探针头接收器和探针卡组件的制作方法

本发明的实施例涉及半导体领域，更具体地涉及探针头接收器和探针卡组件。

背景技术：

集成电路的质量验证在制造的各个阶段都需要。具有多个探针引脚的探针卡组件可以用于在集成电路上执行质量验证。探针卡组件的探针引脚可以接触晶圆或芯片的表面上的导电焊盘或金属凸块以传递电信号。

减少导电焊盘或金属凸块的间距，以满足集成电路的尺寸缩小的要求。例如，晶圆或芯片上的导电焊盘的每个的尺寸经过测试可以减小至大约40微米(μm)，这意味着每个探针引脚都可以具有大约40μm的最大尺寸。因此，探针头接收器的每个孔口(aperture)都可以具有60μm的最大尺寸，以保证每个探针引脚可以通过每个孔口。此外，在组装期间每个探针引脚行进距离相对大于每个孔口的尺寸。

手动组装具有25,000个探针引脚的探针卡组件可能需要至少35个工作日，其中每个探针引脚手动插入至探针头接收器的每个孔口。探针引脚至探针头接收器的孔口的自动插入可以减少探针卡组件的操作时间，然而，甚至一个探针引脚至对应的孔口的未对准都可能导致探针卡组件的故障。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了一种探针头接收器，包括：第一模板，所述第一模板包括具有第一尺寸的多个孔口；导向板，所述导向板包括具有第二尺寸的多个孔口，所述第一模板的多个孔口中的每个都与所述导向板的多个孔口中的每个对准；以及间隔件，所述间隔件位于所述第一模板和所述导向板之间，其中，所述第二尺寸不同于所述第一尺寸。

本发明的实施例还提供了一种探针头接收器，包括：导向板，所述导向板具有多个侧壁，以将目标从第一方向引导至与所述第一方向不同的第二方向，所述多个侧壁中的每个都限定孔口；第一模板，所述第一模板具有多个孔口，所述第一模板的多个孔口中的每个都与所述导向板的多个孔口中的每个对准；间隔件，所述间隔件位于所述第一模板和所述导向板之间。

本发明的实施例还提供了一种探针卡组件，包括：探针头接收器，所述探针头接收器包括：第一模板，所述第一模板具有多个孔口；导向板，所述导向板具有顶面和底面以及形成在所述导向板中的多个漏斗形孔口，所述多个漏斗形孔口从所述顶面延伸至所述底面；和间隔件，所述间隔件位于所述第一模板和所述导向板之间，以及多个探针引脚，所述多个探针引脚中的每个都穿过所述第一模板的多个孔口中的每个、并且穿过所述多个漏斗形孔口中的每个。

附图说明

当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以最佳地理解本发明的各个实施例。应该注意，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增加或减少。

图1示出了根据本发明的一些实施例的探针头接收器。

图2示出了根据本发明的一些实施例的导向板。

图3示出了根据本发明的一些实施例的另一探针头接收器。

图4示出了根据本发明的一些实施例的另一探针头接收器。

图5示出了根据本发明的一些实施例的空间变换器(space transformer)。

图5A示出了根据本发明的一些实施例的探针引脚。

图5B示出了根据本发明的一些实施例的另一探针引脚。

图5C示出了根据本发明的一些实施例的另一探针引脚。

图6示出了根据本发明的一些实施例的组装探针头接收器和空间变换器的操作。

图7示出了根据本发明的一些实施例的组装探针头接收器和空间变换器的另一操作。

图8示出了根据本发明的一些实施例的探针卡组件。

图9示出了根据本发明的一些实施例的组装探针头接收器和空间变换器的另一操作。

具体实施方式

以下公开内容提供多种不同的实施例或实例，用于实现所提供主题的不同部件。下文描述组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅是实例并且不意欲限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之间的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。另外，本发明可以在各个实例中重复参考标号和/或字符。这种重复是为了简化和清楚的目的，并且其本身并不表示所讨论的实施例和/或配置之间的关系。

