用于电测试的弹性探针制造技术

一种用于电测试的设备，其具有探针（２０１），所述探针由以大体上线性序列结合在一起的具有约相等尺寸的金属元件（２０１ａ）构成。此外，绝缘夹持器（２０２）具有第一和第二表面以及多个用金属填充的通路（２１０），所述用金属填充的通路穿越所述夹持器从所述第一表面到达所述第二表面；所述通路在所述第一和第二表面上形成接触垫。所述第一夹持器表面的接触垫（２１０ａ）附接有探针，使得所述探针定位成大约垂直于所述表面。由弹性绝缘材料制成的薄片（２０３）具有第一和第二表面以及由多个传导迹线（２２０）穿越的厚度，所述薄片的第一薄片表面附接到所述第二夹持器表面，使得所述迹线的至少一者分别与所述接触垫中的一者接触，以提供到达所述第二薄片表面的电路径。适于插入到电测试设备中的印刷电路板附接到所述第二薄片表面，以便建立从所述设备到达所述探针的每一者的连续电路径。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可用于测试半导体装置，尤其是具有精细间距或接触垫的不规则分布的 半导体装置的设备和方法。
技术介绍
半导体装置特别是集成电路经受至少两次重要测试。最终测试是功能性A.C.测试， 用以在将装置递交给客户之前检查完全组装且封装好的装置的性能。所测试的参数包括 速度、传播延迟和信号上升及下降。最终测试需要确定所述装置满足客户的具体要求， 且因此通常外加一项加速寿命测试以证明装置在恶劣伹明确界定的环境条件下的可靠性。在组装和封装步骤之前，仍呈晶片形式的半导体芯片经受D.C.参数测试，其主要测 量泄漏电流并将输入电压与输出电压进行比较。虽然这些测试由于不迅速操作而不 需要使装置冷却的特殊预防措施，但它们确实需要与装置的输入/输出端子的电接触。必 须可靠地建立电接触，且电接触应是非永久的、具有低电阻且不整流。 一般惯例是使用 金属探针作为建立必要电接触的手段。电气装置的输入/输出端子通常称为结合垫，因为其在组装工艺步骤中充当接触 区域，用于附接线接合以便连接到引线框或衬底。用于结合垫的最常见金属是铝，其由 于暴露于周围条件而形成薄的、连续的但受自身限制的氧化铝层。金属探针必须能够穿 透氧化物层以便到达下伏的纯金属，实现可靠的电测试测量。在现有技术中，穿透金属氧化物并开始电测试的动作由多个针来执行，所述针优选 地由钨制成。这些针形成为长悬臂，大体上呈水平布局，其最终弯曲成较垂直部分而终 止于精细削尖梢部中。针的后端(与削尖梢部相对)附接到探针卡，且将梢部仔细地与 待测试结合垫的位置对准。由于通常每一探针卡中存在数百个这些针，且梢部处的针间 距约为40到70nm，所以探针卡的组装非常麻烦。由于结合垫位置因装置类型不同而不 同，所以组装必须手动执行。因此，探针卡非常昂贵，且其处理非常敏感。半导体工业中众所周知，当一个或一个以上针畸形或不再可靠地操作时有多令人失 望。由于有大量的针、其致密填装且其具有机械敏感性，所以只是在数百次触下(touch-down)之后就不幸地频繁遭遇故障，因此需要更换昂贵的探针卡。
技术实现思路
申请人认识到需要一种用于电测试的低成本、机械性能稳固且操作上可靠的探针卡 结构。当方法实现探针卡的定制设计，尤其是其将针对布置在x和y方向上的测试垫操 作时，是另一技术优势。所述概念还应足够灵活以应用于不同的半导体产品系列，并与 装置具有回流块(焊球)而不是线结合的工业趋势适应。新的探针卡结构不仅应满足高 可靠性和少量维护保养，而且还应朝着提高制造良率以及縮短装置测试时间的目标实现 改进。本专利技术的一个实施例是一种用于电测试的设备。所述设备具有探针，所述探针由以 大体上线性序列结合在一起的具有约相等尺寸的金属元件构成。