測試具有許多半導體器件的晶片的探針卡及其製作方法
2023-10-04 01:00:09
專利名稱：測試具有許多半導體器件的晶片的探針卡及其製作方法
技術領域：
本發明涉及進行同時測試的探針卡。更詳細地說，本發明涉及測試在晶片上形成的許多晶片和晶片尺寸封裝(在下文稱為CSP)的用於晶片的探針卡以及測試例如晶片級CSP或諸如此類的半導體器件的方法。
背景技術：
為了形成用樹脂密封成具有儘可能密集於半導體晶片(在下文稱為晶片)的型式的半導體器件，申請人提出一種具有在晶片上設置由凸式電極形成的外部輸出端的結構的新型半導體部件。在晶片情況下至少用樹脂密封凸式電極的側表面而後切割成單塊晶片(參閱Japa-nesePublished Unexamined Patent Application No.HEI 10-79362和USpstent Application No.09/029,608)。
通過在CSP處於晶片情況時進行測試而不是對從晶片切割的單塊CSP進行測試，能夠實現更高效率的半導體器件測試。對測試形成許多通常的晶片的晶片來說情況也會如此。本發明涉及在晶片情況下測試許多晶片和CSP中的各個晶片和CSP的探針卡以及測試具有許多半導體器件的晶片的方法。
圖1到圖4是說明相關技術中的CSP例子的附圖。圖1是橫截面圖，而圖2說明在許多像圖1中那樣的CSP被切割成單塊以前的情況和圖3是圖2的平面圖。
在圖1表示的CSP中，在晶片1上用氮化矽薄膜2覆蓋除鋁焊接區4以外的區域並且在氮化矽薄膜2上進一步形成聚醯亞胺層3。在晶片1上形成的鋁電極焊接區4因為在沒有改進的結構中鋁電極焊接區4的間距太窄所以有在測試時探針不能與其接觸和安裝時在裝配襯底上不能安裝焊接區的問題。因此，在聚醯亞胺層3上形成重新分布交接線5，使鋁焊接區4與在晶片上的適當位置處的凸式銅電極6連接，從而加寬鋁焊接區4的間距。為了在印刷板上安裝，在凸式銅電極6上經由勢壘金屬7形成焊球8。
在製造圖1中的CSP時，在晶片上形成凸式銅電極6以後，形成至少密封凸式銅電極6的側表面的樹脂層9。以後，形成焊球8，然後沿圖2所示的切割線12把晶片上的CSP切割成單塊。
然而，在測試CSP時候，由於許多焊球8被分成分割段以後降低了測試效率所以極其希望在焊球8仍處於如圖3所示的分割以前的晶片情況時進行CSP的測試。
圖3說明在晶片情況下形成CSP和用膠帶10固定晶片11的情況。在這樣的情況下當使由普通的觸針組成的探針頭與每塊晶片中的電極焊接區(未表示出)接觸時，必須製備好具有相當於狹窄的焊接區的間距的觸針的探針頭，結果引起成本提高。
如圖4所示，提供採用異向性導電橡膠的方法作為不使用由觸針組成的探針頭的一種方法。在這種方法中，在異向性導電橡膠上形成柔性襯墊42，迫使異向性導電橡膠41與被測晶片接觸，並且使在晶片中的電極上的信號電導通到多層基板43。
然而，使用異向性導電橡膠的方法有下列的問題。由於使用異向性導電橡膠，所以不能把布線引入到多層基板以便加寬在晶片上的電極間距。因此，在間距上沒有改變的情況下必須使布線平放在晶片中的電極間距下面的多層基板上。此外，可以被異向性導電橡膠緩衝的平面度起伏是在25到50微米範圍變動而因此用具有優良平面性的昂貴的陶瓷基片作多層基板。當用陶瓷多層基板實現晶片上的電極間距時，必須在狹窄的間距範圍內打穿透孔。因此，當用陶瓷基片作多層基板時，由於像這樣的基片原本昂貴所以探針卡就昂貴而工藝過程費用也就高。
關於這一點，當由環氧玻璃或諸如此類組成的低成本印刷電路板用作多層基板時，在異向性導電橡膠和多層基板之間的接觸區域處產生大約100微米的變形。這種變形對於接觸區域穩定性來說是不可取的。
並且，異向性導電橡膠不可能達到在晶片中的電極間距為100微米或100微米以下時的解析度。
此外，由於探針卡在老化測試中受到高溫的作用，異向性導電橡膠只能使用100次，因此異向性導電橡膠的耐用性也是一個問題。
發明內容
所以本發明的目的是在晶片情況下測試晶片和CSP時提供在沒有使用多層陶瓷基板和異向性導電橡膠的情況下始終確保與每塊晶片和CSP中的電極焊接區良好接觸的測試形成了許多半導體器件的晶片的探針卡和方法。
本發明的進一步目的涉及窄的電極間距。
本發明的進一步的目的是確保高溫下的優良的耐用性。
