具有晶片级弹簧的探针卡总成和封装的构造结构及制造方法

专利名称：具有晶片级弹簧的探针卡总成和封装的构造结构及制造方法
技术领域：
本发明涉及探针卡总成系统领域。更明确地说，本发明涉及用于集成电路的测试或烧进中的照相平版印刷图案化的弹簧触点和具有照相平版印刷图案化的弹簧触点的增强型探针卡总成的改进。
背景技术：
在常规集成电路(IC)晶片探针卡中，探针卡和集成电路晶片之间的电接点通常由钨针探针提供。然而，先进的半导体技术经常要求较高插脚数、较小焊盘间距和较高时钟频率，而这些是钨针探针不可能具有的特点。
虽然新兴科技已经提供了用于不同探测应用的弹簧探针，但是大多数探针具有固有的限制性，诸如有限间距、有限插脚数、变化的柔韧度级别、有限探针尖头几何结构、材料的限制性和高制作成本。
K.Banerji、A.Suppelsa和W.Mullen III的“Selectively Releasing Conductive Runner andSubstrate Assembly Having Non-Planar Areas”的美国专利第5,166,774号(1992年，11月24日)揭示了流道和基板总成，所述基板总成包含“粘附到基板的复数个传导流道、至少某些传导流道的一部分具有带有基板的非平面区，当经受预定应力时能选择性地从基板释放传导流道”。
A.Suppelsa、W.Mullen III和G.Urbish的“Selectively Releasing Conductive Runner andSubstrate Assembly”的美国专利第5,280,139号(1994年1月18日)揭示了流道和基板总成，所述基板总成包含“粘附到基板的复数个传导流道、至少某些传导流道的一部分具有到基板的较低粘附力以用于当经受预定应力时从基板选择性地释放传导流道”。
D.Pedder的“Bare Die Testing”的美国专利第5,786,701号(1998年7月28日)揭示了用于在裸晶粒阶段测试集成电路(IC)的测试设备，其包括“测试台，此处传导材料的微凸块被定位在多层式互连结构的互连迹线终端上，这些终端分布于一对应于待测试的晶粒上的接触焊盘的图案的图案中，为促进通过使用微凸块从晶片分离之前的晶粒的测试，提供给互连结构和从互连结构提供的其它连接具有低轮廓”。
D.Grabbe、I.Korsunsky和R.Ringler的“Surface Mount Electrical Connector”的美国专利第5,152,695号(1992年10月6日)揭示了一种用于电连接电子装置之间的电路的连接器，其中“连接器包括一个具有从那里倾斜向外延伸的悬臂式弹簧臂的平台。弹簧臂包括隆起的接触表面，且在一个实施例中，在偏转期间该等臂的几何结构提供复合挺杆。”H.Iwasaki、H.Matsunaga和T.Ohkubo的“Partly Replaceable Device for Testing aMulti-Contact Integrated Circuit Chip Package”的美国专利第5,847,572号(1998年12月8日)揭示了以下内容“一种用于测试一个具有侧边缘部分的集成电路(IC)芯片的测试装置，各个侧边缘部分具有一组引线插脚。此测试装置包含一个插座底；接触单元，各个接触单元包括一个接触支承部件和插座接触部件；和各向异性传导片总成，其中每个各向异性传导片总成均包括一个弹性绝缘片和传导部件。对这些各向异性传导片总成加以设置来保持各个传导性部件接触这些接触单元的插座接触部件中的一个。此测试装置进一步包含一个接触保持器，其可拆卸地安装于插座底上以使得插座接触部件与各向异性片总成接触，从而在插座接触部件与各向异性传导片总成的传导部件之间建立电气通信。如果插座接触部件变得部分疲劳，那么每个接触单元可被一个新的接触单元所取代，由此可有助于此测试装置的维护。另外，此IC芯片的引线插脚可经由部分插座接触部件与各向异性传导片总成的传导部件所形成的最短路径而被电连接至一个测试电路板。”W.Berg的“Method of Mounting a Substrate Structure to a circuit Board”的美国专利第4,758,9278号(1988年7月19日)揭示了以下内容“将一个具有接触焊盘的基板结构安装至一个电路板上，此电路板具有在板的主要面处被曝光的导电材料的焊盘，并且具有相对于电路板的接触焊盘处于预设位置中的对齐零件。该基板结构具有被电连接至基板结构的接触焊盘并且以悬臂方式从基板结构突出的引线。一个对齐元件具有一个平板部分且也具有对齐零件，这些对齐零件围绕该平板部分分布且可与该电路板的对齐零件啮合，且一旦这样啮合，那么这些对齐零件可保持该对齐元件和平行于电路板总平面的移动抗衡。将基板结构附着至对齐元件的平板部分，使得这些引线相对于电路板对齐零件处于预设位置中且在对齐元件的这个位置中，基板结构的这些引线覆盖电路板的接触焊盘。一个夹钳部件保持这些引线在导电压力下接触电路板的接触焊盘。”D.Sarma、P.Palanisamy、J.Hearn和D.Schwarz的“Controlled Adhesion Conductor”的美国专利第5,121,298号(1992年6月9日)揭示了以下内容“适用于将具有可控粘着度的导电图案印刷至印刷电路板上的组合物包括细分散铜粉、掩蔽剂和粘合剂。对此粘合剂加以设计以提供在烧结至基板之后形成的铜层的可控制粘着度，使得这个层可响应于热应力从基板举离。此外，该粘合剂用于促进铜微粒之间的良好内聚力以向铜层提供良好的机械强度，使得其能够承受举离而不会出现裂痕。”R.Mueller的“Thin-Film Electrothermal Device”的美国专利第4,423,401号(1983年12月27日)揭示了以下内容“一种薄膜多层式技术用于建构具有低电阻率的金属与金属触点和明显的开关特征的微小型机电开关。这些经电热激活的开关是使用与那些用于制作薄膜电路的制程相兼容的制程而在常规混合电路基板上制作而成。在一个优选形式中，这样的一个开关包括一个包含硬绝缘材料(例如，氮化硅)的弹性可弯曲带的悬臂式致动部件，其中该弹性可弯曲带上结合有金属(例如，镍)加热元件。该悬臂式部件的自由端携带有一个金属触点，这个金属触点经由施加至加热元件的电流通过受控弯曲部件而被移动至与底层固定触点相啮合(或不相互啮合)”。
S.Ibrahim和J.Elsner的“Multi-Layer Ceramic Package”的美国专利第4,320,438号(1982年3月16日)揭示了以下内容“在一个多层式封装中，复数个陶瓷薄层各自均具有一个导电图案，并且存在该封装的一个内部空腔，该内部空腔中结合有一个芯片或经互连以形成一个芯片阵列的复数个芯片。芯片或芯片阵列在不同的薄层级处通过短接线结合连接到位于其上面的金属化导电图案，各个薄层级具有一个特定的导电图案。在各个薄层上的导电图案通过开隧道穿过填充有金属化材料的开口或边缘形成金属化而相互连接，从而使得这些导电图案最终连接至大量的处于安装至金属化板上的陶瓷包装底面处的焊盘。此处可实现高组件密度，但因为连接引线“交错排列”或连接至具有完全不同包装级的交替点处，所以保持10密耳的间距及10密耳的接线结合焊接区尺寸是可能的。结果，甚至存在更大的元件密度但没有接线结合之间的相互干扰，这个干扰因素是在多层陶瓷包装中实现高组件密度网络的先前限制性因素。”F.McQuade及J.Lander的“Probe Assembly for Testing Integrated Circuits”的美国专利第5,416,429号(1995年5月16日)揭示了一种用于测试集成电路的探针总成，其“包括一个具有中心开口的由绝缘材料制成的探针卡；一个具有附着至探针卡的较小开口的矩形框架；四个独立的探针翼，各探针翼包含具有传导性地平面薄片的柔韧层状部件、一个粘附至地平面的粘附介电薄膜和介电薄膜上的弹簧合金铜的探针翼轨迹线。各探针翼具有一个延伸入中心开口中的悬臂式叶片弹簧部分，且终止于一组由这些探针翼轨迹线的各个终止端所提供的经对准的个别探针手指。探针手指具有大体上沿直线安置的尖端，且被间隔以与沿测试中IC边缘的各个接触焊盘的间隔相对应。四个弹簧夹各具有一个可以接触个别探针翼的叶片弹簧部分的悬臂式部分，以便为其中一个叶片弹簧部分提供可调整的限制。存在四个独立的弹簧夹调节构件来用于独立调整由在其各自的探针翼上的各个弹簧夹所运用的压力限制。所述独立弹簧夹调节构件包含弹簧偏压平台，各个弹簧偏压平台通过三个螺钉及弹簧垫圈附着到框架部件，使得这些弹簧夹可移动和定向在任何所要的方向上从而实现各探针翼上的探针手指尖端位置的对准。”D.Pedder的“Structure for Testing Bare Integrated Circuit Devices”的欧洲专利申请案第EP 0 731 369 42号(1996年2月14日申请)、美国专利第5,764,070号(1998年6月9日)揭示了一种用于对待测试的裸IC或晶片建立连接的测试探针结构，其包含“在尖端携带有MCM-D型基板的多层式印刷电路探针臂，所述MCM-D型基板在其下侧具有一行微凸块以形成所需的连接件。探针臂以一个浅角被支承到装置或晶片的表面，并且这个MCM-D型基板与必要的被动元件一同形成，以与待测试装置对接。可提供四个这样的探针臂，待测试装置的每个侧面上各具有一个”。
B.Eldridge、G.Grube、I.Khandros和G.Mathieu的“Method of Mounting ResilientContact Structure to Semiconductor devices”的美国专利第5,829,128号(1998年11月3日)、“Method of Making Temporary Connections Between Electronic Components”的美国专利第5,832,601号(1998年11月10日)、“Method of Making Contact tip Structures”的美国专利第5,864,946号(1999年2月2日)、“Mounting Spring Elements onSemiconductor Devices”的美国专利第5,884,398号(1999年3月23日)、“Method ofBurning-In Semiconductor Devices”的美国专利第5,878,486号(1999年3月9日)和“Method of Exercising Semiconductor Devices”的美国专利第5,897,326号(1999年4月27日)揭示了“在晶粒被从半导体晶片中单一化(被分离)之前，将弹性接触结构直接安装到半导体晶粒上的结合焊盘。此使得半导体晶粒通过以下方式被运用(例如，被测试及/或烧进)连接到具有电路板或类似物的半导体晶粒，所述电路板或类似物在表面上安置有复数个终端。接着，这些半导体晶粒可以从半导体晶片中被单一化，因此相同的弹性接触结构可用于实现这些半导体晶粒与其它电子组件(诸如线路基板、半导体包装等)之间的互连。将本发明的全金属复合互连元件用作弹性接触结构，可在至少150℃的温度下执行烧进，且可在少于60分钟的时间内完成。”尽管B.Eldridge等人所揭示的接触尖端结构提供了弹性接触结构，但是这些结构中的每个均被个别安装到半导体晶粒上的结合焊盘上，从而要求复杂并且昂贵的制作过程。同样，这些接触尖端结构由接线制作而成，这样通常限制了接触尖端的最终几何结构。此外，这样的接触尖端结构已无法满足小间距应用的需求(例如，外围探针卡的间隔通常为约50μm的，或区域阵列的间隔通常为约75μm)。
T.Dozier II、B.Eldridge、G.Grube、I.Khandros和G.Mathieu的“Sockets for ElectronicComponents and Methods of Connecting to Electronic Components”的美国专利第5,772,451号(1998年6月30日)揭示了“表面安装、向下焊接的插座允许诸如半导体包装的电子组件被可释放地安装到一个电路板。弹性接触结构从支承基板的顶表面延伸，且焊球(或其它适合的)接触结构安置在支承基板的底表面上。复合互连元件用作安置在支承基板顶上的弹性接触结构。位于这些支承基板顶上的弹性接触结构中所选出的弹性接触结构以任何合适的方式经由支承基板被连接到位于支承基板底表面上的接触结构中相对应的接触结构。在一个希望接收LGA型半导体包装的实施例中，在弹性接触结构与半导体包装的外部连接点之间通过一个通常垂直于支承基板上表面的接触力来产生压力接触。在一个希望接收BGA型半导体包装的实施例中，在弹性接触结构与半导体包装的外部连接点之间通过一个通常平行于支承基板上表面的接触力产生压力接触。”其它新兴科技已揭示出弹簧上的探针尖端，其在分批模式处理过程中制作而成，诸如通过薄膜或微电子机械系统(MEMS)处理。
D.Smith和S.Alimonda的“Photolithographically Patterned Spring Contact”的美国专利第5,613,861号(1997年3月25日)、美国专利第5,848,685号(1998年12月15日)和国际专利申请案第PCT/US 96/08018(1996年5月30日申请)揭示了一种照相平版印刷图案化弹簧触点，其“形成于基板上且电连接位于两个装置上的接触焊盘。所述弹簧触点也补偿热和机械变化及其它环境因素。弹簧触点中固有的应力梯度使得弹簧的自由部分弯曲向上并离开基板。锚定部分保持固定到基板且电连接到基板上的第一接触焊盘。弹簧触点由弹性材料制成且自由部分韧性地接触第二接触焊盘，借此接触两个接触焊盘。”尽管如由Smith等人所揭示的照相平版印刷图案化弹簧能够满足许多IC探针的需求，但是这些弹簧很小且几乎无法提供垂直韧性来处理许多目前IC探针器系统的可靠性操作中所需要的平面性韧性。许多探针系统的垂直韧性通常为约0.004”-0.010”，这通常要求使用钨针探针。
此外，没有人传授一种将含有高达数千个插脚的此类探针互连到一个测试器同时又有效地处理平面性要求的方法。随着高级集成电路装置变得更复杂同时尺寸也愈来愈小，提供一种可用于可靠地互连至此类装置的探针卡总成是有利的。
为容纳探针尖端阵列与被测试晶片上的表面焊盘之间的平面性差异，提供一种可关于其中心作小幅度自由绕轴旋转的探针基板是有利的。然而，对于这样一个系统来说，仍然必须提供一个精确控制的力来啮合这些触点，同时保持基板在X、Y及θ方向上位置稳定。
此外，对于基板包括大量的(例如，数千计)从其背后退出的接线或信号(其中支承件位于基板周边)的应用来说，这些支承件必须不会妨碍扇出退出路径。同样，信号接线必须不会妨碍基板的绕轴旋转，也不应该妨碍所提供的用于相对于被测试装置(DUT)来啮合弹簧的受控力。
提供一种用于经改进的柔韧探针弹簧的方法及设备是有利的，这些柔韧探针弹簧能够具有高插脚数、小的间距、具成本效益的制作和可定制的弹簧尖端。提供可使用这些柔韧探针弹簧的探针卡总成也是有利的，其向被测试及/或烧进的半导体装置提供平面性韧性，同时提供精确的轴及θ定位。
类似地，集成电路包装在集成电路芯片IC和主板之间提供了功率信号及传输信号的连接，使得集成电路芯片44可对接到测试系统的其余部分。
微处理器装置是受到当今IC包装限制最严重的IC装置中的一部分。未来的微处理器将需要多于10,000个I/O并且将在大于20Ghz下运作。
在常规的IC封装中，信号、功率及接地连接通常通过接线结合件或焊球来实现。使用接线结合件或焊球附着件的常规封装具有可影响性能的信号和功率寄生效应。目前的微处理器具有大于2Ghz的时钟频率但在不久的将来将提高到大于20GHz。目前接线结合及焊球技术无法将信号保持在20GHz范围内。
使用接线结合件和焊球附着件的包装具有可影响性能的信号、功率及接地寄生效应。因此，需求新的解决办法。诸如英特尔无凸块内建层(BBUL)包装技术(BBUL)的高级包装将封装建构在微处理器顶部上，其有助于减小这些寄生效应。BBUL包装也可用于将多个芯片紧密地耦合于相同包装中，其称作“芯片第一”或“多芯片模块(MCM)”。BBUL结构的各种细节在以下文献中进行了详细描述2001年11月12日在纽约的ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition(IMECE)上提出的S.Towle、H.Braunisch、C.Hu、R.Emory和G.Vandentop的“Bumpless Build-UpLayer Packaging”(Intel Corporation，Component Research)；和2001年10月9日在加拿大蒙特利尔的Advanced Metallization Conference上提出的R.Emory、S.Towle、H.Braunsich、C.Hu、G.Raiser和G.Vendentop的“Novel Microelectronic Packaging Methodfor reduced Thermomechanical Stresses on Low Dielectric Constant materials”(IntelCorporation)。
IC顶上的高密度累积层比传统的包装方法具有更好的性能。至芯片的互连比焊接凸起更短且比接线结合更短，致使产生远远较低的电感。可将电容器置于靠近IC，此允许产生更好的功率传输。较短的信号距离应允许IC在较低的电压下运作从而减少电串扰并且也减少功率消耗。高密度互连(HDI)允许从硅比从焊接凸起或接线结合件的更多的互连。在很多情况下，HDI互连中所携带的信号延迟和串扰比IC互连中所携带的信号延迟更低。因为传播延迟及串扰在HDI中比在IC上更好，所以通过使信号离开IC互连件并传送穿过HDI互连件能够获得较高的性能。BBUL包装更薄并且能够将多个IC嵌入相同包装中。
由于制作的复杂性，所以这些BBUL和MCM方法趋于十分昂贵，并且需要确保模块中的每个芯片都是好的。任何坏的芯片或在制造芯片之间的HDI过程中的缺陷将致使所有芯片和包装被丢弃。坏的芯片是任何不满足性能要求的芯片。因而，与个别经包装的IC相比，制造所得BBUL/MCM包装通常更显著昂贵。在过去，“芯片第一”的方法仅用于建构用于太空应用的卫星中的MCM，其中较小的尺寸和重量证实了较高的成本是合理的。
提供一种在附加集成电路之前可经测试的包装是有利的。这样的包装可构成一项主要的技术进步。此外，提供以下一种包装也是有利的所述包装可提供包含多个电投送路线层的通孔并且可提供先进的高密度对接(HDI)功能，诸如在较薄包装内比倒装芯片或经接线结合的封装中所实现的密度更高密度的I/O连接，至IC的高互连性能。这样的包装可构成另一项技术进步。

发明内容
本发明揭示了增强型集成电路探针卡总成的一些实施例，其延伸了MEMS和薄膜制作的探针的机械韧性，使得这些类型的弹簧探针结构可以用于测试半导体晶片上的一或多个集成电路。本发明揭示了探针卡总成的一些实施例，其提供紧密信号焊盘间距韧性和/或使在购买的晶片探测设备中进行高级平行测试成为可能。在某些优选实施例中，探针卡总成结构包括可分开的标准组件，其降低了总成制造成本和制造时间。这些结构和总成使以晶片形式进行高速度测试成为可能。还对这些探针进行还被内装机械保护，用于保护基板上的集成电路和MESM或薄膜制作的弹簧尖端和探针布局结构。替代的卡总成结构包含韧性载体结构，诸如贴花或网屏，其被粘合地附着到探针芯片基板。


