本文中所披露的發明主題關於萬向架組件測試系統及方法。更具體地說，本發明的態樣關於用以確定萬向架組件系統內的晶圓探針卡的各種屬性(包括例如該探針的萬向架能力)的系統及方法。
在半導體積體電路(integrated circuit；IC)晶片的倒裝晶片製程中，使用互連結構例如焊料凸塊來連接IC晶片與封裝。為確定IC晶片的現場可行性，包括陣列式個別探針的探針卡可接觸各該焊料凸塊以建立電性連接，從而在將該晶圓切割及封裝之前測試該晶圓內的電路。為適應該探針卡與晶圓之間的平面性的變化，可將該探針卡裝設於萬向架軸承內，該萬向架軸承允許圍繞並相對預定空間內的至少兩個參考軸移動。美國專利7,084,651顯示並說明一個用於探針卡的萬向架軸承的例子。個別萬向架軸承之間的變化性可影響測試的結果。具體地說，萬向架組件的測試質量可基於此類軸承響應施加於該裝置上的力及力矩進行移動的能力而變化。
本發明的第一實施例提供一種萬向架組件測試系統，包括：保護罩，附著至裝設於萬向架軸承內的晶圓探針卡的測試表面，其中，該保護罩包括自該晶圓探針卡的該測試表面向外取向的外表面；以及凹槽，延伸進入該保護罩的該外表面中並經成形以在其中匹配地接合負載單元端部(load cell tip)。
本發明的第二實施例提供一種萬向架組件測試系統，包括：負載單元端部，與晶圓探針卡的保護罩基本對齊，其中，該負載單元端部經配置以在該保護罩上施加力；位置感測器，可操作地耦接該保護罩的外表面並經配置以確定該外表面上的第一點與參考點之間的第一高度差；以及控制器，可操作地連接各該探針及該位置感測器，其中，該控制器基於該第一高度差測量該晶圓探針卡的平面性，並計算該保護罩上的該力與該晶圓探針卡的該平面性之間的相關性。
本發明的第三實施例提供一種用以測試萬向架組件的方法，該方法包括：在附著至該萬向架組件內的晶圓探針卡的保護罩的外表面上施加力；在所述施加該力期間測量該晶圓探針卡相對該萬向架組件的平面性；以及計算該保護罩上的該力與該晶圓探針卡的該平面性之間的相關性。
10‧‧‧萬向架組件
12‧‧‧焊料凸塊
14‧‧‧晶圓
16‧‧‧晶圓探針卡
18、66‧‧‧探針
20‧‧‧萬向架軸承
22‧‧‧裝置介面板
30、50‧‧‧萬向架組件測試系統
32‧‧‧罩或保護罩
34‧‧‧測試表面
36‧‧‧邊緣
38‧‧‧外表面
40‧‧‧凹槽
52‧‧‧負載單元端部
54‧‧‧負載單元
56‧‧‧件或長度可調節件
57‧‧‧殼體
58‧‧‧參考表面
60‧‧‧平台
62‧‧‧位置感測器
64‧‧‧平面感測器
68‧‧‧力矩扳手
70‧‧‧控制器
72‧‧‧計算裝置
74‧‧‧PU(處理單元)
76‧‧‧記憶體
78‧‧‧I/O(輸入/輸出)部件
80‧‧‧I/O(輸入/輸出)裝置
82‧‧‧儲存系統
84‧‧‧路徑
88‧‧‧萬向架分析系統
90‧‧‧模組
96‧‧‧平面性資料
98‧‧‧力資料
100‧‧‧相關性
B、P、P’‧‧‧平面性
C‧‧‧中心
E‧‧‧平面性誤差
F‧‧‧力
S‧‧‧高度差
S1、S2‧‧‧高度差或參考線
從下面參照附圖所作的本發明的各種態樣的詳細說明將更容易理解本發明的這些及其它特徵，該些附 圖顯示本發明的各種實施例，其中：第1圖顯示將要通過傳統探針測試的晶圓的側視圖。
第2圖顯示與該晶圓接觸並在萬向架軸承內轉動的該傳統探針的側視圖。
第3圖顯示依據本發明的實施例的萬向架組件測試系統的側視圖。
第4圖顯示依據本發明的實施例具有與力探針基本對齊的保護罩的萬向架組件測試系統的側視圖。
第5圖顯示依據本發明的實施例正被負載單元端部撞擊的萬向架組件測試系統的側視圖。
第6圖顯示依據本發明的實施例具有力矩扳手的萬向架組件測試系統的側視圖。
第7圖提供依據本發明的實施例的控制器的示意視圖。
應當注意，本發明的附圖並非按比例繪製。該些附圖意圖僅顯示本發明的典型態樣，因此不應當被認為限制本發明的範圍。該些附圖中，類似的附圖標記表示該些附圖之間類似的元件。
本發明的實施例可提供例如通過確定萬向架組件的萬向架軸承(也被稱為“球面軸承”)以及與其機械耦接的部件基於所施加的力而移動的能力來測試萬向架軸承組件的系統及方法。萬向架軸承是指針對部件的球窩 接頭(ball-and-socket)型設置，其中，該萬向架軸承內的該部件可圍繞兩個軸樞轉並相對其移動，從而提供預定義範圍的三維移動。本發明的實施例可計算施加於晶圓探針卡的力與晶圓探針卡的所得平面性之間的相關性。本文中所使用的術語“力”可基於晶圓探針卡的預期用途以及/或者可應用實施例替代力矩、壓力和/或其它機械輸入。本發明的一個實施例中的測試系統可包括附著至裝設於萬向架軸承內的晶圓探針卡的測試表面的保護罩。該保護罩可包括自該晶圓探針卡的該測試表面向外取向的外表面。經成形以匹配地接合探針的凹槽可延伸進入該保護罩的該外表面中並可橫向偏離該外表面的中心。
請參照第1圖，其顯示傳統的萬向架組件10。本文中其它地方所述的本發明的實施例可操作於萬向架組件10上，以評估其對接觸位於晶圓14上的陣列式焊料凸塊12的響應。萬向架組件10可包括晶圓探針卡16，其上具有陣列式探針18。各探針18可經成形及設置以接觸相應的焊料凸塊12。另外，探針18可被設為導電接觸，以提供與容置於晶圓探針卡16的內部內的電路的電性連接(未顯示)，且晶圓探針卡16可通過柔性導線、彈簧針和/或經配置以在測試期間與晶圓探針卡16一起移動的其它方式與裝置介面板22電性連接。探針18可被實施為例如通過焊料凸塊12例如向晶圓14內的電路傳輸電流的電性接觸。儘管探針18在第3至6圖中被顯示為並在本文說明中被設為剛性探針，但本發明的實施例可應用於萬向架 組件10以測試其它類型探針，例如曲樑式(buckling beam)和/或懸臂式(cantilever)探針。晶圓探針卡16可裝設於萬向架軸承20內，該萬向架軸承相應可與裝置介面板22機械耦接。所述在萬向架軸承20內裝設晶圓探針卡16可允許晶圓探針卡16基於外力在萬向架軸承20內移動。尤其，焊料凸塊12可接觸探針18，以在晶圓探針卡16上施加萬向架力(也被標識為“應力”)。