用裝有印刷板和多層基板的探針卡達到發明的目的。探針卡也可以裝有柔性襯墊。在柔性襯墊上面或下面配置，或者可以在多層基板上的彈性物質上設置與其中的一塊晶片上的電極相對放置的接觸電極。第一布線具有與接觸電極連接的第一部分、從第一部分的平面延伸到在下面平面上的多層基板的平面過渡部分和與多層基板上的內部端連接的在平面過渡部分的末端上的連接端。多層基板中的第二布線使內部端與在多層基板周邊上的外部端連接。印刷板上的第三布線使在多層基板上的外部端與在印刷板上的外部連接端連接。連接端之間的電極間距大於接觸電極之間的電極間距。
用製作探針卡的方法同樣達到發明的目的，該方法包括步驟為形成對準許多半導體器件上的相應電極的接觸電極；用第二布線擴寬接觸電極的電極間距；為形成從接觸電極的平面延伸到在下面平面上的多層基板而使第一布線中的每一條引線彎曲；使在第一布線中的每一條引線的平面過渡部分末端上的連接端與多層基板上的內部端焊接；用第二布線使在多層基板上的內部端與在多層基板周邊中的外部端連接；和把多層基板放在具有使多層基板上的外部端與印刷板上的外部連接端連接的第三布線的印刷板上。
在以上所述的本發明中，本發明的探針卡使晶片上的每塊晶片中的電極與接觸電極進行接觸並且用具有電極的擴寬間距的第二布線把接觸電極引到連接端。因此，在沒有使用異向性導電橡膠的情況下能夠連接兩個元件。由於一點也沒有使用異向性導電橡膠，所以在測試晶片時候所加的溫度負荷造成由柔性襯墊和多層基板之間的熱膨脹係數的差異引起的連接端接合處的應力。然而，這樣的應力能被在柔性襯墊和多層基板之間延伸的第一布線中的平面過渡部分補償。
在施加上述的應力時，內部端相對於柔性襯墊偏移。由於第一布線因為柔性襯墊和多層基板之間的平面過渡部分而會像一束導線那樣凸出，並且第一布線相對於柔性襯墊自由移動，所以即使內部端偏移，那麼像這樣的位置偏移也能被第一布線中的平面過渡部分補償。
此外，由於一點也沒有使用異向性導電橡膠，所以不存在會被老化測試時的溫度負荷退化的部分，從而增強探針卡的耐用性。
並且，由於晶片的電極在被柔性襯墊上第一布線擴寬電極間距以後與多層基板上的內部端連接，所以多層基板的製作精度可以是相當低的，因此能夠降低多層基板的製作成本。此外，因為形成內部端的部分在高度方向上的起伏可以被第一布線的平面傳送區域中的彈性補償所以相對於多層基板獲得的平坦度可以為50微米左右。從製作精度和平坦度來看，可以用由低價的環氧玻璃或諸如此類組成的印刷電路板構成多層基板，而不使用昂貴的陶瓷基板。
用測試具有許多半導體器件的晶片的方法進一步達到發明的目的，該方法包括用探針卡上的接觸電極接觸許多半導體器件中的一個器件上的電極的步驟以及通過使外部連接端與探針卡中的多層基板的周邊上的外部端連接的布線、通過使外部端與多層基板上的內部端連接的布線和通過從多層基板上的內部端延伸並連接到較高平面上的接觸電極的具有平面過渡部分的布線，把測試信號輸送到印刷板上的外部連接端的步驟。
在以上所述的本發明中，因為由溫度負荷造成的應力如以上所說明的那樣能被平面過渡部分的彈性補償所以在沒有損壞連接端和內部端之間的連接面的情況下測試具有許多半導體器件的晶片的方法能夠進行非常可靠的晶片測試。特別是，晶片尺寸越大，應力就越大，但是使用本發明的探針卡進行測試不會有引發應力的問題。
圖1是說明本發明測試對象CSP的圖；圖2是說明在晶片情況下的CSP的橫截面圖；圖3是說明在晶片情況下的CSP的平面圖；圖4是說明使用異向性導電橡膠的相關技術的圖；圖5(a)是本發明第一實施例的橫截面圖而圖5(b)和5(c)是本發明第一實施例的平面圖；圖6是本發明的探針卡的透視圖；圖7是說明本發明的操作的圖；圖8是說明本發明第一實施例的一種變換的圖；圖9是說明本發明第一實施例的一種變換的圖；圖10(a)和10(b)是說明本發明第一實施例的一種變換的圖；圖11是說明本發明第一實施例的一種變換的圖；圖12(a)和12(b)是說明本發明第一實施例的一種變換的圖；圖13(a)和13(b)是說明本發明第一實施例的一種變換的圖；圖14是說明本發明第一實施例的一種變換的圖；圖15是說明本發明第一實施例的一種變換的圖；圖16(a)至16(d)是說明本發明第一實施例的一種變換的圖；圖17是說明本發明第二實施例的圖；圖18是說明本發明第二實施例的一種變換的圖；圖19是說明本發明第二實施例的一種變換的圖；
圖20是說明本發明第二實施例的一種變換的圖；圖21是說明本發明第二實施例的一種變換的圖；圖22是說明本發明第二實施例的一種變換的圖；圖23是說明本發明第三實施例的圖；圖24(a)到24(c)是說明本發明第四實施例的圖；圖25是說明本發明第五實施例的圖；圖26是說明本發明第五實施例的一種變換的圖；圖27(a)和27(b)是說明本發明第六實施例的圖；和圖28是說明本發明第六實施例的一種變換的圖。