图1为照相平版印刷图案化弹簧的线性阵列在从基板释放之前的平面图；图2为照相平版印刷图案化弹簧的线性阵列在从基板释放之后的透视图；图3为第一长度较短的照相平版印刷图案化弹簧在它从基板释放之后的侧视图，其具有第一有效半径和高度；图4为第二长度较长的照相平版印刷图案化弹簧在它从基板释放之后的侧视图，其具有第二大的有效半径和高度；图5为反向照相平版印刷弹簧在它从基板释放之前的透视图，其具有交错的弹簧尖端图案；图6为反向照相平版印刷弹簧在它从基板释放之后的透视图，其具有交错的弹簧尖端图案；图7为与集成电路装置上的单一迹线相接触的反向交错多点式照相平版印刷探针弹簧对的俯视图；图8为反向单点式照相平版印刷探针弹簧在它从基板释放之前的平面图；图9为与集成电路装置上的单一焊盘相接触的平行和反向单点式照相平版印刷探针弹簧在它从基板释放之后的俯视图；图10为肩点照相平版印刷探针弹簧的正面图；图11为与集成电路装置上的迹线相接触的肩点照相平版印刷弹簧的部分横截面侧视图；图12为多肩点照相平版印刷探针弹簧的透视图；图13为探针卡总成的横截面图，其中位于基板下表面上的复数个照相平版印刷弹簧探针被电连接到位于基板上表面上的柔韧连接件，且其中柔韧连接件被连接到印刷线路板探针卡；图14为探针卡总成的部分展开横截面图，其展示了跨越基板和印刷线路板探针卡的分阶段间距和扇出；图15为桥和叶片弹簧悬挂式探针卡总成的第一部分横截面图；图16为与被测试装置(DUT)接触的桥和叶片弹簧悬挂式探针卡总成的第二部分横截面图；图17为桥和叶片弹簧悬挂式探针卡总成的部分展开的总成图；图18为桥和叶片弹簧悬挂式探针卡总成的第一部分横截面图，其具有可分离地连接到探针卡基板的中间子卡，且其中探针弹簧基板可分离地连接到桥结构；图19为展示成与被测试装置(DUT)接触的桥和叶片弹簧悬挂式探针卡总成的第二部分横截面图；图20为接线和弹簧柱悬挂式探针卡总成的横截面图；图21为悬挂式探针卡总成的横截面图，其具有可分离地连接到探针卡基板的中间子卡，且其中探针弹簧基板通过柔韧互连件被机械连接和电连接到桥结构；图22为探针卡总成的横截面图，其中纳米弹簧基板通过阵列连接器被直接连接到探针卡基板；图23为接线悬挂式探针卡总成的横截面图，其中纳米弹簧基板通过LGA内插器连接器连接到探针卡基板；图24为小测试区域探针卡总成的横截面图，其在探针卡和子卡之间具有一或多个连接器，其中子卡通过微球栅焊接阵列附着到小面积探针弹簧基板；图25为基板晶片的俯视图，在其上布置了复数个微球栅阵列探针弹簧接触器芯片基板；图26为单间距微球栅阵列纳米弹簧接触器芯片的俯视图；图27为具有复数个探针带接触区域的平铺式探针带的平面图；图28为复数个附着到探针卡支承基板上的平铺式探针带的底视图；图29为复数个附着到探针卡支承基板上的平铺式探针带的侧视图；图30为允许复数个集成电路通过复数个探针弹簧触点临时连接到烧进板的结构的横截面图；图31为弹簧探针总成涂覆制程的第一步骤的视图，在其中将一个保护涂层施加到弹簧探针总成的探针表面上；图32为弹簧探针总成涂覆制程的第二步骤的视图，在其中将一层光阻材料施加到第二基板上；图33为弹簧探针总成涂覆制程的第三步骤的视图，在其中经涂覆的弹簧探针总成被部分地浸泡在第二基板上的光阻材料中；图34为弹簧探针总成涂覆制程的第四步骤的视图，在其中将经涂覆的和经部分浸泡的弹簧探针总成从第二基板移除；图35为弹簧探针总成涂覆制程的第五步骤的视图，在其中将经涂覆的和经浸泡的探针总成蚀刻，因此从没有浸泡在光阻材料中的基板的部分移除保护涂层；图36为弹簧探针总成涂覆制程的第六步骤的视图，在其中将光阻材料从弹簧探针总成上的弹簧尖端剥除，从而使保护涂层暴露；图37A为参考平面分层的弹簧探针基板的部分横截面图；图37B为交替超高频弹簧探针基板的部分横截面图，其包括延伸穿过基板的屏蔽同轴传输线环境；图38为交替参考平面分层的弹簧探针基板的部分横截面图；图39为典型晶片测试系统的部分示意图；图40为增强型探针接口总成的示意图；
图41为贴花内插器总成的部分横截面图；图42为Z区块贴花内插器总成的部分横截面图；图43为Z区块贴花内插器总成的展开总成图；图44为在手指提升之前的探针芯片的横截面图；图45为在手指提升之后的探针芯片和板的横截面图；图46为探针芯片的弹簧侧表面的平面图；图47为探针芯片的弹簧侧表面的详尽的部分布局图；图48为探针芯片的内插器侧表面的平面图；图49为探针芯片的内插器表面的详尽的部分布局图；图50为到探针芯片总成夹具的贴花的展开总成图；图51为贴花探针芯片总成制程的流程图；图52为内插器结构的部分横截面图；图53为内插器的平面布局图；图54为内插器的部分详尽的布局图；图55为在电容器空腔区域内具有空出弹簧的内插器的部分平面图；图56为具有嵌入旁路电容器和狗骨形导孔的交替内插器的部分平面图；图57为在弹簧提升前的交替贴花内插器结构的部分横截面图；图58为在弹簧提升后的交替贴花内插器结构的部分横截面图；图59为展示示范性内插器构造制程的流程图；图60为Z区块印刷线路板的平面布局图；图61为Z区块印刷线路板的部分详尽图；图62为在主板PWB和Z区块之间具有永久接口的贴花内插器总成的部分横截面图；图63为具有永久接口的贴花内插器总成的部分横截面图；图64为具有带有焊接球阵列的插脚区块的探针卡总成的部分横截面图；图65为具有焊接球阵列的插脚区块的详尽的部分示意图；图66为具有带有后侧弹簧的插脚区块的探针卡总成的部分横截面图；图67为具有后侧弹簧的插脚区块的详尽的部分示意图；图68为具有带有后侧弹簧和压配合插脚的插脚区块的探针卡总成的部分横截面图；图69为具有后侧弹簧和压配合插脚的插脚区块的详尽的部分示意图；图70为具有带有SMT焊料和顶部内插器的插脚区块的探针卡总成的部分横截面图；图71为具有SMT焊料和顶部内插器的插脚区块的详尽的部分示意图；图72为具有平面性调整机构的Z区块贴花内插器总成的部分横截面图；图73为具有平面性调整的Z区块贴花内插器总成的展开侧面总成图；图74为具有平面性调整的Z区块贴花内插器总成的展开的透视总成图；图75为具有差动螺钉平面性的Z区块贴花内插器总成的部分横截面图；图76为用于集成电路的高性能弹簧封装的部分横截面图；图77为用于集成电路的交替高性能弹簧封装的部分横截面图；图78为用于集成电路的高性能弹簧封装的顶侧图；图79为安装到韧性柔韧膜的探针芯片的透视图；图80为安装到韧性贴花的探针芯片的透视图；图81为安装到韧性薄板的探针芯片的透视图；图82为安装到韧性网屏的探针芯片的透视图；和图83为快转探针总成制作制程的流程图。
具体实施例方式
图1为照相平版印刷图案化弹簧14a-14n的线性阵列12在从基板16释放之前的平面图10。传导弹簧14a-14n通常通过连续沉积金属层而形成于基板层16上，诸如通过低和高能量等离子沉积制程，接着进行照相平版印刷图案化，如在半导体产业中众所周知的那样。连续层具有不同固有的应力级。接着通过底切蚀刻来处理基板16的释放区域18，藉此位于释放区域18上的释放层19(图3)上的弹簧触点14a-14n的部分从基板16释放，并且由于沉积金属层之间的固有应力而延伸(即，弯曲)远离基板16。沉积金属迹线的固定区域15(图3、图4)仍然固定到基板16上，并且通常用于从弹簧触点14a-14n投送(即，扇出)。图2为照相平版印刷图案化弹簧14a-14n的线性阵列12从基板16释放后的透视图22。弹簧触点14a-14n可以通常大约0.001英寸的细密间距20形成高密度阵列。
图3为具有较短长度28a的第一照相平版印刷图案化弹簧14在它从基板16的释放区域18a释放远离平面锚区域之后的侧视图26a，其经形成以定义第一有效弹簧角度30a、弹簧半径31a和弹簧高度32a。图4为具有较长弹簧长度28b的第二照相平版印刷图案化弹簧14在它从基板16的释放区域18b释放之后的侧视图26b，其经形成以定义第二大的有效弹簧角度30b、弹起半径31b和弹簧高度32b。基于预期的应用，所形成的弹簧尖端14的有效几何结构是高度可定制的。同样，弹簧尖端通常为柔韧的，这点允许其用于许多应用。
图案化探针弹簧14能够具有非常小的弹簧到弹簧的间距20，其允许待使用的多个探针弹簧14接触集成电路装置44(图13)上的电源或接地焊盘，因此改进载流能力。同样，对于具有探针弹簧14的阵列12的探针卡总成来说，多个探针弹簧14可用于探测被测试的集成电路装置(DUT)44上的I/O焊盘，因而在弹簧触点14啮合到被测试的晶片92之后允许检验每个触点14的连续性，因此在测试程序开始之前确保探针卡总成和装置44之间的完全电接触。
微型弹簧的改进结构。图5为反向照相平版印刷弹簧34a、34b的第一透视图，其在弹簧与基板分离之前具有交错的弹簧尖端图案。图6为反向交错的照相平版印刷弹簧34a、34b在弹簧与基板分离之后的透视图。
交错的照相平版印刷弹簧34a、34b各自具有复数个弹簧触点24。当弹簧触点用于连接集成电路装置44的电源或接地迹线46或焊盘47时，最大的电阻出现在触点处。因此，具有复数个触点24的交错弹簧触点34固有地降低弹簧触点34和迹线46或焊盘47之间的电阻。如上文所述，多个交错探针弹簧34可用于许多应用，诸如用于集成电路装置44、或探针卡总成60(图13)的高质量电连接，诸如在测试期间用于探测集成电路装置44。
图7为与被测试的集成电路装置(DUT)44上的单迹线46相接触的反向交错照相平版印刷弹簧对34a、34b的透视图。交错的弹簧触点对34a和34b允许各自具有复数个触点24的弹簧34a和34b接触相同的迹线46。如图5所示，当锯齿形间隙38形成于基板16上的两个弹簧34a、34b之间时，多个尖端24在各个弹簧34a、34b上形成。在交错弹簧探针34a、34b从基板16释放之前，交错点24位于重叠交错区域36内。当交错弹簧探针34a、34b从基板16分离时，交错弹簧点24在接触区域40内仍彼此紧密接近，此接触区域40定义在弹簧34a、34b之间。接着可定位交错弹簧触点对34a、34b，使得交错弹簧探针34a、34b接触相同的迹线46，诸如用于被测试装置44，从而提供增加的可靠性。同样，因为每一交错弹簧34a、34b包括多个弹簧点24，所以与迹线46的接触增加，而将过度加热或在多个触点24上产生电流起弧的可能性减小到最少。
图8为在弹簧14从基板16释放之前平行和反向单点照相平版印刷弹簧14的俯视图。如上文对交错弹簧34a、34b所描述，也可放置平行弹簧14使得多个弹簧的弹簧尖端24接触装置44上的单迹线46。同样，反向弹簧探针14可彼此重叠于基板16上，使得跨越释放区域18从基板16一释放，弹簧尖端24便被设置得彼此紧密接近。图9为在弹簧14从基板16释放后平行和反向平行的单点照相平版印刷弹簧14的俯视图，其中平行和反向平行的单点照相平版印刷弹簧14接触集成电路装置44上的单焊盘47。
图10为肩点照相平版印刷弹簧50的正面图，其具有从肩53延伸的点52。图11为与集成电路装置上的迹线46相接触的肩点照相平版印刷弹簧50的部分横截面侧视图。图12为多肩点照相平版印刷弹簧50的透视图。单点弹簧探针14经常通过使用单个锋利探针尖端24穿透迹线46或焊盘47上的现有氧化层来通常提供与集成电路装置22上的传导迹线46的优良实体接触。然而，对于半导体晶片92或具有薄或相对软的迹线46或焊盘46的集成电路装置来说，单个长探针尖端24可穿透超过迹线46的深度，诸如穿透到IC基板48中或到其它电路中。
肩点照相平版印刷弹簧50因此包括一或多个延伸点52以及一个肩54，其中这些点52提供所要的穿透以提供到迹线46的优良电接触，而肩54则防止弹簧穿透得太深而到装置44或晶片92中。因为探针弹簧50的几何结构可通过照相平版印刷屏蔽和蚀刻制程变得高度可控制，所以不难达到肩点照相平版印刷弹簧50的详尽几何结构。
改进的探针卡总成。图13为探针卡总成60a的横截面图58，其中复数个电传导探针尖端61a-61n位于基板16的下部探针表面62a上。复数个柔韧、电传导连接件64a-64n位于基板16的上部连接器表面62b上，且各自通过对应的电连接件66a-66n连接到复数个电传导弹簧探针尖端61a-61n。
基板16通常是固体板，且更适宜是一种具有低热膨胀系数(TCE)的材料，诸如陶瓷、陶瓷玻璃、玻璃或硅。当探针卡总成60a和半导体晶片92定位在一起时，电传导弹簧探针尖端61a-61n在探针卡总成60和半导体晶片92之间形成电接触。
弹簧探针尖端61a-61n可以具有多种尖端几何结构，诸如单点弹簧14、交错弹簧34或肩点弹簧50，且被制作在基板16上，通常使用薄膜或MEMS处理方法以达到低的制造成本、良好受控的一致性、非常细密的焊盘间距20和大的插脚数。
探针尖端61a-61n适宜通过基板16内的金属化导孔66a-66n电连接到柔韧电连接件64a-64n上。复数个柔韧电连接件64a-64n的每一个接着电连接到印刷线路板探针卡68上，印刷线路板探针卡68接着通常通过金属环或框架支承结构70被固持在适当的位置。通常通过使用激光或其它钻孔方法首先在基板16中形成孔来形成优选的金属化导孔电连接件66a-66n(如，诸如由Arizona的Tempe的Micro Substrate Corporation生产)。接着(诸如)通过电镀或挤压由传导材料来填充或电镀所述孔。在传导导孔66a-66n形成后，通常再将其抛光以提供平整光滑的表面。
图14为探针卡总成60a的部分展开横截面图79，其展示了跨越基板16和印刷线路板探针卡68的分阶段间距和扇出。探针尖端61a-61n通常以细密弹簧间距20排列在基板的探针表面62a上。固定迹线部分15接着适宜地扇出到金属化导孔66a-66n，其通常以基板间距81排列。位于基板16的上部连接器表面62b上并连接到导孔66a-66n的电传导连接件64a-64n通常以可以与基板间距81对齐的连接间距83排列而成，或可以进一步在基板16的上部连接器表面62b上适宜地扇出。
在印刷线路板探针卡68的下侧上的传导焊盘77a-77n通常以焊盘间距85排列，使得传导焊盘77a-77n与位于基板16的上部连接器表面62b上的电传导连接件64a-64n对齐。传导焊盘77a-77n接着适宜地扇出到通常以探针卡间距87排列的传导路径78a-78n。位于印刷线路板探针卡68的上表面上并连接到传导路径78a-78n的电传导连接件72a-72n通常以可与探针卡间距87对齐的探针卡连接间距89排列而成，或进一步在印刷线路板探针卡68的上表面上适宜地扇出。适宜地选择探针卡连接间距89，使得电传导连接件与位于测试头76上的通常以测试头间距91排列而成的测试头连接器74a-74n对齐。
通常使用比探针尖端61a-61n长的弹簧长度28来制作柔韧电连接件64a-64n，以提供大约4-10密耳的韧性度。在某些实施例中，通常构造柔韧连接件64a-64n以顺从照相平版印刷弹簧，诸如上文所描述，或如在美国专利第5,848,685号或美国专利第5,613,861号中所描述，其以引用的方式并入本文中。
柔韧连接件64a-64n永久地(如，诸如通过焊料或导电性环氧树脂)或非永久地(如，诸如通过可配合柔韧连接件弹簧64a-64n的尖端24的对应金属焊盘)连接到印刷线路板(PWB)探针卡68。印刷线路板探针卡68接着以焊盘间距89将信号扇出到焊盘72a-72n，所述焊盘间距89适合标准弹簧单高跷式插脚接触器74a-74n，这些接触器74a-74n通常以测试头间距91排列于测试头76上。
柔韧连接件64a-64n适宜地排列在区域阵列内，其具有诸如1.00mm或1.27mm的阵列间距83，所述阵列间距83为印刷线路板探针卡68上的电镀通孔(PTH)78提供了合理的密度(即，探针卡间距87)，并允许信号扇出于印刷线路板探针卡68内的多个层上，而不需要借助于含有盲传导导孔78a-78n的高级印刷线路板探针卡68。
接触印刷线路板探针卡68下侧上的传导焊盘77a-77n的柔韧传导连接件64a-64n维持印刷线路板探针卡68和基板16之间的电连接，同时允许基板16沿Z轴84略微上下移动以及关于其中心倾斜。柔韧连接件64a-64n还提供在具有不同热膨胀系数的基板16和印刷线路板探针卡68(如，诸如对于低TCE的基板16和相对高TCE的印刷线路板探针卡68)之间的横向韧性。
或者，基板16可以是一个总成，诸如膜探针卡，其通过膜凸起触点64a-64n连接到印刷线路板探针卡68。在探针卡总成的替代实施例中，由可分离的连接器132(图18)或更适宜地由MEG-ArrayTM连接器162(图24)(来自PA的Etters的FCI Electronics)提供连接件64a-64n，其中位于连接器132、162的反向半部的球栅焊接阵列被焊接到基板16和印刷线路板探针卡68上的匹配传导焊盘上，如图14中所见，且其中传导焊盘各自排列在区域阵列图案内，使得连接器132、162的反向半部在印刷线路板探针卡18下侧上的复数个弹簧探针尖端61a-61n中的每一个和复数个传导焊盘77a-77n中的每一个之间提供复数个配对的电连接件。
因为集成电路装置44的大小和设计变得愈加地小和复杂，所以由微型弹簧探针尖端61a-61n提供的细密间距20(图20)变得愈加重要。此外，随着集成电路44和所需的探针卡测试总成的微型化，集成电路44和含有大量弹簧探针61a-61n的基板16之间的平面性差异成为关键。
探针卡总成60a提供到基板16的电互连，其可以含有数千个弹簧探针尖端61a-61n，同时为探针卡总成60a提供足够的机械支承，以在典型集成电路测试探测环境中可有效地工作。探针卡总成60a容易地用于要求很高的插脚数、紧密的间距或高的频率的应用。同样，探针卡总成60a容易地适合于为集成电路装置的所有迹线46(图7)和输入与输出焊盘47(图7、图9)、为需要接入集成电路晶粒44的中心区域的测试探针应用提供电接点。
如图13所示，通常相对于半导体晶片92定位探针卡总成60a，所述半导体晶片92具有一或多个集成电路44，这些集成电路44通常被锯道94分开。X轴80和Y轴82通常定义探针卡总成60在半导体晶片92或装置44上的位置，而Z轴则定义晶片92的表面和探针卡总成60之间的垂直距离。要求相对于测试头76和探针卡总成60a的被测试晶片92的位置相对于X轴80、Y轴82和Z轴84以及关于Z轴84的旋转Z轴(即，θ)位置90被精确定位。
然而，允许探针卡总成提供与平面半导体晶片92的接触愈加重要，其中半导体晶片92和探针卡总成彼此略微非平面，诸如通过X轴旋转86和/或Y轴旋转88的略微变化。
在图13中所示的探针卡总成60a中，探针尖端61a-61n具有柔韧性，其固有地提供基板16和半导体晶片92之间的平面一致性。同样，也是适宜的柔韧传导弹簧14、34、50的柔韧连接件64a-64n提供基板16和半导体晶片92之间的进一步的平面韧性。探针卡总成60a因此提供基板16和集成电路装置44之间的平面韧性(即，诸如通过X轴旋转86和/或Y轴旋转88)。同样，探针卡总成60a还容纳基板16(其通常包含陶瓷、陶瓷玻璃、玻璃或硅)和印刷线路板探针卡68(其通常包含玻璃环氧树脂材料)之间的热膨胀系数(TCE)的差异。
使用基板16的一或两个表面62a、62b上的投送迹线将来自通常具有小间距20的探针尖端61a-61n的信号迹线适宜地扇出到通常具有较大间距的柔韧连接件64a-64n。
适宜地以标准化的布局图案来布置柔韧连接件64a-64n，其可匹配印刷线路板探针卡68上的标准化的电源和接地焊盘图案(即，分配)，因而允许相同的印刷线路板探针卡68用于所布置的基板16以配对不同的集成电路装置44。因为印刷线路板探针卡68可适合特定的基板16，以用于测试多种不同装置44，所以降低了印刷线路板探针卡68的操作成本。
为辅助高频电源退耦，电容器172(图24)(诸如从Myrtle Beach SC的AVXCorporation购买的LICATM系列电容器)适宜地安装在基板16的顶表面62b上。或者，平行板电容器可以形成在基板16内部、在参考平面和形成在投送迹线层的未使用区域上的平面之间。对于基板16由硅构成的实施例来说，整合电容器67(如，诸如整合旁路电容器)可以适宜地形成在硅基板16内。如在集成电路中，此等电容器包括金属介电金属构造、金属介电重掺杂的半导体或p-n接合体。对于非半导体基板来说，可以通过使用集成电路制造技术将金属介电金属电容器制作于基板上或内部。
通常使用向上看和向下看照相机将晶片夹盘对准到基板16，藉此将探针尖端20对准到位于半导体晶片92上的被测试装置44上的接触焊盘47或迹线46。通过查看弹簧尖端24、或查看印刷在基板16上的对准标记125来达到对准。
对于没有此照相机的探针卡总成来说，基板16适宜地包含半透明或透明的材料(如，诸如玻璃陶瓷或玻璃)，因此允许测试操作人员执行观察贯穿顶部的对准方法。窗口165(图24)适宜地定义于印刷线路板探针卡68中，同时对准标记125(图17)、185(图26)适宜地位于被测试的基板和/或晶片92上。测试操作人员可以接着使用照相机或显微镜通过窗口观察对准标记125并且对准基板16和晶片92。
对于其中需要接入半导体晶片92的表面同时维持探针接触的应用(如，诸如在集成电路装置44发展期间的电压对比电子束探测)来说，适宜地定义IC中心上的基板区域16中的窗口123(图17)，从而允许接近观测晶粒92中的信号。窗口123可最好地服务于具有沿晶粒边缘设置的I/O焊盘的集成电路装置44，从而能够直接探测位于晶片92上的集成电路装置44。目前，必须首先将半导体晶片晶粒92切成方块，其中将分离的集成电路装置44引线结合到封装中，并且接着对其进行测试。
基板16内的所定义的开口(即，窗口123)还适宜用于诸如DRAM的装置的原位电子束修复，其中探针卡总成60可以保持在适当的位置。因而可以在相同的位置执行测试、修复和再测试，而无需移动晶片92。
探针卡总成60a的结构提供了印刷线路板探针卡68中的探针卡尖端61a-61n和受控阻抗环境之间的非常短的电距离，其允许探针卡总成60a用于高频应用。对于其中要求基板16的一或两个表面62a、62b上的迹线为阻抗受控的实施例来说，一或多个传导参考平面可以添加于基板16的内部，可以在迹线的上面、在迹线的下面或既在迹线的上面又在迹线的下面。对于超高频应用来说，基板16可以含有交替的接地参考迹线，其通过使用导孔266(图37、图38)以规则的间隔连接在参考平面262之间(图37、38)，以有效地提供屏蔽的同轴传输线环境260。在某些实施例中，将接地平面迹线放置在信号线的一侧上。