此外，其具有绝缘夹持 器，所述绝缘夹持器具有第一和第二表面以及多个用金属填充的通路，所述用金属填充 的通路穿越所述夹持器从所述第一表面到达所述第二表面；所述通路在所述第一和第二 表面上形成接触垫。所述第一夹持器表面的接触垫附接有探针，使得所述探针定位成大 约垂直于所述表面。由弹性绝缘材料制成的薄片具有第一和第二表面以及由多个传导迹 线穿越的厚度，所述薄片的第一薄片表面附接到所述第二夹持器表面，使得所述迹线的 至少一者分别与所述接触垫中的一者接触，以提供到达第二薄片表面的电路径。适于插 入到电测试设备中的印刷电路板附接到所述第二薄片表面，以便建立从所述设备到达所 述探针的每一者的连续电路径。形成每一探针的金属元件优选地以线结合技术形成为自由空气球；2到6个元件彼此堆叠放置以形成探针；所述金属应是非氧化性的且优选地含有金。探针的梢部可共面， 或者其可不共面，这取决于芯片设计的轮廓；优选地，探针梢部(例如)通过精压技术而成尖头。探针可放置在夹持器的定制位置上，中心间的优选间距在约40与80nm之间，在需 要时甚至可以更小。探针可利用完整的x-y平面。弹性绝缘材料的实例为z轴传导弹性聚合物(包含环氧树脂和聚酰亚胺)，以及多个 弹性弹簧，例如内嵌在绝缘体中的微弹簧(micro-pogo-spring)。将弹性材料的厚度选择 为使得其提供预定量的弹性压縮和伸展。在铝作为结合垫喷镀金属的情况下，优选至少 10Hm的弹性压縮和伸展，以便可靠地穿透氧化铝。本专利技术的另一实施例是一种经电测试的半导体装置，其具有用金属或焊球覆盖的多个测试部件(例如，测试垫)。首先，提供一种设备，其包含如上文所述的多个探针和一 弹性材料薄片。接着，使所述设备与半导体装置对准，使得探针分别与测试部件对准。 接着使探针与测试部件接触，使得弹性材料薄片被压縮且探针穿透测试部件上的任何金 属氧化物层；可开始进行电测试。本专利技术实施例涉及对基于硅、硅锗、砷化镓和用于装置生产的任何其它半导体化合 物的装置的半导体晶片的多探针测试。 一个技术优势是，这些装置的测试垫可具有任何 分布，且不必沿着芯片外围或以任何其它特定次序排列。本专利技术适于用于具有不共面表 面的装置的探针卡，因为本专利技术允许以可变长度制造探针。本专利技术的另一技术优势是，与通过常规技术制成的卡相比，测试卡的制造较便宜； 其使用自动化工艺(例如，线结合器中的球成形)和自动化组装。本专利技术的另一技术优 势是以下事实测试程序在测试垫的喷镀金属的过程中仅留下最少痕迹，这大大简化了 半导体装置的后续处理步骤。结合附图和权利要求书考虑，从对本专利技术优选实施例的以下描述中将了解本专利技术某 些实施例所体现的技术优势。附图说明图1示意说明根据本专利技术的用于电测试的探针卡，所述探针卡插入到测试仪器中。 图2中放大了标记为A的部分。图2展示穿过图1中的标记为A的探针卡部分的放大示意横截面，其说明本专利技术 的某些实施例。图3是图2中说明的探针卡中使用的单个探针的放大视图。图4是根据本专利技术的另一单个探针的放大视图。图5是穿过根据本专利技术形成的探针的示意横截面。图6是穿过根据本专利技术形成的另一探针的示意横截面。图7展示穿过图1中的标记为A的探针卡部分的放大示意横截面，其说明本专利技术 的其它实施例。图8说明根据本专利技术的探针卡所使用的绝缘薄片的放大的导电弹性元件。 具体实施例方式图1示意展示穿过根据本专利技术的用于测试的设备的横截面。所述设备通常表示为100，且测试仪器表示为110。通常，所述设备通过多个引脚(图l未图示)以电及机械 的方式连接到测试仪器，所述引脚被推进仪器的相应插口中。