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专利名称：多功能探针卡的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种多功能探针卡，特别是指一种应用在常见的探针卡，可量测探针卡的状态，并可记录探针卡完整参数资料及提供即时显示或警示的多功能探针卡。
背景技术：
在半导体制造过程中，于晶圆制造完成后，便需进入晶圆(此封装前阶段的晶圆又称为裸晶)测试阶段。晶圆测试是利用一测试机台与一探针卡(probe card))来测试晶圆上的各个芯片，以确保所制造出的晶片的电气特性与性能是否符合设计出的规格。测试机台是经特殊设计使其探测头可以装上细如毛发的探针，用来与晶片上的焊垫(pad)接触，以便对晶片输入讯号或侦读输出值。
在进行晶片测试时，未能通过测试的晶片会被标上不良品的标示记号，而在其后进行晶片切割时被筛检出来，且功能正常的晶片才能进行下一阶段的封装制程。晶片测试为减低成本与提高良率不可缺少的过程。优质的探针卡是探针卡制造研发单位所需努力的目标。
如图1所示，第一种已有的探针卡10，包含一印刷电路板(PCB，Printed CircuitBoard)11、多个导电座(Pogo)14、多个导线12、一转接环15、一探测头(Probe Head；PH)13、和多个探针(Probe Needle)17。在进行测试中的裸晶16称为待测物(DUT，deviceunder test)。探针卡的电性连接是由电源(图中未显示)经测试机台的导电座针脚(pogopin)(图中未显示)，通过导电座14，再透过PCB 11的内部导体绕线(trace)(图中未显示)与导线12相连接。导线12的另一端藉由转接环15的固定，其电性连接经由PCB 11的中心往下延伸至探测头13。然后，探针17藉由探测头13的包覆与定位而接续其电性连接，因而达到传递讯号和测试裸晶的作用。测试机台(图中未显示)藉此连接方式，以其导电座针脚提供电流或电压给探针17，而裸晶16(待测物)则置于探测头13下方与探针17相接触，以达成测试裸晶16(待测物)的目的。
如图2所示，第二种已有的探针卡20，包含一PCB 21、多个导电座(Pogo)24、一转接环25、多个探针(Probe Needle)27、与位于转接环25的下方并用来固定探针27的环氧树脂23。探针卡的电性连接是由电源(图中未显示)，经机台的导电座针脚(pogopin)(图中未显示)，通过导电座24，再透过PCB 21的内部导体绕线(trace)(图中未显示)而往下延伸至探针27。测试机台藉此连接方式，提供测试用的电流或电压给探针27，而待测物26则置于探针卡20下方与探针27相接触，以达成测试待测物的目的。
如图3所示，第三种已有的探针卡30，包含一印刷电路板(PCB，Printed CircuitBoard)31、多个导电座(Pogo)34、一基板35、一探测头(Probe Head；PH)33、与多个探针(Probe Needle)37。在进行测试中的裸晶36称为待测物(DUT，device undertest)。探针卡的电性连接是由电源(图中未显示)经机台的导电座针脚(pogo pin)(图中未显示)，通过导电座34，再透过PCB 31的内部导体绕线(trace)(图中未显示)与基板35相连接，由此基板35，再经PCB 31的中心往下延伸至探测头33。然后，探针37藉由探测头33的包覆与定位而接续其电性连接，而达到传递讯号和测试裸晶的作用。测试机台(图中未显示)藉此连接方式，以其导电座针脚(图中未显示)提供电流或电压给探针37，而裸晶36(待测物)则置于探测头33下方与探针37相接触，而达成测试裸晶36(待测物)的目的。