具體實施例方式
現在詳細地參閱在附圖中說明的本發明最佳實施例、例子，在附圖中所有相同的標記數詞指的是同樣的元件。
雖然說明和描述本發明的一些最佳實施例，但是精通技的人們會意識到在沒有脫離發明的基本原理和精神、權利要求書中確定的範圍以及等效物的情況下在這些實施例中可以進行變化。
參閱圖5至28將說明本發明的測試具有許多半導體器件的晶片的探針卡和方法的最佳實施例。
在半導體晶片的情況中，用眾所周知的晶片工藝技術在晶片表面上的許多晶片上形成電子電路但是在這樣的半導體晶片交付之前要求老化測試和功能測試。為了在晶片分別分割成各塊晶片以前進行這些測試，為了與在晶片上形成的各個晶片中的有關電極連接需要一定的器具。在本實施例中，通過在印刷板上裝有由柔性襯墊和多層基板組成的晶片接觸器來實現這種器具。
在本發明的上述實施例中，將以老化印刷板作為探針卡的例子來闡明。此外，在本實施例中，作為被測晶片來說，把裸晶片和在晶片情況中形成CSP的晶片看成對象。在下面的說明中把這些元件作為晶片來闡明。
(第一實施例)
圖5到16是用於說明本發明第一實施例的圖。圖5(a)是第一實施例的晶片51和晶片接觸器74的橫截面圖。圖5(b)是面朝晶片51的晶片接觸器74的平面圖。圖5(c)是圖5(b)所示的連接部分的部分放大圖。
在這些圖中，51表示形成許多CSP或通常的晶片的半導體晶片。在圖5的例子中，在上述的晶片51上形成的CSP或晶片(在下文中稱為晶片)具有電極52而在電極52上絕不形成像凸緣之類的凸式電極。在測試完成之後，在電極52上形成凸緣、凸塊、球塊或諸如此類，這種凸緣可以用作設置在裝配襯底上的外部端。
53表示具有用於與每個晶片中的電極52電連接的接觸電極54的柔性襯墊。用聚醯亞胺或矽橡膠或諸如此類組成襯墊53。柔性襯墊53具有25到50微米的厚度和10到1000的熱膨脹係數。當被施加應力時要求襯墊53有一定的柔性。確定柔性襯墊53的尺寸取決於被測晶片的尺寸，當晶片為3英寸大小晶片時柔性襯墊52設定在大約250到500毫米×250到500毫米。
如圖5(b)所示，接觸電極54是用Cu、Ni或諸如此類組成與晶片51上每個晶片中的電極52的排列相吻合的凸式電極。在這個例子中，以100微米間距構成電極組54a。每個接觸電極54為了經由置於布線55末端部分上的連接端53與多層基板上的內部端61連接而用布線55引到柔性襯墊53上設置的孔58。用Cu組成內部端而用Au鍍其表面層。在本例中，使端間距擴寬到大約500微米。在柔性襯墊53上設置孔58，露出內部端61。
在柔性襯墊53下面設置多層基板60而用由環氧玻璃、含有鋁芯(alamid)纖維的環氧樹脂、FR-4、FR-5、鎳包層鉬基片或諸如此類組成的疊層結構的印刷電路板構成多層基板60。在柔性襯墊23和多層基板60之間設置由橡膠或諸如此類組成的彈性物質59。不要求這種彈性物質導電，所以可以使用矽橡膠或諸如此類材料。在電極組54a附近的柔性襯墊53和多層基板60之間沒有填滿彈性物質59的空著的區域上方的柔性襯墊53內設置孔58。通過蝕刻Cu薄膜形成有適當圖形的布線55，並且用Au鍍最上面的表面層。用在多層基板60內排列的布線層62把內部端61引到設置在多層基板60的周邊上外部端63。
外部端63的間距是指內部端61的間距或擴寬得多的間距。外部端63與老化印刷板上的布線連接。最理想的是外部端數目很少。在每個晶片中共用某些與老化測試裝置連接的輸入端和地址端。因此，通過使在內部布線層62內的引線從共用端延伸到每個晶片可以減少外部端的數目。
圖5(c)表示連接端57和內部端61之間連接部分的放大圖。在柔性襯墊53上的布線55被折彎而形成在柔性襯墊53下面延伸到多層基板60的平面過渡部分以致能使連接端57在下面的平面上與內部端61連接。通過用例如單點焊接器或線焊接器或諸如此類的焊接頭對布線和端加壓的焊接可以進行焊合。所以孔的尺寸必須允許焊接頭進入。焊接方法可以採用熱壓焊或者超聲波壓焊或者用在連接端57或內部端61塗敷焊錫以後的熱壓焊的方法。
圖6是表示把如圖5所示的由柔性襯墊53和多層基板60構成的晶片接觸器74安裝到老化印刷板65的情況。
