專利名稱：測(cè)試半導(dǎo)體器件的探針卡及半導(dǎo)體器件測(cè)試方法
本申請(qǐng)以日本專利申請(qǐng)11-110061為基礎(chǔ)，要求其優(yōu)先權(quán)，這里引入其內(nèi)容作參考。
本發(fā)明一般涉及晶片條件下同時(shí)測(cè)試形成于晶片上且由半導(dǎo)體器件構(gòu)成的多個(gè)芯片和芯片尺寸封裝(此后稱為CSP)例如形成有芯片的晶片或晶片級(jí)CSP等的探針卡和測(cè)試方法。
人們已提出了一種新型半導(dǎo)體封裝(日本公開未審查專利申請(qǐng)平10-79362，美國(guó)專利申請(qǐng)09/029608)。這種半導(dǎo)體封裝的結(jié)構(gòu)是這樣的，為了使半導(dǎo)體器件的形狀盡可能與半導(dǎo)體元件(此后稱為芯片)一樣，提供芯片上由凸點(diǎn)電極構(gòu)成的外部輸出端子，其中至少凸點(diǎn)電極那一側(cè)表面在晶片條件下被樹脂密封，然后這種晶片被切割成各個(gè)芯片。
在測(cè)試這種半導(dǎo)體器件時(shí)，在晶片條件下進(jìn)行這種測(cè)試，代替切割后對(duì)每個(gè)CSP進(jìn)行測(cè)試，可以實(shí)現(xiàn)更有效的測(cè)試。另外，對(duì)于其上形成有多個(gè)普通芯片的晶片來說也是如此。本發(fā)明涉及將在形成有多個(gè)芯片和CSP的晶片條件下對(duì)每個(gè)芯片進(jìn)行測(cè)試用的探針卡和測(cè)試方法。


圖1-3展示了現(xiàn)有技術(shù)的CSP的實(shí)例。圖1是其剖面圖，圖2展示了將其切割成CSP之前圖1的CSP的情況，圖3是圖2的平面圖。
除芯片1的鋁焊盤4外，圖1所示的CSP上覆蓋著氮化硅膜2，另外，其上還形成有聚酰亞胺層3。形成于芯片上的鋁電極焊盤4太窄，使得這種設(shè)置下測(cè)試期間探針不足以產(chǎn)生接觸，還有一個(gè)問題是，在安裝工藝期間不可安裝于安裝基片上。因此，在聚酰亞胺層3上形成再布線層5，延伸到芯片上合適的位置，然后連接到銅凸點(diǎn)電極6，擴(kuò)寬了鋁焊盤4的間隔。為了安裝于安裝基片上，應(yīng)通過阻擋金屬層7在銅凸點(diǎn)電極6上形成焊料球8。
在制造圖1的CSP時(shí)，銅凸點(diǎn)電極6形成于晶片上后，形成樹脂層9至少密封銅凸點(diǎn)電極6那一側(cè)表面。然后，形成焊料球8，然后沿劃片線12將晶片切割成分立小片，如圖2所示。
然而，晶片切割成分立小片后，測(cè)試CSP時(shí)，測(cè)試效率變低。因此，需要在切割工藝前在圖3所示的條件下進(jìn)行測(cè)試。
圖3展示了晶片條件下形成CSP的情況，晶片11由載帶10支撐。如果試圖把由現(xiàn)有觸針構(gòu)成的探針加于每個(gè)芯片的電極焊盤(未示出)上，由于焊盤間隔太窄，很難加上觸針。
日本已公開未審查專利申請(qǐng)平7-263504中介紹了一種測(cè)試具有窄焊盤間隔的方法作為實(shí)例。按該方法，在柔性片形成對(duì)應(yīng)于芯片焊盤位置的觸點(diǎn)，然后用負(fù)壓將其推到芯片的焊盤上，建立接觸。
然而，上述文獻(xiàn)平7-263504存在一個(gè)圖4所示的問題，該問題到目前為止仍未認(rèn)清。
在嘗試把上述文獻(xiàn)中介紹的方法應(yīng)用于晶片條件下的測(cè)試時(shí)，要利用在接觸板13上在對(duì)應(yīng)于晶片11上每個(gè)芯片的位置處形成有接觸電極的探針卡進(jìn)行晶片測(cè)試。在測(cè)試期間施加負(fù)壓使接觸板13與晶片11緊密接觸時(shí)，產(chǎn)生這樣的問題，即端部的焊料球8a與接觸板接觸，而在中心區(qū)焊料球8b的區(qū)域接觸板浮置，沒有實(shí)現(xiàn)接觸。
另外，還產(chǎn)生了一個(gè)問題，在端部的焊料球受壓時(shí)，焊料球容易變形。
此外，還有一個(gè)問題是，由于接觸板被不等的力推動(dòng)，所以柔性片在局部區(qū)域被拉長(zhǎng)。
另外，由于晶片和柔性片熱膨脹系數(shù)不同，兩電極的位置在到達(dá)端部時(shí)偏移很大，因而問題是會(huì)在柔性片的中心和端部間發(fā)生接觸失效。
此外，信號(hào)引線必須從接觸板的電極延伸到外側(cè)，而由于柔性片變彎曲，恐怕信號(hào)引線會(huì)斷開。
上述問題一般不僅發(fā)生在晶片條件下測(cè)試CSP期間，而且發(fā)生在晶片條件下測(cè)試其上形成有多個(gè)芯片的晶片期間。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于半導(dǎo)體器件的測(cè)試探針卡，總是可以確保在晶片條件下測(cè)試芯片或CSP時(shí)每個(gè)芯片的各電極或CSP的各電極焊盤間能很好接觸。
