專利名稱：測試集成電路芯片的探針卡的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種測試集成電路芯片的探針卡，特別涉及一種同時測試其中含有集成電路的至少兩個方焊盤型芯片(Quad Pad Type chip)的探針卡。
一般情況下，半導體器件制造工藝中包括各種處理步驟，并大致分為兩類，即通過在晶片上重復形成特定圖形的形成工藝而在晶片上形成集成電路的制造工藝，和包括將晶片切成單元芯片和封裝的組裝工藝。
在將晶片切成單元芯片前，為了測試每個單元芯片的電特性要進行管芯的電分類(下面稱為EDS)。
EDS工藝旨在通過檢查晶片上芯片的工作情況并預先修正不合格芯片或剔除不合格芯片從而節約組裝和組裝后的測試成本。
EDS工藝利用進行探針測試的探針進行，美國專利5412329公開了這種具有圖4所充分展示的結構的常規探針。
圖1是展示進行EDS工藝的常規普通測試儀的示意圖。參見圖1，該測試儀具有從載片盒(未示)中移動待測晶片20的裝/取部件2和對晶片20進行EDS工藝的測試部件3。在測試部件3內，有晶片20安裝于其上的平臺9和下CCD(電荷耦合器件)攝像機8。測試部件3上部安裝有測試頭7和上CCD攝像機6。測試頭7與由CPU 4支持的測試器5相連。CPU 4是一個中央處理單元。具有印刷電路板和多個芯片測試用探針的探針卡12靠夾具(未示出)可動地安裝于測試頭7的下表面上。探針卡12面對測試部件3內平臺9上的晶片20。平臺9可以根據接收來自上/下CCD攝像機6和8的探測信號的CPU 4控制信號在X、Y、Z和θ方向驅動。
探針卡一般具有多個探針10，一定的電信號通過探針10從測試器5加到晶片20的芯片上。來自芯片上的集成電路(IC)的信號傳輸到測試器5，并根據測試器5上的信號輸入鑒別IC芯片的合格與否。
同時，由于例如半導體存儲器等器件的高速度、芯片的小型化、系統設計的簡化，器件芯片的布局正很快地發生著變化，例如方焊盤或細間距等。除此之外，為了提高EDS測試的效率，不僅采用單元測試，而且還采用了例如二元測試、四元測試、八元測試和六元測試等多元測試。
圖2是展示用于常規二元測試的集成電路芯片測試用探針卡的前示圖。
圖2的探針卡靠夾具可動地安裝于測試夾具上，印刷電路板12的內部中央部分形成有用于測試的窗口11，以便由上部CCD攝像機6獲得探針10和接觸焊盤的接觸情況。
圖2的探針卡是二元測試探針卡，用于同時測試至少兩個芯片的電特性，T1為第一測試的芯片位置，T2為第二測試的芯片位置，T1和T2排成一條行。另外，圖2的探針卡測試周邊邊緣上具有多個接觸焊盤的方焊盤型芯片。
圖3是展示具有形成于每個單元芯片24上的接觸焊盤22用于利用圖2的探針卡進行EDS測試的晶片20的一部分的示意圖。上述晶片20上具有方焊盤型芯片，芯片上具有沿每個單元芯片24的周邊邊緣的多個接觸焊盤22，用于在其中形成IC的制造工藝完成后與探針卡的探針電接觸，EDS工藝后，將單元芯片24沿晶片20的劃片線26切開，在封裝工藝后制造成完成的芯片。
圖4是展示普通探針卡的構造的示意圖。
普通探針卡與印刷電路板(PCB)12焊接耦合，印刷電路板上有用于EDS測試的電路圖形，其中將與形成于芯片24上的接觸焊盤22接觸的芯片測試用探針10根據接觸捍盤22的位置經相同的對應關系形成，在印刷電路板12的下側上，圍繞PCB 12的窗口形成有絕緣固定環14，探針10靠絕緣環氧樹脂16固定于固定環14上。
探針卡的每個元件在EDS測試期間一般都會受很微小事件的很大影響。參見各附圖，關于對測試參數有影響的每種因素，一般有從與接觸焊盤22接觸的探針的端部彎曲的端部長度“b”；角“a”，彎曲探針端部的傾斜角；探針10的入射角“c”；探針直徑“d”；及伸出長度(hand out length)“e”，從固定探針10的固定環14到探針端部的探針水平長度等。