高韧性探针总成。如上文所述，探针卡总成结构60相对于印刷线路板探针卡68在横向X和Y方向上以及相对于Z轴84的旋转90的方向上固定地支承基板16。
虽然柔韧弹簧探针61a-61n以及柔韧连接件64a-64n提供了探针卡总成60和半导体晶片92或装置44之间的某些平面韧性，但是探针卡总成60的其它优选实施例提供了增强的平面韧性。
因为经常要求探针弹簧61a-61n非常小以提供高密度连接件和细密间距20，所以在要求大体上的平面韧性的某些探针卡应用中，仅由探针弹簧61a-61n提供的韧性可能不足够。因此，在探针卡总成60的某些优选实施例中，探针卡总成60允许基板16关于其中心绕轴旋转(即，在X轴旋转86和/或Y轴旋转88变化)，以提供与被测试的半导体晶片92的增加的平面韧性。在此等应用中，探针卡总成60必须在Z方向84上仍施加一个受控向下的力，以相对于半导体晶片92啮合位于基板16的底部表面62a上的探针弹簧触点61a-61n。
对于探针卡总成60的许多实施例来说，基板16的中心区域119(图17)用于基板16和印刷线路板探针卡68之间的电连接件64a-64n，因而要求应沿基板16的外围127(图17)来支承基板16。
球接头支点结构可以位于基板支承结构的背面上的探针卡总成的中心区域内，以允许基板16关于中心绕轴旋转，并且提供力以啮合探针尖端61a-61n。然而，此结构将通常阻碍经常需要在探针卡总成的中心区域上离开的引线或其它电连接件。此外，此能动接头通常不会可靠地限制基板16的θ旋转90。
图15为桥和叶片弹簧悬挂式探针卡总成60b的第一部分横截面图96a。图16为图15中所示的桥和叶片弹簧悬挂式探针卡总成60b的第二部分横截面图96b，其提供了与半导体晶片92上的一或多个集成电路装置44的平面韧性，其中半导体晶片92上的一或多个集成电路装置44可能与探针卡总成60b不共面。图17为桥和弹簧探针卡悬挂总成60b的主要组件的部分展开总成图124。
叶片弹簧98通过桥结构100连接到基板16。叶片弹簧98和桥结构100为基板16提供绕轴旋转的自由(即，稍微的X轴旋转86和Y轴旋转88)，和Z方向84、X方向80、Y方向82和Z轴旋转(θ)方向上的受控运动。在优选实施例中，将预载总成121(图15)用作相对于印刷线路板探针卡68b精确设定基板16的初始平面和Z位置的构件，并设定叶片弹簧98的预载力。例如，在图15和图16中所示的实施例中，预载总成121包含与桥垫片122一起使用的扣件118。在替代实施例中，预载总成121可以包含校准螺钉总成122、防震垫120和/或其它支座116。
如图15和图16中所示，通过附着框架107将叶片弹簧99的外边缘沿其外边缘固定到印刷线路板探针卡68。通过一个或多个扣件108、一个上部桥隔片104和一个下部桥隔片106将叶片弹簧98的中心连接到桥100。适宜地添加桥预载垫片110，诸如以改变叶片弹簧98和桥100之间的Z距离，其改变了由叶片弹簧100施加给桥100的向下的力的预载。桥100将支承力从中心转移到角落，并且通过复数个(通常3个或更多)桥腿102连接到基板16。桥腿102伸出穿过印刷线路板探针卡68中所定义的桥腿开口111，并且被固定地附着到基板16，诸如通过粘合剂或机械连接件112。
叶片弹簧98通常由不锈钢或弹簧钢薄片制作而成，并通常通过使用化学蚀刻方法将其图案化。向下的力是弹簧刚性、弹簧隔片104和106的直径以及叶片弹簧98的大小的函数。
虽然图16中所示的叶片弹簧98具有十字架的形状，但是可以使用其它几何形状以提供向下的力、倾斜自由度和X、Y以及θ转移电阻。例如，具有十字架形状的叶片弹簧98可以包括任何数目的翼99。同样，翼99可以具有不对称的形状，随着其从外边缘向中心移动其宽度可改变。同样，叶片弹簧98的外边缘可以连接到环中，以提供叶片弹簧98的进一步稳定性。
桥100和隔片104与106适宜地包含诸如铝或钛的轻并且坚固的材料，以将桥和叶片弹簧悬挂式探针卡总成60b的可移动的质量减少到最小。
通常通过使用粘合剂112(诸如，环氧树脂或焊料)将基板16附着到桥100的腿102上。当需要基板可替换性时，可以使用诸如图18所示的可分离的连接件130。
在基板16的底面62a上，适宜地使用下部支座114，其可以预防基板16触到被测试的晶片92。下部支座114适宜地由相对软的材料(诸如聚酰亚胺)制成以避免对被测试的半导体晶片92造成损害。另外，为了进一步避免对半导体晶片92中的主动电路44造成损害，适宜地放置支座114使得当探针卡总成60与半导体晶片92上的装置44对齐时，支座与不存在主动装置44或测试结构的半导体晶片92上的锯道94(图13)对齐。此外，适宜地选择下部支座114的高度以限制弹簧探针61a-61n的最大限度压缩，因而防止对弹簧探针61a-61n造成损害。
在基板16的上表面62b上，也可适宜地使用上部支座116，以防止对顶部柔韧电连接件64a-64n造成损害。上部支座116适宜地由中等硬度的绝缘材料制成，诸如LEXANTM、硅酮或塑料。
在图15、图16和图17中所示的优选实施例中，使用可以调整的桥螺钉118和桥垫片122以设定基板16的初始平面，以及提供到基板16的向下挡板，使得柔韧连接件64a-64n不被过度延伸所损害。
因为印刷线路板探针卡68b通常由相对较软的材料制成(如，诸如玻璃环氧树脂)，所以适宜地将防震垫120放置在探针卡68b上、在调整螺钉118下，以预防调整螺钉118的尖端在重复的接触循环期间陷到印刷线路板探针卡68b中。扣件垫片122也适宜地与调整螺钉118一起使用，使得可以精确地设定基板16和印刷线路板探针卡68b之间的初始距离和平面度。
适宜地使用预载垫片110以控制由叶片弹簧98施加于桥100上的向下的力的初始预载。设定的预载防止了基板16振动，并且改进了基板16和到被测试的半导体晶片92之间的接触特性。
图18为替代的桥和弹簧悬挂式探针卡总成60c的第一部分横截面图126a，其具有可分离地连接到印刷线路板探针卡基板68b的中间子卡134，且其中弹簧探针基板16可分离地连接到桥结构100。图19为图18中所示的替代的桥和弹簧悬挂式探针卡总成60c的第二部分横截面图126b，其提供与半导体晶片92上的一或多个集成电路装置44的平面韧性，所述半导体晶片92上的一或多个集成电路装置44最初与探针卡总成60c不共面。
在图18所示的替代桥和弹簧悬挂式探针卡总成60c中，电连接件被提供于探针芯片基板16和子卡134之间，诸如在提供电连接到子卡134的柔韧连接件64a-64n之间。
如在图18中所见，具有可分离的半部133a、133b的可分开的连接器132提供中间子卡134和印刷线路板探针卡基板68b之间的可分离的连接，其允许基板16和子卡134的替换。基板附着扣件130(如，诸如(但不限于)螺钉)适宜地延伸穿过桥腿128，并且允许桥100可移除地连接到基板柱128，所述基板柱128安装在基板16的上表面62b上。
在探针卡总成60的一个实施例中，优选的可分开的连接器132为MEG-ArrayTM连接器(由PA的Etters的FCI Electronics制造)。通常可分开的连接器132的一侧焊接到印刷线路板探针卡68上，而配合侧则通常焊接到子卡134上，藉此子卡134可以从印刷线路板探针卡68b可移除地连接，同时提供大量可靠的电连接。子卡13适宜地进一步提供电连接件的扇出，从用于柔韧连接件64a-64n的大约1mm的典型间距到用于可分开的连接器132的大约1.27mm的普通间距。
图20为接线和弹簧柱悬挂式探针卡总成60d的横截面图136。复数个钢接线138(如通常3个或更多)允许基板16作Z运动84。通常被焊接或用环氧树脂粘结139到印刷线路板探针卡68c的弹簧柱框架140通常包括一或多个弹簧柱141，其被适宜地用于提供向下的Z力以及限制移动。
图21为具有中间子卡134的悬挂式探针卡总成60e的横截面图142，所述中间子卡134通过可分开的(即，可卸下的)连接器132和通过支承149可分离地连接到印刷线路板探针卡68，所述连接器132包含可分开的连接器半部133a、133b。柔韧连接件64a-64n适宜地被制成具有弹簧14、34、50，并提供到印刷线路板探针卡68的电连接，以及印刷线路板探针卡68和子卡134之间的机械连接。在探针卡总成中60e，柔韧连接件64a-64n通过使用焊料或导电性环氧树脂127永久地连接到子卡134上的传导焊盘143a-143n。适宜地设计柔韧连接件64a-64n以提供大于所需压力的总压力，来完全压缩所有底面探针弹簧61a-61n，诸如当被压缩到2到10密耳的范围内时。同样，适宜地排列柔韧连接件64a-64n，使得当柔韧连接件64a-64n被压缩时基板16在X方向80、Y方向82或Z轴旋转(θ)90方向(图13)上不转移。
适宜地使用上部基板支座116以限制基板16相对于子卡134的最大Z移动，因此为柔韧连接件64a-64n提供保护。也可适宜地调整上部支座116，使得存在柔韧连接件64a-64n上的轻微预载，从而迫使基板16远离子卡134，因此降低操作期间基板16的振动和颤动。阻尼材料145(如，诸如凝胶)也可适宜地放置在基板16和子卡134之间的一或多个位置处，以预防基板16的振动、振荡或颤动。
可分开的连接器132(如，诸如FCI连接器132)适宜地具有宽大的配合共面的条件，因此提供子卡134和印刷线路板探针卡68之间的优良的平面韧性。在子卡134和印刷线路板探针卡68之间也通常使用支承149，如，诸如(但不限于)扣件166、隔片164、螺母168、垫片170(图24)和/或所有有胶的连接件。在悬挂式探针卡总成60e的某些实施例中，支承149是可调整的。这也促进了探针芯片的平面性的调整。
图22为探针卡总成60f的横截面图146，其中探针弹簧基板16通过可分开的阵列连接器147附着到印刷线路板探针卡68。探针卡总成60f适合小基板16，其中基板16和被测试的半导体晶片92之间的小非平面性可以由弹簧探针61a-61n独自承受。
图23为弹簧单高跷式接线悬挂式探针卡总成60g的横截面图148，其中，纳米弹簧基板16通过大栅阵列(LGA)内插器连接器150连接到印刷线路板探针卡基板68，所述连接器150可保持地固定在基板16和印刷线路板基板68之间。在一个实施例中，LGA内插器连接器150为AMPIFLEXTM连接器(由PA的Harrisburg的AMP，Inc.制造)。在另一个实施例中，内插器连接器150为GOREMATETM连接器(由WI的Eau Clare的W.L.Gore and Associates，Inc.制造)。在另一个替代实施例中，使用弹簧单高跷式插脚内插器150以连接印刷线路板探针卡68上的覆盖弹簧单高跷式插脚152到基板16上的电连接件66a-66n。基板16由复数个钢弹簧单高跷式悬挂接线154固持，适宜地对所述接线154施加偏压以提供稍微向下的力，因此在防止总成60g的振动和颤动的同时保持内插器连接器150。
小测试区域探针总成。图24为小测试区域探针卡总成60h的横截面图，其具有位于主要印刷线路板探针卡68和子卡134之间的一或多个区域阵列连接器162，其附着到小区域弹簧探针基板16。
虽然上文描述的许多探针卡总成60为探针弹簧基板16提供了较大的平面韧性，但是某些探针卡总成用于其中被测试装置包含相对较小的表面区域的应用。例如，对于包括小数目集成电路44(如，诸如两个IC)的晶片92来说，配合基板16的大小也可相对较小(如，诸如小于2平方厘米)。
因此，在此等实施例中，基板16到被测试晶片92的平面性对于较大表面区域可以变得不那么关键，并且由探针弹簧61a-61n独自提供的韧性通常足够补偿测试环境。虽然与常规针式弹簧相比较，由探针弹簧61a-61n提供的韧性可能相对较小，但是此等应用很好地适合具有经照相平版印刷形成或经MEMS形成的弹簧探针61a-61n的探针卡总成60。
探针卡总成60h因此与多层探针卡总成设计相比较固有地较不复杂且通常更可承受。因为基板16的成本与基板16的表面区域强烈相关，所以基板16的较小的大小降低了探针卡总成60h的成本。
如上文所述，通过使用薄膜或MEMS处理方法，在硬基板16的下表面62a上制作探针弹簧61a-61n。通过使用在一个或两个表面62a、62b上的金属迹线和穿过基板16的传导导孔66a-66n，将来自探针弹簧61a-61n的信号扇出到位于基板16的上表面62b上的金属焊盘(182、184、186)的阵列(图26)。通过使用普通微球栅焊接阵列焊盘，通常以诸如0.5mm的阵列间距将顶面焊盘连接到子卡134。子卡134进一步扩大阵列到在子卡134的反向表面上具有大约0.050英寸间距的焊盘的间距。使用诸如从PA的Etters的FCI Electronics Inc.购买的MEG-ArrayTM连接器的区域阵列连接器162以将0.050英寸间距焊盘阵列连接到印刷线路板探针卡68。适宜地将电源旁路电容器172(诸如从SC的Myrtle Beach的AVX Corporation购买的LICATM电容器)添加到在基板微-BGA焊盘182、184、186附近的子卡134，以提供低阻抗功率过滤。
小测试区域探针卡总成60h适宜地包括用于提供印刷线路板探针卡基板68和子卡134之间的机械连接的构件。在图24所展示的探针卡总成60h实施例中，一或多个隔片164和间隔垫片170提供子卡134和印刷线路板探针卡基板68之间的受控的分开距离和对准，而一或多个扣件166和螺母则提供用于机械附着的构件。虽然图24中展示了隔片164、垫片170、扣件166和螺母168的结合，但是小测试区域探针卡总成60h的替代实施例可使用用于子卡134和印刷线路板探针卡基板68之间的附着的构件的任何组合，诸如(但不限于)弹簧装载的扣件、粘合剂支座或附着硬件的其它组合。
通常高于基板16上的其它零件(除弹簧尖端61a-61n)的下部基板支座114适宜地放置在基板16的下表面上62a，适宜地与被测试的半导体晶片92上的锯道94相符合，因此防止被测试的晶片92碰撞到基板16，并且防止损害半导体晶片92上的主动区域。
如图24中所示，基板16适宜地包括接入窗口123(图17)，同时子卡134也适宜地包括子卡接入孔163，并且印刷线路板探针卡68适宜地包括探针卡接入孔165，使得当探针卡总成60h定位在晶片92上时提供到半导体晶片92的接入(如，诸如用于视觉对准或用于电子束探测)。接入孔123、163、165可以适宜地用于任何探针卡总成60中。
图25为基板晶片174的俯视图，在其上布置了复数个微球栅阵列弹簧探针接触器芯片基板16。对于具有小面积区域175的弹簧探针基板16来说，一些弹簧探针接触器芯片基板16通常可以由单晶片174制作而成。例如，如图25中所示，具有宽度176和长度178(如，14平方毫米)的多达24个位点可以建立于标准4英寸圆形的启动晶片174上。同样，可在启动晶片174上制作不同的基板(如，16a、16b)，藉此可以分摊用于不同弹簧探针基板16的生产成本(可能为相当大数目)，诸如分摊掩饰处理成本和处理成本。因此，可以显著降低用于不同基板的研制成本(如，诸如通过高达10个或更多的因素)。
图26为用于14平方毫米弹簧探针接触器芯片(NSCC)16b的单0.5毫米间距微球栅阵列180的俯视图。微BGA焊盘182、184、186适宜地以标准间距(如，0.5mm)。外部5行焊盘182和中心焊盘184提供341个信号连接，并且内部2行186提供96个专门的电源和接地连接。通过定制到弹簧探针61a-61n的投送迹线，用以匹配被测试的集成电路44的特定电源/接地弹簧位置可由单层投送容纳。
支座114适宜地放置在晶片92上的匹配非主动区域的位置中，诸如在划线道94上，以防止对被测试装置44上的主动装置44造成损害。一个或多个对准标记185适宜地位于基板晶片173上。通过标准化微BGA焊盘阵列180、子卡134和印刷线路板探针卡68的轨迹，可显著改进用于探针卡总成60的生产成本和周转时间。微BGA焊盘阵列180的标准化以及用于位于基板16、134、68上的焊盘的功率/接地焊盘对准允许底部基板174中的导孔66a-66n的标准化图案。
用于探针卡总成60的其它组件的标准化通常允许印刷线路板探针卡68(和在某些实施例中子卡134)用于不同基板16和集成电路装置44，其中仅定制基板16的投送路线。
使用具有标准化导孔66a-66n图案的启动基板174(图25)还允许启动基板174大批地整齐化、存储和使用，因而降低了启动基板174的成本并通常降低了获得启动基板174的前置时间。
探针弹簧的替代应用。照相平版印刷或MEMS弹簧探针61、14、34、50可以替代地用于裸晶粒烧进插座，诸如用于由MA的Mansfield的Texas Instruments Inc.制造的DieMateTM烧进插座，或用于从CA的Fremont的Aehr Test，Inc.购买的DieTMPak烧进插座。对于在边缘周围接触基板16的裸晶粒烧进插座来说，仅在基板16的一个表面(如，探针表面62a)上需要探针弹簧61和扇出金属化。使用所需的扇出以基于需要将被投送到基板16的边缘上的焊盘的I/O信号数目来判定基板16的大小。或者，如上文所述，可以使用基板16中的导孔66将信号投送到基板16的反向表面62b上的焊盘阵列，从而允许基板较小，并且因此降低制作成本。
平铺的探针总成。图27为具有探针带长度198和探针带宽度200的典型平铺探针带192的平面图190。平铺探针带192具有复数个探针带接触区域194a-194n，每一区域具有复数个弹簧探针61a-61n。同样，在所示的实施例中，弹簧探针61a-61n布置在纵向对准的探针区域196a、196b中。在探针卡总成中使用一或多个平铺探针带192允许与复数个集成电路装置44同时电接触，(诸如)以用于测试半导体晶片92上的邻接的集成电路装置位点44。这些复数个探针带接触区域194a-194n适宜地沿平铺探针带192的长度对称地设置，使得其与晶片92上的对称复数个集成电路装置44对准。应该理解，包含平铺探针带基板上的照相平版印刷成批制作的应力金属弹簧探针的平铺探针带的使用可应用于测试多种IC(诸如，存储器、逻辑和微处理器)中。
同样，具有弹簧探针61a-61n的平铺探针带192通常包括电导孔66a-66n和电连接件阵列64a-64n，诸如在图13、图14和/或图21的探针芯片基板16中所见。尽管通常可以布置弹簧探针61a-61n以匹配特定的被测试装置44，但是平铺探针带192包括标准电导孔66a-66n和/或电连接件64a-64n的阵列。例如，在图28和图29所示的探针卡总成202中，每一个平铺探针带192包括焊接连接件的标准球栅阵列160。因此，虽然平铺探针带192的优选实施例可以包含经布置以匹配特定被测试装置44的弹簧探针61a-61n，但是平铺探针带192可以附着到标准化子卡204和/或标准化中间连接器(如，诸如可分开的连接器132)，因而最小化生产平铺探针总成202的工程研制成本。
图28为包含附着到支承基板204的复数个平铺探针带192的平铺探针头202的部分底视图，其包括电传导导孔205的阵列207(图29)。图29为附着到探针卡16或子卡204的复数个平铺探针带192的侧视图，其用于接触位于半导体晶片92上的复数个集成电路装置44。平铺探针头202通常用于接触位于半导体晶片92上的复数个集成电路装置44。平铺的探针带192适宜对称地位于基板204上，使得其与晶片92上的对称的复数个集成电路装置44对准。
支承基板204适宜地具有低热膨胀系数(TCE)，并适宜地与硅匹配。同样，基板204通常将大量信号迹线46(图7)扇出到基板204的反向表面209b上的连接器。在一个实施例中，基板204为包括导孔205和在一个或两个基板表面209a、209b上的薄膜投送路线46的硅晶片，其中所述导孔(如)诸如可以0.056英寸的间距排列。
在图28和图29所示的平铺探针头202中，平铺探针带192包括数组探针弹簧61，其用于接触集成电路装置44上的数行焊盘47(图7)，所述集成电路装置44具有位于被测试装置44的反侧(如，诸如在集成电路装置位点44的右侧或左侧上)上的焊盘47。在所示的平铺探针头202中，排列平铺探针带192使得平铺探针带192中的一个除了接触邻近电路装置位点44左侧(如，诸如通过使用图27中的探针接触区域196b)之外通常接触一个电路装置位点44的右侧(如，诸如通过使用图27中的探针接触区域196a)。图28中所示的实施例因此提供了复数个平铺探针带192和复数个集成电路装置44之间的同时接触，同时允许邻接平铺探针带192之间的适当公差，其中平铺探针带192的侧边缘可以适宜地放置在集成电路装置位点44的锯道上。例如，晶片92上的邻接装置44之间的锯道94(图13)可一般为大约4到8密耳宽，因此提供了平铺探针卡总成202中的平铺探针带192之间的类似间隙。