本發(fā)明另一目的是解決這樣一個(gè)問題，即，在其到達(dá)端部時(shí)，由于晶片和柔性片的熱膨脹系數(shù)差，兩電極位置偏移嚴(yán)重，此時(shí)，柔性片的中心和端部間可能產(chǎn)生接觸失效。
本發(fā)明再一目的是解決這樣一個(gè)問題，即，由于在信號(hào)引線從接觸板電極延伸到外側(cè)的地方，柔性片變彎曲，恐怕信號(hào)引線會(huì)斷開。
本發(fā)明又一目的是提供一種半導(dǎo)體器件的測(cè)試方法，在晶片條件下測(cè)試芯片或CSP時(shí)，每個(gè)芯片的各電極或每個(gè)CSP的各電極焊盤間能夠很好接觸。
利用測(cè)試晶片上的多個(gè)半導(dǎo)體器件的探針卡可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，該探針卡包括柔性接觸板；多組設(shè)于接觸板上的接觸電極；具有露出接觸板上各組接觸電極的小孔的剛性基片；連接到預(yù)定接觸電極的布線。
在上述本發(fā)明中，探針卡工作，作為一個(gè)整體的探針卡的剛性由剛性基片支持，柔性賦予對(duì)應(yīng)于所述小孔的區(qū)域中接觸板上的電極。
另外，由于所說小孔內(nèi)的接觸板是柔性的，如果晶片上凸點(diǎn)的高度稍有波動(dòng)，柔性接觸板會(huì)吸收凸點(diǎn)的波動(dòng)，因而決不會(huì)發(fā)生接觸失效。此外，由于剛性基片形成象格柵一樣的形狀，所以其在晶片的厚度方向比具有所述小孔的板型基片更容易移動(dòng)，從這一點(diǎn)看，很難發(fā)生由于不均勻凸點(diǎn)高度造成的接觸失效。
另外，由于對(duì)應(yīng)于每個(gè)芯片的接觸板上的各接觸電極因剛性基片的存在而隔離，所以由于晶片和接觸板的熱膨脹系數(shù)失配造成的形變，決不會(huì)累積于晶片的外圍作為相鄰區(qū)域中接觸電極的位置位移，所以在晶片的任何位置上都可以得到同樣的接觸。
本發(fā)明的再一目的由晶片上多個(gè)半導(dǎo)體器件的測(cè)試方法實(shí)現(xiàn)，該方法包括以下步驟制備探針卡，所說探針卡包括柔性接觸板，多組設(shè)于接觸板上的接觸電極，具有露出接觸板上各組接觸電極的小孔的剛性基片，連接到預(yù)定接觸電極的布線；通過將接觸電極粘結(jié)到晶片上，使接觸電極與半導(dǎo)體器件上的電極接觸；通過所說布線測(cè)試半導(dǎo)體器件。
在上述本發(fā)明中，半導(dǎo)體器件測(cè)試方法提供一種操作，由于所用探針卡具有一個(gè)小孔，小孔中的接觸板是柔性，即使晶片上凸點(diǎn)的高度稍有波動(dòng)，柔性接觸板便會(huì)吸收凸點(diǎn)的這種波動(dòng)，可以在不產(chǎn)生接觸失效的情況下測(cè)試晶片。此外，由于剛性基片形成為格柵形，所以其在晶片的厚度方向比沒有小孔的板型基片更容易移動(dòng)，從這一點(diǎn)看，很難發(fā)生由于不均勻凸點(diǎn)高度造成的接觸失效。
另外，由于對(duì)應(yīng)于每個(gè)芯片的接觸板上的各接觸電極因剛性基片的存在被隔離，所以由于晶片和接觸板的熱膨脹系數(shù)失配造成的形變決不會(huì)累積于晶片的外圍作為相鄰區(qū)域中接觸電極的位置位移，所以在晶片的任何位置上都可以得到同樣的接觸。
在以下結(jié)合各附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例介紹中，本發(fā)明的這些和其它目的及優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚，且更容易理解，其中圖1是展示作為測(cè)試對(duì)象的CSP結(jié)構(gòu)的示圖。
圖2是展示用于介紹晶片條件下作為測(cè)試對(duì)象的CSP的剖面圖。
圖3是展示用于介紹晶片條件下作為測(cè)試對(duì)象的CSP的平面圖。
圖4是展示文獻(xiàn)平7-263504的方法應(yīng)用于晶片條件下的測(cè)試時(shí)的問題的示圖。
圖5是展示本發(fā)明第一實(shí)施例的分解透視圖的示圖。
圖6是展示本發(fā)明的探針卡的側(cè)視圖和平面圖的示圖。
圖7是展示接觸板與晶片接觸情況的剖面圖的示圖。
圖8是展示本發(fā)明第一實(shí)施例的效果的示圖。
圖9是展示本發(fā)明第一實(shí)施例的效果的示圖。
圖10是展示本發(fā)明第一實(shí)施例的改進(jìn)實(shí)例的示圖。
圖11是展示本發(fā)明第一實(shí)施例的改進(jìn)實(shí)例的示圖。
圖12是展示本發(fā)明第一實(shí)施例的改進(jìn)實(shí)例的示圖。
圖13是展示本發(fā)明第一實(shí)施例的改進(jìn)實(shí)例的示圖。
圖14是展示本發(fā)明第一實(shí)施例的改進(jìn)實(shí)例的示圖。
圖15是展示本發(fā)明第一實(shí)施例的改進(jìn)實(shí)例的示圖。
圖16是展示本發(fā)明第一實(shí)施例的改進(jìn)實(shí)例的示圖。
