CN114720735A - 探针卡组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种探针卡组件，包括：电路板；基板，与该电路板相对设置并电连接至该电路板，其中，该电路板具有面向该基板的第一开口，和/或该基板具有面向该电路板的第二开口；至少一个被动部件，设置于该电路板与该基板之间且至少部分容纳于该第一开口与该第二开口中的至少一个中。本发明提供相对简单的方法来修改探针卡组件和/或提高探针卡组件的性能，这可以为探针卡组件提供设计灵活性并增强探针卡组件的性能和可靠性。

Description

探针卡组件
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种探针卡组件。
背景技术
半导体器件(semiconductor device)可以应用于各种领域，例如智能电视、语音助手设备(voice assistant device，VAD)、平板计算机、功能手机、智能手机、汽车电子、5G宽带、Wi-Fi 6等。制造半导体器件的步骤通常包括在半导体基板上依次沉积绝缘或介电层、导电层和半导体材料层，并通过光刻和蚀刻技术对各种材料层进行构图，以在半导体基板的各个块上形成电路组件和元件。与半导体基板的各个块结合的电路组件和元件可以统称为半导体晶粒(或晶粒)。
在制造半导体晶粒之后，可以使用探针卡组件进行晶圆(wafer)探针测试，以测试半导体晶粒的功能、参数和电性能。该过程也称为晶圆分类。通常，一个探针卡组件可用于测试大量不同的半导体晶粒。因此，这些测试的准确性和效率需要稳定和可靠的探针卡组件。尽管现有的探针卡组件通常足以满足其预期目的，但它们在所有方面都不是完全令人满意的。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种探针卡组件，以解决上述问题。
根据本发明的第一方面，公开一种探针卡组件，包括：
电路板；
基板，与该电路板相对设置并电连接至该电路板，
其中，该电路板具有面向该基板的第一开口，和/或该基板具有面向该电路板的第二开口；
至少一个被动部件，设置于该电路板与该基板之间且至少部分容纳于该第一开口与该第二开口中的至少一个中。
根据本发明的第二方面，公开一种探针卡组件，包括：
电路板；
基板，在该电路板下方；以及
至少一个电容器，直接连接到该电路板，
其中，该至少一个电容对应设置于该电路板底侧的第一开口且部分容纳于其中，或对应设置于该基板的顶侧的第二开口且部分容纳于其中。
根据本发明的第三方面，公开一种探针卡组件，包括：
电路板；
基板，位于该电路板下方并电连接至该电路板；以及
至少一个电容器，直接附接到该基板；
其中该至少一个电容器对应于该电路板底侧上的第一开口设置并部分地容纳在其中或对应于该基板顶侧上的第二开口设置并部分地容纳在其中。
本发明的探针卡组件由于包括：电路板；基板，与该电路板相对设置并电连接至该电路板，其中，该电路板具有面向该基板的第一开口，和/或该基板具有面向该电路板的第二开口；至少一个被动部件，设置于该电路板与该基板之间且至少部分容纳于该第一开口与该第二开口中的至少一个中。至少部分地容纳在基板的第一开口和/或电路板的第二开口中的被动部件可以提供相对简单的方法来修改探针卡组件和/或提高探针卡组件的性能，这可以为探针卡组件提供设计灵活性并增强探针卡组件的性能和可靠性。
附图说明
图1-3示出了根据本发明的一些实施例的探针卡组件的示意性截面图。
图4示出了根据本发明的其他实施例的探针卡组件的示意性剖视图。
图5示出了根据本发明的其他实施例的探针卡组件的示意性剖视图。
图6示出了根据一些实施例的探针卡组件的放大剖视图。
图7示出了根据本发明的其他实施例的探针卡组件的示意性剖视图。
图8和图9示出了根据本发明的其他实施例的探针卡组件的示意性截面图。
图10示出了根据本发明的一些实施例的晶圆探针的配置的示意图。
具体实施方式
在下面对本发明的实施例的详细描述中，参考了附图，这些附图构成了本发明的一部分，并且在附图中通过图示的方式示出了可以实践本发明的特定的优选实施例。对这些实施例进行了足够详细的描述，以使本领域技术人员能够实践它们，并且应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行机械，结构和程序上的改变。本发明。因此，以下详细描述不应被理解为限制性的，并且本发明的实施例的范围仅由所附权利要求限定。