晶圓探針卡16可響應外力在萬向架軸承20內移動，包括與晶圓14上的焊料凸塊12接觸。當萬向架探針組件10及晶圓14被首次安裝於測試系統(未顯示)中時，由於機械容差以及熱及機械應力，探針卡16可能不會與該晶圓完全平行。因此，一些探針18可先於其它探針18接觸相應焊料凸塊12。晶圓14與探針卡16之間的角度偏移的程度可例如由平面性誤差E表示，對於具有約20毫米(mm)的焊料球陣列尺寸的晶圓14，該平面性誤差的大小為例如約50微米(μm)。萬向架軸承20可通過用以相對裝置介面板22為晶圓探針卡16提供可調節平面性的任意當前已知或以後開發的機械配置操作，例如球窩接頭、滾動和/或球形軸承等。所附第1至6圖中例示球形軸承。在第1圖的例子中，萬向架軸承20可允許晶圓探針卡16於探針18接觸焊料凸塊12時移動，並因此機械地解決平面性誤差E。
於靜止時(也就是在萬向架組件10接觸焊料凸塊12之前)，裝置介面板22可具有基本平行於晶圓探針 卡16的平面性B的平面性P。請參照第2圖，向下的力F可使萬向架組件10與焊料凸塊12接觸。萬向架組件10與焊料凸塊12之間的接觸可使晶圓探針卡16相對裝置介面板22移動。基於例如物理特性(例如焊料凸塊12的尺寸設定，晶圓14與晶圓探針卡16的初始取向的差別等)，晶圓探針卡16可於接觸焊料凸塊12時在萬向架軸承20內移動一定的量。因此，裝置介面板22的平面性可沿線P’取向，以使裝置介面板22的平面性P’以角度差θ偏離晶圓探針卡16的平面性B。為確定各種探針卡組件10的可操作性，本發明的實施例可計算施加於探針18的力的大小與晶圓探針卡16相對裝置介面板22的平面性(例如以角度差θ表示)之間的相關性。如果需要過量的力來將平面性從例如第1圖中所示的狀態轉變為第2圖中所示的狀態，則第1圖的右側上的焊料球可能被損壞。可從初始力、角度差以及焊料凸塊12的剛性計算損壞量。在探針卡16被用於測試晶圓之前，本發明的實施例可測量力與探針卡16的角度。
請參照第3圖，依據本發明的實施例顯示萬向架組件測試系統30的側視圖(自第1及2圖垂直翻轉)。萬向架組件測試系統30可包括附著至晶圓探針卡16的測試表面34的保護罩32。測試表面34通常可被識別為探針18所處位置的晶圓探針卡16的外表面。保護罩32可由能夠在結構上承受隨著時間推移由外部裝置施加的衝擊力、力矩等的剛性材料組成，且在一個示例實施例中可由一種 或多種金屬、金屬合金、塑料、複合材料等組成。作為附加或替代，保護罩32可具有與晶圓探針卡16相同的材料組成。例如通過位於測試表面34上的邊緣36可將保護罩32機械地附著至測試表面34，以於晶圓探針卡16相對裝置介面板22移動時，保護罩32相對晶圓探針卡16保持靜止。邊緣36可通過例如匹配地接合、機械耦接、定位銷以及/或者任意其它當前已知或以後開發的機械耦接形式與晶圓探針卡16的測試表面34耦接。另外，邊緣36可圍繞探針18周向設置，以使保護罩32周向地包圍晶圓探針卡16的探針18於其中。邊緣36及罩32可為耦接的單獨件或一體式。
保護罩32可包括自晶圓探針卡16的測試表面34朝外取向的外表面38。測試表面34與外表面38可大約平行於彼此取向，以使測試表面34的有角度朝向複製外表面38的有角度朝向。本文中所使用的關於特定數值(包括基數值的百分比)的術語“大約”可包括該特定數值或百分比的10個百分點內(也就是高於或低於)的所有值，以及/或者不會在修改值與列舉值之間引起操作差異或實質操作差異的所有其它值。在兩個表面具有“大約平行”的取向的情況下，該兩個平面之間的角度差可小於例如約5度。術語大約也可包括本文中指定的其它特定值或範圍。
凹槽40可延伸進入保護罩32的外表面38中，從而凹槽40可匹配地接合互補形狀的部件或夾具。凹 槽40可例如通過移除保護罩32的一部份形成，而不會形成完全的孔洞來暴露被保護罩32遮擋的一個或多個探針18。如第4圖中所示，凹槽40可以預定距離橫向偏離外表面38的中心C，從而施加於凹槽40的向下力可使晶圓探針卡16及保護罩32在萬向架軸承20內移動。不過，應當理解，在替代實施例中，凹槽40可與外表面38的中心C重合。該凹槽也可位於陣列式探針18的周邊內側的預定距離處。可具有不止一個凹槽40，以促進用同一保護罩32測試具有不同陣列尺寸的探針18。儘管在第3至6圖中顯示為凹坑形式，但凹槽40可被設為任意當前已知或以後開發的凹口類型，以接合機械裝置的靜態或運動部件。例如，凹槽40可被設為窩(socket)，以接合球窩接頭的球部件，以及/或者凹口，其經成形以匹配地接合一個或多個負載施加部件，如本文中所述。
施加於保護罩32(例如在凹槽40處)的力可使晶圓探針卡16及保護罩32在萬向架軸承20內移動並且平面重定向。如本文中其它地方所述，在凹槽40處向保護罩32施加力可允許本發明的實施例計算晶圓探針卡16的平面性與所施加力之間的相關性，而不直接接觸一個或多個探針18。更具體地說，保護罩32及凹槽40可允許各種部件在晶圓探針卡16上施加力、力矩，而不影響其電性部件(包括一個或多個探針18)的可操作性。保護罩32可整體或部分地由例如用以製造晶圓探針卡16和/或晶圓14(第1至2圖)的一種或多種相同材料組成。