圖17是用于介紹本發(fā)明剛性基片、接觸板和晶片的固定方法的示圖。
圖18是展示圖17的剖面圖的示圖。
圖19是展示接觸板安裝于測(cè)試板表面上的情況的示圖。
圖20是展示圖19的剖面圖的示圖。
圖21是展示本發(fā)明第二實(shí)施例的示圖。
圖22是展示本發(fā)明第二實(shí)施例的示圖。
圖23是展示本發(fā)明第三實(shí)施例的示圖。
圖24是展示圖23的剖面圖的示圖。
圖25是展示本發(fā)明第三實(shí)施例的改進(jìn)實(shí)例的示圖。
圖26是展示本發(fā)明第四實(shí)施例的示圖。
圖27是展示本發(fā)明第四實(shí)施例的改進(jìn)實(shí)例的示圖。
圖28是展示定位本發(fā)明的探針卡和接觸板的機(jī)構(gòu)的示圖。
圖29是展示圖28的主要部分的放大剖面圖的示圖。
下面詳細(xì)介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，這些實(shí)施例的實(shí)例示于各附圖中，各附圖中相同的參考數(shù)字表示相同的部件。
下面結(jié)合圖5-29介紹本發(fā)明的探針卡和半導(dǎo)體器件測(cè)試方法的優(yōu)選實(shí)施例。
(第一實(shí)施例)圖5-20展示了本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖5是作為第一實(shí)施例的探針卡的分解透視圖。圖6(a)是圖5的側(cè)視圖，圖6(b)是從電極形成表面看以后將介紹的接觸板22的平面圖。
圖中，參考數(shù)字21表示其上形成有多個(gè)CSP或普通芯片的半導(dǎo)體晶片。形成于晶片21上的CSP或芯片(此后稱為芯片)有電極25，凸點(diǎn)25a(參見圖7)形成于其上，由于晶片切割成分立小片后安裝于基片上，該凸點(diǎn)用作外部端子。
數(shù)字22表示其上形成有用于與每個(gè)芯片的電極25電連接的接觸電極24的接觸板，該接觸板由聚酰亞胺和硅橡膠等構(gòu)成。接觸板厚25-50微米，熱膨脹系數(shù)約為10-1000，對(duì)于施加的應(yīng)力來說需要一定程度的柔韌性。接觸板的尺寸根據(jù)要測(cè)試晶片的尺寸而不同，但在晶片為8英寸時(shí)，其大小設(shè)定為約400-500×400-500mm。
如圖6(b)所示，對(duì)應(yīng)于晶片21上每個(gè)芯片電極25的布局形成接觸電極24，從而構(gòu)成電極組。每個(gè)接觸電極24由布線31引到接觸板22的端部，與在外圍部分形成得很寬的外部連接端子32連接。布線31向著對(duì)應(yīng)于鏈線所示區(qū)域的晶片外側(cè)延伸，布線31的間隔在接觸板的端部足夠?qū)挕＠眯纬傻煤軐挼耐獠窟B接端子32，可以實(shí)現(xiàn)以后將介紹的到測(cè)試板的連接。
數(shù)字23表示由設(shè)置于接觸板22上的陶瓷形成的剛性基片，其厚3-5mm，熱膨脹系數(shù)為3.5ppm。直徑在200mm(8英寸)到300mm范圍內(nèi)變化，取決于要測(cè)試的晶片，在晶片為8英寸時(shí)，使之與晶片相等或比晶片大。
在要測(cè)試的晶片是裸晶片時(shí)，根據(jù)熱膨脹系數(shù)的要求，合適的剛性基片可以是硅、玻璃等。在要測(cè)試的晶片是晶片級(jí)CSP時(shí)，剛性基片優(yōu)選玻璃環(huán)氧印刷電路板和滾壓鋼板。剛性基片23在對(duì)應(yīng)于形成在接觸板22上的接觸電極24的電極組之間區(qū)域的劃片線的位置設(shè)置有小孔26，用于露出接觸板22中形成接觸電極24的區(qū)域。在圖6(a)中，剛性基片23形成于與接觸電極形成于其上的表面相反的接觸板表面上。這種情況也對(duì)應(yīng)于剛性基片設(shè)置于接觸電極組和用于暴露形成有接觸電極區(qū)域中的接觸板的小孔之間的接觸板上。
剛性基片23由環(huán)氧系熱固性粘合劑或銷釘固定于接觸板22上。如圖所示，剛性基片23覆蓋對(duì)應(yīng)于芯片形成區(qū)外的劃片線的位置，因此剛性基片23形成為格柵形狀。小孔26位于對(duì)應(yīng)于晶片上每個(gè)芯片的位置處。另外，小孔26的尺寸比芯片面積稍大一點(diǎn)。
半導(dǎo)體晶片21允許在其表面上在多個(gè)芯片上利用已知晶片工藝形成電子電路，并在芯片送出之前，進(jìn)行老化試驗(yàn)和功能測(cè)試。為了在將晶片切割成分立芯片小片前，對(duì)其進(jìn)行這些測(cè)試，需要連接形成于晶片上的每個(gè)芯片電極的裝置。該實(shí)施例中，這種裝置由探針卡實(shí)現(xiàn)，探針卡由具有剛性基片23的接觸板22構(gòu)成。
由于這種結(jié)構(gòu)，作為一個(gè)整體的探針卡的剛性可由剛性基片23保持，并賦予在對(duì)應(yīng)于小孔26的區(qū)域形成接觸電極的接觸板22柔韌性。接觸板由剛性基片在對(duì)應(yīng)于晶片劃片區(qū)的區(qū)域中固定，由于熱膨脹系數(shù)的影響不會(huì)傳遞到相鄰芯片區(qū)，所以接觸板材料的選擇范圍很寬，可以是熱膨脹系數(shù)為10-1000的材料。
