CN100514751C - 采用匹配装置的器件探测 - Google Patents

Abstract

一种用于器件的电测试的探测系统或方法，也调整器件上例如焊料球的端子以提高端子高度的均匀性，并提高在倒装片封装中到互连基底或者板上芯片中到印刷电路板的连接的可靠性。该系统可以采用为印刷电路板的探针卡、或例如在器件倒装片封装中所采用的互连基底、或者类似于器件的半导体管芯。探针卡可以是在测试头上可替换的，以允许快速更换来减少ATE停工时间，并允许器件变化例如管芯缩小。探针卡上的探针尖端可以是接触焊盘或凸块，它们是互连基底或半导体管芯的正常电接触结构。

Description

采用匹配装置的器件探测

技术领域

本发明涉及一种采用匹配装置的器件探测。

背景技术

集成电路器件的测试鉴别出有缺陷的器件，并且还提供关于制造工艺中的产量或问题的信息。优选测试在制造工艺早期进行，以避免处理缺陷部件的浪费的工艺，并在可纠正的问题影响多批量之前鉴别工艺问题。晶片探测特别允许在器件从晶片中分离之前的集成电路器件的早期电测试。然后鉴别为有缺陷的或坏的器件可以在封装前丢弃。此外，可以进行对制造工艺的纠正或调整，而没有仅在封装之后对器件进行测试所导致的额外的延误。

图1示出了用于测试晶片110上制造的集成电路器件112的常规规测试设备100。晶片110通常是包括多个器件112的半导体晶片。为了测试，探针器或其他定位系统(未示出)将晶片110或测试头130移动以将测试板120与当前选择用于测试的器件112对准。在测试板120上是设置得与每个器件112上的电端子114的图案相匹配的针124。当测试板120与所选器件112合适地对准时，针124和端子114被接合到一起以提供所选器件112与测试板120之间的电连接。然后针124、测试板120和测试头130在所选的器件112与测试电子设备140之间能传递电信号。

测试设备100通常设计得避免或最小化对器件112的损坏，特别是在针124接触端子114的地方。在图1中，针124是悬臂式的以避免限制针124施加到端子114的力的柔性。一些其他类似的测试设备设计采用装载弹簧的针，其类似地缓冲或限制在测试中施加到器件112的力。

针124为柔性的缺点是针124容易变得不对准。例如，当针124的一个在清洁或使用中弯曲时，该针124常常不能与目标端子114进行好的电接触，导致失败的测试。此外，晶片110与测试板120或针124的热性质的差异限制针124合适地匹配端子114的图案的温度范围。特别是，针124相对于器件112的尺寸长，且当温度改变时长度将成比例地变化。

即使当针124是顺应形变的，测试在端子114上所引起的破坏或磨损也成问题，且这样的破坏在器件112设计成倒装片封装时特别有问题。图2示出了包括管芯(die)210和互连基底220的倒装片封装200。管芯210包括已经从例如图1的晶片110的晶片中分离出的器件112。倒装片将在器件112上形成升高的电端子114的金属凸块贴附到互连基底220上的焊盘224。然后互连基底220提供管芯210与外部端子222之间的电连接。

特别是当端子114的接触部分是相对软的金属，例如焊锡时，在封装工艺之前接触端子114的尖的测试针124会在端子114中留下划痕216。划痕216会积存削弱端子114与焊盘214之间的连接的例如氧化或助焊剂(soldering flux)的污染物，导致不可靠的封装。

在倒装片封装中的另一潜在问题从端子114的不均匀性引起。具体地，为了可靠地将端子114贴附到焊盘214，端子114和焊盘214的顶部应该位于相应于封装基底的平面内。图2示出了不能延伸到相应的焊盘214或与相应的焊盘214可靠连接的端子114’的问题。通常端子114的形成工艺是非均匀端子114的原因，但针124会在测试中磨损所选端子114，而且还破坏平面度，使得可靠的封装更加困难。

