用于测试电子器件的大型探针卡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卡以及相关的制造方法，特别是用于测试存储设备(例如dram)的大型探针卡，下面的描述是参照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，探针卡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.这种测试对于在生产阶段就检测和隔离有缺陷的电路非常有用。因此，探针卡通常用于在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，探针卡包括探针头，而探针头又包括多个由至少一个导引件或至少一对导引件(或支撑件)保持的接触探针，这些导引件基本上是板状的，并且相互平行。所述导引件装置配备有适当的导引孔，并以一定的距离布置，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，这些探针滑动地容纳在所述导引孔中。这对导引件特别包括上导引件和下导引件，两者都设有对应的导引孔，接触探针在其中轴向滑动，所述探针通常是由具有良好电气和机械性能的特殊合金制成的。
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气隙内发生弯曲，并在相对的导引孔内滑动。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，适合紧贴在集成在晶圆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由允许接触探针6变形的气隙10适当地间隔开来。
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头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，在气隙10内发生弯曲并在所述导引孔内滑动。
11.在某些情况下，接触探针被牢固地固定在上板状支撑件的探针头本身：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都具有另外的末端区域或地方，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的多个接触垫中的接触垫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在所述空间变换器13的接触垫12上的按压来确保的，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(未显示)接口连接。
15.探针卡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探针卡的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中没有显示)相关联，该加强件配置为使整个组件更加坚硬和耐受，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，测试方法要求探针卡能够承受极端温度，以及在不同温度下(包括极高和极低的温度)正确工作。然而，在这种情况下，探针卡各部件的热膨胀可能会影响其正确的行为。事实上，已知类型的探针卡的各部件(如加强件、pcb和中介层)通常由螺钉固定，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具有不同的热膨胀系数，并且由于两者之间的限制，部件本身容易起拱，导致整个探针卡出现故障，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卡来说特别重要，例如，用于测试dram等存储设备的探针卡。事实上，对于这种探针卡，如果不能控制部件的热膨胀，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卡，其功能和结构特点可以克服仍然影响已知解决方案的局限性和缺点，特别是一种大型探针卡，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提供探针卡，在这种方法中，中介层最初被固定在整块材料形状的加强件上，随后被切割成多个模块，这些模块相互独立并彼此分离。通过这种方式，中介层最初作为单一的材料块与探针卡关联，而不需要对准单一的模块，这样就可以在测试期间改进对探针卡热膨胀的控制。
23.基于这一解决思路，通过一种用于被测器件功能测试的探针卡的制造方法来解决上述技术问题，该方法包括以下步骤：提供接口板，该接口板配置为将探针卡与测试装置连接；提供加强件；将中介层连接到加强件上，所述中介层的形状为至少一个材料的整块；在将其连接到加强件后，根据预定的样式切割中介层的至少一个整块，从而从所述至少一个整块开始限定出相互独立并彼此分离的多个模块；将接口板与加强件关联，并将探针头与中介层关联，所述探针头包括多个接触元件，适于将中介层与被测器件的接触垫电连接。
24.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。
25.根据本发明的一方面，加强件可以包括第一加强件部分和第二加强件部分，该方法包括在第一加强件部分和第二加强件部分之间布置接口板的步骤，其中接口板与第二加强件部分连接，特别是与其下端面连接。
26.根据本发明的一方面，中介层的切割可以通过激光切割或水切割或其组合进行。