本發(fā)明中，其上形成有裸晶片或CSP的晶片級(jí)晶片或其上形成有裸晶片和CSP的晶片可以作為要測(cè)試的晶片對(duì)象。這些晶片被當(dāng)作晶片。
下面介紹對(duì)形成于晶片上的每個(gè)芯片(晶片級(jí)CSP情況下為每個(gè)CSP)進(jìn)行測(cè)試的工藝。
首先，通過對(duì)準(zhǔn)芯片上電極25與接觸電極24，在晶片工藝結(jié)束后，接觸板布設(shè)并固定到要測(cè)試的晶片21上。固定方法以后介紹。
接著，給接觸板22上的布線31提供測(cè)試信號(hào)，測(cè)試晶片21上的每個(gè)芯片。在老化試驗(yàn)的情況下，在高溫和高濕條件下測(cè)試晶片。
圖7示出了在晶片21設(shè)置成與接觸板22接觸時(shí)進(jìn)行測(cè)試的狀態(tài)。每個(gè)芯片上的凸點(diǎn)25a與設(shè)于接觸板22上的接觸電極24接觸，接觸電極24位于接觸板上剛性基片23的小孔26中。利用這種結(jié)構(gòu)，由于小孔26中的接觸板是柔性的，所以即使晶片21上的凸點(diǎn)25a的高度有一點(diǎn)波動(dòng)，凸點(diǎn)高度的波動(dòng)(h)也會(huì)被柔性接觸板吸收，如圖8所示，因而決不會(huì)產(chǎn)生接觸失效。
本發(fā)明中接觸板的柔韌性意味著，在如上所述要測(cè)試晶片上的電極和凸點(diǎn)與接觸板電極接觸時(shí)，接觸板可以在垂直方面和橫向進(jìn)行一定程度地移動(dòng)，以吸收凸點(diǎn)位置的位移。
另外，由于剛性基片23按格柵形狀形成，所以晶片厚度方向的移動(dòng)比沒有小孔的板型更容易實(shí)現(xiàn)。因此，由此看來幾乎不會(huì)發(fā)生由于不均勻凸點(diǎn)高度造成的接觸失效。在剛性基片的厚度小時(shí)，厚度方向的移動(dòng)變大，在剛性基片厚度大時(shí)，這種移動(dòng)相反變小，因此可以按需要設(shè)定厚度。
此外，對(duì)應(yīng)于每個(gè)芯片的接觸板上的各接觸電極24由剛性基片23隔離。由于這種結(jié)構(gòu)，由于晶片21和接觸板22熱膨脹系數(shù)失配造成的形變27決不會(huì)累積成晶片21外圍相鄰區(qū)域接觸電極的位置位移，如圖9所示，因而可以在晶片上任何地方實(shí)現(xiàn)相同的接觸。如果位置位移只發(fā)生在一個(gè)芯片區(qū)，則由于在芯片尺寸為100mm見方時(shí)，位置位移僅約5mm×10ppm×100℃＝約5微米(在25℃-125℃的老化試驗(yàn)情況下)，所以不會(huì)產(chǎn)生任何問題。
另外，由于剛性基片23對(duì)于每個(gè)芯片區(qū)固定接觸板，所以接觸板與晶片接觸，接觸板決不會(huì)在局部區(qū)域延伸，或不會(huì)變彎曲，因而不必?fù)?dān)心布線斷開。
在象老化試驗(yàn)等高溫下進(jìn)行的測(cè)試中，希望晶片21和接觸板22的熱膨脹系數(shù)匹配，但由于要需要的功能各不相同，很難形成具有相同熱膨脹系數(shù)的晶片21、接觸板22和剛性基片23。因此，在剛性基片23的熱膨脹系數(shù)設(shè)為比接觸板22更接近晶片21的值時(shí)，由于接觸板22因其柔韌性可以發(fā)生一定程度的偏轉(zhuǎn)，所以剛性基片23膨脹或壓縮與晶片21相同的程度，因而可以使晶片21中心區(qū)和外圍每個(gè)芯片電極25及接觸電極24間的位置位移最小。
另外，在剛性基片23由硅形成時(shí)，可以得到熱膨脹系數(shù)與要測(cè)試晶片相同的剛性基片。這種剛性基片可由與半導(dǎo)體器件制造工藝類似的工藝技術(shù)形成。
象晶片級(jí)CSP一樣，在要測(cè)試晶片具有尺寸比裸晶片的芯片電極大很多的外部端子時(shí)，由于熱膨脹系數(shù)造成的位置位移不很嚴(yán)重，所以剛性基片可由例如鋼、不銹鋼等金屬材料形成。
圖10示出了本實(shí)施例的改進(jìn)實(shí)例。如圖所示，剛性基片23的小孔與由例如硅橡膠等彈性材料形成的塊體27嚙合。在要測(cè)試晶片有大量管腳時(shí)，允許接觸時(shí)總壓力變大，問題是接觸板自身的張力不能支持這種壓力，接觸板變形。這種情況下，盡管利用塊體27來加強(qiáng)接觸板的強(qiáng)度，但接觸板仍保持其柔韌性，要測(cè)試晶片的所有電極可以牢固地與接觸板電極接觸。
另外，在塊體27從剛性基片23突出一點(diǎn)時(shí)，通過將壓力加于突出的部分，聚集的接觸壓力會(huì)加于要測(cè)試的晶片電極上。
圖11展示了本實(shí)施例的另一改進(jìn)實(shí)例。該實(shí)施例中，用橡膠片28作接觸板。由于這種結(jié)構(gòu)，與由聚酰亞胺等構(gòu)成的片式接觸板相比，可以實(shí)現(xiàn)形成于晶片上的凸點(diǎn)25a與接觸電極間的更軟接觸。