由于测试环境日趋复杂，针对上述所提的第一种已有的探针卡10、第二种已有的探针卡20、和第三种已有的探针卡30的损坏原因也越来越难判断。由于已有的探针卡10、20、30均无法自行侦测其使用状况，我们往往需要以间接方式透过操作人员或维修人员来得知探针卡10、20、30使用的部分资讯。例如，透过抄录储存于测试机台测试待测物的次数、或提供测试的电压与电流等资料。对于维护者来说，这种诊断、维修探针卡10、20、30的方式不但耗时且麻烦，尤其在使用中的探针卡10、20、30发生异常状况时，往往因不易被发现而错过第一时间的异常处理。甚且，由于资讯的取得是透过测试机台间接抄录，而此使用过程资讯的记录往往是零散的片段而非完整的记录，其间不乏主观臆断或揣测而缺乏客观或科学的数据，这会导致难以判断出探针卡10、20、30的故障或错误问题的所在，造成诊断上的误判。面对着晶片尺寸以及焊垫间距的日益缩小，晶片产品的愈趋精密，以及半导体产业的日趋复杂，探针设备与探针卡的设计与维护仍有相当大的改进空间，这也是晶圆测试技术未来发展的重点。

发明内容
针对以上所述已有的技术的缺点，本发明提供一种多功能探针卡，以用来改进至少某些已有技术中的缺点或提供有用的代替品。本发明所提供的多功能探针卡采用各种仪器和装置以获取客观的参数资料来做成完整的记录，以便于资料的撷取和分析，并可提供即时显示及警示功能，俾有助于异常原因的判读和诊断，以提升维修效率。
故本发明的目的之一在提供一种多功能探针卡，其具有一计数器以计数待测晶片的件数，并产生一「件数序列参数」、以及一电讯量测装置以取得探针的电流、电压等讯号，并产生电流、电压等参数。
本发明的另一目的在提供一种多功能探针卡，其又具有一参数处理系统，能将以上产生的参数加以处理并做成记录，来做分析及运算。
本发明的又一目的在提供一种多功能探针卡，其又具有一显示和警示装置，以做为异常原因的判读和诊断之用。
在本发明的一实施例中，本发明的多功能探针卡中的处理单元可为一微处理器、一程序执行记忆体、及一资料暂存记忆体，以达成程式执行与处理资料暂存的功能。
在本发明的另一实施例中，本发明的多功能探针卡中的储存单元可为一磁碟记录装置、一快闪记忆体、以及一可移动式记忆卡等的储存装置，以储存该处理单元所建立的该等参数资料。
在本发明的又一实施例中，本发明的多功能探针卡中的即时显示单元可为一液晶显示器、一「七段显示器」、一映像管显示装置、或一即时列表装置等的可视装置，以达成该探针卡的显示及监控该探针卡的状态的功能。
在本发明的再一实施例中，本发明的多功能探针卡中的警示装置可为一警示灯、或/及一蜂鸣器，以达成该探针卡的警示、以及监控该探针卡的状态的功能。
为达到上述的目的，本发明提供一种多功能探针卡，其包含一印刷电路板、多个探针、一计数晶圆件数而获取一「件数序列参数」的计数器、一用来量测通过该探针的电流、电压等讯号以获取电流、电压等参数的电讯量测装置、以及一参数处理系统；该参数处理系统包含一输入/输出单元、一处理单元、一时间提供单元、一即时显示单元与一储存单元；透过该输入/输出单元，件数序列参数、电流参数、和电压参数可输入至由该时间提供单元所提供的该处理单元中每一该待测物的一时间基准，且针对该等基准、及参数来建立一参数资料结构，来记录、计算、并透过该即时显示单元来显示出该探针的使用过程和状态。


图1为第一种已有的探针卡的整体剖面示意图。
图2为第二种已有的探针卡的整体剖面示意图。
图3为第三种已有的探针卡的整体剖面示意图。
图4为本发明多功能探针卡的整体剖面分解架构示意图。
图5为本发明多功能探针卡的组装结构示意方块图。
图6为本发明多功能探针卡参数处理系统的较佳装设位置的上视立体部分断面图。
