TWI384227B - 主動式非接觸之探針卡 - Google Patents

Description

主動式非接觸之探針卡

本發明是有關於一種探針卡，且特別是有關於一種主動式非接觸之探針卡。

由於半導體技術的快速發展，使得積體電路(Integrated Circuit，IC)體積微型化、功能多元化以及處理速度、頻率增加的要求得以實現。為達此要求，必須增加IC的輸入/輸出(I/O)接點以滿足多功訊號處理之需求。如此，使得I/O接點的配置朝向成高密度矩陣分布與非接觸之電容耦合方式之訊號傳輸，以降低晶片面積並得以提升處理速度。

在進行晶圓級測試時，可使用非接觸式之探針卡來進行測試。然而，在利用非接觸式之探針卡對晶圓進行測試時，必需妥善地控制探針卡與晶圓之間的距離，使探針卡之電極與晶圓之對應的電極之間能以電容耦合的方式形成訊號傳輸路徑。於一傳統作法中，係使用馬達來控制探針卡與晶圓之間的距離。然而，由於探針卡與晶圓之間的距離相當小，使用馬達的作法係無法精準地控制探針卡與晶圓之間的距離，無法達成非接觸式所需的精準的相對電容大小之控制。甚且，這種作法很可能會使得探針卡碰撞(或過壓)到晶圓而造成晶圓損壞。

因此，為了維持非接觸式訊號準確的傳輸，同時避免破壞晶圓上積體電路，實為現今探針卡製造者所面臨的一大考驗。

本發明係有關於一種主動式非接觸之探針卡，藉由控制壓電材料層的厚度來調節探針卡之主動感應陣列晶片的位置，以精準地控制主動感應陣列晶片與一待測元件之間的距離。此外，更能在探針卡與待測元件對位時，避免探針卡碰撞(或過壓)到待測元件而造成損壞。

根據本發明之一方面，提出一種主動式非接觸之探針卡，包括一載體、一固定座、一壓電材料層、一主動感應陣列晶片、及一控制電路。固定座配置於載體上。壓電材料層係與固定座相連接。主動感應陣列晶片相對於載體之位置係由固定座之厚度與壓電材料層之厚度所決定。控制電路用以提供一控制電壓至壓電材料層，來控制壓電材料層之厚度，以調節主動感應陣列晶片相對於載體之位置。

根據本發明之另一方面，提出一種主動式非接觸之探針卡之測試方法，包括下列步驟。首先，提供一主動式非接觸之探針卡。此主動式非接觸之探針卡具有一載體、一固定座、一壓電材料層、及一主動感應陣列晶片。固定座係配置於載體上，壓電材料層係與固定座相連接，而主動感應陣列晶片相對於載體之位置係由固定座之厚度與壓電材料層之厚度所決定。接著，使一待測元件與主動感應陣列晶片相對。並且，進行量測待測元件與主動感應陣列晶片之間之一距離。以及，根據距離提供一控制電壓至壓電材料層，來控制壓電材料層之相對厚度，以調節主動感應陣列晶片相對於載體之位置，以改變待測元件與主動感應陣列晶片之間的相對距離。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

一種主動式非接觸之探針卡，包括一載體、一固定座、一壓電材料層、一主動感應陣列晶片、及一控制電路。固定座配置於載體上。壓電材料層係與固定座相連接。主動感應陣列晶片相對於載體之位置係由固定座之厚度與壓電材料層之厚度所決定。控制電路用以提供一控制電壓至壓電材料層，來控制壓電材料層之厚度，以調節主動感應陣列晶片相對於載體之位置。茲提供多個實施例說明如下。

第一實施例

請參照第1圖，其繪示依照本發明之第一實施例之主動式非接觸之探針卡之結構示意圖。探針卡100包括一載體110、一固定座120、一壓電材料層130、一主動感應陣列晶片140、及一控制電路150。固定座120配置於載體110上。壓電材料層130配置於固定座120與主動感應陣列晶片140之間。主動感應陣列晶片140配置於壓電材料層130上。控制電路150用以提供一控制電壓Vc至壓電材料層130，來控制壓電材料層130之厚度T，以調節主動感應陣列晶片140相對於載體110之位置。

壓電材料層130例如是由具壓電性質之材料所製造而成，此具壓電性質之材料例如但不受限地可選自單晶、高分子、薄膜、陶瓷、及複合材料之至少其中之一所組成的群組。當控制電路150改變控制電壓Vc時，壓電材料層130之厚度T可被精準地調整，例如可達到微米(micro meter)與次微米(sub-micro meter)級之精緻度之調整，故能精準地控制主動感應陣列晶片140相對於載體110之位置。亦即主動感應陣列晶片140於Z軸上的高度可被精準地調整，從而能使主動感應陣列晶片140與一相對之待測元件DUT(device under test)(未繪示於第1圖)之間維持適當的距離。故知，本實施例可提高主動感應陣列晶片140與待測元件DUT之間之距離控制的準確性。

此外，請參照第2圖，其繪示依照本發明一實施例之主動式非接觸之探針卡之測試方法之流程圖。此測試方法例如但不受限地可適用於第1圖所繪示之探針卡100。此方法包括下列步驟。首先，於步驟S210中，提供一主動式非接觸之探針卡，如探針卡100。接著，於步驟S220中，使一待測元件DUT與主動感應陣列晶片140相對。然後，於步驟S230中，量測待測元件DUT與主動感應陣列晶片140之間之一距離d。接著，於步驟S240中，根據距離d提供一控制電壓Vc至壓電材料層130，來控制壓電材料層130之厚度T。控制電壓Vc例如是由控制電路150所提供。如此，測試方法可調節主動感應陣列晶片140相對於載體110之位置，以改變待測元件DUT與主動感應陣列晶140片之間的距離d。

於測試過程中，探針卡100之主動感應陣列晶片140及待測元件DUT相對時，兩者之間因電容耦合而形成一訊號傳輸路徑。探針卡100可經由此訊號傳輸路徑輸出或接收至少一訊號來測試待測元件DUT。由於探針卡與待測元件之間的距離可被精確地調整，然後穩定進行訊號之發送，更可提高探針卡的測試準確性並避免探針卡撞擊待測元件而使待測元件損壞。

請參照第3圖，其繪示乃第1圖之主動式非接觸之探針卡對位於待測元件DUT之一例之示意圖。待測元件DUT例如是一晶片(die)或一晶圓(wafer)。於此例中，待測元件DUT具有至少一目標電極，如目標電極TEs1~TEs3。主動感應陣列晶片140具有多個用以傳輸訊號之至少一探針電極，如探針電極PEs1~PEs3。當至少一探針電極與對應之待測元件DUT之至少一目標電極相對時，主動感應陣列晶片140可經由對應之至少一目標電極與至少一探針電極輸出或接收待測元件DUT之至少一訊號。經由探針電極PEs1~PEs3與目標電極TEs1~TEs3所輸出或接收的訊號，例如是測試用的數位訊號。

茲以探針電極PEs1與目標電極TEs1為例說明訊號的傳輸方式。請同時請參照第3及4圖，第4圖繪示乃主動感應陣列晶片140之內部電路及其與待測元件DUT之訊號傳輸路徑之一例之示意圖。將主動式非接觸之探針卡100對位於待測元件DUT後，可使探針電極PEs1與對應之目標電極TEs1相對，此時，探針電極PEs1與目標電極TEs1可等效為如第4圖所示之一電容C1。主動感應陣列晶片140可經由此電容C1傳送或接收待測元件DUT之一訊號S1。例如，訊號S1可從輸入端In輸入至緩衝器141，而主動感應陣列晶片140可經由電容C1傳送訊號S1至待測元件DUT。或者，訊號S1可從待測元件DUT輸出，而主動感應陣列晶片140可經由電容C1接收訊號S1，並經過放大器143及緩衝器142而從其之輸出端Out輸出。

故知，電極PEs1與TEs1所形成的電容C1係可作為主動感應陣列晶片140與待測元件DUT之間的訊號傳輸路徑，例如是高頻訊號的傳輸路徑。由於電容C1之阻抗值係相關於探針卡100與待測元件DUT之間的距離d，故為了使探針卡100能經由電容C1來有效地傳輸訊號，本實施例係將距離d維持在適當且準確的大小範圍之內，才能足以穩定發送訊號之傳輸路徑，其作法如下。

請繼續參照第3圖，主動感應陣列晶片140另具有用以感測距離之兩個相鄰之探針電極PEd1~PEd2。由於兩探針電極PEd1~PEd2所對應的電容值會與此距離d相關，所以，本實施例便可依據兩探針電極PEd1~PEd2所對應的電容值，來得知距離d的大小。之後，本實施例可由控制電路150控制壓電材料層130之厚度，來調整主動感應陣列晶片140與待測元件DUT之距離d。

於一實施例中，控制電路150可根據此兩探針電極PEd1~PEd2所對應之電容值，以產生控制電壓Vc至壓電材料層130，來控制壓電材料層130之厚度T。如此，當探針電極PEd1~PEd2所對應之電容值太小時，表示距離d太遠，則控制電路150會產生能使壓電材料層130之厚度T增加的控制電壓Vc，來縮短距離d。相仿地，當探針電極PEd1~PEd2所對應之電容值太大時，表示距離d太近，則控制電路150會產生能使壓電材料層130之厚度T減少的控制電壓Vc，來拉長距離d。如此，將可使探測卡100與待測元件DUT維持適當的距離d，故能避免使主動感應陣列晶片140碰撞(或過壓)到待測元件DUT而造成損壞。而且，亦可使探針電極與對應之目標電極之間的等效電容值夠大，以使所對應之阻抗值夠小以利訊號之傳輸。

控制電路150產生控制電壓Vc的方式例如可實施如下。請參照第5圖，其繪示控制電路150之內部電路之一例之方塊圖。控制電路150接收兩探針電極PEd1~PEd2的電容值所轉換之一訊號Sd。此訊號Sd係相關於上述之距離d。此訊號Sd經過一放大器單元151放大，再由一控制法則單元152來轉換為對應的電壓調整值Va。控制法則單元152例如是基於壓電材料層130之壓電磁滯現象，即壓電材料層130之形變與電壓的關係，來產生電壓調整值Va。之後，一電壓轉換單元153依據電壓調整值Va產生一轉換電壓Vd，其例如為直流電壓。之後，再由驅動電路154依據轉換電壓Vd來產生控制電壓Vc至壓電材料層130。

此外，於第3圖所示之例中，主動感應陣列晶片140係經由一晶圓條171與載體110電性連接。而載體110則例如是一電路板。晶圓條171與主動感應陣列晶片140例如是一體的。晶圓條171與主動感應陣列晶片140兩者例如是設置於同一片晶圓上。晶圓條171例如是藉由將晶圓磨薄後得到，磨薄的晶圓係略具有可撓性。此種作法可以讓主動感應陣列晶片140實質上維持水平，且晶圓條171的位置不會高於主動感應陣列晶片140的探針電極的頂面。如此，可避免使晶圓條171碰撞(或過壓)到待測元件而造成損壞。

請參照第6圖，其繪示乃第1圖之主動式非接觸之探針卡對位於待測元件DUT之另一例之示意圖。與第3圖所示之例不同的是，此例之主動感應陣列晶片140係經由一薄膜172與載體110電性連接。薄膜172例如包括一基底172a及一金屬層172b。主動感應陣列晶片140配置於基底172a上，並經由金屬層172b與載體110電性連接。於實作中，薄膜172之金屬層172b的厚度f可設計成夠薄而不會影響到主動感應陣列晶片140之操作。薄膜172之金屬層172b例如係配置於主動感應陣列晶片140的上面，但本實施例並不限於此。舉例來說，若距離d為微米之等級，則薄膜172之金屬層172b之厚度f亦可設計成次微米等級之厚度，並且小於距離d，以避免使薄膜172碰撞(或過壓)到待測元件而造成損壞。另外，本例以薄膜172代替晶圓條171的作法還能更進一步地降低成本。

