轉(zhuǎn)移電子探針組件到空間變換器的制造方法
【專利摘要】轉(zhuǎn)移電子探針組件到空間變換器。根據(jù)第一方法實施例，多個探針通過微機電系統(tǒng)(MEMS)過程在犧牲基質(zhì)上的犧牲材料中形成。多個探針的尖端鄰接犧牲基質(zhì)形成，并且多個探針的剩余結(jié)構(gòu)從犧牲基質(zhì)延伸出去。包括多個探針的犧牲材料附接到空間變換器?？臻g變換器包括在一個表面上用于在探針間距處接觸多個探針的多個觸點，以及對應的在另一表面上在第二間距(大于探針間距)處的第二多個觸點，其中每個第二多個觸點電耦合到對應的多個探針之一。移除犧牲基質(zhì)，并移除犧牲材料，完整地留下多個探針。
【專利說明】轉(zhuǎn)移電子探針組件到空間變換器
[0001]相關申請
[0002]本申請要求Namburi和Cros于2012年3月7日提交的題為“Methods to TransferLogic Probe Assemblies on to Space Transformers”(轉(zhuǎn)移邏輯探針組件到空間變換器上的方法)的美國臨時專利申請61/607889的優(yōu)先權，其全部內(nèi)容被通過引用結(jié)合于此。
[0003]Tang 等人的題為 “Process for Forming Microstructures”(形成微結(jié)構(gòu)的過程)的美國專利7271022，其全部內(nèi)容被通過引用結(jié)合于此。

【技術領域】
[0004]本發(fā)明實施例涉及集成電路設計、制造和測試領域。更具體地，本發(fā)明實施例涉及用于轉(zhuǎn)移電子探針組件到空間變換器的系統(tǒng)和方法。

【背景技術】
[0005]集成電路測試一般采用細小的探針來接觸集成電路的測試點，以便注入電信號和/或測量集成電路的電參數(shù)。傳統(tǒng)電路探針是逐一制造的，并且被手動地組裝到對應于集成電路上的部分或全部測試點的陣列(有時被認為或被稱為“探針卡”)中。
[0006]隨著測試點數(shù)量的增加、以及現(xiàn)代集成電路的襯墊/凸塊空間需求的減低，一次一個地組裝探針具有挑戰(zhàn)性。采用表面顯微機械加工技術(例如，MEMS (microelectromechanical systems,微機電系統(tǒng))或有線 EDM(electric dischargemachining，放電加工))成形的探針組件對于探針卡而言越來越具有吸引力。但是，因為空間變換器是非常復雜和易損壞的，因此在細間距空間變換器(例如，硅空間變換器)的頂部上構(gòu)建探針組件是很困難的。建立MEMS探針所涉及的壓力要遠遠超過細間距空間變換器的強度。
[0007]因為在測試中，探針經(jīng)常由于誤操作而損壞或由于錯誤停止而燒毀，因此多數(shù)探針卡需要被重復修復。探針一般采用探針修復工具來替換，替換是手動的過程，包括:加熱和去安裝損壞的個別探針以及重新附接新探針?；謴吞结樋ǖ酵耆δ苁潜匾?。然而在具有小于大約50μπι間距(例如，探針到探針的空間)的細間距探針探測的情況下，替換單獨的探針極度困難。這是由于幾何體小并且操作探針的空隙不足所致。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，所需要的是用于轉(zhuǎn)移電子探針組件到空間變換器的系統(tǒng)和方法。還需要的是用于轉(zhuǎn)移電子探針組件到空間變換器的消除手動裝配且減少生產(chǎn)前置時間的系統(tǒng)和方法。還需要用于轉(zhuǎn)移電子探針組件到空間變換器的兼容并補充集成電路設計、制造和測試的現(xiàn)有系統(tǒng)和方法的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明實施例提供了這些優(yōu)勢。
[0009]根據(jù)第一方法實施例，多個探針通過微機電系統(tǒng)(MEMS)過程在犧牲基質(zhì)上的犧牲材料中形成。多個探針的尖端鄰接犧牲基質(zhì)形成，并且多個探針的剩余結(jié)構(gòu)從犧牲基質(zhì)延伸出去。包括多個探針的犧牲材料附接到空間變換器。空間變換器包括在一個表面上用于在探針間距處接觸多個探針的多個觸點，以及對應的在另一表面上在第二間距(大于探針間距)處的第二多個觸點，其中每個第二多個觸點電耦合到對應的多個探針之一。移除犧牲基質(zhì)，并移除犧牲材料，完整地留下多個探針。