具体实施例方式
以下是根据前述第三种已有的探针卡加以制作而成的一种多功能探针卡。如图4及图6所示，本发明的多功能探针卡40包含一印刷电路板(PCB，Printed Circuit Board)41、多个导电座(Pogo)44、一基板45、一探测头(Probe Head；PH)43、多个探针(ProbeNeedle)47、一计数器71、一电讯量测装置72、和一参数处理系统74。在进行测试中的裸晶46称为待测物(DUT，device under test)。探针卡的电性连接是由电源(图中未显示)经机台的导电座针脚(pogo pin)(图中未显示)，通过导电座44，再透过PCB 41的内部导体绕线(trace)(图中未显示)与基板45相连接，由此基板45，再经PCB 41的中心往下延伸至探测头43。然后，探针47藉由探测头43的包覆与定位而接续其电性连接，而达到传递讯号和测试裸晶的作用。探针47需配合待测物的微小间距，而PCB 41的内部导体绕线(trace)(图中未显示)间距约为探针47间距的10倍以上。藉基板45的间距转换(space transformation)，可将PCB 41的内部导体绕线(trace)的大间距，转换为探针47的较小间距，故基板45又扮演了间距转换板(space transformer)的角色。测试机台(图中未显示)藉此连接方式，以其导电座针脚(图中未显示)，提供电流或电压给探针47，而裸晶46(待测物)则置于探测头43下方与探针47相接触，用以达成测试裸晶46(待测物)的目的。
计数器71是可侦测该探针卡40上任何与其连结的导体，此导体包含导电座44或PCB 41的导体绕线(图中未显示)，藉由此方式，与导电座44或PCB 41的导体绕线电性连接的探针可为计数器71追踪记录的对象。其中计数器71可量测出每一导体绕线上的电压或电流讯号，然后再进一步由计数器71判断每一导体绕线上的电压或电流讯号切换的时槽间隔(time slot internal)，并产生一「件数序列参数」。例如，当测试机台在测试时，在此待测裸晶46与下一待测裸晶46的时间间隔中，切断提供每一导体绕线上的电压或电流讯号，并启动计数器71以计数待测物的件数。
该电讯量测装置72可以是一电流量测器、一电压量测器、或一电阻量测器(图中未显示)等。例如电流量测器(图中未显示)可侦测该探针卡40上任何与其连结的导体，此导体包含导电座44或PCB 41的导体绕线，则电流量测器72可侦测并撷取每一或任一导体绕线所通过的电流讯号，并产生一电流参数。
同样的，例如电压量测器(图中未显示)可侦测该探针卡40上任何与其连结的导体，此导体包含导电座44或PCB 41的导体绕线，则电压量测器73可侦测并撷取每一或任一导体绕线所通过的电压讯号，并产生一电压参数。
如图5所示，参数处理系统74包含一输入/输出单元51/59、一处理单元52、一时间提供单元55、一即时显示单元56、及一储存单元57，(请参阅图6所示的参数处理系统74的较佳装设位置的立体上视图)。其中处理单元52更包含一微处理器53、一可兼具程式执行和资料暂存记忆体功能的记忆体54。处理单元52负责程式的执行，此实施例中的硬体需求不限于此，可依处理速度的考量增加微处理器53或记忆体54的件数。
