CN107710004A - 集成电路测试环境中探针卡组件的改进的电源瞬变性能（电源完整性） - Google Patents

集成电路测试环境中探针卡组件的改进的电源瞬变性能（电源完整性） Download PDF

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Abstract

本发明基本描述了用于实现对裸片的低阻抗(超频)功率输送的三个不同的实施例。这种高频低阻抗使裸片能够以封装级速度工作，从而降低封装级的成品率损失。每个实施例解决了整个晶圆探针应用的稍微不同的方面。然而，在每个实施例中，本公开的关键改进是相对于现有技术用于供电过滤/去耦的无源元件的位置。所有的三个实施例都需要一种方法将无源元件嵌入到间距转换基板的附近或物理地在间距转换基板内。

Description

集成电路测试环境中探针卡组件的改进的电源瞬变性能(电 源完整性)
背景技术
1.技术领域
本发明为一种用于解决与为单片(singulated)或非单片(unsingulated)裸片(die)(晶圆(wafer))形式的超高速集成电路器件的自动化测试相关的电源完整性问题的结构。特别地，本发明提供一种用于改进的间距转换基板(pitch translation substrate)且用于定位或嵌入更靠近间距转换基板的无源元件的结构。
2.定义
为了更好地理解本发明的公开内容，下面定义了某些术语。
探针卡：多层印刷电路板，通常为3毫米至8毫米厚。其被用作从(自动)测试***到间距转换基板的电信号路由接口。探针卡本身转换间距，但尺寸更大。探针卡还为间距转换基板和探针外壳提供机械支撑。为了清楚起见，在附图中描述并示出了探针卡。
间距转换基板：间距转换基板(PTS)提供探针卡和探针外壳组件之间的接口。标准印刷电路板材料不允许足够小的间距来支持集成电路裸片上的电连接图案。PTS使用特殊材料，且比探针卡要小得多，允许电信号路由存在于裸片和探针卡之间。大多数PTS器件通常是由于用于制造它们的材料而为人们所熟知。这些材料包括但不限于“MLC”(多层陶瓷)、“MLO”(多层有机物)，“Si Sub”(硅基板)、“Glass sub”(玻璃基板)。本公开的主要焦点为PTS，因为改进的电源完整性需要对这种结构进行改变。
探针外壳组件：探针外壳组件包括集成电路裸片和PTS之间的实际电探针。为了清楚起见，在图中描述并示出了探针外壳。
裸片：裸片参考实际的电集成电路，整个探针组件设计用于测试所述实际的电集成电路。通常裸片在硅晶圆上整批制造；本文件将此形式称为“非单片”的形式。非单片的形式是裸片测试最常见的形式。裸片可以以“单片”的形式单独测试，其中每个裸片与晶圆物理上分离。裸片也可以以“重构”晶圆的形式进行测试，其中裸片的放置间距与原始晶圆不同。探针组件包括探针卡、间距转换基板和探针外壳，其用于以这三种形式中的任一种进行裸片测试。解决本公开中的电源完整性/阻抗问题的主要目的在于实现在封装之前对裸片的测试尽可能接近其任务模式(最终用户应用)。
晶圆：晶圆的直径通常为200mm、300mm或450mm，是制造每个单独裸片的基础。一个晶圆可能包含30-40到几千个为非单片形式的单独裸片。为了清楚起见，晶圆在图中示出。如图所示，读者应认为测试探针连接到晶圆上的单独的裸片。
卡盘：卡盘为一大的压板，通常由金属制成，在测试过程中支撑和夹持晶圆/晶片。卡盘也是移动机构，从一个裸片到另一个裸片，以便可以对每个晶片进行测试。为了清楚起见，卡盘在附图中示出。
电源完整性：描述当器件工作时设置于电源和接地引脚上的探针组件在多大程度上能够满足瞬变电流的要求。对于电源完整性来说关键的指标图是“供电回路阻抗”与频率。