将理解的是，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”、“主要”、“次要”等在本文中可用于描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、这些层和/或部分不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件、组件、区域、层或部分与另一区域、层或部分。因此，在不脱离本发明构思的教导的情况下，下面讨论的第一或主要元件、组件、区域、层或部分可以称为第二或次要元件、组件、区域、层或部分。
此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在...下方”、“在...之下”、“在...下”、“在...上方”、“在...之上”之类的空间相对术语，以便于描述一个元件或特征与之的关系。如图所示的另一元件或特征。除了在图中描述的方位之外，空间相对术语还意图涵盖设备在使用或运行中的不同方位。该装置可以以其他方式定向(旋转90度或以其他定向)，并且在此使用的空间相对描述语可以同样地被相应地解释。另外，还将理解的是，当“层”被称为在两层“之间”时，它可以是两层之间的唯一层，或者也可以存在一个或多个中间层。
术语“大约”、“大致”和“约”通常表示规定值的±20％、或所述规定值的±10％、或所述规定值的±5％、或所述规定值的±3％、或规定值的±2％、或规定值的±1％、或规定值的±0.5％的范围内。本发明的规定值是近似值。当没有具体描述时，所述规定值包括“大约”、“大致”和“约”的含义。本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数术语“一”，“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明构思。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。
将理解的是，当将“元件”或“层”称为在另一元件或层“上”、“连接至”、“耦接至”或“邻近”时，它可以直接在其他元件或层上、与其连接、耦接或相邻、或者可以存在中间元件或层。相反，当元件称为“直接在”另一元件或层“上”、“直接连接至”、“直接耦接至”或“紧邻”另一元件或层时，则不存在中间元件或层。
注意：(i)在整个附图中相同的特征将由相同的附图标记表示，并且不一定在它们出现的每个附图中都进行详细描述，并且(ii)一系列附图可能显示单个项目的不同方面，每个方面都与各种参考标签相关联，这些参考标签可能会出现在整个序列中，或者可能只出现在序列的选定图中。
本发明实施例的探针卡组件包括电路板(circuit board)和基板。至少一被动部件设置于电路板与基板之间且至少部分容纳于电路板和/或基板的开口中。这可以为探针卡组件提供设计灵活性和制程窗口(process window)。至少一个被动部件可以包括电容器以减轻或防止探针卡组件的IR压降(IR drop)。
图1示出了根据本发明的一些实施例的探针卡组件10的示意性剖视图。如图1所示，探针卡组件10可以包括电路板100和基板108。在一些实施例中，基板108与电路板100相对设置并且电连接到电路板100。基板108可以包括如图所示的多层结构。
在一些实施例中，电路板100的材料和基板108的材料均包括但不限于双马来酰亚胺三嗪树脂(bismaleimide triazine resin，BT树脂)、酚醛树脂、复合环氧树脂、聚酰亚胺树脂、玻璃纤维、其他合适的绝缘材料，或它们的组合。在一些实施例中，基板108包括多条布线118。
在一些实施例中，电路板100具有面向基板108的第一开口104。第一被动部件(passive component)111设置于电路板100与基板108之间，且第一被动部件111至少部分容纳于第一开口104中。具体地，根据一些实施例，第一被动部件111对应于电路板100底侧(或下侧、底表面)上的第一开口104设置，且第一被动部件111部分容纳于第一开口104中。由于第一被动部件111至少部分地容纳在开口104中，因此本实施例中允许使用更便宜、大尺寸的被动部件，同时确保探针卡组件的尺寸仍然紧凑。请注意，在图1的实施例中，第一被动部件111直接贴附于基板108的上侧(或顶侧、顶表面)。另请注意，第一开口104设置于电路板100与基板108的重叠区域之间。即，第一开口不设置在基板108的相对的边缘之外(非重叠区域未设置开口)。由于电路板100通常厚度较厚，在电路板100上设置开口对电路板的机械强度影响较小，也基本不会影响探针卡组件的机械性能，从而可以保证探针卡组件的结构稳定性。
通常，探针卡组件的基板108的设计是复杂的以允许测试大量不同的半导体晶粒，因此，对于探针卡组件，可能难以调整基板的设计或现有基板的结构。根据本发明的一些实施例，至少部分地容纳在电路板100的开口中的被动部件可以提供相对简单的方法来修改探针卡组件和/或提高探针卡组件的性能。这可以为探针卡组件提供设计灵活性并增强探针卡组件的性能和可靠性。
电路板100可以通过连接部件114电连接到基板108。在一些实施例中，连接部件114可以包括焊接凸块或铜柱。在一些实施例中，第一被动部件111在连接部件114中的相邻连接部件114之间(例如由多个连接部件114围绕)。在一些实施例中，第一被动部件111电连接到基板108中的导电通孔(或多个导电通孔)116。本实施例中电路板100与基板108之间的连接部件114较小，电路板100与基板108之间的空间很小，通常技术人员未想过在这个空间安装部件。而本发明在电路板100和/或基板108上设置开口来容纳被动部件，从而突破了常规的方式，以在狭小的电路板100与基板108之间的空间安装了被动部件，这样节省了部件安装的空间，并且基本不会改变探针卡组件的大小和体积，同时可以改善探针卡组件的电气特性，例如信号完整性、电源完整性和IR压降等等。
探针卡组件10可以包括连接(电连接)到基板108的探针头106。在一些实施例中，探针头106包括穿过第一导向板106a和第二导向板106c的探针106b。在一些实施例中，第一导向板106a和第二导向板106c的材料包括陶瓷、塑料或其组合。根据一些实施例，第一引导向板106a和/或第二引导向板106c可以由复合材料(composite material)形成。探针106b穿过第二导向板106c以对待测的晶圆进行测试。
图2示出了根据本发明的一些实施例的探针卡组件10的示意性剖视图。在一些实施例中，基板108具有面向电路板100的第二开口110。第二被动部件112设置于电路板100与基板108之间，且第二被动部件112至少部分容纳于第二开口110中。具体地，根据一些实施例，第二被动部件112对应于电路基板108的顶侧上的第二开口110设置，并且第二被动部件112部分地容纳在第二开口110中。在一些实施例中，第二被动部件112电性连接至电路板100中的导电通孔(或多个导电通孔)102并延伸至第二开口110中。注意，在图2的实施例中，第二被动部件112为直接附接到电路板100的下侧(或底侧、底表面)。至少部分地容纳在基板的开口中的被动部件可以提供设计灵活性并增强探针卡组件的性能和可靠性。基板108上设置开口可以易于制造，方便形成。
图3示出了根据本发明的一些实施例的探针卡组件10的示意性剖视图。在一些实施例中，电路板100具有面向基板108的第一开口104，并且基板108具有面向电路板100的第二开口110。在一些实施例中，第一被动部件111和第二被动部件112设置于电路板100与基板108之间，且第一被动部件111与第二被动部件112分别至少部分容纳于第一开口104与第二开口110中。
在图3的实施例中，第一被动部件111贴附到基板108的上侧并延伸到第一开口104中，并且第二被动部件112贴附到电路板100的下侧并且延伸到第二开口110中。
图4示出了根据本发明的其他实施例的探针卡组件10的示意性剖视图。与图3相比，在图4的实施例中，第一和第二被动部件111和112分别直接附接到并容纳在第一开口104和第二开口110中。换言之，第一被动部件111的位于第一开口104的侧壁之间的部分附接至电路板100。同样地，第二被动部件112的位于第二开口110的侧壁之间的部分附接至基板108。根据本发明的一些实施例，第一被动部件111和第二被动部件112中的每一个包括电容器、电阻器、电感器或其组合。
在一些实施例中，探针卡组件10还包括附加被动部件115。附加被动部件115也设置在电路板100和基板108之间。附加被动部件115可以使用更薄、昂贵的无源器件，只要它足够薄，它可以不对应于第一开口104和第二开口110中的任何一个。在一些实施例中，附加被动部件115包括电容器、电阻器、电感器或其组合。根据探针卡组件10的设计或附加要求，附加被动部件115可以为探针卡组件10提供附加功能和/或补充，进一步提高设计灵活性。
可以修改被动部件的位置以满足对探针卡组件的不同要求。图5-8示出了根据本发明的其他实施例的在电路板和基板之间的不同位置处具有电容器的探针卡组件的横截面示意图。图1-4和图5-8中的相似特征可以用相似的数字表示并且一些描述可以不重复。
在上述实施例中，开口和被动部件被设计为一一对应。在其他实施例中，开口与被动部件设计为一对多的对应关系。参考图5，第一开口104足够大以容纳一个以上的被动部件。具体而言，探针卡组件10包括设置于电路板100与基板108之间的第一被动部件111、第二被动部件112及第三被动部件113。第一被动部件111与第三被动部件113分别为均容纳于第一开口104内且电性连接至基板108。第二被动部件112容纳于第二开口110内且电性连接至电路板100。在一些实施例中，第一被动部件111与第三被动部件113附接到基板108并且延伸到第一开口104中。在一些实施例中，第二被动部件112附接到电路板100并且延伸到第二开口110中。
图6示出了根据一些实施例的图5中的虚线矩形区域的放大截面图。在图6的实施例中，被动部件被配置为电容器。如图6所示，电容器611包括夹着电介质611c的电极611a和611b。类似地，电容器613包括将电介质613c夹在中间的电极613a和613b。电极611a、611b、613a和613b的材料可均包括导电材料，例如金属、金属氮化物、金属氧化物、金属合金、掺杂多晶硅、另一种合适的导电材料或其组合。例如，金属可以包括金、镍、铂、钯、铱、钛、铬、钨、铝、铜或其他合适的材料；金属氮化物可以包括MoN、WN、TiN、TaN、TaSiN、TaCN、TiAlN或其他合适的材料。电介质611c和613c可各自包括半导体氧化物、半导体氮化物、半导体氧氮化物或另一种合适的电介质材料。根据探针卡组件的要求和设计，电容器的每个电极可以电连接到一个或多个导电通孔。例如，电极611a与导电通孔116a和116b电连接，而电极611b、613a、613b分别与导电通孔116c、116d和116e电连接。
根据本发明的一些实施例，对应于开口并电连接至探针卡组件的电路板或基板的电容器可用作去耦(decoupling)/旁路(bypassing)电容器以减轻或防止IR下降(或电压下降)，从而提高探针卡组件的性能和可靠性。
图7的实施例与图5的实施例相似，只是被动部件的位置不同。特别地，第二被动部件112的位于第二开口110的侧壁之间的部分和第三被动部件113的位于第二开口110的侧壁之间的部分附接至基板108，并且第二被动部件112和第三被动部件113电性连接基板108。第一被动部件111电性连接电路板100，且第一被动部件111位于第一开口104侧壁之间的部分贴附于基板108。在一些实施例中，第一被动部件111、第二被动部件112和第三被动部件113位于对应的相邻连接部件114之间。
图8的实施例与图7的实施例相似，只是被动部件的位置不同。具体而言，第一被动部件111与第二被动部件112均直接贴附于电路板100，且第二被动部件112延伸至第二开口110内。请参考图8，第一被动部件111电性连接到电路板100中的导电通孔(或多个导电通孔)102并延伸到电路板100的最底面(底表面)之下。在一些实施例中，导电通孔(或多个导电通孔)102从顶面延伸穿过电路板100并接触第一被动部件111。
参考图8，第二被动部件112电连接至电路板100中的导电通孔(或多个导电通孔)102并延伸到第二开口110中。在一些实施例中，导电通孔(或多个导电通孔)102从电路板100的顶面延伸到最底面并接触第二被动部件112。在探针卡组件10包括第一被动部件111和第二被动部件112两者的一些实施例中，第一被动部件元件111与第二被动部件112配置于电路板100的同一侧。
图9的实施例与图8的实施例相似，只是被动部件的位置不同。具体而言，第一被动部件111与第二被动部件112均直接贴附于基板108，且第一被动部件111延伸至第一开口104中。在一些实施例中，第一被动部件111对应于基板108设置。电路板100底侧的第一开口104，且第一被动部件111部分容纳于第一开口104内。请参考图9，第一被动部件111电性连接一导电通孔(或多个导电通孔)116在基板108中并延伸到第一开口104中。在一些实施例中，基板108包括连接基板108中的各个层或探针卡组件10的各个特征(或部件)的多组导电通孔116。
请参考图9，第二被动部件112对应于电路基板108顶侧的第二开口110设置，且第二被动部件112部分容纳于第二开口110中。在一些实施例中，第二被动部件112电连接到基板108中的导电通孔(或多个导电通孔)116并延伸到基板108的最上表面(顶表面)之上。在探针卡组件10包括第一被动部件111和第一被动部件111的一些实施例中，第二被动部件112、第一被动部件111和第二被动部件112设置在基板108的同一侧。在一些实施例中，基板108包括连接基板108中的各个导电通孔116的多条布线118。在一些实施例中，探针头106的探针106b电连接到附接到基板108的连接垫(或连接焊盘)120。需要说明的是，各个开孔对应的电容数量不限。例如，可能有一个、两个或多个电容器。