圖12展示了本實(shí)施例的另一改進(jìn)實(shí)例。該變化例中，作為剛性基片的小孔，在對(duì)應(yīng)于每個(gè)芯片的位置，給剛性基片29提供空間30。由于接觸板22的接觸電極24設(shè)置于對(duì)應(yīng)于該空間的位置，所以可由該空間30得到由如上所述小孔26產(chǎn)生的接觸板柔韌性，并且由于剛性基片29成一體，所以可以保證作為探針卡具有很高的剛性。
圖13和14示出了本實(shí)施例接觸電極和設(shè)于接觸板上的布線的改進(jìn)實(shí)例。圖13中，例如凸點(diǎn)等凸點(diǎn)電極24a形成于接觸電極上，然后與晶片21上的電極接觸。這種結(jié)構(gòu)具有可以對(duì)例如凸點(diǎn)等凸點(diǎn)電極不形成于晶片上的裸晶片進(jìn)行晶片級(jí)測(cè)試的效果。
圖14中，布線31和外部連接端子32設(shè)于接觸板22的剛性基片23一側(cè)。這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了可以防止形成于要測(cè)試晶片上的芯片電極和接觸板布線間短路的效果。
圖15示出了設(shè)置剛性基片23的位置的改進(jìn)實(shí)例。如圖所示，剛性基片26設(shè)于各接觸電極組之間的接觸板上，在接觸電極同一側(cè)貼在接觸板22上，位于接觸板22和晶片21之間。剛性基片23的厚度必須比晶片21上的凸點(diǎn)電極25a薄。小孔26形成于接觸板22和晶片21之間，但小孔處接觸板的柔韌性與上述圖7的情況類似。剛性基片23位于芯片間的劃片線上，因此不會(huì)對(duì)芯片造成任何損傷。由于剛性基片位于接觸板和晶片之間，所以可以防止過大的壓力加于要測(cè)試晶片上。
圖16示出了設(shè)置剛性基片23的位置的改進(jìn)實(shí)例。如圖所示，一對(duì)剛性基片對(duì)23a和23b設(shè)置于接觸板的兩個(gè)表面上。這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了這樣的效果，由于剛性基片23b起接觸板和要測(cè)試晶片間襯墊的作用，剛性基片23a起補(bǔ)償接觸板的剛性和其熱膨脹系數(shù)間差異的作用，所以由于設(shè)置于接觸板上下側(cè)的剛性基片，可以最佳方式設(shè)計(jì)各功能。
下面介紹晶片21、接觸板22和剛性基片23的連接情況。
圖17是晶片21、接觸板22和剛性基片23連接時(shí)的分解透視圖。圖18是這三部分連接時(shí)的剖面圖。
在接觸板22的對(duì)應(yīng)于晶片21的區(qū)域周圍設(shè)置孔33a，并通過用螺釘34固定晶片21、接觸板22和剛性基片23，使固定晶片21的晶片基座35與形成于剛性基片周圍的孔33b緊密接觸。
如圖17所示，通過將剛性基片23固定于對(duì)應(yīng)于晶片21的區(qū)域的外圍，使設(shè)置于接觸板外圍部分的外部連接端子32保持柔韌。這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了以下效果。
圖19和20示出了這些效果。圖19的透視圖示出了接觸板外圍的外部連接端子32安裝于象老化板一樣的測(cè)試板36的端子37表面上的情況。圖20是這種情況的剖面圖。
通常情況下，需要測(cè)試板提供老化試驗(yàn)和功能測(cè)試用的信號(hào)。在這種測(cè)試板上，安裝多個(gè)晶片進(jìn)行測(cè)試。這種情況下，在接觸板22和測(cè)試板通過連接器連接時(shí)，成本大幅度提高。
根據(jù)圖19和20的結(jié)構(gòu)，由于設(shè)于接觸板外圍的外部端子32是柔韌的，所以接觸板22外圍部分的外部端子32可利用焊料直接安裝于測(cè)試板36端子的表面上，所以與采用連接器不同，可以大幅度降低成本。
(第二實(shí)施例)圖21和22展示了本發(fā)明的第二實(shí)施例。
除剛性基片的結(jié)構(gòu)以外，本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與以上介紹的第一實(shí)施例類似，因此，除剛性基片外，這里不再對(duì)其它部件進(jìn)行介紹。
本實(shí)施例的剛性基片23由如圖21所示的多層構(gòu)成。在要測(cè)試的晶片是裸晶片時(shí)，由硅、玻璃(熱膨脹系數(shù)0.5-9.0)等形成每一層，在要測(cè)試晶片是晶片級(jí)CSP時(shí)，由于焊料球8(參見圖1)的間距比由布線層5構(gòu)成的芯片上的電極間距大，所以接觸板的允許熱膨脹率大，因此，可以用玻璃環(huán)氧印刷電路板和滾壓鋼板等作接觸板的材料。銅布線圖形形成于剛性基片23的每一層的表面上，并根據(jù)需要提供通路連接每一層。銅布線圖形和通路可由普通的印刷電路板制造技術(shù)形成。