把多層基板60固定在老化印刷板65上的預定位置。外部端63與老化印刷板65上的端(未表示出)連接，然後使外部端63通過布線66延伸到在老化印刷板65末端上設置的外部連接端64。外部連接端64用作插件邊角插頭座。通過這種插件邊角插頭座與測試裝置連接。對晶片51的老化測試來說，在晶片上每個晶片中的電極52在柔性襯墊53上的接觸電極54上方定位並被壓入與接觸電極54接觸。在常溫和125℃的溫度循環期間或在125℃的恆溫期間進行測試。一般來說，可以通過在125℃高溫下施加溫度循環負荷或施加恆定負荷來進行老化測試。在下面的說明中，在這樣的情況下施加的負荷一般被稱為溫度負荷。
用如以上所說明的那樣構成的探針卡進行的晶片測試提供下列的效果。
在本實施例中，由於晶片51中的每個晶片的電極52置於與接觸電極54接觸並且用布線55通過電極組54a的間距擴寬把電極組54a引到連接端57，因此不用異向性導電橡膠就能夠連接這些元件。由於不採用異向性導電橡膠，因此在測試晶片51時候溫度負荷造成在圖5(c)中表示的連接區域上的應力。上述的應力起因於晶片51和多層基板60之間不同的熱膨脹係數(晶片的熱膨脹係數3ppm、多層基板的熱膨脹係數-環氧玻璃13到20ppm、含鋁芯纖維環氧樹脂10ppm和在鍍Ni的鉬的情況中5到6ppm)。然而，在本實施例中，像這樣的應力能夠被布線55中的平面過渡部分56吸收。
圖7說明測試時在施加溫度負荷期間怎樣補償應力。因為由多層基板60和晶片51之間在熱膨脹係數上的差異產生應力，所以在布線55上產生如虛線所示的變形。雖然由於柔性襯墊53和晶片51之間在熱膨脹係數上的差異也產生應力，但是柔性襯墊53緊密地處於與晶片51接觸因此差不多可以認為應力是由於多層基板60和晶片51之間在熱膨脹係數上的差異產生的。換言之，可以認為柔性襯墊53和多層基板60之間產生的應力是和晶片51和多層基板60之間產生的應力等同的。如果不能忽略柔性襯墊53和晶片51之間的位置偏移，則在柔性襯墊53上形成在相對於柔性襯墊53中心的徑向形狀上加長的接觸電極54就足可以了。
當在柔性襯墊53和多層基板60之間施加應力時，內部端61的位置相對於柔性襯墊53偏移。布線55成一束導線的形式通過孔58伸出並且相對於柔性襯墊53和多層基板60自由移動。如果內部端61的位置偏移，則如虛線所示，這樣的位移能被布線55中的平面過渡部分56的彈性吸收。
如果形成足夠長的平面過渡部分56是不可能實現的，則當用含鋁芯纖維的環氧樹脂(熱脹係數10ppm)、鍍銅的Imvar基片(熱膨脹係數1.0到5.5ppm)、鍍Ni的鉬(熱膨脹係數5.2到6.0ppm)作柔性襯墊時可以使平面過渡部分56的變形範圍窄一些。所以，絕不會輕易發生損壞平面過渡部分和連接區域。
此外，由於一點也沒有使用異向性導電橡膠，因此在測試期間沒有由於溫度負荷引起的變形部分，所以能夠提高探針卡的耐用性。
並且，在本實施例中，由於晶片上的電極52在用柔性襯墊53上的布線55擴寬接觸電極54的間距以後與多層基板60上的內部端61連接，因此多層基板60的製作精度可以是相當低的，所以使工藝過程費用保持在低的水平。此外，因為形成內部端61的部分在高度方向上的起伏能夠被布線55中的平面過渡部分56的彈性吸收所以對多層基板60要求的平坦度約為50微米來說是足夠的。從製作精度和平坦度的觀點來看，多層基板60可以是用低價的環氧玻璃而不用昂貴的陶瓷組成的印刷電路板。
此外，由於在柔性襯墊53和多層基板60之間設置彈性物質59，因此能夠補償晶片上的電極52的高度方向上的起伏。
並且，由於老化印刷板65可以包含許多疊層構造的基片而且除印刷板的表面外也可以在疊層構造的基片的內側面裡設置引線，所以能能夠增加多層基板中的外部端的數目。把在疊層構造的基片內側面裡設置的引線經由外部連接端63附近區域上的通路孔引到表面，然後與外部連接端63連接。
從成本的觀點來看如果允許的話，能夠用陶瓷基板組成本實施例的基板。
下面將說明根據晶片情況進行在晶片上形成的各個晶片(在晶片級CSP的情況中的各個CSP)的測試的過程。
首先，把晶片接觸器74按圖6所示那樣裝到老化印刷板65上準備好探針卡。
其次，如圖6所示，在晶片上的電極52和接觸電極54之間進行定位，並且把被測晶片51(完成晶片製作過程以後)平放在老化印刷板65上。
然後，用抽真空或諸如此類方法使晶片51和柔性襯墊53處於在負壓情況下的緊密接觸狀態。
下一步，使外部連接端64與老化測試裝置連接並且把測試信號經由印刷板65上的布線66輸送到在晶片51上測試的每個晶片。在這樣的情況中，對於老化測試來說，把晶片51保持在高溫和高溼度的環境中。