此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等的空间关系术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。装置可以以其他方式定位(旋转90度或在其他方位)，并且在本文中使用的空间关系描述符可以同样地作相应地解释。

需要具有相对较少的制造时间的探针卡组件。

图1示出了根据本发明的一些实施例的探针头接收器。

参考图1，探针头接收器10可以包括模板101、连接元件102、模板103、间隔件104、导向板105、连接元件106、模板107、连接元件108以及模板109。

根据设计的要求，模板101、103、107和109、导向板105以及间隔件104可以具有各种形状和尺寸。例如，模板101、103、107和109、导向板105以及间隔件104的形状可以是矩形或圆形、或者可以具有不规则的形状。

每个模板101、103、107和109的厚度的示例性范围为大约250微米(μm)至大约675μm，其中，在图1的背景下，与模板101、103、107和109相关的术语厚度表示垂直尺寸。每个模板101、103、107和109的厚度都为大约500μm。

在间隔件104上设置模板101和103。模板101和103通过连接元件102固定。例如，连接元件102可以包括销、夹子等。模板101和间隔件104可以通过与连接元件102类似或相同的其它连接元件(图1中未示出)固定。

模板101包括多个孔口51。孔口51可以是在模板101中形成的多个通孔(through holes)。孔口51的形状可以是矩形或圆形，但可以根据本发明一些其它实施例变化。孔口51的尺寸或宽度的示例性范围为大约50μm至大约70μm，其中，在图1的背景下，与孔口51相关的术语尺寸或宽度表示水平尺寸。孔口51的尺寸或宽度为大约60μm。孔口51的尺寸或宽度为大约55μm。模板101的每个孔口51都具有在模板101的顶面(图1中未标注)上的宽度W3和在模板101的底面(图1中未标准)上的宽度W4，其中，宽度W3与宽度W4基本上相同。

模板103包括多个孔口53。孔口53可以是形成在模板103中的多个通孔。孔口51的数量可以与孔口53的数量相同。多个孔口51中的每个都与多个孔口53中每个对准。孔口53与对应的孔口51对准。孔口53具有的形状和尺寸可以与孔口51的形状和尺寸类似或相同。

模板101和模板103的示例性材料可以包括(但不限于)硅、氮化硅、塑料以及石英。

间隔件104设置在模板101和导向板105之间。间隔件104的示例性材料可以包括(但不限于)诸如钢的金属、或者具有良好的平整度的其它刚性材料，并且可以对模板101和导向板105提供稳定性。间隔件104的厚度的示例性范围为大约3毫米(mm)至大约5mm。间隔件104的厚度为大约4mm。

导向板105设置在间隔件104下方。导向板105和间隔件104可以通过与连接元件102类似的连接元件(图1中未示出)固定。导向板105的厚度的示例性范围为大约250μm至大约675μm。导向板105的厚度为大约500μm。导向板105的示例性材料可以包括(但不限于)陶瓷、FR4、聚酰亚胺等。

导向板105包括多个孔口55。孔口55可以是形成在导向板105中的多个通孔。孔口55的数量可以与孔口51的数量相同。多个孔口55中的每个都与多个孔口51中的每个对准。孔口55与对应的孔口51对准。孔口55可以具有与孔口51和53不同的形状。孔口55可以具有与孔口51和53的尺寸不同的尺寸。下文参考图2对导向板105的细节进一步描述。

图2示出了根据本发明的一些实施例的导向板。

参考图2，示出了导向板105的放大图。形成在导向板105中的每个孔口55都可以是漏斗形状。每个孔口55都从导向板105的顶面(图2中未标注)延伸至底面(图2中未标注)。每个孔口55都可以具有向下变小的尺寸或宽度。每个孔口55都具有在导向板105的顶面(图2中未标注)上的宽度W1和在导向板105的底面(图2中未标注)上的宽度W2，其中，宽度W1大于宽度W2。图2中示出的宽度W2与图1中示出的宽度W3基本上相同。每个孔口55都通过侧壁55s限定。每个孔口55的尺寸都大于每个孔口51的尺寸。宽度W1比宽度W2大约13μm至14μm。宽度W1比宽度W2大约15μm。