[0010]根據(jù)另一實施例,一種產(chǎn)品包括:具有在第一面上的第一間距處的第一觸點和在第二面上的第二間距的處第二觸點的空間變換器；具有在第一面上的第二間距處的第三觸點和在第二面上的探針間距處的第四觸點的細間距空間變換器。細間距空間變換器的第一面功能性地耦合到空間變換器的第二面的第二觸點。該產(chǎn)品還包括適于接觸集成電路的測試點的多個細間距電子探針，該細間距電子探針在探針間距處功能性地耦合到細間距空間變換器的第二面的所述第四觸點。多個細間距電子探針配置為作為整體從空間變換器和細空間變換器的組件移除。
[0011]根據(jù)本發(fā)明另一方法實施例，多個探針通過微機電系統(tǒng)(MEMS)過程在犧牲基質(zhì)上的初級犧牲材料中形成。多個探針的尖端遠離犧牲基質(zhì)形成，并且多個探針的剩余結(jié)構(gòu)從犧牲基質(zhì)延伸出去。初級犧牲材料被移除。多個探針被封裝在次級犧牲材料中。封裝的多個探針被接合到空間變換器，并移除次級犧牲材料。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]包含在本說明書中并成為本說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實施例以及對實施例的描述，用來解釋本發(fā)明的原理。除非另外注明，附圖非按比例繪制。
[0013]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、和空間變換器100 —起的電子探針組件。
[0014]圖2、3、4、5、6、7和8示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的形成電子探針組件(例如，電子探針組件)的方法。
[0015]圖9和10示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的形成電子探針組件(例如，電子探針組件)的方法。
[0016]圖11、12和13示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的形成電子探針組件(例如，電子探針組件)的方法。
[0017]圖14、15、16、17和18示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的形成電子探針組件(例如，電子探針組件)的方法。

【具體實施方式】
[0018]現(xiàn)在詳細參照本發(fā)明的各種實施例，本發(fā)明的示例在附圖中示出。雖然本發(fā)明將結(jié)合這些實施例來被描述，但應該明白的是，這些實施例不應限制本發(fā)明。相反，本發(fā)明應覆蓋包含在由所附權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的替換、修改和等效。此外，為了提供本發(fā)明的全面理解，本發(fā)明的以下具體描述中展示了大量具體細節(jié)。但是，本領域普通技術人員應該意識到，本發(fā)明可在沒有這些具體細節(jié)的情況下實行。在其它示例中，為了不使本發(fā)明的方面產(chǎn)生不必要的模糊，熟知的方法、程序、組件和電路沒有詳細描述。
[0019]符號和術語
[0020]以下具體描述的一些部分(例如，過程200、900、1100和1400)被以可在計算機存儲器上執(zhí)行的術語程序、步驟、邏輯塊、處理以及其它數(shù)據(jù)位操作的符號表示。這些描述和表示是數(shù)據(jù)處理領域的技術人員用來最有效地傳達其工作的實質(zhì)給本領域其它技術人員的方式。程序、計算機執(zhí)行步驟、邏輯塊、過程等在這里且一般被設想為導向預期結(jié)果的、步驟或指令的自相一致的序列。該步驟是指那些必需的物理量的物理操作。通常，雖然不必要地，但這些量以能夠被儲存、轉(zhuǎn)移、組合、比較以及在計算機系統(tǒng)中操作的電或磁信號的形式呈現(xiàn)。主要由于常見用法的原因，有時將這些信號稱為比特位、值、元素、符號、字符、術語、數(shù)字或者類似物有時已被證明是方便的。
