用于测试电子器件的大型探针头及相关制造方法与流程

1.本公开内容涉及一种用于测试集成在半导体晶圆上的电子器件的探针头，以及相关的制造方法，特别是用于测试存储设备(例如dram)的大型探针头，下面的描述是参考这一应用领域进行的，目的只是为了简化其阐述。


背景技术：

2.众所周知，探针头本质上是一种适于将微观结构(特别是集成在半导体晶圆上的电子器件)的多个接触垫与执行其功能测试的测试装置的相应通道进行电连接的电子器件。
3.这种测试有助于在生产阶段尽早检测和隔离有缺陷的电路。因此，探针头通常用于将集成在晶圆上的电路切割并组装在密封封装体内之前对其进行测试。
4.一般来说，探针头包括由至少一个导引件或至少一对导引件(或支撑件)固定的多个接触探针，这些导引件基本上是板状的，并且相互平行。所述导引件配备有适当的导引孔，并以一定的距离相互布置，从而为接触探针的移动和可能的变形留出自由空间或空隙，这些探针可滑动地容纳在所述导引孔中。特别是，这对导引件包括上导引件和下导引件，两者都有对应的导引孔，接触探针在其中轴向滑动，所述探针通常由具有良好电气和机械性能的特殊合金制成。
5.接触探针和被测器件的接触垫之间的良好连接是由探针头对器件本身的按压来保证的，其中在所述按压接触过程中，接触探针在两个导引件之间的空隙内发生弯曲，并在相对的导引件孔内滑动。这种类型的探针头通常被称为"垂直探针头"。
6.基本上，垂直探针头具有空隙，接触探针在这里发生弯曲，其中所述弯曲可以通过探针本身或其导引件的适当配置来促进。
7.举例来说，图1示意性地示出了已知类型的探针卡，总体上用附图标记15表示，包括探针头1，探针头1又包括至少一个上板状的支撑件或导引件2，通常表示为"上模"，和下板状的支撑件或导引件3，通常表示为"下模"，具有对应的导引孔4和5，多个接触探针6在其中滑动。
8.每个接触探针6的末端都具有接触头7，适合抵接在集成在晶圆9上的被测器件的接触垫8上，从而在所述被测器件和所述探针卡15是其末端元件的测试装置(未表示)之间进行机械和电接触。
9.如图1所示，上导引件2和下导引件3通过允许接触探针6变形的空隙10适当地间隔开来。一般来说，探针头1还包括包容元件或壳体(图1中未示出)，它被布置在上导引件2和下导引件3之间，从而为所述导引件提供支撑。
10.探针头1是垂直探针头，如前所述，接触探针6和被测器件的接触垫8之间的良好连接是由探针对器件本身的按压来保证的，其中接触探针6在形成于导引件2和3的导引孔4和5内可移动，在所述按压接触期间，在空隙10内发生弯曲并在所述导引孔内滑动。
11.在某些情况下，接触探针在上板状支撑件处牢固地固定到探针头本身：这种探针
头被称为"阻塞式探针头"。
12.然而，更经常使用的是带有非阻塞式探针(即没有牢固地固定)的探针头，这些探针与所谓的电路板保持接口连接，可能是通过微接触板：这种探针头被称为"非阻塞式探针头"。微接触板通常被称为"空间变换器"，因为除了与探针接触外，它还允许在空间上重新分布其上的接触垫与被测器件上的接触垫，特别是放宽接触垫本身的中心(间距)之间的距离限制。
13.在这种情况下，仍然参考图1，每个接触探针6具有另外的端部区域，以所谓的接触头11结束，朝向包括探针头1的探针卡15的空间变换器13的多个接触垫12。接触探针6和空间变换器13之间的良好电连接是通过接触探针6的接触头11按压在所述空间变换器13的接触垫12上来确保的，类似于集成在晶圆9上的被测器件的接触头7和接触垫8之间的接触。
14.此外，探针卡15包括支撑板14，一般是印刷电路板(pcb)，与空间变换器13连接，探针卡15通过它与测试装置(未示出)接口连接。
15.探针头的正确操作基本上与两个参数有关：接触探针的垂直运动(或超程)，以及所述接触探针的接触尖端在接触垫上的水平运动(或擦洗)。
16.所有这些特征都应在制造步骤中进行评估和校准，因为应始终确保接触探针和被测器件之间的正确电连接。
17.此外，根据已知的解决方案，支撑板14通过加强件16保持在位置上。
18.一般来说，空间变换器13的厚度非常小，因此它有明显的平面性(平整度)的问题。由于这个原因，它通常还与加强件(在图1中未示出)关联，该加强件配置为使整个组件更加刚性和耐受，并允许减少平面性缺陷，这些缺陷往往影响根据上述技术制造的探针卡的正常运行。
19.一般来说，测试方法要求探针头能够承受极端温度，以及在不同温度下(包括非常高和非常低的温度)正确工作。然而，在这种情况下，探针头各部件的热膨胀可能会影响其正确行为。事实上，已知类型的探针头的各部件(如导引件和壳体)通常是相互固定的，具有不同的热膨胀系数，而且它们受到不同温度的影响。在测试过程中(例如在高温或低温下)，由于所述部件的材料的热膨胀系数不同并且由于它们之间的约束，部件本身容易拱起和弯曲，导致探针头整体出现故障，甚至导致与被测器件的接触垫没有接触。
20.这个问题对于大型探针头尤其重要，例如用于测试dram等存储设备的探针头。事实上，对于这种探针，如果不能控制各部件的热膨胀，就会在测试阶段产生相当大的问题。
21.本发明的技术问题是提供一种用于测试电子器件的探针头，该探针头具有功能和结构特点，以克服仍然影响已知解决方案的限制和缺点，特别是一种大型探针头，它可以确保在极端温度下正确执行测试，并能承受相当大的温度变化，同时易于组装。


