[发明专利]探针卡和强制空气冷却探针头组件

说明书

本申请是2008年3月24日提交的、名称为“垂直探针卡和空气冷却探针头系统”、申请号为200680035220.1的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明大致涉及半导体集成电路（IC）的测试及装置，且尤其是涉及这种电路及装置在加热环境中的长期测试。

背景技术

在半导体晶片内的集成电路及装置的电参数的电检测和测量中，具有多个针的探针卡方便了对晶片中的一个或多个装置内的大量电路触点的并行访问。通常一个或多个探针卡被水平地排列成与晶片平行、并与晶片间隔开，从而使得“整体并行”测量可以在单个晶片上进行。可选择的是，可以制成具有多个针式探头和多种类着陆方式的单个卡，但是对材料、制造、及多着陆点的平面度的需求使得这费用太过高昂。

进行对半导体装置的长期测试，诸如漏电、时变介质击穿及负偏压温度不稳定性（NBTI），来确定该装置的长期稳定性及寿命。为缩短这些测试所需时间，这些测试常在介于125℃～400℃之间的高温执行。

主要问题产自对探针卡和探针头系统的加热。水平的探针卡是最靠近热卡盘的构件，该热卡盘支持半导体晶片，并可以承受由于随温度变化的泄漏电流而产生的性能的急剧降低。水平探针卡的最大暴露面积加剧了探针性能的降低。探针卡的材料选择可以减少与温度相关的若干问题，但是，例如当与在印刷电路板制造中使用的常规材料相比时，费用及特殊材料处理的考虑事项限制了使用诸如陶瓷和液晶聚合物这样的材料的实践性。

另一个问题涉及到加热将探针卡的多个针与测试设备连接所必需的布线系统。为了将布线系统保持在可管理的尺度，通常使用一种定制的柔性（挠曲）电缆。然而，来自热晶片卡盘的热空气对流可以导致无法接受的泄漏电流通过该挠曲电缆。在这些较低成本的柔性印刷电路板中使用的材料，以及尤其是本文中所用的粘合剂，具有低的（例如，40℃到80℃）的玻璃态转变温度（Tg），且在迹线之间的泄漏电流将导致电缆在高于Tg的温度下无用。在具有若干探针头及高密度信道轨迹的系统中，其它材料，诸如液晶聚合物及高玻璃化相变物,热固化性粘合剂，具有较好的高温性能，但是更加昂贵。

而且，探针卡通常是可以由手动控制旋钮在XYZ对准装置中移动的探针头的部分。然而，与探针头关联的该控制旋钮可以变得非常热而不能触及。

因此，具有若干探针头的系统对于高温下的长期、高度并行的晶片测试而言是理想的，其中每个探针头具有若干针式探针。本发明旨在提供这样一种系统，其克服与常规测试探针头及系统相关联的若干问题。

发明内容

根据本发明，探针卡通常被安装成垂直于或是正交于受测的晶片的表面。这样的一种排布限制了探针卡暴露到支撑受测装置的热卡盘的加热环境，且唯一的到卡的热传导是通过空气对流到达最接近加热表面的探针卡边缘，以及传导热流穿过探针尖端而接触到测试晶片表面。然而，两个热传导的通道均不妨碍使用常规聚合物或其它类似的印刷电路板材料和使用常规技术装配探针卡。

探针卡是垂直地安装在受测的晶片上方的轨道支承件上。使探针卡与测试设备互连的挠曲电缆被支撑到该轨道支承件上。该轨道支承件包括强制空气冷却系统，该强制空气冷却系统将冷空气传送入并围绕每个探针头，以扰乱从支持测试晶片向上的热夹盘到探针头和轨道支承件的热空气的对流。冷空气可以由冷却系统通过在轨道支承件内的开口，例如它们的尺寸、形状和方位是所需冷却能力及测试晶片温度的函数的孔或狭缝，而排放出。

当结合附图时，由下列的具体说明及所附权利要求，本发明及其目标和特征将更加显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的探针卡的立体透视图;

图2是图1的探针卡的平面图；

图3是图1的探针卡的侧视图；

图4是根据本发明的实施例的轨道和探针头组件的立体透视图；

图5是图4的轨道和探针头组件的剖切侧视图；

图6是具有安装于其上的多个探针头的轨道的立体透视图，并进一步图示了冷却系统；

图7是根据本发明的一个实施例的探针头的构件的分解立体透视图，并进一步图示了气流；

图8是图7的探针头中的支撑框架的放大的立体透视图；

图9是示出了其组件的图7的探针头的各构件的更具体的分解透视图。

具体实施方式