发明内容

根据本发明要解决的一个方面，探测系统使用由与被测器件相同的工艺和材料制造的半导体探针装置。具体地，半导体探针装置可以包括半导体管芯和使用与用于在被测器件上形成接触焊盘所相同的掩模形成于管芯上的接触焊盘。接触焊盘可以作为探针尖端，或者常规晶片凸点工艺可以在半导体探针装置上形成探针尖端。到探针尖端的电连接可以采用导电迹线(conductive trace)、引线键合(wiring bonding)、载带键合(tape bonding)或其他常规用在半导体器件制造中的技术而制造。因为用于形成被测器件的半导体制造工艺也可以形成包括探针尖端的探针设备，所以当工艺和设计变化时，探针尖端图案也可以具有半导体器件所需的尺寸。使用包括与被测器件相同或相似的材料的半导体探针器件，使探针器件和被测器件的热性质相匹配，且因此允许在宽的温度范围内进行测试。

本发明的一个具体实施例是用于测试器件的一种探测系统。在该探测系统中的探针包括其上放置探针尖端的半导体管芯。可以电连接到测试器的探针尖端设置为与器件上的端子图案匹配的图案。探针中的半导体管芯可以基本上由与器件相同的材料制成，以提供器件和探针的热匹配。测试器到探针尖端的电连接可以通过形成在管芯顶表面上的迹线或通过穿过半导体管芯的导电通孔而制造。探针可选地包括安装有半导体管芯的基底或印刷电路板，且在一个构造中，包括带有或不带有贴附的基底的半导体管芯的探针组件装入探针卡上的插座。这允许当探针被损坏或用于测量不同类型器件时被移除或替换。

本发明的另一实施例是用于器件电测量的探针卡。探针卡包括适用于安装在测量装置上的第一基底；安装在该第一基底上的插座；和插座中的探针。能够可拆卸地安装在插座中的探针具有位于半导体管芯顶表面上并设置为与器件上的端子图案相匹配的图案的探针尖端。

本发明的再一实施例是用于形成用于半导体器件的电测试的探针的方法。该方法包括：在半导体管芯上以匹配半导体器件端子图案的图案形成探针尖端；和制造用于探针尖端到测试设备的电连接的互连结构。形成探针尖端的工艺可以包括在半导体管芯上形成接触焊盘，然后在焊盘表面上形成导电凸块。互连结构可以或者形成为半导体顶表面上的探针尖端或者形成为从半导体管芯顶表面穿到底表面的导电通孔。

附图说明

图1示出了用于晶片探测的常规测试设备。

图2示出了包含由测试和不均匀的焊接凸块所引起的缺陷的常规倒装片封装。

图3示出了根据本发明的实施例的晶片探测装置。

图4A示出了晶片探测前的一组金属凸块。

图4B、4C和4D示出了在使用了所示的根据本发明的可选实施例的探针尖端进行晶片探测后图4A的金属凸块。

图5A和5B示出了在根据本发明实施例的晶片探测工艺之前和之后器件凸块高度分布的曲线图。

图6A和6B是在根据本发明实施例的在焊盘探针上具有集成的金属的探针卡的透视图。

图7A、7B和7C示出了根据本发明实施例的探针卡的透视图，其中探针尖端位于可替换的探针组件上。

图8A和8B示出了在一温度范围内保持与被测器件对准的探针卡。

图9A、9B、9C、9D和9E示出了采用根据本发明的可选实施例的半导体探针器件的探测系统。

在不同图中用相同的参考标号表示相同或相似元件。

具体实施方式

根据本发明要解决的一方面，用于在晶片上制造的器件的电测试的晶片探测工艺也调节在器件上的端子以提高端子高度的均匀性。由此当从晶片分离时，好的器件处于更好的状态，以在倒装片封装中向互连基底提供可靠接合或当芯片组装在“板上芯片”装置中时能接合到电路板。晶片探针可以采用基本上与器件将安装到的印刷电路板或者互连基底的全部或局部相同的探针卡。作为选择，晶片探针可以采用与被测器件相似的半导体探针器件。探针卡或器件上的探针尖端可以是平坦接触焊盘或凸块，其为互连基底的正常电接触结构。作为选择，具有期望形状和尺寸的探针尖端可以形成在探针卡或器件上，以提供器件上的金属凸块的期望的变形。