技术实现要素：

22.本发明的解决思路是通过一种方法来制造探针头，根据这种方法，导引件最初以单板(例如陶瓷材料的单板)的形式固定在壳体上，然后切割成多个相互独立且彼此分离的导引件模块或导引件部分。通过这种方式，导引件作为单一材料块与探针头关联，而不必对单一导引件部分进行校准，这样就可以在测试期间更好地控制探针头的热膨胀。
23.基于这样的解决思路，上述技术问题通过一种用于被测器件功能测试的探针头的
制造方法得到了解决，该方法包括以下步骤：提供包容元件或壳体；在包容元件的下端面处布置下导引件，所述下端面在测试期间面向被测器件；以及在包容元件的上端面处布置上导引件，所述上端面在下端面的另一边，其中包容元件夹在下导引件和上导引件之间，并且其中当导引件与包容元件连接时，最初的形状为至少一个单板，该方法还包括以下步骤：切割下导引件和上导引件中的至少一个导引件，从而从所述至少一个单板开始，限定出相互独立并彼此分离的多个导引件部分，以及将多个接触元件(或至少其部分)插入形成在导引件中的对应导引孔中，所述接触元件适于接触被测器件的垫。
24.通过这种方式，最初提供了至少一块单板，即单一的结构元件，其中没有彼此分离的元件，所述单一结构元件仅在与壳体连接后被切割。
25.更特别的是，本发明包括以下额外的和可选的特征，如果需要的话，可以单独使用或组合使用。
26.根据本发明的一方面，下导引件和上导引件都可以被分为该多个导引件部分。
27.根据本发明的一方面，导引件的单板的切割可以通过激光切割或水切割进行。
28.根据本发明的一方面，该方法可以包括在切割所述导引件之前将下导引件和上导引件胶粘到包容元件的预备步骤。
29.根据本发明的一方面，该方法可以还包括在切割导引件的单板之前形成用于容纳接触探针的导引孔的步骤。或者，导引孔可以在切割导引件的单板后形成。
30.根据本发明的一方面，该方法可以包括以下步骤：在包容元件中形成由内部臂分离的多个容纳座，从而限定出适于支撑导引件的网状结构，接触元件(至少部分)容纳在所述容纳座中。
31.根据本发明的一方面，导引件的单板可以是由陶瓷材料制成的。
32.根据本发明的一方面，该方法可以包括在殷瓦钢、科瓦、合金42或铁镍合金、钛或其合金、铝或其合金、钢、黄铜、macor等材料中选择包容元件的步骤。
33.根据本发明的一方面，该方法可以包括将探针头与探针卡关联步骤，探针卡包括加强件、中介层和接口板。
34.根据本发明的一方面，可以通过以下步骤制造探针卡：将中介层连接到加强件上(所述中介层最初为至少一个整块材料的形状)，以及在将中介层连接到加强件后，按照预定的模式切割中介层的至少一个整块，从而限定出彼此分离的多个模块。
35.本发明还涉及一种用于被测器件功能测试的探针头，包括包容元件或壳体，布置在包容元件的下端面处的下导引件，所述下导引件在测试期间面向被测器件，布置在包容元件的上端面处的上导引件，所述上端面在下端面的另一边，以及多个容纳在导引件上的导引孔中的接触元件，所述接触元件适于接触被测器件的垫，其中包容元件夹在下导引件和上导引件之间，并且其中至少一个导引件被分为相互独立并彼此分离的多个导引件部分，所述导引件部分是通过切割最初与包容元件连接的至少一个单板获得的。
36.根据本发明的一方面，接触元件可以是垂直接触探针，包括主体，该主体沿纵轴在第一端和与之相对的第二端之间延伸，所述第一端适于接触被测器件的垫。
37.根据本发明的一方面，导引件可以包括4至100个导引件部分的数量，甚至更多。
38.根据本发明的一方面，包容元件可以是由殷瓦钢、科瓦、合金42或铁镍合金、钛或其合金、铝或其合金、钢、黄铜、macor中的至少一种制成的。
39.根据本发明的一方面，导引件可以是由陶瓷材料制成的。
40.根据本发明的一方面，包容元件可以包括由内部臂限定出的多个容纳座，这些容纳座配置为支撑导引件部分。
41.本发明还涉及一种用于被测器件功能测试的探针卡，包括加强件、与加强件关联并配置为将探针卡与测试装置连接的接口板以及如上所述的探针头。
42.根据本发明的一方面，中介层可以包括相互独立并彼此分离的多个模块，其中中介层的所述模块是通过切割最初与加强件连接的至少一个材料整块而获得的。
43.根据本发明的方法和探针头的特点和优点将从下文参考附图对其实施例的描述中显而易见，该描述通过指示性和非限制性的示例给出。
附图说明
44.在附图中：
[0045]-图1示意性地示出了包括根据现有技术的探针头的探针卡；
[0046]-图2示意性地示出了根据本发明的探针头；
[0047]-图3示出了根据本发明的实施例的探针头的包容元件的示意性俯视图；
[0048]-图4示出了根据本发明实施例的探针头的导引件的示意性俯视图；
[0049]-图5是流程图，示出了本发明的方法的步骤；以及
[0050]-图6示意性地示出了包括根据本发明的探针头的探针卡。
具体实施方式
[0051]
参考这些图，特别是图2，根据本发明用于测试集成在半导体晶圆上的电子器件的探针头总体上用附图标记50示意性地表示。
[0052]
值得注意的是，这些图代表了示意图，并没有按比例绘制，而是为了强调本发明的重要特征而绘制。此外，在图中，不同的元件是以示意图的方式描述的，它们的形状可能根据所需的应用而变化。我们还注意到，在图中，相同的附图标记指的是形状或功能相同的元件。最后，与图中示出的实施例有关的特定特征也适用于其他图中示出的其他实施例。
