空气桥结构及制造和使用空气桥结构的方法

专利名称：空气桥结构及制造和使用空气桥结构的方法
空气桥结构及制造和使用空气桥结构的方法
背景技术：
各种元件和结构已经用于电子设备以在设备上的连接元件之间提供电 通道。本发明涉及电子设备上的配置成传送电信号的空气桥结构的新颖使 用和应用以及用于制作该结构的改良工艺。
发明概述
根据本发明的一些实施例， 一种探针卡组件可包括配置成与测试控 制器进行电连接的测试器接口、设置成接触要测试的电子设备的端子的多 个导电探针、以及连接测试器接口和探针的多个导电数据通道。数据通道 的至少一个可包括通过多个塔柱与导电板隔离开的导电迹线的空气桥结 构。


图1示出根据本发明一些实施例的带有示例性空气桥结构的示例性电 子设备。
图2A-9B示出根据本发明的一些实施例用于制造空气桥结构的示例性 工艺。
图10-14B示出根据本发明的一些实施例用于制造空气桥结构的另一 示例性工艺。
图15示出根据本发明一些实施例的根据图10-14B的工艺制造的附连 到衬底的空气桥结构。
图16A-18B示出根据本发明的一些实施例用于制造空气桥结构的又一 示例性工艺。
图19示出根据本发明一些实施例的根据图16A-18B的工艺制造的空气
桥结构到衬底的附连。图20A-24B示出根据本发明的一些实施例的用于制造空气桥结构的再
一示例性工艺。
图25示出根据本发明的一些实施例的示例性测试系统。
图26示出根据本发明一些实施例的包括空气桥结构的示例性探针卡组件。
图27示出根据本发明一些实施例的包括空气桥结构的另一示例性探 针卡组件。
示例性实施例详述
本说明书描述本发明的示例性实施例和应用。然而，本发明不限于本
文所描述的这些示例性实施例和应用或其中这些示例性实施例和应用工作
的方式。而且，附图可以示出简化或部分视图，而且为了说明的方便或清
楚的目的附图中的元件尺寸可以放大或不成比例。此外，作为本文中使用
的术语"在......上面"， 一物体(例如，材料，层，衬底等)可在另一物体"上
面"，而不管该物体是直接在另一物体上面或者在该物体和另一物体之间有
一个或多个中间插入物体。此外，方向(例如，上方，下方，上，下，侧， "x"， 'y'， "z"等) 一如果提供的话一是相对的并且为了说明和讨论的
方便仅作为示例而不是作为限制。
图1示出根据本发明一些实施例的示例性电子设备100的部分透视图。 如图所示，电子设备IOO可包括多个导电端子104(示出两个但可以使用更 多个或更少个)和多个空气桥结构114 (示出两个但可以使用更多个或更少 个)。如图所示，电子设备IOO还可包括衬底102和导电板106 (示出一个 但可包括一个以上)。电子设备100可以是任何类型的电子设备。电子设 备100的无限制示例包括半导体管芯、探针器件、半导体封装、印刷电路 板、探针卡组件的任意部分等。
空气桥结构U4可提供或可以是使电子设备IOO上的元件(例如，端 子，诸如电阻、电容器、集成电路芯片等的电组件)互连的电通道的一部 分。在图1中，每个空气桥结构114被示为一端与端子104之一连接。虽 然未在图1中示出，但每个空气桥结构114可以扩展而且可以电连接到其它端子(例如，像端子104)或衬底102之上或其中的元件。此外，端子 104可以通过导电迹线和/或掩埋在衬底102的表面内或之上的通孔(例如， 像图2B中的202)电连接到其它端子和/或衬底102之上或内部的元件(未 示出)。
如图所示，每个空气桥结构114可包括设置在多个分离的塔柱108、 IIO上的导电迹线112。塔柱108的一个或多个可以是导电的而且因此将迹 线112电连接到衬底102之上或其中的连接元件。在图1所示的示例中， 如图1所示，塔柱108可以是导电的而且因此使迹线112电连接到端子104 之一。在图l所示的示例中，塔柱110可以是电绝缘的并且可包括介电材 料。这些塔柱110可支撑导电板106上的迹线112并使迹线112与板106 电绝缘。