27.根据本发明的一方面，中介层的整块材料可以是由多层有机材料制成的。
28.根据本发明的一方面，中介层可以通过螺钉或通过胶粘剂，优选通过螺钉紧固到加强件。
29.根据本发明的一方面，该方法可包括以下步骤：通过带有间隙的连接元件将接口板与加强件关联，所述带有间隙的连接元件可浮动地容纳在所述接口板中制成的多个对应的座中，从而使所述接口板与所述加强件浮动关联。
30.根据本发明的一方面，该方法可以包括在第二加强件部分中限定出多个容纳座的预备步骤，所述容纳座的数量与布置在对应的容纳座处的中介层的多个模块中的模块数量相同。
31.根据本发明的一方面，该方法可包括对中介层的整块材料进行整形的预备步骤，从而在其中形成多个凸起，所述凸起在切割所述整块材料之前容纳在第二加强件部分的相应容纳座中。
32.根据本发明的一方面，该方法可包括将多个电连接元件插入容纳座的步骤，所述电连接元件配置为将中介层的多个模块中的每个模块与接口板电连接。
33.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中选择加强件材料的步骤。
34.根据本发明的一方面，探针头至少可以通过以下步骤制造：
[0035]-提供用于至少部分容纳接触元件的壳体或包容元件；
[0036]-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；
[0037]-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，并且其中所述导引件的形状为与包容元件连接的至少一个单板，该方法还包括切割下导引件或上导引件中的至少一个，从而限定出相互独立且彼此分离的多个导引件部分的步骤。
[0038]
根据本发明的一方面，该方法可以包括将下导引件和上导引件胶粘到包容元件上的预备步骤，该方法还包括在导引件中形成对应的导引孔以容纳接触元件的步骤，所述步骤在所述粘胶和切割步骤之前进行。另外，导引孔也可以在胶粘和切割步骤之后形成。
[0039]
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接口连接的接口板以及与加强件连接的中介层，所述中介层包括多个相互独立并彼此分离的模块，其中中介层的模块是通过切割至少一个最初与加强件连接的整块材料获得的，所述探针卡还包括探针头，该探针头包括多个接触元件，适于将中介层与被测器件的接触垫进行电连接。
[0040]
根据本发明的一方面，加强件可以包括第一加强件部分和第二加强件部分，接口板布置在第一加强件部分和第二加强件部分之间，中介层连接到第二加强件部分。
[0041]
根据本发明的一方面，中介层可以是由多层有机材料制成的。
[0042]
根据本发明的一方面，接触元件可包括主体，该主体沿纵轴在第一端和与第一端相对的第二端之间延伸，所述第一端适于接触被测器件的接触垫，所述第二端适于以非固定的方式接触中介层，即它们不是刚性地和固定地紧固(约束)在一起，但它们与其抵接。
[0043]
根据本发明的一方面，接口板可以是印刷电路板。
[0044]
根据本发明的一方面，中介层可包括50至150个模块的数量。
[0045]
根据本发明的一方面，加强件可以是由殷瓦钢、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。
[0046]
根据本发明的一方面，探针卡可包括带有间隙的连接元件，这些元件适于将接口板与加强件连接起来，所述带有间隙的连接元件浮动地容纳在形成于所述接口板中的多个对应的座中，所述带有间隙的连接元件配置为将接口板与加强件浮动关联。
[0047]
根据本发明的一方面，第二加强件部分可以包括多个容纳座，在所述容纳座的每一个处都存在中介层的多个模块中的相应模块。
[0048]
根据本发明的一方面，探针卡可以包括多个电连接元件，这些元件容纳在容纳座中，并配置为将中介层和接口板彼此电连接。
[0049]
根据本发明的一方面，每个模块可以包括插入第二加强件部分的多个容纳座中的对应的容纳座的凸起。
[0050]
根据本发明的一方面，多个模块中的每个模块可以通过至少两个螺钉紧固(约束)到第二加强件部分。
[0051]
根据本发明的一方面，探针头可以包括：配置为至少部分容纳接触元件的壳体或包容元件，布置在包容元件的下端面处的下导引件，所述下端面在测试期间面向被测器件，以及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，其中所述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成多个导引件部分，这些导引件部分相互独立并彼此分离，所述导引件部分是通过切割与所述包容元件连接的至少一个单板而获得的。
[0052]
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feni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。根据本发明的一方面，导引件可以是由陶瓷材料制成的。
[0053]
根据本发明的一方面，包容元件可包括由内部臂限定出的多个容纳座。
[0054]
根据本发明的方法和探针卡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，该描述以指示性和非限制性示例的方式给出。
附图说明
[0055]
在附图中：
[0056]-图1示意性地示出了根据现有技术的探针卡；
[0057]-图2示意性地示出了根据本发明的探针卡；
[0058]-图3是流程图，示出了本发明的方法的步骤；
[0059]-图4示出了根据本发明的实施例的加强件的面的示意性俯视图；