[0053]
还要指出的是，除非明确指出，否则必要时也可以将方法步骤倒置。
[0054]
正如下文将说明的那样，由于本发明的探针头50的尺寸较大，因此特别适用于测试存储设备，例如dram。事实上，可以立即观察到，作为一个整体，被测区域也可以达到300毫米(在这种情况下，探针卡被称为12英寸大小的探针卡)，因此，作为一个整体，本发明的探针头50也可以达到520毫米的尺寸。例如，在探针头50作为一个整体具有圆形形状(因此它包括圆形的导引件)的实施例中，其最大直径可以达到约520毫米。
[0055]
显然，上述说明的应用只是指示性的，本发明的探针头50可用于测试许多其他电子器件。例如，众多应用中的另一个是在汽车领域。
[0056]
参考图2，探针头50包括多个接触元件51(例如接触探针)，适于将集成在半导体晶圆w中的被测器件(devices under test，在此用附图标记"dut"表示)的接触垫p与探针头的部件进行电连接，如下所述。
[0057]
更具体地说，接触元件51是垂直接触探针，包括主体51'，主体51'在第一端51a和与第一端相对的第二端51b之间沿纵轴h-h延伸，所述第一端51a适于接触被测器件dut的接
触垫p。
[0058]
探针50还包括包容元件或壳体55，包容元件或壳体55配置为容纳(至少部分)接触元件51，并配置为探针50提供一般支撑结构。
[0059]
包容元件55优选是由合适的铁镍合金(例如殷瓦钢invar、科瓦kovar、合金42和其他合金)、钛或其合金、铝或其合金、钢、黄铜、macor中选择的材料制成的，但不限于这些材料。一般来说，热膨胀系数(coefficient of thermal expansion，cte)的选择是为了在测试期间补偿硅晶圆w的热膨胀，同时考虑到探针头内部的温度梯度。一般来说，硅晶圆w的cte低于2ppm/℃(10-6
/℃)，因此材料的选择是，在探针头50中，当移动远离硅晶圆w时，cte逐渐增加。指示性地，包容元件55的最佳cte包含在3至6ppm/℃(10-6
/℃)之间。可用于包容元件55的材料(如上面提到的材料)使所述包容元件55的cte易于控制，而这对于探针头的导引件来说反而更加困难。更为普遍的是，可以使用cte范围在3至15ppm/℃(10-6
/℃)之间的材料，例如复合材料。
[0060]
如前所述，探针头50包括布置在包容元件55的下端面fa'(即在测试期间面向被测器件dut的面)处的下导引件60和布置在所述包容元件55的相对上端面fb'处的上导引件70。
[0061]
在本发明的实施例中，下导引件60和上导引件70都是由陶瓷材料制成的。一般来说，所述导引件的cte在1.8至5ppm/℃(10-6
/℃)之间。
[0062]
因此，包容元件55插在下导引件60和上导引件70之间，并适于支撑所述导引件，为整个探针头50提供刚性的支撑结构。
[0063]
探针头50是带有垂直探针的探针头(即垂直探针头)，其中接触元件51可在对应的导引件60和70中制成的下导引孔60h和上导引孔70h内活动。
[0064]
参考图3，在本发明的实施例中，包容元件55是块状的，包括在其中形成的多个容纳座57，接触元件51优选分组容纳在所述容纳座57中。换句话说，包容元件55并不只包括由其外周长58限定出的单一内部空隙，而是包括由内部臂或壁59限定出的一系列内部隔板(即上述容纳座57)，这些隔板为随后放置在上面的导引件提供支撑。它基本上是金属网状结构(金属蜂巢)，其中臂59限定出所述网状结构，用于支撑导引件。
[0065]
显然，图3中描绘的结构只是指示性的，并不以任何方式限制本发明的范围。例如，尽管这样的图描绘了形状基本上相同的容纳座57(除了外围的容纳座)，但也可以采用包容元件55的内部隔板不太规则的配置。此外，壳体不一定具有圆形的形状，然后可以采用各种合适的形状。例如，该形状也可以是多边形(八边形、十六边形等)，也可以是正方形或矩形。另外，内部臂59的厚度也可以变化，附图在任何情况下都不会限制本发明的范围，只是通过非限制性的示例来提供。
[0066]
因此，包容元件55的设计可能很复杂。在本发明的实施例中，包容元件55是通过水切割或线电放电加工或不太优选的排屑来整形的，即使其他方法显然也是可行的。
[0067]
再次参考图2，根据本发明，有利的是，至少下导引件60(优选是两个导引件60和70)包括多个相互独立并通过空隙或沟槽g'彼此分离的导引件部分60p，所述导引件部分60p是通过切割至少一个最初与包容元件55连接的单板获得。
[0068]
这样一来，导引件60和70中的至少一个被分为多个相互独立并彼此分离的导引件部分60p和70p，其中适当的空隙g'被限定在它们之间。
[0069]
换句话说，本公开规定，最初将至少一个单板形式的导引件连接到包容元件55上，即单一结构元件，其中没有彼此分离的元件，所述单一结构元件只有在其与壳体55按照确定的模式连接后才被切割。
[0070]
如前所述，优选的是也将上导引件70分隔成多个通过空隙g'彼此分离的导引件部分70p。这些不同的导引件部分(相互独立且彼此分离)由包容元件55机械地支撑，如上所述，由于配置为支撑所述单一导引件部分60p和70p的内部臂59的存在，它提供了一种支撑结构。因此，包容元件55包括由配置为支撑所述导引件部分60p和70p的内部臂59限定出的多个容纳座57。