請參照第4圖，其顯示萬向架組件測試系統50，該系統中包括晶圓探針卡16、萬向架軸承20以及保護罩32。凹槽40可與負載單元端部52基本對齊，該負載單元端部機械耦接長度可調節件56。長度可調節件56經成形以在負載單元54上施加基本垂直的力，即使當改變平面性時罩32及負載單元端部52稍微側向移動，或者是在測試期間負載單元端部52沒有完全對齊凹槽40的情況下。如此，通過最大限度地降低任意偏心負載可提升測試精度。件(member)56可容置於殼體57中，殼體57相應附著至負載單元54。在一個實施例中，件56的底部的外部直徑與殼體57的外徑基本相同，以標示件56相對參考表面58是否基本垂直延伸。
外表面38的凹槽40可與負載單元端部52基本對齊，不論各部件相對其它部件所處的位置。本文中所使用的術語“基本對齊”及其變體可指兩個元件之間(例如凹槽40與負載單元端部52之間)的任意對齊，其中，通過基本沿一條軸移動，可使一個元件與另一個元件接觸。如此，基本對齊可包括直接對齊和/或在該兩個基本對齊的部件之間具有非實質性的橫向偏移的對齊。負載單元端部52可具有與凹槽40的形狀互補的形狀，以於負載單元端部52以預定速度自負載單元54延伸時，凹槽40容置負載單元端部52於其中。凹槽40可包括例如傾斜側壁，以接合負載單元端部52的有角度表面，從而解決凹槽40與負載單元端部52之間的任意橫向位移。
長度可調節件56可被設為任意當前已知或以後開發的裝置，以提供可變長度。例如，長度可調節件56可被實施為例如螺紋、線性致動器、壓電致動器、氣動致動器、伺服(servo)致動器、液壓致動器、發動機驅動致動器，以及/或者用以調節部件長度的任意當前已知或以後開發的機制的其中一種或多種。儘管長度可調節件56可被用作負載單元端部52的驅動方式(例如通過與發動機或類似驅動機制耦接)，但長度可調節件可附加地或替代地作為調節機制以通過調節磨損及裝配容差而允許件56與殼體57耦接。另外，彈簧(未顯示)可將件56與殼體57耦接，從而當負載單元54不使用時，耦接於件56與殼體57之間的該彈簧可向上驅動件56進入殼體57中。另外，件56在與負載單元端部52相對的端部可與殼體57樞接，從而件56的部分(例如鄰近負載單元端部52的部分)可在殼體57內以某種程度前後移動。件56所允許的在殼體57內的樞轉運動量可部分依賴於件56相對殼體57的外徑。
在本發明的實施例中，負載單元54的負載單元端部52可撞擊凹槽40，以使晶圓探針卡16在萬向架軸承20內移動。為測試晶圓探針卡16與萬向架軸承20之間的該接合(例如量化萬向架能力的大小)，裝置介面板22可位於基本平坦、水平取向的參考表面58上。參考表面58可由任意可能的固體材料組成，以提供剛性、水平的參考平面，並在一個實施例中可由花崗石組成。參考表面58可由此提供平坦的參考區域，以測量晶圓探針卡16在萬向 架軸承20內的移動。參考表面58相應可位於外部環境例如測試區、室、位等的平台60上。平台60可為獨立夾具或者可構成特定環境中的其它部件(例如積體測試組件)的部分。平台60可為三維定位平台，以在水平(例如X-Y)參考平面內將負載單元端部52與凹槽40對齊，沿軸Z的移動可用以通過負載單元54(例如透過負載單元端部52、件56以及殼體57)施加力。為在萬向架組件測試系統50的部件之間提供較強的空間相關性，平台60與負載單元54可通過外部負載架(未顯示)連接。
請一併參照第4及5圖，萬向架組件測試系統50可包括可操作性地耦接保護罩32的位置感測器62。位置感測器62可確定例如外表面38上的第一點與空間中的參考點(例如參考表面58)之間的一個或多個高度差“S1”、“S2”，以標示沿一個坐標方向的晶圓探針卡16的平面性。位置感測器62可被實施為任意當前已知或以後開發的儀器，以相對水平參考平面(例如參考表面58)識別高度、位置等。例如，位置感測器可包括光感測器、電感測器、電子水平儀、磁感測器、雷射感測器、電容感測器、角度感測器、一個或多個照相機，以及/或者其它類型感測器，以標示和/或基於輸入以另外方式導出位置。在一個示例實施例中，位置感測器62可與兩個平面感測器64通信(例如通過任意當前已知或以後開發的資料耦接類型，包括有線和/或無線資料連接)，耦接相應探針66。各探針66可被設置為與保護罩32的外表面38上的相應第一 點及第二點接觸。
如第4圖中所示，各平面感測器64可與參考表面58耦接，以於晶圓探針卡16及保護罩32靜止時，將感測器64校準於相應高度。於靜止時，晶圓探針卡16及保護罩32可沿例如參考線S1呈水平平面狀。保護罩32為靜止及水平平面狀可使各探針66具有大約相同的高度。如第5圖中所示，在保護罩32上施加力的負載單元端部52可使晶圓探針卡16及保護罩32在萬向架軸承20內移動。晶圓探針卡16及保護罩32在萬向架軸承20內的該移動可使保護罩32的外表面38具有偏轉平面性(例如沿參考線S2延伸)。另外，在外表面38上的相應參考點處的探針66現在具有高度差“S”。平面感測器64可向位置感測器62傳輸標示探針66的位置的信號，該位置感測器可自所傳輸的資料推導高度差S的度量。在一個替代實施例中，平面感測器64僅測量當力增加時的高度變化以及平面性變化。作為附加或替代，平面感測器64可由單個光學或機械、角度或水平感測器替代。