[0021]但是，應該記住的是，所有這些和類似的術語要與適當?shù)奈锢砹筷P聯(lián)且僅是應用于這些量的方便的標簽。除非特別說明或從以下探討中明顯看出，否則應該明白的是，貫穿本發(fā)明，采用術語(例如，“訪問”或“形成”或“裝配”或“移除”或“封裝”或“接合”或“釋放”或“涂層”或“附接”或“處理”或“分離”或“粗加工”或“填充”或“表現(xiàn)”或“產(chǎn)生”或“調(diào)整”或“創(chuàng)建”或“執(zhí)行”或“持續(xù)”或“索引”或“運算”或“轉(zhuǎn)換”或“計算”或“決定”或“測量”或“聚集”或“運行”等諸如此類)的探討指的是計算機系統(tǒng)或類似的電子運算設備的動作和過程，該計算機系統(tǒng)或類似的電子運算設備將在計算機系統(tǒng)的寄存器和存儲器中表示物理(電子)量的數(shù)據(jù)操作和變換為在計算機系統(tǒng)存儲器或寄存器或其它這樣的信息儲存器、傳送或顯示設備中類似地表示物理量的其它數(shù)據(jù)。
[0022]轉(zhuǎn)移電子探針組件到空間變換器
[0023]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的帶有空間變換器的電子探針組件100。電子探針組件100包括:一般在陣列中的多個細間距探針135。探針間距或探針到探針的空間可為50 μ m或更小。細間距探針135可裝配到或成形在過孔探針載體130上。
[0024]代理人案號ATST-U0075.US，Namburi 于 2013 年 3 月 7 日申請的題為“Fine PitchProbe Array from Bulk Material ”(來自散料的細間距探針陣列)的共同待決、共同擁有的美國專利申請示出了這樣的細間距探針陣列的系統(tǒng)和方法，其全部內(nèi)容被通過引用結(jié)合于此。該引用的US專利申請的公開兼容并補充本應用的公開。應該意識到的是，根據(jù)本應用的實施例也很好地適合細間距探針陣列的其它形態(tài)，例如，微機電系統(tǒng)(MEMS)。
[0025]Tang等人的題為“Process for Forming Microstructures”(形成微結(jié)構(gòu)的過程)的美國專利公開7271022公開了(例如，通過微機電系統(tǒng)(MEMS))在基質(zhì)上形成微結(jié)構(gòu)，其全部內(nèi)容被通過引用結(jié)合于此，該公開兼容并補充本應用的公開。例如,示例性MEMS過程可包括:重復的電鍍基質(zhì)過程，例如，采用銅(Cu)層；采用光刻法過程在銅上蝕刻圖案；以及用有圖案的金屬填充，例如，鎳錳(NiMn)合金。用這種方式可以構(gòu)建包含鎳-錳探針的復雜形狀。
[0026]過孔(through-via)探針載體130通過采用任意適當?shù)牟牧系娜我膺m當?shù)倪^程(例如，焊球連接)裝配到細間距空間變換器120。細間距空間變換器120改變或變換細間距探針的間距(例如，大約50 μ m或更小的間距)為更大的間距(例如，在大約50 μ m到大約200 μ m或更大范圍內(nèi))。
[0027]細間距空間變換器120通過采用任意適當?shù)牟牧系娜我膺m當?shù)倪^程(例如，焊球連接)被裝配到空間變換器110?？臻g變換器110可包含例如低溫共燒陶瓷(LTCC)或有機薄片?？臻g變換器I1改變或變換細間距空間變換器120的間距(例如，從小于(或等于)大約50 μ m到大約200 μ m)改變或變換為適合更高水平電子組件的更大的間距(例如,大約400 μ m或更大))。
[0028]空間變換器110、細間距空間變換器120、包含過孔探針載體130的細間距探針陣列和細間距探針135的垛堆(stack),通過包含任意適當?shù)牟牧系娜我膺m當?shù)倪^程(例如，焊球)被裝配到更高層級電子組件101。更高層級電子組件101可包括:例如，印刷電路板(PCB)和/或高密度互聯(lián)PCB。
[0029]在傳統(tǒng)技術下，當探針被損壞或由于任何其它原因需要更換時，探針陣列和空間變換器一般必須更換。相反，根據(jù)本發(fā)明實施例，只有探針陣列(包括過孔探針載體130和細間距探針135)要更換。這有益地降低了必需的返工，從而有利地減低了時間和開銷。