在這樣的情況中，在測試晶片期間當施加溫度負荷時，如上所述，能夠通過布線55中的平面過渡部分56的作用來補償應力，並且使每個晶片中的電極52的信號能夠可靠地引到在多層基板上的內部端61。此外，使在內部端61上的這個信號經由多層基板60中的內部布線層62引到外部端63。如圖6所示那樣在柔性襯墊53的末端部分上設置的外部端63與老化印刷板65上的布線66連接，然後引到在老化印刷板65的末端部分上的外部連接端64。在末端部分上加寬形成的外部連接端64成為插頭座，然後與老化測試裝置連接以便進行在晶片上的每個晶片的測試。
此外，由於晶片的電極52與接觸電極54接觸被安排在彈性物質59上，所以在晶片上的電極52在高度方向上的起伏能被補償而絕不會造成不良接觸。
將闡述本發明第一實施例的變換例子。
圖8表示用鍍Ni的疊層結構層凸緣或者用通過焊接金屬球製作的球型凸緣54a形成的接觸電極54。即使對於構成晶片電極52的平坦的焊接區或凹入的焊接區(例如用鋁製作)來說用像這樣的凸緣54a也容易達到接觸狀態。
圖9表示在柔性襯墊53的下面形成的布線55。通過用電鍍方法使Cu經由在柔性襯墊53中設置的穿透孔55b逐漸形成來形成接觸電極54，然後使接觸電極54與布線55連接。通過在柔性襯墊53的下面安裝布線55能夠防止晶片電路表面和布線55之間短路。並且，由於在這種結構中平面過渡部分56變得較小所以在這部分的長度上有餘量，因此，能夠增加平面過渡部分56的彈性。
在柔性襯墊53的下面設置布線55的情況中，布線55不穿過窗口58。但是，由於設置窗口58，所以平面過渡部分56的移動絕不會受柔性襯墊53阻止。此外，可以直接施加用於連接端57與內部端61連接的壓焊能量。
圖10(a)和10(b)表示由切入部分58a形成的孔。在切入部分58a的底側面上形成在布線55的末端上的連接端57。當把連接端57焊到內部端61時，用焊接頭對切入部分58a的底側面接觸連接端57的上側面加壓。因而，切入部分58a與布線55被壓在一起，以致形成孔而同時使連接端57與內部端61連接。通過設置像這樣的切入部分58b，能夠同時實現孔的形成和連接端57與內部端61之間的連接。
圖11表示在晶片51上的各個晶片中的電極上設置凸緣52a時在晶片51和柔性襯墊53之間的接觸情況。由於為了便於測試對晶片設置凸緣52a，所以就不需要在柔性襯墊53上伸出接觸電極。通過使在柔性襯墊53的下面的布線55透過在柔性襯墊53中形成的孔58b露出然後就處於凸緣52a和在這區域中的布線55的接觸狀態，能夠實現與凸緣52a接觸。通過如上所述在凸緣52a和透過在柔性襯墊53內形成的孔58b露出的布線55之間的接觸能夠測試在晶片上設置像凸緣52a那樣的凸式電極的晶片。
此外，在絕對沒有設置凸緣而只形成臺階的晶片的情況中，通過在柔性襯墊53的底側面上形成圖11中的布線55然後就處於這樣的布線55和臺階直接接觸狀態也能夠測試像這樣的具有臺階類型的晶片。通過在晶片的電極焊接區上用電鍍方法形成預定高度的Cu層構成臺階。
圖12(a)和12(b)表示用通過孔58b露出的具有彈性的接觸電極54(b)變換的圖11中的結構。圖12(a)和12(b)中的接觸電極54(b)具有與晶片的凸緣50a接觸的形成十字形狀的切入部分58c。就切入部分58c來說，使接觸電極54b具有補償凸緣52a在高度上的任何起伏的彈性。調整切入部分58c的形狀使接觸電極54b具有彈性而不限於十字形狀。此外，通過在接觸電極54b的下面設置彈性物質59能夠獲得更強的接觸電極54b的彈性。
圖13(a)和13(b)表示圖12(a)和12(b)中的結構在為接觸電極54提供彈性方面的一種變換。在圖12的例子中，切入部分58c提供彈性，然而在本實施例中，接觸電極54c通過伸入到孔58而具有彈性。當在接觸電極54c的下面設置彈性物質59時，能夠進一步增強接觸電極54c的彈性。
當晶片上晶片的電極是扁平電極時，使用凸式電極54c並由設在凸式電極54c周圍的柔性襯墊53上的切入部分58b給彈性。
圖14表示在柔性襯墊53和多層基板60之間設置的墊圈或間隔件67。當晶片51壓向柔性襯墊53時，在設置和不設置接觸電極54的位置處的柔性襯墊53上造成不平坦的表面。但是，由於對沒有設置彈性物質59的部分設置墊圈69，所以能夠使柔性襯墊53和多層基板60之間的間距保持恆定而使柔性襯墊53表面的不平坦程度降低到最小。可以用例如SUS和鋼或諸如此類的金屬材料，或者用例如環氧玻璃或諸如此類的樹脂構成墊圈67。