請參照第6圖，本發明的實施例可包括替代裝置，以在保護罩32上施加力。例如，作為負載單元54(第4至5圖)的附加或替代，萬向架組件測試系統50的負載單元54可包括力矩扳手68，其經配置以在凹槽40處抓牢保護罩32。如此，力矩扳手68可圍繞保護罩32的中心C在晶圓探針卡16上施加力矩，例如在頁面的平面內垂直向上或向下以及/或者進或出頁面的平面，以使晶圓 探針卡16及保護罩32圍繞中心C轉動。通過力矩扳手68施加於保護罩32的該力矩可使晶圓探針卡16與力矩的大小成比例地在萬向架軸承20內移動。力矩扳手68也可包括負載單元端部52的實施例，其經配置以接合保護罩32的凹槽40，且若適用，可通過沿預定方向移動保護罩32來施加力矩。如此，力矩扳手68可模擬晶圓探針卡16在單個平面內的萬向架軸承20內的移動。
請一併參照第4至6圖，討論測試萬向架軸承20的性能的特徵。無論用以在萬向架軸承20內移動晶圓探針卡16及保護罩32的機制如何，本發明的實施例都可包括額外裝置以確定晶圓探針卡16的運動與施加於其的機械力、力矩等之間的關係。例如，萬向架組件測試系統50可包括控制器70，其通過任意當前已知或以後開發的連接(例如無線和/或有線資料耦接)與負載單元54及位置感測器62通信。控制器70可被實施為計算裝置，其經配置以計算由負載單元54施加的力的大小(例如通過長度可調節件56和/或力矩扳手68的負載單元端部52)與所得高度差S(例如通過位置感測器62測量)之間的相關性。若負載單元54通過使用計算裝置以及/或者控制器70的專用部件操作，則預定大小的力或力矩可作為原始資料被傳輸至控制器70。另外，平面感測器64可傳輸各探針66的位置以及/或者高度差S的記錄值。接著，控制器70可以相應時間單位將自負載單元54傳輸的資料與來自位置感測器62的資料配對。然後，控制器70可確定施加於保護 罩32的力與晶圓探針卡16的平面性之間的相關性。
請參照第7圖，其提供控制器70及其示例部件的示意圖，以說明依據本發明的實施例的系統及方法。如本文中所述，依據實施例，控制器70可被設置為與負載單元54和/或位置感測器62通信。這樣，控制器70可確定所施加的力與晶圓探針卡16(第3至6圖)及保護罩32的相應平面性之間的相關性。儘管第7圖中示例顯示一個負載單元54及一個位置感測器62，但應當理解，如需要和/或適用，可使用多個負載單元54和/或位置感測器62。
所示控制器70包括計算裝置72，其包括處理單元(processing unit；PU)74(例如一個或多個處理器)、記憶體76(例如儲存架構)、輸入/輸出(I/O)部件78、I/O裝置80(例如一個或多個I/O介面和/或裝置)、儲存系統82以及通信路徑84。一般來說，處理單元74執行程式代碼，例如至少部分固定於記憶體76中的萬向架分析系統88。當執行程式代碼時，處理單元74可處理資料，其可導致從/向記憶體76以及/或者I/O裝置80讀取和/或寫入轉換資料，以供進一步處理。路徑84提供計算裝置72中的各部件之間的通信鏈路(link)。I/O部件78可包括一個或多個人機I/O裝置，其支持人或系統使用者與計算裝置72以及/或者一個或多個通信裝置互動，以使一個或多個使用者能夠通過使用任意類型的通信鏈路與計算裝置72通信。為此，萬向架分析系統88可管理一組介面(例如一個或多個圖形使用者介面、應用程式介面等)，其使一個或多個使用 者能夠與萬向架分析系統88互動。另外，萬向架分析系統88可通過使用任意解決方案管理資料(例如儲存、檢索、創建、操作、組織、呈現等)。
計算裝置72可包括一個或多個計算裝置，包括能夠執行程式代碼(例如安裝於其上的萬向架分析系統88)的專用計算製品(例如計算裝置)。應當理解，本文中所使用的“程式代碼(program code)”是指以任意語言、代碼或符號表示的任意指令集，其使具有信息處理功能的計算裝置直接地或在下列任意組合以後執行特定功能：(a)轉換為另一種語言、代碼或符號；(b)以不同材料形式複製；以及/或者(c)解壓縮。這樣，萬向架分析系統88可被實施為系統軟體和/或應用軟體的任意組合。
另外，萬向架分析系統88可通過使用一組模組90例如計算器、比較器、測定器(determinator)等實施。在此情況下，各模組可使計算裝置72能夠執行由萬向架分析系統88使用的一組任務並可獨立於萬向架分析系統88的其它部分開發和/或實施。一個或多個模組可在顯示器例如監控器上顯示(例如通過圖形、文本、聲音和/或其組合)特定使用者介面。當被固定於包括處理單元74的計算裝置72的記憶體76中時，各模組可模組化實施該功能的部件的相當一部分。無論如何，應當理解，兩個或多個部件、模組和/或系統可共用它們的各自硬體和/或軟體的其中一些/全部。另外，應當理解，本文中所述的功能的其中一些可不實施，或者可包括額外功能作為計算裝置72的部分。
請一併參照第5及7圖，依據本發明的方法 可包括在附著至晶圓探針卡16的保護罩32上(例如在橫向偏離保護罩32的中心的凹槽40處)施加力(例如通過使用控制器70向負載單元54發信號)。所述在保護罩32上施加力可包括例如用負載單元端部52撞擊凹槽32，用力矩扳手68在凹槽40處向保護罩32施加力矩(第6圖)等。接著，萬向架分析系統88的模組90可將自位置感測器62接收的平面性資料96與力資料98(例如施加於保護罩32的以牛頓(N)為單位的力或以牛頓米(Nm)為單位的力矩的大小)配對，以推導施加於保護罩32的外表面38的力與保護罩32的所得平面性之間的相關性100。在一個示例實施例中，模組90也可計算保護罩32的外表面38上的一個或多個點與參考表面58之間的高度差S1、S2，以推導外表面38及晶圓探針卡16的平面性。