[0060]-图5a和图5b分别示出了切割前中介层的面的一部分的立体图，以及切割后中介层的相对面的一部分的立体图；
[0061]-图6示出了根据本发明的实施例的探针卡；以及
[0062]-图7示出了图6的探针卡的探针头的包容元件的示意性俯视图。
具体实施方式
[0063]
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卡总体上用20示意表示。
[0064]
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，不同的元素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，与图中说明的实施例有关的特定特征也适用于其他图中说明的其他实施例。
[0065]
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。
[0066]
正如下文所说明的，本发明的探针卡20特别适于测试存储设备，例如dram，因为其尺寸较大。事实上，可以立即观察到，作为一个整体，被测试的区域也可以达到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，本发明的探针卡20也可以达到520毫米的尺寸。例如，在探针卡20作为一个整体具有圆形形状(因此它包括圆形导引件)的实施例中，其最大直径可以达到约520毫米。
[0067]
显然，上述说明的应用只是指示性的，本发明的探针卡20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。
[0068]
如图2的实施例所示，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"。加强件21的作用是保持探针卡20各部件的位置，并解决平面性(平整度)问题。
[0069]
特别是，在本发明的实施例中，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基本上是以两个分离的加强件为结构。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(图中没有说明)，而第二加强件部分21"在测试过程中更靠近包括被测器件(此处称为dut)的晶圆w。
[0070]
此外，探针卡20包括配置为将所述探针卡20与测试装置接口连接的接口板(或支撑板)22。更特别的是，接口板22是印刷电路板(也表示为pcb)。
[0071]
接口板22包括至少一个下端面fa以及至少一个与下端面fa相对的上端面fb，在测试期间，下端面面向包括被测器件dut的晶圆w。
[0072]
如图2所示，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，基本
上形成夹层结构。
[0073]
例如，接口板22的热膨胀系数(thermal expansion coefficient，cte)约为16ppm/℃(10-6
/℃)。为了限制测试期间接口板22的热膨胀的影响，在本发明的实施例中，所述接口板22以浮动的方式与加强件21关联。
[0074]
更特别的是，提供带有间隙22c的连接元件，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')，所述带有间隙22c的连接元件(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，从而使接口板22与加强件21浮动地关联。
[0075]
此外，第一加强件部分21'和第二加强件部分21"之间的连接是为了允许布置在它们之间的接口板22至少在x-y平面内(即在晶圆w所在的平面内，并且可能还稍微沿垂直轴z)相对运动，以避免固定地约束所述支撑板22。
[0076]
如图2所示，第一加强件部分21'和第二加强件部分21"通过多个螺钉21c相互紧固(约束)。可以进一步提供衬套21b，以利于接口板22的上述浮动。显然，也可以提供许多其他的连接方式，图中只是以非限制性的方式提供本发明的范围。
[0077]
在实施例中，第一加强件部分21'和第二加强件部分21"因此刚性地连接在一起，例如通过上述说明的螺钉。
[0078]
在本发明的实施例中，加强件21是由选自合适的铁镍合金(例如殷瓦钢invar、科瓦kovar、合金42和其他)、钛或其合金、铝或其合金、钢、黄铜、macor的材料制成的，但不限制于这些材料。一般来说，加强件的cte是根据探针卡20的工作温度范围进行优化的，由于使用的材料，它可以被控制。
[0079]
在本发明的实施例中，第一加强件部分21'和第二加强件部分21"分别是由具有不同cte的材料制成的，这是因为在测试过程中会出现温度梯度，第一加强件部分21'(离被测器件最远)的cte优选大于第二加强件部分21"的。如上所述，根据测试平台和操作温度范围，在所述加强件部分之间进行平衡。显然，对于所述部件，可以使用相同的材料(例如只使用科瓦)，但具有不同的cte控制，以补偿上述梯度，也可以使用不同的材料(例如从上述材料中选择，或选择特定的合金)。
[0080]
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。
[0081]
探针卡20还包括与加强件21连接的中介层(interposer)23，特别是与第二加强件部分21"连接。
[0082]
如本领域所知，中介层23适于对其相对面上的接触垫之间的距离(间距)进行空间变换，为此，所述部件也被称为"空间变换器"。
[0083]