[0071]
在本发明的实施例中，导引件60和70包括导引件部分60p和70p的数量为4至100个，甚至更多，这种数量可根据需要和/或情况变化，并不限制本发明的范围。
[0072]
图4是探针头50的下导引件60的示例性和非限制性俯视图，例如面向被测器件的一面。在这个示例中，存在六个导引件部分60p，它们被例如通过激光切割限定出的空隙g'彼此分离(即使如前所述，所述导引件部分的数量可以更多)。导引件部分60p可以具有不同的形状(例如在图4的示例中)，也可以具有彼此相同的形状。此外，导引件部分60p不受特定形状的限制，而是可以有任何合适的形状。例如，导引件部分也可以具有不规则的轮廓，它与相邻的导引件部分像拼图一样相互穿透(显然有空隙g'的存在。事实上，为了尊重导引孔的正确位置以及接触探针的正确位置(这些探针基本上都是通过切割绕过的)，并且从测试器一侧(因此参考上导引件，在本图中没有示出)，也为了尊重装配槽的位置，切割的轮廓可能非常精细。另外，导引件的圆形形状并不限制本发明，还可以采用其他合适的形式。
[0073]
空隙g'很重要，它将独立的导引件部分彼此分离，便于控制探针头的热移位。另外，根据被测器件的布局，导引孔60h的模式可以在导引孔部分之间变化(在图4的这个示例中，靠近导引件中央部分的孔密度较高)。
[0074]
可以进一步观察到，下导引件60和上导引件70不一定具有相同数量的导引件部分，所述导引件可以具有不同的模式。
[0075]
换句话说，适当地，如图5的流程图所示，至少通过以下步骤制造探针头50：
[0076]-提供用于至少部分容纳接触元件51的包容元件55；
[0077]-将下导引件60布置在包容元件55的下端面fa'处；
[0078]-将上导引件70布置在包容元件55的上端面fb'处，这样包容元件55就插在下导引件60和上导引件70之间。
[0079]
导引件60和70在与包容元件55连接时最初都是单板的形式，这样，该方法还包括以下步骤：
[0080]-切割下导引件60或上导引件70中的至少一个(优选是两个导引件60和70)，从而从所述至少一个单板开始，限定出多个相互独立并彼此分离的导引件部分60p和70p。
[0081]
很明显，除了规定首先将导引件连接到包容元件55然后切割(或至少切割其中一个)的顺序外，所有其他步骤都不一定遵循确定的固定顺序。
[0082]
该方法还规定将接触元件51插入分别形成于下导引件60和上导引件70中的导引孔60h和70h中。
[0083]
如上所述，形成包容元件55的步骤包括在其中限定出由内部臂59分离的多个容纳座57，从而限定出用于支撑导引件60和70的网状结构，接触元件51容纳在所述容纳座57中。
[0084]
在本发明的实施例中，最初也可以使用一个以上的板(例如最初与壳体连接的两个或三个单板，在任何情况下数量都是有限的)，无论如何，所述板随后总是被分成许多独立的导引件部分，因此最初不包括与其他模块分离的任何模块，而是作为单一的部件，随后被分割。
[0085]
在本发明的实施例中，导引件的单板的切割是通过激光切割进行的。也可以使用水切割，或这两种技术的组合，即使认为激光切割是优选的。
[0086]
在本发明的实施例中，在切割导引件之前，对板进行钻孔(例如通过激光切割)，以限定出导引孔60h和70h，然后在切割导引件后将接触元件51插入所述导引孔中。也可以采用在切割导引件后形成导引孔的顺序，即使优选的是在切割前形成导引孔，使得它们已经相互对准。
[0087]
在实施例中，下导引件60和上导引件70优选在切割前被胶粘在包容元件55上，即使不排除其他合适的连接方式。此外，或者说，可以提供螺钉。
[0088]
有利的是，各个导引件部分60p和70p彼此分离的存在，可以有效地控制在测试期间，特别是在极端温度下的测试期间发生的热移位(探针头各部件的热膨胀)。上述的加工顺序，首先将导引件60和70以单板的形式连接到包容元件55上，然后将所述导引件切割成分离的模块(导引件部分)，这是特别有利的，因为它消除了将不同的导引件部分放置在不同位置并将其相互对准的必要性，这将是非常复杂和漫长的过程，在制造时间和成本上有很大的节省。
[0089]
换句话说，所有这些都大大简化了探针头50的装配和设置过程，因为不需要对准单个导引件部分(如果所述模块直接与如现有技术中那样已经分割的壳体55关联，则需要这样做)：在切割导引件后，单个导引件部分已经完全对准。导引件部分的结构独立性保证了在测试过程中，特别是在极端温度下，能够更好地控制各部件的热膨胀，这一点将在下文中具体说明。
[0090]
由于这种配置，探针头50的热膨胀因此主要与包容元件55的cte有关，如前所述，它可以以简单的方式(通过选择和校准上述材料之一)进行控制，从而补偿晶圆w的变化，导引件部分之间的分离允许导引件部分不与所述包容元件所承受的变化有关。
[0091]
在图6所示的本发明的实施例中，接触元件51的第二端51b的结构是，它包括臂52，臂52从探针主体51'横向伸出，并配置为例如与探针卡的中介层(interposer)进行接触，所述臂52适于相对于接触探针51的纵轴h-h分散接触点。