计数器71所产生的「件数序列参数」、电讯量测装置72所产生的电流参数、电压参数等，则透过输入单元51，将此等参数输入至处理单元52，而处理单元52以件数序列参数为一待测物件数基准，再由时间提供单元55提供给处理单元52每一待测裸晶的一时间基准，则处理单元52进一步针对待测裸晶件数基准、电流参数、电压参数等、和时间基准建立一参数资料结构，用来记录探针的使用过程与状态。例如当探针卡40测试第n颗待测裸晶时，计数器71则产生件数序列参数n，电讯量测装置72侦测后产生Xu(t)安培的电流参数、Yu(t)伏特的电压参数，其中变数u表示探针47编号，而t可为任一探针47的特定连续时间间隔(particular continuous time interval)或时间点(discrete instantaneous time)，此等参数输入至处理单元52，同时该时间提供单元55提供给处理单元52 AA:BB:CC的时间基准。此处AA、BB、CC代表例如「年:月:日」、或「时:分:秒」、或「月:日:时」等等的时间基准。再进一步，处理单元52根据上述的参数建立[n，Xu(t)，Yu(t)，AA:BB:CC]的参数资料结构，以此类推，探针卡40测试第n+1颗待测裸晶的参数资料结构。更进一步详述此实施例，当探针卡40测试第1颗待测裸晶时，计数器71则产生件数序列参数1的数值，而此探针卡40具有10根探针47，以u分别为a，b，c，d，e，f，g，h，i，j的编号，电讯量测装置72同时于某一时间点侦测此10根探针47后，产生xa＝3.12m安培、xb＝3.22m安培、…….、xj＝3.56m安培等的电流参数，和ya＝4.51伏特、yb＝4.22伏特、…….、yj＝4.56伏特等的电压参数，接着此等参数输入至处理单元52，同时该时间提供单元55提供给处理单元52现在时间为23:10:31的时间基准，表示此时为晚间23时10分31秒整，进一步处理单元52由上述的参数建立[1，xa＝3.12m，ya＝4.51，23:10:31]、[1，xb＝3.22m，yb＝4.22，23:10:31].…[1，xj＝3.56m，yj＝4.56，23:10:31]的参数资料结构，由上述可以此类推，探针卡40测试第2颗待测裸晶的参数资料结构，此参数资料结构不限于此实施例，可依使用者需要加入或删除其它参数。
处理单元52又透过一I/O(输入/输出介面)介面(图中未显示)与即时显示单元56储存单元57相连接，此I/O介面仅提供参数处理系统74的系统内部资料输出/输入的功能，故该也输出介面也可称为内部输出介面。当处理单元52即时计算出每一导体绕线的状态，例如Xu(t)的电流过高、第u探针47出现异常等，并藉由I/O介面将探针卡40的探针卡47使用过程状态、参数资料结构或/及状态等资料输出至该即时显示单元56以达成输出显示的功能。其中，例如该处理单元52建立该参数资料结构及计算出每一探针卡状态等的动作并无前后执行顺序的限制。
即时显示单元56可为一可视装置，此可视装置是为使用者可用视觉辨识了解的装置。使用者可于任何时刻监控探针卡40上的探针47状态，而可视装置包含但不限于一液晶显示器装置、一七段显示器装置、一映像管显示装置或一即时列表装置，以达成清楚显示或呈现该探针卡状态的功能。即时显示单元56可为一警示装置，当探针47的状态出现异常时，该处理单元52可驱动警示装置提醒或告知使用者注意，警示装置可为一警示灯，也可为一蜂鸣器装置以达成警示的效果。
处理单元52所建立的参数资料结构或/及探针卡状态送至储存单元57储存，此储存单元57至少为一但不限于磁碟记录装置、快闪记忆体等，例如微型硬碟、嵌入式快闪记忆体等。依使用者方便，储存单元57也可为可移动式记忆卡，例如CF Card(CompactFlash Card)、SM Card(Smart Media Card)等，当欲取得该储存单元57内部资料或更换该储存单元57时，仅需插入或移除该可移动式记忆卡，以达成使用者方便取用资料。