再參見圖2，該圖展示了對沿周邊具有接觸焊盤的方焊盤型芯片進行EDS測試的二元測試用的探針卡，多數探針10等高設置，形成一個平面層，且被固定在形成于印刷電路板12的下表面上的固定環(未示出)上，但與第一測試的芯片位置T1和第二測試的芯片位置T2的接觸區靠近的接觸焊盤接觸的探針固定，形成垂直層狀結構，T1和T2排成一行。如展示了排成行的第一測試的芯片位置T1和第二測試的芯片位置T2的圖2所示，該前視圖中雖然未示出與形成于兩相鄰芯片的每個芯片周邊的接觸焊盤接觸的探針端部的形狀，但示出了垂直安裝有多個探針。
圖5是展示沿圖2線5-5’探針布設情況的透視圖，圖6是展示沿圖2的線5-5’探針布設情況的剖面示意圖。
參見圖5和6，與靠近兩芯片位置的接觸區的接觸焊盤接觸的探針是垂直安裝且固定于固定環14上的，兩芯片位置為第一測試的T1和第二測試的T2。
此時，b1是最靠近固定環14的探針的端部的長度，b9是中間探針中部的長度。
圖7是展示用于常規方形測試的IC芯片測試的探針卡的探針布局的示意圖(圖中省去了設置于探針的上側的印刷電路板)。設計成同時測試四個芯片，如圖2所示，與靠近排成行的第一測試的芯片位置T1和第二測試的芯片位置T2的接觸區、靠近排成行的第二測試的芯片T2和第三測試的芯片位置T3的接觸區、及靠近第三測試的芯片位置T3和第四測試的芯片位置T4的接觸區形成的接觸焊盤接觸的探針還固定于垂直安裝的固定環14上。
然而，如圖5和6所示的探針卡中，探針按多層垂直安裝，對EDS測試參數造成影響的探針因素根據每層而不同，所以降低了EDS測試的可靠性。
另外，具有多層探針的常規探針卡的接觸電阻進一步增大，隨著探針測試的時間的增長，接觸電阻的退化加強，所以降低了EDS測試的成品率。
此外，由于常規探針卡中不穩定接觸的緣故，探針端的清洗周期縮短，因而造成EDS測試效率的降低。
本發明旨在提供一種測試集成電路芯片(IC芯片)的探針卡，在不增加探針數量的情況下，通過保持EDS測試參數的穩定，確保測試的可靠性，基本上能克服由于現有技術的局限和缺點造成的一個或多個問題。
本發明的目的是提供一種測試IC芯片的探針卡，能夠穩定探針的接觸電阻，從而可以提高EDS測試的成品率。
本發明再一目的是提供一種測試IC芯片的探針卡，通過縮短探針端部的清洗周期和對其的標準測試時間，提高EDS測試的可靠性。
為了實現這些和其它優點，根據所概括和具體說明的本發明目的，測試集成電路芯片(IC芯片)的探針卡包括印刷電路板，其上具有測試電路，用于同時測試至少兩個芯片的電特性，其中央還具有窗口，用于放置待測試的芯片；連接到印刷板上的多個探針，用于探測形成于芯片上的接觸焊盤，以便進行芯片測試；圍繞印刷電路板的窗口安裝的固定環，由此固定連接于印刷電路板上的芯片測試用探針；在與固定環相互交叉的兩相鄰芯片的接觸區附近安裝的固定橋，固定某些用于探測靠近兩相鄰芯片間的線形成的接觸焊盤的探針。
測試IC芯片的探針卡測試方焊盤型芯片的電特性。探測形成于每個芯片的周邊部分上且靠近兩相鄰芯片間線的接觸焊盤的芯片測試探針從中心朝相反方向指向固定環，并對稱地垂直固定在固定環上，其中探測較靠近固定環的接觸焊盤的探針位于下層上，位于某層上部的探針固定于固定橋上，而不直接固定于固定環上。
固定支撐于固定橋上的探針在中心附近，在固定于固定環上的同時位于第二層上，較好是固定支撐于橋上的探針在中心附近，且在固定于固定環上的同時位于第五層的上，以確保EDS測試的可靠性。
固定支撐于固定橋上的探針在中心附近，在固定于固定環上時，其與接觸焊盤接觸的端部長于1000微米。較好是，固定支撐于固定橋上的多個探針安裝于相同層上，在端部與接觸焊盤接觸時，固定支撐于固定橋上的多個探針具有相同的端部長度。
