CN1103052C - 具有垂直式探针的检测卡 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测卡，用于测试一半导体集成电路芯片的故障。按照本发明的检测卡包括一垂直探针模块，具有一上安装板和一下安装板，各垂直式探针穿过它们予以装接；一整体圆环，装接于所述垂直探针模块，用于使所述各垂直式探针与一半导体集成电路芯片的各焊接区的接触平滑；一导引圆环，用于使所述整体圆环和所述垂直探针模块的活动平滑，并用于防止所述整体圆环和所述垂直探针模块向下偏斜；一间隙形成装置，用于获得所述整体圆环的一活动间隙，其中所述装置安放在所述导引圆环上方；以及一检测卡印刷电路板，上面制成一信号型板，形成在所述间隙形成装置上，从而防止所述上安装板在侧向活动，并防止所述探针模块向上偏斜。检测卡可在形成在一半导体集成电路芯片的上部上面的各焊接区与各垂直式探针之间造成平稳的接触，并且还能够同时测试多个半导体集成电路芯片。

Description

具有垂直式探针的检测卡

本发明涉及一种用于测试半导体集成电路芯片故障的检测卡，更具体地说，本发明涉及一种能够同时测试许多半导体集成电路芯片、具有垂直式探针的检测卡，并涉及一种它的制作方法。

近来，随着半导体集成电路芯片制作工艺日益集成化并用于更为重大的一些功能，集成电路芯片的尺寸却越来越小。结果是，为测试集成电路芯片的故障，需要以下两种测试方法。

第一种方法是一种晶片检测试验方法，其中集成电路芯片在晶片状态中经受测试，而第二种方法是一种最终测试方法，其中集成电路块在晶片状态的集成电路芯片制作成为封装态芯片之后进行测试。

图1表明可以用于上述晶片检测试验的一种一般的晶片检测试验装置。参见图1，此晶片检测试验装置包括：一集成电路芯片测试器1，用于测试处在晶片状态的集成电路芯片；以及一集成电路芯片测试头2，其连接于集成电路芯片测试器1。上面制有一半导体集成电路芯片4A的晶片4装在一夹盘6的顶部，而夹盘6设置在一晶片测试台7上面。示于图2A、具有水平探针9的一检测卡3A固定在集成电路芯片测试头2与晶片4之间。为了测试半导体集成电路芯片4A的各种故障，形成在半导体集成电路芯片4A上的焊接区5与装在检测卡3A上的水平探针9相接触。具有水平探针9的检测卡3A电连接于集成电路芯片测试头2。因而，集成电路芯片测试器1，借助于装在与焊接区5相接触的检测卡3A上的水平探针9，可以测试半导体集成电路芯片4A的各种故障。

一种上面装有水平探针9的通常的检测卡3A较为详细地示于图2A和2B。

一般，每一水平探针9具有的长度在40至50mm范围之内，而具有的直径在200至250μm范围之内。水平探针9由一种导电金属，最好是钨(W)制成，但是，考虑到硬度、磨损度和导电率等因素，铍青铜(Be-Cu)或Paliney-7(P-7)也可用作水平探针9的材料，一种镀有金(Au)或铜(Cu)的金属也可使用。

在具有弯曲尖端的水平探针9由上述的一种材料制成之后，一探针模块通过制作由一种环氧树脂制成的用于把各水平探针9固定在检测卡3A的上面的检测圆环10而得到。此后，探针模块装配在一检测卡的一现成的印刷电路板上面。接着，每一水平探针9依靠钎焊固定在形成在印刷电路板上的信号型板上面。在这种情况下，需要一台显微镜来进行为制作探针模块和把水平探针装配到印刷电路板上面所必需的一系列工艺。这样在制作探针模块时难以控制水平探针9的长度和固定其位置。

在弯折尖端时，同样难以控制和调节水平探针9的尖端角度。还存在其他一些困难，诸如检测卡的制作过程冗长和检测卡的故障率很高，这是因为在把各水平探针装到信号型板上面时难以在水平探针之间保持一个间隙。