最下層23a的底表面上有電極40，用于與相應(yīng)位置處接觸板22上的布線31連接。電極40的對(duì)面一側(cè)上最下層23a的表面處，設(shè)有布線層，與通路41連接。通路41穿過中間層23b、23c，到達(dá)最上層23d。在最上層23d的表面上，設(shè)有電極42，用于與通路41連接。電極42設(shè)在剛性基片23的上表面上，對(duì)應(yīng)于第一實(shí)施例的接觸板外圍的外部連接端子32，由此與測(cè)試板連接。
該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了這樣的效果，限制了僅僅是用接觸板實(shí)現(xiàn)的布線延伸，信號(hào)可以用在剛性基片23的表面上充分加寬的電極42從接觸板22的接觸電極24引出。
另外，不象第一實(shí)施例，由于來自晶片的信號(hào)可以在剛性基片的上表面引出，所以可以防止形成于要測(cè)試晶片表面的芯片電極與從接觸電極引出信號(hào)的布線間短路的危險(xiǎn)。
此外，由于來自晶片的信號(hào)在剛性基片23的上表面引出，所以不再需要將布線延伸到接觸板的端部，接觸板的尺寸可以形成得等于或稍大于要測(cè)試晶片那樣小。
另外，由于電源層和接地層設(shè)置于剛性基片23的多層中，這些層可由寬布線層提供，顯著提供了測(cè)試速度。
此外，剛性基片由硅晶片構(gòu)成，并由半導(dǎo)體晶片制造工藝進(jìn)行處理，所以可以高精度制造具有與以上介紹的印刷電路板類似功能的布線層和通路。
圖21展示了剛性層23由四層構(gòu)成的實(shí)例，但層數(shù)不限于四層，還可以用單層。在布線延伸不很大時(shí)，剛性基片可由單層構(gòu)成，也可以通過在剛性基片的上部設(shè)置電極，實(shí)現(xiàn)與采用多層時(shí)類似的效果。
圖22展示了第二實(shí)施例的改進(jìn)實(shí)例。該實(shí)例中，剛性基片由多層構(gòu)成，外部連接端子32也設(shè)置于接觸板22的外圍部分。
剛性基片23與圖21所示類似由多層構(gòu)成，來自接觸電極24的信號(hào)引到設(shè)于最高層的電極42。另外，接觸電極24的信號(hào)向著接觸板22的端部，通過布線31引到外部連接端子。
甚至在接觸電極24的數(shù)量增大時(shí)，也可以把來自晶片的信號(hào)引到剛性基片23上的電極42和接觸板22外圍的外部連接端子32，從而形成具有足夠間隔的電極42和外部連接端子32。
(第三實(shí)施例)圖23-25展示了本發(fā)明的第三實(shí)施例。
除接觸板的結(jié)構(gòu)外，本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例類似。因此，不再介紹其它部件。
本實(shí)施例的接觸板22a-22c設(shè)成其尺寸與要測(cè)試的芯片相應(yīng)，如圖所示，稍大于芯片。每個(gè)接觸板22a-22c可以在其表面上形成接觸電極43，每個(gè)接觸電極43與布線44連接，然后引到接觸板22a的外圍，還與電極45連接。
定位剛性基片23的小孔26，使之尺寸對(duì)應(yīng)于芯片面積，從而暴露接觸電極43形成區(qū)的接觸板。
由于如上所述對(duì)每個(gè)小孔提供接觸板，如果在接觸電極43、布線44和電極45的一部分發(fā)生失效，則通過更換冗余區(qū)的接觸板，可以容易修復(fù)探針卡。
圖25是本實(shí)施例的改進(jìn)實(shí)例。接觸板22d形成為窄的細(xì)長(zhǎng)矩形，每行小孔26對(duì)應(yīng)于要測(cè)試晶片的一行芯片。這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了這樣的效果，如上所述，可以容易修復(fù)，如上所述，來自接觸電極的布線可以延伸到接觸板的端部。
(第四實(shí)施例)圖26和27展示了本發(fā)明的第四實(shí)施例。
除在剛性基片的表面上設(shè)置如熔絲和電阻器等過流限制元件和測(cè)試電路外，本實(shí)施例結(jié)構(gòu)與第一至第三實(shí)施例類似。所以不再介紹其它部件。
圖26展示了熔絲53設(shè)置于剛性基片23上的情況。剛性基片由多層構(gòu)成(未示出)，如第二實(shí)施例所述，來自晶片的信號(hào)在最下層的電極50處連接到接觸板，還通過通孔51引到最上層的電極52。剛性基片23的最上層的面積有容裕，甚至在設(shè)置熔絲的情況下，電極54布局也不會(huì)產(chǎn)生任何問題。
熔絲53的一端連接到電極52，另一端連接到電極54。電極54連接到測(cè)試板，用于晶片的測(cè)試。從保護(hù)好芯片的角度出發(fā)，在芯片發(fā)生故障時(shí)，熔絲53熔斷，中斷電源的供應(yīng)，以此方式，不對(duì)合格芯片造成任何影響。
甚至在設(shè)置電阻器代替熔絲時(shí)，即使芯片發(fā)生故障，也可以通過限制流到合格芯片的過電流，實(shí)現(xiàn)類似的效果。
