CN101111772A - 平版印刷制作的探针元件的成形方法 - Google Patents

平版印刷制作的探针元件的成形方法 Download PDF

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CN101111772A CNA200580047211XA CN200580047211A CN101111772A CN 101111772 A CN101111772 A CN 101111772A CN A200580047211X A CNA200580047211X A CN A200580047211XA CN 200580047211 A CN200580047211 A CN 200580047211A CN 101111772 A CN101111772 A CN 101111772A
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巴哈德尔·图纳博伊卢
爱德华·L·马兰托尼奥
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Abstract

提供了一种用于对被配置为在探针卡中使用的探针元件的针尖进行成形以与要被检测的半导体装置的接触部建立电连通的方法。该方法包括:(a)平版印刷制作多个探针元件,每个探针元件具有针尖部;以及(b)从多个探针元件的针尖部去除材料,以将每个针尖部形成为适合于刺穿要被探针元件探测的表面的污染物层的形状。

Description

平版印刷制作的探针元件的成形方法
相关申请的交叉参考
本申请要求于2004年12月3日提交的美国临时申请No.60/633,017的优先权,其内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及用于测试集成电路的装置。更特别地,本发明涉及一种用于对***至用于半导体集成电路测试的探针卡中的平版印刷制作(lithographically produce)的探针元件进行成形的方法。
背景技术
在半导体集成电路制造中,通常在制造期间以及出货之前测试集成电路(“IC”),以确保正常的操作。晶片测试是公知的测试技术,其通常用于安装有晶片的半导体IC的产品测试,其中,在自动测试装置(automatic test equipment,ATE)与安装于晶片上的每个IC之间建立临时电流,以证明IC的正常性能。晶片测试中使用的示例性部件包括ATE测试板,其是多层的印刷电路板,连接至ATE,并在ATE与探针卡之间来回传送测试信号。示例性探针卡是通常包含用于与IC晶片上的一系列连接端子(或小片接触部(diecontact))建立电接触所设置的数百个探针(或“柔性探针”)的印刷电路板。
可从Willo Grove,PA的Kulicke and Soffa Industries,Inc.获得已知的探针卡。特定的探针卡包括:印刷电路板;探针头,具有多个柔性探针;以及空间变压器,其将探针电连接至印刷电路板。空间变压器可包括多层陶瓷衬底,或可选地包括多层有机物衬底。
利用平版印刷技术制作多个柔性探针是已经公知的。例如,美国专利No.6,616,966(Mathier等人)和No.6,677,245(Zhou等人)均公开了制作柔性探针的平版印刷方法。
使用探针卡的一个难点在于:与柔性探针接触的集成电路小片接触部或焊盘的表面通常由容易氧化而形成电绝缘氧化层的诸如铝或铜的金属形成。期望通过柔性探针破坏这种氧化层,以在每个小片接触部与每个柔性探针之间建立正常的电连通。因此,期望以提高柔性探针刺穿氧化层的能力的方式来形成每个柔性探针的针尖轮廓。然而,利用常规的平版印刷技术,难以提供具有最适合于刺穿小片接触部氧化层的期望尖缘的柔性探针针尖。
因此,希望提供一种方法,通过该方法可以对平版印刷制作的探针元件进行成形,以提高探针元件与小片接触部建立电连通的能力。
发明内容
根据本发明的示例性实施例,提供了一种处理被配置为在探针卡中使用的探针元件的方法。该方法包括:平版印刷制作多个探针元件,每个探针元件具有尖部。该方法还包括:从多个探针元件的针尖部去除材料,以将每个针尖部形成为适合于刺穿要被探针元件探测的表面的污染物层的形状。