再次参考图1，在导向板105下方设置模板107。模板107和导向板105可以通过与连接元件102类似或相同的连接元件106固定。模板107包括多个孔口57。孔口57可以是形成在模板107中的多个通孔。孔口57的数量可以与孔口55的数量相同。多个孔口57中的每个都与多个孔口55中的每个对准。孔口57与对应的孔口55对准。孔口57具有的形状和尺寸可以与孔口51的形状和尺寸相似或相同。模板107可以包括与模板101的材料类似或相同的材料。

在模板107下方设置模板109。模板109和模板107通过连接元件108固定，连接元件108可以与连接元件102类似或相同。模板109包括多个孔口59。孔口59可以是形成在模板109中的多个通孔。孔口59的数量可以与孔口57的数量相同。多个孔口59中的每个都与多个孔口57中的每个对准。孔口59与对应的孔口57对准。孔口59具有的形状和尺寸可以与孔口51的形状和尺寸类似或相同。模板109可以包括与模板101的材料类似或相同的材料。

图3示出了根据本发明的一些实施例的另一探针头接收器。

参考图3，探针头接收器11可以与参考图1示出和描述的探针头接收器10类似，但是导向板105和模板101被交换或互换。导向板105设置在间隔件104上方。模板103设置在导向板105上方。导向板105设置在模板103和间隔件104之间。

图4示出了根据本发明的一些实施例的另一探针头接收器。

参考图4，探针头接收器12与参考图1示出和描述的探针头接收器10类似，但是通过模板101'代替模板105。模板101'可以具有与模板101类似或相同的结构。

图5示出了根据本发明的一些实施例的空间变换器。

参考图5，空间变换器20可以包括空间变换器板120、印刷电路板(PCB)140、固定环110以及探针引脚130。

例如，空间变换器板120可以包括(但不限制于)衬底120。衬底120包括接触焊盘121。通过倒装芯片接合将衬底120接合至印刷电路板140，两者之间具有焊料球122。可以预期的是，空间变换器板120可以包括其它类型的载体(图5中未示出)，载体可以通过粘合剂附接至印刷电路板140并且接触焊盘121可以通过引线电连接至印刷电路板140。金属线和过孔(图5中未示出)形成在衬底120中，使得焊接球122可以具有比在衬底120上的接触焊盘121更大的间距。

接触焊盘121配置成具有与探针引脚130相同的间距，使得当探针引脚130与被测器件(DUT，未示出)的接触焊盘接触时，接触焊盘可以物理接触探针引脚130，被测器件的接触焊盘具有至焊料球122电连接，这将印刷电路板140连接至空间变换器板120。被测器件可以包括形成在晶圆上的集成电路。，例如，接触焊盘121可以包括铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)或它们的混合物、合金及组合。

固定环110固定在印刷电路板140上。每个固定环110都具有开口111。

探针引脚130配置为具有与参考图1描述和示出的孔口51、53、55、57和59相同间距。探针引脚130的尺寸或宽度的示例性范围为大约35μm至大约45μm，其中在图5的背景下，与探针引脚130相关的术语尺寸或宽度表示水平尺寸。探针引脚130的尺寸或宽度为大约40μm。探针引脚130的间距的示例性范围为大约35μm至大约45μm。探针引脚130的间距为大约40μm。例如，探针引脚130可以包括(但不限制于)形成为矩阵的27,000个引脚。探针引脚130由诸如金属的导电材料形成。