在平铺探针卡头总成202的替代实施例中，用于集成电路装置位点44的所有焊盘47(图9)可以通过来自单探针带192的探针来接触。
烧进结构。图30为烧进结构210的部分横截面图，其允许复数个集成电路装置44临时地连接到烧进板212。探针弹簧(即，纳米弹簧)接触器芯片(NSCC)214的阵列(诸如)通过微球栅阵列216安装于烧进板212上，所述微球栅阵列216提供了复数个集成电路装置44和外部烧进电路(未图示)之间的电连接。板真空端口218适宜地定义于烧进板212中，而接触器芯片真空端口220则适宜地定义于NSCC基板214中，其中板真空端口218一般与接触器芯片真空端口220对准(如，使得通过板真空端口218施加的真空也施加到通常对准的接触器芯片真空端口220)。气密封22(如，诸如环氧树脂)适宜地围绕每一纳米弹簧接触器芯片214的外围而分配，以防止所施加的真空通过微BGA球阵列216损耗掉。
因为集成电路装置44初始被放置在纳米弹簧接触器芯片214上(如，诸如通过“选放”机)，所以施加到烧进板212上的板真空端口218和纳米弹簧接触器芯片214上的通常对准的接触器芯片真空端口220的真空防止了被放置的集成电路装置44从其被放置的位置移位。
当将所有的集成电路装置44都放置在对应的接触器芯片214上时，适宜地放置夹板224以与集成电路装置44接触，以在烧进操作期间保持集成电路装置44在适当的位置，并允许探针弹簧61a-61n提供到集成电路装置44的电连接。也可以使用个别弹簧焊盘226来推进被测试的集成电路装置44，以允许夹板224和烧进板212的平面度公差。烧进结构210适宜地包括用于保持夹板224的构件217，使得一旦放置夹板224以接触集成电路装置44，夹板224便附着到烧进板212，并且所施加的真空可能被切断。
用于改进的弹簧探针的保护性涂层的处理。如上文所述，因为弹簧探针61提供高间距、高插脚数和柔韧性的优点，所以其可以用于广泛的多种应用。然而，当这些通常小的弹簧探针61用于接触集成电路装置44(诸如在半导体晶片92上)上的迹线46时，其中迹线46通常含有氧化层，通常要求弹簧探针61突破氧化层并且建立与金属迹线或传导焊盘的充分电接触。因为经常多次使用弹簧探针61，所以较小的、未受保护的弹簧探针尖端24可能被磨损。因此，在探针弹簧61的接触尖端24上提供电传导耐磨涂层将是有利的。然而，要求此保护性涂层覆盖弹簧尖端24的两个全部表面。
如上文所述，可以通过等离子化学气相沉积和照相平版印刷处理来形成探针弹簧61，诸如在美国专利第5,848,685号和美国专利第5,613,861号中所揭示，其中将连续传导材料层施加到基板，并且其中非平面弹簧随后形成。然而，在此等处理中，在沉积处理期间所施加的保护性涂层不是固有地在所形成的非平面探针弹簧的所有表面上提供连续涂层。在替代实施例中，可以通过电镀处理来形成探针弹簧61。
探针弹簧61在释放之后与基板表面非平面。因此，在弹簧61已经从释放层18释放之后可以施加保护性涂层。图31为弹簧探针总成涂层处理的第一步骤230的视图，其中保护性涂层232被施加到弹簧探针总成基板16的探针表面，其具有一或多个非平面的探针弹簧61。探针弹簧总成涂层处理在非平面探针弹簧61上形成保护层。虽然涂层处理可以用于广泛的多种非平面的结构，但是其特定地用于处理薄膜和MEMS探针弹簧触点61。在图31中，所施加的电传导保护性涂层适宜地为硬电传导材料，诸如钛、氮、铑、钨或镍。所施加的电传导保护性涂层也适宜地为惰性材料，因此提供了用于弹簧探针61上的探针尖端24的润滑特征(即，低摩擦系数)，因此使对被测试装置和对弹簧探针61的磨损最小化。
当保护性涂层233施加232到基板16和探针61时，保护性涂层233覆盖基板16的曝光表面上的平面和非平面区域。虽然弹簧探针16在涂覆步骤230期间有保护性涂层233覆盖，但是基板结构上的所有迹线从所施加的传导涂层233一起电短路。因此需要图案化(或部分地移除)传导涂层233，以恢复不同探针弹簧61和其各自迹线之间的电隔离。虽然常规的光掩模处理通常用于大多数集成电路处理以选择地蚀刻掉传导图层(诸如氮化钛涂层)，但是此等光掩模处理用于平面结构。
图32为弹簧探针总成涂层处理的第二步骤234的视图，其中一层光阻材料240(如，大约10微米厚)被施加到第二基板236，所述第二基板236适宜地具有浸渍支座238(如，大约30微米高)。所述光阻材料240用于保护探针弹簧的非平面部分上所施加的保护层233。图33为弹簧探针总成涂层处理的第三步骤的视图，其中部分地并可控地将经涂覆的弹簧探针总成浸渍242到第二基板236上的光阻材料240中。所施加的光阻材料240的深度最终控制剩余的保护性涂层233。将基板16降低到光阻材料240中所要的深度，其通常控制第二基板236上的光阻材料240的所施加的深度和浸渍支座20的高度。所施加的深度可以替代地由操作人员控制(诸如通过处理设备的受控的轴运动)以控制基板16到光阻材料240中的运动。
图34为弹簧探针总成涂层处理的第四步骤的视图，其中将涂覆的并且部分浸渍的弹簧探针总成从第二基板16上的光阻材料240移除246并对其进行软烘焙，留下覆盖在经烘焙的光阻层248中的受保护性233涂覆的探针弹簧61的一部分。图35为弹簧探针总成涂层处理的第五步骤的视图，其中对涂覆并且浸渍的弹簧探针总成16、61进行蚀刻250，因此从基板16的部分(即，基板16的场区域)移除保护性涂层233并且探针弹簧61没有浸渍被而覆盖在经烘焙的光阻层248中。图36为弹簧探针总成涂层处理的第六步骤的视图，其中光阻层248从探针弹簧61被覆盖在光阻层248中的部分剥离，因此曝光保护性涂层233。
非平面探针弹簧涂层处理因此提供了到探针弹簧的尖端24的保护性涂层，同时蚀刻基板表面16中的不需要的保护性涂层和未用光阻层248涂覆的弹簧探针61的部分。
用于超高频应用的弹簧探针基板。如上所述，探针卡总成60的结构提供了探针尖端61a-61n与印刷线路板探针卡68中的受控阻抗环境之间的非常短的电距离，这使得允许探针卡总成60可用于高频应用。同样地，更适宜对弹簧探针基板16进行修改以用于超高频应用。
图37A展示了超高频弹簧探针基板16a的局部横截面视图260a，所述超高频弹簧探针基板16a包括具有不同固有应力级的复数个层17a-17n的探针弹簧61。通常在一个释放层19上形成弹簧61，其中诸如在释放区18中(图3、图4)选择性移除释放层19允许自由的非平面部分61从基板16a的表面延伸。就其中在基板16的一个或两个表面62a、62b上的迹线需要受到阻抗控制的实施例来说，一个或多个传导参考平面262a、262b可添加在基板16内或基板16之上，或者添加在迹线270的顶部、迹线270之下、或在迹线270之上和之下。基板16也可包含交替的地面参考迹线262a、262b，其连接到一个或两个参考平面262a、262b以有效地提供经屏蔽的同轴传输线环境268。当弹簧探针基板16通常为陶瓷材料时，参考平面之间的层264通常为介电材料，诸如有机介电材料。
图37B展示了一个交替超高频弹簧探针基板16的局部横截面视图260b，其进一步包括一个从地面参考迹线266b延伸的地面参考迹线266d，所述地面参考迹线266b连接到一个或两个参考平面262a、262b。地面参考迹线266d围绕中心传导导孔区域78，并由介电区域259分开。围绕地面参考迹线266d有效地使经屏蔽的同轴传输线环境268延伸通过基板16、从连接器表面62b延伸到探针表面62a。更适宜使用包括原子层化学气相沉积技术的化学气相沉积(CVD)技术来相继沉积所述导电层266d和介电薄膜259。接着通过CVD或物理气相沉积或电沉积(电镀或无电镀)方法或其组合来沉积所述导孔的中心区域中的导电层。在使用电镀来沉积导电层的实施例中，可通过诸如CVD的任何常规薄膜沉积技术在介电薄膜259的表面上沉积晶种层。
图38展示了交替超高频弹簧探针基板16的局部横截面视图261。就其中在基板16上和通过基板16的弹簧探针61和相关导电体273[320]、78、322需要具有受控阻抗(匹配阻抗)的实施例来说，例如，就高频应用来说，一个或多个传导参考表面262a、262b、262c、262d和导孔266a、266b、266c更适宜被添加到基板16内或基板16上。同样地，阻抗控制表面262a、262b、262c、262d不限制于图38所展示的平面。在某些实施例中，当通过导孔78的电导需要用于增强的性能的阻抗匹配时，如图37B来构造所述导孔，其细节已在上文中作出描述。
传导层262d可以沉积在绝缘层267的顶部上以提供同轴受控阻抗连接。传导材料262和介电材料263的交替层可更适宜与基板16整合，诸如对于需要紧密接近探针弹簧61的去耦电容器的实施例来说。对于为诸如硅的传导或半导材料的基板16来说，氧化物或介电层269可适宜沉积或形成在基板16与传导参考平面262c之间，由此形成电容结构271，其可被用作去耦电容器。相似地，在某些实施例中，所述电容器结构也可形成在相对面上，或形成在基板16的两个表面上。在此情况下，一个介电层(例如，氧化层)可在沉积地平面262b之前沉积或形成在所述表面上。通过基板16表面上未被介电269或地平面薄膜覆盖的区域(未图示)来提供到导电板16的电连接。照相平板印刷技术可用以打开所述区域从而建立到导电基板的接触。在基板16是导电材料的情况下，电绝缘薄膜(例如氧化物)可沉积或形成在所述导孔或孔的壁上以防止电短路。同样地，一个或多个组装组件265，诸如无源组件265(例如，通常为电容器、电阻器和/或电感器)或有源组件装置265可被并入基板16的表面62a或62b上。
弹簧探针61的固定部分15通常延伸跨过基板16上相对短的距离。位于基板16表面上的迹线60电连接到弹簧探针61的固定部分15，并将探针弹簧61电连接到导孔78。迹线包括不同于弹簧探针61的材料，并且更适宜包括具有高导电率金属(例如，诸如铜或金)的材料。
高级多晶粒探针卡系统结构。图39是晶片测试系统280的示意图，其中探针卡总成60(例如60a(图14)或高级探针卡总成300(图40))在测试头76与位于夹盘282上的多晶粒晶片92之间提供一个接口。图39中所展示的探针卡总成60、300被附着到晶片测试系统280、通过支承环、到探针器头板286。探针卡总成60、300通过探针接口板288与测试头76对接。晶片测试系统280也包括探针器驱动机构292，通过所述机构292夹盘282和测试头76可相对于彼此移动。
多晶粒探测需要在测试头76(图39)与每个晶粒44(图13、40)之间具有大量并联接触，例如，诸如电触点。大量的并联接触307(诸如参见图40)通常需要接触尖端61，412(图45)到参考表面(例如，诸如到IC 44)的一致性和平面性。此外，为了信号完整性以及高速测试，需要扇出信号迹线307。大量的并联接触307也需要总探针力以有效接触每个晶粒44。另外，更适宜从位点44到位点44匹配迹线307的长度，诸如以便在动态测试期间对所有测试通道提供相等的延时。
当维持到主板PWB 304的可靠连接和电完整性时，接触多晶粒44的探针卡总成60、300(诸如探针卡总成60a(图14)，或贴花内插器总成300a(图41))更适宜匹配探针载体16与晶片92(例如，硅)的热膨胀系数(TCE)。
接触多晶粒44的探针卡总成60、300适宜包括用于每个晶粒44的独立电源，且更适宜提供复数个电源轨(例如2到3个或更多)以用于到每个晶粒44的连接。同样地，探针卡总成60更适宜包括多个旁路电容器172，尽可能地靠近每一被测试装置DUT 44。
探针卡总成60沿Z轴84提供了从被测试装置DUT 44和测试头76的信号转移以及功率连接，同时更适宜提供受控阻抗。所述探针卡总成也可在X-Y方向80、82(图13)上转移信号和功率连接，其将信号迹线307从集成电路44的间距20扇出到测试头76的间距91(图14)。从主板304到探针总成60的探针尖端61、412的总计探针偏移通常由支承环284(图39)的厚度来定义。
如上所述，诸如桥和叶片弹簧悬挂式探针卡总成60b(图15)、接线和弹簧柱悬挂式探针卡总成60d(图20)和弹簧单高跷式接线悬挂式探针卡总成60g(图23)的探针卡总成60的某些实施例提供了用于将探针芯片基板16倾斜以向晶片92提供韧性和平面性的构件。
图40为分阶段接口探针卡总成300的基本示意图，其整体提供了电迹线路径307的垂直转移，诸如通过Z区块印刷线路板(PWB)342(图42)。分阶段接口探针卡总成300通常包括位于探针芯片基板16、310的探针表面62a(图43)上的探针弹簧412(图46、图47)，例如，诸如具有180μm高度的探针弹簧，其为总成300提供了增强的韧性。在主板PWB 304与探针芯片基板16、310之间分别通过上接口配置308、中间连接器总成306和下接口配置312提供了电连接件307。加劲板302也更适宜附加到主板PWB 304。在图40中所展示的上接口配置308和下接口配置312包括电接口和/或硬件。
在分阶段接口探针卡总成300的某些实施例中，完全通过探针弹簧412提供增强的韧性，其中使探针芯片基板16、310相对于主板PWB 304保持稳定。下支座114通常提供在探针芯片基板310的下表面上，其限制了在探针芯片基板与晶片92之间的最小垂直距离。下支座114的高度通常小于其余部分(即，探针弹簧61、412的非接触高度)，使得允许探针弹簧61、412可以弯曲并提供了到晶片92上的一个或多个装置44的韧性连接。如参见图40，上支座116(图19)也用在探针卡总成300的某些实施例中，诸如以向探针芯片基板310的连接器表面311a提供诸如相对于中间连接器306或主板304的垂直移动限制。
如参见图39，金属支承环(即，环嵌入件284)为主板PWB 304提供了能够对抗由弹簧单高跷式塔型连接器290(图39)施加的向下压力的机械支承。
图40中所展示的中间连接器306通常可包括一个垂直转移区块342(图43)、一个插脚区块742(图64-69)或一个延伸的插脚区块(图70、图71)。中间连接器306向总成300提供了Z-转移，这样使得允许总成300提供通常大约为0.300”的探针偏移，这个偏移是大多数探针总成中的要求，以便清除金属支承环嵌入件284。
上接口308可包括多种接口，诸如具有两个侧边的弹簧521(图52)的上内插器344(图43)、一个焊接球栅阵列756或Z层压板(图65)、一个插脚栅阵列745(图64)或任何其它内插器总成344，诸如ISOCONTM连接器(可从Tempe AZ的CircuitComponents，Inc.购得)。
下接口312也可包括多种接口，诸如具有位于下和上表面349a、349b的弹簧的内插器348(图42、图43)。下接口312或者可包括一个焊接球栅阵列756、位于探针芯片基板310上表面311b上的弹簧64a-64n(图13、图14)，或者到探针芯片基板16、310的其它直接连接。
在某些实施例中，如果垂直转移区块VTB 342(图43)用以在垂直转移区块342的下表面343与所述系统的其余部分之间提供横向韧性，那么下接口312可为固定的或永久的连接，诸如焊接球接口。图67中展示了使用金属插脚区块742的横向韧性的一个实例，其中韧性插脚样板748和752允许所述插脚略微移动。
垂直转移区块VTB 342的替代实施例包括复数个不固定连接件，诸如制作在探针芯片310上表面62b上的内插器或弹簧64a-64n(图67)、412。使用不固定连接件允许探针芯片310能相对于垂直转移区块VTB 342移动和/或延伸。
图40中展示的分阶段接口探针卡总成300进一步包括一个顶部加劲板302，其有助于保持主板PWB 302平坦。
图41是贴花内插器总成300a的局部横截面视图。主板PWB 304通过诸如复数个扣件322而固定地附着到一个顶部加劲板302。加劲板302更适宜包含一种刚性材料，诸如不锈钢。图41中所展示的加劲板302进一步包括复数个组件凹座325，使得组件部分(例如，电容器172)可被安装到主板PWB 304的上表面305b(图43)或从那里延伸。
所述加劲板的某些实施例并入了手柄837、839(图73、图74、图75)，诸如以辅助操作所述总成。此外，通过加劲板302的某些实施例定义了窗口840(图73)，其允许对主板304进行柱总成修改，例如(诸如)以用于客户定制的电跨接器。
如参见图41，通过位于探针芯片16、310的上表面62b(图43)与主板304的下表面305a(图43)之间的中间内插器150将主板304电连接到探针芯片晶片16。内插器150更适宜通常通过内插器对准插脚330来对准主板304，所述对准插脚安装到主板304并从主板304延伸，并且它们对应于内插器基板348的对准孔347(图43)和/或边缘351(图43)。
图79是安装到一个韧性薄膜326a上的探针芯片310的透视图。图80是安装到韧性贴花326b上的探针芯片310的透视图。图81是安装到韧性薄片326c上的探针芯片310的透视图。图82是安装到韧性网屏326d上的探针芯片310的透视图。通过韧性部件326将探针芯片310固持在适当位置，所述韧性部件326通常包括柔韧性薄膜326a(图79)、贴花326b(图80)、薄片326c(图81)或网格结构326d(图82)。如参见图41，韧性部件326固定地附着或安装到一个外部围绕环328，其通过扣件334附着到主板304。外部环328和附加韧性部件更适宜诸如通过环对准插脚332来对准总成300a。在附着到围绕环328期间所述韧性部件伸展并因此在张力下被固持。
韧性部件326将探针芯片310固持在X-Y轴80，82上的适当位置，同时允许其可在Z方向84上移动或骑行。通过韧性部件或贴花326中的受控弯曲，韧性部件326将内插器150保持在压缩的位置，上述受控弯曲可由在内插器150的底表面305a与韧性部件326的安装位置之间的任何Z平面84δ而引起。
韧性部件326也提供探针芯片16、310与贴花环328之间热膨胀系数(TCE)差异的韧性。例如，对于其中具有比探针芯片16、310更高的膨胀系数的贴花环328的贴花探针总成300来说，韧性部件326容易弯曲，即，在高温下容易在探针芯片12、300与贴花环328之间伸展。
图42是一个Z区块贴花内插器总成300b的局部横截面视图340。图43是一个Z区块贴花内插器总成300b的展开总成视图360。分别通过位于探针芯片16、310的上表面311b与主板304的下表面305a之间的上内插器344、PWB Z区块342和底内插器348将主板304电连接到探针芯片晶片16、310。底加劲板346通过插脚354对准主板PWB304中的对应孔或狭槽309。Z区块垂直转移区块(VTB)342提供了信号和功率从主板PWB 304到探针芯片16、310的Z转移，使得探针弹簧61a-61n的探针尖端将清除探针环284(图38)。图43中所展示的Z区块342具有从顶表面343b和/或底表面343a延伸的三套对准插脚330、333、350。诸如通过边缘351或一个或多个对准孔347将底内插器348和顶部内插器344分别对准针脚330、333。Z区块342本身通过插脚350对准底加劲346。
韧性部件326将探针芯片310固持在X-Y轴80，82上的适当位置，同时当Z区块342由于发生热变化而延伸时能够允许其在Z方向84上移动或骑行。通过韧性部件或贴花326中的受控弯曲，所述韧性部件326将底部内插器348保持在压缩的位置，上述受控弯曲可由底部内插器348的底表面349a与韧性部件326的安装位置之间的任何Z平面84δ而引起。韧性部件326也提供探针芯片16、310与贴花环328之间热膨胀系数(TCE)差异的韧性。
如参见图42，将Z区块342安装到更适宜包括一种刚性材料(诸如不锈钢)的底加劲环346。底加劲环346将Z区块342保持在平坦位置(即，平面位置)，同时加劲环346的厚度限制了(即，控制)韧性薄膜或贴花326的偏移量。
Z区块保持夹子总成352将Z区块342固持到底加劲环346，并允许Z区块在高温度下在Z方向上延伸。底加劲环346朝通常具有中间上内插器344的主板304固持并支承Z区块342。
平面性调整326更适宜(诸如)通过一个或多个平面性调整螺钉和/或垫片而提供在主板304与探针芯片晶片16之间。在贴花内插器总成300的某些实施例中，用于提供平面性324的构件包括复数个差动螺钉总成824(图73、图74、图75)。
