探針陣列及其製造方法
2023-04-24 03:52:41
專利名稱：探針陣列及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種製造一用於探測電子器件的探針陣列，例如一用於探測一 半導體晶片上的電路小片的探針卡的方法。
背景技術：
在製造過程中，半導體電路小片必須經過測試，以確保電路小片上集成電 路的可靠性和性能特性。因此，半導體製造商已開發了不同的用於測試半導體 電路小片的測試程序。通常通過在晶片級上用探針對電路小片進行測試來執行 對整體功能的標準測試。晶片級的探針測試也可用於評定電路小片的速度等級。
在晶片級上並行測試大量集成電路晶片會提供明顯的優勢，因為測試時間 與成本會大大減少。目前，需要使用包括大型計算機在內的大規模測試儀來每 次測試甚至一個晶片，並且當增大並行測試晶片陣列的能力時，這些儀器的復 雜度會增加。然而，由於並行測試會節省時間，因而人們已引入了能夠同時探 測和從多個電路小片收集數據的高引線數測試儀，並且可同時測試的晶片數量 一直在逐漸增加。
提供一種能允許在切割之前並行地測試及老化一晶片上各電路小片的改良 的晶片測試及老化方案將會使成本大大降低。
隨著晶片測試要求變得越來越複雜，對高密度探針及製造這些探針的有效 並且相對低廉的方法的需求仍繼續是一種挑戰。因此，需要一種製造高密度探 針陣列的低廉且有效的方法。
發明內容
本發明涉及一種用於測試半導體晶片的探針陣列和其能夠基本上消除相關技術的 一個或多個問題和缺點的製造方法。
本發明提供一種製造一探針陣列的方法，其包括形成一具有複數個通孔的 第一襯底。形成一嵌有複數個探針尖端的第二襯底。將複數條導線結合至第二 襯底中對應的探針尖端。第一襯底中的通孔與所述複數條導線相配合。移除第 二襯底。將第一襯底平面化，並在第一襯底上形成與複數條導線的連接以便連 接至外部信號源。
在另一方面，提供一種形成一探針陣列的方法，其包括在一探針材料塊上
形成一尖端材料層。將一第一電子放電機(EDM)電極置於該層尖端材料上， 所述EDM電極具有對應於將形成的複數個探針的複數個開孔。從該尖端材料層 和該探針材料塊上移除多餘材料，以形成複數個探針。設置一具有與所述複數 個探針相對應的複數個通孔的村底，以使所述探針穿透所述複數個通孔。將該 襯底結合至複數個探針。移除多餘的探針材料，以將襯底平面化。根據本發明 製造探針陣列的方法的優點包括對兩個不同的襯底使用兩個階段的步驟。因此， 可並行並相互獨立地執行這兩個階段的處理步驟。任何可能出現的錯誤或缺陷 僅需要重複一組步驟。而且，所形成的探針陣列具有可沿探針的至少一段提供 支撐的通孔。在存在橫向接觸運動或摩擦接觸的探針陣列中，該支撐尤其有利。 在又一方面中，提供一種探針陣列，其包括一襯底和用於接觸一測試裝置 上的測試端子的複數個探針。每一探針均具有一探針杆和一尖端。每一探針均 穿透襯底以便得到支撐。所述村底具有複數個通孔，以佳j採針杆穿透所述通孔 並結合至襯底。
本發明的其他特徵和優點將在下文的說明中提出，並且其部分將根據本說 明得知，或可通過實踐本發明而得知。本發明的優點將通過所述結構來實現和獲 得，並且將在書面說明、權利要求書及附圖中特別地指出。
應當了解，上文的大體說明及後文的詳細說明都是實例性、解釋性的，並 且旨在提供對請求專利權的本發明的進一步解釋。
所包含的附圖旨在顯示本發明的實例性實施例，其併入本說明書並構成本 說明書的 一部分，這些附圖顯示本發明的實施例並與本說明 一起用來解釋本發
明的原理。附圖中
圖1-4顯示一種用於一垂直探針陣列的揮:針製造方法的步驟。
圖5-6顯示將圖1-4中顯示的探針與一襯底相接合以形成探針陣列的步驟。
圖7-8顯示圖6所示探針陣列中探針尖端部的定形步驟。