图3是根据本发明示范性实施例的测试系统300的方框图。测试系统300包括自动测试装置(ATE)310、测试头320、包括焊盘上金属(MOP)探针尖端340的探针卡330、晶片卡盘350和探针器360。测试系统300电测试在晶片110上制造的器件112，并且在此工艺中也调节器件112的端子114以提高端子114的平面度。

器件112通常可以是任何类型的器件，包括但不限于存储器、控制器、处理器、专用集成电路(ASIC)、或任何其他类型的集成电路或独立器件。作为端子114，器件112可以具有在晶片110顶表面升起足够用于倒装片封装或安装到印刷电路板的高度的金属凸块。为了目前的倒装片封装工艺，端子114典型地具有在约60μm到约700μm之间的平均高度，100μm是典型的平均高度。例如，每个端子114可以是焊接球或包含多层金属层的组合结构，例如堆叠的焊料球、覆盖有焊料层、焊料球、金层或金头的铜或其他金属柱。作为选择，端子114可以是焊盘，有待于采用引线键合或其他封装技术进行电连接。

为了对晶片110上的所选器件112进行电测试的探测操作，在测试头320上安装探针卡330，探针卡330具有MOP探针340，MOP探针340的图案与器件112上的端子114的图案相匹配。MOP探针340可以或者是直接形成在探针卡330上、在独立的印刷电路板上或安装到探针卡330的互连基底上、或者在电连接到探针卡330的半导体探针器件上的金属探针。然后，典型地由硅(Si)或另一种半导体材料制成的晶片110设置在晶片卡盘350上。探针器360会操作来定位和定向晶片卡盘350，使得所选器件或器件112的端子114与MOP探针340对准。

作为示意性例子，下面描述了一器件112在端子114包括金属凸块从而需要调节来提高平面度时的测试。本领域的技术人员应该理解，如果愿意，可以同时测试多个器件，且可以在具有其他类型端子或不改变端子的器件上进行测试。在示范性的测试工艺中，探针器360驱动卡盘350向上直到对准的器件112的端子114与MOP探针340接触且MOP探针340开始非弹性地变形端子114。然后ATE 310通过测试头320和探针卡330将电输入信号施加到端子114，并测量来自所选器件112的结果的输出信号，从而决定器件112是否工作并提供所需的性能。

ATE 310和探针器360可以是能够从包括安捷伦科技有限公司(AgilentTechnologies，Inc.)、泰瑞达有限公司(Teradyne，Inc.)和LTX公司的很多供应商可商业获得的标准测试设备。ATE 310通常以取决于器件112类型的常规方式进行器件112的电测试。控制晶片110相对于MOP探针340的位置的探针器360优选能测量晶片110顶表面与探针卡330之间的距离，或者能精确控制晶片110在与探针卡330初次接触后向上移动的量。作为选择，可以将探针卡330移动以控制晶片110的相对位置。晶片110的顶表面与MOP探针340之间在测试期间的理想距离将取决于端子114在晶片110表面上方的高度，如下进一步所述。

根据本方面要解决的一方面，在探针卡330上的MOP探针340具有有限的弯曲量(compliancy)以促进探测期间的端子114的变形。例如，探针卡330可以是有凸块的或无凸块的互连基底，其适合用在包含被封装的器件112的倒装片封装中。这种互连基底通常由例如聚酰胺或其他绝缘材料的有机材料制成，并包括将互连基底一侧上的凸块或接触焊盘电连接到互连基底相对侧上的接触焊盘和/或球栅阵列(BGA)的导电迹线。作为选择，MOP探针340可以位于印刷电路板、互连基底或电连接到探针卡330的半导体探针器件上。为了电测试，MOP探针340接触器件112的端子114，MOP探针340能施加足够压力以提供好的电连接并进一步导致端子114的变形。

以上示出的探针卡330和MOP探针340可以是一个均一/集成结构或者独立的诸元件。测试头通常是标准装置，且可以根据适当的标准设计探针卡330的基部并将探针卡330的基部安装到测试头320。然而，在示出的本发明的实施例中，MOP探针340可以位于独立的基底、器件、或者作为探针卡330的可移除部分安装的组件上。这允许使用具有用于测试不同器件的不同MOP探针340的探针卡330。具有可替换的MOP探针340的探针卡330具有允许快速替换损坏的探针尖端的优点使得最小化了ATE 310的停工期。