探针卡的状态使用者并可透过输出单元59将参数资料结构或/及探针卡的状态输出至参数处理系统74以外的周边设备或外界，故该输出单元59也可称为外部输出介面，可为具独立控制器的介面、网络介面等，周边设备或外界可为已架设的资料库系统，以方便资料保存与检视问题，例如将参数资料结构经过两天的时间周期，输出至资料库系统中。
由于本发明的探针卡具有记录状态的功能，因此被储存于记忆单元的数据便可在探针卡需要维修时提供客观的参考资料，这对于维修探针卡的人员来说，就可以缩短诊断时间，并正确掌握维修及改善的方向。
同时，即时显示单元的装置，可以在探针卡出现异常状态时，让探针卡使用者掌握第一时间的处理，避免延迟发现异常所造成的更大损失。
对于探针卡的制造商而言，由于本发明的储存单元内的数据是记录着该探针卡的使用历程，故能够追踪探针卡的使用过程，进而了解探针卡的生命周期，可说是一探针卡制造领域上的一大突破。
虽然在以上实施方式所举的较佳具体实施例仅是根据前述第三种已有的探针卡为例而加以制作而成的一种多功能探针卡，但本发明的探针卡也可以根据前述第一、第二种已有的探针卡、以及未举例的其它类似的已有探针卡来加以制作而成。而且该较佳具体实施例仅为了易于说明本发明的技术内容，而并非将本发明狭义地限制于该实施例，凡依本发明的精神及权利要求范围所列的情况所做的种种变化实施均属本发明的范围。
标号说明10、20、30、40 探针卡 11、21、31、41PCB12 导线 13、33、43探测头14、24、34、44 导电座 15、25转接环16、26、36、46 裸晶 17、27、37、47探针23 环氧树脂 35、45基板51 输入单元 52处理单元53 微处理器 54记忆体55 时间提供单元 56即时显示单元57 储存单元 59输出单元71 计数器 72电讯量测装置74 参数处理系统
权利要求
1.一种多功能探针卡，包含一PCB、多个探针、一计数器、一电讯量测装置、一参数处理系统等所构成；其特征在于多个探针，每一该探针的一端与该一PCB相连接；一计数器，用来侦测该多功能探针卡上的该探针，以计数该探针卡所测试的待测物的件数，并产生一「件数序列参数」；一电讯量测装置，用来量测通过该探针的电流、电压等讯号，以产生一一电流、电压等参数；及一参数处理系统，包含一输入/输出单元、一处理单元、一时间提供单元、一即时显示单元与一储存单元，其中该件数序列参数、该电流、电压等参数可透过该输入/输出单元输入至该处理单元，而该处理单元以该件数序列参数为一待测物件数基准，且该时间提供单元为一可提供时间讯息并具时钟特性的元件，由该时间提供单元将每一该待测物的一时间基准提供给该处理单元，而该处理单元进一步针对该待测物件数基准、该电流参数、电压参数、以及该时间基准来建立一参数资料结构来记录该探针的使用过程与状态；接着该处理单元即时计算出每一探针的状态，并透过该即时显示单元以显示该探针的使用过程和状态；其中该处理单元可建立该参数资料结构并计算出每一探针的状态，且这些建立或/及计算的动作并无前后执行顺序的限制，而该储存单元可储存该处理单元所建立的该参数资料结构或/及该探针卡的状态，其可包含完整记录探针卡与其探针从出厂使用直至每一使用过程的状态资讯，以提供使用维护者完整的探针资料，并可透过该输入/输出单元将该参数资料结构及该探针卡的状态输出至周边设备。
2.如权利要求1所述的多功能探针卡，其特征在于其中该计数器可量测每一该探针上的电压或电流讯号切换的时槽间隔，以产生该件数序列参数，达成计数该待测物件数的功能。
3.如权利要求1所述的多功能探针卡，其特征在于其中该处理单元可为一微处理器、一程式执行记忆体、及一资料暂存记忆体，以达成程式的执行与处理资料暂存的功能。
4.如权利要求1所述的多功能探针卡，其特征在于其中该即时显示单元可为一选自从一液晶显示器、一「七段显示器」、一映像管显示装置、一即时列表装置、一警示灯警示装置、以及一蜂鸣器警示装置所组成的族群中的一可视装置，以达成该探针卡的显示、警示、以及监控该探针卡的状态的功能。
5.如权利要求1所述的多功能探针卡，其特征在于其中该储存单元可为一选自从一磁碟记录装置、一快闪记忆体、一可移动式记忆卡所组成的族群中的一储存装置，以储存该处理单元所建立的该等参数资料；其中该可移动式记忆卡是在当欲取得该储存单元内部资料或更换该储存单元时，仅需插入或移除该可移动式记忆卡，以达成使用者方便取用资料的功能。
6.一种多功能探针卡，包含一PCB、多个探针、一计数器、一参数处理系统；其特征在于多个探针，每一该探针的一端与该一PCB相连接；一计数器，用来侦测该多功能探针卡上的该探针，以计数该探针卡所测试的待测物的件数，并产生一「件数序列参数」；及一参数处理系统，包含一输入/输出单元、一处理单元、一时间提供单元、一即时显示单元与一储存单元，其中该件数序列参数可透过该输入/输出单元输入至该处理单元，而该处理单元以该件数序列参数为一待测物件数基准，且该时间提供单元为一可提供时间讯息并具时钟特性的元件，由该时间提供单元将每一该待测物的一时间基准提供给该处理单元，而该处理单元进一步针对该待测物件数基准以及该时间基准来建立一数资料结构来记录该探针的使用过程与状态；接着该处理单元即时计算出每一探针的状态，并透过该即时显示单元以显示该探针的次数；其中该处理单元可建立该参数资料结构并计算出每一探针的状态，且这些建立或/及计算的动作并无前后执行顺序的限制，而该储存单元可储存该处理单元所建立的该参数资料结构或/及该探针卡的状态，其可包含完整记录探针卡与其探针从出厂使用直至每一使用过程的状态资讯，以提供使用维护者完整的探针资料，并可透过该输入/输出单元将该参数资料结构及该探针卡的状态输出至周边设备。
7.如权利要求6所述的多功能探针卡，其特征在于其中该计数器可量测每一该探针上的电压或电流讯号切换的时槽间隔，以产生该件数序列参数，达成计数该待测物件数的功能。
8.如权利要求6所述的多功能探针卡，其特征在于其中该处理单元可为一微处理器、一程式执行记忆体、及一资料暂存记忆体，以达成程式的执行与处理资料暂存的功能。
9.如权利要求6所述的多功能探针卡，其特征在于其中该即时显示单元可为一选自从一液晶显示器、一「七段显示器」、一映像管显示装置、一即时列表装置、一警示灯警示装置、以及一蜂鸣器警示装置所组成的族群中的一可视装置，以达成该探针卡的显示、警示、以及监控该探针卡的状态的功能。
10.如权利要求6所述的多功能探针卡，其特征在于其中该储存单元可为一选自从一磁碟记录装置、一快闪记忆体、一可移动式记忆卡所组成的族群中的一储存装置，以储存该处理单元所建立的该等参数资料；其中该可移动式记忆卡是在当欲取得该储存单元内部资料或更换该储存单元时，仅需插入或移除该可移动式记忆卡，以达成使用者方便取用资料。
全文摘要
一种多功能探针卡包含一印刷电路板、多个探针、一计数晶圆件数而获取一“件数序列参数”的计数器、一用来量测通过该探针的电流、电压等讯号以获取电流、电压等参数的电讯量测装置、以及一参数处理系统；该参数处理系统包含一输入/输出单元、一处理单元、一时间提供单元、一即时显示单元与一储存单元；由该时间提供单元将每一待测物的一时间基准提供给该处理单元，而透过输入/输出单元，可将件数序列参数、电流、电压等参数输入至该处理单元中，且针对该等基准、及参数来建立一参数资料结构，来记录、计算、并透过即时显示单元来显示出探针的使用过程与状态。
文档编号G01R31/28GK1665011SQ200410008279
公开日2005年9月7日 申请日期2004年3月2日 优先权日2004年3月2日
发明者孙宏川, 杨惠彬 申请人:旺矽科技股份有限公司