圖9以流程圖的形式顯示在製造探針陣列中所涉及的對應於圖l-8的步驟。
圖10顯示一可用於製造一探針陣列的探針的替代EDM電極。
圖ll顯示圖IO中所示EDM電極的一剖面圖。
圖12-16顯示一種製造探針的替代方法。
圖17顯示根據圖12-16中所示方法形成的鬆散探針。
圖18顯示一用於固定探針的基礎襯底。
圖19顯示圖18中基礎襯底的一剖面圖。
圖20-21顯示將探針組裝成一陣列。
具體實施例方式
現在將詳細地介紹本發明的實施例，其實例顯示在附圖中。 圖l-8顯示一形成一探針陣列的第一種方法，並且圖9以流程圖的形式顯示 製造圖1-8所示探針的步驟901-908。
如圖1所示，將一尖端材料塊101附著至一探針材料塊102 (步驟901 )。 尖端材料101和探針材料102應是導電性材料，但是也可由任意數量的習知材 料製成。合適的尖端材料和探針材料的實例包括鈀、銅、金、銠、鎳、鈷、銀、 鉑、導電性氮化物、導電性碳化物、鴒、鈦、鉬、錸、銦、鋨、耐熔金屬及包 含一種或多種任何上述材料的合金或複合物組合物。例如，尖端材料101可電 鍍到探針材料102上。尖端材料101也可用熔焊、焊接、銅焊等到探針材料102上。當然，可對探針材料102和/或尖端材料101進行進一步處理。例如，可以 對所述材料兩者之一或兩者都進行熱處理或退火；可在所述材料兩者之一或兩 者內植入離子；等等。而且，這種進一步的處理可在該過程期間的任一時刻進 行，包括在所述EDM電極定形所述材料之前及所述材料由EDM電極完全定形 之後。此外，在由一EDM電極定形期間的任一時刻，均可停止定形過程，並對 材料進行處理。
然後，使用一電子放電機("EDM")將尖端材料101和探針材料102定形 成基本的探針形狀(步驟902-903)。如圖2和圖3所示，將一定形為所期望探 針陣列形式的第一 EDM電極201敷至尖端材料塊101和探針材料102上。在移 除多餘的材料後，結果得到的結構如圖4所示。然後，使用焊料503或某種其 它合適的接合材料將探針401固定於一襯底501 (例如，其可由陶瓷、矽、印刷 電路板材料等製成)的通孔502中，如圖5所示(步驟904-905)。也可以使用 壓配合和熱配合技術。然後移除探針材料102的底部部分504 (相對圖5中顯示 的取向而言)，如圖6所示(步驟906)。在一個實例中，移除底部部分504的多 餘的探針材料102以使所述襯底平面化。可以使用蝕刻、研磨、拋光、精研或 其它合適的方法來移除底部部分504。另一選擇為，可留下探針401的某些部分 貫穿襯底501的底部(如圖5所示的取向)。例如，可只移除底部部分504 (例 如，使用一EDM電極、蝕刻等)。探針401的貫穿村底501底部的部分可以固 定(例如，通過焊接)到另一村底上。
如圖7所示， 一第二EDM電極701用於通過移除多餘材料(步驟907)來 定形探針401末端上的尖端材料101，以得到圖8中的結構。然後在第一襯底 501上形成連接至探針401的電連接(未示出)，以用於連接至外部測試信號源 (步驟908 )。圖8所示的結構可用於製作一探針卡組件或其他用於探測電子器 件的裝置。當然，在將探針401固定到襯底501之前，可如圖7和圖8所示對 尖端材料101進行定形。
EDM電極201可以由任何可蝕刻、機加工或以其他方式處理形成所期望圖案的導電材料製成。例如，第一EDM電極201可以由可使用雷射燒蝕(例如使 用準分子雷射器)來圖案化的石墨形成。作為另一實例，第二EDM電極701可 以由矽製成，所述矽可經高度摻雜並且可以通過在矽的表面內蝕刻凹坑來圖案 化。視情況，可通過賊射、電鍍、化學氣體沉積和其它技術將EDM電極的一表 面金屬化，或者進行其他處理。