根据本发明的另一示例性实施例,提供了一种处理被配置为在探针卡中使用的探针元件的方法。该方法包括:制作多个探针元件,每个探针元件具有针尖部。该方法还包括:从多个探针元件的针尖部去除材料,以将每个针尖部形成为适合于刺穿要被探针元件探测的表面的污染物层的形状。去除步骤包括:从针尖部激光切除材料。
根据本发明的再一个示例性实施例,提供了一种处理被配置为在探针卡中使用的探针元件的方法。该方法包括:平版印刷制作多个探针元件,每个探针元件具有针尖部。该方法还包括:从多个探针元件的针尖部去除材料,以将每个针尖部形成为适合于刺穿要被探针元件探测的表面的污染物层的形状,去除步骤包括从针尖部激光切除材料。
通过后面对附图中所示的优选实施例的详细描述,本发明的上述和其它特征以及本发明的优点将变得更加显而易见。应该明白,可以在多个方面对本发明进行修改,并且所有这些修改都不背离本发明。因此,应当认为附图和描述的本质是说明,而不是限制。
附图说明
出于示出本发明的目的,在附图中示出了本发明目前优选的形式;应当理解,本发明并不限于所示出的具体布置和手段。在附图中:
图1是示出根据本发明的示例性实施例的提供探针元件的方法的方框图;
图2A示出了根据图1中所示的示例性方法处理的示例性探针针尖形状;
图2B示出了图1所示的方法能够制作的特定的示例性探针针尖形状;
图3A示出了使用激光从平版印刷制作的探针针尖去除材料的示例性材料去除***;以及
图3B示出了使用激光从平版印刷制作的探针针尖去除材料的另一示例性材料去除***。
具体实施方式
根据本发明的示例性实施例,本发明致力于与具有外部氧化层的小片接触部建立电连通的探针卡中使用的平版印刷制作的探针元件的成形方法。该方法包括以下步骤:平版印刷制作多个探针元件;以及使用减去处理(subtractive process)从多个探针元件的每个针尖去除材料以将每个针尖形成为适合于刺穿氧化层的形状。例如,减去处理可以是激光切除。另外,该方法可以包括化学研磨(polish)每个探针元件针尖的步骤。
例如,可以将多个探针元件平版印刷制作在薄片中,使这些探针元件通过连杆(tie bar)等连接,其中,连杆也是在平版印刷处理期间制作的。在根据本发明的探针元件处理(例如,对探针元件的针尖部进行成形)之后,可以从薄片分离(singulate)出探针(例如,通过切割将探针元件保持至薄片的连杆等),然后将分离出的探针元件结合(例如,楔形结合)至衬底(例如,诸如MLO或MLC空间变压器的空间变压器、PCB等)的接触部位置,其中,衬底被配置为探针卡的一部分。
参照附图,示出了对与探针卡连接使用以与半导体装置(例如,晶片形式的半导体装置,未示出)的接触部建立电连通的平版印刷制作的探针元件30的针尖进行成形的方法10,其中接触部可能具有污染物层(例如,外部氧化层,未示出)。具体参照图1,方法10包括步骤12:平版印刷(例如,使用光刻(photolithography)、立体平版印刷等)制作多个探针元件30。在半导体制造领域中,步骤12是常规的并且是公知的。典型的平版印刷处理通常涉及层压期望的材料、对层压的材料进行遮盖以限定精确的产品形状,对遮盖的材料进行UV成像、去除掩模、然后显影成像的材料。也可设计其它平版印刷处理来制作探针元件。
参照图2A,探针元件30均具有针尖32。例如,通过平版印刷处理12在第一方向制作/成形针尖32。如图2A的左侧部分中所示,通过平版印刷成形针尖32,使得针尖32中存在棱,其中,棱是由针尖32附近X方向上较少的材料限定的。通过诸如激光切除的减去处理从探针针尖32去除(例如,如图2A中所示的Y方向箭头所示)多余的材料,以将成形的探针针尖34(见图2A的右侧)形成为适合于刺穿诸如氧化层的污染物层(未示出)的形状。
例如,成形的探针针尖34可具有图2A所示的金字塔状之外的形状。图2B提供了探针针尖的侧透视图和顶视图,探针针尖具有其它的示例性形状,例如,不规则四边形形状40、抛物线形状42、和等高线(contoured)形状44。
完全(complete)处理可以产生进一步限定接触针尖表面的尺寸的一系列特定形状。在探针30的操作中,针尖34施加至小片接触部表面(或要被测试的装置的其它接触部表面)的摩擦量取决于多种参数,包括例如,小片接触部材料、针尖34的尺寸和形状、探针30的驱动过度(overdrive)距离和弹性。成形的针尖34的定向被设计为与探针和小片表面接触时的所设计的探针的摩擦力共同起作用,优选地,为了产生最小的阻力并获得最长的寿命,将污染物(例如氧化层)从小片接触部表面推开而只产生最少的碎屑。
