TWI678540B - 半導體元件測試載具 - Google Patents

Abstract

本創作為一種半導體元件測試載具，包含一電源群組、一接地群組及一信號群組，該些群組係相鄰結合且彼此之間維持電性絕緣，其中，該電源群組包含以導體材料製成之一針座，於該針座內容置有用以傳遞電源之探針，該些探針電性接觸該針座；該接地群組包含以導體材料製成之一針座，於該針座內部容置有用以接地之探針，該些探針電性接觸該針座；該信號群組，包含以導體材料製成之一針座，於該針座內部容置有複數支用以傳遞測試信號之信號探針，該些探針與該針座相互絕緣，且該針座係電性連接至接地準位，藉此，該信號探針及其針座係可構成具各別阻抗可調整且相互電氣干擾性低的信號通道。

Description

半導體元件測試載具

本創作關於一種半導體元件的測試載具，尤指一種可提供具各別阻抗可調整，且相互電氣干擾性低的信號通道的半導體元件測試載具。

半導體晶片(積體電路元件)在封裝完成後需進行電性測試，請參考圖13所示，傳統的半導體測試載具400用於電氣連接在一待測晶片200及一測試電路板300之間，該測試載具400的內部裝設有多支金屬探針410，透過探針410在測試電路板300及待測晶片200之間傳輸測試信號。

為了防止該些探針410彼此間發生短路，該測試載具400是由絕緣材料加工製作而成，藉由絕緣材料的測試載具400隔離相鄰的探針410。該些探針410的數量及腳位分布是取決於該待測晶片200的腳位。但受限於傳統測試載具400的結構及材料以及待測晶片200的高頻高速操作條件，該測試載具400已無法達到高頻寬、高傳輸速度的測試需求。

單一根探針410本身具有一電感值，當探針410越細則電感值會越大，以用於傳導電源的探針410為例，複數根探針410因為是共接於同一電源，該複數根探針410相當於是多個電感並聯。雖然可以加粗探針410而降低電感，但即使將探針410的直徑增加至其尺寸上限，探針410並聯後的總電感值仍無法解決目前在高頻高速半導體晶片測試中，電源完整性、信號完整性需求，其中，電源完整性包含有直流電壓降(DC IR drop)、交流阻抗(AC impedance)及瞬間切換雜訊(SSN/SSO)等設計規範，當電感值過高時將會導致交流阻抗值偏高；信號完整性包含有信號阻抗匹配(即影響插入損失insertion loss與反射損失return loss)與串音干擾(crosstalk)等設計規範。

本創作的主要目的是提供一種可降低電感阻抗的半導體測試治具。

本創作之半導體測試治具包含有：
一電源群組，包含以導體材料製成之一針座，其內部容置有複數支用以傳遞電源之探針，該些探針電性接觸該針座，該探針及針座具有同一電源準位；
一接地群組，包含以導體材料製成之一針座，其內部容置有複數支用以接地之探針，該些探針電性接觸該針座，該探針及針座具有同一接地準位；
一信號群組，包含以導體材料製成之一針座，其內部容置有複數支用以傳遞測試信號之信號探針，該些探針與該針座相互絕緣，且該針座係電性連接至接地準位；
其中，該電源群組、接地群組及該信號群組係相鄰結合且彼此之間維持電性絕緣。

藉由上述本創作的結構，本創作具有以下特點：

1.在電源群組及接地群組中，係利用包含導體材料的針座共同連接其容置的探針，提高導體的體積，因此可降低整體迴路電感值。

2.在該信號群組中，該針座中的導電基座為接地且包覆信號探針，故形成具各別阻抗可調整且相互電氣干擾性低的信號通道，以提升信號的傳輸品質，利用外圍的接地隔離不同信號探針之間的信號相互干擾。

請參考圖1所示，本創作是一種半導體元件測試載具100，是由負責不同功能的探針群組集合構成，例如負責傳輸電源的電源群組10、用以連接至接地電位的接地群組20，以及負責傳輸測試信號(Signal)的信號群組30，這些不同功能的群組彼此之間絕緣隔離，以下進一步針對各類群組的結構、功能及其製作詳細說明。

首先，該電源群組10可依據不同電壓的準位設計為包含複數個模組，例如用以提供一第一電壓VDD1的第一電源模組11及提供一第二電壓VDD2的第二電源模組12，該第一電壓VDD1的準位不同於第二電壓VDD2；在其它實例施中，該電源群組10也可以是都提供同一電壓準位的單一模組。

