探針卡和強制空氣冷卻探針頭組件制造技術

本發明專利技術涉及探針卡和強制空氣冷卻探針頭組件，具體涉及一種探針卡，其在加熱環境中被垂直地安裝成大致正交于接受壽命測試的晶片，以限制探針卡暴露到來自于晶片夾盤的熱量。該探針卡及探針頭組件被安裝到支撐軌道上，該支撐軌道具有一個或多個通道，用于使冷空氣流到探針頭組件及探針卡，且同時其保護撓曲電纜不受熱卡盤影響。冷空氣流擾動從加熱卡盤向上流到探針卡及探針頭的對流熱空氣流，并促進了探針卡和探針頭的冷卻。

【技術實現步驟摘要】
探針卡和強制空氣冷卻探針頭組件本申請是2008年3月24日提交的、名稱為“垂直探針卡和空氣冷卻探針頭系統”、 申請號為200680035220.1的中國專利申請的分案申請。
本專利技術大致涉及半導體集成電路(IC)的測試及裝置，且尤其是涉及這種電路及裝 置在加熱環境中的長期測試。
技術介紹
在半導體晶片內的集成電路及裝置的電參數的電檢測和測量中，具有多個針的探 針卡方便了對晶片中的一個或多個裝置內的大量電路觸點的并行訪問。通常一個或多個探 針卡被水平地排列成與晶片平行、并與晶片間隔開，從而使得“整體并行”測量可以在單個 晶片上進行?？蛇x擇的是，可以制成具有多個針式探頭和多種類著陸方式的單個卡，但是對 材料、制造、及多著陸點的平面度的需求使得這費用太過高昂。進行對半導體裝置的長期測試，諸如漏電、時變介質擊穿及負偏壓溫度不穩定性 (NBTI)，來確定該裝置的長期穩定性及壽命。為縮短這些測試所需時間，這些測試常在介于 125°C 400°C之間的高溫執行。主要問題產自對探針卡和探針頭系統的加熱。水平的探針卡是最靠近熱卡盤的構 件，該熱卡盤支持半導體晶片，并可以承受由于隨溫度變化的泄漏電流而產生的性能的急 劇降低。水平探針卡的最大暴露面積加劇了探針性能的降低。探針卡的材料選擇可以減少 與溫度相關的若干問題，但是，例如當與在印刷電路板制造中使用的常規材料相比時，費用 及特殊材料處理的考慮事項限制了使用諸如陶瓷和液晶聚合物這樣的材料的實踐性。另一個問題涉及到加熱將探針卡的多個針與測試設備連接所必需的布線系統。為 了將布線系統保持在可管理的尺度，通常使用一種定制的柔性(撓曲)電纜。然而，來自熱 晶片卡盤的熱空氣對流可以導致無法接受的泄漏電流通過該撓曲電纜。在這些較低成本的 柔性印刷電路板中使用的材料，以及尤其是本文中所用的粘合劑，具有低的(例如，40°C到 80°C)的玻璃態轉變溫度(Tg)，且在跡線之間的泄漏電流將導致電纜在高于Tg的溫度下無 用。在具有若干探針頭及高密度信道軌跡的系統中，其它材料，諸如液晶聚合物及高玻璃化 相變物，熱固化性粘合劑，具有較好的高溫性能，但是更加昂貴。而且，探針卡通常是可以由手動控制旋鈕在XYZ對準裝置中移動的探針頭的部 分。然而，與探針頭關聯的該控制旋鈕可以變得非常熱而不能觸及。因此，具有若干探針頭的系統對于高溫下的長期、高度并行的晶片測試而言是理 想的，其中每個探針頭具有若干針式探針。本專利技術旨在提供這樣一種系統，其克服與常規測 試探針頭及系統相關聯的若干問題。
技術實現思路
根據本專利技術，探針卡通常被安裝成垂直于或是正交于受測的晶片的表面。這樣的一種排布限制了探針卡暴露到支撐受測裝置的熱卡盤的加熱環境，且唯一的到卡的熱傳導 是通過空氣對流到達最接近加熱表面的探針卡邊緣，以及傳導熱流穿過探針尖端而接觸到 測試晶片表面。然而，兩個熱傳導的通道均不妨礙使用常規聚合物或其它類似的印刷電路 板材料和使用常規技術裝配探針卡。探針卡是垂直地安裝在受測的晶片上方的軌道支承件上。使探針卡與測試設備互 連的撓曲電纜被支撐到該軌道支承件上。該軌道支承件包括強制空氣冷卻系統，該強制空 氣冷卻系統將冷空氣傳送入并圍繞每個探針頭，以擾亂從支持測試晶片向上的熱夾盤到探 針頭和軌道支承件的熱空氣的對流。冷空氣可以由冷卻系統通過在軌道支承件內的開口， 例如它們的尺寸、形狀和方位是所需冷卻能力及測試晶片溫度的函數的孔或狹縫，而排放 出。當結合附圖時，由下列的具體說明及所附權利要求，本專利技術及其目標和特征將更 加顯而易見。附圖說明圖1是根據本專利技術的一個實施例的探針卡的立體透視圖；圖2是圖1的探針卡的平面圖；圖3是圖1的探針卡的側視圖；圖4是根據本專利技術的實施例的軌道和探針頭組件的立體透視圖；圖5是圖4的軌道和探針頭組件的剖切側視圖；圖6是具有安裝于其上的多個探針頭的軌道的立體透視圖，并進一步圖示了冷卻系統；圖7是根據本專利技術的一個實施例的探針頭的構件的分解立體透視圖，并進一步圖示了 氣流；圖8是圖7的探針頭中的支撐框架的放大的立體透視圖；圖9是示出了其組件的圖7的探針頭的各構件的更具體的分解透視圖。