[0030]圖2到圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的形成電子探針組件(例如，電子探針組件100)的方法200。在圖2中，多個細間距探針235通過微機電系統(tǒng)(MEMS)方法在初級犧牲基質(zhì)230 (例如，陶瓷基質(zhì))上形成。細間距探針235在初級犧牲材料240(例如，銅(Cu))中形成。細間距探針235被這樣形成從而探針尖端(例如，設計為接觸集成電路測試點的探針的部分)遠離初級犧牲基質(zhì)230形成。
[0031]一般而言，包含用于細間距探針235形成的初級犧牲材料240的材料不兼容后續(xù)處理操作。因此，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的初級犧牲材料240的釋放。如果初級犧牲材料240兼容后續(xù)操作，那么(下面的)圖3和圖4的過程可不必要。
[0032]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例用次級犧牲材料440封裝細間距探針235。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例接合次級犧牲材料440中的細間距探針235到空間變換器520。
[0033]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實施例，次級犧牲材料440的移除，留下包含裝配到空間變換器520的細間距探針235的探針陣列。
[0034]在替代的實施例中，次級犧牲材料440中的細間距探針235可被接合到過孔探針載體，例如，圖1所示的過孔探針載體130。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實施例，接合到過孔探針載體130的次級犧牲材料440中的細間距探針235。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實施例，次級犧牲材料440的移除，留下包含細間距探針235和過孔探針載體130的探針陣列。探針陣列可被耦合到其它組件，例如，如圖1所示那樣。
[0035]圖9到圖10示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的形成電子探針組件(例如，電子探針組件100(圖1))的方法900。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的，裝配過孔探針載體基質(zhì)930頂部上的次級犧牲材料940中的細間距MEMS探針935，該過孔探針載體基質(zhì)930采用臨時粘合劑附接到支撐基質(zhì)910。支撐基質(zhì)910在整個微機電系統(tǒng)(MEMS)制造過程中對其提供機械強度。
[0036]如圖10中所示，根據(jù)本發(fā)明實施例，微機電系統(tǒng)(MEMS)制造過程完成后，支撐基質(zhì)910脫接合且初級犧牲材料940被釋放。探針陣列(包括細間距探針935和過孔探針載體930)可被耦合到其它組件，例如，如圖1所示那樣。
[0037]在圖11到圖13中示出了方法1100，包括當細間距探針包裹在初級犧牲材料中時，附接次級犧牲基質(zhì)到細間距探針頂部上。次級犧牲基質(zhì)作為把手支撐細間距探針。初級犧牲基質(zhì)通過探針腳直接或在中間采用過孔探針載體基質(zhì)來脫離與空間變換器的連接而被釋放。次級犧牲基質(zhì)和初級犧牲材料隨后被釋放。
[0038]根據(jù)本發(fā)明實施例，圖11示出了在初級犧牲材料1140中形成的的細間距探針1135被附接到初級犧牲基質(zhì)1120，且在頂部(或細間距探針1135的“探針尖”端)接合到次級犧牲基質(zhì)1150。
[0039]在圖12中，根據(jù)本發(fā)明實施例，初級犧牲基質(zhì)1120被釋放，且剩余組件(包括細間距探針1135和次級犧牲基質(zhì)1150)對齊并采用任意適當?shù)牟牧虾瓦^程(例如，焊接)接合到過孔探針載體1130。