該接地群組20也可以包含複數個接地模組，例如第一接地模組21及第二接地模組22，在一實施例中，設計多個接地模組的用意是該第一接地模組21及第二接地模組22分別對應該第一電源模組11及第二電源模組12且分別具有不同的接地準位VSS1、VSS2；在另一實例中，當電路環境有不要共同接地的需求時，也可以採用分離的該第一接地模組21及第二接地模組22；在其它實施例中，該接地群組可以是單一個接地模組。

請參考圖2、圖3所示的示意圖，圖2及圖3上的結構排列僅是為了方便說明不同功能群組之間可以併排組合且維持電性隔離，並沒有直接對應圖1所示的探針排列布局。前述第一電源模組11包含一針座40，在針座40的接合面設置一絕緣層50。該針座40內部形成複數探針孔41，於各個探針孔41內容置具彈性伸縮能力的探針60，該探針60的兩端可凸出針座40的上下表面。該針座40的其中一種製作方式是由導體材料的一導電基座43a及一導電底板44a結合構成，其中，在該導電基座43a進行兩次的鑽孔作業而形成上窄下寬的通孔，再於導電底板44a上亦進行一次鑽孔作業形成一開孔，開孔的位置係對應連通該通孔的位置，先將探針60放置在該導電基座43a再結合該導電底板44a即可構成該第一電源模組11。其中，在該第一電源模組11中的各探針60因為是容置在針座40內部，與導體材料構成的針座40直接接觸，因此全部的探針60為共同電性連接並具有第一電壓準位。

同理，前述第二電源模組12、該第一接地模組21及第二接地模組22亦是以相同的方式製作而成。在該第二電源模組12中的所有探針60透過其針座40共同電性連接且具有第二電壓準位；該第一接地模組21中的所有探針60為共同電性連接且具有第一接地準位；該第二接地模組22中的所有探針60為共同電性連接且具有第二接地準位。

該信號群組30的針座40同樣是由導體材料構成，但其結構與前述電源群組10、接地群組20的針座40略有不同。該信號群組30的針座40包含了以導體材料構成的一導電基座43b、一導電底板44b及一導電蓋板45，其中在該導電基座43b內係形成通孔，而導電底板44b及導電蓋板45分別結合在導電基座43b的下側及上側。請參考圖4所示，該導電底板44b及導電蓋板45的製作方式相同，以導電蓋板45為例，首先在導電蓋板45上進行兩次的鑽孔作業，形成上寬下窄的開孔，再於該開孔內部填充絕緣材料52，當該絕緣材料52固化後再度施行兩次的鑽孔作業，如此一來，即可在開孔的內壁面上形成一內絕緣層54；導電基座43b的通孔連通其上、下兩側的開孔而共同形成該探針孔41。當欲組裝探針60s至針座40時，可先將探針60s的一端插置在導電基座43b及導電底板44b，最後再結合導電蓋板45；或是先將探針60s的一端插置在導電基座43b及導電蓋板45，最後再結合導電底板44b。探針60s組裝至針座40的方式有多種可行作法，在此不限其組裝方式。

完成探針60s及針座40的組裝後，如圖2、圖3所示，探針60s受到內絕緣層54隔絕，而不會直接與導電底板44b及導電蓋板45電性接觸。因為導電基座43b之通孔的孔徑係大於探針60s中段的直徑，因此探針60s在導電基座43b內部係維持有一間隙61而不會接觸至通孔的內壁面。在此要說明的一點是信號群組30中的探針60可以全部是用於傳輸測試信號的信號探針60s，如圖2及圖3的實施例所示；在另一實施例中，如圖1、圖5及圖6所示，信號群組30中的探針一部分作為信號探針60s，另一部分為用於接地的接地探針60g，其中，只有在容置信號探針60s的探針孔41才需要在孔內形成該內絕緣層54，如果是用於容置接地探針60g的探針孔41，則不需要在孔內形成該內絕緣層54，該接地探針60g可與導電底板44b或導電蓋板45直接接觸。

本創作在實際應用時，係依據一待測晶片IC的腳位而設計電源群組10、接地群組20及信號群組30的分布位置。以圖1而言，電源群組10中包有第一電源模組11、第二電源模組12，接地群組20中包含第一接地模組21及第二接地模組22，信號群組30中包含信號探針60s及接地探針60g，不同模組之間係透過針座40外表面的絕緣層50電性隔離。各模組彼此之間可在針座40的外表面形成凹凸配合的固定結構而相互卡接組合構成完整的測試載具100，該固定結構可以是在其中一針座40的表面上形成凹槽，另一針座的表面上形成肋條，利用肋條結合在凹槽而結合兩相鄰模組，較佳形成該固定結構的位置可以是在各模組的角落處。