在Z区块贴花内插器总成300b的某些实施例中，底加劲环346进一步包括诸如通过一个或多个平面性调整螺钉324、824(图73、图74、图75)进行平面性调整的构件，借此接触尖端之间的平面性可相对于主板304的下表面305a调整。在弹簧力下固持底加劲环346以对抗平面性调整螺钉324、806，借此底加劲环在它在总成中垂直移动时仍然接触螺钉。平面性调整系统326可包括广泛多种结构，诸如扣件、差动螺钉、导向器、带肩螺栓，以及诸如压缩垫圈和/或韧性o形环的偏置硬件。
如参见图43，底内插器348在探针芯片310与Z区块342之间提供电连接件，并允许探针芯片310成为可移除的子组件。底内插器348也在探针芯片310与Z区块342之间提供滑动接口以容纳TCE差异。
韧性薄膜或网格326将探针芯片310、16保持在X轴80和Y轴82上的适当位置，同时当Z区块342由于热变化而延伸时允许探针芯片310、16在方向84上骑行。通过由底内插器348的底部与贴花环328的安装位置之间的Z平面δ引起的贴花326中的受控弯曲，韧性薄膜或网格326一直将底内插器348保持完全压缩，其提供了探针芯片310与贴花环328之间的TCE差异的韧性。
增强的探针芯片。图44是在手指提升前的探针芯片310的横截面视图370。图45是在手指提升404后的探针芯片310和板406的横截面视图400。在手指提升之前，探针表面62a的一部分通常包括一个释放层376，较佳包括钛，其在陶瓷基板372上形成。接着在释放层376上形成复合层380，其中复合层380通常包括复数个(较佳但不限于5层)金属薄膜层17a-17n(图37)，其中至少两个邻接层在弹簧提升404(图45)之前具有不同的固有应力级。这些复合层更适宜通过诸如溅射沉积技术而形成。在某些实施例中，所述复合层也可以由电沉积技术而形成。在图44中展示的探针芯片结构310中，较佳包括金的传导晶种种层384较佳形成在复合层380上。接着，通常通过照相平板印刷图案化将传导迹线382可控制地形成在复合层380的一部分上。
在某些实施例中，接着将通常包括第一聚酰亚胺(PMID)层384、地平面388、第二PMID层390和硬掩膜层392的上层施加在迹线区域，这通常为信号迹线提供了屏蔽。
图44和图45也展示了在基板372的连接器侧上的以个示范形成的连接结构393。连接结构393提供了接触焊盘396以用于连接到内插器348，例如(诸如)参见图43，且也用于连接到在焊盘445(图49)与导孔374之间的连接迹线，如参见图44和图45。
连接结构393包括一堆一个或多个金属层376、394、396，其通常包括一个包含金的外部层396以用于可靠地接触内插器触点或弹簧。在探针芯片310的某些实施例中，连接结构393包括第一钛金属层376、第二镍层394和第三金金属层396。在探针芯片310的其它实施例中，连接结构393包括第一Cr层和Cu金属层376、第二镍层394和第三金金属层396。通常层376、394、396的厚度受到控制以减少电工钢片的电阻。在所述连接结构的某些实施例中，第一Cr/Cu层374厚度为1-4um，和/或外部金层厚度为1-4um。
在某些实施例中，诸如聚酰亚胺、光阻、环氧树脂或聚酰亚胺的介电层可被附加到堆叠而成的结构393的顶部上，(诸如)以充当用于焊接组件的焊料掩膜398，例如，到下截面396的旁路电容器，或以充当对抗到内插器348中的不合意位置的短路的绝缘层。
如参见图45，在手指提升404之后，由于在复数个薄膜层中存在固有应力梯度，所以探针弹簧61延伸离开释放区386(图44)内的基板372的探针表面62a。一般来说，一经释放，探针弹簧的自由非平面部分便实质上呈弧形，同时Mo-Cr薄膜380的顶部沉积层和金晶晶种层384呈现凹形。此导致形成三维弹簧结构，而所述三维弹簧结构在使用包括照相平板印刷术的集成电路制作技术来制作全部具有非常小的间距阵列的探针弹簧方面是非常需要的。接着，探针弹簧电镀层402较佳形成406在延伸的(即，非平面)探针弹簧61上。在探针弹簧的某些实施例中，电镀层402提供了增强的弹簧力、增强的抗磨损性、增强的强度和/或增强的导电性。在某些实施例中，包含诸如镍、诸如钯钴的钯合金、Rh、Au的不同材料的复数个薄膜相继被电镀在提升的手指上。
在探针弹簧61、412的替代实施例中，所述弹簧尖端可进一步包括二级接触尖端细节，即弹簧尖端按钮触点，其通常包括铑、钯或钴，如2002年3月18日申请的序列号为60/365625的“Nanospring with Increased Resistance to Failure”的临时申请案中所揭示，所述揭示内容以引用方式全文并入本文中。
探针芯片组件功能。在探针芯片基板372的探针侧62a上，探针芯片16、310支承探针弹簧(诸如照相平板印刷定义的弹簧61)以用于接触被测试晶片92。探针芯片16、310可通过厚主板PWB 304实现向栅提供信号和功率扇出，诸如参见图40。如参见图44和图45，通常以匹配主板304上的PTH矩阵间距的间距矩阵，探针芯片16、310通过基板372向连接表面62b上的焊盘或焊接球398矩阵提供信号连接。
探针芯片16、310较佳也向扇出迹线307(图40)提供受控阻抗，且较佳提供用来安装旁路电容器的区域，诸如在探针芯片16、310的连接器表面311b上。
探针芯片16、310的某些较佳实施例在每个电路径中包括两个或两个以上导电导孔374，以便通过冗余来增加制造产量。相似地，探针芯片的某些较佳实施例在每个电路径中包括两个或两个以上探针弹簧61(图9)。
探针卡总成序列。如参见图43，不难对增强型探针卡总成310进行组装以在晶片92上提供到被测试的一个或多个装置的增强连接。
如参见图43，在一个示范总成制程中，主板PWB 304通常使用扣件(诸如螺钉324)附着到顶部加劲板302，从而形成第一子总成361a。在某些实施例中，孔309可为通孔，且具有更大尺寸的顶加劲板利用插入到通孔(未图示)中的插脚而附着到所述主板。
第二子总成361b通常通过将对准插脚330、350推入Z区块PWB 342中并通过将Z区块342附着到底加劲环346中而形成，后者可诸如通过对准插脚350、Z区块保持夹环352和螺钉353实现。
接着通常将第二子总成361b放置在临时支承结构上，使得顶部内插器344可控制地放置在Z区块342上，并对准内插器对准插脚333。在主板PWB 304中提供对应于插脚333的小盲孔(未图示)从而为插入插脚的暴露部分提供空间。
接着将第一子总成361a放置在第二子总成361b上，同时将在加劲环346(图43)的顶表面347b(图43)上的加劲环对准插脚354对准被定义在主板PWB 304(图43)的下表面305a(图43)上的对准孔309(图43)，并且同时轻轻地压缩在顶部内插器344上的顶部内插器弹簧。接着，诸如通过螺钉834(图75)将第一子总成361a和第二子总成361b紧固在一起，从而形成第三子总成361c。
接着通常翻转第三子总成361c并将其放置在第二临时支承结构上，使得底内插器348可控制地放置在Z区块342的下表面343a上，并对准内插器对准插脚330。接着将贴花子总成361d放置在底内插器348上，在某些实施例中，通过对准插脚354来引导所述贴花子总成361d。使用临时总成支承夹具确保了子总成361c、361d之间的对准，并允许贴花总成361d能轻轻地降低到内插器348上，使得接着可进一步压缩外部环328，从而接触底加劲件346，同时伸展薄膜326。当拉紧扣件356时，所述总成夹具将环328固持在适当位置。
应明了，对上文给出的总成所作的描述是典型实施例。基于上文略述的基本理念的总成夹具和制程的某些变体在本发明的范畴内。例如，如图43所示，可能不需要内插器348或344具有任何孔。而是可提供许多额外插脚，诸如333或330以将内插器固持在适当位置。相似地，图43中的外部环328较佳被放置在薄膜326上。
探针芯片结构细节。图46是探针芯片16、310的弹簧侧表面311a的平面图410。图47是探针芯片16、310的弹簧侧表面311a详细的局部布局图430。探针芯片探针弹簧412(诸如，照相平板印刷形成的探针弹簧61a-61n)一般配置在探针弹簧组422内，以向被测试晶片92上的一个或多个装置44提供复数个连接件。探针弹簧412(诸如，照相平板印刷形成的探针弹簧61a-61n)匹配目标晶片92上的接触焊盘47。图46展示的探针弹簧组422的示例性配置是一个套4×8的弹簧组422，它用于接触平行的32个晶粒位置。
导孔414从弹簧侧表面311a延伸通过探针芯片基板372到达连接器(即，内插器)侧表面311b。导孔较佳地以多余的导孔对416配置，以便增加探针芯片16、310的制造产量，和/或以便促进尤其功率迹线的电导。图46和图47中展示的导孔对416配置在导孔栅阵列417中，其包括导孔行418和导孔列420。导孔栅阵列417较佳匹配主板304上的电镀通孔(PTH)栅。当弹簧412与导孔414、416一致时，导孔414、416被移动到相邻行418，并且通常将迹线424投送到原始导孔414、416所在的位置，其在探针芯片16、310的相对内插器侧311b。
图48是探针芯片16、310的内插器侧表面311b的平面图432。图49是探针芯片16、310内插器表面311b的详细局部布局图444。接触焊盘434位于内插器侧表面311b上，且通常以焊盘栅阵列436配置而成，这些接触焊盘434一般与导孔214(图49)一致，更适宜以多余的导孔对416配置，以便向内插器348提供电触点。在探针芯片16、310的某些实施例中，焊盘栅阵列436具有0.056”间距，以匹配在所连接的内插器348上的相似触点间距。如参见图48，中心区域438一般被定义在内插器侧表面311b内，其中接触焊盘434和探针芯片上迹线442通常配置在装置区域440中。
沿探针芯片16、310的内插器侧表面311b的外周来设置粘合区域437，借此粘合剂329被黏附在或施加在探针芯片16、310与韧性部件或贴花326之间。
如参见图49，探针芯片16、310的内插器侧表面62b、311b提供了信号触点445、有源地面触点446(S)功率触点(P)448和地面触点450(G)。迹线442提供了触点445、446、448和/或450的投送路线，以便允许(诸如)由于弹簧位置与导孔414、416发生任何冲突而再设置导孔414、416。图48和图49中展示的探针芯片16、310进一步包括电容器452，诸如在有源地面446与功率触点448之间、在有源地面446与地面触点450之间和/或在功率触点448与地面触点450之间。
探针芯片总成结构。图50是到探针芯片总成夹具460的贴花的展开总成图。夹具基底462包括围绕内部探针弹簧释放区域466的探针芯片壁架464。一个或多个探针芯片晶片对准插脚468通常位于探针芯片壁架464上，以精确地接收探针芯片16、310。夹具基底462相似地包括围绕探针芯片壁架464的贴花环腔470。
一个或多个迭片板和模板对准插脚472通常位于贴花环腔470上，以精确接收具有匹配板对准孔476的顶部迭片板474或者具有模板对准孔479的贴花切离模板478。如下文所述，通过使用诸如粘合剂329在韧性部件326叠加到探针芯片16、310期间来使用顶部迭片板474。
贴花切离模板478进一步包括模板样板开口480。当贴花切离模板478定位在一个包括被粘合安装到一个韧性部件或贴花326的探针芯片310的总成上的夹具基底462上时，模板样板开口480一般关于探针芯片310的外部粘合剂区域对准，使得切断和移除贴花326的内部区域可提供接近探针芯片16、310的表面。
贴花总成序列。图51是展示贴花探针芯片总成制程490的流程图。将完整的探针芯片310(提升的402和电镀的404)面向下放置492在迭片夹具460的底板462上，其仅将探针芯片310支承在粘合剂区域下方。提供腔466来保护弹簧61。探针芯片310对准在夹具基底462上的对准插脚468。
接着将较佳经预切割成探针芯片16、310上的所要粘合区域形状的粘合薄片329(图43)施加到494探针芯片16、310的周边。粘合薄片329对准探针芯片16、310上的零件，并通常接着使用热烙铁将其附加。在总成300的一个实施例中，粘合薄片329是B级粘合薄片329。
接着将已被预拉紧到一个特定张力并附加到贴花环328上的韧性部件或贴花326通过粘合剂329放置496在夹具462上。在迭片夹具460的某些实施例中，贴花326的环侧侧面向上放置在夹具460内。在迭片夹具460的替代实施例中，贴花326的环侧侧面向下放置在夹具460内。使用对准插脚472将贴花环328对准夹具462。
接着将夹具顶部板474放置498在贴花326上，其压缩贴花326靠着粘合薄片329，同时通过到夹具基底462的对准插脚472而被固持在适当位置。
接着总成夹具460用以固化粘合剂329，其通常包括以下步骤将总成460放置500在一个烤炉中、在夹具顶板474上放置502重量或其它压缩力、烘焙504以固化粘合剂329、并从烤炉中移除506重量和总成460。
移除韧性贴花326的内部部分包括将贴花切离样板478放置508在贴花326上。贴花切离样板478对准夹具底板上的对准插脚472。接着用刀将贴花326的内部部分(即粘合区319内部)分隔或切离510。
内插器结构。图52是诸如顶部内插器344或底部内插器348的内插器结构520的局部横截面视图。
诸如照相平板印刷形成的探针弹簧521的内插器弹簧521一般配置在内插器栅阵列内以提供复数个标准化连接件。例如，在图43中展示的顶部内插器344中，内插器弹簧521在主板304与Z区块342之间提供连接件。相似地，在图43展示的底部内插器348中，内插器弹簧521在Z区块342与探针芯片16、310之间提供连接件。
内插器导孔524延伸通过内插器基板522，从第一表面523a到第二表面523b。内插器导孔524较佳以多余的导孔对配置，诸如以增加内插器520、344、348的制造产量和/或以促进尤其是功率迹线的电导。
反向表面523a、523b通常包括诸如包括钛的释放层526和通常包括具有不同固有应力级的复数个传导层的复合层530、532。内插器导孔524(例如，诸如已填充了CuW或金)延伸通过通常为陶瓷的中心基板522，并在释放层526之间提供导电连接件。复合层530、532通常包括MoCr，其中内插器探针弹簧521经图案化并随后在释放区528中稍后被释放。
晶种层534(诸如0.5到1um厚的金层)较佳形成在复合层530、532上。尖端涂层540(诸如铑或钯合金)可控制地至少形成在弹簧手指532的尖端上，诸如以提供耐磨损性和/或接触稳定性。通过在结构520上电镀可选择性地形成通常包括铜的迹线536(如所示)，以便提供降低的电阻。同样地，聚酰亚胺PMID层538通常形成在结构520上(如所示)，以定义弹簧手指提升区域。厚金层534保持在提升的手指521上，以便降低手指521的薄层电阻。
图53是内插器520平面布局图550。弹簧组阵列552位于内插器基板522的内部接触区域554中，且包括复数个多手指组560，其较佳通过复数个手指弹簧521(图52、图54)以及通过复数个多余的内插器导孔524来提供连接件的冗余，如参见图52和图54。外部支承区域556位于内插器基板522周围。内插器基板522的内部接触区域554位于所定义的锯齿形边界558中。
图54是内插器520的局部详细布局图562。多手指组560较佳以间距566配置在内插器基板上，其较佳匹配主板304上的对应连接间距。多手指组中的每组包括共同传导区域564，由传导区域564形成了复数个多余弹簧手指521，其从基板522延伸超出提升区域528。复数个多余的内插器导孔524电连接到共同传导区域564，并延伸通过内插器基板522，诸如从第一表面523a到相反表面523b(图52)。在图54展示的内插器520中，每一多手指组560均包括四个多余的手指521和四个多余的内插器导孔524。在替代的内插器520中，可提供任何数目的多余手指521和/或内插器导孔524，例如，诸如两个或三个手指521和/或内插器导孔524。尽管图54展示的多手指组560通常被配置成三叶草或十字形组态，但是可适合地使用广泛多种几何结构。
内插器520的某些实施例包括集成电容器576，其厚度通常小于内插器基板522的厚度。图55是在电容器腔区域574中具有空出弹簧的内插器520的局部平面图570。图56是具有嵌入旁路电容器576的内插器520的局部平面图580。不难对多手指组560进行配置或修改以提供空出区域572，其中放置有透孔腔或切断区域574。如参见图56，导孔582(例如，诸如狗骨形导孔582)在多手指组560与嵌入电容器576之间提供了电触点。包括狗骨形导孔582的材料在基板切割期间不受激光的影响。较佳使用电镀来处理暴露的导孔表面以提供传导环氧树脂的合适表面或到电容器576的焊接连接。
在手指提升之前，将胶带施加到内插器基板522的一侧523。挑选电容器576并将其放置在基板522相对侧523(例如523b)的腔574中，并通过胶带将其暂时固持在适当位置。接着将环氧树脂分配到任一端以完成电容器576与狗骨形导孔582之间的接触。接着固化环氧树脂，之后移除胶带。接着从基板522提升手指521。
替代内插器结构和制程。图57是在弹簧提升之前替代贴花内插器结构520b的局部横截面视图590。图58是在弹簧提升之后替代贴花内插器结构520b的局部横截面视图620。
替代贴花内插器结构520b包括数对对指弹簧521，所述弹簧在基底处接合并附着到薄膜602中的开口边缘，所述薄膜602又在支承框架610内被支承成鼓形。弹簧对521延伸离开薄膜602的平面从而突出通过薄膜602中的孔。较佳在张力下将薄膜602固持在框架610内，使得恒定地固持弹簧对521的位置。
内插器结构520b具有以下优势其不需要具有导孔的基板以及来自两侧的手指520可以通过使用单个照相平板印刷步骤被图案化，因此大大降低了制作成本。另外，在替代内插器520用以在探针芯片310的连接器侧62b与具有安装在探针芯片310的连接器侧62b上的诸如旁路电容器的无源组件的PWB板30之间对接的实施例中，在照相平板印刷步骤中可容易地提供用于使所述组件突出通过内插器520的开口以图案化薄膜602且不需要昂贵的激光步骤在内插器基板602中钻孔。
悬挂在柔韧性薄膜602上的替代内插器520b也可用于接口连接表面并非平坦的应用中。同样地，作为连接器的替代内插器520b的厚度可小到仅有数个微米。由于替代内插器520b不受到探针芯片基板310的导孔间距的限制，所以替代内插器520b也可具有小得多的连接器间距。间距可与照相平板印刷制程可图案化弹簧一样小。未释放的金属部分也可在薄膜602上被图案化以形成互连。如果支承框架610由诸如金属的易延展材料制成，那么它也可被弯曲。这允许薄膜内插器520b能被成形为无限拓扑形状。
图59是展示示范性内插器构造制程550的流程图。通过在基板592上进行溅射形成622通常包括钛、具有约2,000埃厚度的第一释放层594，所述基板592通常包括硅、铝、陶瓷或玻璃。在第一释放层594上溅射形成634包括复数个应力层17a-17n(诸如参见图37和/或图38)、具有合成向下剥离应力的MoCr应力夹层596。在第一应力夹层596中的复数个应力层17a-17n通常包括第一可伸长层17a和最终压缩层17n以提供一个包括向下剥离应力的固有应力梯度。
通常包括钛的第二层598形成在第一应力夹层的顶部上，其包括可定义将提升离开彼此的手指区域的图案。应注意，存在这个释放层被移除的手指区域597。这个区域597形成在顶部与底部手指521之间的接触区域。溅射形成636并图案化638通常具有约1,000埃厚度的第二释放层598，其具有可一般定义手指提升区域528的末端的连接区域597。在第二释放层598上溅射形成640第二MoCr层600，其包括复数个应力层17a-17n，诸如参见图37和/或图38，其具有合成向上剥离应力。第二应力夹层600中的复数个应力层17a-17n通常包括第一压缩层17a和最终可伸长层17n以提供包括向上(即，反向)剥离应力的固有应力梯度。
接着旋转642光阻以定义弹簧521的手指布局，且诸如通过使用湿式蚀刻或干式蚀刻制程将第二MoCr层600蚀刻644至弹簧521将举起的开放区域以及在薄膜中需要孔(诸如)以用于匹配组件使其突出穿过的任何其它区域。接着蚀刻646第二释放层598，且蚀刻648第一MoCr可伸长应力层596，诸如以允许第一MoCr层596中的手指521能进一步底切，同时使第一释放层594保持悬垂。
通过使用湿式蚀刻制程旋转并图案化650具有18μm到25μm的示范厚度的聚酰亚胺层602以打开手指521中的提升窗口和平坦基底区。接着溅射并图案化652通常包括金的晶种层604以在所有手指521之间提供短路但不阻止提升。