模組90也可基於所計算的相關性計算有關晶圓探針卡16和/或萬向架軸承20的其它量。例如，模組90可基於所施加的力與晶圓探針卡16及保護罩32的所得平面性之間的相關性計算萬向架軸承20的萬向架能力(例如以每牛頓毫米數或每單位力的距離單位表示)。當晶圓探針卡16及保護罩32的平面性可被表示為力和/或力矩的函數時，萬向架能力通常量化保護罩16在萬向架軸承20內移動的能力。控制器70可顯示或以另外方式向使用者提供所計算的相關性和/或萬向架能力，基於所計算的相關性通過使用負載單元54施加不同的力和/或力矩以進一步測試晶圓探針卡16等。
作為附加或替代，萬向架分析系統88的模組90可基於例如所計算的相關性和/或萬向架能力確定晶圓探針卡16是否滿足性能標準。在一個示例實施例中，萬向架能力可被表示為預測移動量，例如對位於離開晶圓探針卡16的中心約9毫米處的凹槽40施加50公斤(kg)負載導致約30微米的高度差。萬向架組件10(第1至2圖)中的晶圓探針卡16的萬向架能力可影響測試的質量，例如因為當晶圓探針卡16接觸晶圓14(第1至2圖)時，足夠的萬向架能力可允許萬向架組件10中的所有探針18接觸相應的焊料凸塊12(第1至2圖)。為確定萬向架組件10是否會依據期望的水平移動，可接著將所計算的萬向架能力和/或相關性100與預定性能標準(儲存於例如記憶體76和/或儲存系統82內)比較。該性能標準可標示例如用晶圓探針卡16對焊料凸塊12進行可接受的電性測試所需的最小相關性和/或萬向架能力。請參照上述萬向架能力的例子，約30微米的高度差對於陣列式焊料凸塊12的一些組是可接受的，但對於設於其它晶圓14上的焊料凸塊12陣列可能是不可接受的。如此，可自該焊料凸塊陣列的尺寸、焊料凸塊的數目、焊料凸塊的硬度以及探針相對晶圓14與晶圓探針卡16之間的預期平面性誤差E(第1圖)的位置推導該電性標準。也可自製造資料、過去的測試結果等開發標準。若已知焊料凸塊的硬度及密度(例如通過先前的計算、測試等)，則可自平面性及力計算位於陣列的邊緣的焊料凸塊12的最大受壓。針對一些焊料凸塊12的最 大受壓和/或預期損傷也可被用作萬向架性能標準。
當計算裝置72包括多個計算裝置時，各計算裝置可在其上僅具有部分的萬向架分析系統88(例如一個或多個模組)。不過，應當理解，計算裝置72及萬向架分析系統88僅是可執行本文中所述製程的各種可能等同計算機系統的代表。這樣，在一些實施例中，計算裝置72及萬向架分析系統88所提供的功能可由包括具有或不具有程式代碼的通用和/或專用硬體的任意組合的一個或多個計算裝置至少部分地實施。在各實施例中，該硬體及程式代碼(如包括)可分別通過使用標準工程及編程技術創建。
無論如何，當計算裝置72包括多個計算裝置時，該些計算裝置可在任意類型的通信鏈路上通信。另外，當執行本文中所述的過程時，計算裝置72可通過使用任意類型的通信鏈路與一個或多個其它計算機系統通信。在任何情況下，該通信鏈路可包括各種類型有線和/或無線鏈路的任意組合；包括一種或多種類型網路的任意組合；以及/或者使用各種類型傳輸技術及協議的任意組合。
本文中所使用的術語僅是出於說明特定實施例的目的，並非意圖限制本發明。除非上下文中另外明確指出，否則本文中所使用的單數形式“一個”以及“該”也意圖包括複數形式。另外，應當理解，術語“包括”用於本說明書中時表明所述特徵、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一個或多個其它特 徵、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其群組。
申請專利範圍中的所有方式或步驟加功能元素的相應結構、材料、動作及等同意圖包括結合具體請求保護的其它請求保護的元素執行該功能的任意結構、材料或動作。本發明的說明用於示例及說明目的，而非意圖詳盡無遺或限於所披露形式的披露。許多修改及變更將對於本領域的普通技術人員顯而易見，而不背離本發明的範圍及精神。實施例經選擇及說明以最佳解釋本發明的原理及實際應用，並使本領域的普通技術人員能夠理解本發明針對不同的實施例具有適合所考慮的特定應用的不同變更。

Claims (16)

  1. 一種萬向架組件測試系統，包括：保護罩，機械地附著至裝設於萬向架軸承內的晶圓探針卡的測試表面，其中，該保護罩包括自該晶圓探針卡的該測試表面向外取向的外表面，以及其中該保護罩係由剛性材料組成；凹槽，延伸進入該保護罩的該外表面中並經成形以在其中匹配地接合負載單元端部；位置感測器，其可操作地耦接該保護罩並經配置以確定該外表面上的第一位置與第一參考點之間的第一高度差；以及控制器，其耦接該位置感測器並經配置以基於該第一高度差測量該晶圓探針卡的平面性。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的萬向架組件測試系統，其中，該凹槽橫向偏離該外表面的中心並與該負載單元端部的位置基本對齊。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的萬向架組件測試系統，還包括耦接該位置感測器並接觸該外表面上的該第一位置的第一平面感測器，以及耦接該位置感測器並接觸該外表面上的第二位置的第二平面感測器，其中，該位置感測器還經配置以確定該外表面的該第二位置與第二參考點之間的第二高度差。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的萬向架組件測試系統，其中，該晶圓探針卡的該測試表面包括位於其上的多個探針，該多個探針各者位於該保護罩下面。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的萬向架組件測試系統，其中，該保護罩包括將該保護罩附著至該晶圓探針卡的邊緣，其中，該邊緣橫向包圍該多個探針。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的萬向架組件測試系統，其中，該保護罩的該外表面基本平行於該晶圓探針卡的該測試表面取向。
