[发明专利]探针卡及其组装方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体，特别涉及用于对形成于一半导体晶片上的集成电路 进行测试的探针卡。

背景技术

现代半导体的制造包含了多个步骤，其具有光刻、物质沉积与蚀刻，以 在一片单独的半导体硅晶片上形成多个独立的半导体装置或集成电路芯片。 目前所制造常用的半导体晶片的直径可以是六英寸或六英寸以上，其中直径 十二英寸的晶片为一种常见的尺寸。然而，形成于上述晶片上的某些个别的 芯片，可能因为在复杂的半导体制造的工艺中可能出现的变异或问题而具有 一些缺陷。在晶片切割而将上述集成电路芯片自上述半导体晶片分离之前， 会对多个芯片进行电性表现与可靠度的测试并同时在一既定期间活化其功 能(例如晶片级烧入测试)。这些测试通常可能包含布局与线路图对比(layout versus schematic；LVS)的确认、静态电流测试(IDDq testing)等等。从每个芯 片或受测装置(device under test；DUT)所产生的结果电性信号则被具有测试 电路系统的自动测试设备(automatic test equipment；ATE)所捕捉与分析，以 判定一芯片是否具有缺陷。

为了达成晶片级烧入测试(burn-in testing)与同时捕捉来自晶片上的多 个芯片的电性信号，是使用公知的DUT板或探针卡。探针卡在本质上为印 刷电路板(printed circuit board；PCB)，其包含多个金属电性探针，用以与形 成于上述晶片上的上述半导体芯片的多个对应的电性接点(contact)或接头 (terminal)媒合。每一个芯片具有多个接点或接头，每一个接点或接头必须进 行存取，上述存取是用于测试。因此，一般的晶片级测试需要进行远超过1000 个芯片接点或接头与ATE测试电路系统之间的电性连接。因此，为了实施 精确的晶片级测试，精确地将大量的探针卡接点与上述晶片上的芯片接点对 准、以及形成确实的电性连接是很重要的。探针卡通常是安装于上述自动测 试设备中，并作为上述芯片或受测装置与上述自动测试设备的测试头之间的 界面。

为了效率与使芯片产出时间的最小化，较好为同时、并联地测试一整片 半导体芯片上的所有芯片。因此在理想的状态下，是希望仅仅一次移动上述 探针卡(及其上的探针)而与上述晶片的表面成为物理上的接合或接触(着陆； touch down)，以在一个时间内测试整片晶片。为了完成上述动作，需要在所 有的探针卡接点与对应的芯片接点之间的初始着陆的过程中，建立精确与完 整的电性接触。然而，存在于探针卡与探针的限制有时会在第一次作业时无 法达成上述晶片与上述探针卡的适当的媒合、接触。这样，就需要多次进行 上述探针卡与晶片之间的接合或着陆，以成功地媒合所有的探针卡与芯片接 点，而降低了测试效率并且增加芯片的产出时间与成本。

请参考图1A，一种公知的探针卡是使用多个电性探针接点，其形式为 悬臂式的金属弯曲弹性指状物1(指状探针)，其与晶片上的对应的接点媒合， 以在二者之间产生精确测试所需的足够的碰触(stylus)或接触压力。弹性指状 物1相对较薄，且其一端固定在一刚性的陶瓷基底2上，然后陶瓷基底2连 接于一印刷电路板。弹性指状物1的方位，通常在附着于探针卡的位置是平 行于上述探针卡的表面，然后徐徐地向上弯曲；而在弹性指状物1与晶片上 的电性接点接合的未固定的那一端附近，是垂直于上述探针卡的表面。当弹 性指状物1受到靠着晶片接点的压力时会弯曲与伸直，以吸收因将探针卡与 晶片结合所产生的接触应力。在理想的状况下，弹性指状物1的所有未固定 端会置于实质上相同的一虚拟平面，以在探针卡的弹性指状物1与晶片表面 上的芯片电性接点之间提供足够的碰触或接触压力。然而，随着反复的使用， 一段时间后某些弹性指状物1的未固定端可能会因为物理性的受损与热性及 机械性的疲劳而发生错位(misalign)。因此，某些弹性指状物1就不再与其他 的弹性指状物1共平面。虽然这种情况不会在测试整个晶片的小部分的区域 上的单一或数个芯片时发生问题，但是在一次对一整片晶片及其上的多个芯 片进行测试时，未共平面的弹性指状物1可能会在所有的探针卡接点与晶片 接点之间造成不当的接触与碰触压力。这样会对精确地一次取得整片晶片上 的所有芯片的电性测试数据造成妨碍。因此，可能需要进行探针卡与晶片之 间的多次的着陆操作，以完成晶片级的烧入测试。此外，未共平面的弹性指 状物1的问题也会限制可单次着陆操作的整片晶片的尺寸，因为探针卡的尺 寸愈大，弹性指状物1的平面错位会随之放大。