專利名稱：探針定位和連結(jié)設備以及探針連結(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種探針定位和連結(jié)設備以及一種探針連結(jié)方法，更具體而言，涉及一種用于將探針固定至探針卡基底上的指定位置的探針定位和連結(jié)設備，以及一種采用該設備的探針連結(jié)方法。
背景技術(shù)：
通常，當制造半導體集成電路設備時、制造該設備后、或者封裝該設備時，為了檢驗制造的設備的整體或部分電氣特性是否精確對應于該設備的原始設計，需要對該設備進行測試。
執(zhí)行前述測試的裝置是具有測試儀器和探針卡的探針裝置。探針卡用于電連接測試儀器內(nèi)的產(chǎn)生多種電信號的部件和半導體集成電路設備內(nèi)的襯墊，或者電連接測試儀器內(nèi)的電信號探測部件和半導體集成電路設備內(nèi)的襯墊。
針型探針卡是一種慣用的探針卡，其示于圖1a中。如圖1b所示，該針型探針卡包括多個均具有彎曲端的針型探針12。各針型探針12的主體設置在陶瓷制品13的指定位置，并隨后通過環(huán)氧樹脂14固定裝設到陶瓷制品13。陶瓷制品13裝設于主電路板11。該針型探針12的另一端通過焊料15連接到主電路板11的指定電路。這樣，準備好了針型探針卡。然而，前述針型探針卡具有較大的尺寸或空間。因此，該針型探針卡不適用于測試小尺寸的電子元件，而這樣的電子元件正隨著科技的發(fā)展逐漸小型化。而且，當針型探針密集設置在主電路板上時，相鄰針型探針之間產(chǎn)生干擾。因此，當傳輸高頻信號時產(chǎn)生噪聲，且因此完成的是不精確的測試。
為克服針型探針卡的前述缺陷，已經(jīng)研制出懸臂型探針卡。如圖2a所示，凸塊23形成于通過連接件24固定地裝設于支撐件21的基底22的表面上。該凸塊23的一端連結(jié)到支撐梁25a的一端。支撐梁25a的另一端具有探針尖端25b。
如圖2b所示制造前述的懸臂型探針卡。在硅晶片26的表面上形成支撐梁25a和探針尖端25b。在基底22的表面上形成凸塊23，且將環(huán)氧樹脂27涂敷到凸塊23的頂端。此處，探針尖端25b和支撐梁25a通過光刻和鍍敷的方式形成以便處理硅晶片26。凸塊23通過光刻和鍍敷的方式形成在基底22的表面上以便處理基底22。環(huán)氧樹脂27涂敷在凸塊23的頂端。
在如上述制造的硅晶片26和基底22中，支撐梁25a的一端連接到凸塊23的頂端，且隨后將裝設好的支撐梁25a和凸塊23加熱至大約350攝氏度的溫度。隨著環(huán)氧樹脂27熔化，支撐梁25a固定地裝設到凸塊23。隨后，通過蝕刻的方式移除硅晶片。
然而，如上述制造的懸臂型探針卡具有下述缺陷。首先，在光刻和鍍敷的方法應用于硅晶片26的情況下，肉眼從外部難以檢驗該探針尖端25b是否固定地裝設到了該支撐梁25a。因此，僅僅在圖2c的工序完成后，才能檢驗該探針尖端25b是否固定地裝設到了該支撐梁25a。因此，可能生產(chǎn)出大量有缺陷的探針卡。
其次，由于需要在約350攝氏度的高溫下進行加熱，為了將硅晶片26的凸塊23固定地裝設到基底22的支撐梁25a，基底的材料主要受限于陶瓷材料。因此，增加了探針卡的單位生產(chǎn)成本。
再次，當基底22和硅晶片26加熱和冷卻時產(chǎn)生熱膨脹和熱收縮。因此，由于硅晶片26和陶瓷制成的基底22之間的熱膨脹系數(shù)的差異，在裝設部分處的高溫熱膨脹的差異引起位置誤差，且當基底和硅晶片冷卻時，由于殘余應力而產(chǎn)生剪切力，會產(chǎn)生支撐梁25a和凸塊23之間相分離的后果。
最后，在制造前述探針卡時，基于具有多種布置(例如，元件上的襯墊的布置)的測試目標需要實施不同的光刻。因此，依賴于襯墊布置的變化的探針卡的兼容性較差。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明考慮到了上述問題研制，且本發(fā)明的一個目的是提供一種探針定位和連結(jié)設備以及一種探針連結(jié)方法，其可以在常溫使用多種材料來制造探針卡，從而減少探針卡的成本，且最小化了由于熱膨脹和熱收縮引起的殘余應力對探針的損壞。
本發(fā)明的另一目的是提供一種探針定位和連結(jié)設備以及一種探針連結(jié)方法，即使當測試目標的襯墊布置改變時，該設備和方法仍然適用。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，上述和其它目的可以通過設置一種探針定位和連結(jié)設備實現(xiàn)，該設備包括臺架單元，其設置于工作臺上；顯微鏡，其設置于所述臺架單元的上方，同時由一個設置在所述工作臺上的第一支撐件支撐；探針固定單元，其設置于所述臺架單元之上方、所述顯微鏡之下方，同時由一個設置在所述工作臺上的第二支撐件支撐；以及，光源單元，其由一個設置在所述工作臺上的第三支撐件支撐，所述光源單元設置成朝向所述臺架單元的上部。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種探針連結(jié)方法，該方法包括步驟1，將其上指定區(qū)域涂敷有連結(jié)劑的基底置于臺架上，以及操作該臺架而將該基底的指定點置于具有固定位置的顯微鏡的焦點上；步驟2，將所述探針固定地置于該顯微鏡的焦點上而使該探針接觸基底上的指定點；以及，步驟3，發(fā)射激光束到指定點和探針的連接部分以將該探針連結(jié)到基底上，其中通過連續(xù)重復實施步驟1至3將多個探針連結(jié)到基底上，而使具有指定排列的探針形成在該基底上。


通過結(jié)合附圖的下述詳細說明，可以更清楚地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特征以及其它優(yōu)點，其中
圖1a和圖1b分別為示出現(xiàn)有探針卡的一種示例的局部截面視圖和平面圖；圖2a是示出現(xiàn)有探針卡的另一種示例的截面視圖；圖2b和圖2c分別是說明圖2a所示的探針卡的制造步驟的截面視圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的探針定位和連結(jié)設備的立體圖；圖4a和圖4b是示出圖3所示的探針定位和連結(jié)設備的探針固定單元部分的立體圖和前視圖；以及圖5是說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的探針連結(jié)方法的流程圖。
具體實施例方式
如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的探針定位和連結(jié)設備包括工作臺100；多個設置在工作臺100上的支撐件101、102和103；連接到支撐件101和103且水平設置的安裝件104和105；設置在工作臺100的中央部分上的臺架單元110；裝設于安裝件105的顯微鏡120，同時該顯微鏡位于臺架單元110之上方，顯微鏡120由支撐件103支撐；探針固定單元130，其裝設于支撐件102并由支撐件102支撐，使得該探針固定單元130的一端位于臺架單元110的上表面的中央部分；光源單元105，其裝設于安裝件104并由支撐件101支撐，使得該光源單元105指向該臺架單元110的上表面的中央部分。
工作臺100相對于地面具有指定高度，從而根據(jù)本發(fā)明的探針定位和連結(jié)設備的其它部分放置在工作臺上并牢固地固定到工作臺上。多個支撐件101、102和103分別設置在工作臺100的兩端和工作臺100的中間后部。安裝件104和105裝于支撐件101和103的上部同時分別與支撐件101和103水平連接，使得顯微鏡120和光源單元150分別設置于安裝件上。
臺架單元110設置在工作臺100上表面的中央部分。該臺架單元包括x軸移動臺架111、y軸移動臺架113、z軸移動臺架115、以及旋轉(zhuǎn)臺架117，各臺架從底部向頂部疊置成豎列式。每個臺架均具有控制把手。相應于控制把手的旋轉(zhuǎn)，設置在臺架單元的最頂端的旋轉(zhuǎn)臺架117處在工作位置上，或者在各探針連結(jié)后從工作位置離開。
如圖3所示，顯微鏡120裝設于安裝件105的一端，而使顯微鏡設置于臺架單元110之上方并與臺架單元隔開一指定距離。物鏡通過顯微鏡12豎直移動。優(yōu)選地，顯微鏡120的目鏡具有標記于其上的交叉線來確定基底和探針的位置，使得將探針基于所述交叉線而設置在基底上或連結(jié)到基底。顯微鏡120可以設置在工作臺100的中間前部。此時，可以從上方觀察連結(jié)探針的過程。
如圖3所示，探針固定單元130裝配到支撐件102的側(cè)壁。探針固定單元130的一端位于臺架單元110最上部的旋轉(zhuǎn)臺架117的中央部分。如圖4a和圖4b所示，探針固定單元130包括固定到支撐件的支架131；位于支架內(nèi)部的鑷子133；用于操作鑷子133的往復移動器135；以及用于控制鑷子133張開角度的張開角度控制器137。
如圖4b所示，鑷子133具有借助于固定的軸桿構(gòu)件139由支架131支撐的頭部133a。固定的軸桿構(gòu)件139上形成有螺紋。鑷子133的頭部133a通過調(diào)節(jié)件141接合于固定的軸桿構(gòu)件139的螺紋。因此，相應于調(diào)節(jié)件141的旋轉(zhuǎn)，鑷子133可以沿箭頭X指示的方向運動。
如圖4b所示，在支架131的兩側(cè)板的下端分別設置所述張開角度控制器143和往復移動器135，從而可控制鑷子133的夾緊部133b的張開角度。鑷子133的夾緊部133b的左夾通過張開角度控制器143固定。而且，該夾緊部的張開角度由張開角度控制器143限制在一指定范圍。往復移動器135對夾緊部133b的右夾施加壓力，使得夾緊部133b之間的距離增加或減少。如圖4a所示，鑷子133的夾緊部133b具有分別形成在其下端內(nèi)側(cè)的槽H和H’，使得探針易于由所述夾緊部夾住。
往復移動器135是活塞設備，其通過空氣壓縮器C操作或者通過螺線管(圖未示)電動操作。這里未描述該往復移動器的詳細構(gòu)造。往復移動器135的操作通過設置于其一側(cè)的按鈕開關(guān)S來實現(xiàn)?？梢园惭b一個附加的阻尼器(圖未示)來控制往復移動器135的運行速度。
探針固定單元130可以進一步具有一個連接于支架的臺架(圖未示)，使該臺架在第二支撐件上豎直滑行。此時，無需操作臺架單元110即可使探針固定單元130向上移動，從而當各探針連結(jié)后通過鑷子夾住新的探針。
光源單元150可動地設置在安裝件104上。光源單元150具有激光源。因此，通過透鏡發(fā)出激光束使得基底和探針之間的連結(jié)操作通過所產(chǎn)生的熱量來實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的具有上述構(gòu)造的探針定位和連結(jié)設備的操作如下所述將環(huán)氧樹脂涂敷到探針卡基底的表面而形成一環(huán)氧樹脂層。在臺架單元110降低一指定距離后，將基底放置在臺架單元110的旋轉(zhuǎn)臺架117的上表面。將探針插入到鑷子133的槽H和H’，且隨后操作開關(guān)S而將該探針固定到鑷子。因此，固定到鑷子133的探針的下端連接到將要連結(jié)探針的基底的指定部分。此過程中，臺架單元110的移動臺架111、113和115、以及旋轉(zhuǎn)臺架117布置在指定位置處和并處于指定方向。操作光源單元150使得所產(chǎn)生的激光發(fā)射至連接探針的基底?；妆砻嫔系沫h(huán)氧樹脂由于所發(fā)射的激光而熔化。因此，得以連結(jié)探針。對每一探針重復執(zhí)行上述工序。以此方式制造探針卡。
現(xiàn)在參考圖5對上述的探針連結(jié)工序進行更為詳細的描述，該圖是說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的探針連結(jié)方法的流程圖。
步驟1是由臺架單元110和顯微鏡130實施的處理步驟。具體地，步驟1是將連結(jié)探針的基底置于臺架單元110上，以及通過對設置在臺架單元110上的基底的聚焦操作而將基底布置并固定在臺架單元110上，同時通過顯微鏡130檢驗基底的位置的步驟(S101)。
步驟2是將在步驟1中將基底固定于其上的臺架單元110退出到非工作位置以提供探針供給操作所用的工作空間的步驟(S103)。
步驟3是使用由實施步驟2所執(zhí)行的工序提供的空間將探針供至探針固定單元130的鑷子133而固定探針的步驟。具體地，步驟3包括利用探針固定單元130的鑷子133保持探針，同時將該探針維持在一指定角度的步驟(S105)；以及控制鑷子133的往復移動器135和張開角度控制器143而使由探針固定單元130所固定的探針的尖端置于形成在顯微鏡130的物鏡處的交叉線上以布置探針的步驟(S107)。
步驟4包括將在步驟2中退出到非工作位置以提供探針供給操作空間的臺架單元110裝載到可進行臺架單元110的操作的原位置的步驟(S109)；以及在三維坐標的x和y平面調(diào)節(jié)已裝載到原位置的臺架單元的位移和旋轉(zhuǎn)角度以將由鑷子133固定的探針精確放置到將要連結(jié)探針的基底的坐標處的步驟(S111)。
步驟5是由臺架單元110處理的步驟。具體地，步驟5是控制臺架單元110的豎直位移以精確地將該臺架單元定位于用于探針連結(jié)的基底高度的步驟(S113)。
步驟6是由光源單元150處理的步驟。具體地，步驟6是發(fā)射一激光束到在步驟5中精確定位的基底和探針的連接部分以將該探針連結(jié)到基底上要連結(jié)的位置的步驟(S115)。
步驟7是由探針固定單元130處理的步驟。具體地，步驟7是停止對往復移動器135供應動力一即電或空氣，以將由鑷子133保持的已連結(jié)的探針從探針固定單元分離的步驟(S117)。
步驟8是連續(xù)重復在步驟1到7(S119到S121)所實施的組裝步驟的步驟。在步驟8中，檢驗是否還有要連結(jié)的探針或要連結(jié)的基底以確定是否重復實施該組裝步驟。
根據(jù)上述的探針連結(jié)方法，通過連結(jié)工序?qū)⒍鄠€探針組裝到一個探針卡，借此制成探針卡。
與現(xiàn)有技術(shù)不同，采用所述的探針定位和連結(jié)設備以及探針連結(jié)方法無需高溫加熱整個基底即可使探針得以連結(jié)。因此，基底的材料不受限制。具體地，該基底的材料不局限于陶瓷。例如，基底可以使用合成樹脂。并且，即使在探針卡中的探針布置改變時也無需更改該連結(jié)設備或者連結(jié)方法。因此，連結(jié)設備和方法的兼容性是很突出的。而且，由于通過顯微鏡檢驗該探針連結(jié)工序，減少了在探針連結(jié)工序中產(chǎn)生的錯誤。
工業(yè)實用性由上述描述易知，本發(fā)明提供一種探針定位和連結(jié)設備以及一種探針連結(jié)方法，其可以在常溫使用各種材料來制造探針卡，減少了探針卡的成本，且最小化了由于熱膨脹和熱收縮引起的殘余應力對探針的損壞。
而且，即使當待測試元件的襯墊布置改變時，探針卡仍然易于制造。
雖然這里出于說明性目的公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在不背離所附權(quán)利要求中公開的本發(fā)明的范圍和精神的前提下，可以進行多種修改、添加和置換。
權(quán)利要求
1.一種探針定位和連結(jié)設備，包括臺架單元，其設置于工作臺上；顯微鏡，其設置于所述臺架單元之上方，同時由一個設置在所述工作臺上的第一支撐件支撐；探針固定單元，其設置于所述臺架單元之上方、所述顯微鏡之下方，同時由一個設置在所述工作臺上的第二支撐件支撐；以及光源單元，其由一個設置在所述工作臺上的第三支撐件支撐，所述光源單元朝向所述臺架單元的上部設置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其中，所述臺架單元包括一個x軸移動臺架、一個y軸移動臺架、一個z軸移動臺架以及一個旋轉(zhuǎn)臺架，所述旋轉(zhuǎn)臺架繞z軸旋轉(zhuǎn)，以及其中，所述的x軸移動臺架、y軸移動臺架、z軸移動臺架以及旋轉(zhuǎn)臺架從底部向頂部疊置成豎列式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設備，其中，所述探針固定單元包括用于保持所述探針的鑷子；具有由空氣或螺線管驅(qū)動之活塞結(jié)構(gòu)的往復移動器，其用于操作所述鑷子；以及用于支撐所述鑷子和往復移動器的支架。