以“一次多个”方式构建焊线探针卡的方法

专利名称：以“一次多个”方式构建焊线探针卡的方法
技术领域：
本发明涉及弹性电接触元件，即用于在电部件之间形成压力接触的弹簧触
件(spring contact),更具体来说，本发明涉及弹簧触件以及用来将所述弹簧触件 与基片相连以形成探针卡的结构，所述探针卡用来对晶片上的测试集成电路(IC) 进行探测。
背景技术：
弹性接触元件，即弹簧触件以各种形式制造。在Khandros名为"Method of Manufacturing Electrical Contacts, Using a Sacrificial Member"的美国专禾廿第
5，476,211号及其专利分案美国专利第5，852,871号和第6,049，976号中描述了一 种用来对晶片上的IC进行探测的弹簧触件。这些专利揭示了制造弹性互连元件 的方法，该方法是通过将挠性伸长芯元件(例如金属丝"芯柱"或"骨架")安 装于电子部件的端部，用一种或多种材料在此挠性芯材料上涂敷一个"壳"， 以确保制得的弹簧触件的弹性。用于该芯元件的示例性的材料包括金。示例性 的用于弹性涂层的材料包括镍和镍合金。制得的弹簧接触元件用来在两个或更 多个电子部件之间形成压力连接，包括位于探针卡和晶片上的集成电路之间的 压力连接。
Eldridge、 Grube、 Khandros禾口Mathieu在名为"Method of PIanarizing末立詣s of Probe Elements of a Probe Card Assembly"的美国专利第5,974，662号中描述了弹
簧触件与基片连接形成探针卡，或者具有弹簧触件的其它结构。该专利描述了 探针卡组件，该组件包括基片，基片上安装了伸长弹性弹簧接触元件，以形成 "空间变换器(space transformer)"。空间变换器是多层互连基片，所述基片的一 个表面上设置了具有第一节距(即终端之间的间距)的终端，在相对表面上设置 了具有第二节距的对应的终端。通过在基片层中电路由线路(electrical routing line),进行第一节距至第二节距的"节距扩展"，从而进行间隔变化。在使用时，所述伸长弹簧接触元件的自由端(尖端(tip))形成与被探测或测试的电子部 件上相应的终端的压力连接。
Eldridge， Grube， Khandros禾口Mathieu在名为"Microelectronic Spring Contact Element and Electronic Component Having A Plurality Of Spring Contact Elements"的美国专利第6，482，013号中描述了另一种弹簧接触元件，该专利参考 结合入本文中。该专利描述了通过光蚀刻法而非机械法来制造弹性接触元件。 与机械法形成的接触元件一样，使用光刻法形成的弹性接触元件包含弹性材 料，例如镍和镍合金。为了使用光刻法制造探针卡或者其它具有弹性触件的基 片，通过一系列如下步骤在基片表面上的金属互连焊盘(pad)上形成弹簧触件
对镀敷或沉积材料、施涂光刻胶、使用光刻金属进行掩蔽、以及蚀刻。对于空 间变换器，其上形成了弹性触件的互连焊盘将弹性触件与空间变换器基片内的
电路由线路相连。使用光刻技术，可以实现精密公差，以确保其上形成的弹簧 触件与被测试集成电路上对应的接触焊盘对准。

发明内容
根据本发明，描述了弹性接触结构，可以制得具有极小节距且精密地设置 于支承基片上的弹性接触结构。所述弹性接触结构适于在一端进行引线连接， 从而与电路形成电接触，而另一端提供弹簧触件。具有这些弹簧触件的支承基 片可以以"一次多个"的形式制造，从而降低了制造成本并且足以提高产量。
本发明的弹性接触结构是使用光刻法制造的。弹性接触结构形成于牺牲基 片的释放层上，然后用粘合材料固定在支承基片上，然后除去所述牺牲基片。 然后将现在支承着所述弹性接触结构的支承基片与包括传输线路的基底基片 相连接。所述基底基片可使用粘合剂直接连接。或者基底基片是使用弹性弹簧 连接的，使得支承基片提供柔性平台(compliant platform)。
在一个实施方式中，基底基片的传输线路通过焊线与弹性触件连接。在另 一个实施方式中，当使用弹簧形成柔性平台的时候，使用挠性导线将弹性触件 与基底基材相连。基底基片的传输线路从一个表面上的弹性触件向一组节距更 小的触件发送信号，从而可以形成晶片探测中常用的"空间变换器"基片。为了 简便起见，在下文中将基底基片成为空间变换器基片。
在一个实施方式中，支承基片具有金属涂层，该金属涂层形成了位于连接 的弹性接触结构之下的接地面。将弹性接触结构与支承基片相连接的粘合剂是非导电性材料(例如环氧树脂)，使所述接触结构与接地面电绝缘。接地面在弹性 接触结构中提供更佳的阻抗匹配，提供与空间变换器基片相连的焊线。
在另一实施方式中，所述支承基片由玻璃之类的透明介电材料制成。由于 是透明的，可以很容易地将支承基片与空间变换器基片对准，以确保弹性弹簧 触件与另外的器件(例如被测晶片)上的触件对准。另外，在使用透明基片的情 况下，可以提供光源，透过该基片，以对光敏性部件进行检测。
在另一实施方式中，提供了通过支承基片的导电性通路。在一个实施方式
中，所述通路在一侧具有焊料焊盘，用来与空间变换器基片上的线迹(trace) 相连接。可以使用除了焊料块以外的其它连接机理，例如用导电性环氧树脂等 方法将通路与空间变换器基片上的线迹相连。所述弹性接触元件是引线连接在 与通路相连的线迹上的，或者直接引线连接在所述支承基片相对面上的通路上 的。通过在支承基片上使用接地面，在信号线路通路和支承基片上的接地面区 域之间提供绝缘。所述接地面还可通过通路与空间变换器基片的接地线(groimd line)相连。
在一个另外的实施方式中，所述弹性接触元件成组地形成在单个支承基片 上，在制造之后，支承基片被切割成独立的小片(tile)，用来与一个或多个空间 变换器基片相连接。这些小片可包括弹簧触件，这些触件设置用来测试单个被 测器件(DUT)或多个DUT上的测试IC。在使所述小片与空间变换器基片连接之 后，通过引线连接或其它方式连接引线，将弹性接触元件与空间变换器基片上 的传输线路电连接。对支承基片进行切割使得可以抛弃掉具有缺陷触件的小片， 使用没有缺陷的小片，提高产量。


结合附图进一步详细描述本发明，在附图中
图1A-1P是显示根据本发明提供在支承基片上的弹性接触元件的制造步骤
的截面图2是支承结构上的弹性接触结构的截面图，支承结构与空间变换器基片 相连，从接触部件和接地面提供引线连接，通向空间变换器基片上的触件；
图3是支承结构上的弹性接触结构的截面图，该支承基片包括通过焊料焊 盘与空间变换器基片中的电路由线路相连的通路，以及由弹性接触结构提供的 通向通路的引线连接；图4是截面图，图中支承基片通过弹性弹簧与PCB相连接，以形成用来探测 晶片的柔性平台；
图5显示了对图4的柔性平台结构进行改良，使得弹性接触结构通过挠性导 线直接与PCB相连，而无需独立的引线连接；
图6是显示与PCB相连接的位于透明支承结构上的弹性接触结构的截面图， 其可以进行晶片探测，所述PCB具有开口，可使得光线通过透明支承基片，因 此可以对光敏器件进行测试；
图7显示了支承基片上的弹性接触结构的俯视图，该结构设计成依照图2所 示，使DUT上的焊盘配制与弹性接触结构的引线连接相连；
图8显示了支承基片上的弹性接触结构的俯视图，该结构另外具有用来与 空间变换器基片相连的通路，弹性接触结构的引线连接如图3所示与通路相连；
图9显示了与接合焊片引线连接的弹性触件，其与图8类似，但是具有在其 间引线连接的线迹；
图10显示弹性触电，其具有通过线迹到达接合焊片的引线连接，这与图9 类似，但是接合焊片通过线迹与通路相连；
图ll显示了弹性接触结构的另一种结构的俯视图，这种结构设计成与不同 于图7和图8所示结构的结构相接触；
图12显示了在其上形成弹性接触结构的基片的俯视图，显示了如何可以将 该基片切割成小块，以提高制造产率；
图13显示了探针卡部件的截面图，途中显示空间变换器基片的挠性安装, 这是不同于图4-5的。
具体实施例方式
图1A-1P显示了根据本发明设置在小片基片上的弹性接触元件的制造步 骤。本发明并不限于图示的制造步骤。
如图1A所示，该过程用合适的牺牲基片102(例如硅晶片)开始。牺牲基片 102还可由铝、铜、陶瓷、钛-钨等材料组成。在牺牲基片上，涂敷蚀刻停止材 料(例如氮化硅或二氧化硅)组成的覆盖层105。然后，在蚀刻停止材料105上涂 敷一层掩模材料104，例如光刻胶。然后，使用光刻技术对所述掩模材料104进 行成像和显影，从而使牺牲基片102上的蚀刻停止材料105的区域106露出来。 或者，可以使用其它的技术(例如使用激光的已知技术)除去光刻胶104的选定部分，所得的掩模层104的暴露部分可以用化学蚀刻法除去，其结果是在光刻胶
104中产生通向蚀刻停止材料105表面的开口106。
在下一步中，如图1B所示，用氢氟酸(HF)之类的蚀刻剂对露出的蚀刻停止 材料105进行蚀刻，使基片102在开口106露出来。然后除去余下的光刻胶材料 104，使得在基片102上除开口106以外的区域上留下了蚀刻停止材料105。
在下一步中，如图1C所示，使用用于选择性蚀刻基片的已知化学试剂对开 口106内的牺牲基片102进行蚀刻。例如，可以使用氢氧化钾(KOH)选择性地蚀 刻硅基片。这将会在基片102上形成小的几何内凹结构(intmsion)(凹陷或沟 槽)IIO，其深度由该内凹结构预期深度所对应的蚀刻时间来控制。另外，在使 用硅晶片作为牺牲晶片102的时候，内凹结构110的侧壁112将会呈一定角度而 不是垂直的。通过下文可以很清楚地看出,内凹结构或沟槽110将会限定弹性接 触结构尖端上所呈现的结构特征(棱锥、截顶棱锥等)。除了用氢氧化钾蚀刻形 成内凹结构以外，还可通过使金属基片微凹、像用活性离子蚀刻这样的干法刻 蚀、或本领域己知的其它方法来形成内凹结构。
在形成内凹结构110之后，最好像图1D中的横截面所示那样，除去蚀刻停 止材料105。图1D-1显示了具有内凹结构110的牺牲基片102的俯视图，其横截 面在图1D中示出。
在图1E所示的下一步中，涂敷另外的光刻胶层120，并使用光刻技术使其 图形化，从而使内凹结构110附近的光刻胶区域露出来。在区域122中，还可以 任选地使光刻胶120對落或定形成像图lF所示那样。枬落(slumping)枬落122是通 过对光刻胶进行加热来完成的。定形可以通过使区域122中的光刻胶材料120成 一定角度地曝光，然后进行蚀刻而完成。坍落区域形成一个模子，用于弹性接 触结构中的弯曲。坍落和定形使得更容易通过溅射对光刻胶表面进行金属化。 或者，可以按上文所引用的美国专利6，482，013所描述的那样通过涂敷蚀刻停止 材料(例如二氧化硅或氮化硅)，然后进行蚀刻，从而制得图1F所示的横截面。
在图1G所示的下一步中，通过例如溅射法在基片102上覆盖沉积(blanket deposit)了一个或多个金属层130。在一个实施方式中，所述金属层由两种材料 组成，第一种材料，例如铝选作释放层，第二层作为沉积随后的层的"籽晶层"。 例如，金属层130可以由铝释放层以及随后的铜籽晶层组成。释放材料使得(如 本文所述)在牺牲基片上制造的弹簧接触元件安装在支承基片上之后，可以除去 牺牲基片。在释放过程中，释放材料在充当保护"覆盖"层之后，便可以从最终的弹簧触件中除去。
接下来，如图1H所示，将另外的掩模层132(例如光刻胶)涂敷在基片102上。 使光刻胶132图形化，形成许多开口，这些开口能够有效形成一个用于限定制 得的弹簧接触元件所需长度和宽度的模子。
然后通过如图1I所示在光刻胶区域132之间施加金属层，形成弹性触件，从 而形成弹性接触结构140。沉积在光刻胶区域132之间的较厚的"结构"金属层 是通过如上所述，通过电镀等合适的方法，在释放层130上面施加镍之类的弹 性材料而形成的。或者可以采用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)或本 领域的其它技术代替电镀法施加金属，形成弹性接触结构140。
所述用来形成弹性接触结构140的金属层是用来控制或支配制得的弹簧接 触元件的机械特征的。本发明还包括在构建弹性接触结构时包括其它的层的情 况。例如，在沉积镍之类的弹性材料之前，可以沉积一种材料层，该材料层具 有优良的电性质，电导率、低接触电阻；优良的可焊性和优良的耐腐蚀性。例 如金或铑(这两种材料都是良好的接触材料)、镍-钴(良好的铜焊材料)。在一个 实施方式中，在沉积弹性材料之前，施加了适于引线接合的材料，例如金、铝、 钯、钴等。
一旦形成，可以任选地如图1J所示将接触结构140和光刻胶材料132研磨平 整。由于弹簧性能会随着弹簧触点的厚度变化，通过研磨可以更精确地控制弹 簧常数。接触结构140可通过研磨、化学或机械抛光(CMP)、铣削或其它适用于 平面化的方法进行平整化。图中所示的伸长弹性接触结构140包括单个弯曲区 域,但是如上文所引用的美国专利第6,482,013号所述，可包括多个弯曲。
在图1K所示的随后的步骤中，光刻胶材料132被揭去，暴露出弹簧触件140 的端部。如图1L所示进一步去除暴露出的覆盖溅射的金属130，仅留下位于弹 性触件140下面的溅射的金属130。
在图1M所示的随后的步骤中，在弹性触件140的一端和一部分光刻胶120 上施加了环氧树脂之类的粘合剂材料144。本领域己知可以在所述粘合剂中填 充颗粒，以提高强度。在图1N所示的另外的步骤中，将支承基片150施加在环 氧树脂上面，使环氧树脂固化D如图10所示，固化的环氧树脂将支承基片150 接合到弹性触件140。在一个实施方式中，支承基片150是玻璃之类的透明材料, 因此在将弹性触件140置于空间变换器基片上的时候，可以通过透明的基片观 察，从而将弹性触件140对准。类似地，支承基片150可以是另外的介电材料，例如聚合物或陶瓷，或者是金属之类的导电材料。
在一个实施方式中，如图1N所示，可以在支承基片150的一个或多个区域 中施加导电金属材料152，形成位于弹性触件140下面的接地面152。所述接地 面152用来在弹性触件140下面提供电容层，以提供更佳的阻抗匹配。为了阻抗 匹配，可以调节接触元件140下面的一个或多个接地面区域152的尺寸，以及调 节图1N中的间隙宽度"g"。在一个实施方式中，整个支承基片150可以由导电 金属材料形成，粘合剂材料144形成非导电性电介质，使支承基片(或接地面) 与弹性触件140电绝缘。所述接地面还可形成于支承基片150的反面上。
在使用粘合剂144将弹性触件140固定于支承基片150上之后，如图IO所 示，在随后的步骤中剥去光刻胶材料120,如图1P所示，沿牺牲基片102将余下 的分隔牺牲基片102的覆盖溅射金属130蚀刻除去。
图1A-1P描述了在支承基片上制造伸长的弹性互连(接触)元件的示例性方 法。这可认为是"中间"产品，可以如下所述用于进一步的应用。
在一个实施方式中，如图2所示，将图1A-1P中形成的具有接触结构140的 支承基片150胶合或接合到另一个具有布线161的基片160上。然后通过引线接 合162将接触结构140连接到接合焊片163，接合焊片该接合焊片163与基片160 中的电路由线路161相连。在一个实施方式中，接地面区域152还通过一条或多 条引线接合164连接到基片160中所设置的接地线165。基片160上具有从引线接 合焊片163通过电路由线路161通向基片160反面上的具有另一种节距的触件, 所以基片160有效地形成了"空间变换器"基片。尽管图中显示安装在空间变换器 基片160上，但是基片160可具有其它的形式，例如仅在其表面上具有电路由线 路的基片，或者具有不提供任何"空间变换"的直通线通路的基片。所述基片 160可以由多层陶瓷材料形成、由能够有效形成PCB的聚合物材料形成、或者由 本领域普通技术人员认为合适的其它材料形成。为了简便起见，再提到与弹性 接触支承基片(例如支承基片150)连接的基片(例如基片160)的时候，将其称为
"空间变换器基片"。
图3显示了另一种向空间变换器基片160上安装的结构，其中支承基片151 改良为包括通路172。通路172提供了从支承基片151表面上的接合焊片177通向 该支承基片151反面上的焊料块174的导电线路。所述焊料块174可用来将支承 基片151与空间变换器基片160相连。或者除了焊料块174以外，还可在支承基片 151和空间变换器基片160之间提供本领域已知的环氧树脂之类的粘合剂填料或底层填料(图中未显示)，以连接基片。焊料块174将通路172与空间变换器基
片160内的布线161相连。通路172的另一端包括焊料块或接合焊片177，它们通 过焊线175与接触结构140相连。可以提供一个或多个另外的通路173，将接地 面区域152与空间变换器基片160中的接地线161相连。
图4显示了另一种组装结构，其中提供的弹性弹簧200位于支承基片150和 印刷电路板(PCB)165之间。通过将支承结构150安装在弹性弹簧200上，支承结 构150形成了用来测试晶片上的部件的柔性平台，柔性性质限制了在测试探测 过程中晶片或其上形成的部件受到破坏的可能性。弹性弹簧200可以是如图所 示的金属线圈弹簧，与弹性触件140类似的伸长弹簧，由橡胶或者本领域已知 的其它弹性材料制成的弹性高弹体或挠性材料制成的弹簧结构。挠性导电连接 线202将PCB 165与弹性触件140相连。挠性连接线202如图4所示，与支承结构 150上的焊片204相连，与PCB基片165上的插座206或其它挠性连接线相连。挠 性连接线202通过热声压縮(thermosonic compression)或者本领域已知的其它连 接方法与接合焊片204和插座206相连。焊线175将弹性触件140与接合焊片204 相连。空间变换器PCB165中的电路由线路(未显示)将挠性连接线202与PCB165 相对一侧上的连接器208相连，用来与晶片测试器相连。
图5显示了图4的柔性平台结构的改良，使得弹性触件140通过挠性连接线 202直接与PCB基片165上的焊片206相连，而不使用独立的焊线175。如果挠性 连接线不会对弹性触件140施加显著的作用力，或者如果当弹性触件140与PCB 基片165之间的电路径更短时可以获得更好地电性能的时候，图5的结构可以简 化生产。
图6显示了另一种结构，其中弹性触件140位于透明的支承基片150上并被 安装在PCB165上，所述PCB165具有一个或多个开口210，使得光能够通过透明 支承基片150，因此可以对光敏器件进行测试。可以使用粘合剂(例如与粘合剂 材料144类似的环氧树脂)、或者如图4-5所示使用弹性弹簧形成柔性平台，从而 将基片150结合于PCB165。图6的结构显示在晶片212上提供对准的弹性触件 140，用于探测晶片212上的焊片214，以检测晶片上的IC。如图4-5所示，传输 到弹性触件140和来自弹性触件140的信号都通过连接器208输送到测试器。图 中还显示晶片212具有光敏器件216,例如电荷耦合器件(CCDs),用于具有照相 机的移动电话的图像传感器或类似的光敏性光学部件。图中显示在测试结构上 方具有光源218,例如激光器或发光二极管。从光源218发射的光线通过PCB165中的开口210,通过透明的支承基片150，向晶片212上的光敏部件216提供信号 进行测试。因此可以同时对晶片212上的光学部件和电学部件进行测试。
图7显示了支承基片150上的弹性接触结构140的俯视图，其设置成与单个 DUT上的一种焊片配置相接触。在图7中，与图2的横截面所示结构类似，提供 了从弹性接触结构140到空间变换器基片160上的接合焊片163的引线接合。弹 性接触结构140排列在支承基片150上，使得尖端180(形成在图1C-1所示的内凹 结构110中)位于DUT接触焊片上方(图中未显示)。虚线显示了DUT的周边区域, 在DUT周边排列着一种焊片配置。焊线162将接触结构140与空间变换器基片 160上的触点焊盘163相连。另一焊线164将支承基片150表面上的接地面与空间 变换器基片160上的接地线触点焊片178相连。接地的焊线164与信号线紧邻， 以获得良好的信号保真度。尽管图中仅显示了一根接地线164，但是可提供另 外的线路，以提高信号保真度。在图7中，假定在支承基片150的整个表面上提 供接地面，然而，也可在一个或多个接触结构140下面提供单独的接地面区域。 所述非导电性粘合剂材料144将接地面区域与接触结构140隔开。在一个实施方 式中，与图2所示的线路排布类似，接触焊片163和178被假定成与空间变换器 160中的内部线路相连。
图8显示了位于支承基片151上的弹性接触结构140的俯视图，该结构与图3 的设置类似，具有用来与空间变换器基片166连接的焊片和通路。信号通路终 止于基片151上的焊片177内。支承基片151上的接地面区域152具有开口153， 使得同与通路连接的信号焊片177电绝缘。尽管图中显示接地面区域152围绕着 信号焊片177,但是信号焊片177可以位于支承基片151上的接地面区域之外。此 时接地面区域152通过通路173与空间变换器基片160中的接地线直接相连。通 过非导电性粘合剂材料144使接触结构140与接地面152电绝缘。所述弹性接触 结构140通过焊线175与接合焊片177相连。如上文讨论，可以对所述接地面区域 152(或者如果在每个触点下面具有独立的接地面的话，为多个接地面区域)的尺 寸进行调节，以控制焊线175和接触结构140中的总阻抗。在一个实施方式中，可 以将粘合剂材料222分散在大量探针的连续珠料(bead)中。如上所述，提供粘合 剂材料222以提高抗挠强度，或者防止探针140从支承基片151剥离。粘合剂材料 222的例子包括环氧树脂、填充的环氧树脂、氰酸酯、BCB或本领域公认的具 有粘合剂性质的其它材料。
作为图8所示的通过通路将弹性触件140与焊片直接引线接合的方案的替代，还可如图9所示添加一段线迹181。所述一段线迹181将焊线175与通路172 相连。可以调节线迹181的长度和尺寸以获得提高的阻抗匹配。线迹181还可包 含薄膜电阻器，对该薄膜电阻器的大小进行设计，以提供阻抗匹配。通过在线 迹181中提供薄膜电阻器而非简单地调节形成线迹181的导电线路的尺寸，可以 得到更高的阻抗。薄膜电阻器可作为导电线路中的串联元件，或者作为终端。 线迹181还可包含高频电容器。所述电容器可作为分立的串联元件，或者可以 提供接地的旁路。图10中显示了图9的替代情况，在图10中线迹181提供接合焊 片连接，而不是使用通路提供。如图10所示，第一连接引线194将弹性触件140 与线迹181的第一端相连，另一连接引线196将线迹181的第二端与空间变换器 基片160上的接合焊片198相连。空间变换器基片160中的内部电路由线路197将 接合焊片198与基片160的相对面相连。
图11显示图7和图8所示弹性接触结构140位于支承基片150之上的构造的 另一种情况。如图所示，弹性接触结构140设置使得末端180在沿DUT中线排列 的焊盘上方对准。DUT的周边以虚线示出。尽管图7中未显示，但是可以如上所
述提供焊线和接地面。
图12显示了其上形成了弹性接触结构的基片150的俯视图，图中显示了如 何制造基片150，然后将其切割开以提高产量。图中显示该结构包括几组弹性 弹簧触件，这些弹性弹簧触件设计成与DUT上的焊片接触，所述DUT的周边具 有图7和图8所示的触件。图中显示26组弹簧触件形成于具有晶片形状的支承基 片150上。直线显示了这几组弹簧触件中一些单独的触件组的边界。可以沿这 些直线进行切割，将支承基片150切割成26个单独的DUT测试结构。这些单独 的支承基片小片可以在切割之前或之后进行测试，如果测试证明一块小片是可 用的，可以如上文讨论将该小片安装在空间变换器基片上。通过将支承基片150 切割成单独的小片，抛弃掉不能用的小片，可以提高产量。
或者不是像图12所示那样沿直线切割，可以如图中更大的虚线190所示那 样将两组或更多组弹性触件保持在一起。因此可以保持触件组互相精确对准， 与此同时，如果一些四个触件的组是不能用的，可以将其抛弃，从而仍能够提 高制造产率。
图13显示了探针卡各部件的横截面图，图中显示了空间变换器基片160的 挠性安装，着不同于图4-5中所用的弹性弹簧200,与PCB165的触点相连，所述 PCB165包括用来与测试系统测试仪相连的连接器203。所述空间变换器基片160可设计成图2-3所示的结构，或者设计成具有开口的体系，从而可以使用图13所
示的系统挠性连接与图6类似的光学连接。类似地，可以如图13所示挠性安装 图7-ll所示的其它结构。
图13所示的探针卡设计成为探针140提供电路径和机械支承，所述探针140 将会直接接触晶片。图13包括如图2所示设计的空间变换器160。提供了通过空 间变换器160和印刷电路板(PCB)165以及内插器232的探针卡电路。用于测试系 统控制器的测试数据通过连接在PCB165周边的弹簧(pogo)销或无插拔力(ZIF) 连接器203提供。通道传输线路240将信号从PCB165中水平的测试器界面连接器 (弹簧或ZIF)203分散至PCB165上的触点焊片，从而与空间变换器160上的焊片 的布设节距相匹配。内插器232包括基片42，在基片的两个面上装有弹簧探针 电触件44。内插器232使PCB165上的单独的焊片与空间变换器160上形成焊接点 网格阵列(LGA)的焊片电连接。所述LGA焊片连接通常以规则的多行图案排列。 空间变换器160基片45中的传输线路246将信号线才能够LGA分散或"空间变 换"成阵列形式的弹簧探针140。所述具有嵌入的电路、探针和LGA的空间变 换器160被称为探头。
电部件的机械支承是通过支承板250、托架252、框架254、弹簧片256和水 平销(levelingpin)262提供的。支承板250位于PCB165的一侧，托架252位于另一 侧，通过螺钉259连接。弹簧片256通过螺钉258与托架252连接。弹簧片256延 伸至可移动地将框架254固定在托架252内壁内。该框架254包括水平延伸结构 260，用来将空间变换器160支承在其内壁之内。所述框架254包围着探头，保 持对托架252的紧密公差，以限制横向运动。
水平销262使用于电部件的机械支承结构完整化，该水平销用来使空间变 换器234水平化。对水平销262进行调节，使得黄铜球266提供与空间变换器160 的点接触。该黄铜球266接触空间变换器160的LGA的外周，以保持其与电部件 绝缘。通过使用被称为水平销的前进螺钉(advancing screw)262精密调节这些球， 从而使基片水平。可以对水平销262进行调节，以使得空间变换器160水平，并 确保所有的探针140与晶片相接触。水平销262旋过支承板250中的支承物265。 弹簧片256对水平销螺钉262的运动施加反向作用，使得球266保持与空间变换 器160相接触。弹簧片256设计成比内插器232更为强有力，使得水平螺钉262的 升高和降低受到弹簧片256的反向作用，内插器232的弹簧242和244仅用来确保 空间变换器160在相对于PCB165移动的时候，它们之间的电连接。尽管上文中己经详细描述了本发明，但是这仅仅是用来教导本领域普通技 术人员如何制备和应用本发明。许多另外的改变将包括在本发明范围之内，本 发明范围由所附权利要求书限定。
权利要求
1.一种设备，该设备包括通过粘合剂材料与支承基片相连接的弹簧接触元件。
2. 如权利要求l所述的设备，其特征在于，所述粘合剂材料包括环氧树脂。
3. 如权利要求l所述的设备，其特征在于，所述粘合剂材料是非导电性的， 并且使所述弹簧接触元件与所述支承基片电绝缘。
4. 如权利要求l所述的设备，还包括以连续珠料的形式涂敷在所述弹簧接触元件的至少一部分上的粘合剂材料。
5. 如权利要求l所述的设备，其特征在于，所述支承基片是透明的。
6. 如权利要求l所述的设备，其特征在于，所述支承基片是玻璃。
7. 如权利要求l所述的设备，其特征在于，所述支承基片包括位于至少一 个所述弹簧接触元件下面的接地面区域。
8. 如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述粘合剂材料是非导电性的， 并且使所述弹簧接触元件与所述接地面电绝缘。
9. 如权利要求l所述的设备，其特征在于，还包括 具有接合焊片的附加基片；用于将所述支承基片连接到所述附加基片的弹性元件；以及 用于将所述弹性接触元件连接到所述接合焊片的挠性导电元件。
10. 如权利要求I所述的设备，其特征在于，还包括具有接合焊片的附加基片；用于将所述支承基片连接到所述附加基片的弹性元件； 用于将所述弹性接触元件连接到所述支承基片上的接合焊片的挠性导电 元件；以及用于将所述附加基片的接合焊片连接到所述支承基片上的接合焊片的焊线。
11. 如权利要求l所述的设备，其特征在于，还包括具有接合焊片的附加基片，所述支承基片与所述附加基片相连接；用于将所述弹簧接触元件连接到所述接合焊片的焊线。
12. 如权利要求l所述的设备，其特征在于，还包括-附加基片，所述支承基片与所述附加基片相连接；设置在所述支承基片上的线迹，所述支承基片包括信号通路，所述信号通路用于将所述附加基片上的电触件连接到所述线迹；以及 用于将所述弹簧接触元件连接到所述线迹的焊线。
13. 如权利要求l所述的设备，其特征在于，还包括具有接合焊片的附加基片，所述支承基片与所述附加基片相连接； 设置在所述支承基片上的线迹；用于将所述弹簧接触元件连接到所述线迹的第一端的第一焊线； 用于将所述线迹连接到所述接合焊片的第二焊线。