[0092]
换句话说，在该实施例中，探针头50的接触元件51具有接触头，接触头设有从探针主体伸出并适于接触例如探针卡的中介层的臂，所述臂在探针之间以不同的方式延伸，从而允许探针卡的接触垫相对于被测器件dut的垫进行有效的空间再分布，特别是放松所述被测器件的间距的约束。可以根据需要选择臂的各纵向长度或延伸，以获得接触垫的最佳重新分布，从而获得信号的最佳路由，并提供并非所有探针都包括伸出臂的配置。为了清楚起见，应注意臂52的长度是沿其纵向发展方向测量的(例如与探针的h-h轴正交)。
[0093]
在实施例中，为了确保接触元件51的正确保持，它们容纳在上导引孔70h中的部分被提供了合适的保持系统(在图中没有示出，例如弹簧或夹子结构，或者适当的表面波纹/不规则性允许在导引孔中更好地保持的结构)。接触元件51采用的这种结构允许在装配过程中不在下导引件和上导引件之间进行移位，所述移位是为了使探针主体变形，以利于偏
转和保持探针，相反，探针的保持方式如上所述。探针主体51'只有小的(几乎难以察觉的)预变形就足以确保在测试期间，所有的探针都向同一方向弯曲。导引件(或更确切地说，它们相应的导引孔)相对于彼此没有移位，这一事实允许分成多个导引孔部分70p，甚至是上导引件70，而不仅仅是下导引件60，具有甚至更好的热移位控制。换句话说，上述保持系统允许不进行用于保持探针的导引件的移位，使得也容易切割上导引件70，从而在热移位的控制方面获得更大的灵活性。显然，上述保持系统的存在与接触元件51的具体形状无关，它可以有任何合适的结构。
[0094]
因此，鉴于上述情况，优选的是将下导引件60和上导引件70都分为该多个导引件部分60p和70p。
[0095]
最后，仍然参考图6，在实施例中，探针头50与探针卡(用附图标记20表示)的其余部分相连接，它可以与测试装置实际连接(图中没有示出)。
[0096]
探针头50固定在探针卡20的其余部分，特别是固定在加强件上，例如通过螺钉，即使其他合适的连接方式也是可能的。
[0097]
如上所述，探针卡20包括加强件21，加强件21又包括第一加强件部分21'和第二加强件部分21"。
[0098]
特别是，第一加强件部分21'和第二加强件部分21"最初在结构上是相互独立的，即加强件21基本上被构造成两个分离的加强件。第一加强件部分21'也被称为上加强件，第二加强件部分21"也被称为下加强件。在测试过程中，第一加强件部分21'更靠近测试装置，而第二加强件部分21"在测试过程中更靠近包括被测器件dut的晶圆w。
[0099]
此外，探针卡20包括接口板或支撑板22，配置为将所述探针卡20与测试装置接口连接。更具体地说，接口板22是印刷电路板(也表示为pcb)。
[0100]
接口板22包括至少一个下端面fa以及与下端面fa相对的上端面fb，在测试期间，下端面fa面向包括被测器件dut的晶圆w。
[0101]
如图6所示，接口板22布置在第一加强件21'和第二加强件21"之间，基本上形成了夹层结构。
[0102]
例如，接口板22的热膨胀系数约为16。为了限制测试期间接口板22的热膨胀的影响，在实施例中，所述接口板22以浮动方式与加强件21关联。
[0103]
更特别的是，提供带间隙的连接元件22c，用于将接口板22连接到加强件21(特别是连接到第一加强件部分21')，所述带间隙的连接元件22c(例如合适的螺钉)浮动地容纳在形成于所述接口板22中的多个对应的座22s(例如合适的槽孔)中，从而使所述接口板22以浮动方式与加强件21关联。
[0104]
另外，第一加强件21'和第二加强件21"之间的连接应允许布置在它们之间的接口板22至少在x-y平面(即晶圆w所在的平面，可能还包括沿垂直轴z稍微)的相对移动，也就是说，避免牢固地固定所述接口板22。
[0105]
第一加强件21'和第二加强件21"通过多个螺钉21c相互固定。还可以进一步提供衬套21b，以方便接口板22的上述浮动。显然，还可以提供许多其他的连接模式，这些图只是以本发明范围的指示性和非限制性示例的方式提供。
[0106]
在实施例中，第一加强件部分21'和第二加强件部分21"然后彼此刚性连接，例如通过上面说明的螺钉。
[0107]
在本发明的实施例中，加强件21是由选自合适的feni合金(例如殷瓦钢、科瓦、合金42和其他)、钛及其合金、铝或其合金、钢、黄铜、macor的材料制成的，但不限于这些材料。一般来说，正如已经观察到的包容元件55，加强件21'和21"的cte根据探针卡20工作的温度范围进行优化(从而选择适当的材料)，这可以通过使用的材料来控制。
[0108]
在本发明的实施例中，第一加强件21'和第二加强件21"分别是由具有不同cte的材料制成的，在测试过程中会产生温度梯度，第一加强件21'(离被测器件较远)的cte优选比第二加强件21"高。如上所述，根据测试平台和工作温度范围，在所述加强件部分之间进行平衡。显然，可以使用相同的材料(例如只有科瓦)用于所述部件，但以不同的方式控制cte，以补偿上述梯度，因此也可以使用不同的材料(例如在上述材料中选择)。
[0109]
显然，所提供的示例只是说明性的，并不限制本发明的范围，本发明不受所用材料的限制。
[0110]
探针卡20还包括与加强件21连接的中介层23，特别是与第二加强件部分21"连接。