  7. 一種萬向架組件測試系統，包括：負載單元端部，與晶圓探針卡的保護罩基本對齊，其中，該負載單元端部經配置以在該保護罩上施加力，以及其中該保護罩係由剛性材料組成；位置感測器，可操作地耦接該保護罩的外表面並經配置以確定該外表面上的第一點與參考點之間的第一高度差；以及控制器，可操作地連接各探針及該位置感測器，其中，該控制器基於該第一高度差測量該晶圓探針卡的平面性，並計算該保護罩上的該力與該晶圓探針卡的該平面性之間的相關性。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的萬向架組件測試系統，其中，該晶圓探針卡裝設於萬向架軸承內，以及其中，該控制器還基於該保護罩上的該力與該晶圓探針卡的該平面性之間的該相關性計算該萬向架軸承的萬向架能力。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的萬向架組件測試系統，其中，該負載單元端部與延伸進入該保護罩的外表面中的凹槽基本對齊，該凹槽橫向偏離該保護罩的該外表面的中心。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的萬向架組件測試系統，其中，該負載單元端部經成形以匹配地接合該保護罩內的該凹槽。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的萬向架組件測試系統，其中，該負載單元端部還包括位於殼體內的長度可調節件。
  12. 如申請專利範圍第7項所述的萬向架組件測試系統，其中，該負載單元端部耦接力矩扳手，以及其中，該控制器還經配置以基於該保護罩上的該力計算施加於該保護罩的力矩。
  13. 一種用以測試萬向架組件的方法，該方法包括：在附著至該萬向架組件內的晶圓探針卡的保護罩的外表面上施加力，其中，所述在該保護罩的該外表面上施加該力包括用負載單元端部撞擊延伸進入該外表面中的凹槽，該負載單元端部經成形以匹配地接合該凹槽，其中，該凹槽橫向偏離該保護罩的中心；在所述施加該力期間測量該晶圓探針卡相對該萬向架組件的平面性，其中，所述測量該晶圓探針卡的該平面性包括計算該保護罩上的第一點與參考點之間的第一高度差；以及計算該保護罩上的該力與該晶圓探針卡的該平面性之間的相關性。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的方法，還包括基於所計算的該保護罩上的該力與該晶圓探針卡的該平面性之間的相關性計算萬向架軸承的萬向架能力。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的方法，還包括確定該萬向架軸承的該萬向架能力是否滿足性能標準。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的方法，其中，所述在該保護罩的該外表面上施加該力包括施加力矩於該保護罩的該外表面。
TW106103210A 2016-02-03 2017-01-26 萬向架組件測試系統及方法 TWI639007B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/014,479 US10041976B2 (en) 2016-02-03 2016-02-03 Gimbal assembly test system and method
US15/014,479 2016-02-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201740122A TW201740122A (zh) 2017-11-16
TWI639007B true TWI639007B (zh) 2018-10-21

Family

ID=59386618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106103210A TWI639007B (zh) 2016-02-03 2017-01-26 萬向架組件測試系統及方法

Country Status (3)

Country Link
US (2) US10041976B2 (zh)
CN (1) CN107063655B (zh)
TW (1) TWI639007B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10732202B2 (en) * 2016-03-29 2020-08-04 Globalfoundries Inc. Repairable rigid test probe card assembly
WO2018118075A1 (en) 2016-12-23 2018-06-28 Intel Corporation Fine pitch probe card methods and systems
JP7075725B2 (ja) * 2017-05-30 2022-05-26 株式会社日本マイクロニクス 電気的接続装置
US10775414B2 (en) 2017-09-29 2020-09-15 Intel Corporation Low-profile gimbal platform for high-resolution in situ co-planarity adjustment
