一种基于微纳米管阵列的TSV转接板测试装置及方法与流程

本发明涉及半导体测试技术领域，尤其涉及一种晶圆无损测试装置及测试方法。

背景技术：

以硅通孔(tsv)为核心的三维集成技术是半导体封装技术领域近年来的研发热点，特别是2.5dtsv转接板技术的出现，为实现低成本、小尺寸芯片系统封装替代高成本系统芯片(soc)提供了解决方案。tsv转接板作为中介层，实现芯片和芯片、芯片与基板之间的三维互连，降低了系统芯片制作成本和功耗。

基于tsv转接板的先进封装结构对tsv转接板本身的可靠性要求也较高，因此需要对tsv转接板进行测试，以确保tsv导电通孔以及重新布线层的良率。目前tsv转接板的测试非常困难，主要有以下几个原因：1)tsv转接板通常是通过正面通孔、背面露头等工艺形成的，工艺完成后tsv转接板的厚度非常薄，一般只有几十到一两百微米，机械强度很低，比较难以拿持，容易碎片；2)tsv转接板包括平面方向重新布线线路和垂直方向通孔线路。平面内rdl线路可以通过常规探针方法实现，但是测试垂直方向时，无法在上下表面同时使用探针进行测试，否则转接板很容易发生破碎；3)tsv转接板表面通常有密度非常高的微小凸点，常规探针由于尺寸限制，所以难以测试高密度微凸点。

针对tsv转接板测试中转接板厚度较薄容易碎片难以拿持，垂直方向通孔线路无法在正反面同时采用常规探针测试，以及常规探针无法进行微小凸点测试等问题，本发明提出了一种新型的基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置及方法，至少部分的克服了上述问题。

技术实现要素：

针对现有技术中tsv转接板测试中转接板厚度较薄容易碎片难以拿持，垂直方向通孔线路无法在正反面同时采用常规探针测试，以及常规探针无法进行微小凸点测试等问题，根据本发明的一个方面，提供一种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置，包括：

衬底；

导电层，所述导电层设置在所述衬底的上表面；

以及微尺寸探针阵列，所述微尺寸探针阵列设置成与所述导电层电连接。

在本发明的一个实施例中，所述衬底的材料为硅、玻璃、sic、陶瓷、金属。

在本发明的一个实施例中，所述导电层为沉积或帖覆在所述衬底的金属层。

在本发明的一个实施例中，所述微尺寸探针阵列的探针受力后可以弯曲变形。

在本发明的一个实施例中，所述微尺寸探针阵列的探针为导电的微纳米管或者半导体的微纳米管。

在本发明的一个实施例中，所述微尺寸探针阵列的探针为中空的导电的微纳米管或者半导体的微纳米管。

在本发明的一个实施例中，所述微尺寸探针阵列的探针为半导体或者绝缘的中空的微纳米管。

根据本发明的另一个实施例，提供一种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行tsv转接板测试的测试方法，包括：

加载待测tsv转接板并固定；

垂直移动待测tsv转接板，使基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置的微尺寸探针接触到待测tsv转接板的底面焊盘；

在待测tsv转接板的顶面焊盘上设置正面探针；

利用正面探针作为一个电极，利用基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置的导电层作为另一电极进行测试；以及记录测试结果，完成测试。

在本发明的另一个实施例中，所述加载待测tsv转接板并固定是通过设置盖板固定待测tsv转接板或者通过真空吸盘固定待测tsv转接板。

在本发明的另一个实施例中，所述tsv转接板的底面焊盘为凸点。

根据本发明的又一个实施例，提供一种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行tsv转接板测试的测试方法，包括：

加载待测tsv转接板并固定；

垂直移动待测tsv转接板，使基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置的微尺寸探针接触到待测tsv转接板的底面焊盘；

在待测tsv转接板的顶面焊盘上设置正面探针；

利用正面双探针作为两个电极进行快速测试。

本发明提供一种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置及方法，通过制作微纳米管探针阵列来支撑tsv转接板晶圆，再结合盖板或者真空吸附对tsv转接板进行固定，在tsv转接板不损伤的情况下确保其下表面的凸点或焊盘能够形成有效电连接。然后再在tsv转接板晶圆上方采用传统探针方法完成测试。基于本发明的该种微纳米管阵列的tsv转接板测试装置及方法无需在底面制作专用的探针阵列，可以同时完成tsv转接板的水平布线和垂直通孔的测试，同时，由于微纳米管探针的柔性，可以保证接触到所有的微凸点，而且不会损伤微凸点。

附图说明

为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出根据本发明的一个实施例形成的一种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置100的剖面示意图。

图2示出根据本发明的一个实施例形成的一种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置100的探针结构剖面示意图。

图3示出根据本发明的另一实施例形成的一种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置100的探针结构剖面示意图。

图4示出根据本发明的又一实施例形成的一种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置100的探针结构剖面示意图。

图5示出根据本发明的一个实施例采用该种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行一种tsv转接板测试的剖面结构500的示意图。

图6示出根据本发明的另一实施例采用该种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行另一种tsv转接板测试的剖面结构600的示意图。

图7示出根据本发明的又一实施例采用该种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置结合盖板进行一种tsv转接板测试的剖面结构700的示意图。

图8示出根据本发明的一个实施例形成的盖板740的俯视图。

图9示出根据本发明的一个实施例采用该种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行一种tsv转接板测试的测试流程图。

图10示出根据本发明的又一实施例采用该种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行一种tsv转接板测试的测试流程图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

本发明提供一种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置及方法，通过制作微纳米管探针阵列来支撑tsv转接板晶圆，再结合盖板或者真空吸附对tsv转接板进行固定，在tsv转接板不损伤的情况下确保其下表面的凸点或焊盘能够形成有效电连接。然后再在tsv转接板晶圆上方采用传统探针方法完成测试。基于本发明的该种微纳米管阵列的tsv转接板测试装置及方法无需再底面制作专用的探针阵列，可以同时完成tsv转接板的水平布线和垂直通孔的测试，同时，由于微纳米管探针的柔性，可以保证接触到所有的微凸点，而且不会损伤微凸点。

下面结合图1来详细介绍根据本发明的一个实施例形成的一种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置。图1示出根据本发明的一个实施例形成的一种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置100的剖面示意图。如图1所示，该基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置100进一步包括衬底110、导电层120和微尺寸探针阵列130。

衬底110起到对该基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置100的支撑作用，衬底110可以为硅片衬底、玻璃衬底、sic衬底、陶瓷衬底、金属衬底、有机材料衬底等。

导电层120设置在衬底110上方，起到与探针的电连接作用。在本发明的一个实施例中，可以通过在衬底110上沉积金属形成导电层120。然而本领域的技术人员可以了解到，还可以通过帖覆金属、沉积半导体材料结合掺杂等工艺形成导电层120。

微尺寸探针阵列130设置在导电层120的上方，起到电连接导电层120至被测焊盘或凸点的作用。微尺寸探针阵列130为柔性/弹性材料，受力后具有一定的弯曲形变能力。在本发明的一个实施例中，通过在导电层120上生长微纳米管(如碳纳米管)形成微尺寸探针阵列130。

图2至图4示出了微尺寸探针阵列130的几种不同结构。图2示出根据本发明的一个实施例形成的一种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置100的探针结构剖面示意图；图3示出根据本发明的另一实施例形成的一种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置100的探针结构剖面示意图；图4示出根据本发明的又一实施例形成的一种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置100的探针结构剖面示意图。如图2所示，微尺寸探针阵列130的探针结构130a为设置在导电层120上的实心的探针，探针结构130a可以为导电的微纳米管或者半导体的微纳米管；如图3所示，微尺寸探针阵列130的探针结构130b为设置在导电层120上的中空的探针，中空内无填充，起到更好的柔性效果，探针结构130b可以为导电的微纳米管或者半导体的微纳米管；如图4所示，微尺寸探针阵列130的探针结构130c为设置在导电层120上的中空的探针，中空结构131内填充导电液体132，起到更好的柔性效果，探针结构130b可以为导电的微纳米管、半导体的微纳米管，或者绝缘的微纳米管。

下面结合图5来详细介绍根据本发明的一个实施例采用该种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行tsv转接板测试情况。图5示出根据本发明的一个实施例采用该种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行tsv转接板测试的剖面结构500的示意图。如图5所示，该基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行tsv转接板测试的剖面结构500进一步包括基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置510、tsv转接板520以及顶面测试探针530。

基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置510进一步包括衬底511、导电层512和微尺寸探针阵列513。

tsv转接板520设置在基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置510上面，进一步包括底面焊盘521、顶面焊盘522以及tsv导电通孔523。其中tsv转接板520的底面焊盘521与基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置510的微尺寸探针阵列513接触形成电连接。

顶面测试探针530设置在tsv转接板520的上面，与tsv转接板520的顶面焊盘522电连接。测试时，以顶面测试探针530为一个电极，以基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置510的导电层512为一个电极，可以测量一个tsv导电通孔523的通断；如果以一对顶面测试探针530为电极，以导电层512和微尺寸探针阵列513为导电回路，可以测试两个tsv导电通孔523的通断。