圖15表示連接端57與在多層基板60上的內部端61連接以後去除柔性襯墊53的剖面圖。由於柔性襯墊53被去除，所以在多層基板60上經由彈性物質59隻形成接觸電極54而在凸緣52a處於與接觸電極54接觸的狀態下能夠測試在晶片上的凸緣52a。
由於不用柔性襯墊53，所以不再需要考慮柔性襯墊53和多層基板60之間熱膨脹係數的差異。
在柔性襯墊53上形成接觸電極54以後，通過把彈性物質59固定在接觸電極54上就能拆去上述的柔性襯墊53，因此使連接端57和內部端61連接然後剝離襯墊53。
圖16(a)到16(d)表示在連接端57上進行電鍍的工藝過程。當Au電鍍層敷到連接端時，可以改進連接端57和內部端61之間的連接性能而最理想的是用電鍍方法使這樣的電鍍層有相當的厚度。然而，為了進行上述的電鍍必須把電源線伸到需要電鍍的區域。但是，如果像這樣的引線留到最後的步驟，則在所有進行了電鍍的區域上發生電短路。所以，作為一種變換來說，通過應用用於圖10的方法的一種改型，與焊接連接端區域同時切斷電源線，如下所述。
首先，如圖16(a)中的平面圖所示，在柔性襯墊上形成由銅組成的將成為接觸電極54、布線55和連接端57的部分而這些部分與銅箔組成的電源線55a連接。在電源線55a和連接端57之間形成狹窄區域73。這樣的狹窄區域73和連接端57被放在孔58上方的適當位置，如圖16(b)中的橫截面圖所示。這時，形成與沒有設置孔58的圖10中的切入部分58a一樣的切入部分58a也是可以實現的。通過電源線55a對連接端57進行電鍍而形成Au層。在這樣的情況中，對連接端和對整個布線部分可以選擇地進行電鍍。
其次，如圖16(b)所示，為了與內部端61連接用焊接工具從上面向連接端57施加壓力。在這樣的情況下，利用焊接中的衝擊切斷狹窄區域73因而從連接端57切斷電源導線55a。與此同時，連接端57與內部端61連接。圖16(c)是在狹窄區域73被切斷以前的狀況的放大平面圖，而圖16(d)是切斷以後的放大平面圖。
在以上說明的工藝過程的情況中，可以按能夠同時進行在連接端57上的電鍍、電源線55a的切斷以及連接端57和內部端61之間的連接所必需的厚度形成鍍Au層。
(第二實施例補償熱應力的變動)圖17到22是說明本發明第二實施例的附圖。
圖17說明為了補償應力用焊接線68使在柔性襯墊53上的布線55與在多層基板60上的內部端61連接，而晶片51和多層基板60之間的應力被在第一實施例中布線55的平面過渡部分56補償的這樣的第二實施例。為了把導線焊到布線55，最好是對底側面設置墊圈67。這樣的墊圈同樣提供如圖14的例子那樣能夠使柔性襯墊53和多層基板60之間間距保持恆定的效果。
圖18說明用樹脂69來加固焊接線68和內部端61之間的連接部分。因而，如果對連接部分施加很大的應力，則能夠防止連接區域的損壞而且能夠增大吸收應力的效果。用這樣的樹脂69加固連接區域同樣能夠應用於在第一實施例中使用的Cu箔導線。
圖19說明焊球70使柔性襯墊53上的布線55與多層基板60上的內部端61連接以補償晶片51和多層基板60之間的應力。用電鍍法、輸送法或印刷法或諸如此類方法在柔性襯墊53上或者在多層基板60上的預定部位處形成焊球70。使柔性襯墊53和多層基板60定位，通過熱處理使焊球70熔合而實現其間的焊接。就以上說明的結構來說，能夠同時用焊球70連接柔性襯墊53和多層基板60中的許多焊接區。
圖20說明通過在特定方向上設置連接端和焊接線能夠使在連接端和焊接線上施加的應力降低到最小程度的例子。如對圖7所說明的那樣，當在測試晶片期間加溫度負荷時，晶片51和多層基板60的熱膨脹係數的差異引起對連接端和焊接線的應力。在這樣的情況中，這種應力被從柔性襯墊53的中心向外徑向分散，如圖20中的箭頭所示。
所以，如圖20所示，應力分散的方向是和能夠非常容易壓縮或伸展布線55中的平面過渡部分55也就是通過在柔性襯墊53中的各個區域A、B、C上按柔性襯墊53的中心O的徑向方向延伸布線55來壓縮或伸展布線55中的平面過渡部分56的方向一致的。因此，能夠使平面過渡部分56的應用補償能力達到最大。圖20表示由銅箔形成連接端的梁式引線。在使用焊接線68時通過在柔性襯墊53的中心o的徑向方向上設置導線68同樣可以獲得類似的效果。
這時，當把接觸電極和連接端之間的布線折成Z字形時更能夠補償應力。