如圖7、圖8所示，測試載具100係應用在一待測晶片200及一測試電路板300之間，各種不同功能的探針60、60g、60s的頂端會對應電性接觸待測晶片200的底部端子，各探針60、60g、60s的底端則與測試電路板300電性連接，其中，在信號群組30中，各信號探針60s係接收測試信號S，因為圍繞該信號探針60s的針座40為接地，因此相當於形成一具各別阻抗可調整且相互電氣干擾性低的信號通道，信號探針60s與針座40之間為絕緣隔離，因此信號探針60s不會被接地；在第一電源模組11及第二電源模組12中的各探針60，則是分別電性連接第一電源VDD1及第二電源VDD2；在第一接地模組21及第二接地模組22中的各探針60，則是分別電性連接第一接地準位VSS1及第二接地準位VSS2。在圖8的實施例中，因為信號群組30中的針座40為接地，因此在信號群組中30可設置接地探針60g，該接地探針60g只要與針座40相互接觸即具有接地準位。

請參考圖9所示，為本發明的另一實施例，與前述實施例的差異之處在於信號群組30。該信號群組30包含一導電基座43c、一絕緣固定片46及一絕緣底座47。該導電基座43c可根據如圖4所示的方式形成通孔，通孔的頂端內壁面形成用以隔絕信號探針60s的內絕緣層54。該絕緣固定片46設置在該導電基座43c的底面，在該絕緣固定片46上形成有對應各信號探針60s及接地探針60g的定位孔460，該定位孔460的孔徑可設計為與對應該信號探針60s及接地探針60g的外徑，僅供該信號探針60s及接地探針60g穿設該絕緣固定片46，讓信號探針60s及接地探針60g維持在較佳的定位狀態而較不易產生晃動。該絕緣固定座47設在該絕緣固定片46的底面，其中，在該絕緣固定座47上同樣形成對應該信號探針60s及接地探針60g的開孔，供信號探針60s及接地探針60g的底端通過。

請參考圖10所示，假設待測晶片具有如圖分佈的電源接腳(以符號”＋”表示)及接地接腳(以符號”—”表示)分佈，量測傳統以絕緣材質構成針座之測試載具以及本創作包含有導電材料構成針座40之測試載具的電感阻抗，可以得到如以下表的數據，無論待測晶片的作動頻率為10MHz或100MHz，本創作的迴路電感(loop inductance)阻抗均可大幅降低，當改變該導電基座43a, 43b, 43c的導電材料時，阻抗亦可隨之調整。

	電感阻抗(10MHz)	電感阻抗(100MHz)
傳統測試載具	115.7 pH	106.3 pH
本創作測試載具	12.3 pH	6.2 pH

再請參考圖11所示的插入損失量測圖，若以-1dB的插入損失為觀察基準，則本創作插入損失如實線所示在-1dB的頻寬可達60GHz，而傳統測試載具的頻寬如虛線所示僅只有2GHz。圖12則顯示反射損失，若以-15dB的反射損失作為觀察基準，本創作的頻寬如實線所示約為60GHz，但傳統測試載具的頻寬如虛線所示係小於1GHz。

綜上所述，本發明各實施例中皆利用具有導電基座共同電連接電源端子或接地端子，等效加大原有端子的體積，因此可降低整體迴路電感值；且在該信號群組中，該針座中的導電基座為接地且環繞包覆信號探針，故形成各別阻抗可調整且相互電氣干擾性低的信號通道，以提升信號的傳輸品質，利用外圍的接地隔離不同信號探針之間的信號相互干擾。

100‧‧‧測試載具

10‧‧‧電源群組

11‧‧‧第一電源模組

12‧‧‧第二電源模組

20‧‧‧接地群組

21‧‧‧第一接地模組

22‧‧‧第二接地模組

30‧‧‧信號群組

40‧‧‧針座

41‧‧‧探針孔

43a, 43b, 43c‧‧‧導電基座

44a, 44b‧‧‧導電底板

45‧‧‧導電蓋板

46‧‧‧絕緣固定片

460‧‧‧定位孔

47‧‧‧絕緣底座

50‧‧‧絕緣層

52‧‧‧絕緣材料

54‧‧‧內絕緣層

60‧‧‧探針

60s‧‧‧信號探針

60g‧‧‧接地探針

61‧‧‧間隙

200‧‧‧待測晶片

300‧‧‧測試電路板

400‧‧‧測試載具

410‧‧‧探針

圖1：本創作測試載具的平面示意圖。
圖2：本創作測試載具一實施例的局部立體剖面示意圖。
圖3：圖2測試載具的局部平面剖面示意圖。
圖4：本創作用於信號探針的導電蓋板、導電底板製作步驟示意圖。
圖5：本創作測試載具另一實施例的局部立體剖面示意圖。
圖6：圖5測試載具的局部平面剖面示意圖。
圖7：圖2測試載具之應用示意圖。
圖8：圖5測試載具之應用示意圖。
圖9：本創作測試載具一實施例的局部立體剖面示意圖。
圖10：本創作測量電感阻抗之電源、接地之接腳分佈圖。
圖11：本創作與傳統測試載具之插入損失(insertion loss)的量測波形圖。
圖12：本創作與傳統測試載具之反射損失(return loss)的量測波形圖。
圖13：傳統半導體測試載具的剖面示意圖。