因此，提供一種形成一探針陣列的方法，其包括在一探針材料塊102上形 成一尖端材料層101。在該尖端材料層101上設置一第一電子放電機(EDM)電極 201,該EDM電極201具有對應於將形成的複數個探:針401的複數個開孔。從 該尖端材料層101與該探針材料塊102上移除多餘材料以形成複數個探針401。 設置一具有對應於所述複數個探針401的複數個通孔502的襯底501,以使探針 401穿透複數個通孔502。將襯底501結合至複數個探針401。移除多餘的探針 材料以將村底501平面化。尖端材料可以在揮:針形成前或形成後受到進一步處 理。例如，尖端材料可以使用離子植入技術、電鍍等來處理。
圖IO和圖ll顯示另一可以用於製造探針陣列中的探針的實例性EDM電極 1002。圖10顯示電極1002的底視圖，圖11顯示電極1002的剖面側視圖。可 以看到，電極1002的底部具有複數個空腔1004。如所將看到，孔洞1004呈將 要製成的探針形狀。
如圖12-14 (其中顯示電極1002的剖面)所示，電極1002開始與探針材料 1206相接觸，探針材料1206可與上述探針材料102類似。如圖12所示，探針 材料1206可視情況粘著至犧牲材料1208。如圖13所示，電極1002會定形探針 材料1206。如圖14所示，電極1002也可部分地定形犧牲材料1208。
圖15和圖16分別顯示電極材料1206和犧牲材料1208在由電極1002 (如 圖12-14所示)定形後的頂視圖和剖面側視圖。如圖所示，電極1002按電極1002 上的空腔1004所界定來定形探針材料1206和第一層犧牲材料1501 (即， 一上 層原始犧牲材料1208 )。然後，探針材料1206從犧牲材料1208和1501上釋放， 而留下由探針材料1206製成的鬆散探針1510，如圖17所示。另一選擇為，可將EDM電極設計為在探針1510之間留有少量材料(未示出)，從而將各探針連 接在一起。這可允許成組地對探針進行進一步處理和操作。這也可有助於在後 續組裝期間對探針進行操作。較佳地，所留下的這種連接材料的量足夠薄，以 便易於從探針上將其移除(例如，破碎)。如上文所述，犧牲材料1208並非必需。可單獨提供探針材料1206,並且電 極1002可以僅蝕刻穿過探針材料1206。而且，如果使用犧牲材料1208,那麼 犧牲材料1208也不需要由電極1002來定形。也就是說，在圖14中，電極1002 可恰好在其到達犧牲材料1208時停止，以使其僅蝕刻探針材料1206。不管是否蝕刻犧牲材料1208,如何將犧牲材料1208粘著至探針材料1206 然後再自探針材料1206釋放對本發明並不重要。同樣，用作犧牲材料1208的 材料對本發明也不重要。例如，探針材料1206和犧牲材料1208可藉助任何適 當的粘合劑(如環氧樹脂等)粘著在一起。然後，可以通過溶解、蝕刻掉或以 其他方式移除膠合劑來使探針材料1206與犧牲材料1208分離。作為另一實例， 可以溶解或蝕刻掉犧牲材料1208來使探針1510從犧牲材料上分離。另一選擇為，初始探針材料塊1206可以是一複合材料，其包括一種用於探 針1510的主體的材料和一用於探針1510的尖端的不同材料。例如，經處理後 得到如圖15所示結果的初始材料塊可以跨越圖15所示更大矩形結構的頂部和 底部包括一矩形尖端材料幅。(實例性矩形幅在圖15中以虛線顯示並標記為 1511。)此等幅將大至足以包含圖15中所示的探針1510的尖端。通過這種方式， 探針1510可包含多種材料(例如， 一種材料用於探針主體， 一種不同的材料用 於探針的尖端)。另一選擇為，整個塊由同一種材料製成，但是對幅1511進行 特殊處理，例如上文結合圖1所示探針或尖端材料所述。圖17中所示鬆散探針1510的一實例性使用顯示在圖18-21中。圖18和圖 19顯示的是一帶有開孔1816和開孔1816周圍的焊料1814的基礎襯底1812。 