供电回路阻抗：这是当被测集成电路(裸片)对电源引脚施加正弦或瞬变电流需求时经过探针组件的电源和接地引脚(电源引脚)将下降的电压的度量(频域F中的电压降/电流)。电源回路阻抗越低，电压降越小。回路阻抗表示电源和接地引脚都已包括在内。
在过于简化的术语中，回路阻抗在工业中经常被描述为“自感”，其中自感(LS)等于回路电感(LL)的1/2，且|j2πFLL|等于与简单电感相关的回路阻抗。“回路阻抗”是更为正确和通用的术语，因为它解释了电源至地的路径中的非理想电感器的情况，例如谐振点。
数据眼：由于供电回路阻抗可能不会直接转化为性能的改善，数据眼也被用作可视指标图。数据眼使用周期时分将来自被测裸片的数据流中的数字数据叠加，通常与运行时钟或嵌入式时钟相关联。一开放的中心数据眼表示良好的运行界限，当眼中心关闭时就可能出现错误。
柔性电互连(Compliant Electrical Interconnect)：一种电互连装置，需要一定程度的压缩，以实现在两个不同表面上的期望的焊盘(pad)之间的电接触。柔性互连允许两个表面之间更高程度的共面差异、运动(即热膨胀释放)，且通常易于互换。实例包括但不限于弹簧接触探针、导电弹性片和导电弹性引脚。
永久电互连：一种电互连装置，实现在两个不同表面上的期望的焊盘之间的永久连接和电接触。永久互连的特征在于较低的接触电阻、较高的结构刚度以及使两个表面脱粘的较大的热和力的作用。实例包括但不限于焊料和热声波(thermal-sonically)粘合的铜柱。
再分配层(RDL)：一电路由层，存在于间距转换基板内，并用于从裸片的非常小的间距到探针卡的很大的间距的点对点连接。在许多情况下，可能会有中间步骤和多个互连再分配层。
3.相关技术
图11示出了相关的现有技术的剖视图，并仅供参考。在现有技术中，晶圆探针或裸片探针装置包括探针卡[80]、连接机构[82]和间距转换基板[81]、探针和探头[83]以及晶圆探针卡盘(仅卡盘)[85]。在工作中，卡盘[85]在X-Y方向上从裸片移动到裸片。当下一个待测裸片已经到达时，卡盘[85]将晶圆/裸片[84]升起到探头[83]中。探针[83]与晶圆[84]上的裸片形成机械接触，从而提供导电通路，允许对裸片[84]进行测试。
在现有技术中，无源电气元件86(通常为电容器)在其工作期间和在电测试时为来自裸片[84]的瞬变电流需求(充电/时间)提供电荷存储。现有技术中的常规做法是使用间距转换基板[81]上的裸片[84]正上方的区域和探测卡[80]进行布线。
无源电气元件[86]和晶圆[84]上的待测试裸片之间的物理距离直接影响无源电气元件[86]中存储的电荷能够传送到什么程度以满足裸片[84]的瞬变电流需求。如果距离较长，由于距离的长度将会出现更多的延迟。由于去耦电容器起到RF短路的作用，因此该延迟通常具有高达～1GHz的电感效应，并随着频率增加而在更高的阻抗和更低的阻抗之间振荡(参见图12B)。这是一种常见分布的阻抗影响。由于探针卡的厚度因应用的不同而不同，谐振点的确切位置也会改变。净影响显示在图13B、14B、15B和16B中。根据图13B和14B所示的数据眼，裸片在667MB/s和1000MB/s之间恰当地停止工作。图16B示出1GHz时钟。在这种情况下，振铃趋向于对齐，但边缘过渡严重失真。
以稍微过度简化的术语来说，问题可以通过将有效回路阻抗简化为回路电感LL来解释。电压降等于回路电感乘以瞬变电流需求相对于时间的导数，ΔV＝LL×dI/dt。当裸片上的晶体管处于过渡状态时，会产生瞬变电流，且简单地说，与晶体管必须驱动的寄生电容Cp和部分开/关的电流有关。随着LL的增大，晶体管的输出响应具有延迟的、衰减的正弦振铃或延迟的降低的边缘。在此简化的情况下，两种可能的响应都与LL和CP的主要二阶响应有关——常常被建模为二阶微分方程。振铃在图14B中最显而易见。
4.
标准的现有技术使用回流焊接工艺将无源元件连接到探针卡上。这种连接方法造福了行业知识和实施例30多年。因此成本低廉且可靠——都是以牺牲性能为代价的。提供克服与上述现有技术方案相关的上述问题的一种或多种结构将是合乎需要的。
发明内容
本发明提供一种用于改进的间距转换基板且用于定位或嵌入更靠近间距转换基板的无源元件的结构。本发明基本上提供了这种结构的三个不同的实施例，用于实现对裸片的低阻抗(超频)功率输送。这种高频低阻抗使裸片能够以封装级速度工作，从而降低封装级的成品率损失。每个实施例解决了整个晶圆探针应用的稍微不同的方面。然而，在每个实施例中，本公开的关键改进是相对于现有技术用于供电过滤/去耦的无源元件的位置。所有的三个实施例都需要一种方法将无源元件嵌入到间距转换基板的附近或物理地在间距转换基板内。
本发明的第一实施例(参见图1-4)将去耦元件和平面嵌入到一***件结构中，所述***件结构也作为间距转换基板和探针卡之间的连接机构。该实施例具有可互换性的优点，因为间距转换基板可以是高容量测试中的耗损元件。尽管比现有技术更好，但是相对于其它实施例出现了一些性能下降。第一实施例可以与任何形式的间距转换基板一起使用。但是，玻璃和硅基板的短的电长度最有利。
第二实施例(参见图5-7)将去耦元件直接连接至上表面间距转换基板。基板安装在保护性机械外壳上，也提供了与探针卡的电气连接。该实施例具有更大的功率完整性和可互换性的优点。然而，替换机构比第一实施例更昂贵。第二实施例需要玻璃和硅基板的短的电长度来实现其优点。
第三实施例(参见图8-10)将去耦元件直接完全嵌入到薄电信号再分配层正下方的间距转换基板。该实施例以牺牲可互换性为代价，具有最大的功率完整性性能。耗损后必须更换整个组件。第三实施例可以以任何适用的材料构建。
附图说明
图1-4基本描述了本发明的第一实施例，示出了将去耦元件和平面嵌入到一***件结构中的结构，所述***件结构也作为间距转换基板和探针卡之间的连接机构，其中：
图1为本发明的第一实施例的部分分解剖视图，其中显示了本发明为将去耦元件和平面嵌入到一***件结构中的结构，所述***件结构也作为间距转换基板和探针卡之间的连接机构；
图2为如图1所示的本发明第一实施例的完全组装后的剖视图；
图3为如图1和2所示的本发明的类似的实施例，其中间距转换基板被焊接至用于去耦元件和平面的***件结构；
图4为如图3所示的本发明的类似的实施例，除了间距转换基板被焊接到探针卡；
图5-7基本示出了本发明的第二实施例，其中去耦元件提供有用于直接连接至上表面间距转换基板的结构，其中：
图5为本发明的第二实施例的局部分解剖视图，其中本发明被示出为用于去耦元件的一结构，以直接连接上表面间距转换基板的顶部；
图6为图5所示的第二实施例的完全组装后的视图；
图7为如图5和6所示的本发明的类似的实施例，除了间距转换基板被焊接到探针卡；
图8-10基本示出了本发明的第三实施例，其中去耦元件直接完全嵌入到薄电信号再分配层下方的间距转换基板中，其中：
图8为本发明的第三实施例的部分分解剖视图，其中本发明被示出为一结构，其中去耦元件完全嵌入至薄电信号再分配层正下方的间距转换基板，
图9为图8所示的第三实施例完全组装后的剖视图，
图10为如图8和9所示的本发明的类似的实施例，除了间距转换基板被焊接到探针卡；
图11为现有技术结构的剖视图；
图12为示出了与图11的现有技术的结构相比较第一实施例(图1-4)和第三实施例(图8-10)的频域中的供电回路阻抗的曲线图；
图13为与现有技术(图11；B)相比，对于第三实施例(图8-10；A)的简单图案数据眼@667Mb/s的图示
图14为与现有技术(B)(图11)相比，第三实施例(A)(图8-10)的简单图案数据眼@1Gb/s的图示
图15为与现有技术(B)(图11)相比第三实施例(A)(图8-10)的简单图案数据眼@2GB/s的图示
图16：示出了与现有技术(B)(图11)相比，第三实施例(A)(图8-10)的电压与时域时钟图案
图17：为示出本发明所有实施例的用于相对于间距转换基板上的电容器位置和/或嵌入式元件***件的信号的布线的俯视图；
图18为图1的间距转换基板的放大图；
图19为图5的间距转换基板的放大图；以及
图20为图8的间距转换基板的放大图；
具体实施方式
附图1-20中的各个实施例的元件编号如下所示：
图1：具有柔性互连的第一实施例的分解剖视图
1.探针卡印刷电路板(PCB)
2.具有单个裸片的待探测晶圆
3.支撑探针卡盘
4.探针外壳
5.探针机构
6.PCB至ECI的柔性互连
7.用于#6的压缩停止外壳
8.嵌入的元件，无源式
9.嵌入式元件***件(ECI)基板
10.ECI至PTS的柔性互连
11.用于#10的压缩停止外壳
12.带有贯通的“玻璃”或“硅”通孔的间距转换基板(PTS)
13.嵌入式元件***件组件，由#6-#11组成
14.ECI/PTS组件，替代现有技术(例如，MLO、MLC)
15.探头组件
图2：第一实施例(图1)，所示为组装后并探测裸片
16.探针卡印刷电路板(PCB)(与图1.1相同)
17.具有单个裸片的待探测晶圆(与图1.2相同)
18.支撑探针卡盘(与图1.3相同)
19.ECI/PTS组件，替代现有技术(例如，MLO、MLC)(与图1.14相同)
20.探头组件(与图1.15相同)
图3：与第一实施例的微小偏差1：PTS至ECI之间使用永久电互连
21.探针卡印刷电路板(PCB)(与图1.1相同)
22.具有单个裸片的待探测晶圆(与图1.2相同)
23.支撑探针卡盘(与图1.3相同)
24.ECI/PTS组件，替代现有技术(例如，MLO、MLC)(与图1.14类似，只是元件10、11换成永久互连)
25.探头组件(与图1.15相同)
26.ECI和PTS之间的永久导电互连机构(焊料、铜柱)
图4：与第一实施例的微小偏差2：在PTS ECI组件和探针卡之间使用永久电互连
27.探针卡印刷电路板(PCB)(与图1.1相同)
28.具有单个裸片的待探测晶圆(与图1.2相同)
29.支撑探针卡盘(与图1.3相同)
30.ECI/PTS组件，替代现有技术(例如，MLO、MLC)(与图1.14类似，只是元件6、7和10、11换成永久互连)
31.探头组件(与图1.15相同)
32.ECI和PTS之间的永久导电互连机构(焊料、铜柱)
33.ECI/PTS组件和探针卡之间的永久导电互连机构(焊料、铜柱)
第二实施例的附图
图5-7描述了使用第二主要实施例的用于信号加载和电源输送的改进方法的剖视图的两个微小偏差：基于“TSV”、“TGV”或类似技术，基于玻璃或硅的间距转换基板(PTS)，其中无源元件直接安装在间距转换器上。这些元件可以为裸片或封装的形式。具有导电路径的加固元件根据需要永久地连接至间距转换器基底，用于机械强化、更好的耐用性和大间距转换(coarse pitch translation)。图5描述了单个元件。图6示出了以“任务模式”组装的图5。图7描述了微小偏差，其中柔性互连已经由任何形式的更永久连接替代，通常是焊料和铜柱。
在图5中，标记34-38、46描述了与本公开相关联但是具体包括在本公开中的必要功能性元件。显示这些元件是因为它们是描述功能和相对于现有技术的改进是必要的。
图5：实施例#2的剖视分解图：具有支撑加强件并使用柔性电互连连接至PTS的嵌入式去耦元件
34.探针卡印刷电路板(PCB)
35.具有单个裸片的待探测晶圆
36.支撑探针卡盘
37.探针外壳
38.探针机构
39.PCB至PTS的柔性互连
40.用于#39的压缩停止外壳
41.嵌入式元件，无源式，以及空腔
42.PTS和加强元件之间的永久导电连接机构
43.具有导电路径用于大间距转换的加强元件
44.具有贯通“玻璃”或“硅”通孔或类似技术的间距转换基板(PTS)
45.嵌入式元件间距转换器组件，由#39-#44组成
46.探头组件
图6：第二实施例(图5)，所示为组装后并探测裸片
47.探针卡印刷电路板(PCB)(与图5.34相同)
48.具有单个裸片的待探测晶圆(与图5.35相同)
49.支撑探针卡盘(与图5.36相同)
50.ECI/PTS组件，替代现有技术(例如，MLO、MLC)(与图5.45相同)
51.探头组件(与图5.46相同)
图7：第二实施例的微小偏差：邻接加强件与探针卡之间使用永久电连接
52.探针卡印刷电路板(PCB)(与图5.34相同)
53.具有单个裸片的待探测晶圆(与图5.35相同)
54.支撑探针卡盘(与图5.36相同)
55.ECI/PTS组件，替代现有技术(例如，MLO、MLC)(与图5.45类似，除了柔性元件#39和#40已替换成永久连接机构)
56.探头组件(与图5.46相同)
57.嵌入式元件/间距转换器基板组件和探针卡之间的永久连接机构
第三实施例的附图
图#8-#10使用第三主要实施例利用剖视图描述了用于信号加载和电源输送的改进的方法的两个微小偏差：具有嵌入在感兴趣的测试裸片正上方的无源电气元件的间距转换基板。图#8描述了各个元件。图#9示出了以“任务模式”组装后的图#8。图#10描述了一微小偏差，其中柔性互连已由任何形式的更永久性的连接替代，但通常是焊料和铜柱。
在图#8中，标记58-62、68描述了与本公开相关联但是具体包括在本公开中的必要功能性元件。显示这些元件是因为它们是描述功能和相对于现有技术的改进是必要的。
图8：第三实施例的剖视分解图：使用柔性电互连直接将无源元件嵌入到间距转换基板中
58.探针卡印刷电路板(PCB)
59.具有单个裸片的待探测晶圆
60.支撑探针卡盘
61.探针外壳
62.探针机构
63.PCB至ECI的柔性互连
64.用于#63的压缩停止外壳
65.嵌入的元件，无源式
66.具有集成嵌入式元件的间距转换基板(PTS)
67.PTS组件
68.探头组件
图9：所示为组装的第三实施例(图8)并探测裸片
69.探针卡印刷电路板(PCB)(与图8.58相同)
70.具有单个裸片的待探测晶圆(与图8.59相同)
71.支撑探针卡盘(与图8.60相同)
72.间距转换基板(与图8.67相同)
73.探针外壳(与图8.68相同)
图10：与第三实施例的微小偏差：在PTS和探针卡之间使用永久电互连
74.探针卡印刷电路板(PCB)(与图8.58相同)
75.具有单个裸片的待探测晶圆(与图8.59相同)
76.支撑探针卡盘(与图8.60相同)
77.间距转换基板(类似于图8.67，但是修改为永久连接)
78.探针外壳(与图8.68相同)
79.永久连接机构
图11：现有技术描述
80.探针卡印刷电路板(PCB)
81.间距转换基板
82.永久连接机构
83.探针外壳和探针
84.具有单个裸片的待探测晶圆
85.支撑探针卡盘
86.焊接安装的无源元件
图12-16示出了现有技术与所公开的实施例之间的性能对比。在图12-16中，“A”侧示出了本公开的改进的性能；“B”侧示出了现有技术的性能。
图12：与现有技术(B)相比，第一实施例(A)和第三实施例(A)在频域中的供电回路阻抗。
图13：简单的图案数据眼@667Mb/s；第三实施例(A)与现有技术(B)相比
图14：简单的图案数据眼@1Gb/s；第三实施例(A)与现有技术(B)相比
图15：简单的图案数据眼@2GB/s；第三实施例(A)与现有技术(B)相比
图16：与现有技术(B)相比，第三实施例(A)的电压-时域时钟图案。
图17：示出信号相对于间距转换基板和/或嵌入式元件***件上的电容器位置的路由的俯视图
87.间距转换基板(PTS)下的裸片的位置
88.ECI(实施例#1)或PTS中的裸片正上方的无源元件(例如去耦电容器)的位置
89.小间距通孔环：50um至100um的间距通孔，通常为已知的“贯通硅通孔”(TSV)或“贯通玻璃通孔”(TGV)
90.信号的路线从裸片至最靠近裸片[87]的再分配层上的小间距通孔环[89]
91.信号的路线从小间距通孔环[89]至与裸片相对的再分配层上的接口焊盘[92]
92.通过永久性或柔性互连将接口焊盘连接到探针卡
93.间距转换基板
图18：实施例#1的改进的间距转换基板的剖视图
94.用于从TSV/TGV扇出到ECI和探针卡的接口焊盘的上再分配层(与裸片相对)
95.间距转换基板的通孔部分
96.从裸片焊盘到TSV/TGV扇出的下再分配层(最靠近裸片)
97.用于连接探针的裸片焊盘
98.信号路由的“阻进”区域。在再分配区域和TSV/TGV区域的该区域尽可能地专门用于供电和接地路由。
99.嵌入式元件***件(参见图#1)，如图所示，用于交流嵌入式元件没有集成到间距转换基板中
100.信号路由区域。这些区域位于裸片区域外，为无源元件在裸片正上方布线提供空间。