本發明的探針卡是一二元測試探針卡，能夠同時測試兩個芯片的電特性。固定橋安裝于兩芯片間的接觸區之上，或相鄰芯片間接觸區之上和靠近此接觸區的地方。如需要，一個或兩個固定橋對稱地安裝于相鄰芯片間接觸區之上且靠近接觸區的地方。
此外，探針卡是一四元測試探針卡，能夠同時測試四個芯片的電特性。此時，固定橋分別安裝于第一芯片的右側、第一和第二芯片間區域、第二芯片的右側、第三芯片左側、第三和第四芯片間區域、和第四芯片左側的上方，且彼此對稱。
另外，探針卡是一八元測試探針卡，能夠同時測試八個芯片的電特性，或探針卡是一六元測試探針卡。
固定環是方形的，沿印刷電路板的窗口安裝于其下表面上。理想的是形成由陶瓷材料構成且與陶瓷材料成一體的固定環和固定橋。
芯片測試用探針靠環氧樹脂固定于固定環和固定橋上。
應該理解，上述一般性的說明和以下的詳細說明皆是示例性和解釋性的，旨在對所述的發明進行進一步的解釋。
各附圖中圖1是展示電管芯分類(EDS)工藝的常規測試儀的示意圖；圖2是展示二元集成電路(IC)芯片測試用的常規探針卡的平面示意圖；圖3是展示晶片的一部分的示意圖，其中接觸焊盤設置于每個芯片上，用于利用圖2的探針卡進行EDS測試；圖4是展示探針固定于固定環上的普通探針卡的側視圖；圖5是展示在圖2的線5-5’一帶探針布設情況的側視圖6是展示在圖2的線5-5’一帶探針布設情況的示意圖；圖7是用于IC芯片的四元測試的常規探針卡的探針布置情況的示意圖；圖8是展示本發明一個實施例的IC芯片二元測試用的探針卡的示意圖；圖9是展示在圖8的線9-9’一帶探針布設情況的側視圖；圖10是展示在圖8的線9-9’一帶探針布設情況的示意圖；圖11是展示本發明再一實施例的IC芯片二元測試用的探針卡的一部分的示意圖；圖12是展示本發明另一實施例的IC芯片四元測試用探針卡的一部分的示意圖；圖13是展示隨性能探測次數探針卡的接觸電阻的變化情況的曲線圖；以及圖14是展示隨利用探針卡的EDS性能測試次數，成品率變化情況的曲線圖。
下面結合各附圖更充分地說明本發明，圖中示出了各優選實施例。然而，本發明可以按各種不同方式實施，不局限于這里的實施例，另外，提供這些實施例為的是對本所屬領域的技術人員進行充分完全地公開，并非用于充分限定本發明的范圍。
首先，在如圖5和6所示的常規多層探針卡中，相對每層作為影響EDS測試的參數的因素示于表1中。
表1
端部長度、端部傾角、入射角和探針直徑等是確定探針卡的特性和質量的重要因素。由于探針的端部變得較長延伸到上層，探針的接觸電阻增大，接觸失誤引起測試可靠性下降。尤其是在過驅動的情況下，更頻繁地發生“滑動”會導致探針卡的誤操作，到達第五層上。
此外，盡管理想探針的入射角應該保持6°，但由于延伸到上層增大了入射角，造成更頻繁地發生“滑動”，結果是接觸失誤。
根據上述分析，本發明的探針卡設計成探針垂直安裝，使層數低得不足以降低EDS測試的可靠性。
按本發明的一個實施例，探針層限制在第四層以下，安裝于第五層上的探針固定到作為輔助固定部件的固定橋上，但本發明的該實施例的層數不限于此。可允許的層數應保障對探針的測試參數的EDS測試的可靠性。例如，探針端部長度可以限定在小于約1000微米(表1，在第四層下)。
圖8是展示本發明一個實施例的IC芯片二元測試用探針卡的示意圖，圖9是展示在圖8中線9-9’一帶探針布設情況的側視圖，圖10是展示在圖8中線9-9’一帶探針布設情況的示意圖。
參見圖8-10，與形成于靠近兩相鄰芯片(T1是第一測試的芯片位置；T2是第二測試的芯片位置)之間的線的芯片周邊部分上的芯片焊盤接觸的某些探針30固定于方形的鄰近固定環34上。中心一帶的探針30固定于固定橋36a,36b上。上述固定橋36a,36b由絕緣材料制成，在本發明的一個實施例中，由陶瓷材料制成。另外，固定環34也是由絕緣材料構成，而且也可以由陶瓷材料構成。固定環34和固定橋36a,36b作為一個整體形成，即成為一體。或者它們也可以單獨形成。