Claims (10)

1. 一種半導體元件測試載具，包含：一電源群組，包含以導體材料製成之一針座，其內部容置有複數支用以傳遞電源之探針，該些探針電性接觸該針座，該探針及針座具有同一電源準位；一接地群組，包含以導體材料製成之一針座，其內部容置有複數支用以接地之探針，該些探針電性接觸該針座，該探針及針座具有同一接地準位；一信號群組，包含以導體材料製成之一針座，其內部容置有複數支用以傳遞測試信號之信號探針，該些信號探針與該針座相互絕緣，且該針座係電性連接至接地準位；其中，該電源群組、接地群組及該信號群組係相鄰結合且彼此之間維持電性絕緣；其中，該信號群組中的針座包含有：一導電基座，係形成有複數個通孔；一導電蓋板，係設置在導電基座的頂面且形成有複數個開孔，該開孔分別對應連通該些通孔，且在開孔的內壁面上形成有該內絕緣層；一導電底板，係設置在導電基座的底面且形成有複數個開孔，該開孔分別對應連通該些通孔，且在開孔的內壁面上形成有該內絕緣層。
2. 如請求項1所述之半導體元件測試載具，其中，在該信號群組中的針座內部，進一步容置有複數支用以接地之接地探針，該些接地探針係與針座電性接觸而具有接地準位。
3. 如請求項1所述之半導體元件測試載具，在該信號群組中的針座內部係形成有用以容置該些信號探針的探針孔，在該些探針孔的內壁面係形成有內絕緣層。
4. 如請求項1、2或3所述之半導體元件測試載具，該電源群組、接地群組及該信號群組之各針座的接合面係具有一絕緣層。
5. 如請求項1所述之半導體元件測試載具，該電源群組的針座包含：一第一針座，其內部容置之該些探針用以傳遞一第一電源；一第二針座，係與該第一針座絕緣隔離，該第二針座內部容置之該些探針用以傳遞一第二電源，其中第二電源的準位不同於第一電源的準位。
6. 如請求項1所述之半導體元件測試載具，該接地群組的針座包含：一第一針座，其內部容置之該些探針用以連接一第一接地準位；一第二針座，其內部容置之該些探針用以連接一第二接地準位。
7. 一種半導體元件測試載具，包含：一電源群組，包含以導體材料製成之一針座，其內部容置有複數支用以傳遞電源之探針，該些探針電性接觸該針座，該探針及針座具有同一電源準位；一接地群組，包含以導體材料製成之一針座，其內部容置有複數支用以接地之探針，該些探針電性接觸該針座，該探針及針座具有同一接地準位；一信號群組，包含以導體材料製成之一針座，其內部容置有複數支用以傳遞測試信號之信號探針，該些信號探針與該針座相互絕緣，且該針座係電性連接至接地準位；其中，該電源群組、接地群組及該信號群組係相鄰結合且彼此之間維持電性絕緣；其中，該信號群組中的針座包含有：一導電基座，係形成有複數個通孔，其中，供容置信號探針之通孔的部分內壁面係形成有內絕緣層；一絕緣固定片，係設置在該導電基座的底面，該絕固定片係形成有複數個對應各探針的固定孔，其中，各固定孔的孔徑係對應容納探針；一絕緣底座，係設置在該絕緣固定片的底面，該絕緣底座形成有複數個對應各探針的通孔。
8. 如請求項7所述之半導體元件測試載具，其中，在該信號群組中的針座內部，進一步容置有複數支用以接地之接地探針，該些接地探針係與針座電性接觸而具有接地準位。
9. 如請求項7所述之半導體元件測試載具，該電源群組的針座包含：一第一針座，其內部容置之該些探針用以傳遞一第一電源；一第二針座，係與該第一針座絕緣隔離，該第二針座內部容置之該些探針用以傳遞一第二電源，其中第二電源的準位不同於第一電源的準位。
10. 如請求項7所述之半導體元件測試載具，該接地群組的針座包含：一第一針座，其內部容置之該些探針用以連接一第一接地準位；一第二針座，其內部容置之該些探針用以連接一第二接地準位。