[发明专利]探针卡装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造过程中的芯片测试领域，特别涉及一种芯片测试系统的探针卡装置。

背景技术

由于日益复杂的集成电路、材料和工艺的迅速引入，在今天的硅片制造中几乎不可能每个芯片都符合规格要求，为纠正制作过程中的问题，并确保有缺陷的芯片不会被送到客户手里，在集成电路制造过程中引入了芯片测试(CP，Circuit Probing)。芯片测试是为了检验规格的一致性而在硅片级集成电路上进行的电学参数测量和功能测试，测试可以检验出各芯片是否具有可接受的电学性能和完整的功能，其测试过程中使用的电学规格随测试目的的不同而有所不同。如果芯片测试不完善，就可能造成更多的产品在客户使用过程中失效，最终给芯片制造者带来严重的后果，为此在集成电路的制造过程中引入能够及早发现工艺问题和将不良的芯片挑选出来的芯片测试是必不可少的。

图1为芯片测试系统的组成结构示意图，如图1所示，芯片测试系统包括测试仪(Tester)101、探针卡(Probe Card)102、探针台(Prober)103以及控制测试系统操作的计算机104。其中，测试仪101是能够在测试结构上快速、准确、重复地测量亚微安级电流和毫伏级电压的自动测试仪。探针卡，作为自动测试仪与待测器件之间的接口，通常是一个带有很多细针的印刷电路板，通过这些细针与待测器件间的接触，传递进出器件测试结构压焊点的电流，每个探针都是为特殊测试结构的压焊点而定制的，即每个产品都需要一个特殊的探针卡。探针台，也称为芯片定位装置，可以在X、Y、Z和θ方向调整待测器件的位置，确保所有探针处于芯片压焊点的中心，并在测试时通过马达在X-Y方向按固定步长移动晶片，实现芯片的自动测试。

测试时，测试仪101经由探针卡102将电流或电压信号输入到探针台103上的被测器件(DUT，Device Under Test)内，然后再将该器件对于输入信号的响应结果，返回到测试仪101。这其中，测试仪与探针卡之间的连接最为关键。测试仪与探针卡之间的连接方式可以分为两种：一是电缆连接方式(CableEnd)，通过测试仪提供的相应的标准导线接头将测试仪与探针卡连在一起；另一种是压合式连接方式(Direct Docking)，将测试仪的测试头(Test Head)直接扣在探针台上，通过测试头引出的可伸缩性探针和探针卡上的金属基板相接触实现测试仪和探针卡间的信号传输。可以看到，两种方式之间的硬件连接完全不同，一套芯片测试系统只能选择其中一种方式进行连接。

随着集成电路的飞速发展，集成电路的种类越来越多，不同类型的集成电路有时会用到不同的测试仪。另外，不同的测试目的，比如说，晶圆级可靠性测试(Wafer Level Reliability Test)，晶圆可接受性测试(WAT，WaferAcceptance Test)等，这些测试用到的测试仪也不尽相同。这样，旧的测试系统就不能满足新的要求，需要配备新的芯片测试系统，而一套芯片测试系统的价格往往很高。为节约成本，希望能利用原有芯片测试系统中的旧探针台与具有新的参数测试功能的测试仪配合使用，实现各种芯片参数和功能测试，而不用再购置新的昂贵的芯片测试系统进行专门的新的参数的测试。然而，一般芯片测试系统中的测试仪与探针台都是搭配使用的，不同测试系统内的测试仪与探针台具有不同的连接方式和外形，不能直接连接使用。

要将不配套的探针台与测试仪相连，并实现芯片测试，关键是要在测试仪与探针台之间进行硬件连接，实现电信号的传输。实现这一连接有两个途径，一是改造测试仪的测试头，二是改造测试仪与探针台之间的探针卡。很明显，对于测试头的改造需要较大的资金投入，实现起来也比较困难。

申请号为200410084373.8的中国专利公开了一种导线连接式圆形探针卡基板，解决了非压合连接方式下的测试仪与探针台的硬件连接问题。该基板是一块多层布线的印刷电路板，沿圆心向圆周的方向上，依次设计放置了探针环放置区，第一测试资源跳线焊盘区，测试资源基盘区，第二测试资源跳线焊盘区，测试通道连接器装配区，固定定位孔区等，并且为了方便装配，还需在装配区形成一个内凹区域。虽然该探针卡基板不用再单独购买测试系统，节约了一定的成本，但仍有以下不足：首先，该探针卡基板需重新制作一种专用的导线连接式的探针卡，成本仍比较高。其次，所制作的探针卡只适用于单一的测试仪与探针台，通用性不强。另外，该基板除了要重新设计探针卡的结构外，还为了装配方便，要形成一个内凹的区域，制作起来较为复杂。

发明内容