[0111]
如本领域所知，中介层23适于提供在其相对面上形成的接触垫之间的距离(间距)的空间变换，这就是为什么所述部件也被称为"空间变换器"的原因。
[0112]
与已经看到的探针头50的导引件类似，当中介层23与第二加强件21"连接时，是以整块(monobloc)材料的形式。特别是，中介层23作为单独的部件与加强件21连接(例如单板)。
[0113]
一旦中介层23连接到加强件21(特别是连接到第二加强件部分21"的下端面，面向被测器件dut)，它就按照预定的模式连续切割，以这种方式限定出多个相互独立且彼此分离的模块23m。特别是，在切割结束时，单个模块23m通过适当的空隙或沟槽g'彼此分离。
[0114]
换句话说，在探针卡20的制造结束时，中介层23包括多个彼此分离的模块23m，所述模块23m是通过切割最初与加强件21(特别是与第二加强件部分21")连接的整块材料获得的。
[0115]
这大大简化了探针卡20的装配和设置，因为不再需要对准单个模块(如果所述模块直接与已经分割的加强件关联，则需要这样做，正如现有技术解决方案中所发生的那样)。模块的结构独立性保证了在测试过程中，特别是在极端温度下，对部件的热膨胀有更高的控制，这与之前对探针头50的观察类似。
[0116]
一般来说，在前面描述的探针头50的导引件的分隔和中介层23的分隔之间没有严格的关系，即使在特定的实施例中，不排除对中介层和导引件采用相同模式的可能性。
[0117]
在替代实施例中，也可以使用多于一个整块的材料(例如两个或三个，在任何情况下都是有限的)，所述整块随后总是被分成许多独立的模块。
[0118]
综上所述，探针卡20是通过一种制造方法制成的，该方法至少包括以下步骤：
[0119]-提供包括第一加强件部分21'和第二加强件部分21"的加强件21；
[0120]-将中介层23连接到第二加强件部分21"，所述中介层23为整块材料的形式；
[0121]-在连接到第二加强件部分21"之后，按照预定的模式切割中介层23，从而限定出多个彼此分离的模块23m(以这种方式，在切割之后，中介层23被结构化并分成多个独立的模块23m，类似于导引件部分60p和70p)；
[0122]-提供接口板20；
[0123]-将接口板22布置在第一加强件部分21'和第二加强件部分21"之间；
[0124]-将第一加强件部分21'和第二加强件部分21"相互固定；以及
[0125]-将探针头50与中介层23关联。
[0126]
显然，除了规定首先将中介层23连接到加强件21然后进行切割的顺序外，所有其他步骤不一定遵循确定的固定顺序。例如，如上所述，即使不排除其他合适的顺序，也可以首先将中介层23连接到第二加强件部分21"并切割，然后再将第二加强件部分21'连接到第一加强件部分21"。
[0127]
我们注意到，在这里，术语"关联"是指直接或间接地将一个元件与另一个元件连接起来，而不一定是以一种刚性的方式。
[0128]
此外，在本发明的优选实施例中，中介层23的切割是通过激光切割进行的。另外，也可以使用水切割(water jet)，或上述两种技术的组合。在任何实施例中，决定模块之间完全分离(即它们的相对独立性)的中介层的切割，总是在其装配在加强件上之后进行。
[0129]
如上所述，中介层23具有路由接触元件51传输的信号的功能，并允许重新分布pcb上的接触垫。一般来说，空间变换器是由mlc(multi layer ceramic，多层陶瓷)制成的。合适的情况是，中介层23是由多层有机材料(multi layer organic material，mlo)制成的。使用mlo保证了比陶瓷材料更高的灵活性，以及更容易制造(例如，更容易进行激光切割，从而节省制造成本)。
[0130]
如图6所示，探针头50的接触元件51的第一端51a适于接触被测器件dut的接触垫p，而第二端51b适于以非固定的方式接触中介层23。通过这种方式，接触元件没有牢固地固定在中介层23上。如前所述，在优选实施例中，接触元件51是合适的垂直接触探针，这样就可以利用这种垂直技术的所有优势，在与被测器件接触的过程中，探针主体会弯曲。
[0131]
根据实施例，第二加强件部分21"包括多个容纳座24，在所述容纳座24中的每一个处都布置了中介层23的多个模块23m中的相应模块。容纳座24可以是形成在第二加强件部分21"中的通孔，其数量与布置在对应的容纳座24处的中介层23的模块23m之一相同。换句话说，可以在第二加强件部分21"中初步限定出多个容纳座24，从而在所述容纳座24处切割中介层23的多个模块23m中的相应模块。
[0132]
在实施例中，探针卡20包括多个电连接元件25，它们容纳在容纳座24中，并配置为将中介层23和接口板22相互电连接。这样，在探针卡20的制造过程中，电连接元件25在将中介层23连接到第二加强件21"之前被插入对应的容纳座24中。
[0133]
举例来说，电连接元件25可以是导电弹性体、弹簧针或导电夹。
[0134]
多个模块23m中的每个模块通过螺钉26，优选是通过两个螺钉26固定在第二加强件21"上。例如，可以在每个模块23m的两个相对边缘(或角落)提供螺钉26。
[0135]
显然，可以使用不同数量的螺钉，也可以采用不同的方式将中介层23附接到第二加强件21"。例如，在替代实施例中，中介层23可以被胶粘在第二加强件部分21"上。