可以将探针卡330刚性安装或弹簧安装在测试头320上以整体上向探针卡330提供有限的弯曲量。弯曲量可以为从非顺应形变或刚性安装的大约0到弹簧安装的约15mil或以上的范围。如下所述，在测试期间的装置端子114的期望的变形或平面化将通常控制固定的或柔性安装(compliant mounting)的选择、柔性安装的最大移动范围、在柔性安装中测试头320与探针卡330之间弹簧或其他可压缩结构的数目、和柔性安装中的可压缩结构的弹簧常数或模数。

采用印刷电路板技术或器件凸块可以制造MOP探针340，MOP探针340具有容易构造得匹配特定器件或匹配用于平行测试的多个器件的优点。相反，具有悬臂或装载弹簧的探针的探针卡必须通常大于容纳探针的尺寸的器件，且安置探针以匹配一个或更多个器件可能是复杂的。

紧凑和非柔性MOP探针340的另一优点是它们与用在常规探测设备中的针、弹簧或悬臂探针相比的耐用性。由此MOP探针340保持适当对准而不需要调节且不担心弯曲。MOP探针340也可以被清洁，例如用刷子或其他机械清洁技术，而不损坏探针或使其不对准。

MOP探针340也可以具有相对大的平坦接触区域，如下进一步所述。该平坦接触区域，除了在使用和清洁过程中不容易损坏之外，还不具有获得并保持粒子的突起或尖点。结果，即使在长期使用而没有清洁之后，MOP探针340可以继续对在测试下的器件提供低接触电阻。

图4A示出了在基底410中和上制造的器件400的部分。器件400包括可以是作为电端子的焊料球或其他导电结构的凸块420和422。理想地，所有凸块420和422升起到基底410表面上方的同样的高度H，但凸块420和422受到可能导致一些凸块422从标准高度H偏离距离Z1的制造偏差的影响。如果距离Z1对于任何凸块422来说都太大，则在倒装片键合过程中造成弱的或有缺陷的结合，参考图2如上所述。

图4B示出了如何将具有尖锐和刚性的探针尖端440的探针卡430与器件上的所有凸块420和422接触从而将凸块420凿陷。具体地，当探针尖端440移动足够距离以电接触尺寸不够的凸块422时，其他探针尖端440陷入较大的凸块420，产生窄凹槽425。这样形成在较大凸块420中的窄凹槽425可以俘获污染物并减弱对较大凸块420的电连接。此外，尖锐的探针尖端420对于改善凸块420和422的高度几乎不起作用，从而凸块420和422高度的固有偏差仍然会导致在倒装片封装或到印刷电路的管芯安装中的弱的或有缺陷的电连接。

图4C示出了包括根据本发明实施例的探针卡432的系统，本发明实施例具有平坦探针尖端442。平坦探针尖端442优选具有凸块420和422宽度至少一半的宽度。在本发明的一个实施例中，探针卡432是印刷电路板，且探针尖端442是印刷电路板表面上的接触焊盘或金属迹线。在本发明的另一实施例中，探针尖端442是半导体探针器件的接触焊盘，所述探针器件具有匹配被测器件上的凸块420和422的图案的接触焊盘图案。探针尖端442应该由金属制成，所述金属能避免非弹性形变同时施加器件端子420和422的非弹性形变所需的力。当器件端子420和422包含例如焊料的延展性金属时，例如铜的金属适用于探针尖端442。

图4C示出了与探针卡432的表面呈水平的探针尖端442，但作为选择探针尖端442也可以在探针卡432表面上方升起或者甚至相对于探针卡432表面的剩余部分凹入。然而，探针卡432应该允许探针尖端442的底部实现与晶片410顶部的期望的分离。