圖21是用於說明使連接端57與內部端61連接的最佳溫度。在某些情況中，老化測試通過施加在大約125℃的高溫和大約25℃的常溫之間的重複循環的溫度測試晶片51。在這樣的情況中，當連接端57在大約75℃的中間溫度下與內部端61連接時，在高溫周期和常溫周期期間平面過渡部分如圖21中的虛線所示那樣移動。因此，能夠非常有效地補償由晶片51和多層基板60的熱膨脹係數的差異引起的應力。
此外，在恆定溫度(125℃)下進行老化測試的時候，當能夠固定晶片51和接觸電極54之間的接觸狀態時，不會由於晶片51和接觸電極54的熱膨脹係數的差異而引起位置的偏移。在常溫下，在晶片51和柔性襯墊53之間沒有接觸壓力的情況下把晶片放在柔性襯墊上。當晶片電極52與接觸電極54在測試溫度下配合好時通過施加接觸壓力來保持位置。在這樣的情況中，在測試溫度下在柔性襯墊53上的接觸電極的位置必須與晶片電極52的位置相吻合。
圖22表示用作圖5作示的多層基板60的矽(Si)晶片60a。在構成多層基板的晶片60a中，形成具有連接於與接觸電極54連接的連接端57的一端和連接於與老化印刷板65連接的焊接線71的另一端的內部布線層55c。
當多層基板是如上述的Si晶片60a時，可以使熱膨脹係數調整到與測試對象晶片51的熱膨脹係數相等。並且，如果在老化測試時候施加溫度負荷，則不會對連接端部分施加應力。
此外，由於能夠用晶片製造工藝方法製作多層基板，所以也能夠形成精細的引線並且能夠容易地布線。
並且，當在晶片60a上形成測試支持電路時，通過減少通路的數目可以減小老化測試裝置的負載。在進行被測晶片的功能測試的時候，除老化裝置外還要在使用多層基板60a時，考慮到改進高速測試特性可以用精細的工藝方法來延伸布線長度。
在圖22的例子中，在測試對象是晶片51時能夠獲得最佳效果，但是這種方法也能夠應用於每塊晶片。
(第三實施例裝入支持電路)圖23表示為支持晶片51的測試而設置半導體晶片72的多層基板60。這樣的晶片72不限於具有電子電路的半導體晶片，在某些情況中兼有像電阻和電容或諸如此類的晶片元件。此外，為了防止晶片51的擊穿過電流可以增設保護電阻。
(第四實施例在晶片情況中的CSP作為測試對象)圖24(a)到24(c)表示對測試有效的圖1到3所述的在晶片情況中的CSP。把連接端57從與各個CSP的電極接觸的接觸電極54經由布線55引到切割線的外側或者CSP電極的最外側邊界。由於如圖24(b)所示，在切割線的外側設置連接端57，所以對在各個CSP下面的多層基板60可以設置孔38d。通過把例如橡膠或諸如此類的彈性物質59放入這樣的孔能夠確保CSP電極和接觸電極54可靠的接觸。
孔58d不是必需是像圖24(b)那樣的穿透孔，通過在多層基板60內設置凹槽埋入彈性物質59，如圖24(c)所示那樣也是可以行得通的。
(第五實施例柔性襯墊被分成小部分)圖25表示本發明第五實施例。
如圖所示，本實施例的柔性襯墊53a、53b被調整到與被測晶片相當的尺寸並且比晶片稍大一些。在各塊柔性襯墊53a、53b中，在各自的表面上形成接觸電極54並且布線55與接觸電極54連接，把布線55引到柔性襯墊53a、53b的周邊然後與連接電極57連接。在接觸電極54的底側設置彈性物質59。
由於對每塊晶片設置柔性襯墊53a、53b，所以如果在一部分接觸電極、布線或連接端上發生故障，那末只要通過替換有故障的柔性襯墊就能容易地修復晶片接觸器74。
圖26表示本實施例的一種變換，其中在與被測晶片上的一排晶片對應的每排狹窄的矩形形狀中設置柔性襯墊53c、53d。就這樣的結構來說，可以保證比較容易修復並且與圖25所示的對每塊晶片設置柔性襯墊的情況中的製作工藝過程相比可以減少製作工藝過程。
(第六實施例接觸電極像矩陣那樣排列)圖27(a)和27(b)表示測試在晶片情況中的CSP的方法的另一實施例。圖27(a)是柔性襯墊53的平面圖。圖27(b)是在CSP的電極上設置的凸緣52a與接觸電極54接觸的狀態的橫截面圖。
如圖所示，從柔性襯墊53經由孔58b露出與凸緣52a(像矩陣那樣排列在CSP上)接觸的接觸電極54。從接觸電極54延伸的布線被彎到孔58下面部分的下側面並用連接端57與在多層基板60上的內部端61連接。
放置連接端57的位置是在各個接觸電極54之間的區域上並且使這些位置也排列成與CSP中的凸緣52a一樣的矩陣形狀。由於形成凸緣52a的間隔通常不是那麼窄，所以如果不需要擴寬與布線55連接的接觸電極54的間距，那末如本實施例的情況那樣在沒有擴寬間距的情況下可以把連接端57排列成矩陣形狀。