[0136]
在任何情况下，与连接方式无关，中介层23总是在切割之前作为整体材料连接到第二加强件部分21"，这与探针头50的导引件的情况类似。因此，完全分离成模块是在紧固到加强件之后进行的。
[0137]
中介层23可以包括大量的模块23m，例如，模块的数量从50到150不等。每个模块配置为测试多个器件，例如，器件的数量从1到30不等。因此，通过一次测试操作，本发明的探针卡20可以进行大量器件的测试，这要归功于它的大尺寸和与之关联的大量模块23m，同时
易于组装并保证对其各部件的热膨胀进行最佳控制。
[0138]
总之，本发明提供了一种通过以下方法制造的探针头，根据该方法，导引件最初以单板(例如陶瓷材料的单板)的形式固定在壳体上，随后被切割成多个相互独立并彼此分离的导引件模块或导引件部分。通过这种方式，导引件作为单一材料块(整块材料)与探针头关联，无需对单一导引件部分进行校准，这样就可以在测试期间更好地控制探针头的热膨胀。
[0139]
有利的是，根据本发明，可以以极其简单的方式控制在极端温度下进行测试时探针头各部件的热膨胀，从而大大减少，如果不是完全消除这种热膨胀的有害影响。因此，本发明的探针头能够经受住显著的温度变化(例如从-40℃到+125℃)，而不会出现其部件的翘曲或弯曲。
[0140]
更特别的是，由于导引件部分是相互独立并彼此分离的，所以所述导引件部分与壳体的热膨胀系数无关(即它们不受后者膨胀的影响)，这样，由于在一个模块和另一个模块之间产生了自由空间，并允许其对应位移，所以所述壳体的膨胀不会导致导引件的机械应力。
[0141]
因此，整个探针头的热膨胀主要是由于壳体的贡献，其热膨胀系数可以被校准，使组件可以在不产生翘曲或弯曲的情况下膨胀，从而保证探针头在整个测试温度范围内的平面性(如前所述，它可以在极端值之间变化)。换句话说，导引件各模块的相对独立性确保了探针头的整体热膨胀系数基本上只与壳体相关，并通过选择其材料进行管理，这样就可以更简单地补偿温度梯度和所述探针头内部的不同热膨胀。因此，可以简单地管理壳体的cte，使其与硅晶圆的cte成正比。
[0142]
合适地根据本发明，这种配置是以一种极其简单的方式获得的，首先将导引件紧固(约束)在壳体上，然后在连接之后才将各个模块完全分离。有利的是，所采用的解决方案允许各个模块不互相对准，这是因为一旦切割导引件(最初是单一材料片的形状)，它们就已经完全对准了，大大简化了本发明探针头的制造和使用。所有这些都大大节省了制造时间和成本，同时获得了更可靠的解决方案，这是因为避免了各个部件之间的对准误差。
[0143]
这在大型探针头的情况下特别有利，例如用于测试dram等存储设备的探针头，由于尺寸大，各个部件的相对对准更加微妙，而且各个部件的热膨胀也更加关键。
[0144]
值得一提的是，由于本公开的探针头的结构，可以进一步利用垂直技术的所有优点和潜力，因为采用的结构是带有垂直探针的探针头(垂直探针头)。
[0145]
最后，将所述探针头与分为各个分离和独立模块的中介层结合使用，可以在极端温度下的测试中获得更精细和更有效的热膨胀控制。在这种情况下，事实上可以在中介层层面和探针头层面对cte进行控制，提高整个探针卡的热控制程度。换句话说，如上所述，通过将各个导引件部分彼此分离，可以只通过控制壳体(其材料确保相对于导引件的陶瓷材料有更好的控制)的膨胀来控制头部分的热膨胀，从而获得探针卡各部件热控制的多个自由度：因此更容易管理分布在多个接口上的热移位公差。
[0146]
显然，本领域的技术人员为了满足偶然和特定的要求，可以对上述方法和探针头进行大量的修改和变化，所有这些都包括在所附权利要求所定义的本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种用于被测器件(dut)功能测试的探针头(50)的制造方法，包括以下步骤：-提供包容元件(55)；-在包容元件(55)的下端面(fa')处布置下导引件(60)，所述下端面(fa')在测试期间面向被测器件(dut)；和-在包容元件(55)的上端面(fb')处布置上导引件(70)，所述上端面(fb')在所述下端面(fa')的另一边，其中包容元件(55)夹在下导引件(60)和上导引件(70)之间，并且其中导引件(60，70)在连接到包容元件(55)时，呈至少一个单板的形状，所述方法还包括以下步骤：-切割下导引件(60)或上导引件(70)中的至少一个，从而从所述至少一个单板开始，限定出相互独立并彼此分离的多个导引件部分(60p，70p)；以及-将接触元件(51)插入导引孔(60h，70h)中，导引孔形成在所述导引件(60，70)中，所述接触元件(51)适于接触被测器件(dut)的垫(p)。2.根据权利要求1所述的方法，其中下导引件(60)和上导引件(70)都被分为多个导引件部分(60p，70p)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中导引件(60，70)的单板的切割是通过激光切割或水切割进行的。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括在切割导引件之前将下导引件(60)和上导引件(70)胶粘在包容元件(55)上的预备步骤。