为了使用探针卡432的探测操作，探针首先驱动晶片410和/或探针卡432，使得探针尖端442的底部至少接触一些相应的凸块420，且晶片410的顶表面离开探针尖端442的底部约H的距离。然后探针还驱动晶片410和/或探针卡432更靠近了过度移动距离(overtravel distance)Z2。此工艺平面化了高度H或更高的凸块420和高度至少H2(H2＝H-Z2)的凸块422。所得变形的凸块424和426具有更均匀的相同高度H2。这样凸块424和426的顶部具有比凸块420和422更好的平面度，且提高的平面度能提高在倒装片封装或在含有探测器件的板上芯片设备中互连接合的整体性。

对于本发明的实施例，探针卡432可以与将用在测试后的器件倒装片封装中的互连基底(例如图2的互连基底220)相同。然后例如在将器件电连接到倒装片封装的互连基底的常规回流操作中，探针尖端442与焊接到凸块424和426的接触焊盘相同。作为选择，探针卡432可以包括基本上与测试下的器件相同的半导体探测器件，或者其至少具有与测试下的器件图案相匹配的接触焊盘图案。

过度移动距离Z2通常必须至少足够在每个端子424和426提供低的接触电阻以允许器件的电测试。即使小的过度移动距离Z2(例如电测试所需的最小过度移动距离)通常也导致最大凸块的平面化，提高凸块的总平面度，且因此提高在随后产生的倒装片封装中的互连接合的整体性。较大的过度移动的量可以提供平面度的提高直到过度移动距离Z2提供所有凸块420和422的一些平面度。在每个凸块420和422至少部分被平面化之后，凸块424和426的平面度偏差取决于探针尖端442的平面度和弯曲量的偏差。

图5A示出了在探测前凸块高度分布510和探测后凸块高度分布520的例子。在此例子中，制造工艺产生名义上具有高度和宽度约为90μm的凸块，但具有偏差，使得一些凸块可以高达约105μm或低至约75μm。对于此例子，探测工艺随后驱动晶片和探针卡使得晶片和探针尖端底部之间的分离约为80μm。当探针卡缩回时，由于允许偏差并由于较短端子422可以仅发生弹性形变，所得分布520包括比80μm高或低的凸块。

图5B示出了探测之前凸块高度的另一范例分布530和探测后凸块高度的所得分布540。在探测操作之前，凸块具有接近88μm的平均高度，且最短的凸块高度约为82μm。在图5B的范例中，探针操作驱动晶片和探针卡，直到晶片和探针尖端底部之间的分离小于探测前最短的凸块高度。结果，当探针卡缩回时，所有的凸块具有与预探测分布530中凸块的最低高度相同或更低的高度。这样分布540包括更低的凸块高度，但也比分布530窄很多，显示出在探测后凸块具有提高的平面度。

可能需要对探测中使用的过度移动距离Z2进行限制以避免破坏器件，因为凸块420和422的挤压会在器件410的下层部分上引起破坏应力。引入的应力总量通常取决于过度移动距离Z2和凸块420的结构。由延展性金属例如铅基或共晶软焊料制成的凸块420和422可以非弹性变形而不产生破坏典型半导体器件下层结构的应力。包括较小延展性的焊料和/或较多刚性结构例如铜(Cu)柱的凸块，在破坏下层结构的危险变得太大之前，仅将允许较小的过度移动距离Z2。

选择用于探测/平面化操作的过度移动距离Z2的另一因素是凸块的希望的变形轮廓。大于提供好的电接触所需的过度移动距离可以在凸块424和426顶处提供更平和更大的平的区域。为了器件到互连基底的安装，焊料凸块顶部的平坦区域与互连基底上的接触焊盘或凸块形成接触。然后回流工艺至少部分液化焊料，且每个平面化的焊料凸块趋于自己重新成形为球形形状，以最小化表面张力。这样平面化后的焊料球在回流工艺中自然向互连晶片倾斜。

在探测过程中凸块420和422顶部的调整不限于平整凸块的顶表面。而是，凸块420和422可以刻划或制造成任何期望形状。图4D示出了具有在探针卡434表面上延伸并小于凸块420直径的探针尖端444的探针卡434的例子。探针尖端444可以为例如约50μm宽，而凸块420具有约90μm直径。这样的探针尖端444可以通过采用突起的互连基底或半导体器件作为探针卡434而形成。