由於CSP的間距比較寬所以在一個接觸電極54上可以提供二種接觸位置(在正常室溫下的接觸位置RT和在高溫下的接觸位置HT)。在RT、HT周圍的虛線分別表示在常溫下和在高溫下接觸位置可以變動的區域。
圖28(a)、28(b)表示第六實施例的一種變換。圖28(a)是柔性襯墊53的平面圖而圖28(b)是柔性襯墊53的橫截面圖。
和圖27所示的實施例一樣，在柔性襯墊53上以矩陣形式形成接觸電極54並且使布線55d從預定的接觸電極54延伸到柔性襯墊53的末端。當CSP的電極間距不那麼窄時，如上所述，布線55d能夠與接觸電極54連接。如圖28(b)所示，布線55d可以設置在柔性襯墊53的與連接端57相反的表面上，或者可以設置在同一表面內。
如上所述，現在通過從在柔性襯墊53上的接觸電極54引布線可以在柔性襯墊53上增添支持測試電子電路和像電阻和電容之類的晶片部分是可以實現的。所以，可以減少測試裝置的負載並且能夠使電源電壓穩定。
如上所述，根據本發明測試具有許多半導體器件的晶片的探針卡和方法，在沒有使用多層陶瓷基板和異向性導電橡膠情況下確保與每個晶片和CSP中的電極焊接區良好接觸、加寬狹窄的晶片電極間距以及也確保在高溫下優良的耐用性是可以實現的。
參照本發明最佳實施例說明了本發明，但是本發明不局限於以上所述的實施例而是可以在權利要求書的範圍內進行變化、變換和改造。
權利要求
1.用於測試具有許多半導體晶片的晶片的探針卡，包括配置在與晶片之一上的電極相對的位置上的接觸電極；基板；在基板上配置的內部端子；具有與接觸電極連接的第一部分和採用至少焊接線和焊料球其中之一與內部端連接的第二部分的第一布線；在基板的周邊上配置並經由第二布線與內部端連接的外部端；和具有將基板上的外部端連接到印刷板上的外部連接端的第三布線的印刷板。
2.如權利要求1所要求的探針卡，其中許多連接端之間的電極間距大於許多接觸電極之間的電極間距。
3.用於製作測試具有許多半導體器件的晶片的探針卡的方法，包括如下步驟形成被對準到與許多半導體器件上的相應電極相對的接觸電極；採用第一布線擴寬接觸電極的間距；使第一布線中的每條引線彎曲以形成從接觸電極的平面延伸到在下面平面上的基板的平面過渡部分；將第一布線中的每條引線的平面過渡部分的末端上的連接端焊接到基板上的內部端；採用第二布線將基板上的內部端連接到在基板的周邊上的外部端；和把基板放在具有將基板的外部端連接到印刷板上的外部端連接的第三布線的印刷板上。
4.如權利要求3所要求的方法，其中在柔性襯墊的面向晶片的表面上形成第一布線，並且使第一布線彎曲通過在柔性襯墊中的相應的孔，形成第一布線中的每條引線的平面過渡部分。
5.如權利要求3所要求的方法，其中在柔性襯墊的面向晶片的表面上形成第一布線；進一步包括在分別圍繞第一布線中的每條引線的柔性襯墊上形成切入部分的步驟；和其中所述的彎曲步驟使被切入部分圍繞的柔性襯墊和第一布線兩者都變彎而形成第一布線中的每條引線的平面過渡部分和連接端。
6.如權利要求3所要求的方法，其中在柔性襯墊下面形成第一布線並且分別通過柔性襯墊中的通路與接觸電極連接。
7.如權利要求3所要求的方法，其中在柔性襯墊下面形成第一布線和接觸電極；和進一步包括在分別位於接觸電極上方的柔性襯墊中形成孔的步驟。
8.如權利要求7所要求的方法，進一步包括步驟為在每個接觸電極中形成切入部分，和在每個接觸電極下面設置彈性物質。
9.如權利要求3所要求的方法，進一步包括在每個接觸電極下面形成彈性物質的步驟。
全文摘要
用於測試具有許多半導體晶片的晶片的探針卡，包括配置在與晶片之一上的電極相對的位置上的接觸電極；基板；在基板上配置的內部端子；具有與接觸電極連接的第一部分和採用至少焊接線和焊料球其中之一與內部端連接的第二部分的第一布線；在基板的周邊上配置並經由第二布線與內部端連接的外部端；和具有將基板上的外部端連接到印刷板上的外部連接端的第三布線的印刷板。本發明還包括製作該探針卡的方法。在本發明中，接觸的不平整度可被補償。
文檔編號G01R31/316GK1529352SQ20041003965
公開日2004年9月15日 申請日期2000年7月5日 優先權日1999年8月19日
發明者丸山茂幸, 小泉大輔, 渡邊直行, 金野吉人, 吉田英治, 譽田敏幸, 川原登志實, 永重健一, 一, 人, 幸, 志實, 治, 行, 輔 申請人:富士通株式會社