另外，在通過處理硅晶片形成剛性基片時(shí)，例如熔絲或電阻器等元件可利用已知工藝形成于晶片上。
這里，本實(shí)施例中，剛性基片由多層構(gòu)成，但也可由單層構(gòu)成。
圖27展示了剛性基片23表面上安裝有測(cè)試電路芯片55的情況。剛性基片23與圖26一樣由多層構(gòu)成(未示出)，來自晶片的信號(hào)連接到帶有最下層電極50的接觸板，然后通過通孔51引到剛性基片23上表面的電極52。
測(cè)試電路芯片55的一端通過電極50、通路51和電極52連接作為測(cè)試對(duì)象的芯片的電極，而另一端利用圖中所示的其它路徑連接到作為測(cè)試對(duì)象的芯片的其它電極。
某些芯片自身包括測(cè)試用的測(cè)試電路。然而，這種情況下，問題是要犧牲測(cè)試電路那么大的芯片面積。因此，如圖27所示，通過在剛性基片23的表面上提供測(cè)試電路，不再需要在作為測(cè)試對(duì)象的芯片中即作為產(chǎn)品的芯片中提供測(cè)試電路，因而可以減小測(cè)試電路表面積那么大的芯片尺寸。
另外，在通過處理硅晶片形成剛性基片時(shí)，測(cè)試電路可利用已知晶片工藝形成于晶片上。
下面結(jié)合圖28和29介紹利用負(fù)壓固定每個(gè)實(shí)施例中所述的探針卡和晶片的方法。
圖28是通過定位固定晶片21和探針卡(22，23)的定位裝置79的側(cè)視圖。該圖中，71表示調(diào)節(jié)晶片的X、Y位置的工作臺(tái)，72表示垂直移動(dòng)這些工作臺(tái)的升降機(jī)構(gòu)。
固定晶片21和探針卡過程首先在X、Y工作臺(tái)上安裝夾持晶片21的第一晶片基座60。
接著，將接觸板的端部固定到具有暫時(shí)固定裝置74的定位裝置70上，利用升降機(jī)構(gòu)72，根據(jù)需要，按其高度調(diào)節(jié)晶片21的位置，并為了定位晶片21的每個(gè)芯片的電極和接觸電極24，利用X、Y工作臺(tái)進(jìn)行細(xì)調(diào)。這種情況下，晶片和接觸電極的細(xì)定位通過圖像識(shí)別裝置75進(jìn)行。
接著，升降機(jī)構(gòu)72向上移動(dòng)，使晶片21與接觸板22緊密接觸。這種條件下，通過加負(fù)壓，晶片21和接觸板緊密接觸在一起。負(fù)壓由真空發(fā)生器73產(chǎn)生，然后通過設(shè)置在晶片基座60側(cè)面上的閥63引到晶片基座。閥與在晶片基座上放置晶片的空腔64通過真空路徑62連接，由真空發(fā)生器73提供的負(fù)壓加于空腔64。
圖29是展示空腔64中充有負(fù)壓的情況的放大視圖。在空腔64處于負(fù)壓狀態(tài)時(shí)，接觸板22被引到晶片21側(cè)，從而晶片21上的每個(gè)芯片電極52與接觸電極24緊密接觸，實(shí)現(xiàn)電連接。甚至在閥63關(guān)閉時(shí)，也可以利用密封裝置61保持空腔64中的負(fù)壓，從而保持晶片與接觸板間的緊密接觸。此后，即使由暫時(shí)固定裝置固定的接觸板22被隔離，也可以保持接觸板與晶片間的接觸。
如果接觸板和要測(cè)試晶片間的接觸壓力不足，則在由抽空得到的負(fù)壓上再加機(jī)械壓力，以補(bǔ)償接觸壓力。具體說，利用圖17所示的方法，用螺釘34機(jī)械固定晶片、接觸板和剛性基片，實(shí)現(xiàn)壓力補(bǔ)償。
另外，參照?qǐng)D28介紹的定位裝置70在接觸板22和要測(cè)試晶片21間設(shè)置圖像識(shí)別裝置75，但也可以在接觸板的上部設(shè)置圖像識(shí)別裝置，來通過接觸板實(shí)現(xiàn)接觸電極24和晶片21的電極的定位。因而，只用一個(gè)攝像機(jī)便可以實(shí)現(xiàn)兩種元件的定位。
圖28和29展示了接觸板和晶片間的定位，然而，如圖19和20所示，通過在測(cè)試板的表面上安裝的接觸板與晶片間的定位，可以測(cè)試晶片。
如上所述，本發(fā)明的探針卡可提供高可靠性的半導(dǎo)體器件測(cè)試方法，在測(cè)試晶片級(jí)芯片和CSP時(shí)，總能確保每個(gè)芯片和CSP電極焊盤的良好接觸狀態(tài)。
以上結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例介紹了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于以上介紹的實(shí)施例，在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)可以有各種改形和替換。
盡管已展示和介紹了本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，在不背離本發(fā)明原理和精神，不脫離權(quán)利要求書及其等同物限定的范圍的情況下，這些實(shí)施例可以變化。
權(quán)利要求