接着在晶种层604上图案化654诸如被阳极化的铝的电镀掩膜606，使得仅有手指521被电镀。电镀掩膜606包括在移除基板592之后可经受弯曲且无需腐蚀手指521也容易被移除的材料。
诸如通过环氧树脂粘合剂608将通常包括不锈钢的支承环610附加656到晶片基板592外部以充当贴花支承环。所述基板的附着区域不包括晶种层604或电镀掩膜606。不锈钢是支承环的首选材料，其中探针弹簧将接触印刷线路板。在需要插脚来接触硅装置的某些实施例中，支承环包括具有相对接近硅的热膨胀系数的相对低的热膨胀系数的材料，诸如钼。
接着手指提升蚀刻658所述总成，从而当手指521a、521b定义层596、600在相对方向上提升时导致整个薄膜从基板592分层。手指提升蚀刻步骤658在位于支承环610下方的区域中可能需要更长时期。
或者，基板592可由诸如铝的材料制成，其可通过机械或化学方法被移除。
如参见图58，可根据需要较佳在提升手指521a、521b上形成660一个或多个电镀层622a、622b在。在某些内插器实施例520b中，电镀层622a、622b包括作为底层的1μm到10um的镍层和0.2到5um的表面接触耐磨层，诸如铑、钯、钯钴或金。接着移除662电镀掩膜606，紧接着移除664暴露晶种层604。
在贴花内插器总成300的替代实施例中，诸如可通过Tempe AZ.的CircuitComponents，Inc.购得的ISOCONTM连接器可用作上内插器344。尽管ISOCONTM连接器通常需要更大的力来形成电接触，但是由于在Z区块与主板PWB 304之间可达到所需的力，所以ISOCONTM连接器通常为上内插器344提供合适的成本有效的互连。需要相对低的接触力的内插器通常选择用于Z区块342与探针芯片16、310之间的连接。
Z区块结构。图60是Z区块印刷线路板342的平面布局图670。图61是Z区块印刷线路板342的局部细节图680。Z区块342包括诸如电镀通孔674阵列的复数个电连接件，其在Z区块基板672的相反表面343a、343b之间延伸。如参见图60，内插器对准插脚330和加劲环对准插脚350位于Z区块基板672中以用于在增强型探针总成300中进行对准。图60展示的Z区块基板672也包括保持夹子凹座676，借此Z区块对准保持夹子352(图43)。如参见图61，复数个电连接件通常包括信号接触位点682，其包括装置Vcc和Vss连接件，以及系统接地GND接触位点684。在图43展示的示范性Z区块342中，每个信号682电镀通孔674被四个接地684电镀通孔674围绕，以改进阻抗和串扰性能，诸如以提供高频系统环境的阻抗匹配结构。
替代的增强探针总成。图62是在主板PWB 304与Z区块之间具有永久接口702的Z区块贴花内插器总成300c的局部横截面视图700。
对比Z区块贴花内插器总成300b，如参见图42和图43，其中上接口308(图40)包括内插器344，Z区块贴花内插器总成300c中的上接口308包括永久接口702，诸如焊接球栅阵列756、各向异性传导薄膜或电传导插脚以将Z区块342支撑到主板304。
在Z区块贴花内插器总成300c的某些实施例中，通过位于在板304与底加劲环346之间的垫片827(图72)提供平面性调整。通过位于Z区块342与主板304之间的上接口连接件702但不通过底加劲环346来支承探针力。Z区块贴花内插器总成300c提供Z轴转移及平面性韧性，同时提供相对廉价的永久上接口702，并且除去上内插器344的成本。
图63是具有探针芯片16、310的Z区块贴花内插器300d的局部横截面视图，其包括测试器侧弹簧64a-64n。对比Z区块贴花内插器总成300c，其中下接口312(图40)包括内插器348，Z区块贴花内插器总成300d中的下接口308包括在探针芯片16、310的上表面311b上的弹簧连接件64a-64n，其直接接触Z区块342。
在Z区块贴花内插器总成300d的某些实施例中，在探针芯片16、310的上表面311b上的弹簧连接64a-64n件是多余的弹簧64a-64n。图63展示的Z区块342较佳包括通常通过铣削形成的腔722，其为安装在探针芯片16、310上的旁路电容器724提供了空间。
以与Z区块贴花内插器总成300c相同的方式，通过位于主板304与探针环346之间的垫片827或者通过其它平面性调整机构(诸如差动螺钉总成824(图73))，Z区块贴花内插器总成300d提供了平面性调整324。Z区块贴花内插器总成300d提供了Z轴转移和平面性韧性，同时除去了下内插器348的成本。Z区块贴花内插器总成300d也包括位于在Z区块腔722中的旁路电容器724，其通常比一般通过激光切割而形成的内插器切断区域574(图55、图56)成本要低。
图64是具有带有焊接球栅阵列756(图65)的插脚区块742的探针卡总成300e的局部横截面视图740。图65是具有焊接球栅阵列756的插脚区块的详细示意图750。在探针卡总成300e中，上接口308(图40)包括插脚栅阵列745，下接口312(图40)包括焊接球阵列756，且探针芯片310包括位于下表面311a上的单侧弹簧61a-61n。ZIF启动样板743位于金属插脚区块742与主板304之间。较佳通过诸如三个差动螺钉总成745来提供系统平面性。
插脚区块742包括复数个介电通孔746，插脚连接器744的阵列745可延伸通过上述介电通孔746。通常包括KAPTONTM的插脚样板748、752位于插脚区块742的反向表面上。孔746中的接地触点758在一个或多个插脚744与插脚区块742之间提供了接地连接件。插脚栅阵列745电接触主板304中的插脚插座阵列755。
图66是具有插脚区块742的探针卡总成300f的局部横截面视图760，其中探针芯片卡16、310包括背部弹簧64a-64n。图67是插脚区块742的详细示意图770，其中探针芯片卡16、310包括背部弹簧64a-64n。插脚区块742包括复数个介电孔746，插脚连接器744阵列745延伸通过上述介电孔746。插脚栅阵列745延伸通过主板304，其中焊接接点762在主板304与插脚区块742之间提供机械和电连接件。通过韧性部件或贴花326，探针芯片16、310从总成可弯曲地悬挂，同时上弹簧64a-64n提供韧性电接口312(图40)。因此，探针芯片16、310可相对于插脚区块742移动，并提供探针卡总成300f的韧性。
如参见图67、图69和图71，基于预期探测环境，一个或多个电容器724(诸如旁路电容器724)可位于插脚区块742上。
图68是具有插脚区块742的探针卡总成300g的局部横截面视图780，其中探针芯片卡16、310包括背部弹簧64a-64n，且其中所述总成包括压配合插脚连接件782。图69是插脚区块742的详细示意图790，其中探针芯片卡16、310包括背部弹簧64a-64n，且其中所述总成包括压配合插脚连接件782。插脚栅阵列745延伸通过主板304，其中压配合插脚连接件782在主板304与插脚区块742之间提供机械和电连接件。探针芯片16、310可通过韧性部件或贴花326从所述总成弯曲地悬挂，同时上弹簧64a-64n提供韧性电接口312(图40)。因此，探针芯片16、310可相对于插脚区块742移动，并提供探针卡总成300g的韧性。
图70是具有带有SMT焊接和顶部内插器344的插脚区块742的探针卡总成300h的局部横截面视图。图71是具有SMT焊接和顶部内插器的插脚区块742的详细示意图。
韧性载体探针卡总成的平面性调整机构。如上所述，贴花内插器总成300的许多实施例包括平面性调整机构324。图72是具有平面性调整机构324的Z区块贴花内插器总成300i的局部横截面视图，其包括通过垫片板825和附着螺钉823而被附加到主板PWB304的下表面305a上的一个或多个垫片827。在主板PWB 304周边周围的复数个位置处使用一个或多个垫片827允许平面性整体内插器总成300i能相对于探针环284调整(图39)。
图73是具有平面性调整324的Z区块贴花内插器总成300的展开侧总成图830，其包括复数个差动螺钉总成824和复数个带肩螺栓总成832。图74是具有平面性调整的Z区块贴花内插器总成300的展开透视总成图850。图75是具有平面性调整324的Z区块贴花内插器总成300的局部横截面视图，其包括复数个差动螺钉总成824。这些复数个差动螺钉总成824通常包括三个总成824，使得通过总成的引导尖端(例如，诸如柱塞826)不难来定义平面，如参见图75。如参见图74，主板PWB 304通过复数个扣件322被固定地附着到上加劲板302。差动螺钉总成824从底加劲环346延伸到顶加劲件302，使得差动螺钉总成824的调整在下加劲环346与总成300i的上部分871(图75)之间提供了可调整的平面性。
如参见图73，每个差动螺钉总成824均包括柱塞826、差动螺钉828和锁紧螺母830。如参见图75，柱塞826的引导边缘872可旋转地固定在主板PWB 304中所定义的匹配狭槽827中。差动螺钉828可螺旋地啮合874到柱塞826，并也可螺旋地啮合876到上加劲件302。图75展示的螺旋接口874、876具有不同旋转间距，即螺纹口，使得旋转差动螺钉828会引起柱塞826轴向移动878，借此调整下加劲件346与主板PWB 304之间的分离838(图75)。间距差877允许精细调整878柱塞，使得探针芯片相对于主板PWB 304的平面性可被精细地调整。
如参见图73和图75，每个带肩螺栓总成832均包括带肩螺钉834和韧性O形环或弹簧垫圈836。如上所述，调整差动螺钉总成824将使底加劲件346相对于主板304移动。由于相对于柱塞826的引导边缘872来相对附加底加劲件346，所以底加劲件346的平面性(即分离838)可相对于主板304调整，而带肩螺栓螺钉834和韧性O形环或弹簧垫圈836则保持加劲件346与柱塞826接触。
高性能弹簧接触包装。图76是用于集成电路44的高性能弹簧包装902a的局部横截面视图900。图77是用于集成电路44的替代高性能弹簧包装902b的局部横截面视图920，其进一步包括多层式投送路线924。图78是用于集成电路44的高性能弹簧包装902的顶侧图940。
如参见图76，包装基板903包括具有第一表面906a和第二表面906b的第一基板904，其中探针弹簧61位于第一表面906a上，并延伸到电连接件908(例如，诸如电镀通孔)，其从第一表面906a延伸到第二表面906b。如参见图77，包装基板903可进一步包括位于第一基板904的第一表面906a上的额外投送路线层922，使得探针弹簧61位于投送路线层922的外表面923a上，且通过多层式投送路线924连接到电连接件908。
高性能弹簧包装902包括用于利用基板903上的弹簧61建构包装(诸如单个IC或MCM包装)的结构。使用基于IC或MEMS的处理方法在基板903上制作探针尖端61以达到低制造成本和良好受控的均匀性，以及制作高度小型化的具有超小间距(例如10-50微米)的探针弹簧阵列。
如上所述，使用基于薄膜或IC或MEMS的处理方法，在第一基板904(图76)的第一表面906a上或在多层式投送路线层924的外表面923a上制作探针弹簧61。较佳利用多层式投送路线924，来自探针弹簧61的信号从经连接的集成电路44延伸。包装902a、902b的相对侧906b包括电触点910，诸如共同的微球栅焊接阵列焊盘918(图76)，其通常以诸如1.0mm的阵列间距配置并且在通常可被焊接到PCB 912a、912b上的孔936的插脚或包装插脚928上具有煤粉。因此，包装902a、902b可通过电触点910而连接到诸如最终产品934的印刷电路板912a、912b。
可含有多个高性能弹簧包装902的单个基板晶片可在第一基板晶片904上建构而成，从而提供成本有效的制作。对于具有较小表面面积的弹簧探针基板904来说，数个弹簧探针接触器包装通常可由单个晶片92(图13)制成。例如，多达24个位点可建立在标准四英寸圆形启动晶片上。
如参见图78，位于基板总成902上的微BGA焊盘944的阵列942更适宜以标准间距配置而成，例如，诸如0.5mm、1mm或1.27mm的间距。如参见图76和图77，高性能弹簧包装902可进一步包括电容器932，通常辅助高频功率解耦。电容器932可安装到基板904的表面906a、906b，或形成于基板904中(诸如平行板电容器932)，其通常在参考平面与形成在基板904的未使用迹线区域的平面之间。就第一基板904包括硅的实施例来说，整个电容器932可较佳形成在硅基板904中，其通常包括金属-介电-金属构造、金属-介电-重掺杂半导体或使用集成电路制作技术的p-n接合件。就第一基板904包括非半导材料的实施例来说，可使用集成电路制作技术较佳在基板904上或其中制作金属-介电-金属电容器。
就基板903包括导电或半导材料(诸如掺硅)的实施例来说，如先前关于图38所解释，以类似于修改探针芯片的方式来修改制作过程。如在探针芯片基板制作中，所述修改包括在基板表面上以及在穿过基板的导孔壁上沉积或形成电绝缘薄膜，例如氧化物。
如上所述，探针卡包装902的结构在探针尖端61与受控阻抗环境之间提供了非常短的电距离。这允许高性能弹簧包装902能用于高频应用。如图76展示，通过使接地围绕插脚916，高性能弹簧包装902可以提供经屏蔽高频插脚916的接入。如参见图77，通过层924中的弹簧61下方的投送迹线938提供接地。同样地，弹簧探针基板903较佳经修改以用于超高频应用。
就其中在基板903的一个或两个表面上的迹线需要受阻抗控制的实施例来说，一个或多个传导参考平面可被添加在基板中、在迹线顶部上、在迹线下或在迹线之上或之下。基板903也可含有替代的接地参考迹线，其被连接到一个或两个参考平面，从而有效地提供了经屏蔽的同轴传输线环境。虽然第一基板904通常包括陶瓷材料，但是成层的基板922包括介电材料(诸如有机或无机材料)中的传导迹线。就某些其它实施例来说，可通过构造如图37B展示和先前所描述的导孔而在基板903中的电导导孔或通孔中提供受控阻抗环境。所述导孔提供了通过介电薄膜可从核心导电体分隔的接地平面。
高性能弹簧包装的优势。如上所述，MEMS或IC处理方法可用以制作弹簧61，412。高性能弹簧包装902具有“芯片第一”和/或BBUL包装的所有优势，同时也允许更换任何有缺陷的IC 44。可在附加IC 44之前测试高性能弹簧包装902，这可明显降低将单个或多个IC 44放置在一个包装902中的成本和风险。
具有通孔908的基板结构较佳包括建构在其顶部上的复数个电投送路线层以提供HDI的功能。这些功能包括1)比可在倒装芯片或引线接合包装中得到的连接密度更高的I/O连接密度，2)可在IC上实现更高的互连性能，和3)更薄的包装。
通过推动弹簧使它与多层式投送迹线几乎平坦，这个基于弹簧的包装902可以维持低的功率和信号电感。可构造直接位于弹簧下方的投送路线以维持受控阻抗，如WO/09623中描述的那样。通过基板的距离可保持很短而且陶瓷基板904支承RF频率运行。
高性能弹簧包装902可用作“测试包装”，以便在将昂贵的IC 44移交到包装902之前对它们进行测试。高性能弹簧包装902的某些实施例包括相似解耦和阻抗控制零件，如上文对探针卡实施例的描述。如果在探针弹簧61与IC 44上的电触点焊盘之间需要永久连接，那么在测试并且识别了良好芯片之后，其可使用用于包装的常规结合技术，诸如通过在触点处回流焊料或通过粘合剂来实现。
如参见图76，高性能弹簧包装902可进一步包括用于固持与包装接触的集成电路装置的构件，诸如被定义穿过基板903的真空拉拽端口905和/或临时盖子或推倒柱塞909。
高性能弹簧包装902是用于以RF频率测试个别ICs 44的有效调试工具，其中包装902的负荷影响了最终所包装的IC的性能。由于集成电路装置44不需要移交到最终包装902直到负荷下进行的测试已经被检验，因此使用高性能弹簧包装902有助于减少用于MCM包装的新型高性能装置的上市时间特性。测试包装也提供了用来将一个或多个RF信号与成千上万个数字信号混合的构件。在高测试和/或制造量下，对比包括相似频率能力的BBUL方法，高性能弹簧包装902显著降低了包装成本。
快转探针总成。图83是快转探针总成制作制程960的流程图。如上所述，在探针卡总成60的许多实施例中，增强型探针卡总成300和高性能弹簧包装902通常大体包括标准化组件，其可容易地再用于连接到晶片92上的一个或多个装置44。
图83展示的探针总成60、300包括含有标准化部分的母片结构962(诸如主板基板304(图40))、至少一个中间连接器306和探针芯片310的标准化部分，其通常包括探针芯片基板和连接器表面电连接件，且也通常包括从连接器表面62b延伸到探针芯片基板310的探针表面62a的标准化电连接件。应了解，中间连接器可包括一个或多个组件，诸如内插器和/或Z区块。
如参见图83，快转制程960(即用于发展用来连接到晶片上的至少一个装置的探针总成的方法)通常包括建立母片962，其包括以下步骤在步骤964，提供具有一个底表面和一个顶表面的主板基板304和从所述顶表面延伸到底表面的复数个导电体；在步骤966，提供具有上接口和下接口的至少一个中间连接器306，上表面可置于接近主板基板304的底表面，中间连接器306包括上接口与下接口之间对应于主板基板304的底表面上的每个导电体的至少一个电传导连接件；和在步骤968，提供一个探针芯片基板设计，其包括连接器表面62b、与连接器表面62b相对的探针表面62a和以固定布局配置的连接器表面上的复数个触点，所述连接器表面62b可置于接近中间连接器306的下表面。
接着，图83展示的快转制程960包括接收在晶片92上的至少一个装置44的互连规格972，其中互连规格972包括装置44的互连位置。
在步骤974，接着基于标准化信息968和所接收的(即定制的)信息970来生产探针芯片基板310，其中探针芯片基板包括探针表面62a上的复数个弹簧探针接触尖端412，诸如参见图40，其对应于晶片92上的互连位置972，其中每个弹簧探针接触尖端电连接到连接器表面62a上的至少一个触点。
系统优势。如上所述，探针卡总成60、增强型探针卡总成300、内插器结构520、520b和高性能包装902提供了优于常规探针和包装技术的若干优势。
例如，探针卡总成60、增强型探针卡总成300、内插器结构520、520b和高性能包装902的许多实施例包括照相平板印刷图案化弹簧61、412、521，且其通常通过应力金属薄膜分批处理而形成，其在成本方面固有地低于基于机械或MEMS的处理。通过使用二维处理方法形成弹簧，通过弹簧形成三维结构。相反，其它常规弹簧制程需要额外的处理步骤来制造三维弹簧。在替代实施例中，通过使用二维电镀处理方法形成弹簧从而在电镀层之间形成差动应力梯度，通过其可形成三维结构。
这个文献中所描述的总成技术使用包括应力金属探针元件(即弹簧)的组件或基板，其通过包括照相平板印刷术的IC处理技术被分批制作在每个基板上。结果，制程允许使用非常短的阵列(例如，100-200微米长和10-20微米宽)来制作探针卡总成和包装、不可通过任何当前技术来制造的具有超小间距(例如10-50微米)的探针元件。也应了解，在这个文献中所揭示的总成和封装技术的应用也可适用于包括具有更大尺寸和更大间距的探针元件阵列的基板或组件，这些探针元件阵列可通过使用这个文献中所呈现的技术或通过任何其它当今可利用的方法制作而成。
此外，探针结构通常包括具有用于直接连接到另一侧的通孔的基板，其中照相平板印刷方法定义了弹簧的位置和从孔到弹簧的投送路线连接件，其使得能够使用更简单的启动材料和更短的处理时间。
同样地，通过使用标准化母片962，所揭示的探针和包装结构60、300、902更适宜包括可再用组件，即标准组件，使得可实施大多数探针卡60、300和/或包装总成902以用于多种连接装置44和晶片92。母片962容易匹配特殊互连规格972，借此减少特殊客户的“所有者的成本”需求。
如上所述，探针卡总成60、增强型探针卡总成300、内插器结构520、520b和高性能包装902包括一个或多个基板，其可根据需要使用多种启动材料来建构，诸如陶瓷、玻璃或石英、硅、有机板和/或多层陶瓷。总成基板可进一步包括多层式金属层，以便改进投送路线和性能。
此外，探针卡总成60、增强型探针卡总成300、内插器结构520、520b和高性能包装902可进一步包括任何基板上的支座，以便保护探针61、412、保护装置44和/或晶片92，或以便控制夹持晶片级盒式磁带或磁带盒应用的焊盘擦洗的量。支座也可施加在探针芯片16、310的连接器侧62b，以便保护从内插器520、520b形成接口的弹簧。
尽管已经关于集成电路测试探针、探针卡、和/或包装而在本文中描述了所揭示的探针卡总成系统和改进的非平面弹簧探针和生产方法，但是可根据需要通过其它装置来实施所述系统和技术，诸如在电子组件或装置、烧进装置和MEMS装置或任何其组合内的集成电路与基板之间的互连件。