US11061068B2 (en) 2017-12-05 2021-07-13 Intel Corporation Multi-member test probe structure
US11204555B2 (en) 2017-12-28 2021-12-21 Intel Corporation Method and apparatus to develop lithographically defined high aspect ratio interconnects
US11073538B2 (en) 2018-01-03 2021-07-27 Intel Corporation Electrical testing apparatus with lateral movement of a probe support substrate
US10488438B2 (en) 2018-01-05 2019-11-26 Intel Corporation High density and fine pitch interconnect structures in an electric test apparatus
US11543454B2 (en) 2018-09-25 2023-01-03 Intel Corporation Double-beam test probe
US10935573B2 (en) 2018-09-28 2021-03-02 Intel Corporation Slip-plane MEMS probe for high-density and fine pitch interconnects
US11835549B2 (en) * 2022-01-26 2023-12-05 Advantest Test Solutions, Inc. Thermal array with gimbal features and enhanced thermal performance

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW198751B (zh) 1991-09-27 1993-01-21 Dana Corp
CN101099123A (zh) 2005-01-10 2008-01-02 新科实业有限公司 短尾读写头万向架组件测试夹具
TW201400231A (zh) 2012-06-22 2014-01-01 Wang Xiang Entpr Co Ltd 接觸型定位量測裝置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7349223B2 (en) * 2000-05-23 2008-03-25 Nanonexus, Inc. Enhanced compliant probe card systems having improved planarity
JP3988420B2 (ja) * 2001-09-19 2007-10-10 Ｔｄｋ株式会社 薄膜磁気ヘッド用配線部材、ヘッドジンバルアセンブリ、ヘッドジンバルアセンブリの検査方法及びヘッドジンバルアセンブリの製造方法
US6960923B2 (en) * 2001-12-19 2005-11-01 Formfactor, Inc. Probe card covering system and method
US8466703B2 (en) * 2003-03-14 2013-06-18 Rudolph Technologies, Inc. Probe card analysis system and method
US7055875B2 (en) * 2003-07-11 2006-06-06 Asyst Technologies, Inc. Ultra low contact area end effector
US6924655B2 (en) * 2003-09-03 2005-08-02 Micron Technology, Inc. Probe card for use with microelectronic components, and methods for making same
US20070247639A1 (en) 2004-05-10 2007-10-25 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Device and Method for Optical Precision Measurement
US7084651B2 (en) * 2004-07-28 2006-08-01 International Business Machines Corporation Probe card assembly
US20070109003A1 (en) * 2005-08-19 2007-05-17 Kla-Tencor Technologies Corp. Test Pads, Methods and Systems for Measuring Properties of a Wafer
US7843202B2 (en) * 2005-12-21 2010-11-30 Formfactor, Inc. Apparatus for testing devices