1·一種測(cè)試晶片上的多個(gè)半導(dǎo)體器件的探針卡，包括柔性接觸板；多組設(shè)于接觸板上的接觸電極；具有露出接觸板上各組接觸電極的小孔的剛性基片；及連接到預(yù)定接觸電極的布線。
2·根據(jù)權(quán)利要求1的探針卡，其中剛性基片的熱膨脹系數(shù)與硅相同，或比接觸板更接近硅。
3·根據(jù)權(quán)利要求1的探針卡，其中接觸板由聚酰亞胺或橡膠片制成。
4·根據(jù)權(quán)利要求1的探針卡，其中布線引到接觸板的外圍部分，與比布線寬的外部連接端子連接。
5·根據(jù)權(quán)利要求1的探針卡，其中凸點(diǎn)電極設(shè)置于接觸電極上。
6·根據(jù)權(quán)利要求1的探針卡，其中剛性基片設(shè)置于接觸板上具有接觸電極的一側(cè)。
7·根據(jù)權(quán)利要求1的探針卡，其中剛性基片由單層或多層構(gòu)成，具有連接剛性基片下表面上的布線的第一電極，和連接到剛性基片上表面上的第一電極的第二電極。
8·根據(jù)權(quán)利要求7的探針卡，其中剛性基片由印刷電路板或硅晶片制成。
9·根據(jù)權(quán)利要求7的探針卡，在剛性基片的上表面上設(shè)置有過流限制元件或測(cè)試電路芯片，它們與第二電極相連。
10·一種測(cè)試晶片上的多個(gè)半導(dǎo)體器件的探針卡，包括柔性接觸板，其尺寸對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體器件的尺寸；多組設(shè)置于接觸板上的接觸電極；具有露出接觸板上各組接觸電極的小孔的剛性基片；及連接到預(yù)定接觸電極的布線。
11·一種測(cè)試晶片上多個(gè)半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟制備探針卡，所說探針卡包括柔性接觸板，多組設(shè)于接觸板上的接觸電極，具有露出接觸板上各組接觸電極的小孔的剛性基片和連接到預(yù)定接觸電極的布線；通過將接觸電極粘結(jié)到晶片上，使接觸電極與半導(dǎo)體器件上的電極接觸；及通過所說布線測(cè)試半導(dǎo)體器件。
12·根據(jù)權(quán)利要求11的測(cè)試多個(gè)半導(dǎo)體器件的方法，其中在接觸電極與半導(dǎo)體器件上的電極接觸時(shí)，利用負(fù)壓粘附接觸電極和晶片。
13·根據(jù)權(quán)利要求11的測(cè)試多個(gè)半導(dǎo)體器件的方法，其中剛性基片的熱膨脹系數(shù)與硅相同，或比接觸板更接近硅。
14·根據(jù)權(quán)利要求11的測(cè)試多個(gè)半導(dǎo)體器件的方法，還包括以下步驟利用第一部件固定剛性基片，利用第二部件固定晶片，然后固定第一和第二部件間的接觸板；將設(shè)置于接觸板外圍部分的外部連接端子表面安裝到測(cè)試板上。
15·根據(jù)權(quán)利要求11的測(cè)試多個(gè)半導(dǎo)體器件的方法，其中接觸板的尺寸對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體器件的尺寸。
16·根據(jù)權(quán)利要求11的測(cè)試多個(gè)半導(dǎo)體器件的方法，其中凸點(diǎn)電極設(shè)置于半導(dǎo)體器件上，凸點(diǎn)電極的至少側(cè)表面被樹脂密封，還包括以下步驟測(cè)試其上的半導(dǎo)體器件具有凸點(diǎn)電極的晶片。
17·一種測(cè)試晶片上的多個(gè)半導(dǎo)體器件的探針卡，包括柔性接觸板；多個(gè)設(shè)置于接觸板上的接觸電極；設(shè)置于接觸板的至少一側(cè)上的至少一個(gè)剛性基片，所說至少一個(gè)剛性基片具有對(duì)應(yīng)于接觸電極位置的小孔；及連接接觸電極與各外部連接端子的布線。
全文摘要
本發(fā)明涉及測(cè)試形成有多個(gè)芯片和CSP(芯片尺寸封裝)的晶片級(jí)的每個(gè)芯片上的半導(dǎo)體器件的探針卡和測(cè)試方法。探針卡的特征在于,包括:柔性接觸板,按預(yù)定布局設(shè)置于接觸板上的多個(gè)接觸電極,設(shè)置于接觸板上各電極組之間的剛性基片,其上具有暴露接觸電極形成區(qū)的接觸板的小孔,設(shè)置于接觸板上與接觸電極連接的布線。該探針卡的優(yōu)點(diǎn)是,在測(cè)試晶片級(jí)芯片和CSP時(shí),總是可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)芯片和CSP電極焊盤的良好接觸。
文檔編號(hào)H01L21/66GK1271178SQ9912434
公開日2000年10月25日 申請(qǐng)日期1999年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月16日
發(fā)明者丸山茂幸 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社