下面再结合图6来详细介绍根据本发明的另一个实施例采用该种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行一种tsv转接板测试情况。图6示出根据本发明的另一实施例采用该种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行另一种tsv转接板测试的剖面结构600的示意图。如图6所示，该基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行一种tsv转接板测试的剖面结构600与前述基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行一种tsv转接板测试的剖面结构500的区别仅在于tsv转接板620的结构不同。该基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行一种tsv转接板测试的剖面结构600进一步包括基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置610、tsv转接板620以及顶面测试探针630。

基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置610进一步包括衬底611、导电层612和微尺寸探针阵列613。

tsv转接板620设置在基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置610上面，进一步包括底面凸点621、顶面焊盘622以及tsv导电通孔623。其中tsv转接板620的底面凸点621与基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置610的微尺寸探针阵列613接触形成电连接。

顶面测试探针630设置在tsv转接板620的上面，与tsv转接板620的顶面焊盘622电连接。测试时，以顶面测试探针630为一个电极，以基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置610的导电层612为一个电极，可以测量一个tsv导电通孔623的通断；如果以一对顶面测试探针630为电极，以导电层612和微尺寸探针阵列613为导电回路，可以测试两个tsv导电通孔623的通断。

下面再结合图7来详细介绍根据本发明的又一实施例采用该种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行一种tsv转接板测试情况。图7示出根据本发明的又一实施例采用该种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置结合盖板进行一种tsv转接板测试的剖面结构700的示意图。如图7所示，该基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行一种tsv转接板测试的剖面结构700与前述基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行一种tsv转接板测试的剖面结构500的区别仅在于在tsv转接板720进一步设置有盖板740。其他结构、连接关系与功能与前述实施例相同，在此不再赘述。

盖板740设置在tsv转接板720上，用来压住并固定tsv转接板720。在本发明的又一实施例中还可以通过在tsv转接板底部采用吸盘固定tsv转接板。图8示出根据本发明的一个实施例形成的盖板740的俯视图，如图8所示，该盖板740进一步包括盖板主体741和焊盘窗口742，以确保顶面测试探针730能有效接触到tsv转接板720的顶面焊盘。

下面结合图9来详细描述一种基于本发明的该种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行一种tsv转接板测试的测试方法。图9示出根据本发明的一个实施例采用该种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行一种tsv转接板测试的测试流程图。

首先，在步骤910，加载待测tsv转接板并固定。在本发明的一个实施例中，通过上盖板对待测tsv转接板进行固定；在本发明的另一实施例中，通过真空吸盘对待测tsv转接板进行固定。

接下来，在步骤920，垂直移动待测tsv转接板，使基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置的微尺寸探针接触到待测tsv转接板的底面焊盘。从而使待测tsv转接板的顶面焊盘通过tsv导电通孔、微尺寸探针与基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置的导电层形成电连接。

然后，在步骤930，在待测tsv转接板的顶面焊盘上设置正面探针。

接下来，在步骤940，利用正面探针作为一个电极，利用基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置的导电层作为另一电极进行测试。

最后，在步骤950，记录测试结果，完成测试。

下面再结合图10来详细描述另一种基于本发明的该种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行一种tsv转接板测试的测试方法。图10示出根据本发明的又一实施例采用该种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置进行一种tsv转接板测试的测试流程图。

首先，在步骤1010，加载待测tsv转接板并固定。在本发明的一个实施例中，通过上盖板对待测tsv转接板进行固定；在本发明的另一实施例中，通过真空吸盘对待测tsv转接板进行固定。

接下来，在步骤1020，垂直移动待测tsv转接板，使基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置的微尺寸探针接触到待测tsv转接板的底面焊盘。从而使待测tsv转接板的顶面焊盘通过tsv导电通孔、微尺寸探针与基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置的导电层形成电连接。

然后，在步骤1030，在待测tsv转接板的顶面焊盘上设置正面探针。

接下来，在步骤1040，利用正面双探针作为两个电极进行快速测试。

然后，在步骤1050，判断测试是否通过？

若未通过，进入步骤1060，定位缺陷tsv通孔，然后进入步骤1070。

若通过，直接进入步骤1070.

最后，在步骤1070，记录测试结果，完成测试。

基于本发明提供的该种基于微纳米管阵列的tsv转接板测试装置及方法，通过制作微纳米管探针阵列来支撑tsv转接板晶圆，再结合盖板或者真空吸附对tsv转接板进行固定，在tsv转接板不损伤的情况下确保其下表面的凸点或焊盘能够形成有效电连接。然后再在tsv转接板晶圆上方采用传统探针方法完成测试。基于本发明的该种微纳米管阵列的tsv转接板测试装置及方法无需再底面制作专用的探针阵列，可以同时完成tsv转接板的水平布线和垂直通孔的测试，同时，由于微纳米管探针的柔性，可以保证接触到所有的微凸点，而且不会损伤微凸点。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。