有利的是根据本发明，当与第二加强件部分21"连接时，中介层23呈整块(monobloc)材料的形状。特别是，中介层23作为单独的部件(例如一块板)，以所述整块的形式连接到加强件21上。
[0084]
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"的面向被测器件dut的下端面)，它就被按照预定的样式切割，从而限定出多个模块23m，这些模块相互独立并彼此分离。特别是，在切割结束后，单个模块23m通过适当的间隙或沟槽g彼此分离。
[0085]
换句话说，在探针卡20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是通过切割最初与第二加强件部分21"连接的整块材料获得的。
[0086]
通过这种方式，最初提供了至少一个整块材料，即单一的结构元素，其中没有完全彼此分离的元素，并且只在与加强件21的初始连接处进一步切割。
[0087]
这大大简化了探针卡20的组装和设置过程，因为不再需要对准单个模块(如果所述模块在已经分割的情况下直接与加强件连接，则需要这样做)。模块的结构独立性确保了在测试期间对部件的热膨胀有更大的控制，特别是在极端温度下，这一点将在后面具体说明。
[0088]
在备选实施例中，也可以使用一个以上的整块材料(例如两个或三个，在任何情况下，数量都是有限的)，然而，所述整块在与加强件连接后总是被分成许多独立的模块。
[0089]
仍然参考图2，探针卡20还包括探针头50，探针头50包括多个接触元件51(例如接触探针)，适于将中介层23与集成在半导体晶圆w中的被测器件dut的接触垫p进行电连接。
[0090]
综上所述，本公开实质上涉及一种上述探针卡20的制造方法，至少包括以下步骤：
[0091]-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；
[0092]-将中介层23连接到第二加强件部分21"，所述中介层23为整块材料形式；
[0093]-在将中介层23连接到第二加强件部分21"之后，按照预定的样式切割中介层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)；
[0094]-提供接口板22；
[0095]-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；
[0096]-将第一加强件部分21'和第二加强件部分21"相互固定(约束)；以及
[0097]-将探针头50与中介层23关联，所述探针头50包括多个接触元件51，适于将中介层23与被测器件dut的接触垫p进行电连接。
[0098]
显然，除了首先将中介层23连接到加强件21，然后再切割所述中介层23的顺序外，所有其他步骤不一定遵循某种固定的顺序。例如，如上所述，可以先将中介层23连接到加强件21(特别是连接到第二加强件部分21")并切割所述中介层23，然后再将第二加强件部分21"连接到第一加强件部分21'，即使不排除其他合适的顺序。
[0099]
一般来说，如图3所示，本公开的方法以其最一般的形式至少提供以下步骤：
[0100]-提供接口板22，该接口板配置为将探针卡20与测试装置接口连接；
[0101]-提供加强件21；
[0102]-将中介层23连接到加强件21，所述中介层23为至少一个整块材料的形状；
[0103]-在连接到加强件21之后，按照预定的样式切割中介层23的至少一个整块，从而限定出多个模块23m，这些模块相互独立并彼此分离；
[0104]-将接口板22与加强件21关联；以及
[0105]-将探针头50与中介层23关联，所述探针头50包括多个接触元件51，适于将中介层23与被测器件dut的接触垫p进行电连接。
[0106]
需要指出的是，在这里，术语"关联"是指直接和间接地将一个元素与另一个元素连接起来，而不一定是以一种刚性的方式。
[0107]
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)，或结合使用上述技术。在任何情况下，决定模块之间完全
分离(即它们的相对独立性)的中介层切割总是发生在其装配在加强件上之后。
[0108]
如上所述，中介层23适于引导由接触元件51传输的信号，并允许在pcb上重新分布接触垫。根据现有技术的解决方案，空间变换器是由多层陶瓷(mlc)制成的。有利的是，根据本发明的实施例，中介层23是由多层有机材料(multi-layer organic material，mlo)制成的。使用mlo可以确保与陶瓷材料相比有更大的柔韧性，以及更容易加工(例如，使激光切割更容易，从而节省生产成本)。
[0109]
仍然参考图2，接触元件51包括主体51，主体51在第一端51a和第二相对端51b之间沿纵轴h-h延伸。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。这样一来，接触元件51就不会被固定地固定和约束在中介层23上。
[0110]
在优选的实施例中，接触元件51是垂直接触探针，这样就可以利用这种垂直技术的所有优势。
[0111]
根据本发明的实施例，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可以是在第二加强件部分21"中开出的通孔，其数量与布置在对应容纳座24处的中介层23的模块23m的数量相同。
[0112]
图4示出了从上面看到的第二加强件部分21"的非限制性示例，其中各种容纳座24是可见的。虽然在图4中，容纳座24的形状都是一样的(除了外围的容纳座具有不同的形状以适应中介层的边缘)，但它们也可以具有不同的形状，以及模块23m可以具有彼此不同的形状。
[0113]