参照图1和图3A,方法10进一步包括步骤14:将探针元件30安装至支撑板50。支撑板50可以相对于切除激光器60移动。将支撑板50相对于激光器60定向,使激光器的光束62以适合于从针尖32去除材料以形成期望针尖形状的角度对准探针针尖32(步骤16)。可以将承载探针30的支撑板50相对于激光器60倾斜一角度以获得期望的最终针尖形状。如图3A中所示,还以相对于支撑该支撑板50的表面50A成一角度设置支撑板50。应该明白,可以相对于激光器60以一角度配置表面50A(例如,表面50A可以是有角度工作台等的表面),从而不采用可移动的(可移动以提供一角度)支撑板50。
校准激光器60(例如,使用滑架64沿着轨架(gantry)66)相对于多个探针针尖32的位置、能量级、以及移动速率,以精确地确定将要从每个探针针尖32去除的材料的正确数量。例如,沿第一通道在探针针尖32上扫描激光器60,以从每个探针针尖32去除材料(步骤18)。在本发明特定的示例性实施例中,然后,相对于探针针尖32重定向激光器60,并沿第二通道扫描去除多余材料,以形成期望的针尖形状(步骤20)。例如,可以翻转探针30,从而可对每个针尖32的相对侧进行成形。
例如,利用切除激光执行减去处理。用于这种处理的示例性激光类型是二极管激发的ND:YAG激光。然而,也可使用激态原子、CO2、或其它类型的激光。可选地,还可采用其它方法,例如微电极放电加工(micro-electrode discharge machining,缩写为μEDM)。关于μEDM处理,见“Non-damage Probing and Analysis of ILDDamage at Scrub Marks”,J.Yorita,et al.,Sumitomo Electric Industries,2004 Southwest Test Workshop Proceedings,June 7,2004。
可以化学研磨探针针尖(步骤22)。探针材料确定要使用的理想化学研磨溶液。对于特定的BeCu探针,0.5%的硝酸溶液、45.5%的磷酸溶液、和50%的乙酸溶液提供了很好的效果。将探针在室温下或稍高的温度(35℃)下浸入溶液中持续1至5分钟,然后用去离子水轻轻地冲洗。对于特定的镍合金,40℃的稀释(10∶1)硝酸或硫酸的研磨溶液提供了很好的效果。示例性的技术是将成形的薄片部件浸入蚀刻剂中持续很短的时间(例如,1到2分钟),然后用去离子水冲洗。如果边缘上留有残渣,则可以提高蚀刻的酸浓度和/或时间。可将该步骤与随后镀敷处理的表面准备步骤相结合。
在图3A中,激光器60通过滑架64沿轨架66移动。相反,在图3B中所示的可选结构中,相对于轨架66A固定地设置激光器60A。镜68被配置为通过滑架64A沿轨架66A移动,使光束62A(从激光器60A发出)从镜68反射至探针针尖32。图3B是图3A的一种可选结构,当然,在本发明的范围内可以设想其它的结构。
尽管图1具有以特定顺序提供的步骤,然而本发明并不限于此。例如,可以将步骤中的某几个省略,或用可选的步骤进行替换。同样,在本发明的特定结构中,可以重新排列步骤的顺序。
尽管图3A-3B示出了具有特定形状(例如,弯曲的探针元件)的探针元件30,然而本发明并不限于此。本发明涉及任意类型的平版印刷(例如,使用光刻、立体平版印刷等)制作的探针元件。
尽管已经关于特定的成形技术(例如,激光切除、微电极释放加工等)描述了本发明,但本发明并不限于此。显然可以设想其它技术。
尽管图3A-3B示出了用于在减去处理期间设置(与在平版印刷期间形成的连接杆等连接的)探针元件30组的示例性支撑结构,但本发明并不限于此。例如,本发明并不限于使用如图3A-3B中所示的支撑板50那样的可以以一角度定向的支撑板。该图示的结构实质上是示例性的。
在本发明的特定的示例性实施例中,可以通过除平版印刷处理以外的技术来形成探针元件,例如,冲压(stamping)、蚀刻、镀敷(plating)等。
在不背离本发明精神和本质属性的情况下,可以以其它特定的形式来实施本发明。尽管关于本发明的示例性实施例描述并示出了本发明,但是本领域技术人员应当理解,在不背离本发明精神和范围的情况下,可以在本发明中以及对本发明做出上述和多种其它的改变、省略、和附加。

