一种用于功率器件高温高压测试的探针卡及其关键结构制造技术

本发明专利技术一种用于功率器件高温高压测试的探针卡及其关键结构属于半导体器件测试技术领域；该探针卡从上到下依次设置进气系统、PCB板、转接层、导引板和探针；进气系统底部具有多个下出气孔和侧出气孔，PCB板上分布有与下出气孔位置、形状和数量均相同的第一通孔，转接层上分布有与下出气孔位置、形状和数量均相同的第二通孔，导引板上分布有与下出气孔位置、形状和数量均相同的第三通孔，下出气孔、第一通孔、第二通孔和第三通孔同轴设置，从下出气孔喷射出的高温高压气体，依次经过第一通孔、第二通孔和第三通孔后，吹入导引板与被测晶圆之间；本发明专利技术能够同时抑制高电压环境下探针之间非正常放电和高温度环境下探针卡翘曲变形和探针位置漂移。

【技术实现步骤摘要】
一种用于功率器件高温高压测试的探针卡及其关键结构
本专利技术一种用于功率器件高温高压测试的探针卡及其关键结构属于半导体器件测试

技术介绍
随着MEMS技术和半导体技术的不断发展，小型化高功率器件的产量逐年攀升。很多器件要在高电压和高温度环境下进行工作。确保这些器件能够在如此恶劣环境下正常工作，需要用探针卡对其性能进行测试。功率器件测试的一项重要指标是击穿电压，该电压可以高达几千伏，在如此高电压下进行测试，探针卡的探针之间就可能产生非正常放电现象，瞬间就可以损坏测试设备以及被测晶圆。功率器件测试的另一项重要指标是工作温度，一般来讲，测试芯片要求在-40摄氏度到125摄氏度之间均能够正常工作，而汽车领域中的部分芯片，要求其能够在180摄氏度以上的环境下正常工作，那么我们就需要对其在180摄氏度以上的工作情况进行测试。由于探针卡各部件之间存在热膨胀系数差异，从室温到180摄氏度以上的温度变化会造成探针卡的翘曲变形和探针的位置漂移，这不仅降低了测试效果和效率，严重时甚至造成测试失败、探针卡损伤等问题。可见，如何抑制高电压环境下探针之间非正常放电现象，以及如何抑制高温度环境下探针卡翘曲变形和探针位置漂移，是现阶段功率器件测试探针卡技术亟待解决的关键技术问题，然而，目前还没有发现能够同时突破这两个技术难题的探针卡。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术公开了一种用于功率器件高温高压测试的探针卡及其关键结构，不仅能够抑制高电压环境下探针之间非正常放电现象，而且能够抑制高温度环境下探针卡翘曲变形和探针位置漂移。本专利技术的目的是这样实现的：一种用于功率器件高温高压测试的探针卡，从上到下依次设置进气系统、PCB板、转接层、导引板和探针；所述进气系统底部具有多个下出气孔和侧出气孔，所述PCB板上分布有与下出气孔位置、形状和数量均相同的第一通孔，所述转接层上分布有与下出气孔位置、形状和数量均相同的第二通孔，所述导引板上分布有与下出气孔位置、形状和数量均相同的第三通孔，下出气孔、第一通孔、第二通孔和第三通孔同轴设置，从下出气孔喷射出的高温高压气体，依次经过第一通孔、第二通孔和第三通孔后，吹入导引板与被测晶圆之间；所述进气系统还包括泄压孔，所述泄压孔底部还设置有调节阀；所述调节阀为三层阶梯结构，包括截面直径依次减小的下层阶梯、中层阶梯和上层阶梯，所述下层阶梯和中层阶梯之间设置有密封圈，下层阶梯的截面直径大于泄压孔截面直径，中层阶梯的截面直径与泄压孔截面直径之间为间隙配合关系，上层阶梯套有螺纹；所述泄压孔内壁攻有螺纹，并旋拧有调整件，所述调整件包括接触端，连接端和螺纹端，所述接触端为环形，外壁套有螺纹，旋拧在泄压孔的内壁，所述连接端为多个，在圆周方向均匀分布，每个连接端均连接在接触端内壁与螺纹端之间，所述螺纹端外壁套有螺纹，且与上层阶梯的螺纹参数相同，螺纹端底部设置有一字或十字凹槽，弹簧分别连接在上层阶梯外壁与螺纹端外壁之间；各个结构的功能如下：所述导引板边缘的厚度大于中心区域的厚度；所述进气系统用于提供高温高压气体和常温高压气体，所述下出气孔用于向探针喷射高温高压气体，所述侧出气孔用于向PCB板提供常温高压气体；所述PCB板用于连接测试机和信号走线；所述转接层为探针与PCB板的媒介，用于实现信号的间距转换；所述导引板用于容纳探针；所述探针用于连接被测晶圆。