图19：实施例#2的改进的间距转换基板的剖视图
101.用于从TSV/TGV扇出到ECI和探针卡的接口焊盘的上再分配层(与裸片相对)
102.间距转换基板的通孔部分
103.从裸片焊盘到TSV/TGV扇出的下再分配层(最靠近裸片)
104.用于连接探针的裸片焊盘
105.信号路由的“阻进”区域。在再分配区域和TSV/TGV区域的该区域尽可能地专门用于供电和接地路由。
106.安装在间距转换基板上的嵌入式元件(参见图#5)。
107.信号路由区域。这些区域位于裸片区域外，为无源元件在裸片正上方布线提供空间。
图20：实施例#3的改进的间距转换基板的剖视图
108.间距转换基板的通孔部分
109.从裸片焊盘到TSV/TGV扇出的下再分配层(最靠近裸片)
110.用于连接探针的裸片焊盘
111.信号路由的“阻进”区域。在再分配区域和TSV/TGV区域的该区域尽可能地专门用于供电和接地路由。
112.安装在间距转换基板上的嵌入式元件(参见图#5)。
113.信号路由区域。这些区域位于裸片区域外，为无源元件在裸片正上方布线提供空间。
本发明基本提供了用于改进的间距转换基板且用于定位或嵌入更靠近间距转换基板的无源元件的具有一些变型或修改的三个实施例。每个实施例解决了整个晶圆探针应用的稍微不同的方面。然而，对于每个实施例来说，本公开的关键改进是相对于现有技术用于供应过滤/去耦的无源元件的位置。本发明所有的三个基本实施例都需要将无源元件嵌入到间距转换基板的附近或物理地在间距转换基板内。以这种方式，本发明提供了一种结构，其中无源电子元件(例如分立电容器)能够通过嵌入并从而缩短无源元件与被测试裸片之间的物理距离而显著地放置在被测试的裸片附近。本发明提供了用于实现这种嵌入式结构和方法的各种实施例。
参照附图的图1-20，图1-4基本上描述了本发明的第一实施例，其中去耦元件和平面嵌入在一***件结构中，所述***件结构也用作间距转换基板和探针卡之间的连接机构。该第一实施例具有可互换性的优点，因为间距转换基板可以是高容量测试中的耗损元件。尽管比现有技术更好，但是相对于其它实施例出现了一些性能下降。该第一实施例可以与任何形式的间距转换基板一起使用。但是，玻璃和硅基板的短的电长度最有利。
图1-4使用第一主要实施例利用剖视图描述了用于信号加载和电源输送的改进的方法的具有三个微小偏差的本发明的第一实施例：具有基于“TSV”、“TGV”或类似技术的连接至玻璃或硅基间距转换基板的嵌入式元件(无源)的分立***件。(TSV＝贯通硅通孔，TGV＝贯通玻璃通孔)。图1描述了各个元件。图2示出了以“任务模式”组装后的图1。图3和4描述了一微小偏差，其中柔性互连已由任何形式的更永久的连接所替代，但通常是焊料和铜柱。在图1的实施例中，与图11的现有技术相比，有两个基本区别。首先，代替图11的传统的间距转换基板，图1的实施例具有比图11的现有技术的基板宽度小得多的新间距转换基板12。图1中新的较薄的基板12与图11的现有技术的基板的厚度为1至2毫米相比，其厚度为50至100微米
其次，在图1的实施例中，电容8或无源元件8位于***件9中。因此，由于较薄的基板12以及电容或无源元件8在***件9上的位置，电容8比图11中现有技术的结构更接近探针卡，与探针卡的距离为200-300微米，而图11的现有技术的结构的距离为44毫米或4.5毫米至9毫米。因此，该第一实施例的结构改善了电源滤波和去耦，使得被测裸片可以以更快的速度运行，包括封装级的速度。这种结构具有非常薄的间距转换基板，连接到无源去耦元件，并减少电源路径中的电气长度/延迟。在这种结构中，信号的扇出路由延伸到间距转换基板的周边，以便在裸片正上方对电源和接地路由区分优先次序。此外，在该结构中，供电回路阻抗降低，使得裸片可以以包括封装级速度的更快速度运行。该结构允许对裸片的测试具有与“已知良好的裸片”一致的性能标准，并且因此允许性能水平测试接近多裸片封装中裸片与裸片互连的性能水平测试。
图1的实施例的新型结构的另一个优点是基板12为耗损元件并且是可替换的，而图11中现有技术的基板是不可替换的。图2是图1完全组装形式的相同实施例。