具體實施方式圖1是根據本專利技術的一個實施例的印刷電路板12的探針卡10的立體透視圖，其 包括具有多個貫穿其中的槽14，用于促進冷空氣流動。在電路板12的一端是在陶瓷支承件 18內包括了多個金屬探針尖端16的尖端組件，且在印刷電路板12的相對端是用作將探針 卡物理地支撐在測試系統中，并將尖端16連接到柔性(撓曲)電纜的電連接件和緊固件20。圖2是示出了印刷電路板12、及將探針尖端16與在電路板12的相對端上的電觸 點24電互連的金屬跡線22的平面圖。該金屬跡線或離散絲線22的導電圖形將若干單獨 的探針尖端互連到觸點24之一。如圖所示，陶瓷支承件18與支撐在其中的探針尖端16通 過螺紋緊固件被附接到電路板12。圖3是探針卡的側視圖，示出了接合到支撐裝置內的一個插口內以將探針卡10支 持在相對于受測晶片大致垂直或正交位置內的電連接件及緊固件20。僅是尖端16的若干 端部接合受測的裝置，由此限制了通過探針尖端的熱傳導流。探針卡10的垂直對準限制了 卡暴露到由加熱裝置卡盤所排放的熱。而且，從加熱卡盤到探針卡及支撐裝置的空氣對流被支撐組件所提供的冷空氣流所擾亂，如下所述。圖4是將探針卡10和大致在32處所示出的探針頭支撐到受測裝置及加熱支承卡盤之上的支承軌道30的立體透視圖。常規情況下，探針頭32可以通過控制旋鈕34、36、38 沿三個運動軸線手工調整。撓曲電纜40被支承在軌道30的頂部并將探針卡10與外部測試設備互連。如上所述，如果過熱，撓曲電纜40可能性能降低。圖5是軌道30的剖視圖，其包括用于空氣流動的內部通道42、44以冷卻探針頭 32、探針卡10及撓曲電纜40。來自內部通道的空氣通過軌道30中的若干開口而排放，且空氣被引導通過探針頭32和探針卡10，用于擾亂來自支撐該受測裝置的加熱卡盤的對流熱空氣流。因此，可以避免測試探針10的撓曲電纜40和印刷電路板的過熱。在此實施例中， 應注意到通道30包括具有若干鳩尾凸緣的元件48，大致在圖示50處接合相匹配的探針頭 32的鳩尾凸緣。圖6是支承三個探針頭32的軌道30的另一立體透視圖。在此實施例中，在探針頭上示出了僅僅一個探針卡10，以進一步圖示若干開口或槽，用于促進冷空氣從框架30的開口 54中流經探針頭32、并流經探針卡10中的開口 14。應注意到在此實施例中，每個探針頭32具有大致在56處示出的杠桿機構，該杠桿機構可以用于將探針頭鎖定在軌道30的鳩尾凸緣50中。然而，該鎖定機構不是本專利技術的組成部分且在本文中不再進一步說明。圖7是探針頭和各構件的分解的立體透視圖，并圖示了通過探針頭和探針卡的空氣流動。在此實施例中，該探針頭包括三個支撐框架60、62、64，且第一支撐框架60通過緊固件20接收探針卡10，第二支撐框架62支撐著框架60，并允許支撐框架60通過控制旋鈕 34而沿著第一運動軸的運動，且第三支撐框架64支撐著框架62并允許框架62通過控制旋鈕36和38而沿著第二及第三運動軸的運動。附接到各支撐框架的其它的彈簧偏壓緊固件在此視圖中未示出，以方便對不構成本專利技術的組成部分的氣流的圖解本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種探針卡，通常被安裝成垂直于加熱的受測裝置以在測試過程中減少對探針卡的熱傳遞，所述探針卡包括：a)?印刷電路板，b)?尖端組件，其包括在電路板一端上用于接合受測裝置的多個探針尖端，c)?在電路板的相對端上的多個電觸點，d)?電路板上的導電圖形，其用于將電路板一端上的尖端電連接到電路板相對端上的電觸點，e)?緊固件，其用于將受測裝置上方的支承件與大致垂直對準了受測裝置的印刷電路板相接合，其中，大致垂直的對準在測試過程中減少從加熱的受測裝置到印刷電路板的熱傳遞，和f)?貫穿印刷電路板的多個開口，其用于促進冷卻空氣流動，以便冷卻探針卡。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：ML安德森，EA麥勞德，S莫斯塔謝德，MA卡索洛，
申請(專利權)人：夸利陶公司，
類型：發明
國別省市：