上述用于功率器件击穿电压测试的探针卡，所述的侧出气孔按照恒温空气流动方向，横截面积逐渐增大，在侧出气孔的外端部，形状为宽度大于高度的矩形；在侧出气孔的外端部下方，转轴连接有挡板，所述挡板的另一侧边缘安装有拉绳，所述拉绳从侧出气孔的上方穿出，在侧出气孔的上方，还设置有拉绳固定端，所述拉绳固定端包括框架，设置在框架中并能够沿框架上下运动的固定板，位于固定板下方和框架底部上方的压簧，位于框架上方的开关，所述开关通过穿过框架的支架连接到固定板上，拉绳从固定板的上方穿过框架，在压簧的作用下，挤在固定板与框架之间，需要调整的时候，按动开关，使固定板向下运动，调整拉绳，在调整好位置后，松开开关即可。上述用于功率器件击穿电压测试的探针卡，所述进气系统还包括双进气道装置，所述双进气道装置按照空气流动方向，包括空气泵，第一三通阀门，连接第一三通阀门第一出口的高温高压箱，连接第一三通阀门第二出口的常温高压箱，所述高温高压箱中设置有电阻丝、温度传感器和第一压强计，所述常温高压箱中设置有第二压强计，所述高温高压箱有两个出口，第一出口通过第一阀门连接下出气孔，第二出口连接第二三通阀门，所述第二三通阀门还分别连接常温高压箱的出口和第二阀门，所述第二阀门连接侧出气孔。以上用于功率器件击穿电压测试的探针卡，所述导引板边缘的厚度大于中心区域的厚度，通过以下技术特征实现：导引板的下方四周，具有充气气囊。一种探针卡载侧出气孔，按照恒温空气流动方向，横截面积逐渐增大，在侧出气孔的外端部，形状为宽度大于高度的矩形；在侧出气孔的外端部下方，转轴连接有挡板，所述挡板的另一侧边缘安装有拉绳，所述拉绳从侧出气孔的上方穿出，在侧出气孔的上方，还设置有拉绳固定端，所述拉绳固定端包括框架，设置在框架中并能够沿框架上下运动的固定板，位于固定板下方和框架底部上方的压簧，位于框架上方的开关，所述开关通过穿过框架的支架连接到固定板上，拉绳从固定板的上方穿过框架，在压簧的作用下，挤在固定板与框架之间，需要调整的时候，按动开关，使固定板向下运动，调整拉绳，在调整好位置后，松开开关即可。一种探针卡载双进气道装置，按照空气流动方向，包括空气泵，第一三通阀门，连接第一三通阀门第一出口的高温高压箱，连接第一三通阀门第二出口的常温高压箱，所述高温高压箱中设置有电阻丝、温度传感器和第一压强计，所述常温高压箱中设置有第二压强计，所述高温高压箱有两个出口，第一出口通过第一阀门连接下出气孔，第二出口连接第二三通阀门，所述第二三通阀门还分别连接常温高压箱的出口和第二阀门，所述第二阀门连接侧出气孔。有益效果：第一、本专利技术公开了一种用于功率器件高温高压测试的探针卡，该探针卡设置有用于提供高温高压气体和常温高压气体的进气系统，并且高温高压气体供给到探针位置，常温高压气体供给到PCB板位置；在探针位置，利用均匀电场击穿电压随压强增大而增大，因此高温高压气体能够提高探针击穿电压，避免探针之间非正常放电的发生，对测试设备和被测晶圆起到保护作用；同时，高温高压气体能够提高探针和被测晶圆温度，实现高温测试；在PCB板位置，由于有常温高压气体供给，使得整个探针卡除探针外温度始终保持常温，有效避免因探针卡各部件之间存在热膨胀系数差异，在不同温度测试时发生的探针卡的翘曲变形和探针的位置漂移，有效提高了测试效果和效率。