设备100由若干部分组成在面对待探测装置的表面处是实际探针101，其建立与 装置测试垫的电接触。图2到8中更详细论述探针101的组成、定向和分布。探针101 与绝缘夹持器102附接，所述绝缘夹持器102由用金属填充的通路穿越且图2和7中对 其进行更详细描述。夹持器102又附接到由弹性绝缘材料制成的薄片103，所述薄片103 由传导迹线穿越且图2和7中对其进行更详细论述。弹性薄片103具有弹性。弹性薄片103附接到印刷电路板104,所述印刷电路板104将探针卡的传导迹线散 布到较宽区域。印刷电路板104又与塔状部分105接触，所述塔状部分105含有多个平 行弹簧棍(pogo stick) 105a，且因此有时称为弹簧塔。弹簧棍的一端作为引脚从设备100 突出，以便充当到达测试仪器IIO的连接器。图2是图1中的设备横截面的部分A的示意且不按本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对半导体装置进行电测试的设备，其包括：探针，其包括以大体上线性序列结合在一起的具有约相等尺寸的多个金属元件；绝缘夹持器，其具有第一和第二表面以及多个用金属填充的通路，所述用金属填充的通路穿越所述夹持器从所述第一表面到达所述第二表面，所述通路在所述第一和第二表面上形成接触垫；所述第一夹持器表面的接触垫附接有大体上垂直于所述表面的探针；由弹性绝缘材料制成的薄片，其具有第一和第二表面以及由多个传导迹线穿越的厚度；所述第一薄片表面附接到所述第二夹持器表面，使得所述迹线中的至少一者分别与所述接触垫中的一者接触，以提供到达所述第二薄片表面的电路径；以及印刷电路板，其适于插入到电测试设备中，所述板附接到所述第二薄片表面，以便建立从所述设备到达所述探针的每一者的连续电路径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-4-27 11/116,884;US 2005-3-28 60/665,6761.一种用于对半导体装置进行电测试的设备，其包括探针，其包括以大体上线性序列结合在一起的具有约相等尺寸的多个金属元件；绝缘夹持器，其具有第一和第二表面以及多个用金属填充的通路，所述用金属填充的通路穿越所述夹持器从所述第一表面到达所述第二表面，所述通路在所述第一和第二表面上形成接触垫；所述第一夹持器表面的接触垫附接有大体上垂直于所述表面的探针；由弹性绝缘材料制成的薄片，其具有第一和第二表面以及由多个传导迹线穿越的厚度；所述第一薄片表面附接到所述第二夹持器表面，使得所述迹线中的至少一者分别与所述接触垫中的一者接触，以提供到达所述第二薄片表面的电路径；以及印刷电路板，其适于插入到电测试设备中，所述板附接到所述第二薄片表面，以便建立从所述设备到达所述探针的每一者的连续电路径。2. 根据权利要求1所述的设备，其中所述金属元件具有近似球形形状。3. 根据权利要求1所述的设备，其中所述元件具有约15与40 pm之间的直径且其 中所述探针具有约40与120 pm之间的长度。4. 根据权利要求1所述的设备，其中所述探针一个端上的最终元件具有尖头形状，且 所述探针附接到所述第一夹持器表面，使得所述尖头元件从所述夹持器表面指向 外。5. 根据权利要求4所述的设备，其中所述探针经成形使得其从其附接到所述接触垫的 端部向其远端逐渐变窄，所述远端具有尖头状构型。6. 根据权利要求1-5中任一权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔J斯蒂尔曼，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：US[]