图5A示出了根据本发明的一些实施例的探针引脚。

参考图5A，探针引脚130a附接有一个探针引脚停止件132，该探针引脚停止件具有比对应的探针引脚130a的横向尺寸W6大的横向尺寸W5。探针引脚停止件132可以覆(coat)在在探针引脚130a上，并且该探针引脚停止件可以由导电或介电材料形成。

图5B示出了根据本发明的一些实施例的另一探针引脚。

参考图5B，探针引脚停止件132是探针引脚130b的压缩部分，并且因此该探针引脚停止件由与探针引脚130b相同的材料形成。在图5A和图5B中，探针引脚130a和130b可以具有圆形截面图。

图5C示出了根据本发明的一些实施例的另一探针引脚。

参考图5C，探针引脚130c可以具有矩形(诸如正方形)截面图(顶视图或底视图)，并且探针引脚停止件132可以镀在探针引脚130c上。在实施例中，一个探针引脚130c的整体(除去其上形成或附接探针引脚停止件132的部分)具有统一的横向尺寸W6和统一的截面形状。根据一些其它实施例，探针引脚130c的不同部分可以具有不同的横向尺寸。

图6示出了根据本发明的一些实施例的组装探针头接收器和空间变换器的操作。

参考图6，将探针引脚130插入探针头接收器10。每个探针引脚130必须依次通过孔口53、51、55、57以及59，使得形成在每个探针引脚130上的探针引脚停止件132(图6中未示出)可以将探针引脚130支撑在模板103的顶面(图6中未标注)上。每个探针引脚130必须依次通过孔口53、51、55、57以及59，使得形成在固定环110中的开口111可以接收固定引脚41，以将探针头10结构固定至固定环110。

图8示出了根据本发明的一些实施例的探针卡组件。

参考图8，探针卡组件1可以包括探针头接收器10和空间变换器20。如图6所示，一旦探针引脚130精确通过孔口53、51、55、57以及59，其意味着探针引脚130与对应的孔口53、51、55、57以及59很好地对准，形成在每个探针引脚130上的探针引脚停止件132就可以将每个探针引脚130都支撑在模板103的顶面(图8中未标注)上。能够通过形成在间隔件104中的通孔的固定引脚41可以被形成在固定环110中的开口111接收，以将探针头接收器10固定至空间变换器20，从而形成探针卡组件1。

探针卡组件1包括模板101、连接元件102、模板103、间隔件104、导向板105、连接元件106、模板107、连接元件108、模板109、空间变换器板120、印刷电路板(PCB)140、固定环110以及探针引脚130。印刷电路板140提供至测试设备的电连接，空间变换器板120提供介于印刷电路板140和探针头接收器10之间的电连接，该探针头接收器可以小于空间变换器20。空间变换器板120可以制作为单层材料或由多层材料形成。例如，空间变换器板120可以是多层陶瓷(MLC)。根据本发明的一些其他实施例，空间变换器板120可以是使用硅晶圆制造技术制成的多层硅(MLS)空间变换器板120。与多层陶瓷空间变换器板120相比，多层硅空间变换器板120可以提供更好的接触间距。

探针头接收器10支撑多个探针引脚130，使该探针引脚与被测器件(图8中未示出)接触。当探针引脚130与DUT(图8中未示出)的接触焊盘接触时，探针引脚130延伸穿过导向板105中的孔口55、并且穿过模板103、101、107和109中的孔口53、51、57和59，以及与空间变换器板120上的接触焊盘121接触。接触焊盘121的实例包括(但不限于)焊盘和柱形凸块。

模板103、101、107和109以及导向板105设置并且对准探针引脚130，以匹配被测器件上期望的接触焊盘的图案。间隔件104提供介于模板101和导向板105之间的期望的间隔并且也可以用于将探针头接收器10附接至空间变换器20。模板103可以直接附接至空间变换器20，例如，通过接合，或者可以与图8中描述的空间变换器20分隔开，这取决于具体实施方案。诸如扣件(fastener)结构的其它结构可以用于将探针头接收器106保持在相对于空间变换器20的合适的位置中，为了说明的目的而在图8中未示出。