14. 如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述线迹中的至少一种包 括薄膜电阻器。
15. 如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述线迹中的至少一种包 括电容器。
16. 如权利要求l所述的设备，其特征在于，所述支承基片包括信号通路。
17. 如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述弹簧接触元件被引线 接合到所述信号通路上的导电焊料块。
18. 如权利要求17所述的设备，其特征在于，所述支承基片包括接地面， 该接地面与位于所述弹簧接触元件下面的信号通路电绝缘，所述接地面与所述 支承基片内的至少一个另外的通路相连。
19. 一种器件，通过权利要求l所述的设备进行测试。
20. —种设备，包括由光刻法形成的处于环氧树脂中的弹簧接触元件。
21. —种设备，包括由光刻法形成的与玻璃基片相连接的弹簧接触元件。
22. —种设备，包括由光刻法形成的与透明支承基片相连接的弹簧接触 元件。
23. 如权利要求22所述的设备，其特征在于，还包括光源，该光源用来提供通过所述透明支承基片、到达可与所述弹簧接触元 件相连的器件的光信号。
24. 如权利要求22所述的设备，其特征在于，还包括 与所述透明基片相连的附加基片，所述透明基片包括与所述弹簧接触元件相连的电路由线路，所述附加基片具有开口，光线可以通过该开口，将光信号输送过该透明基片。
25. —种器件，用如权利要求22所述的设备进行测试。
26. —种设备，包括被引线接合到导电传输线路的弹簧接触元件。
27. —种器件，通过如权利要求26所述的设备进行测试。
28. —种弹簧接触元件，具有适用于引线接合的表面。
29. —种方法，包括 在单个基片上形成多个探针导线；将所述基片切割成多个独立的单元。
30. —种方法，包括调节与弹簧触件相邻的接地面的尺寸，以控制该弹簧触件的阻抗。
31. —种在支承基片上形成接触元件的方法，该方法包括提供牺牲基片；在所述牺牲基片上形成内凹结构，所述内凹结构用来形成用于接触元件的接触尖端；涂敷第一层光刻胶，并使所述光刻胶图形化，以便在所述内凹结构以及所述牺牲基片靠近所述内凹结构的区域上形成开口；在所述暴露的牺牲基片和第二光刻胶层上涂敷导电层；涂敷第二层光刻胶并使其图形化，以便在第一光刻胶层的一部分上以及与 所述内凹结构隔开的牺牲基片上形成开口；在所述第二层光刻胶的各区域之间所形成的开口内涂敷弹性金属材料，然 后除去所述第二层光刻胶；在与所述内凹结构分隔开的接触元件的一部分之上涂敷粘合剂材料；将所述支承基片与粘合剂材料相连接；除去所述第一光刻胶材料；以及除去所述牺牲基片。
32. 如权利要求31所述的方法，其特征在于，还包括 将所述支承基片与空间变换器基片相连接，所述空间变换器基片具有与其内部的路由线路相连接的接合焊片；将所述接触元件引线接合到所述接合焊片之一。
33. 如权利要求32所述的方法，还包括对所述支承基片施加金属接地面区域，然后使用粘合剂将所述支承基片与所述接触元件相连接，所述粘合剂是非导电性的，用于使所述接触元件与所述 接地面区域绝缘。
34. 如权利要求33所述的方法，还包括将所述接地面引线接合到所述接合焊片之一。
全文摘要
提供了用于晶片测试探测的弹性弹簧触件，这种制得的弹簧触件可以具有非常精细的节距间隔，而且精确地定位于支承基片之上。所述弹性接触结构适于与空间变换器基片上的电路引线接合。所述具有连接的弹簧触件的支承基片可以大量单元一起制造，然后切割开来并进行测试，然后再与空间变换器基片连接，以提高产率。所述弹性弹簧触件是使用光刻法形成的，从而在释放层上形成触件，然后用环氧树脂将该弹簧触件连接到支承基片，然后除去释放层。所述支承基片可以是透明的，使得触件可以与下面的被测光学部件相对准。所述支承基片可包括位于弹簧触件下的接地面，以提高阻抗匹配。
文档编号H01L21/66GK101292337SQ200580028376
公开日2008年10月22日 申请日期2005年8月19日 优先权日2004年8月19日
发明者B·J·芭芭拉, B·N·埃尔德里奇 申请人:佛姆法克特股份有限公司