换句话说，在一些实施例中，本公开提供了在第二加强件部分21"中初步限定出该多个容纳座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，每个模块在对应的容纳座处被切割。
[0114]
因此，加强件21的设计，例如其第二部分21"的设计，可能很复杂。在本发明的实施例中，加强件21是通过水切割或线edm或较不优选的排屑来成型的，尽管其他工艺是可能的，也不排除其他工艺。
[0115]
在本发明的实施例中，探针卡20包括多个电连接元件25，该多个电连接元件25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，根据一些实施例，在将中介层23连接到第二加强件部分21"之前，电连接元件25被插入对应的容纳座24中。
[0116]
举例来说，电连接元件25可以是导电弹性体、弹簧针或导电夹等形式。
[0117]
此外，根据图5a和图5b所示的本发明的有利的实施例，每个模块23m包括插入第二加强件部分21"的多个容纳座24中的对应容纳座中的凸起23p。更特别的是，所述凸起23p是在将中介层23连接到第二加强件部分21"之前，因此在切割所述整块材料之前，通过对中介层23的整块材料进行整形(例如通过铣削所述整块材料)而形成的。举例来说，凸起23p可以从整块材料的主体中突出，其值例如在0.5毫米和4毫米之间变化，优选2毫米，所述值确保固定区域的良好强度。
[0118]
换句话说，在本实施例中，每个模块23m包括容纳在对应的容纳座24中的凸起23p，以及紧贴到第二加强件部分21"的下端面上的降低部分(即肩部s)。
[0119]
根据本公开的实施例，该多个模块23m中的每个模块都通过螺钉26，优选通过两个
螺钉26被约束到第二加强件部分21"。例如，如图5a和5b所示，可以在每个模块23m的两个相对的角落处提供螺钉26。
[0120]
显然，可以使用不同数量的螺钉，也可以采用不同的方法将中介层23附接到第二加强件部分21"。例如，在备选实施例中，中介层23可以胶粘在第二加强件部分21"上。
[0121]
在任何情况下，无论连接方式如何，中介层23在被切割之前总是作为整块材料被紧固(约束)在加强件21(例如，第二加强件部分21")。因此，完全分离成模块总是发生在将所述整块固定在加强件21上之后。
[0122]
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。每个模块都配置为测试多个器件，例如1至30个器件的数量。因此，很明显，通过一次测试操作，本发明的探针卡20，由于其大尺寸和与之关联的大量模块23m，能够进行大量器件的测试，同时易于组装，并确保对其部件的热膨胀有良好的控制。
[0123]
现在参考图6的实施例，与探针卡20关联的探针头50包括配置为容纳(至少部分)接触元件51的包容元件或壳体55。
[0124]
包容元件55优选是由选自合适的铁镍合金(例如殷瓦钢、科瓦、合金42和其他)、钛或其合金、铝或其合金、钢、黄铜、macor的材料制成的，但不限制于这些材料。一般来说，考虑到探针卡内，特别是探针头内产生的温度梯度，包容元件55的cte被选择，以补偿由硅制成的晶圆w的变化。一般来说，硅的cte小于2ppm/℃(10-6
/℃)，并且cte在远离晶圆w的探针卡中逐渐增加。指示性地，包容元件55的最佳cte是在3至6ppm/℃(10-6
/℃)之间。
[0125]
探针头50还包括布置在包容元件55的下端面fa'(即面向被测器件dut的面)处的下导引件60，以及布置在所述包容元件55的相对上端面fb'处的上导引件70。
[0126]
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和5ppm/℃之间(10-6
/℃)。
[0127]
因此，包容元件55容纳在下导引件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。
[0128]
探针头50是垂直探针头，其中接触元件51可在对应的导引件60和70中开出的下导引孔60h和上导引孔70h内活动。
[0129]
在本发明的实施例中，包容元件55呈块状，包括在其中制作的多个容纳座57，接触元件51分组容纳在所述容纳座57中。换句话说，包容元件55不仅包括由其外周长58限定出的单一内部空隙，而且如图7所示，它包括由内壁或臂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那里的导引件提供支撑。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。
[0130]
显然，图7中表示的结构只是指示性的，并不限制本发明的范围。例如，尽管所述图表示的是形状基本相同的容纳座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，壳体没有必要是圆形的，可以采用任何合适的形状。例如，该形状也可以是多边形(八边形、十六边形等)，甚至是正方形或矩形。
[0131]
仍然参考图6，根据本发明的另一有利的实施例，至少下导引件60(优选两个导引件60和70)包括多个导引件部分60p，这些导引件部分60p是通过切割最初与包容元件55连接的单板而获得的。如前所述，优选将上导引件70也分为多个导引件部分70p，这些导引件部分由间隙g'相互隔开。这些不同的导引件部分(相互独立并彼此分离)由包容元件55机械
地支撑，如前所述，由于臂59的存在，它作为支撑结构，配置为支撑所述单个导引件部分60p和70p。
[0132]
一般来说，导引件的隔板和中介层的隔板之间没有关系，即使在特定的实施例中，不排除中介层和导引件采用相同样式的可能性。
[0133]
换句话说，至少通过以下步骤制造探针头50：
[0134]-提供用于至少部分容纳接触元件51的包容元件55；
[0135]-将下导引件60布置在包容元件55的下端面fa'处；
[0136]-将上导引件70布置在包容元件55的上端面fb'处，使得包容元件55插在下导引件60和上导引件70之间。
[0137]
两个导引件60和70最初都是与包容元件55连接的单板形状，因此，该方法还包括以下步骤：
[0138]-至少切割下导引件60(优选两个导引件60和70)，从而限定出多个导引件部分60p，这些导引件部分相互独立并彼此分离。如同对中介层23所看到的那样，导引件优选通过激光切割来切割。如前所述，对于中介层23，也可以使用一个以上的板(例如两个或三个，在任何情况下都是有限的)，所述板在与包容元件55连接后总是被分成许多独立的导引件部分。
[0139]
在切割导引件之前，导引孔60h和70h是通过对板进行钻孔形成的，例如通过激光切割，而在切割之后，接触元件51(或至少其部分)最终被插入所述导引孔中。然而，也可以采用不太优选的顺序，即在切割后在导引件部分上形成导引孔。
[0140]
在实施例中，下导引件60和上导引件70在切割所述导引件之前被胶粘在包容元件55上，尽管其他连接方法也是可能的。
[0141]
然后，探针头50被固定在探针卡20的其余部分，特别是第二加强件部分21"上，例如通过螺钉固定。
[0142]
有利的是，与已经看到的中介层23类似，彼此分离的各个导引件部分60p和70p的存在可以有效地控制测试期间发生的热移位，特别是在极端温度下的测试期间。前面提到的加工顺序，即首先将导引件60和70以单板的形式连接到包容元件55上，然后将其切割成分离的模块(导引件部分)，是非常有利的，因为它消除了将导引件部分放置在不同位置并相互对准的需要，这将是非常复杂和漫长的，从而节省了生产时间和成本。
[0143]
由于这种配置，探针头50的热膨胀主要与包容元件55的cte有关，可以用简单的方式控制(通过选择和校准上述材料之一)，从而补偿晶圆w的变化，导引件部分之间的分离允许将所述导引件部分从壳体55的变化中释放出来。
[0144]
最后，在本发明的实施例中，接触元件51的第二端51b构造成包括从探针主体51'横向伸出并配置为执行与中介层23的接触的臂52，所述臂52适于参照探针51的纵轴h-h分散接触元件51与所述中介层23之间的接触点。
[0145]
换句话说，在本实施例中，探针头50的接触元件51具有设有从探针主体中伸出并适于接触中介层的臂的接触头，所述臂在长度上因探针而不同地延伸，从而使探针卡的接触垫相对于被测器件dut的接触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限制。可以根据需要选择臂的长度或相对纵向延伸，以获得接触垫的最佳重新分布，从而获得信号的最佳引导，而且还提供了并非所有探针都包括突出的臂的配置。为了清楚起见，
需要指出的是，臂52的长度是沿其纵向发展方向测量的(例如与探针头的h-h轴正交)。
[0146]
适当地，如上所述，本公开的探针卡允许使用带有垂直接触探针的垂直探针头，从而利用上述垂直技术的所有潜力。
[0147]
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中的部分设有合适的保持系统(在图中没有说明，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，而探针则如上所述被保持。只需对探针主体51'进行小的(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。事实上，导引件(或者说它们相应的导引孔)并没有相对于彼此移位允许分成多个导引件部分70p，甚至是上导引件70，而不仅仅是下导引件60，甚至有更好的热移位控制。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动，从而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。
[0148]
总之，本发明提供了一种通过以下方法制造的探针卡，即中介层最初以整块材料的形式被约束在加强件上，随后被切割成多个模块，这些模块相互独立并彼此分离。通过这种方式，中介层最初作为单一的材料块与探针卡关联，而不需要对准单一的模块，这样就可以在测试期间改进对探针卡热膨胀的控制。
[0149]
根据本发明，可以用极其简单的方式在极端温度的测试中控制探针卡各部件的热膨胀，显著减少(如果不是完全消除)所述热膨胀的有害影响。因此，本发明的探针卡能够承受巨大的温度变化(例如从-40℃到+125℃)，而不会发生其部件的弯曲和拱起。
[0150]
更特别的是，由于中介层的各个模块彼此分离，所述中介层与加强件的热膨胀系数无关(即不受后者膨胀的影响)，因此，由于一个模块和另一个模块之间的自由空间允许其相对运动，这种加强件的膨胀不会导致中介层的机械应力。
[0151]
因此，整个探针卡的热膨胀主要是由于上加强件和下加强件的贡献，其热膨胀系数可以以这样的方式进行校准，即这些部件可以在不产生弯曲的情况下膨胀，从而确保探针卡在整个测试温度范围内的平面性(如之前所观察到的，可能在极端值之间变化)。换句话说，中介层各模块的相对独立性(以及pcb与加强件的浮动关联)确保了探针卡的整体热膨胀系数只由加强件进行实质性管理，因此更容易补偿温度梯度和探针卡内的不同膨胀。
[0152]
根据本发明，这种配置是以极其简单的方式获得的，最初将中介层约束到加强件上(特别是约束到最靠近晶圆的第二加强件部分上)，之后才将各个模块完全分离，即只在连接之后。有利的是，所采用的解决方案可以避免将各个模块相互对准，因为一旦切割了中介层(最初是单片材料的形状)，它们就已经完全对准了，大大简化了本发明探针卡的制造和使用。所有这些都大大节省了生产时间和成本，同时获得了更可靠的解决方案，因为各个部件之间没有相对的对准误差。
[0153]
此外，使用空间变换器的mlo使上述过程更容易和更便宜。
[0154]
这对大型探针头来说特别有利，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更加关键。
[0155]
将所述探针卡与探针头结合使用，探针头的导引件也被分成各个分离且独立的部分，可以在极端温度的测试中对热膨胀进行更精细、更有效的控制。在这种情况下，事实上
可以在中介层层面和探针头层面控制cte，提高探针卡整体的热控制程度。换句话说，通过将各个导引件部分彼此分离，可以只控制壳体的热膨胀(对于壳体的热膨胀可以很容易控制)来控制探针头部分的热膨胀，从而在探针卡各部件的热控制中获得额外的自由度：因此更容易管理对热移位的容忍度，这些热移位分散在多个接口上。
[0156]
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卡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限定的本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种用于被测器件(dut)功能测试的探针卡(20)的制造方法，所述方法包括以下步骤：-提供接口板(22)，所述接口板配置为将所述探针卡(20)与测试装置接口连接；-提供加强件(21)；-将中介层(23)连接到所述加强件(21)上，所述中介层(23)为至少一个整块材料的形状；-在连接到所述加强件(21)之后，按照预定的样式切割所述中介层(23)的至少一个整块，从而从所述至少一个整块开始，限定出相互独立并彼此分离的多个模块(23m)；-将所述接口板(22)与所述加强件(21)关联；以及-将探针头(50)与所述中介层(23)关联，所述探针头(50)包括多个接触元件(51)，适于将所述中介层(23)与所述被测器件(dut)的接触垫(p)电连接。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述加强件(21)包括第一加强件部分(21')和第二加强件部分(21")，所述方法包括以下步骤：-将所述接口板(22)布置在所述第一加强件部分(21')和所述第二加强件部分(21")之间，其中，所述中介层(23)与所述第二加强件部分(21")连接。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述中介层(23)的切割是通过激光切割或水切割或二者的组合执行的。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述中介层(23)的整块材料是由多层有机材料(mlo)制成的。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述中介层(23)通过螺钉(26)或胶粘剂，优选为通过所述螺钉(26)紧固到所述加强件(21)。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括通过带间隙的连接元件(22c)将所述接口板(22)与所述加强件(21)关联的步骤，所述带间隙的连接元件(22c)浮动地容纳在所述接口板(22)中制成的多个各自的座(22s)中，以使所述接口板(22)与所述加强件(21)浮动关联。7.根据权利要求2所述的方法，包括在所述第二加强件部分(21")中限定出多个容纳座(24)的预备步骤，所述容纳座(24)的数量与所述中介层(23)的多个模块(23m)的模块数量相同，这些模块布置在各自的容纳座(24)处。8.根据权利要求7所述的方法，包括对所述中介层(23)的整块材料进行成形以在其中形成多个凸起(23p)的预备步骤，所述凸起(23p)在切割所述整块材料之前容纳在所述第二加强件部分(21")的对应容纳座(24)内。9.根据权利要求7或8所述的方法，包括将多个电连接元件(25)插入所述容纳座(24)的步骤，所述电连接元件(25)配置为将所述中介层(23)的多个模块(23m)中的每个模块与所述接口板(22)电连接。10.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feni合金、钛或其合金、铝或其合金、钢、黄铜、macor中选择所述加强件(21)材料的步骤。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述探针头(50)是至少通过以下步骤制造的：
‑