US20070176615A1 (en) * 2006-01-27 2007-08-02 Xandex, Inc. Active probe contact array management
US7629804B2 (en) * 2006-08-04 2009-12-08 Vertical Test Inc. Probe head assembly for use in testing multiple wafer die
US7746089B2 (en) * 2006-09-29 2010-06-29 Formfactor, Inc. Method and apparatus for indirect planarization
KR20100084607A (ko) * 2007-05-15 2010-07-27 로널드 씨 슈버트 웨이퍼 프로브 테스트 및 검사 시스템
WO2012109577A2 (en) * 2011-02-10 2012-08-16 Hysitron, Inc. Nanomechanical testing system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW198751B (zh) 1991-09-27 1993-01-21 Dana Corp
CN101099123A (zh) 2005-01-10 2008-01-02 新科实业有限公司 短尾读写头万向架组件测试夹具
TW201400231A (zh) 2012-06-22 2014-01-01 Wang Xiang Entpr Co Ltd 接觸型定位量測裝置

Also Published As

Publication number Publication date
CN107063655A (zh) 2017-08-18
US20180217184A1 (en) 2018-08-02
US10041976B2 (en) 2018-08-07
CN107063655B (zh) 2019-11-19
US20170219626A1 (en) 2017-08-03
TW201740122A (zh) 2017-11-16
US10514393B2 (en) 2019-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI639007B (zh) 萬向架組件測試系統及方法
CN103256891B (zh) 接触式探针
EP1846746B1 (en) Micro-impact testing apparatus
US11524414B2 (en) Sensor unit, sensor system, robot hand, robot arm, server device, calculation method, and program
JP6144328B2 (ja) 接触プローブシステム
CN101151540B (zh) 微小结构体的探针卡、微小结构体的检查装置以及检查方法
US8710858B2 (en) Micro positioning test socket and methods for active precision alignment and co-planarity feedback
JP6216400B2 (ja) 測定プローブ
US20060249675A1 (en) Surface roughness and/or contour shape measuring apparatus
JP5136940B2 (ja) 三次元測定装置
US20070176615A1 (en) Active probe contact array management
CN101887007A (zh) 电气连接构件的接着强度测试装置及其无摩擦校正元件
US7464484B2 (en) Probe head
TW201910793A (zh) 探測站
US6720789B1 (en) Method for wafer test and wafer test system for implementing the method
Dagalakis et al. Kinematic modeling and analysis of a planar micropositioner
CN114877840B (zh) 一种电触发式软测头标定装置及标定方法
TWI817599B (zh) 測試裝置以及半導體元件的測試方法
TWI833274B (zh) 半導體元件的探針設備
JP5443791B2 (ja) 荷重検出センサおよび荷重検出センサの製造方法
EP4148372A1 (en) Measurement probe
CN117940733A (zh) 扫描探针
Hermann Overview of Various Tactile Measuring Probe Constructions
Schrader et al. P1. 13-Application of a Touch-Probe Array for the Parallel Measurement of Microstructures
JPS58160808A (ja) 三次元自由曲面測定プローブ装置及び該装置による測定方法並びに該装置を用いた機械加工方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees