專利名稱：連接用板、探針卡及設(shè)有探針卡的電子元件測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過測試裝置進行半導體集成電路元件等各種電子 元件(以下也代表性地稱為IC器件)測試時將IC器件與測試裝置電連接的連接
用板、探針卡及設(shè)有探針卡的電子元件測試裝置。
背景技術(shù)：
在IC器件等電子元件的制造過程中，使用在半導體晶片上制作的 狀態(tài)或封裝的狀態(tài)下對IC器件的性能或功能進行測試的電子元件測試裝置。迄今所知的是，作為對半導體晶片W上形成的IC器件的電氣特性 進行測試的電子元件測試裝置l'，如圖8所示，通過探測器80將晶片按壓在探 針卡50'上，裝于探針卡50'的探針60'與IC器件的輸入輸出端子電接觸，由測試在通過加熱保持被測試晶片W的探測器臺83而對晶片W施加了熱 應力的狀態(tài)下，進行上述的測試。伴隨著該熱應力的施加，探針卡50'也因溫 度上升而受熱膨脹。探針卡50'中，裝有探針60'的基板55'由例如玻璃環(huán)氧樹脂等熱膨 脹系數(shù)比半導體晶片W大的材料構(gòu)成。另外，如圖8所示，探針卡50'在其周邊 借助于卡座70固定在探測器80的頂板81上。因此，如果在晶片W上施加熱應力，則如圖9A 圖9C所示，探針 卡50'的基板55'就會因熱膨脹而在垂直方向上變形，探針60'的前端位置在垂直 方向上變動。因而會有這樣的情況探針60'與IC器件的輸入輸出端子之間的 電氣特性會因探針60'接觸到IC器件的輸入輸出端子時的針壓(接觸壓力)的改 變而變化，導致不能進行高精度測試。另外，如果探針卡50'中裝有探針60'的基板55'受熱膨脹，則會有這樣的情況探針60'與IC器件的輸入輸出端子之間發(fā)生位置偏移，探針60'與 輸入輸出端子之間存在誤接觸的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供能夠正確且高精度地進行被測 試電子元件的測試的連接用板、探針卡及設(shè)有該探針卡的電子元件測試裝置。依據(jù)本發(fā)明，為達成上述目的，提供測試被測試電子元件時用以
將上述被測試電子元件與電子元件測試裝置電連接的連接用板，所述連接用板
具備與上述被測試電子元件的輸入輸出端子電接觸的觸頭；裝有上述觸頭的 第1基板以及具有與上述觸頭電連接的布線圖案的第2基板，上述第l基板與上 述第2基板不相接觸。對于上述發(fā)明無特別限定，但最好這樣上述第l基板具有比上 述第2基板的熱膨脹系數(shù)相對小的熱膨脹系數(shù)。對于上述發(fā)明無特別限定，但最好這樣上述第l基板具有比形 成有上述被測試電子元件的半導體基板的熱膨脹系數(shù)相對大的熱膨脹系數(shù)。對于上述發(fā)明無特別限定，但最好這樣上述第l基板由陶瓷基
板構(gòu)成。對于上述發(fā)明無特別限定，但最好這樣所述連接用板還具備支
承上述第l基板的支承構(gòu)件和用以加固上述連接用板的增強構(gòu)件，上述支承構(gòu) 件固定在上述增強構(gòu)件上。對于上述發(fā)明無特別限定，但最好這樣上述第2基板上形成有
從表面向背面貫穿的第l通孔，上述支承構(gòu)件的一端固定在上述第l基板上，上 述支承構(gòu)件的另一端經(jīng)由上述第l通孔固定在上述增強構(gòu)件上。對于上述發(fā)明無特別限定，但最好這樣所述連接用板還具備抑
制上述第1基板在上述第2基板側(cè)發(fā)生變形的變形抑制構(gòu)件。對于上述發(fā)明無特別限定，但最好這樣在上述第2基板上形成有從表面向背面貫穿的第2通孔，上述變形抑制構(gòu)件的一端位于上述第1基板的 近傍，上述變形抑制構(gòu)件的另 一端經(jīng)由上述第2通孔固定在上述增強構(gòu)件上。對于上述發(fā)明無特別限定，但最好這樣在上述第l基板上形成 有從表面向背面貫穿的通孔，上述觸頭與上述第2基板具有的上述布線圖案經(jīng) 由通過上述通孔的接合線電連接。對于上述發(fā)明無特別限定，但最好這樣上述第2基板具有與上 述電子元件測試裝置電連接的連接器。對于上述發(fā)明無特別限定，但最好這樣還具備設(shè)有與上述電子 元件測試裝置電連接的連接器的第3基板和可插拔地與上述第2基板和上述第3 基板電連接的中繼基板。為達成上述目的，依據(jù)本發(fā)明，提供了適用上述任一種連接用板 的探針卡，其中上述被測試電子元件是在半導體晶片上形成的半導體器件，上 述觸頭是安裝在上述第l基板的表面上的、與上述半導體器件的輸入輸出端子 電接觸的探針。為達成上述目的，依據(jù)本發(fā)明，提供了測試在半導體晶片上形成 的半導體器件的電子元件測試裝置，其中具備上述的探針卡和與上述探針卡電 連接的測試頭和使上述半導體晶片相對于上述探針卡移動的探測器。 [發(fā)明效果]本發(fā)明中，各自分開地設(shè)置安裝觸頭的基板和形成布線圖案的基 板，而且使安裝觸頭的第1基板和形成電路圖案的第2基板不相接觸。因而，即 使第2基板因受熱膨脹等而變形，也不會將該變形傳遞給第l基板，能夠抑制觸 頭接觸壓力的變動與位置偏移，因此可進行高精度且正確的測試。


圖l是表示本發(fā)明第l實施例中的電子元件測試裝置的構(gòu)成的概 略截面圖。
圖2是表示本發(fā)明第1實施例中的探針卡的截面圖。 圖3是表示本發(fā)明第1實施例中的探針卡的底面圖。圖4是表示本發(fā)明第1實施例中的探針的截面圖砂,. 圖5是表示本發(fā)明第1實施例中的探針的平面圖。
圖6A是表示本發(fā)明第2實施例中的探針卡的局部截面圖，示出一例到所裝
探針前端的高度較高的單元。
圖6B是表示本發(fā)明第2實施例中的探針卡的局部截面圖，示出一例到所裝
探針前端底高度較低的單元。
圖7是表示本發(fā)明第2實施例中的探針卡所用的內(nèi)插板(interposer)的截面圖。
圖8是表示傳統(tǒng)電子元件測試裝置之結(jié)構(gòu)的概略截面圖。
圖9A是表示探針卡的熱膨脹過程的概略截面圖(其1)。
圖9B是表示探針卡的熱膨脹過程的概略截面圖(其2)。
圖9C是表示探針卡的熱膨脹過程的概略截面圖(其3)。
附圖標記說明 l...電子元件測試裝置
IO...測試頭
50A…探針卡
51...安裝基底
52...接合線
53...支柱
54...限制器
55...布線基板
55a…第l通孔
55b…第2通孔
55c...連接器
55d…布線圖案
55e…端子
56...基部構(gòu)件
57...加固件
760...探針 61...基部
62…梁部
63…導電層
80…探針
83...探測器臺
W...半導體晶片
具體實施例方式以下基于

本發(fā)明的實施例。圖l是表示本發(fā)明第l實施例中的電子元件測試裝置的構(gòu)成的概 略截面圖，圖2是表示本發(fā)明第1實施例中的探針卡的截面圖，圖3是表示本發(fā) 明第l實施例中的探針卡的底面圖，圖4是表示本發(fā)明第1實施例中的探針的截 面圖，圖5是表示本發(fā)明第1實施例中的探針的平面圖。本實施例中的電子元件測試裝置l是對例如在由硅(Si)等構(gòu)成的 半導體晶片W上制作的IC器件的電氣特性進行測試的裝置。如圖1所示，該電 子元件測試裝置l設(shè)有經(jīng)電纜(未圖示)與進行IC器件測試的測試機(未圖示) 電連接的測試頭10;用以電連接半導體晶片W上的IC器件與測試頭10的探針卡 50A;以及將半導體晶片W按壓在探針卡50A上的探測器80。如圖1 圖3所示，探針卡50A由如下部分構(gòu)成與半導體晶片W 上制作的IC器件的輸入輸出端子電接觸的許多探針60;安裝有該探針60的安裝 基底51;具有經(jīng)由接合線52與探針60電連接的布線圖案(未圖示)的布線基板 55;用以增強探針卡50A的基部構(gòu)件56及加固件57;支承安裝基底51的支柱53; 以及抑制安裝基底5 l變形的限制器54 。探針卡50A經(jīng)由界面接口板(HiFix-High Fidelity Tester Access Fixture ) 11與測試頭1 O連接。如圖4及圖5所示，探針60由如下部分構(gòu)成固定在安裝基底51上 的基部61;后端側(cè)設(shè)在基部61、前端側(cè)從基部61突出的梁部62;以及在梁部62 的表面上形成的導電層63。該探針60的基部61及梁部62采用光刻等的半導體制造技術(shù)由硅基板制作而成，如圖5所示，對應于一個基部61指狀(梳子狀)地設(shè)有復數(shù)根梁部62。這樣，通過采用半導體制造技術(shù)制成探針60，能夠容易地使梁部62之間的間距與在被測試晶片W上制作的輸入輸出端子的狹小間距相配。如圖4所示，在基部61的后端側(cè)形成有臺階61a。通過控制該臺階61a的深度與長度之比，可任意地設(shè)定探針60與底座51的傾斜角度(3。另外，該傾斜角度卩越小越好。在梁部62的上面形成有用以在探針60中使導電層63與其它部分電絕緣的絕緣層62a。該絕緣層53a例如由Si02層或摻硼層構(gòu)成。在該絕緣層62a的表面形成有導電層63。作為構(gòu)成導電層63的材料，可以列舉例如鎢、鈀、銠、鉑、釕、銥、鎳等金屬材料。如圖4所示，上述結(jié)構(gòu)的探針60通過粘接劑51b固定在底座51上，其前端側(cè)朝向被測試晶片W上制作的IC器件的輸入輸出端子。作為將探針60固定于底座51的粘接劑51b，可以列舉例如紫外線固化粘接劑等。安裝基底51是由熱膨張系數(shù)比被測試晶片W的熱膨張系數(shù)大一些的材料構(gòu)成的圓形基板。作為構(gòu)成安裝基底51的具體材料，可以列舉例如陶瓷、鐵鎳鈷合金、碳化鎢、不銹殷鋼等。此外，從易加工且廉價這方面考慮，底座51最好由陶瓷基板構(gòu)成。通過用相對于被測試晶片W具有適當熱膨張系數(shù)的材料構(gòu)成底座51，能夠減少因溫度施加產(chǎn)生的探針60的接觸壓力變動和探針60的前端與被測試晶片W上的端子之間的位置偏移。如圖2及圖3所示，在安裝基底51中的探針60的后方，形成有從表面到背面貫穿安裝基底51的矩形通孔51a。與探針60的導電層63連接的接合線52，經(jīng)由安裝基底51的通孔51a與布線基板55上的端子(未圖示)連接。用長度有富余的接合線52連接探針60與布線基板55,可容許安裝基底51與布線基板55之間的熱膨張差。布線基板55是例如由玻璃環(huán)氧樹脂構(gòu)成的圓形基板。在布線基板55的下面形成有與接合線52連接的端子(未圖示)，在布線基板55的上面設(shè)有與界面接口板ll側(cè)的連接器12連接的連接器55c,在布線基板55的內(nèi)部形成有將下面的端子與上面的連接器55c電連接的布線圖案(未圖示)。作為連接器12、
955c，例如可使用ZIF(Zero Insertion Force:零插力)連接器。在布線基板55上孔
從表面向背面貫穿地形成有供支柱53穿過的第l通孔55a和供限制器54穿過的
第2通孔55b。為增強探針卡50A，在布線基板55的上面設(shè)有基部構(gòu)件56及加固件57?；繕?gòu)件56與加固件57例如通過螺栓聯(lián)接固定。另外，加固件57與布線基板55在該基板55的外周部分例如用螺栓聯(lián)接固定。與此不同，基部構(gòu)件56與布線基板55不直接固定，因此，布線基板55在其中央部分成為非約束狀態(tài)，使得布線基板55的熱膨張變形不直接傳遞給基部構(gòu)件56。作為構(gòu)成基部構(gòu)件56及加固件57的材料，可以列舉例如不銹鋼和碳素鋼等。支柱53是用以支承安裝基底51的柱狀構(gòu)件，如圖2所示，支柱53的一端固定在安裝基底51上，支柱53的另一端經(jīng)由第l通孔55a直接固定在基部構(gòu)件56上。通過將支柱53直接固定在基部構(gòu)件56上，能夠防止支柱53的位置受布線基板55熱膨張的影響而發(fā)生變動。作為構(gòu)成支柱53的材料，可以列舉例如不銹殷鋼等。作為將支柱53固定在安裝基底51或基部構(gòu)件56上的方法，可以列舉例如螺栓聯(lián)接和粘接等方法。限制器54是用以防止在晶片W被按壓到探針60上時安裝基底51變形的柱狀構(gòu)件，如圖2所示，限制器54的一端與安裝基底51的背面接觸，或位于該背面的近傍，限制器54的另一端經(jīng)由第2通孔55b直接固定在基部構(gòu)件56上。作為構(gòu)成限制器54的材料，可以列舉例如與支柱53的材料一樣的不銹殷鋼等。作為將限制器54固定在基部構(gòu)件56上的方法，可以列舉例如螺栓聯(lián)接和粘接等方法。該限制器54在晶片W被按壓到探針卡50A上時緊靠在安裝基底51的背面上，從而抑制安裝基底51在布線基板55側(cè)變形。此外，如果安裝基底51具有在晶片W被按壓在探針60上時不發(fā)生變形的足夠強度，則不需要限制器54。上述結(jié)構(gòu)的探針卡50A中，如圖1所示，探針60以經(jīng)由中央開口71面臨下方的姿勢固定在環(huán)狀保持架70上。保持架70以保持探針卡50的狀態(tài)固定在環(huán)狀的適配件75上，而且，適配件75固定在形成于探測器80的頂板81的開口82上。該適配件75與被測試晶片W的種類及測試頭10的形狀對應，用于使尺寸不同的探針卡適合凝測器80的開口82。如圖1所示，探針卡50A側(cè)與界面接口板11側(cè)通過使設(shè)于界面接口板11的下面的鉤部13與設(shè)于適配件75的鉤部76相互卡合而機械聯(lián)接。界面接口板11裝在測試頭10的下部，在該界面接口板ll的下面設(shè)有與同軸電纜連接的連接器12。通過將該測試頭10側(cè)的連接器12與設(shè)于探針卡50A的布線基板55上面的連接器55c連接，實現(xiàn)測試頭10與探針卡50A的電連接。探測器80設(shè)有可以通過真空卡盤保持晶片W并可以使該保持的晶片W在XYZ方向上移動的探測器臺83。另夕卜，該探測器臺83可以加熱所保持的被測試晶片W。接著就其作用進行說明。測試時，若將被測試晶片W置放到探測器臺83上，探測器臺83就將該晶片W吸住并保持，同時開始加熱。這時，由于本實施例中探針卡50A中，裝有探針60的安裝基底51和形成有布線圖案的布線基板55各自分開，而且安裝基底51與布線基板55不相接觸，所以即使布線基板55發(fā)生熱膨脹，也不存在將其變形傳遞到安裝基底51上的情況。然后，若探測器臺83使晶片面朝經(jīng)由開口82面臨探測器80內(nèi)的探針卡50A，并將晶片W相向地按壓在經(jīng)由開口82面臨探測器80內(nèi)的探針卡50A上，則探針卡50A的探針60與晶片W上制作的IC器件的輸入輸出端子電接觸。在該狀態(tài)下，通過測試機經(jīng)由測試頭10及探針卡50A向被測試IC器件輸入測試信號，并從被測試IC器件獲取輸出，實施對IC器件的測試。這時，如上所述，由于本實施例中裝有探針60的安裝基底51具有不容易變形的結(jié)構(gòu)，所以能夠減少因溫度施加而產(chǎn)生的探針60的接觸壓力的變動和探針60的前端與被測試晶片W上的端子之間的位置偏移。圖6A及圖6B是表示本發(fā)明第2實施例中的探針卡的局部截面圖，圖7是表示本發(fā)明第2實施例的探針卡使用的內(nèi)插板的截面圖。如圖6A所示，本實施例中的探針卡50B具備探針60、安裝基底51、接合線52、支柱53、限制器54、布線基板55、基部構(gòu)件56及加固件57，這與第l實施例相同，而本實施例與第1實施例之不同點在于布線基板55上面的結(jié)構(gòu)，且本實施例中還具備固定用基板58及內(nèi)插板59。如圖7所示，在本實施例中的布線基板55的上面，設(shè)有與布線圖案55d導通的端子55e，端子55e用以取代連接器55c。附帶提及的是，布線圖案55d在布線基板55的下面與接合線52連接的端子導通。固定用基板58是例如由玻璃環(huán)氧樹脂樹脂構(gòu)成的環(huán)狀基板。如圖7所示，在固定用基板58的底面設(shè)有與布線圖案58b導通的端子58c，在固定用基板58的上面設(shè)有與界面接口板ll側(cè)的連接器12連接的連接器58a，在固定用基板58的內(nèi)部，形成有將端子58c與連接器58a電連接的布線圖案58b。如圖6A所示，在固定用基板58的上部固定有第2加固件58d，而且，在該第2加固件58d上固定有加固件57，加固件57上固定有布線基板55。如圖7所示，內(nèi)插板59由許多具有彈性的觸針59a和將這些觸針59a保持在大致中間位置的保持板59b構(gòu)成，通過這些觸針59a，布線基板55的端子55e與固定用基板58的端子58c可插拔地電連接。此外，作為另一例內(nèi)插板，可列舉例如精密探針(POGOPIN)或各向異性導電橡膠片(在硅橡膠中高密度埋入鍍金細線而制成)等，也可用連接器來取代內(nèi)插板。本實施例中，由安裝基底51、支柱53、限制器54及布線基板55構(gòu)成的單元可相對于探針卡50B插拔，并可通過替換該單元來改變探針60前端的咼度。例如，在圖6A所示的例子中使用具有較長支柱53及限制器54的單元，因此，探針60的前端相對于固定用基板59的下面的高度成為ho。與此不同，如圖6B所示，通過將該單元替換成具有較短支柱53'及限制器54'的單元，可將探針60前端的高度降低至h,(h^ln)。此外，不僅可通過改變支柱53及限制器54的高度來更改探針60前端的高度，也可通過例如改變安裝基底51的厚度來更改探針60前端的高度。此外，以上實施例是為了使本發(fā)明容易理解而描述的，并非用來限定本發(fā)明。因而，上述實施例中公開的各要素旨在包含屬于本發(fā)明技術(shù)范圍的全部設(shè)計變更及其等同物。
1權(quán)利要求
1.一種連接用板，用于在測試被測試電子元件時電連接所述被測試電子元件和電子元件測試裝置，其中，所述連接用板具備與所述被測試電子元件的輸入輸出端子電接觸的觸頭；裝有所述觸頭的第1基板；以及具有與所述觸頭電連接的布線圖案的第2基板，所述第1基板與所述第2基板不相接觸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接用板，其特征在于，所述第1基板具有比 所述第2基板的熱膨脹系數(shù)相對小的熱膨脹系數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連接用板，其特征在于，所述第l基板具 有比形成所述被測試電子元件的半導體基板的熱膨脹系數(shù)相對大的熱膨脹系 數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的連接用板，其特征在于，所述第1 基板由陶瓷基板構(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的連接用板，其特征在于，所示連接用板還具備 支承所述第1基板的支承構(gòu)件；以及 用于增強所述連接用板的增強構(gòu)件， 所述支承構(gòu)件固定在所述增強構(gòu)件上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的連接用板，其特征在于， 所述第2基板上形成有從表面向背面貫穿的第1通孔， 所述支承構(gòu)件的一端固定在所述第1基板上，所述支承構(gòu)件的另一端經(jīng)由所述第1通孔固定在所述增強構(gòu)件上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項所述的連接用板，其特征在于，所述連接 用板還具備抑制所述第1基板在所述第2基板側(cè)變形的變形抑制構(gòu)件。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的連接用板，其特征在于，所述第2基板上形成有從表面向背面貫穿的第2通孔， 所述變形抑制構(gòu)件的一端位于所述第1基板的近傍，所述變形抑制構(gòu)件的 另一端經(jīng)由所述第2通孔固定在所述增強構(gòu)件上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1 8中任一項所述的連接用板，其特征在于， 所述第1基板上形成有從表面向背面貫穿的通孔，所述觸頭與所述第2基板所具有的所述布線圖案借助于通過所述通孔的 接合線電連接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1 9中任一項所述的連接用板，其特征在于，所述第 2基板具有與所述電子元件測試裝置電連接的連接器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1 9中任一項所述的連接用板，其特征在于，所述連 接用板還具備具有與所述電子元件測試裝置的連接器電連接的第3基板；以及 可插拔地與所述第2基板和所述第3基板電連接的中繼基板。
12. —種探針卡，適用根據(jù)權(quán)利要求1 11中任一項所述的連接用板，其中，所述被測試電子元件是半導體晶片上形成的半導體器件， 所述觸頭是安裝在所述第1基板表面上的、與所述半導體器件的輸入輸出 端子電接觸的探針。
13. —種電子元件測試裝置，用于測試半導體晶片上形成的半導體器件， 其中，所述電子元件測試裝置具備 根據(jù)權(quán)利要求12所述的探針卡； 與所述探針卡電連接的測試頭；以及 使所述半導體晶片相對于所述探針卡移動的探測器。
全文摘要
探針卡(50A)具備與半導體晶片(W)上制作的IC器件的輸入輸出端子電接觸的探針(60)；裝有探針(60)的安裝基底(51)；支承安裝基底(51)的支柱(53)；具有經(jīng)由接合線(52)與探針(60)電連接的布線圖案的布線基板(55)；以及用以增強探針卡(50A)的基部構(gòu)件(56)及加固件(57)。安裝基底(51)與布線基板(55)不相接觸。
文檔編號G01R31/26GK101663591SQ20088000963
公開日2010年3月3日 申請日期2008年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月26日
發(fā)明者島崎宜昭, 松村茂, 石川貴治, 阿部義弘 申請人:株式會社愛德萬測試