图3类似于图1和2的实施例，除了间距转换基板12是被焊接到无源元件***件9。整个电路被焊接在一起。图3的实施例更加经济，因为不需要添加任何令人抱怨的互连。
图4是与图3类似的实施例，除了在图3中电路结构可以从探针卡上取下并更换。在图4的实施例中，整个电路结构被焊接到探针卡21。这使得该实施例更可靠。
本发明的第二个基本实施例在图5-7中示出。使用第二主要实施例的用于信号加载和电源输送的改进方法的剖视图的两个微小偏差：基于“TSV”、“TGV”或类似的技术，玻璃或硅基的间距转换基板(PTS)，其中无源元件安装在间距转换器正上方。这些元件可以为裸片或封装的形式。具有导电路径的加固元件根据需要永久地连接至间距转换器基底，用于机械强化、更好的耐用性和大间距转换。图5描述了各个元件。图6示出了以“任务模式”组装的图5。图7描述了一微小偏差，其中柔性互连已经被任何形式的更永久连接替代，通常是焊料和铜柱。
在图5中，标记34-38、46描述了与本公开相关联但是具体包括在本公开中的必要功能性元件。显示这些元件是因为它们是描述功能和相对于现有技术的改进是必要的。
图5示出了本发明用于去耦无源元件41(诸如电容器41)的结构的第二实施例的部分分解剖视图，直接连接至上表面间距转换基板44的顶部。这消除了对本发明的图1-4的实施例中使用的***件的需要。可以通过两种方法中的其中一种将无源元件连接至间距转换基板44的顶部。第一种方法是将元件焊接到基板的顶部。第二种是热声波粘合，这是本领域已知的技术。并加热电容器，使其点焊到基板的顶部。基板的尺寸厚度对于该实施例与本发明的图1-4中的第一实施例相同。
图6是与图5所示相同的实施例，除了它是本发明第二实施例的完全组装后的视图。
图7与图5和6的实施例类似，除了结构全部焊接在一起成为一个封装以提供更好的可靠性。
图8-10基本上描述了本发明的第三实施例，其中无源元件[65]直接嵌入到间距转换基板[66]中。这要求间距转换基板[65]与元件嵌入兼容，并且在元件和间距转换基板[65]的下/底表面之间形成薄的再分配层。使用薄层(小于5um)创建无源嵌入元件[65]到晶圆/裸片[59]最近的可能位置。与本发明的第一和第二实施例不同，该第三实施例不使用薄的间距转换基板——仅使用薄的积层，如图20所示。第三实施例还要求图17所示的布线方法，其中间距转换基板的中心部分(裸片的正上方)优先于电源和接地布线。第三实施例具有第二实施例的所有距离增益，加上平均125um，来说明间距转换基板的有效厚度。
如图12A所示，该第三实施例实现了从裸片到无源元件的尽可能低的供电回路阻抗——优于本发明的第一和第二实施例以及所有现有技术。图13A、14A和15A将第三实施例的数据眼与现有技术中的随机数据流分别进行比较，分别为667MBs、1000MBs和2000MBs。图16A将第三实施例的时钟数据与现有技术进行比较。
所有的实施例都以将无源去耦和滤波元件定位得更靠近裸片本身的方式嵌入。第一和第二实施例通过嵌入和使用薄间距转换基板来实现这一点。第三实施例通过嵌入在间距转换基板内而实现这一点，同时使用薄的、非常密集的再分配层。在所有情况下，这些实施例显著降低供电回路阻抗——最小为5倍(第一实施例)且高达20倍(第三实施例)(参见图12)。
图8示出了第三实施例的剖视分解图，其中，一结构具有完全嵌入由薄积层形成的间距转换基板66的无源部件65，如图20所示，在薄电信号再分配层的正下方，间距转换基板再次优选地具有在本发明的图1的第一实施例的间距转换基板中描述的相同的宽度尺寸。图8所示的本发明的第三实施例提供了最高的性能，因为诸如电容器65的无源元件65被直接嵌入到间距转换基板66中。图9示出了图8为完全组装的视图的实施例。图10与图8的实施例类似，全部焊接在一起作为一个单元。图11为先前讨论的现有技术结构。
虽然为了本公开和方法步骤的设置方面的许多变化的目的已经描述了目前优选的实施例，但是本领域技术人员可以制造装置部件。这样的改变包含在由所附权利要求限定的本发明的精神内。

Claims (24)

1.集成电路测试环境中探针卡组件的改进的电源瞬变性能(电源完整性)结构，包括：
薄间距转换器基板；无源元件位于***件内，所述***件也作为间距转换基板与探针卡之间的连接机构，使无源元件紧邻所述间距转换基板，使高频低阻抗允许裸片以封装级的速度运行，从而降低封装级的成品率损失。