提供配置为至少部分容纳所述接触元件(51)的包容元件(55)；-在所述包容元件(55)的下端面(fa')处布置下导引件(60)，所述下端面(fa')在测试期间面向所述被测器件(dut)；-在所述包容元件(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')另一边，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，并且其中所述导引件(60，70)呈与所述包容元件(55)连接的至少一个单板形状，所述方法还包括以下步骤-切割所述下导引件(60)或所述上导引件(70)中的至少一个，从而限定出相互独立并彼此分离的多个导引件部分(60p，70p)。12.根据权利要求11所述的方法，包括将所述下导引件(60)和所述上导引件(70)胶粘到所述包容元件(55)上的预备步骤，所述方法还包括在所述导引件(60，70)中形成相应的导引孔(60h，70h)用于容纳所述接触元件(51)的步骤，所述步骤是在所述胶粘步骤和所述切割步骤之前执行的。13.一种用于被测器件(dut)功能测试的探针卡(20)，包括：-加强件(21)；-接口板(22)，所述接口板与所述加强件(21)关联，并配置为将所述探针卡(20)与测试装置接口连接；以及-与所述加强件(21)连接的中介层(23)，所述中介层(23)包括相互独立并彼此分离的多个模块(23m)，其中所述中介层(23)的所述模块(23m)是通过切割最初与所述加强件(21)连接的至少一个整块材料而获得的，所述探针卡(20)还包括探针头(50)，所述探针头包括多个接触元件(51)，所述接触元件适于将所述中介层(23)与所述被测器件(dut)的接触垫(p)电连接。14.根据权利要求13所述的探针卡(20)，其中所述加强件(21)包括第一加强件部分(21')和第二加强件部分(21")，所述接口板(22)布置在所述第一加强件部分(21')和所述第二加强件部分(21")之间，并且其中所述中介层(23)连接到所述第二加强件部分(21")。15.根据权利要求13或14所述的探针卡(20)，其中所述中介层(23)是由多层有机材料(mlo)制成的。16.根据权利要求13至15中任一项所述的探针卡(20)，其中所述接触元件(51)包括主体(5)，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)适于接触所述被测器件(dut)的接触垫(p)，所述第二端(51b)适于以非固定的方式接触所述中介层(23)。17.根据权利要求13至16中任一项所述的探针卡(20)，其中所述接口板(22)是印刷电路板(pcb)。18.根据权利要求13至17中任一项所述的探针卡(20)，其中所述中介层(23)包括数量为从50至150不等的模块。19.根据权利要求13至18中任一项的探针卡(20)，其中所述加强件(21)是由殷瓦钢、科瓦、合金42或feni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。
20.根据权利要求13至19中任一项所述的探针卡(20)，包括带间隙的连接元件(22c)，适于将所述接口板(22)连接到所述加强件(21)，所述带间隙的连接元件(22c)浮动地容纳在所述接口板(22)中制成的多个各自的座(22s)中，所述带间隙的连接元件(22c)配置为以浮动的方式将所述接口板(22)与所述加强件(21)关联。21.根据权利要求14所述的探针卡(20)，其中所述多个模块(23m)中的每个模块通过至少两个螺钉(26)紧固到所述第二加强件部分(21")。22.根据权利要求14所述的探针卡(20)，其中所述第二加强件部分(21")包括多个容纳座(24)，并且其中在所述容纳座(24)中的每一个容纳座处都容纳有所述中介层(23)的多个模块(23m)中的对应模块。23.根据权利要求22所述的探针卡(20)，包括多个电连接元件(25)，容纳在所述容纳座(24)中，并配置为将所述中介层(23)和所述接口板(22)彼此电连接。24.根据权利要求22所述的探针卡(20)，其中每个模块(23m)包括凸起(23p)，所述凸起插入所述第二加强件部分(21")的多个容纳座(24)的相应容纳座中。25.根据权利要求13至24中任一项所述的探针卡(20)，其中所述探针头(50)包括：-配置为至少部分容纳所述接触元件(51)的包容元件(55)；-布置在所述包容元件(55)的下端面(fa')处的下导引件(60)，所述下端面(fa')在测试期间面向所述被测器件(dut)；和-布置在所述包容元件(55)的上端面(fb')处的上导引件(70)，所述上端面(fb')在所述下端面(fa')的另一边，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，所述导引件(60，70)中的至少一个被分成彼此分离的多个导引件部分(60p，70p)，所述导引件部分(60p，70p)是通过切割与所述包容元件(55)连接的至少一个单板而获得的。26.根据权利要求25所述的探针卡(20)，其中所述包容元件(55)是由殷瓦钢、科瓦、合金42或feni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，和/或，其中，所述导引件(60，70)是由陶瓷材料制成的。27.根据权利要求25或26所述的探针卡(20)，其中所述包容元件(55)包括由内部臂(59)限定出的多个容纳座(57)。

技术总结
本申请公开了一种用于被测器件(DUT)功能测试的探针卡(20)的制造方法，包括以下步骤：提供接口板(22)，该接口板配置为将探针卡(20)与测试装置接口连接；提供加强件(21)，将中介层(23)连接到加强件(21)，所述中介层(23)呈至少一个整块材料的形状；在连接到加强件(21)之后，按照预定的样式切割中介层(23)的至少一个整块，从而限定出相互独立并彼此分离的多个模块(23m)；将接口板(22)与加强件(21)关联；以及将探针头(50)与中介层(23)关联，探针头(50)包括多个接触元件(51)，适于将中介层(23)与被测器件(DUT)的接触垫(P)电连接。本申请还描述了一种通过所述方法获得的探针卡(20)。一种通过所述方法获得的探针卡(20)。一种通过所述方法获得的探针卡(20)。


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：2023/8/1