如圖20所示，探針1510可以插入至開孔1816內，並且焊料1814變形以將探 針1510固定在開孔1816中。如圖21所示， 一個或多個此種基礎村底1812又可固定(例如，通過焊料1814、銅焊、熔焊或其他方法)到一更大襯底上，例 如一帶有導電端子2122的電子部件2120上。作為一實例，電子部件2120可以 是一個用於一探針卡總成的空間轉換器，例如一用於在1999年11月2日所頒 布的第5,974,662號美國專利中所揭示的探針卡總成的空間轉換器，該美國專利 以引用方式併入本文中。前文所述的將鬆散探針組裝成探針陣列的實例性方法 在2002年7月24日提出申請且共同受讓的第10/202,712號美國專利申請案中 進行了更詳細的介紹，該美國專利申請案也以引用方式併入本文中。
與EDM電極201 —樣，EDM電極1002可以由任何導電材料製成。同樣， 空腔1004可以採用任何合適的方法圖案化於電極1002中。例如，可以在電極 1002內通過蝕刻、^/L加工等方式形成空腔1004。作為另一實例，空腔1004可 以使用雷射燒蝕形成。作為又一實例，可以使用光阻劑覆蓋犧牲襯底1208 (例 如，矽晶片)，並且將所述光阻劑圖案化、顯影、及移除，以便僅在犧牲襯底1208 上要形成空腔1004的地方留有光阻劑。然後將犧牲襯底1208金屬化(例如， 通過電鍍、沉積等)，從而圍繞經圖案化的光阻劑形成所述電極的一底板，然後 移除光阻劑，從而在新形成的底板上留下空腔1004。
根據本發明製造探針陣列的方法的優點包括獨立地處理兩個不同的襯底。 因此，所述兩個階^:的處理步驟可以並行且相互獨立地執行。可能出現的任何 錯誤或缺陷僅需要重複一組步驟。而且，所得到的探針陣列具有可沿探針的至 少一段提供支撐的通孔。在存在橫向接觸運動或摩擦接觸(即探針首先沿測試 器件的表面橫向運動，然後"撞擊"測試器件上的一端子墊)的探針陣列中，該支 撐尤其有利。
所屬領域的技術人員應了解，可對其在形式上和細節上作出各種變化，此 並不背離在隨屬權利要求書中所界定的本發明的精神和範圍。因此，本發明的 廣度和範圍不應受限於上文所說明的任一實例性實施例，而應僅根據下文權利 要求書及其等價內容來界定。
9
權利要求
1、一種製造複數個探針的方法，所述方法包括提供一材料塊；及使用一電子放電機從所述材料塊移除材料以形成所述複數個探針；其中所述材料塊包含設置在犧牲材料上的探針材料。
2、 如權利要求l所述的方法，其中所述材料塊進一步包含設置在所述犧牲材料上的尖端材料。
3、如權利要求2所述的方法，其中所述從所述塊移除材料的步驟包括 提供一包含複數個空腔的電子放電機電極， 一空腔對應於一探針的一形狀並且具有一對應於所述^:針形狀的一主體部分的第一空腔部分和一對應於所述探針形狀的一尖端部分的第二空腔部分，及在所述材料塊上設置所述電子放電機電極，以使所述第一空腔部分位於所 述探針材料上並且所述第二空腔部分位於所述尖端材料上。
全文摘要
本發明揭示一種形成一探針陣列的方法，其包括在一探針材料塊上形成一尖端材料層(101)。在所述尖端材料層上設置一第一電子放電機(EDM)電極(201)，所述EDM電極具有對應於將形成的複數個探針的複數個開孔。從所述尖端材料層和所述探針材料塊上移除多餘的材料以形成所述的複數個探針。設置一具有對應於複數個探針的複數個通孔的襯底，以使所述探針穿透所述複數個通孔。將所述襯底結合至複數個探針。移除多餘的探針材料以將所述襯底平面化。
文檔編號B23H9/00GK101308165SQ20081012874
公開日2008年11月19日 申請日期2003年11月24日 優先權日2002年11月25日
發明者加埃唐·L·馬蒂厄, 加裡·W·格魯比, 班傑明·N·埃爾德裡奇 申請人:佛姆費克託公司