根据本发明的一些实施例，由刚性材料制成孔口103、101、107以及109和/或导向板105以提供探针接脚的足够对准和热稳定性，从而确保与被测器件适当地接触。例如，模板103、101、107以及109和/或导向板105的一个或多个部分或全部可以涂覆具有非导电材料。示例性非导电材料包括(但不限于)诸如二氧化硅(SiO₂)、橡胶以及其它非导电材料的绝缘涂覆材料。如果导向板材料不充分绝缘，那么模板103中的孔口53、模板101中的孔口51、模板107中的孔口57和模板109中的孔口59、以及导向板105中的非导电材料的使用防止探针引脚130之间的短路。

图7示出了根据本发明的一些实施例组装探针头接收器和空间变换器的另一操作。

参考图7，示出了在任一探针引脚130未对准至任一孔口53、51的情况下，组装探针头接收器10和空间变换器20的另一操作。在插入操作期间如果探针引脚130偏转或未对准，那么由于其间距离较短，所以探针引脚130仍可以穿过孔口53和孔口51，然而，当探针引脚130在偏转方向上持续行进间隔件104的相对长的间隔时，探针引脚130可能不能通过导向板105的孔口55，并且该探针引脚可能接触孔口55的侧壁55s。

孔口55的侧壁55s能够将探针引脚130从偏转方向引导至与偏转方向不同的其它方向(例如，图7中虚线示出的方向“Y”)上，使得探针引脚130可以返回以穿过孔口55、57以及59，从而执行组装操作，以形成图8中示出的探针卡组件1。由于导向板105的设计，将27,000的数量的探针引脚自动插入探针头接收器10可以需要大约8个工作日。

图9示出了根据本发明的一些实施例的组装探针头接收器和空间变换器的另一操作。

参考图9，示出了在任一探针引脚130未对准至任一孔口53、51的情况下，组装探针头接收器12(如图4所示)和空间变换器20的另一操作。在插入操作期间如果探针引脚130偏转或未对准，那么由于探针引脚和孔口之间的距离相对较短，所以探针引脚130仍可以通过孔口53和孔口51，然而，在探针引脚130在偏转方向上持续行进间隔件104的相对长的间隔时，探针引脚130可能不能通过模板101'的孔口51'，并且该探针引脚130可能接触模板101'的顶面(图9中未标注)。模板101'的顶面(图9中未标注)可能无法将探针引脚130引导回来以穿过孔口51'，并且会严重损坏探针引脚130。

力检测器可以设置在自动引脚安装器上，以将探针引脚130插入图1、图3以及图4中示出的探针头接收器10、11以及12。力检测器可以检测力(例如，向下的力)是否超过了预定值或阈值，例如，5g。如果检测到的力大于阈值，那么自动引脚安装器可以停止插入操作并且使探针引脚130上升以避免受损。

根据本发明的一些实施例，探针头接收器包括：第一模板、导向板以及间隔件。第一模板包括具有第一尺寸的多个孔口。导向板包括具有第二尺寸的多个孔口，第一模板的多个孔口中的每个都与导向板的多个孔口中的每个对准。间隔件位于第一模板和导向板之间。第二尺寸不同于第一尺寸。

根据本发明的一些实施例，探针头接收器包括：导向板、第一模板以及间隔件。导向板具有多个侧壁以将目标(object)从第一方向引导至与第一方向不同的第二方向。多个侧壁中的每个都限定孔口。第一模板具有多个孔口。第一模板的多个孔口中的每个都与导向板的多个孔口中的每个对准。间隔件位于第一模板和导向板之间。

根据本发明的一些实施例，探针卡组件包括探针头接收器和多个探针引脚。探针头接收器包括第一模板、导向板以及间隔件。第一模板具有多个孔口。导向板具有顶面和底面以及多个形成在导向板中的漏斗形孔口。漏斗形孔口从导向板的顶面延伸至底面。间隔件位于第一模板和导向板之间。多个探针引脚中的每个都通过第一模板的多个孔口中的每个，并且通过多个漏斗形孔口中的每个。