在探测工艺中，探针尖端444在较小凸块426上产生平整的顶表面，该处凸块426的平整区域小于探针尖端444的面积。然而探针尖端444在较大凸块428中产生凹入的顶表面。当所得凹陷既不窄也不深得足以俘获例如氧化或助焊剂的污染物时，这种凹入表面是可接受的。凹陷有助于在封装工艺中器件与凸起的互连基底对准。这样通过提高的对准和在回流工艺中变形的焊料球的固有膨胀，可以提高焊接的连接的整体性。

如上述参考图3的测试设备300，具有根据本发明的探针尖端的探针卡可以或者是包括探针尖端的单一集成结构，或者是复合结构，包括探针尖端的部分可以容易地从其移除或替换。

图6A示出了根据本发明实施例的集成探针卡600。探针卡600包括基底610、导电迹线620和探针尖端630。可以是印刷电路板的基底610由其上或其中穿过导电迹线620的绝缘材料制成。如所示出的，导电迹线620将探针尖端630电连接到通路640，该通路导致在连接到探针头的基底610表面一侧形成电接触(未示出)。探针尖端620，如在图6B中详细示出的，可以在导电迹线620的焊盘部分仔细地形成为平顶金属凸块或柱。作为选择，导电迹线620的焊盘部分可以充当上述的探针尖端。在任一情况下，探针尖端提供平坦的非顺应形变表面，其可以在晶片探测过程中使用以提高器件端子的平面度。

集成的探针卡例如探针卡600具有的优点在于被测器件与探测头(例如探针尖端630、导电迹线620和通孔640)之间的连接可以被优化以提供最小阻抗，这对于RF电路或高频测试来说可能是重要的。然而，固定到基底610的探针尖端630仅能用于测试具有与探针尖端630图案相匹配图案的端子的器件。当测试设备开始测试另一种类型的器件或者如果探针尖端630损坏时，必须更换整个探针卡600。

图7A示出了根据本发明实施例的探针卡700，其便于快速更换或替换探针尖端以最小化测试设备的停工期。探针卡700包括第一基底710，插座750和第二基底760。基底760固定在或插入插座750，并具有贴附的探针尖端730。插座750安装在基底710上，且在基底760插入插座750中时，在基底710之中和之上的导电迹线720将基底760电连接到通孔740，这引到用于测试头的电连接(未示出)。因此，探针尖端730通过基底760、插座750、导电迹线720、通孔740和基底710背部的电接触(未示出)电连接到测试设备。

每个基底710和760可以采用常规印刷电路技术制成，且在本发明的示范性实施例中，基底760与用在被测器件的倒装片封装中的互连基底相同。插座750可以是能容纳或提供电连接到基底760的任何类型的插座。在图7B示出的实施例中，插座750包括位于导电迹线720末端的焊盘725，其匹配并电连接到基底760底部端子(未示出)。然后铰合夹将基底760保持在适当的位置。

图7C示出了具有能夹在插座750中的可选基底765的实施例。基底765与基底760不同之处在于基底765包括其上设置有探针尖端730的半导体器件770。半导体器件770可以又安装在装配进插座750的印刷电路板780上并具有接触位于迹线720末端的焊盘725的端子(未示出)。

探针卡700的优点在于，采用它基底760或765可以容易地被更换，同时基底710保持安装到测试设备。基底760或765可以例如松开或拔出然后从插座750移除，而不需要拆焊或任何复杂的拆卸。由此基底760或765可以用新的基底快速替换，无论是测试设备转换到测试具有不同端子图案(例如在管芯收缩后)的器件时，或者当探针尖端730被损坏时。这种快速更换最小化了测试器件的停工期。

在极高温度下的晶片电探测和测试有时希望鉴别并消除不可靠的器件，以通过性能或规格标准来收集或分类器件，或者在特定操作温度或应用条件下衡量器件。具有紧凑探针尖端取代悬臂或弹簧针的探针卡的优点在于探针卡提高的热稳定性。温度变化例如用于实时温度测试(at-temperature test)的加热会引起常规测试针图案的大变化，因为长针随着温度的增加而显著膨胀。与此相反，探针尖端图案随着相对小的互连基底或半导体管芯的膨胀或收缩而热膨胀或收缩。此外，当探针尖端位于包含与被测器件中的材料相同或相似的材料的半导体管芯上时，探针图案的热膨胀匹配器件上的接触端子图案的热膨胀。