第二、本专利技术一种用于功率器件高温高压测试的探针卡，能够同时抑制高电压环境下探针之间非正常放电现象，以及抑制高温度环境下探针卡翘曲变形和探针位置漂移，具有一机多能的有益效果。第三、本专利技术还公开了一种探针卡载侧出气孔结构，在该结构下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于功率器件高温高压测试的探针卡，其特征在于，从上到下依次设置进气系统（1）、PCB板（2）、转接层（3）、导引板（4）和探针（5）；所述进气系统（1）底部具有多个下出气孔（1-1）和侧出气孔（1-2），所述PCB板（2）上分布有与下出气孔（1-1）位置、形状和数量均相同的第一通孔（2-1），所述转接层（3）上分布有与下出气孔（1-1）位置、形状和数量均相同的第二通孔（3-1），所述导引板（4）上分布有与下出气孔（1-1）位置、形状和数量均相同的第三通孔（4-1），下出气孔（1-1）、第一通孔（2-1）、第二通孔（3-1）和第三通孔（4-1）同轴设置，从下出气孔（1-1）喷射出的高温高压气体，依次经过第一通孔（2-1）、第二通孔（3-1）和第三通孔（4-1）后，吹入导引板（4）与被测晶圆（6）之间；/n所述进气系统（1）还包括泄压孔（1-3），所述泄压孔（1-3）底部还设置有调节阀（1-4）；所述调节阀（1-4）为三层阶梯结构，包括截面直径依次减小的下层阶梯（1-4-1）、中层阶梯（1-4-2）和上层阶梯（1-4-3），所述下层阶梯（1-4-1）和中层阶梯（1-4-2）之间设置有密封圈（1-4-4），下层阶梯（1-4-1）的截面直径大于泄压孔（1-3）截面直径，中层阶梯（1-4-2）的截面直径与泄压孔（1-3）截面直径之间为间隙配合关系，上层阶梯（1-4-3）套有螺纹；所述泄压孔（1-3）内壁攻有螺纹，并旋拧有调整件（1-5），所述调整件（1-5）包括接触端（1-5-1），连接端（1-5-2）和螺纹端（1-5-3），所述接触端（1-5-1）为环形，外壁套有螺纹，旋拧在泄压孔（1-3）的内壁，所述连接端（1-5-2）为多个，在圆周方向均匀分布，每个连接端（1-5-2）均连接在接触端（1-5-1）内壁与螺纹端（1-5-3）之间，所述螺纹端（1-5-3）外壁套有螺纹，且与上层阶梯（1-4-3）的螺纹参数相同，螺纹端（1-5-3）底部设置有一字或十字凹槽，弹簧（1-6）分别连接在上层阶梯（1-4-3）外壁与螺纹端（1-5-3）外壁之间；/n各个结构的功能如下：/n所述导引板（4）边缘的厚度大于中心区域的厚度；/n所述进气系统（1）用于提供高温高压气体和常温高压气体，所述下出气孔（1-1）用于向探针（5）喷射高温高压气体，所述侧出气孔（1-2）用于向PCB板（2）提供常温高压气体；/n所述PCB板（2）用于连接测试机和信号走线；/n所述转接层（3）为探针与PCB板（2）的媒介，用于实现信号的间距转换；/n所述导引板（4）用于容纳探针（5）；/n所述探针（5）用于连接被测晶圆（6）。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于功率器件高温高压测试的探针卡，其特征在于，从上到下依次设置进气系统（1）、PCB板（2）、转接层（3）、导引板（4）和探针（5）；所述进气系统（1）底部具有多个下出气孔（1-1）和侧出气孔（1-2），所述PCB板（2）上分布有与下出气孔（1-1）位置、形状和数量均相同的第一通孔（2-1），所述转接层（3）上分布有与下出气孔（1-1）位置、形状和数量均相同的第二通孔（3-1），所述导引板（4）上分布有与下出气孔（1-1）位置、形状和数量均相同的第三通孔（4-1），下出气孔（1-1）、第一通孔（2-1）、第二通孔（3-1）和第三通孔（4-1）同轴设置，从下出气孔（1-1）喷射出的高温高压气体，依次经过第一通孔（2-1）、第二通孔（3-1）和第三通孔（4-1）后，吹入导引板（4）与被测晶圆（6）之间；