另外，这个文献中所揭示的总成结构和方法可以用于测试、烧进或包装各种微型集成固态电路，包括硅和III-V半导体装置以及液晶显示面板、固态感应器阵列，诸如生物传感器、环境感应器和表面声波感应器，这也在本发明范围内。
因此，尽管已参考特殊的较佳实施例详描述了本发明，但是本发明所属领域技术人员将明了，可在不脱离以下权利要求书的精神和范围下做出各种修改和改进。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种用于至少一个集成电路装置的测试设备，其包括一个主板基板，其具有一个底表面和一个顶表面，和从所述底表面延伸到所述顶表面的复数个导电体；一个探针芯片基板，其包括一个探针表面和一个连接器表面、在所述探针表面上的复数个探针弹簧、在所述连接器表面上的复数个电触点和复数个探针芯片电连接件，其中所述探针弹簧中的每个通过至少一个探针芯片电连接件而电连接到至少一个触点；位于所述主板基板与所述探针芯片基板之间的至少一个中间连接器，所述中间连接器包括在所述探针芯片基板上的所述复数个电触点中的每个电触点与在所述主板基板的所述底表面上的所述导电体中的每个导电体之间的至少一个导电连接件；和其中所述探针芯片基板自所述连接器表面支承并且相对于所述主板基板定位。
2.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述复数个探针弹簧包括一个附着到所述探针芯片基板的固定部分和一个最初附着到所述探针芯片基板的自由部分，所述自由部分一经释放便由于一个在所述探针弹簧中的每个内的复数个层之间的固有应力梯度而延伸离开所述探针芯片基板。
3.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述复数个探针弹簧包括使用分批模式薄膜或MEMS制程制作而成的探针尖端。
4.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述复数个探针弹簧包括具有柔韧性和韧性的导电接触结构。
5.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述复数个探针弹簧被照相平版印刷图案化。
6.根据权利要求1所述的测试设备，其中通过将所述探针芯片基板的连接器表面上的触点固定地附着到所述至少一个中间连接器，使所述探针芯片基板从所述连接器表面支承并相对于所述主板基板定位。
7.根据权利要求6所述的测试设备，其中用于将所述探针芯片基板的连接器表面上的触点固定地附着到所述至少一个中间连接器的构件包括一个焊接球阵列。
8.根据权利要求6所述的测试设备，其中用于将所述探针芯片基板的连接器表面上的触点固定地附着到所述至少一个中间连接器的构件包括焊接接合体。
9.根据权利要求1所述的测试设备，其中通过一个包括一个固定地附着到所述探针芯片基板的连接器表面的外周边的韧性部件的探针芯片载体，使所述探针芯片基板从所述连接器表面支承且相对于所述主板基板定位。
10.根据权利要求9所述的测试设备，其中所述韧性部件是一个薄膜。
11.根据权利要求10所述的测试设备，其中所述薄膜包括聚酰亚胺。
12.根据权利要求1所述的测试设备，其进一步包括一个由刚性材料制成的加劲板，其被固定地附着到所述主板基板的顶表面。
13.根据权利要求12所述的测试设备，其中所述加劲板包括不锈钢。
14.根据权利要求12所述的测试设备，其中至少一个组件凹座被定义在接近所述主板基板的顶表面的所述加劲板中，且其中所述设备进一步包括从主板基板延伸的在所述组件凹座内的至少一个组件。
15.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述至少一个中间连接器包括一个内插器，其在第一表面上具有第一复数个韧性电触点且在与所述第一表面相对的第二表面上具有第二复数个韧性电触点。
16.根据权利要求1所述的测试设备，其进一步包括固定地附着到所述探针芯片基板的连接器表面的至少一个支座。
17.根据权利要求1所述的测试设备，其进一步包括经并入以作为一个在所述探针芯片基板上的组装组件的至少一个组件。
18.根据权利要求17所述的测试设备，其中所述至少一个组件安装在所述探针芯片基板的连接器表面或探针表面上。
19.根据权利要求14或17所述的测试设备，其中所述至少一个组件是一个电容器。
20.根据权利要求1所述的测试设备，其进一步包括一个平面性调整机构，其中位于所述探针芯片上的探针弹簧触点尖端的平面性可相对于所述主板基板调整。
21.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述至少一个中间连接器包括一个印刷线路板，且其中所述复数个导电连接件包括具有用于电连接到所述探针芯片基板的构件和用于电连接到所述主板基板的构件的导孔。
22.根据权利要求1或21所述的测试设备，其中用于电连接到所述主板和探针芯片基板中的任一者的构件包括一个内插器。
23.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述至少一个中间连接器包括一个Z区块，所述Z区块包括一个具有一个下表面和一个上表面的垂直转移基板，和从下表面延伸到其上表面的复数个导电连接件，所述导电连接件中的每个包括至少一个电传导导孔。
24.根据权利要求23所述的测试设备，其进一步包括一个在所述Z区块与所述探针芯片基板和所述主板基板中的任一者之间的内插器。
25.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述探针芯片基板附着到所述至少一个中间连接器，借此向在所述探针芯片基板上的所述复数个探针弹簧提供机械结构支承。
26.根据权利要求1或25所述的测试设备，其中所述探针芯片基板和所述至少一个中间连接器中的任一者至少部分地由选自由以下材料组成之群的材料制得陶瓷、玻璃、石英、硅、有机板、多层陶瓷或其组合。
27.根据权利要求1、25或26所述的测试设备，其中所述探针芯片基板和所述至少一个中间连接器中的任一者进一步包括复数个穿过其的孔，且其中所述复数个探针芯片基板和中间连接器电连接件的每个连接为位于所述复数个孔的至少一个孔内的至少一个电连接导孔。
28.根据权利要求27所述的测试设备，其中使用激光或机械钻孔制程来制成通过所述探针芯片基板或所述至少一个中间连接器的所述复数个孔。
29.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述主板基板、所述至少一个中间连接器和所述探针芯片基板中的任一者进一步包括具有匹配阻抗的至少一个导电路径。
30.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述至少一个中间连接器是一个标准化组件且其中基于一个含有所述至少一个装置的电互连位置的接收到的互连规格来制作所述探针芯片基板，位于所述探针表面上的所述复数个探针弹簧对应于所述电互连位置。
权利要求
1.一种用于一个集成电路晶片的测试设备，其包括一个主板基板，其具有一个底表面和一个顶表面和从所述底表面延伸到所述顶表面的复数个导电体；一个探针芯片基板，其包括一个探针表面和一个连接器表面、在所述探针表面上的复数个探针弹簧、在所述连接器表面上的复数个电触点和复数个探针芯片电连接件，其中所述探针弹簧中的每个通过至少一个探针芯片电连接件而电连接到至少一个触点；位于所述主板基板与所述探针芯片基板之间的至少一个中间连接器，所述中间连接器包括在所述探针芯片基板上的所述复数个电触点中的每个电触点与在所述主板基板的所述底表面上的所述导电体中的每个导电体之间的至少一个导电连接件；和一个相对于所述主板基板附着的探针芯片载体，所述探针芯片载体包括一个韧性部件；其中所述探针芯片基板由相对于所述主板的所述韧性部件支承。
2.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述复数个探针弹簧包括一个附着到所述探针芯片基板的固定部分和一个最初附着到所述探针芯片基板的自由部分，所述自由部分一经释放便由于一个固有的应力梯度而延伸离开所述探针芯片基板。
3.根据权利要求2所述的测试设备，其中所述复数个探针弹簧中的每一个均包括复数个层，且其中探针弹簧的所述自由部分一经释放便由于在所述复数个层之间定义的固有应力梯度而延伸离开所述探针芯片基板。
4.根据权利要求2所述的测试设备，其中所述复数个探针弹簧可溅射形成。
5.根据权利要求2所述的测试设备，其中所述复数个探针弹簧可电镀形成。
6.根据权利要求2所述的测试设备，其中所述复数个探针弹簧是照相平板印刷图案化弹簧，其中所述游离部分定义一个三维结构。
7.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述电连接件中的至少一个包括复数个电传导导孔。
8.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述韧性部件附着到所述探针芯片基板的连接器表面。
9.根据权利要求1所述的测试设备，其进一步包括一个固定地附着到所述主板基板的顶表面的加劲板。
10.根据权利要求9所述的测试设备，其中所述加劲板包括一种刚性材料。
11.根据权利要求9所述的测试设备，其中所述加劲板包括不锈钢。
12.根据权利要求9所述的测试设备，其中至少一个组件凹座被定义在接近所述主板基板的顶表面的所述加劲板中，且其中所述设备进一步包括从主板基板延伸的在所述组件凹座内的至少一个组件。
13.根据权利要求12所述的测试设备，其中所述组件是一个电容器。
14.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述探针芯片基板包括一个内部区域和一个外部周边区域，且其中所述韧性部件附着到所述探针芯片基板的所述周边区域。
15.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述探针芯片基板包括一个内部区域和一个外部周边区域，且其中所述韧性部件粘附地附着到所述探针芯片基板的所述周边区域。
16.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述韧性性部件是一个薄膜。
17.根据权利要求16所述的测试设备，其中所述薄膜包括聚酰亚胺。
18.根据权利要求16所述的测试设备，其中所述探针芯片包括一个外周边，且其中所述薄膜附着到所述外周边的周围。
19.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述韧性部件是一个网屏。
20.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述韧性性部件是一个网格。
21.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述韧性部件包括KAPTONTM。
22.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述中间连接器包括一个内插器，其在第一表面上具有第一复数个韧性电触点且在与所述第一表面相对的第二表面上具有第二复数个韧性电触点。
23.根据权利要求1所述的测试设备，其进一步包括一个在所述中间连接器与所述主板基板之间的永久电接口。
24.根据权利要求23所述的测试设备，其中所述永久接口包括一个焊接球栅阵列。
25.根据权利要求23所述的测试设备，其中所述永久接口包括一个各向异性传导薄膜。
26.根据权利要求23所述的测试设备，其中所述永久接口包括复数个电传导插脚。
27.根据权利要求1所述的测试设备，其进一步包括固定地附着到所述探针芯片基板的所述探针表面的至少一个支座。
28.根据权利要求1所述的测试设备，其进一步包括固定地附着到所述探针芯片基板的所述连接器表面的至少一个支座。
29.根据权利要求1所述的测试设备，其进一步包括经并入以作为一个在所述探针芯片基板上的组装组件的至少一个无源组件。
30.根据权利要求29所述的测试设备，其中所述无源组件安装在所述探针芯片基板的所述连接器表面上。
31.根据权利要求29所述的测试设备，其中所述无源组件是一个电容器。
32.根据权利要求29所述的测试设备，其中所述电容器是一个去耦电容器。
33.根据权利要求29所述的测试设备，其中所述无源组件是一个电阻器。
34.根据权利要求29所述的测试设备，其中所述无源组件是一个电感器。
35.根据权利要求1所述的测试设备，其进一步包括制作在所述探针芯片基板上的至少一个电容器。
36.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述基板中至少一个基板包括硅，且进一步包括制作在所述基板中至少一个基板内的至少一个电容器。
37.根据权利要求1所述的测试设备，其进一步包括一个平面性调整机构，其中所述复数个探针芯片的所述平面性可相对于所述主板基板调整。
38.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述中间连接器包括一个印刷线路板，且其中所述复数个导电连接件包括具有用于电连接到所述探针芯片的构件和用于电连接到所述主板的构件的导孔。
39.根据权利要求1所述的测试设备，其中用于电连接到所述主板的所述构件包括一个内插器。
40.根据权利要求38所述的测试设备，其中用于电连接到所述探针芯片的所述构件包括一个内插器。
41.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述中间连接器包括一个Z区块，所述Z区块包括一个具有一个下表面和一个上表面的垂直转移基板，和从所述下表面延伸到其上表面的复数个导电连接件，所述导电连接件中的每个包括至少一个电传导导孔。
42.根据权利要求41所述的测试设备，其进一步包括一个在所述Z区块与所述主板基板之间的内插器。
43.根据权利要求41所述的测试设备，其进一步包括一个在所述Z区块与所述探针芯片基板之间的内插器。
44.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述探针芯片基板包括通过所述基板而在所述探针表面与所述连接器表面之间定义的复数个孔，且其中所述复数个探针芯片电连接件中的每个是位于所述探针芯片基板中的所述复数个孔中的每个内的电传导导孔。
45.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述探针芯片基板包括一种电绝缘材料。
46.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述探针芯片基板包括一种介电材料。
47.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述探针芯片基板包括一种电传导材料。
48.根据权利要求1所述的测试设备，其进一步包括电连接到在所述探针芯片基板上的所述复数个电连接中的至少一个的至少一个旁路电容器。
49.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述中间连接器包括一个具有定义在下表面与其上表面之间的复数个孔的电传导插脚区块，且其中所述复数个电传导连接件包括延伸通过所述复数个孔的插脚，所述针脚包括用于连接到所述探针芯片的构件和用于连接到所述主板的构件。
50.根据权利要求49所述的测试设备，其进一步包括在所述复数个孔内的介电。
51.根据权利要求49所述的测试设备，其进一步包括在所述插脚中的至少一个与所述插脚区块之间的电传导接地触点。
52.根据权利要求49所述的测试设备，其进一步包括位于所述金属插脚区块与所述主板之间的零有效力(ZIF)启动板。
53.根据权利要求49所述的测试设备，其进一步包括一个位于所述插脚区块的所述下表面上的下插脚样板，其中所述插脚延伸通过所述下插脚样板。
54.根据权利要求53所述的测试设备，其中所述下插脚样板包括KAPTONTM。
55.根据权利要求49所述的测试设备，其进一步包括一个位于所述插脚区块的所述上表面的上插脚样板，其中所述插脚延伸通过所述上插脚样板。
56.根据权利要求55所述的测试设备，其中所述上插脚样板包括KAPTONTM。
57.根据权利要求49所述的测试设备，其中用于电连接到所述探针芯片的所述构件包括一个焊接球栅阵列。
58.根据权利要求49所述的测试设备，其中用于电连接到所述探针芯片的所述构件包括焊接接合件。
59.根据权利要求49所述的测试设备，其中用于电连接到所述主板的所述构件包括一个插脚栅阵列。
60.根据权利要求49所述的测试设备，其中用于电连接到所述探针芯片的所述构件包括复数个弹簧。
61.根据权利要求49所述的测试设备，其中用于电连接到所述主板的所述构件包括一个在所述主板中的插脚插座阵列。
62.根据权利要求49所述的测试设备，其中用于电连接到所述主板的所述构件包括焊接接合件。
63.根据权利要求49所述的测试设备，其中用于电连接到所述主板的所述构件包括压配合插脚连接件。
64.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述主板基板进一步包括具有匹配阻抗的至少一个导电路径。
65.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述中间连接器进一步包括具有匹配阻抗的至少一个导电路径。
66.根据权利要求1所述的测试设备，其中所述探针芯片基板进一步包括具有匹配阻抗的至少一个导电路径。
67.根据权利要求1所述的测试设备，其进一步包括从所述主板基板的所述顶表面延伸到所述探针芯片基板的所述探针表面并且具有匹配阻抗的至少一个导电路径。
68.一种用于一个集成电路晶片的测试设备，所述测试设备可连接到一个探针器，其包括一个主板基板，其具有一个底表面和一个顶表面，和从所述底表面延伸到所述顶表面的复数个导电体；一个探针芯片基板，其具有一个探针表面和一个连接器表面、在所述探针表面上的复数个探针弹簧、在所述连接器表面上的复数个电触点和复数个探针芯片电连接件，其中所述探针弹簧中的每个通过至少一个探针芯片电连接件而电连接到至少一个触点，其中在所述连接器表面上的所述复数个电触点接触位于所述主板的所述底表面上的所述复数个导电体中的至少一个；和一个相对于所述主板基板附着的探针芯片载体，所述探针芯片载体包括一个韧性部件；其中通过相对于所述主板的所述韧性部件来支承所述探针芯片基板。
69.根据权利要求68所述的测试设备，其中所述复数个探针弹簧包括一个附着到所述探针芯片基板的固定部分和一个最初附着到所述探针芯片基板的自由部分，所述自由部分一经释放便由于一个固有的应力梯度而延伸离开所述探针芯片基板。
70.根据权利要求69所述的测试设备，其中所述复数个探针弹簧中的每一个均包括复数个层，且其中探针弹簧的所述自由部分一经释放便由于在所述复数个层之间所定义的固有应力梯度而延伸离开所述探针芯片基板。
71.根据权利要求69所述的测试设备，其中所述复数个探针弹簧可溅射形成的。
72.根据权利要求69所述的测试设备，其中所述复数个探针弹簧可电镀形成。
73.根据权利要求69所述的测试设备，其中所述复数个探针弹簧是照相平板印刷图案化的弹簧，其中所述自由部分定义一个三维结构。
74.根据权利要求68所述的测试设备，其中所述探针芯片电连接件中的至少一个包括复数个电传导导孔。
75.根据权利要求68所述的测试设备，其中所述韧性部件附着到所述探针芯片基板的所述连接器表面。
76.根据权利要求68所述的测试设备，其进一步包括一个被固定地附着到所述主板基板的所述顶表面的加劲板。
77.根据权利要求76所述的测试设备，其中所述加劲板包括一种刚性材料。
78.根据权利要求76所述的测试设备，其中所述加劲板包括不锈钢。
79.根据权利要求76所述的测试设备，其中在接近所述主板基板的所述顶表面的所述加劲板中定义一个组件凹座，且其中所述设备进一步包括一个从所述主板基板延伸的位于所述组件凹座内的组件。
80.根据权利要求79所述的测试设备，其中所述组件是一个电容器。
81.根据权利要求68所述的测试设备，其中所述探针芯片基板包括一个内部区域和一个外周边区域，且其中所述韧性部件附着到所述探针芯片基板的所述周边区域。
82.根据权利要求68所述的测试设备，其中所述探针芯片基板包括一个内部区域和一个外周边区域，且其中所述韧性部件粘附地附着到所述探针芯片基板的所述周边区域。
83.根据权利要求68所述的测试设备，其中所述韧性部件是一个薄膜.