固定橋36a,36b理想地安裝于T1和T2間的接觸區上方且靠近該接觸區，T1和T2分別為第一測試的芯片位置和第二測試的芯片位置(圖中的36b)，以便探針卡上方的CCD攝像機能夠容易地檢測到探針卡的探針的布置和IC芯片的接觸焊盤。
在使用更多接觸焊盤，且固定橋36b與接觸焊盤的增長數不能一致時，固定橋36a安裝于芯片位置區內。此時，考慮到探針的伸出長度，遠離兩相鄰芯片間的線合適地安裝固定橋36a,36b，它們形成為方棒狀，但固定橋的形狀不限于本發明的方棒狀。
如圖9和10所示的固定橋36a,36b安裝成與其上側的固定環34連接，固定環繞形成于探針卡的印刷電路板(未示出)的中心的窗口安裝。這樣做的原因是考慮到安裝于固定橋36a下的探針30的固定位置。
同時，如圖8所示，靠近兩相鄰芯片間的接觸區安裝的固定橋36b可以形成為與固定環34有同樣的高度。
如圖8-10所示，通過固定橋36b固定到固定環34上的所有探針30安裝于相同層上。然而，固定于固定橋36a上的探針30可以垂直地安裝于某層下面。
圖10是展示固定到固定橋36a上的探針30安裝于同一層上情況的示意圖。
探針30由鎢或Al-Cu合金制成，它們靠如環氧樹脂等絕緣結合材料固定支撐于固定環34和固定橋36a,36b上。
圖11是展示本發明再一實施例的IC芯片二元測試用探針卡的一部分的示意圖。固定橋36a,36c分別安裝于芯片上方。
圖12是展示本發明另一實施例的IC芯片四元測試用探針卡的一部分的示意圖，其中省去了形成于該圖所示結構上的印刷電路板。可以同時測試排成一行的四個芯片。以與圖8相同的方式，與形成于每個相鄰芯片的周邊部分上的接觸焊盤接觸的的探針40中，特別是與靠近相鄰芯片間的線形成的接觸焊盤接觸的探針40中，某些探針直接固定于相鄰近固定環44上，而另一些探針則固定于與固定環44交叉排列的固定橋46a,46b,46c,46d,46e,46f上，所說相鄰芯片指第一測試和第二測試的芯片位置T1和T2，第二測試和第三測試的芯片位置T2和T3，第三和第四測試的芯片位置T3和T4。平面上固定橋的布局不限于圖12所示的那樣，顯然具有各種改形。
圖13是展示相對于性能探測數探針接觸電阻變化的曲線圖，該圖比較了有9層探針結構的常規探針卡和本發明一個實施例的探針卡，其中，本發明的實施例中，探針的垂直結構層限制在第四層之下。如圖13所示，鎢探針對金板的初始接觸電阻小于0.5Ω，但常規探針卡隨性能探測數的增加接觸電阻在0.3-0.7Ω之間變化，所以會降低EDS測試的可靠性。相反，具有四層結構的本發明探針卡表現出0.4Ω左右的穩定接觸電阻，即使性能探測數增加也是如此。
由于在利用本發明的探針卡時，即使性能探測次數增加，接觸電阻也保持穩定，所以可以顯著減少對端部的周期性清洗和對其的標準測試。即，在具有九層結構的常規四元測試探針卡的情況下，每25片晶片一個周期，要進行端部清洗和對其標準測試8次。然而，根據用具有小于四層的層狀結構的四元測試探針卡的本發明，可以連續三個周期進行EDS測試，而不需要進行清洗。所以，在該工藝中利用本發明的探針卡，可以大幅度提供EDS測試的效率。
圖14展示了利用具有9層結構的常規四元探針卡和具有固定橋和4層結構的本發明四元測試探針卡時隨EDS性能測試次數的增加成品率的變化。圖14中，Y軸的成品率表示利用常規探針卡和本發明探針卡情況下在100％的初始為好的芯片中選中為好的芯片的百分比。在利用常規探針卡時，成品率根據性能測試的次數變化很大，在性能測試的次數為3、6和9時，意味著測試三片晶片后需要進行端部的清洗，此時成品率小于90％。然而，根據本發明，即使是在性能測試次數增加時成品率也保持在93％左右。即EDS測試的可靠性大輻度提高。
因此，根據本發明，探針接觸電阻保持穩定，成品率保持穩定的值，所以提高了EDS測試的可靠性，而且由于延長了探針端部的清洗周期，所以大輻度提高了EDS測試的效率。