所述进气系统（1）还包括泄压孔（1-3），所述泄压孔（1-3）底部还设置有调节阀（1-4）；所述调节阀（1-4）为三层阶梯结构，包括截面直径依次减小的下层阶梯（1-4-1）、中层阶梯（1-4-2）和上层阶梯（1-4-3），所述下层阶梯（1-4-1）和中层阶梯（1-4-2）之间设置有密封圈（1-4-4），下层阶梯（1-4-1）的截面直径大于泄压孔（1-3）截面直径，中层阶梯（1-4-2）的截面直径与泄压孔（1-3）截面直径之间为间隙配合关系，上层阶梯（1-4-3）套有螺纹；所述泄压孔（1-3）内壁攻有螺纹，并旋拧有调整件（1-5），所述调整件（1-5）包括接触端（1-5-1），连接端（1-5-2）和螺纹端（1-5-3），所述接触端（1-5-1）为环形，外壁套有螺纹，旋拧在泄压孔（1-3）的内壁，所述连接端（1-5-2）为多个，在圆周方向均匀分布，每个连接端（1-5-2）均连接在接触端（1-5-1）内壁与螺纹端（1-5-3）之间，所述螺纹端（1-5-3）外壁套有螺纹，且与上层阶梯（1-4-3）的螺纹参数相同，螺纹端（1-5-3）底部设置有一字或十字凹槽，弹簧（1-6）分别连接在上层阶梯（1-4-3）外壁与螺纹端（1-5-3）外壁之间；
各个结构的功能如下：
所述导引板（4）边缘的厚度大于中心区域的厚度；
所述进气系统（1）用于提供高温高压气体和常温高压气体，所述下出气孔（1-1）用于向探针（5）喷射高温高压气体，所述侧出气孔（1-2）用于向PCB板（2）提供常温高压气体；
所述PCB板（2）用于连接测试机和信号走线；
所述转接层（3）为探针与PCB板（2）的媒介，用于实现信号的间距转换；
所述导引板（4）用于容纳探针（5）；
所述探针（5）用于连接被测晶圆（6）。


2.根据权利要求1所述的一种用于功率器件击穿电压测试的探针卡，其特征在于，所述的侧出气孔（1-2）按照恒温空气流动方向，横截面积逐渐增大，在侧出气孔（1-2）的外端部，形状为宽度大于高度的矩形；在侧出气孔（1-2）的外端部下方，转轴连接有挡板（1-2-1），所述挡板（1-2-1）的另一侧边缘安装有拉绳（1-2-2），所述拉绳（1-2-2）从侧出气孔（1-2）的上方穿出，在侧出气孔（1-2）的上方，还设置有拉绳固定端（1-2-3），所述拉绳固定端（1-2-3）包括框架（1-2-3-1），设置在框架（1-2-3-1）中并能够沿框架（1-2-3-1）上下运动的固定板（1-2-3-2），位于固定板（1-2-3-2）下方和框架（1-2-3-1）底部上方的压簧（1-2-3-3），位于框架（1-2-3-1）上方的开关（1-2-3-4），所述开关（1-2-3-4）通过穿过框架（1-2-3-1）的支架（1-2-3-5）连接到固定板（1-2-3-2）上，拉绳（1-2-2）从固定板（1-2-3-2）的上方穿过框架（1-2-3-1），在压簧（1-2-3-3）的作用下，挤在固...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵梁玉，王艾琳，王兴刚，周明，
申请(专利权)人：强一半导体苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32