其次，还由于探针9的长度而存在频率特性和阻抗特性变坏的问题。同样，控制和调节探针的长度、宽度和布置也愈来愈难并从而故障率增大，这一点是因为：由于按照各焊接区5的尺寸、布置、间隔和位置制作探针模块的空间局限，限制了可能生产的探针数量，用于测试许多半导体集成电路芯片的探针模块必需依靠把探针薄层喷镀在第二、第三和第四平面等，其次，难以控制每一探针的弹力使之具有一不变的数值。

因此，由于上述的一些问题，在焊接区配置在半导体集成电路芯片上面时，存在着一种结构局限性，这最终导致在一多芯片测试中的性能局限性。

在图3A和3B中，表明另一种传统的检测卡。一种薄膜式点状检测卡3A的结构基本上与具有水平探针的检测卡一样。不过，在薄膜式检测卡3A中，接触装在一半导体集成电路芯片上的焊接区5的部分不是水平探针，而是可以轻微地接触焊接区5的带尖的凸起13。在这种情况下，凸起13的弹力是由一最终可导致一保持在凸起13与焊接区5之间的不变的接触力的挠性薄膜12予以保持的。同样，作为另一用于保持弹力的辅助装置，在薄膜12上形成一由一枢轴弹簧构成的压力保持调节器具15和一压力保持盒盖14，用于使凸起13平稳地接触焊接区5，并用于防止对于焊接区5的损伤。

尽管薄膜式点状检测卡为处理具有水平探针的传统的检测卡的许多缺点提供了一些重大的补救办法，但在薄膜式点状检测卡中仍然有一些问题，因为其结构基本上属于一种水平式的结构。即，由于为保持不变的弹力而在薄膜尺寸上的局限性使得用于测试多个半导体集成电路芯片的薄膜式点状检测卡的制作具有一些局限性。此外，另一问题在于，在某些部分上的接触不良可能出现在凸起13与焊接区5之间，这是因为难以控制薄膜12的弹力。同样，接触不良也可能出现在一晶片和一检测卡之间，因为凸起13的长度可能是很短的。

本发明的一个目的是，提供一种具有垂直式探针的检测卡，所述探针上制有一缺口，以便解决先有技术的上述各种问题。

本发明的另一个目的是，在焊接区与探针之间提供可靠的接触。

本发明的再一个目的是，允许同时测试许多半导体集成电路芯片。

为实现上述多个目的，本发明的一种检测卡包括：一垂直探针模块，其中垂直式探针装接于一上安装板和一下安装板；一整体圆环，装接于垂直探针模块，以便使垂直式探针与一半导体集成电路芯片的焊接区的接触平滑；一导引圆环，用于使所述整体圆环和垂直探针模块的活动平滑，并用于防止整体圆环和垂直探针模块向下偏移；一形成一可活动的间隙、用于为整体圆环取得活动间隙的装置，其置于导引圆环之上；以及一印刷电路板，形成在该可活动间隙形成装置的上部，在印刷电路板上制有一信号型板，该印刷电路板起的作用是，防止上安装板在侧向移动，并防止探针模块向上偏移。

此外，按照本发明的检测卡的制作方法包括以下各步骤：装配一上安装板和一下装板薄膜，把垂直探针插在一上安装板和一下安装板薄膜之间；通过在上和下安装板薄膜之间喷注一种热固性树脂的办法形成上和下安装板而形成一探针模块；把探针模块装接于一整体圆环，并把探针模块装配于一上面装接有一导引圆环的印刷电路板上，并把辅助装置装配在所述整体圆环与所述印刷电路板之间。