图10示出了根据本发明的一些实施例的晶圆探针的配置的示意图。图10中的探针卡组件10包括附接到基板108并延伸到第一开口104中的第一被动部件111和附接到电路板100并延伸到第二开口110中的第二被动部件112。如图10所示，晶圆20设置在探针卡盘30上并且探针卡组件10在晶圆20上方。在晶圆探针测试(或探测)期间，探针106b被控制以接触晶圆的各个晶粒并在探针卡组件10和相应的晶粒之间传输信号。图1-9中的探针卡组件也可以应用于类似于图10的晶圆探针的配置。
本发明的实施例中的探针卡组件的配置可以用于半导体器件中。例如，基板108可以是安装在电路板100上的IC元件(例如存储器、图形处理单元(graphics processingunit，GPU)、中央处理单元(central processing unit，CPU)或其组合)，以及电容器设置在IC元件108与电路板100之间并对应于开口的开口可用作去耦/旁路电容器以减轻或防止装置的IR压降并提高装置性能。
本发明的实施例为探针卡组件提供了许多好处。根据本发明的一些实施例，至少部分地容纳在电路板和/或基板的相应开口中的被动部件可以为探针卡组件提供设计灵活性并提高性能和可靠性探针卡组件。此外，本发明的一些实施例提供了具有附接到电路板和/或基板并延伸到电路板和/或基板的相应开口中的电容器的探针卡组件，从而减轻或防止探针卡组件的IR压降。
本领域的技术人员将容易地观察到，在保持本发明教导的同时，可以做出许多该装置和方法的修改和改变。因此，上述公开内容应被解释为仅由所附权利要求书的界限和范围所限制。

Claims (16)

1.一种探针卡组件，其特征在于，包括：
电路板；
基板，与该电路板相对设置并电连接至该电路板，
其中，该电路板具有面向该基板的第一开口，和/或该基板具有面向该电路板的第二开口；
至少一个被动部件，设置于该电路板与该基板之间且至少部分容纳于该第一开口与该第二开口中的至少一个中。
2.如权利要求1所述的探针卡组件，其特征在于，该至少一个被动部件附接到该基板并延伸到该第一开口中，或者其中该至少一被动部件附接至该电路板并延伸至该第二开口中。
3.如权利要求1所述的探针卡组件，其特征在于，在该第一开口的侧壁之间的该至少一个被动部件的一部分附接到该电路板，或者其中在该第二开口的侧壁之间的该至少一个被动部件的一部分附接到该基板。
4.如权利要求3所述的探针卡组件，其特征在于，还包括设置在该电路板和该基板之间且不对应于该第一开口与该第二开口的任何一个的附加被动部件，其中该附加被动部件的厚度小于该至少一被动部件的厚度。
5.如权利要求4所述的探针卡组件，其特征在于，该至少一个被动部件和该附加被动部件中的每一个包括电容器、电阻器、电感器或其组合。
6.如权利要求1所述的探针卡组件，其特征在于，该至少一个被动部件包括电连接到该基板的第一电容器和电连接到该电路板的第二电容器。
7.如权利要求6所述的探针卡组件，其特征在于，该至少一被动部件还包括设置于该电路板与该基板之间的第三电容器，其中该第三电容器附接于该基板并延伸至该第一开口中。
8.如权利要求1所述的探针卡组件，其特征在于，该至少一被动部件包括电连接到该电路板的第一电容器和电连接到该基板的第二电容器。
9.如权利要求8所述的探针卡组件，其特征在于，该至少一被动部件还包括设置于该电路板与该基板之间的第三电容器，其中在该第二开口的侧壁之间的该第三电容器的一部分附接到该基板。
10.如权利要求1所述的探针卡组件，其特征在于，该电路板通过连接部件电连接至该基板，且该至少一被动部件介于相邻的连接部件之间。
11.如权利要求1所述的探针卡组件，其特征在于，还包括连接到该基板的探针头。
12.一种探针卡组件，其特征在于，包括：
电路板；
基板，在该电路板下方；以及
至少一个电容器，直接连接到该电路板，
其中，该至少一个电容对应设置于该电路板底侧的第一开口且部分容纳于其中，或对应设置于该基板的顶侧的第二开口且部分容纳于其中。
13.如权利要求12所述的探针卡组件，其特征在于，该至少一个电容器电连接至该电路板中的导电通孔并延伸至电路板的底表面的下方，或者其中该至少一个电容电性连接至该电路板中的导电通孔并延伸至该第二开口中。
14.一种探针卡组件，其特征在于，包括：
电路板；
基板，位于该电路板下方并电连接至该电路板；以及
至少一个电容器，直接附接到该基板；
其中该至少一个电容器对应于该电路板底侧上的第一开口设置并部分地容纳在其中或对应于该基板顶侧上的第二开口设置并部分地容纳在其中。
15.如权利要求14所述的探针卡组件，其特征在于，该至少一个电容器包括第一电容器，该第一电容器电连接至该基板中的第一导电通孔并延伸至该第一开口中。
16.如权利要求15所述的探针卡组件，其特征在于，该至少一个电容器还包括第二电容器，该第二电容器电连接至该基板中的第二导电通孔并延伸至该基板的顶表面。
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