2.根据权利要求1所述的结构，其中所述无源元件为电容器。
3.根据权利要求1所述的结构，其中所述间距转换基板为基于“TSV”、“TGV”或类似技术的玻璃或硅基间距转换器基板。
4.根据权利要求1所述的结构，其中所述薄基板1的厚度为50至100微米。
5.根据权利要求1所述的结构，其中所述***件上的所述无源元件靠近所述探针卡并且距离所述探针卡大约200-300微米的距离。
6.根据权利要求1所述的结构，其中所述间距转换基板是可更换的。
7.根据权利要求1所述的结构，其中，所述间距转换基板焊接到所述无源元件***件。
8.根据权利要求1所述的结构，其中，所述整个结构焊接到所述探针卡，从而增强所述结构的可靠性。
9.根据权利要求1所述的结构，其中，所述无源电子元件，例如分立电容器，可通过嵌入并从而缩短无源元件与被测试裸片之间的物理距离的方法而显著地放置在被测试的裸片附近。
10.根据权利要求1所述的结构，其中，所述结构改善了电源滤波和去耦，使得被测裸片可以以更快的速度运行，包括封装级的速度。
11.根据权利要求1所述的结构，其中，所述基板为非常薄的间距转换基板，连接到所述无源去耦元件，并减少供电路径中的电气长度/延迟。
12.根据权利要求1所述的结构，其中，信号的扇出路由延伸到间距转换基板的周边，以便在裸片正上方对电源和接地路由区分优先次序。
13.根据权利要求12所述的结构，其中，供电回路阻抗降低，使得裸片可以以包括封装级速度的更快速度运行。
14.根据权利要求1所述的结构，其中，所述结构允许对裸片的测试具有与“已知良好的裸片”一致的性能标准，并且因此允许性能水平测试接近多裸片封装中裸片与裸片互连的性能水平测试。
15.根据权利要求1所述的结构，其中，探针测试环境中的元件能够以最小的成本快速互换，并且不会对嵌入式元件造成影响。
16.集成电路测试环境中探针卡组件的改进的电源瞬变性能(电源完整性)结构，包括薄间距转换器基板；无源元件位于***件内，所述***件也作为间距转换基板与探针卡之间的连接机构，使无源元件紧邻所述间距转换基板，使高频低阻抗允许裸片以封装级的速度运行，从而降低封装级的成品率损失。
17.根据权利要求16所述的结构，其中，所述无源元件通过用焊料和铜柱焊接所述无源元件至所述基板的顶部而连接到所述间距转换基板的顶部。
18.根据权利要求16所述的结构，其中所述无源元件通过热声波粘合连接至所述间距转换基板的顶部。
19.根据权利要求1所述的结构，其中，所述整个结构焊接到所述探针卡，从而增强所述结构的可靠性。
20.集成电路测试环境中探针卡组件的改进的电源瞬变性能(电源完整性)结构，包括薄积层形成的薄间距转换器基板；无源元件直接嵌入到间距转换基板中，所述基板与所述元件嵌入兼容，且进一步包括在所述无源元件和所述间距转换基板的下表面或底表面之间构成的薄再分配层，所述薄层提供所述无源嵌入式元件与晶圆/裸片的最接近的可能位置，使得所述无源元件紧邻所述间距转换基板，使得高频低阻抗允许裸片以封装级的速度运行，从而降低封装级的成品率损失。
21.根据权利要求21所述的结构，其中，间距转换基板与元件嵌入兼容，并且在元件和间距转换基板的下/底表面之间形成薄的再分配层。
22.根据权利要求21所述的结构，其中，间距转换基板的中心部分，裸片的正上方，所示的布线方法优先于电源和接地布线。
23.用于改进集成电路测试环境中探针卡组件的电源瞬变性能(电源完整性)结构的方法，包括：
提供薄间距转换器基板；以及
将无源元件定位于***件内，所述***件也作为间距转换基板与探针卡之间的连接机构，使无源元件紧邻所述间距转换基板，使高频低阻抗允许裸片以封装级的速度运行，从而降低封装级的成品率损失。
24.用于改进集成电路测试环境中探针卡组件的电源瞬变性能(电源完整性)结构的方法，包括以下步骤：
将包括无源元件的一结构直接完全嵌入薄积层形成的间距转换基板，使无源元件紧邻所述间距转换基板，使高频低阻抗允许裸片以封装级的速度运行，从而降低封装级的成品率损失。
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