於一範例性之實作例子中，待測元件DUT與主動感應陣列晶片140之間的距離d例如約小於15微米。壓電材料層之厚度例如約為10000微米。若探針卡使用晶圓條171，則晶圓條171之厚度例如約小於50微米。或者，若探針卡使用薄膜172，則基底172a之厚度例如約為100微米，而金屬層172b的厚度f例如約為0.5微米。此處所詳列之實際數值僅係用以說明本發明之用，本發明應不限於此。

於第一實施例中，係藉由控制壓電材料層的厚度來調節探針卡之主動感應陣列晶片的位置，故能精準地控制主動感應陣列晶片與待測元件之間的距離。如此，便能在探針卡與待測元件對位時，避免使探針卡碰撞(或過壓)到待測元件而造成損壞。

第二實施例

請參照第7圖，其繪示依照本發明之第二實施例之主動式非接觸之探針卡之結構示意圖。與第一實施例不同之處在於，固定座120可分為兩個部分，即固定座120a及120b。而本實施例之探針卡300更包括配置於固定座120b上之至少一接觸式探針160，而探針卡300係經由此接觸式探針160提供電源至待測元件DUT。相仿於第一實施例的是，當探針卡300與待測元件DUT對位時，便能於主動感應陣列晶片140及待測元件DUT之間形成一訊號傳輸路徑，以使探針卡300能以電容耦合的方式傳送或接收至少一訊號來測試待測元件DUT的功能。

請參照第8及9圖，其分別繪示乃第7圖之主動式非接觸之探針卡對位於待測元件DUT之一例之示意圖。於第8及9圖所示之例中，主動感應陣列晶片140係分別經由晶圓條171及薄膜172而與載體110電性連接。

於實作中，接觸式探針160通常會隨著使用次數增多而逐漸磨損，導致其長度減短。於此情況下，本實施例在可藉由控制壓電材料層130的厚度T，來補償主動感應陣列晶片140及待測元件DUT之間的距離。換言之，當變短的接觸式探針160接觸待測元件DUT，而使得主動感應陣列晶片140及待測元件DUT的距離d變近時，本實施例可藉由控制壓電材料層130的厚度T來使主動感應陣列晶片140及待測元件DUT之間維持適當的距離d。如此，便能在探針卡與待測元件對位時，避免使探針卡碰撞(或過壓)到待測元件而造成損壞。

第三實施例

請同時參照第10A及10B圖。第10A圖繪示乃依據本發明第三實施例之探針卡之一例之俯視圖。第10B圖為繪示乃第10A圖中沿著A-A’線段之剖面圖。於此實施例中，探針卡500例如具有五組接觸式探針560a~560e，及四個用以與待測元件進行訊號傳輸之主動感應陣列晶片540a~540d。再者，本實施例係以晶圓條571a~571d為例所繪示，然以薄膜或其他方式作為主動感應陣列晶片540a~540d與載體510之間的連接手段亦可實施於本實施例中。

第四實施例

請參照第11圖，其繪示依照本發明之第四實施例之主動式非接觸之探針卡之結構示意圖。與第一實施例不同的是，探針卡1100之壓電材料層130係配置於固定座120與載體110之間，而主動感應陣列晶片140則是配置於固定座120上。

與第一實施例相仿的是，控制電路150用以提供一控制電壓Vc至壓電材料層130，來控制壓電材料層130之厚度T，以調節主動感應陣列晶片140相對於載體110之位置。其作法應可從前述實施例所推知，故不於此重述。

第五實施例

請參照第12圖，其繪示乃依據本發明第五實施例之第1圖之主動式非接觸之探針卡對位於待測元件DUT之另一例之示意圖。與第一實施例不同的是，於此例中，待測元件DUT具有用於感測距離之至少另一目標電極，如目標電極TEd1。由於探針電極PEd1及目標電極TEd1所對應的電容值會與此距離d相關，所以，本實施例便可依據探針電極PEd1及目標電極TEd1所對應的電容值，來得知距離d的大小。

之後，本實施例可於探針電極PEd1及目標電極TEd1相對時，由控制電路150根據探針電極PEd1及目標電極TEd1所對應之電容值，以產生控制電壓Vc至壓電材料層130，來控制壓電材料層130之厚度T。此作法應可從上述實施例推知，故不於此重述。

上述所揭露之實施例係提供多種探針卡的範例性之實施態樣，然本發明亦不限於此。主動感應陣列晶片與接觸式探針的架構方式應可視不同的需求而設計。再者，第2圖所示之此測試方法除了適用於第1圖所繪示之探針卡100外，亦可適用於上述實施例所揭露的各種探針卡。

本發明上述實施例所揭露之主動式非接觸之探針卡，係藉由控制壓電材料層的厚度來控制探針卡之主動感應陣列晶片的位置，故能精準地控制主動感應陣列晶片與待測元件之間的距離。如此，便能在探針卡與待測元件對位時，避免使探針卡碰撞(或過壓)到待測元件而造成損壞。如此，本實施例之探針卡將可提高產品的良率，並增加生產的可靠度。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、300、500、1100．．．主動式非接觸之探針卡

110、510．．．載體

120、120a、120b、520a~520d．．．固定座

130、530a~530d．．．壓電材料層

140、540a~540d．．．主動感應陣列晶片

141、142．．．緩衝器

143．．．放大器

150、550a~550d．．．控制電路

151．．．放大器單元

152．．．控制法則單元

153．．．電壓轉換單元

154．．．驅動單元

160、560a~560e．．．接觸式探針

171、571a~571d．．．晶圓條

172．．．薄膜

172a．．．基底

172b．．．金屬層

C1．．．電容

S1．．．訊號

S210~S240．．．流程步驟

T、Ta~Td．．．厚度

TEs1~TEs3、TEd1．．．目標電極

PEs1~PEs3、PEd1~PEd2．．．探針電極

Va．．．電壓調整值

Vc．．．控制電壓

Vd．．．轉換電壓

第1圖繪示依照本發明之第一實施例之主動式非接觸之探針卡之結構示意圖。

第2圖繪示依照本發明一實施例之主動式非接觸之探針卡之測試方法之流程圖。

第3圖繪示乃第1圖之主動式非接觸之探針卡對位於待測元件之一例之示意圖。

第4圖繪示乃主動感應陣列晶片之內部電路及其與待測元件之訊號傳輸路徑之一例之示意圖。

第5圖繪示控制電路之內部電路之一例之方塊圖。

第6圖繪示乃第1圖之主動式非接觸之探針卡對位於待測元件之另一例之示意圖。

第7圖繪示依照本發明之第二實施例之主動式非接觸之探針卡之結構示意圖。

第8及9圖分別繪示乃第7圖之主動式非接觸之探針卡對位於待測元件之一例之示意圖。

第10A圖繪示乃依據本發明第三實施例之探針卡之一例之俯視圖。

第10B圖為繪示乃第10A圖中沿著A-A’線段之剖面圖。

第11圖繪示依照本發明之第四實施例之主動式非接觸之探針卡之結構示意圖。

第12圖繪示乃依據本發明第五實施例之第1圖之主動式非接觸之探針卡對位於待測元件之另一例之示意圖。

100．．．主動式非接觸之探針卡

110．．．載體

120．．．固定座

130．．．壓電材料層

140．．．主動感應陣列晶片

150．．．控制電路

Vc．．．控制電壓

T．．．厚度

Claims (21)