本发明的结构和方法通过以下参照附图所作的关于非限制性实施例的说明将会得到更好的了解。附图简述如下：

图1是一用于进行一集成电路芯片的检测试验的一般晶片检测试验装置的示意简图；

图2A是一用于进行一集成电路芯片的检测试验的、具有水平式探针的传统检测卡的平面视图；

图2B是示于图2A的具有水平式探针的检测卡的横截面视图；

图3A是一用于进行一集成电路芯片的检测试验的传统薄膜式点状检测卡的平面视图；

图3B是示于图3A的薄膜式点状检测卡的横截面视图；

图4A是一按照本发明进行一集成电路芯片检测试验的、具有垂直式探针的检测卡的平面视图；

图4B是示于图4A的、具有垂直式探针的检测卡的实施例的横截面视图；

图4C是按照本发明用于一具有垂直式探针的检测卡的许多探针的示意简图；

图5是按照本发明另一实施例进行一集成电路芯片检测试验的、具有垂直式探针的检测卡的横截面视图，此处一弹簧控制器装接于检测卡；

图6是按照本发明另一实施例进行一集成电路芯片检测试验的、具有垂直式探针的检测卡的横截面视图，此处一气囊或一液囊缓冲控制器装接于该检测卡。

图4A是按照本发明的一种具有垂直式探针的检测卡的平面视图。一导引圆环16固定于印刷电路板3的下部，在印刷电路板3处制有一信号型板11。一示于图4B的垂直探针模块17和一整体圆环18设置在导引圆环16的内部。导引圆环16和整体圆环18分别由一种金属制成，诸如铜、铁、铝、不锈钢，或者由一种非金属材料制成，诸如特氟隆、塑料或热固树脂，这是考虑到其重量、硬度、温度特性、表面摩擦力等因素而决定的。

图4B是一种具有垂直式探针19的检测卡的一实施例的横截面视图。如图4B所示，信号型板11形成在印刷电路板3上面。垂直式探针19插进形成在一上安装板20和一下安装板20A上的各孔眼之中。一导引圆环16依靠一导引圆环安装板23装接于印刷电路板3的下部。导引圆环安装板23为垂直式探针19提供了活动空间。此空间还可以用作装配整体圆环18的各辅助装置以便控制具有垂直探针19的检测卡的整个弹力的额外空间。垂直探针模块17制在印刷电路板3的一中心孔部分之中。垂直式探针19装配在装接于整体圆环18的垂直式模块17的上安装板20和下安装板20A之中。信号型板11依靠信号导线21连接于每一垂直式探针19。信号导线21由一封闭式盖罩22遮盖和保护起来。示于图1的垂直式探针19与焊接区5之间的接触既由包括整体圆环18在内的探针模块17的重量，也由均带有一示于图4C的缺口24的垂直式探针19的微小弹力予以控制，这将在以后作详细说明。

图4C表明许多装配于下安装板20A的垂直式探针19。在垂直式探针19上面可以制成不同类型的缺口24。

缺口24依靠由于垂直探针19本身的弯曲所造成的弹性力在垂直式探针19与示于图1的焊接区5之间形成良好接触，以补充一种控制示于图1的焊接区5与垂直式探针19之间接触力的整体控制方法。同样，垂直式探针19具有一种提供微小弹力的结构以便补偿当垂直式探针19装配于安装板20和20A时所出现的高度偏差。因而，垂直式探针19本身能够弥补因微小高度偏差所造成的接触不良。

亦即，本发明的一种具有垂直式探针的检测卡采用一种能够控制探针的整体接触的整体控制方法和一种使用形成在每一垂直式探针上并能够控制垂直式探针的微小高度偏差的缺口的垂直式探针缺口方法这二者的结合。

现在说明其上制有缺口的探针的制造方法。首先，制成穿透板的孔眼，并装配垂直式探针19穿过这些孔眼。随后，一涂敷薄膜，诸如一种光阻材料，沉积在每一垂直式探针19上面，并且通过使用一种光刻方法把涂敷薄膜从每一垂直式探针19上缺口的位置处除掉。接着，装有垂直式探针19的板固定并浸入到一种蚀刻溶液中去。完成探针19的蚀刻工艺之后，涂敷薄膜的其余部分用一种洗涤溶液除掉。最后，通过将其从板中分离出来而获得制有缺口的垂直式探针19。为了垂直式探针19的最终产品具有较好的导电和钎焊特性，也为了防止垂直式探针19的最终产品发生氧化和其他各种化学反应，垂直式探针19可以镀以镍、铬、铜或金。

除了上述制作缺口的方法之外，还可以通过精细机加工或激光加工制作垂直式探针19上的缺口。

图5表明按照本发明另一实施例的一种具有垂直式探针的检测卡的横截面视图。一弹簧控制器装入检测卡，如图5所示。亦即，通过另外在整体圆环18与上部印刷电路板3之间装设一组辅助控制弹簧25，诸如一种板簧或一种弓顶弹簧(point spring)或一种POGO销件，焊接区5与垂直式探针19之间的整体接触弹力就得到了控制，这样就可能分别形成焊接区5与垂直式探针19之间的所需接触。