84.根据权利要求83所述的测试设备，其中所述薄膜包括聚酰亚胺。
85.根据权利要求84所述的测试设备，其中所述探针芯片基板包括一个外周边，且其中所述薄膜附着到所述外周边的周围。
86.根据权利要求68所述的测试设备，其中所述韧性部件是一个网屏。
87.根据权利要求68所述的测试设备，其中所述韧性部件是一个网格。
88.根据权利要求68所述的测试设备，其中所述韧性部件包括KAPTONTM。
89.根据权利要求68所述的测试设备，其进一步包括固定地附着到所述探针芯片基板的所述探针表面的至少一个支座。
90.根据权利要求68所述的测试设备，其进一步包括固定地附着到所述探针芯片基板的所述连接器表面的至少一个支座。
91.根据权利要求68所述的测试设备，其进一步包括经并入以作为所述探针芯片基板上的组装组件的至少一个无源组件。
92.根据权利要求91所述的测试设备，其中所述无源组件安装在所述探针芯片基板的所述连接器表面上。
93.根据权利要求91所述的测试设备，其中所述无源组件是一个电容器。
94.根据权利要求91所述的测试设备，其中所述电容器是一个去耦电容器。
95.根据权利要求91所述的测试设备，其中所述无源组件是一个电阻器。
96.根据权利要求91所述的测试设备，其中所述无源组件是一个电感器。
97.根据权利要求68所述的测试设备，其进一步包括制作在所述探针芯片基板上的至少一个电容器。
98.根据权利要求68所述的测试设备，其中所述基板中的至少一个包括硅，且其进一步包括制作在所述基板中的至少一个内的至少一个电容器。
99.根据权利要求68所述的测试设备，其进一步包括一个平面性调整机构，其中所述探针芯片基板的平面性可相对于所述探针器调整。
100.根据权利要求68所述的测试设备，其中所述探针芯片基板包括通过所述基板而在所述探针表面与所述连接器表面之间定义的复数个孔，且其中所述探针芯片电连接件中的每个均包括位于所述探针芯片基板中的所述复数个孔中的每个内的电传导导孔。
101.根据权利要求68所述的测试设备，其中所述探针芯片基板包括一种电绝缘材料。
102.根据权利要求68所述的测试设备，其中所述探针芯片基板包括一种介电材料。
103.根据权利要求68所述的测试设备，其中所述探针芯片基板包括一种电传导材料。
104.根据权利要求68所述的测试设备，其进一步包括电连接到在所述探针芯片基板上的所述复数个电连接件中的至少一个的至少一个旁路电容器。
105.根据权利要求68所述的测试设备，其中所述主板基板进一步包括具有匹配阻抗的至少一个导电路径。
106.根据权利要求68所述的测试设备，其中所述探针芯片基板进一步包括具有匹配阻抗的至少一个导电路径。
107.根据权利要求68所述的测试设备，其进一步包括从所述主板基板的所述顶表面延伸到所述探针芯片基板的所述探针表面并具有匹配阻抗的至少一个导电路径。
108.根据权利要求68所述的测试设备，其进一步包括从所述主板基板的所述顶表面延伸到所述探针芯片基板的所述探针表面并具有匹配阻抗的至少一个导电路径。
109.一种贴花总成制程，其包括以下步骤提供一个具有一个外周边和一个内部区域并具有一个探针表面和一个连接器表面的探针芯片基板、在所述内部区域内的所述探针表面上的复数个探针弹簧、在所述内部区域内的所述连接器表面上的复数个电触点，其中所述探针弹簧中的每个电连接到至少一个电触点；提供一个具有一个定义的附着区域的韧性基板；和将所述韧性基板的所述定义的连接区域附着到所述探针芯片基板的所述外周边。
110.一种贴花总成制程，其包括以下步骤提供一个具有一个外周边和一个内部区域且具有一个探针表面和一个连接器表面的探针芯片基板、在所述内部区域内的所述探针表面上的复数个探针弹簧和在所述内部区域内的所述连接器表面上的复数个电触点，其中所述探针弹簧中的每个电连接到至少一个电触点；向所述探针芯片基板的所述连接器表面的所述外周边施加一种粘合剂；提供一个安装环，其具有一个通过被定义在安装环的开口，所述开口大于所述探针芯片基板的所述外周边；跨过所述安装环附着一个韧性部件；将韧性部件粘附地附着到在所述探针芯片基板的所述外周边上的所述已施加的粘合剂。
111.一种用于连接到一个集成电路装置的包装，其包括一个具有一个第一表面和一个第二表面的包装基板；延伸通过在所述第一表面与所述第二表面之间的所述包装基板的复数个电连接件；和复数个探针弹簧，其位于所述第一表面上并从所述电连接件延伸，所述复数个探针弹簧至少可暂时连接到至少一个集成电路装置。
112.根据权利要求111所述的包装，其中所述复数个探针弹簧包括一个附着到所述探针芯片基板的固定部分和一个最初附着到所述包装基板的自由部分，所述自由部分一经释放便由于一个固有应力梯度而延伸离开所述包装基板。
113.根据权利要求112所述的包装，其中所述复数个探针弹簧中的每一个均包括复数个层，且其中探针弹簧的所述自由部分一经释放便由于在所述复数个层之间定义的所述固有应力梯度便延伸离开所述包装基板。
114.根据权利要求112所述的包装，其中所述复数个探针弹簧可溅射形成。
115.根据权利要求112所述的包装，其中所述复数个探针弹簧可电镀形成。
116.根据权利要求111所述的包装，其中所述复数个探针弹簧是照相平板印刷图案化的弹簧，其中所述自由部分定义一个三维结构。
117.根据权利要求111所述的包装，其进一步包括基于验证所述集成电路良好而在所述包装与至少一个集成电路装置之间形成的永久连接件。
118.根据权利要求117所述的包装，其中所述永久连接件包括焊料。
119.根据权利要求117所述的包装，其中所述永久连接件包括电传导环氧树脂。
120.根据权利要求117所述的包装，其中所述永久连接件包括各向异性传导薄膜。
121.根据权利要求117所述的包装，其中至少一个集成电路装置永久地连接到在所述包装基板的所述第一表面上的所述探针弹簧。
122.根据权利要求111所述的包装，其中所述复数个电连接件进一步包括在所述包装基板的所述第二表面上的焊盘。
123.根据权利要求111所述的包装，其进一步包括在所述包装的所述第二表面上的复数个焊接球，其中所述复数个电连接件中的每个电连接到所述焊接球的至少一个。
124.根据权利要求111所述的包装，其进一步包括在所述包装的所述第二表面上的复数个电传导插脚，其中所述复数个电连接件中的额每个电连接到所述电传导插脚的至少一个。
125.根据权利要求111所述的包装，其中所述电连接件中的至少一个包括一个经阻抗匹配的RF信号路径。
126.根据权利要求111所述的包装，其进一步包括位于所述包装基板的至少一个表面上的至少一个无源装置。
127.根据权利要求126所述的包装，其中所述无源装置是一个电容器。
128.根据权利要求126所述的包装，其中所述无源装置是一个电阻器。
129.根据权利要求126所述的包装，其中所述无源装置是一个电感器。
130.根据权利要求111所述的包装，其进一步包括在所述包装基板的所述第二表面上的至少一个电容器。
131.根据权利要求111所述的包装，其进一步包括一个在所述探针弹簧下方的所述包装基板内的接地返回路径，使得当所述集成电路装置中的至少一个与所述基板接触时，所述电触点使从低频到高频的阻抗失配最小化。
132.根据权利要求111所述的包装，其进一步包括一个通过所述包装基板定义的在所述集成电路中的至少一个下从所述第一表面到所述第二表面的真空下拉端口。
133.根据权利要求111所述的包装，其进一步包括一个用于固持集成电路以与所述包装接触的盖子。
134.根据权利要求111所述的包装，其进一步包括；一个第二基板，其包括一个第三表面和一个第四表面，所述第二基板提供从所述包装基板延伸到所述第二基板的所述第四表面的至少一个电连接件，其中所述第三表面邻近所述包装基板的所述第一表面，且所述复数个探针弹簧替代地位于所述第四表面上，所述第二基板视情况包括形成在所述包装基板的所述第一表面上的复数个累积层。
135.根据权利要求134所述的包装，其中所述第二基板包括至少一个投送路线层。
136.一种开发一个用于连接到一个晶片上的至少一个装置的探针总成的方法，其包括以下步骤提供一个具有一个底表面和一个顶表面的主板基板，和从所述顶表面延伸到所述底表面的复数个导电体；提供至少一个标准中间连接器，其具有一个上接口和一个下接口，所述上表面位于接近所述主板基板的所述底表面，所述中间连接器包括在所述上接口与所述下接口之间的至少一个导电连接件，其对应于在所述主板基板的所述底表面上的所述导电体中的每个；提供一个探针芯片基板设计，其包括一个连接器表面、一个与所述连接器表面相对的探针表面和在以固定布局配置的所述连接器表面上的复数个触点，所述连接器表面位于接近所述中间连接器的所述下表面；接收一个用于在所述晶片上的所述至少一个装置的互连规格，所述互连规格包括用于所述至少一个装置的电互连位置；和生产一个探针芯片基板，其中所述基板是基于所述探针芯片基板设计，其中所述探针芯片基板进一步包括在所述探针表面上的对应于在所述晶片上的所述互连位置的复数个探针弹簧，且其中所述探针弹簧中的每个电连接到在所述连接器表面上的至少一个触点。
137.根据权利要求136所述的方法，其中所述复数个探针弹簧包括一个附着到所述探针芯片基板的固定部分和一个最初附着到所述探针芯片基板的自由部分，所述自由部分一经释放便由于一个固有应力梯度而延伸离开所述探针芯片基板。
138.根据权利要求137所述的方法，其中所述复数个探针弹簧中的每一个均包括复数个层，且其中探针弹簧的所述自由部分一经释放便由于定义在所述复数个层之间的固有应力梯度而延伸离开所述探针芯片基板。
139.根据权利要求137所述的方法，其中所述复数个探针弹簧可溅射形成。
140.根据权利要求137所述的方法，其中所述复数个探针弹簧可电镀形成。
141.根据权利要求137所述的方法，其中所述复数个探针弹簧是照相平板印刷图案化的弹簧，其中所述自由部分定义一个三维结构。
142.根据权利要求141所述的方法，其进一步包括以下步骤生产所述探针总成，其包括通过所述中间连接器而电互连到所述探针芯片总成的所述主板基板。
143.根据权利要求142所述的方法，其进一步包括以下步骤在所述探针芯片基板的所述周边周围建立一个韧性部件；和通过所述韧性部件将所述探针芯片基板韧性地附加到所述探针总成。
144.根据权利要求141所述的方法，其中所述中间连接器包括一个Z区块连接器，其包括一个具有一个下表面和一个上表面的垂直转移基板，和从所述下表面延伸到其上表面的复数个导电连接件，所述导电连接件中的每个包括至少一个电传导导孔。
145.一种用于电连接到在一个晶片上的互连位置的探针总成结构，其包括一个包括具有标准化电连接件的至少一个基板的母片；和可连接到所述母片的至少一个定制接口，所述定制接口包括对应于所述互连位置的复数个探针弹簧，且其中所述探针弹簧中的每个电连接到在所述母片上的至少一个标准化电连接件。
146.根据权利要求145所述的探针总成结构，其中所述复数个探针弹簧包括一个附着到所述探针芯片基板的固定部分和一个最初附着到所述探针芯片基板的自由部分，所述自由部分一经释放便由于一个固有应力梯度而延伸离开所述探针芯片基板。
147.根据权利要求146所述的探针总成结构，其中所述复数个探针弹簧中的每一个均包括复数个层，且其中探针弹簧的所述自由部分一经释放便由于在所述复数个层之间定义的所述固有应力梯度而延伸离开所述探针芯片基板。
148.根据权利要求146所述的探针总成结构，其中所述复数个探针弹簧可溅射形成。
149.根据权利要求146所述的探针总成结构，其中所述复数个探针弹簧可电镀形成。
150.根据权利要求146所述的探针总成结构，其中所述复数个探针弹簧是照相平板印刷图案化的弹簧，其中所述自由部分定义一个三维结构。
151.一种用于开发一个用于连接到在一个晶片上的至少一个装置的探针总成的方法，其包括以下步骤提供一个具有一个底表面和一个顶表面的主板基板，和从所述顶表面延伸到所述底表面的复数个导电体；提供一个探针芯片基板设计，其包括一个连接器表面和一个与所述连接器表面相对的探针表面，和在所述连接器基板上以一个固定布局配置的复数个触点，所述连接器表面可位于接近所述主板基板的所述下表面；接收一个用于在所述晶片上的所述至少一个装置的互连规格，所述互连规格包括电互连位置；和生产一个探针芯片基板，其中所述基板是基于所述探针芯片基板设计，其中所述探针芯片基板进一步包括在所述探针表面上的对应于所述晶片上的所述互连的复数个探针弹簧，且其中所述探针弹簧中的每个电连接到所述连接器表面上的至少一个触点。
152.根据权利要求151所述的方法，其中所述复数个探针弹簧包括一个附着到所述探针芯片基板的固定部分和一个最初附着到所述探针芯片基板的自由部分，所述自由部分一经释放便由于一个固有应力梯度而延伸离开所述探针芯片基板。
153.根据权利要求152所述的方法，其中所述复数个探针弹簧中的每一个均包括复数个层，且其中探针弹簧的所述自由部分一经释放便由于在所述复数个层之间定义的所述固定应力梯度而延伸离开所述探针芯片基板。
154.根据权利要求152所述的方法，其中所述复数个探针弹簧可溅射形成。
155.根据权利要求152所述的方法，其中所述复数个探针弹簧可电镀形成。
156.根据权利要求152所述的方法，其中所述复数个探针弹簧是照相平板印刷图案化的弹簧，其中所述自由部分定义一个三维结构。
157.根据权利要求151所述的方法，其进一步包括以下步骤生产所述探针总成，其包括被电互连到所述探针芯片基板的所述连接器表面的所述主板基板。
158.根据权利要求157所述的方法，其进一步包括以下步骤在所述探针芯片基板的所述周边周围建立一个韧性部件；和通过所述韧性部件将所述探针芯片基板韧性地附加到所述探针总成。
159.一种内插器，其包括一个韧性薄膜，其包括在所述内部区域的任一侧上的一个内部区域和一个外周边区域，所述内部区域定义一个通过所述薄膜的孔径阵列；至少一对电互连、韧性探针弹簧，每一个均包括一个平面基底区域和一个非平面区域；其中所述至少一对韧性探针弹簧在其平面基底区域处附着到所述韧性薄膜；和其中所述探针弹簧对的所述非平面区域在实际上相对的方向上彼此延伸通过在所述韧性薄膜的对应孔径。
160.根据权利要求159所述的内插器，其中所述至少一对探针弹簧的所述非平面区域最初附着到一个基板，且一经释放所述非平面区域便由于所述探针弹簧中的一个固有应力梯度而延伸离开所述基板。
161.根据权利要求159所述的内插器，其中所述至少一对探针弹簧中的每一个均包括复数个层，且其中所述非平面区域最初附着到一个基板，其一经释放便由于在所述复数个层之间定义的所述固有应力梯度而延伸离开所述探针芯片基板。
162.根据权利要求159所述的内插器，其中所述至少一对韧性探针弹簧可溅射形成。
163.根据权利要求159所述的内插器，其中所述至少一个对韧性探针弹簧可电镀形成。
164.根据权利要求159所述的内插器，其中所述韧性薄膜包括聚酰亚胺。
165.根据权利要求159所述的内插器，其进一步包括一个附着到所述韧性薄膜的所述周边区域的支承环。
166.根据权利要求165所述的内插器，其中所述支承环固持处于拉力下的所述韧性薄膜。
167.根据权利要求165所述的内插器，其中所述支承环包括不锈钢。
168.根据权利要求159所述的内插器，其进一步包括在任何所述韧性探针弹簧的至少所述非平面区域上的至少一个电镀层。
169.一种内插器，其包括一个具有一个第一表面和一个第二表面的内插器基板；通过从所述第一表面延伸到所述第二表面延伸穿过所述内插器基板的至少一个电传导导孔；在所述内插器基板的所述第一表面上形成的至少一个电传导第一韧性探针弹簧，其包括经形成具有不同应力级的第一复数个层，所述层保持所述应力直到被提升，所述探针弹簧包括一个平面区域和一个非平面区域，所述非平面区域由一个在所述层中的固有应力梯度形成；位于所述内插器基板的第二表面上的至少一个电传导第二韧性探针弹簧，所述第二韧性探针弹簧包括经形成具有不同应力级的第二复数个层，所述层保持所述应力直到被提升，所述探针弹簧包括一个平面区域和一个非平面区域，所述非平面区域由在所述层中的一个固有应力梯度形成；和至少一个多余的电传导元件；其中所述第一韧性探针弹簧通过所述电传导导孔中的至少一个而与所述第二韧性探针弹簧电接触。
170.根据权利要求169所述的内插器，所述第一韧性探针弹簧和所述第二韧性探针弹簧进一步包括一个附着到所述内插器基板的固定部分和一个最初附着到所述内插器基板的自由部分，所述自由部分一经释放便由于所述固有应力梯度而延伸离开所述内插器基板。
171.根据权利要求170所述的内插器，其中所述第一韧性探针弹簧和所述第二韧性探针弹簧中的每一个均包括复数个层，且其中所述探针弹簧的所述自由部分一从所述探针芯片基板释放便由于在所述复数个层之间定义的所述固有应力梯度而延伸离开所述基板。
172.根据权利要求170所述的内插器，其中所述第一韧性探针弹簧和所述第二韧性探针弹簧可溅射形成。
173.根据权利要求170所述的内插器，其中所述第一韧性探针弹簧和所述第二韧性探针弹簧可电镀形成。
174.根据权利要求169所述的内插器，其中所述第一韧性探针弹簧和所述第二韧性探针弹簧是照相平板印刷图案化的弹簧，其中所述自由部分定义一个三维结构。
175.根据权利要求169所述的内插器，其中所述多余的电传导元件包括一个多余的第一韧性探针弹簧。
176.根据权利要求169所述的内插器，其中所述多余的电传导元件包括一个多余的第二韧性探针弹簧。
177.根据权利要求169所述的内插器，其中所述多余的电传导元件包括一个多余的导孔。
178.根据权利要求169所述的内插器，其进一步包括在所述第一韧性探针弹簧中的至少两个之间电连接的至少一个电容器。
179.一种形成一个内插器的制程，其包括以下步骤提供一个基板；在所述基板上形成一个第一释放层；在所述第一释放层上形成具有一个包括一个向下剥离应力的固有应力梯度的第一复数个电传导应力层；在所述第一复数个应力层上选择性地形成一个第二释放层；在所述第二释放层上形成具有一个包括一个向上剥离应力的固有应力梯度的一个第二复数个电传导应力层；在所述第一复数个应力层和所述覆盖的第二复数个应力层中图案化至少一个手指区域；选择性地形成一个具有一个内部区域和一个周边区域的韧性薄膜，所述内部区域包括一个由非穿孔的固体部分围绕的通孔阵列，其中所述非穿孔的固体部分在一端覆盖所述手指区域的一部分，且所述通孔部分定位在所述手指区域的其余部分；将一个刚性支承环附着到所述韧性薄膜的所述周边区域，从而固持处于拉力下的所述韧性薄膜；蚀刻所述释放层；其中所述手指区域定义一个开口，实际上相对的电互连韧性探针弹簧突出穿过所述开口。
全文摘要
本发明揭示了增强型集成电路探针卡和包装总成的一些实施例，其延伸了MEMS和薄膜制作的探针的机械韧性，使得这些类型的弹簧探针结构可以用于测试半导体晶片上的一或多个集成电路。本发明揭示了探针卡总成的一些实施例，其提供紧密信号焊盘间距韧性和/或使在购买的晶片探测设备中进行高级平行测试成为可能。在某些优选实施例中，探针卡总成结构包括可分开的标准组件，其降低了总成制造成本和制造时间。这些结构和总成使以晶片形式进行高速度测试成为可能。还对这些探针进行还被内装机械保护，以用于保护基板上的集成电路和MESM或薄膜制作的弹簧尖端和探针布局结构。替代的卡总成结构包含韧性载体结构，诸如贴花或网屏，其被粘合地附着到探针芯片基板。
文档编号G01R31/28GK1662820SQ03814848
公开日2005年8月31日 申请日期2003年6月23日 优先权日2002年6月24日
发明者萨米·莫克, 富·冲·崇, 弗兰克·斯瓦托韦克, 萨玛尔·库玛·拉海瑞, 约瑟夫·迈克尔·海默 申请人:纳米纳克斯公司