對于所屬領域的技術人員來說，容易得到其它優點和改進。因此，具有較寬范圍的本發明不限于所說明的這些具體細節和示意性裝置。因此，在不背離由所附權利要求書及等同物所限定的本發明精神實質或范圍的情況下可以做出各種改進。
權利要求
1．一種測試集成電路芯片(IC芯片)的探針卡，包括印刷電路板，其上具有測試電路，用于同時測試至少兩個芯片的電特性，其中央還具有窗口，用于放置待測試的芯片；連接到印刷板上的多個探針，用于探測形成于芯片上的接觸焊盤，以便進行芯片測試；圍繞印刷電路板的窗口安裝的固定環，由此固定連接于印刷電路板上的芯片測試用探針；在與固定環相互交叉的兩相鄰芯片的接觸區附近安裝的固定橋，固定某些用于探測靠近兩相鄰芯片間的線形成的接觸焊盤的探針。
2．如權利要求1所述的測試IC芯片的探針卡，其中探針卡測試方焊盤型芯片的電特性。
3．如權利要求2所述的測試IC芯片的探針卡，其中探測靠近相鄰芯片間接觸線形成的接觸焊盤的芯片測試探針從中心朝向相反方向指向固定環，并對稱地垂直固定于固定環上，其中探測較靠近固定環的接觸焊盤的探針位于下層上，位于某層上的探針不直接固定于固定環上，而是固定于固定橋上。
4．如權利要求3所述的測試IC芯片的探針卡，其中固定支撐于固定橋上的探針在中心附近，在固定于固定環上時位于第二層上。
5．如權利要求4所述的測試IC芯片的探針卡，其中固定支撐于固定橋上的探針在中心附近，在固定于固定環上時位于第五層上。
6．如權利要求3所述的測試IC芯片的探針卡，其中固定支撐于固定橋上的探針在中心附近，在固定于固定環上時，其與接觸焊盤接觸的端部長于1000微米。
7．如權利要求3所述的測試IC芯片的探針卡，其中固定支撐于固定橋上的多個探針安裝于相同層上。
8．如權利要求3所述的測試IC芯片的探針卡，其中固定支撐于固定橋上的多個探針在端部與接觸焊盤接觸時端部長度相等。
9．如權利要求1所述的測試IC芯片的探針卡，其中探針卡是能夠同時測試兩個芯片電特性的二元測試探針卡。
10．如權利要求9所述的測試IC芯片的探針卡，其中固定橋安裝于兩芯片間的接觸區上方。
11．如權利要求10所述的測試IC芯片的探針卡，其中固定橋還安裝于相鄰芯片間接觸區上方，并靠近該接觸區。
12．如權利要求1所述的測試IC芯片的探針卡，其中探針卡是能夠同時測試四個芯片電特性的四元測試探針卡。
13．如權利要求12所述的測試IC芯片的探針卡，其中固定橋安裝于第一芯片的右側、第一和第二芯片間區域、第二芯片右側、第三芯片左側、第三和第四芯片間區域、及第四芯片左側的上方，并且彼此對稱。
14．如權利要求1所述的測試IC芯片的探針卡，其中探針卡是能夠同時測試八個芯片電特性的八元測試探針卡。
15．如權利要求1所述的測試IC芯片的探針卡，其中固定環是方形的，且沿印刷電路板的窗口安裝于其下側上。
16．如權利要求1所述的測試IC芯片的探針卡，其中固定環和固定橋形成為一體。
17．如權利要求1所述的測試IC芯片的探針卡，其中固定環和固定橋由陶瓷材料制成。
18．如權利要求1所述的測試IC芯片的探針卡，其中芯片測試用探針靠環氧樹脂固定于固定環和固定橋上。
19．如權利要求1所述的測試IC芯片的探針卡，其中芯片測試用探針由鎢材料制成。
全文摘要
提供一種測試集成電路(IC)芯片的探針卡,包括:印刷電路板,其上具有測試電路,其中央還具有窗口;連接到印刷板上的多個探針,用于探測形成于芯片上的焊盤;圍繞印刷電路板的窗口安裝的固定環,由此固定連接于印刷電路板上的芯片測試用探針;在與固定環相互交叉的兩相鄰芯片的接觸區附近安裝的固定橋,固定某些用于探測靠近兩相鄰芯片間的線形成的接觸焊盤的探針。
文檔編號H05K1/11GK1218285SQ9810287
公開日1999年6月2日 申請日期1998年7月16日 優先權日1997年11月18日
發明者李漢植, 金訓正 申請人:三星電子株式會社