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設備，其中，所述探針固定單元進一步包括連接于所述支架的z軸移動臺架，所述z軸移動臺架在所述第二支撐件上是可滑移的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設備，其中，所述探針固定單元進一步包括用于沿x方向調(diào)節(jié)鑷子位置的調(diào)節(jié)件；用于將鑷子的張開角度限制于一指定界限的張開角度控制器；以及，連接于所述支架的z軸移動臺架，所述z軸移動臺架在所述第二支撐件上是可滑移的，以及其中，所述鑷子具有分別形成在其下端內(nèi)側(cè)的槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4和5中任一項所述的設備，其中，所述光源單元是一個激光產(chǎn)生器。
7.一種探針連結(jié)方法，包括步驟1，將其上指定區(qū)域涂敷有連結(jié)劑的基底置于臺架上，以及操作所述臺架而將所述基底的指定點置于具有固定位置的顯微鏡的焦點上；步驟2，將所述探針固定地置于所述顯微鏡的焦點上而使所述探針接觸所述基底上的指定點；以及步驟3，發(fā)射激光束到所述指定點和探針的連接部分以將探針連結(jié)到基底上，其中，通過連續(xù)重復實施步驟1至3將多個探針連結(jié)到基底上，而使具有指定排列的探針形成在所述基底上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，在所述的步驟1和步驟2之間進一步包括將所述臺架從所述顯微鏡的焦點退出以提供探針供給操作所用空間的步驟，其中，將所述退出的臺架在步驟2裝載至顯微鏡的焦點，使得所述基底的指定點連接于所述探針的一端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，在所述步驟2之前進一步包括將所述探針固定到設置在顯微鏡的焦點上的探針固定單元的指定部分而使所述探針放置在顯微鏡的焦點上的步驟，以及在所述步驟3之后進一步包括從所述探針固定單元的指定部分釋放已連結(jié)的探針的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，將所述探針固定到置于顯微鏡的焦點上的探針固定單元的指定部分，以在步驟2將所述探針安置在顯微鏡的焦點上，使得所述探針連接于所述基底上的指定點，在所述步驟3之后，該方法進一步包括從所述探針固定單元釋放已連結(jié)的探針的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開一種探針定位和連結(jié)設備以及一種探針連結(jié)方法，更具體是一種用于將探針固定至基底上的指定位置而制造用于半導體集成電路測試裝置之探針卡的探針定位和連結(jié)設備，以及一種采用該設備的探針連結(jié)方法。該探針定位和連結(jié)設備包括臺架單元，其設置于工作臺上；顯微鏡，其設置于臺架單元之上方，同時由設置在工作臺上的第一支撐件支撐；探針固定單元，其設置于臺架單元之上方、顯微鏡之下方，由設置在工作臺上的第二支撐件支撐；以及光源單元，其由設置在該工作臺上的第三支撐件支撐。該光源單元朝向臺架單元的上部設置。
文檔編號G01R1/073GK1926676SQ200480007167
公開日2007年3月7日 申請日期2004年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月17日
發(fā)明者李億基, 李廷勛 申請人:飛而康公司, 李億基