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在切割导引件(60，70)之前形成用于容纳接触元件(51)的导引孔(60h，70h)的步骤。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括在包容元件(55)中形成通过内部臂(59)彼此分离的多个容纳座(57)的步骤，从而限定出适于支撑导引件(60，70)的网状结构，接触元件(51)容纳在所述容纳座(57)中。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中导引件(60，70)的单板是由陶瓷材料制成的。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括在殷瓦钢、科瓦、合金42或铁镍合金、钛或其合金、铝或其合金、钢、黄铜、macor中选择包容元件(55)的材料的步骤。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括将探针头(50)与探针卡(20)关联的步骤，所述探针卡包括加强件(21)、中介层(23)和接口板(22)。10.根据权利要求9所述的方法，其中探针卡(20)是通过以下步骤制造的：-将中介层(23)与加强件(21)连接，所述中介层(23)呈至少一个整块材料的形状；以及-在连接到加强件(21)之后，按照预定的模式切割中介层(23)的至少一个整块，从而限定出彼此分离的多个模块(23m)。11.一种用于被测器件(dut)功能测试的探针头(50)，包括：-包容元件(55)；-布置在包容元件(55)的下端面(fa')处的下导引件(60)，所述下端面(fa')在测试期间面向被测器件(dut)；-布置在包容元件(55)的上端面(fb')处的上导引件(70)，所述上端面(fb')在下端面
(fa')的另一边；以及-容纳在导引孔(60h，70h)中的多个接触元件(51)，导引孔(60h，70h)形成于导引件(60，70)中，所述接触元件(51)适于接触被测器件(dut)的垫(p)，其中所述包容元件(55)夹在所述下导引件(60)和所述上导引件(70)之间，并且其中导引件(60，70)中的至少一个被分成相互独立并彼此分离的多个导引件部分(60p，70p)，所述导引件部分(60p，70p)是通过切割最初与所述包容元件(55)连接的至少一块单板而获得的。12.根据权利要求11所述的探针头(50)，其中所述接触元件(51)是垂直接触探针，包括主体(51')，所述主体在第一端(51a)和与第一端相对的第二端(51b)之间沿纵轴(h-h)延伸，所述第一端(51a)适于接触被测器件(dut)的垫(p)。13.根据权利要求11或12所述的探针头(50)，其中导引件(60，70)包括数量为从4到100不等的导引件部分(60p，70p)。14.根据权利要求11至13中任一项所述的探针头(50)，其中包容元件(55)是由殷瓦钢、科瓦、合金42或铁镍合金、钛或其合金、铝或其合金、钢、黄铜、macor中的至少一种制成的。15.根据权利要求11至14中任一项所述的探针头(50)，其中导引件(60，70)是由陶瓷材料制成的。16.根据权利要求11至15中任一项所述的探针头(50)，其中包容元件(55)包括由内部臂(59)限定出的多个容纳座(57)，所述内部臂(59)配置为支撑所述导引件部分(60p，70p)。17.一种用于被测器件(dut)功能测试的探针卡(20)，包括：-加强件(21)；-接口板(22)，所述接口板与加强件(21)关联，并配置为将探针卡(20)与测试装置接口连接；以及-根据权利要求11至16中任一项所述的探针头(50)。18.根据权利要求17所述的探针卡(20)，其中中介层(23)包括相互独立并彼此分离的多个模块(23m)，并且其中中介层(23)的所述模块(23m)是通过切割最初与加强件(21)连接的至少一个整块材料而获得的。

技术总结
本申请公开了一种用于被测器件(DUT)功能测试的探针头(50)的制造方法。该方法包括以下步骤：提供包容元件(55)，在包容元件(55)的下端面(Fa')处布置下导引件(60)，所述下端面(Fa')在测试期间面向被测器件(DUT)，以及在包容元件(55)的上端面(Fb')处布置上导引件(70)，所述上端面(Fb')与下端面(Fa')相对，其中包容元件(55)夹在下导引件(60)和上导引件(70)之间，并且其中所述导引件(60，70)最初为连接到包容元件(55)的至少一个单板的形状。适当地，该方法还包括以下步骤：切割下导引件(60)或上导引件(70)中的至少一个，从而限定出相互独立且彼此分离的多个导引件部分(60p，70p)，以及将多个接触元件(51)插入形成于所述导引件(60，70)中的相应导引孔(60h，70h)中，所述接触元件(51)适于接触被测器件(DUT)的垫(P)。本申请还公开了通过所述方法获得的探针头(50)。头(50)。头(50)。


技术研发人员：弗拉维奥
受保护的技术使用者：泰克诺探头公司
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2023/7/31