Claims (20)

1.一种处理被配置为在探针卡中使用的探针元件的方法,所述方法包括以下步骤:
平版印刷制作多个探针元件,所述多个探针元件中的每个探针元件具有针尖部;以及
从所述多个探针元件的所述针尖部去除材料,以将每个针尖部形成为适合于刺穿要被所述探针元件探测的表面的污染物层的形状。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述去除步骤包括:激光切除以去除所述材料。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述去除步骤包括:微电极放电加工以去除所述材料。
4.根据权利要求1所述的方法,进一步包括:在所述去除步骤之后,研磨每个探针元件的所述针尖部。
5.根据权利要求4所述的方法,其中,所述研磨步骤包括:化学研磨所述探针元件的所述针尖部。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,所述去除步骤包括:去除所述材料以将所述针尖部形成为不规则四边形形状、抛物线形状、等高线形状、或金字塔形状。
7.根据权利要求1所述的方法,其中,所述去除步骤包括:在第一去除步骤中从所述针尖部的第一侧去除所述材料,然后在第二去除步骤中从所述针尖部的第二侧去除所述材料。
8.根据权利要求1所述的方法,进一步包括:以所述多个探针元件的侧面将所述多个探针元件支撑在支撑板上,所述支撑板被配置为以一角度相对于用于去除所述材料的结构体定向。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,所述支撑步骤包括:以所述多个探针元件的侧面将所述多个探针元件支撑在所述支撑板上,所述支撑板被配置为以一角度相对于用于去除所述材料的激光切除装置定向。
10.一种处理被配置为在探针卡中使用的探针元件的方法,所述方法包括以下步骤:
制作多个探针元件,所述多个探针元件中的每个探针元具有针尖部;以及
从所述多个探针元件的所述针尖部去除材料,以将每个所述针尖部形成为适合于刺穿要被所述探针元件探测的表面的污染物层的形状,所述去除步骤包括从所述针尖部激光切除所述材料。
11.根据权利要求10所述的方法,其中,所述制作步骤包括:平版印刷制作所述多个探针元件。
12.根据权利要求10所述的方法,进一步包括:在所述去除步骤之后,研磨每个所述探针元件的所述针尖部。
13.根据权利要求12所述的方法,其中,所述研磨步骤包括:化学研磨所述探针元件的所述针尖部。
14.根据权利要求10所述的方法,其中,所述去除步骤包括:去除所述材料以将所述针尖部形成为不规则四边形形状、抛物线形状、等高线形状、或金字塔形状。
15.根据权利要求10所述的方法,其中,所述去除步骤包括:在第一去除步骤中从所述针尖部的第一侧去除所述材料,然后在第二去除步骤中从所述针尖部的第二侧去除所述材料。
16.根据权利要求10所述的方法,进一步包括:以所述多个探针元件的侧面将所述多个探针元件支撑在支撑板上,所述支撑板被配置为以一角度相对于用于去除所述材料的结构体定向。
17.根据权利要求16所述的方法,其中,所述支撑步骤包括:以所述多个探针元件的侧面将所述多个探针元件支撑在所述支撑板上,所述支撑板被配置为以一角度相对于用于去除所述材料的激光切除装置定向。
18.一种处理探针卡中使用的探针元件的方法,所述方法包括以下步骤:
平版印刷制作多个探针元件,所述多个探针元件中的每个探针元件具有针尖部;以及
从所述多个探针元件的针尖部去除材料,以将每个所述针尖部形成为其适合于刺穿要被所述探针元件探测的表面的污染物层的形状,所述去除步骤包括从所述针尖部激光切除所述材料。
19.根据权利要求18所述的方法,其中,所述去除步骤包括:去除所述材料将所述针尖部形成为不规则四边形形状、抛物线形状、等高线形状、或金字塔形状。
20.根据权利要求18所述的方法,其中,所述去除步骤包括:在第一去除步骤中从所述针尖部的第一侧去除所述材料,然后在第二去除步骤中从所述针尖部的第二侧去除所述材料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106990271A (zh) * 2015-12-16 2017-07-28 旺矽科技股份有限公司 微机电探针及其制造方法以及探针组结构
CN107250809A (zh) * 2014-12-30 2017-10-13 泰克诺探头公司 用于测试头的接触探针的制造方法

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