图6表明按照本发明另一实施例的一种具有垂直式探针的检测卡。示于图6的具有垂直式探针的检测卡的整体接触弹力由一种使用诸如一气囊或一液囊的缓冲器26的方法予以控制，这可以并入示于图4B的使用整体圆环18的接触压力控制方法之中。因而，缓冲器26与整体圆环18的组合可在垂直式探针19与焊接区5之间形成良好的接触条件，而焊接区5可以得到防护而不受损伤，从而测试示于图1的集成电路4。

作为另一种控制方法，一种利用液压或大气压力的活塞方法可以用来控制示于图1的焊接区5与垂直式探针19之间的整体接触弹力。

如上所述，按照本发明的具有垂直式探针的检测卡具有的各种优点如下：能够测试许多芯片的多芯片检测卡制作容易；由于探针模块的结构具有一种基体类型，焊接区和探针的位置可以随意设计；以及检测卡可以容易地自动化生产，以致检测卡因为可以用简单方法制作而制作成本很低。

虽然在此详细阐述并图示的具体检测卡完全能够取得其上述各项目的和优点，但应当理解，此插板只不过是本发明当前各最佳实施例的例证，而且除了在所附各项权利要求所说明的以外，这里不对所示的结构或设计或方法的细节作任何限制。

Claims (11)

1.一种具有垂直探针的检测卡，包括：

一垂直探针模块，具有一上安装板和一下安装板，垂直式探针穿过它们予以装接；

一整体圆环，装接于所述垂直探针模块的下安装板一侧，用于使所述垂直式探针与一半导体集成电路芯片的焊接区平滑接触；

一导引圆环，用于使所述整体圆环和所述垂直探针模块的活动平滑，并用于防止所述整体圆环和所述垂直探针模块向下偏移；

一间隙形成装置，用于获得所述整体圆环的活动间隙，其中所述装置安放在所述导引圆环上方；

一检测卡印刷电路板，上面形成一信号型板，该印刷电路板形成在所述间隙形成装置上，从而防止所述上安装板在侧向活动，并防止探针模块向上偏移，使得探针模块受到限制可在检测卡印刷电路板和导引圆环之间的间隙中上下移动；

一与所述半导体集成电路芯片的焊接区接触的缺口形成在每一垂直式探针上面，以便使探针本身具有弹力。

2.按照权利要求1所述的具有垂直式探针的检测卡，其特征在于，所述间隙形成装置设置在所述检测卡印刷电路板与所述导引圆环之间。

3.按照权利要求2所述的具有垂直式探针的检测卡，其特征在于，由一弹簧控制的一装置附加设置在所述整体圆环与所述检测卡印刷电路板之间。

4.按照权利要求3所述的具有垂直式探针的检测卡，其特征在于，所述由一弹簧控制的装置是一板簧。

5.按照权利要求1所述的具有垂直式探针的检测卡，其特征在于，一缓冲装置附加设置在所述整体圆环与所述检测卡印刷电路板之间。

6.按照权利要求5所述的具有垂直式探针的检测卡，其特征在于，所述缓冲装置是一气囊缓冲器。

7.按照权利要求5所述的具有垂直式探针的检测卡，其特征在于，所述缓冲装置是一液囊缓冲器。

8.按照权利要求5所述的具有垂直式探针的检测卡，其特征在于，所述缓冲装置是一活塞，用于通过使用液压或大气压控制所述焊接区与所述垂直式探针之间的整体弹力。

9.按照权利要求1所述的具有垂直式探针的检测卡，其特征在于，所述检测卡还包括一封闭式盖罩，形成在所述检测卡印刷电路板的上部上面，用于保护把所述信号型板连接于每一所述垂直式探针的各信号线，并用于控制压力辅助件。

10.按照权利要求1所述的具有垂直式探针的检测卡，其特征在于，所述垂直式探针模块和所述整体圆环用于控制所述焊接区与所述垂直式探针之间的整体弹力。

11.按照权利要求1所述的具有垂直式探针的检测卡，其特征在于，所述缺口用于控制所述焊接区与所述垂直式探针之间的微小弹力。

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