本发明的实施例提供了一种探针头接收器，包括：第一模板，所述第一模板包括具有第一尺寸的多个孔口；导向板，所述导向板包括具有第二尺寸的多个孔口，所述第一模板的多个孔口中的每个都与所述导向板的多个孔口中的每个对准；以及间隔件，所述间隔件位于所述第一模板和所述导向板之间，其中，所述第二尺寸不同于所述第一尺寸。

根据本发明的一个实施例，其中，所述第二尺寸大于所述第一尺寸。

根据本发明的一个实施例，其中，所述导向板位于所述间隔件下方。

根据本发明的一个实施例，探针头接收器还包括位于所述导向板下方的第二模板。

根据本发明的一个实施例，其中，所述导向板位于所述间隔件上方。

根据本发明的一个实施例，探针头接收器还包括位于所述导向板上方的第二模板。

根据本发明的一个实施例，其中，所述导向板的多个孔口中的每个的宽度都向下变小。

根据本发明的一个实施例，其中，所述导向板的多个孔口中的每个都具有在所述导向板的顶面上的第一宽度和在所述导向板的底面上的第二宽度，其中，所述第一宽度大于所述第二宽度。

根据本发明的一个实施例，其中，所述第一模板的多个孔口中的每个都具有在所述第一模板的顶面上的第三宽度和在所述第一模板的底面上的第四宽度，其中，所述第三宽度与所述第四宽度相同，并且所述第二宽度与所述第三宽度相同。

根据本发明的一个实施例，其中，所述第一宽度比所述第二宽度大15微米。

根据本发明的一个实施例，其中，所述导向板包括陶瓷、FR4或聚酰亚胺中的一种。

本发明的实施例还提供了一种探针头接收器，包括：导向板，所述导向板具有多个侧壁，以将目标从第一方向引导至与所述第一方向不同的第二方向，所述多个侧壁中的每个都限定孔口；第一模板，所述第一模板具有多个孔口，所述第一模板的多个孔口中的每个都与所述导向板的多个孔口中的每个对准；间隔件，所述间隔件位于所述第一模板和所述导向板之间。

根据本发明的一个实施例，其中，所述导向板位于所述间隔件下方。

根据本发明的一个实施例，探针头接收器还包括位于所述导向板下方的第二模板。

根据本发明的一个实施例，其中，所述导向板位于所述间隔件上方。

根据本发明的一个实施例，探针头接收器还包括位于所述导向板上方的第二模板。

根据本发明的一个实施例，其中，所述导向板包括陶瓷、FR4或聚酰亚胺中的一种。

本发明的实施例还提供了一种探针卡组件，包括：探针头接收器，所述探针头接收器包括：第一模板，所述第一模板具有多个孔口；导向板，所述导向板具有顶面和底面以及形成在所述导向板中的多个漏斗形孔口，所述多个漏斗形孔口从所述顶面延伸至所述底面；和间隔件，所述间隔件位于所述第一模板和所述导向板之间，以及多个探针引脚，所述多个探针引脚中的每个都穿过所述第一模板的多个孔口中的每个、并且穿过所述多个漏斗形孔口中的每个。

根据本发明的一个实施例，其中，所述多个所述漏斗形孔口中的每个都具有在所述导向板的顶面上的第一宽度和在所述导向板的底面上的第二宽度，其中，所述第一宽度不同于所述第二宽度。

根据本发明的一个实施例，其中，所述第一宽度大于所述第二宽度。

以上论述了若干实施例的部件，使得本领域的技术人员可以更好地理解本发明的各个实施例。本领域技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或更改其他的处理和结构以用于达到与本发明所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点。本领域技术人员也应该意识到，这些等效结构并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。