1. 一種主動式非接觸之探針卡，包括：一載體；一固定座，配置於該載體上；一壓電材料層，係與該固定座相連接；一主動感應陣列晶片，其相對於該載體之位置係由該固定座之厚度與該壓電材料層之厚度所決定；以及一控制電路，用以提供一控制電壓至該壓電材料層，來控制該壓電材料層之厚度，以調節該主動感應陣列晶片相對於該載體之位置；其中該控制電路根據一待測元件與該主動感應陣列晶片之間之一距離提供該控制電壓至該壓電材料層。
2. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡，其中，該壓電材料層係配置於該固定座與該主動感應陣列晶片之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡，其中，該壓電材料層係配置於該固定座與該載體之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡，更包括：至少一接觸式探針，係配置於該固定座上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡，其中，該主動感應陣列晶片係經由一晶圓條與該載體電性連接。
6. 如申請專利範圍第5項所述之探針卡，其中，該晶圓條之厚度係實質上小於50微米。
7. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡，其中，該主動感應陣列晶片係經由一薄膜與該載體電性連接。
8. 如申請專利範圍第7所述之探針卡，其中，該薄膜包括一基底及一金屬層，該主動感應陣列晶片係配置於該基底上，並經由該金屬層與該載體電性連接。
9. 如申請專利範圍第8所述之探針卡，其中，該基底之厚度係實質上約為100微米，而該金屬層之厚度係實質上約為0.5微米。
10. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡，其中，該主動感應陣列晶片係具有至少一探針電極，當該至少一探針電極與對應之一待測元件之至少一目標電極相對時，該主動感應陣列晶片係經由對應之該至少一目標電極與該至少一探針電極傳送或接收該待測元件之至少一訊號。
11. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡，其中，該主動感應陣列晶片係具有複數個探針電極，該控制電路係根據相鄰兩個探針電極所對應之電容值，以產生該控制電壓至該壓電材料層，來控制該壓電材料層之厚度。
12. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡，其中，該主動感應陣列晶片係具有至少一探針電極，當該至少一探針電極與對應之一待測元件之至少一目標電極相對時，該控制電路係根據該至少一探針電極及該至少一目標電極所對應之電容值，以產生該控制電壓至該壓電材料層，來控制該壓電材料層之厚度。
13. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡，其中，該壓電材料層之厚度係實質上為10000微米。
14. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡，其中，該壓電材料層係由具壓電性質之材料所製造而成，該具壓電 性質之材料係選自單晶、高分子、薄膜、陶瓷、及複合材料之至少其中之一所組成的群組。
15. 一種主動式非接觸之探針卡之測試方法，包括：提供一主動式非接觸之探針卡，具有一載體、一固定座、一壓電材料層、及一主動感應陣列晶片，該固定座係配置於該載體上，該壓電材料層係與該固定座相連接，該主動感應陣列晶片相對於該載體之位置係由該固定座之厚度與該壓電材料層之厚度所決定；使一待測元件與該主動感應陣列晶片相對；量測該待測元件與該主動感應陣列晶片之間之一距離；以及根據該距離提供一控制電壓至該壓電材料層，來控制該壓電材料層之厚度，以調節該主動感應陣列晶片相對於該載體之位置，以改變該距離。
16. 如申請專利範圍第15項所述之探針卡之測試方法，其中，該主動感應陣列晶片具有至少一探針電極，該待測元件具有至少一目標電極，該使該待測元件與該主動感應陣列晶片相對之步驟包括：使該至少一目標電極與該至少一探針電極相對。
17. 如申請專利範圍第15項所述之探針卡之測試方法，其中，該主動式非接觸之探針卡更具有一晶圓條，該晶圓條係電性連接該主動感應陣列晶片與該載體。
18. 如申請專利範圍第15項所述之探針卡之測試方法，其中，該主動式非接觸之探針卡更具有一薄膜，該薄膜係電性連接該主動感應陣列晶片與該載體。
19. 如申請專利範圍第15項所述之探針卡之測試方法，其中，該主動感應陣列晶片係具有複數個探針電極，而於該量測之步驟中，該距離係根據相鄰兩個探針電極所對應之電容值以測得。
20. 如申請專利範圍第15項所述之探針卡之測試方法，其中，該主動感應陣列晶片係具有至少一探針電極，而於該量測之步驟中，該距離係根據該至少一探針電極及該待測元件之至少一目標電極所對應之電容值以測得。
21. 如申請專利範圍第15項所述之探針卡之測試方法，其中，該距離係實質上小於15微米。