[0040]圖13示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的次級犧牲基質(zhì)1150的釋放和第一犧牲材料1140的移除。探針陣列(包括細間距探針1135和過孔探針載體1130)可被耦合到其它組件，例如，如圖1所示那樣。
[0041]圖14到圖18示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于形成電子探針組件(例如，電子探針組件100 (圖1))的方法1400。在圖14中，根據(jù)本發(fā)明實施例，多個細間距探針1435在初級犧牲基質(zhì)1420上的初級犧牲材料1440中形成。應該注意的是，細間距探針1435相對于之前的圖(例如，圖2的細間距探針235) “倒轉(zhuǎn)”形成。例如，細間距探針1435的尖端(例如，設計為接觸集成電路測試點的探針的部分)緊挨著初級犧牲基質(zhì)1420形成。
[0042]圖15示出了根據(jù)本發(fā)明實施例，裝配包括細間距探針1435、初級犧牲材料1440和初級犧牲基質(zhì)1420的組件到過孔探針載體1430上。應該注意的是，細間距探針1435的底部附接到過孔探針載體1430。
[0043]圖16示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的初級犧牲基質(zhì)1420的移除。初級犧牲材料1440可通過任意適當?shù)倪^程(包括，例如化學蝕刻)移除。初級犧牲材料1440可緊接犧牲基質(zhì)1420的移除而移除。但是，根據(jù)本發(fā)明實施例，在附加處理之后(例如，在附接到更高層級組件之后)移除初級犧牲基質(zhì)1420是有益的。探針陣列(包括細間距探針1435和過孔探針載體1430)可被耦合到其它組件，例如，如圖1所示那樣。
[0044]在替代的實施例中，根據(jù)本發(fā)明實施例，細間距探針1435、初級犧牲材料1440和初級犧牲基質(zhì)1420可裝配到空間變換器1450上。從圖14出發(fā)的的圖17示出了根據(jù)本發(fā)明實施例，裝配包括細間距探針1435、初級犧牲材料1440和初級犧牲基質(zhì)1420的組件到空間變換器1450上。應該注意的是，細間距探針1435的底部附接到空間變換器1450。
[0045]圖18示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的初級犧牲基質(zhì)1420的移除。初級犧牲材料1440可通過任意適當?shù)倪^程(包括，例如化學蝕刻)移除。初級犧牲材料1440可緊接犧牲基質(zhì)1420的移除而移除。但是，根據(jù)本發(fā)明實施例，在附加處理之后(例如，在附接到更高層級組件之后)移除初級犧牲基質(zhì)1420是有益的。探針陣列(包括細間距探針1435和空間變換器1450)可被耦合到其它組件，例如，如圖1所示那樣。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的實施例提供了用于轉(zhuǎn)移電子探針組件到空間變換器的系統(tǒng)和方法。此外，根據(jù)本發(fā)明的實施例提供了用于轉(zhuǎn)移電子探針組件到空間變換器的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法消除了手動裝配且減少生產(chǎn)前置時間。另外，根據(jù)本發(fā)明的實施例提供了用于轉(zhuǎn)移電子探針組件到空間變換器的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法兼容并補充了集成電路設計、制造和測試的現(xiàn)有系統(tǒng)和方法。
[0047]以上描述了本發(fā)明的各種實施例。雖然本發(fā)明在具體實施例中描述，但應該注意的是，本發(fā)明不應被解釋為被這些實施例限制，而應該解釋為是以以下權利要求為根據(jù)的。
【權利要求】
1.一種方法，包括: 通過微機電系統(tǒng)MEMS過程，在犧牲基質(zhì)上的犧牲材料中形成多個探針， 其中所述多個探針的尖端鄰近所述犧牲基質(zhì)形成，并且所述多個探針的剩余結(jié)構(gòu)從所述犧牲基質(zhì)延伸出去； 附接包括所述多個探針的所述犧牲材料到空間變換器， 其中所述空間變換器在一個表面上包括以探針間距形成的用于接觸所述多個探針的多個觸點，以及對應的在另一表面上包括以第二間距形成的第二多個觸點，其中所述第二間距大于所述探針間距并且每個所述第二多個觸點電耦合到對應的所述多個探針之一； 移除所述犧牲基質(zhì)；以及 移除所述犧牲材料，但完整地留下所述多個探針。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述探針間距小于大約50μ m。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述第二間距至少是所述探針間距的兩倍。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述多個探針包括鎳錳(NiMn)合金。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述犧牲材料包括銅(Cu)。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述移除所述犧牲基質(zhì)和所述移除所述犧牲材料幾乎同時發(fā)生。
7.如權利要求1所述的方法，其中所述移除所述犧牲材料發(fā)生在所述附接之后。
8.—種產(chǎn)品,包括: 具有在第一面上以第一間距形成的第一觸點以及在第二面上以第二間距形成的第二觸點的空間變換器； 具有在第一面上以所述第二間距形成的第三觸點以及在第二面上以探針間距形成的第四觸點的細間距空間變換器， 所述細間距空間變換器的第一面功能性地耦合到所述空間變換器的第二面的所述第二觸點；以及 適于接觸集成電路的測試點的多個細間距電子探針，該細間距電子探針以探針間距功能性地耦合到所述細間距空間變換器的第二面的所述第四觸點， 其中所述多個細間距電子探針配置為作為整體從所述空間變換器和所述細空間變換器的組件移除。
9.如權利要求8所述的產(chǎn)品，其中所述探針間距小于或等于大約50μ m。
10.如權利要求8所述的產(chǎn)品，其中所述第二間距大于所述探針間距，并小于大約200 μ m。
11.如權利要求8所述的產(chǎn)品，其中所述第一間距大于所述第二間距，并大于大約200 μ m。
12.如權利要求8所述的產(chǎn)品，其中所述多個細間距電子探針裝配到雙面均具有以所述探針間距形成的觸點的過孔基質(zhì)探針載體。
13.如權利要求12所述產(chǎn)品，其中所述多個細間距電子探針配置為在耦合到所述過孔基質(zhì)探針載體時作為整體從所述空間變換器和所述細空間變換器的組件移除。
14.如權利要求8所述的產(chǎn)品，還包括:具有以所述第一間距功能性地耦合到所述空間變換器的第一面上的觸點的印刷電路板。
15.—種方法,包括: 通過微機電系統(tǒng)MEMS過程，在犧牲基質(zhì)上的初級犧牲材料中形成多個探針， 其中所述多個探針的尖端遠離所述犧牲基質(zhì)形成，并且所述多個探針的剩余結(jié)構(gòu)從所述犧牲基質(zhì)延伸出去； 移除所述初級犧牲材料； 將所述多個探針封裝在次級犧牲材料中； 接合所述封裝的多個探針到空間變換器；以及 移除所述次級犧牲材料。
16.如權利要求15所述的方法，其中所述多個探針以小于或等于大約50μ m的間距形成。
17.如權利要求15所述的方法，其中所述空間變換器包括在一面上以探針間距形成的第一觸點，以及對應的在另一面上以至少兩倍于所述探針間距形成的第二觸點，并且其中對應的第一和第二觸點電f禹合。
18.如權利要求15所述的方法，其中所述多個探針包括鎳錳(NiMn)合金。
19.如權利要求15所述的方法，其中所述初級犧牲材料包括銅(Cu)。
20.如權利要求15所述的方法，其中所述移除所述次級犧牲材料發(fā)生在所述接合之后。
【文檔編號】G01R1/067GK104254781SQ201380013215
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年3月7日 優(yōu)先權日:2012年3月7日
【發(fā)明者】拉克什米肯斯·南普利, 弗洛倫特·克羅斯 申請人:愛德萬測試公司