如果探针尖端位于不同于被测器件的材料上，探针尖端可以被设计为在特定测试温度下与器件端子在机械上匹配。这种设计将考虑器件的物理性质，例如硅晶片的热膨胀系数(CTE)、探针卡的CTE和测试温度。然而，在一个温度(例如室温)下匹配器件的探针卡在显著不同的测试温度(例如120℃或更高)下可能不能充分匹配器件。因此，采用与被测器件中不同的材料可以在更高温度下提供更高的接触电阻，或在极端条件下引起接触断开。因此，可以设计第二探针尖端图案为在升高的温度下匹配器件。

根据本发明要解决的再一方面，即使探针不包括与被测器件相同的材料，探针上的探针尖端的图案和尺寸在宽的温度范围内可以与器件的端子形成接触。图8A和8B示出了具有随着离开探针810中心的距离而增加尺寸的探针尖端811、812和813的探针810。为了探测，探针810的中心与器件820中心对准。图8A示出了随后器件820的端子822在第一温度(例如室温)下如何与探针尖端811、812和813对准。可以在升高的温度(例如在120℃)下进行“实时温度测试”。结果，器件820的热膨胀可能不同于探针810的膨胀，因为它们各自热膨胀系数的不同(例如硅晶片的CTE和印刷电路板的CTE的不同)。通常，器件820的不同膨胀将相对于相应的尖端811、812或813移动每个端子822，该移动的总量与端子822与器件820中心的距离成比例。为了补偿不同的膨胀，焊盘811、812和813的尺寸在相应端子822的位置范围上方延伸，使得探针811、812和813的部分即使在图8B所示的升高的温度也保持与端子822对准。

当探针尖端位于具有与被测器件相同的热膨胀系数的半导体探测器件上时，可以减轻或消除不同热膨胀的问题。图9A示出了包括优选由与被测器件相同材料制成的半导体管芯910的探针900的平面图。半导体管芯910上的接触焊盘具有与被测器件上的接触焊盘图案相同的图案。可选地，半导体管芯910还可以包括用于电连接到探针卡(在图9A中未示出)的剩余部的接触焊盘或迹线922。在本发明的一个实施例中，采用基本上与在被测器件上制造接触焊盘中所采用的工艺相同的掩模和/或制造工艺在管芯910上制造接触焊盘920。管芯910甚至可以是具有被测器件类型的器件。然后如果需要，可以采用一个或多个在独立工艺步骤中形成的额外的图案层来将额外的迹线或接触焊盘922加到管芯910。作为选择，接触焊盘920和迹线922可以是相同构图的层或互连结构的一部分。

探针尖端930位于接触焊盘920上。可以采用公知用于形成倒装片封装的凸块或柱的常规凸起技术制造探针尖端930。作为选择，焊盘920可以用于探针尖端，且凸块930可以被省略。如上所述，探针尖端优选由比被测器件的端子上的表面材料更有弹性的材料例如铜制成。抛光工艺、化学机械抛光(CMP)或任何其他精细工艺能以高精确度(例如到微米或微米以下内)将有凸起或没有凸起的探针尖端平面化。

探针900能够可拆卸地安装在探针卡上，如图9B所示。在图9B中，在探针卡950上的插座940具有电接触942，电接触942在管芯910固定在插座940时接触焊盘922。插座940可以优选地被打开或拆卸以允许管芯910移除或替换。为了测试，管芯910上的探针尖端930具有通过焊盘920和922到接触942以及从接触942通过插座940到探针卡950的电连接。然后探针卡950可以以同样的方式连接到测试设备，如参照图3在上所述。

图9C示出了可选择的结构，其中管芯910位于印刷电路板或互连基底960的顶表面上，且然后包括管芯910和基底960的探针组件可拆卸地安装在插座942中。在示出的实施例中，引线键合924将管芯910顶表面上的焊盘922电连接到互连基底960上的各个焊盘962。作为选择，载带键合或柔性电路键合可以相似地用于将焊盘922电连接到基底960。在基底960之中和之上的迹线(未示出)将焊盘962电连接到基底960的底侧上的端子964，且端子934电接触探针卡952上的焊盘或迹线(未示出)，完成探针尖端930到探针卡952的电连接。图9C的实施例的优点在于插座942不需要电连接且具有容纳通常大于半导体管芯910的互连基底960的尺寸。此外，基底960将探针器件910放置在相对于探针卡952较高的高度。这些特征可以使插座942比图9B的插座940更容易制造。

图9D示出了包括半导体探针器件915的本发明的另一示范性实施例。探针器件915不同于图9A的探针器件900之处在于探针器件915的电端子934位于探针器件915的底表面上。更具体而言，探针器件915包括位于顶表面上的接触焊盘920和探针尖端930。连接到接触焊盘920的导电通孔934穿过半导体管芯并将接触焊盘920电连接到探针器件915底表面上的各个接触焊盘926。

用于制造探针器件915的一种工艺执行激光钻孔、例如深离子蚀刻的定向蚀刻、或任何高纵横比(aspect ratio)蚀刻工艺，以形成在接触920区域中穿过半导体管芯的孔。然后将这些孔用导电填充材料例如铝、铜、钨或导电环氧树脂填充。作为选择，通孔934可以通过深离子注入或其他掺杂工艺形成。然后可以在导电通孔934顶部上形成接触焊盘920和探针尖端930，且可以在导电通孔934底部上形成接触焊盘926和探针尖端936。接触焊盘920通常具有与接触焊盘926和被测器件上的接触焊盘相同的图案。类似地，探针尖端930和端子936可以采用类似的凸起工艺形成。

插座944将探针器件915保持在适当位置，端子936与探针卡954上的匹配的接触焊盘(未示出)形成接触。优选地，插座944使得半导体探针器件915在损坏或当改装测试设备以测试不同类型器件时可以被移除和替换。

图9E示出了本发明的实施例，其中将探针器件915连接到印刷电路板或互连基底966，而不是直接接触探针卡952。在此实施例中，端子936优选包括焊料或其他能用在将探针器件915安装到基底966的焊料回流工艺中的材料。然后插座942具有可拆卸地固定基底966的尺寸。由于探针器件915的端子936通常具有与被测器件上的接触相同的图案，基底966可以基本上与用于被测器件的倒装片封装的基底相同。

虽然参考具体实施例描述了本发明，该描述仅是本发明应用的范例且不应理解为一种限制。公开的实施例特点的各种改进和组合仍然在所附权利要求所界定的本发明的范畴内。

Claims (10)

1、一种探测方法，包括：

将探针上的探针尖端和器件上的端子接触；

使用所述探针尖端使所述端子非弹性地变形以提高所述端子的平面度；和

通过所述探针尖端到所述端子的电连接来电测试所述器件。

2、如权利要求1所述的方法，其中，每个探针尖端具有平坦接触区域并平坦化相应的端子之一，而同时提供对所述端子的电连接。

3、如权利要求2所述的方法，其中，所述平坦接触区域的宽度至少为端子之一的宽度一半。

4、如权利要求1、2或3所述的方法，其中，将所述探针尖端与器件接触包括将包含该器件的晶片相对于贴附有所述探针尖端的基底移动。

5、如权利要求4所述的方法，其中，所述基底是印刷电路板。

6、如权利要求4所述的方法，其中，所述基底包括半导体管芯。

7、如权利要求4所述的方法，其中，所述探针尖端包括设置在所述基底表面上的接合焊盘。

8、如权利要求5所述的方法，其中，所述探针尖端包括设置在所述印刷电路板表面上的凸块。

9、如权利要求4所述的方法，还包括将所述器件封装在倒装片封装中，其中，所述倒装片封装包括与贴附有探针尖端的基底相同的互连基底。

10、如权利要求1所述的方法，其中，所述探针尖端具有依据离开所述探针的中心点的距离的尺寸，使得所述探针尖端能在一温度范围内对准以接触所述端子。

Images