板106可以电连接到地或恒定或可变电压源(未示出)。如图1中可 见地，塔柱110可仅占据每个迹线112和板106之间空间的一小部分。因 此大气可填充每个迹线112和板106之间的大部分空间。例如，取决于沿 着迹线112设置的塔柱110的大小和数量，迹线112和板106之间的开放 空间与被塔柱110占据的空间的比例可接近任意所需值。例如，在其与板 106之间有开放空间(而且因此作为介电材料的大气)的迹线112的设置在 板106上的总面积的百分比可以是60%、 70%、 80%、 90%、 95%或任意上 述百分比之间的任意百分比。实际上，取决于迹线112和附加到迹线112 的塔柱112的大小和配置，上述百分比可小于60%或大于95%。
如所己知地，大气是几乎完美的电介质。因此，迹线112和板106之 间几乎没有——通常可以忽略——电容，其中迹线112和板106之间的介 电材料是空气。因此，迹线112和板106之间仅有的明显电容由塔柱110 引起。如以上所述，因为可使塔柱UO仅占据迹线112面积的一小部分(而 且因此仅占据迹线112和板106之间空间的一小部分)，可使每个桥结构 114与板106几乎不会有——实际上可忽略——电容耦合。
如所已知地，导电板106可防止或基本上消除迹线112和导电迹线、 端子、和/或掩埋在衬底102内或设置在衬底102反面的其它电子元件(未 示出)之间诸如串音、电容耦合、以及漏电流交互作用之类的事情。因此，在图1所示的示例性配置中，板106可使每个空气桥结构114的迹线112 从与位于衬底102内或设置在衬底102反面的导电迹线和端子及电子元件 之间的非期望交互作用(例如，串音，电容耦合，漏电流等)中解耦，此 外，空气桥结构114可有效地使迹线112从与板106之间的电容交互作用
中解耦。
图2A-9B示出根据本发明一些实施例的用于制造带有空气桥结构的电 子设备的示例性工艺。为了进行说明和讨论，将针对制造图1的电子设备 100来描述图2A-9B中示出的工艺。然而，可使用图2A-9B中示出的工艺 制造其它和不同的电子设备。
如图2A和2B所示(图2A示出俯视图，而图2B示出截面侧视图)， 图2A-9B所示的工艺可从提供衬底102开始。如图2A和2B所示，可制造 或提供包括多个导电端子104的衬底102。(如上所述，虽然示出了两个端 子104，但可使用更多或更少个(端子)。)如图2B所示，每个端子104 可通过导电通孔202电连接到衬底102另一侧上的另一导电端子204。或者， 端子104的一个或多个可通过衬底102表面上的或掩埋在衬底102内部的 通孔和/或迹线(未示出)电连接到设置在衬底102任一侧的其它位置上的 端子(例如，像端子204)。作为另一替换方案，端子104的一个或多个可 通过通孔和/或迹线(未示出)电连接到衬底102之上或其内部的其它类型 的端子(未示出)或电子元件(例如，电阻，电容器，诸如处理器电路或 存储器电路之类的有源电路等)。衬底102可以是无限制地包括印刷电路 板、陶瓷衬底、半导体衬底或晶片等任意类型的衬底。
如图3A和3B所示(图3A示出俯视图，而图3B示出截面侧视图)， 板106可形成在衬底102上。板106可包括任意一种或多种导电材料。例 如，板106可包括粘附(例如粘合)或以其它方式固定到衬底102表面上 的薄片。作为另一示例，可将形成板106的材料沉积到衬底102上。例如， 可使用化学气相沉积、物理气相沉积、溅射沉积、非电解浸镀、电子束沉 积、热蒸镀、电镀等方法将构成板106的一种或多种材料沉积到衬底102 上。如果将构成板106的一种或多种材料电镀到衬底102上，可首先将导 电籽层(未示出)沉积到衬底102上，接着可将构成板106的材料或多种材料电镀到该籽层(未示出)上。作为另一示例，可通过将一种或多种导
电浆料沉积到衬底102上然后固化形成板106或以其它方式使该浆料硬化 而形成板106。合适导电浆料的非限制示例无限制地包括含有诸如导电金属 (例如，铜、银、镍等)薄片、导电聚合物、导电氧化物(例如，铟锡氧 化物)之类的导电材料的光反应性浆料。加银树脂也是合适导电浆料的 非限制示例。可将构成板106的一种或多种浆料按板106所需形状沉积到 衬底102上，或者可在将该浆料沉积到衬底102之后使其形成图案。例如， 可将沉积到衬底102上的一种或多种浆料的一部分去除来使衬底102上的 一种或多种浆料的一部分形成板106的所需形状。
如图4A和4B所示(图4A示出俯视图，而图4B示出截面侧视图)， 可将材料402沉积到衬底102上。如图5A和5B所示(图5A示出俯视图， 而图5B示出截面侧视图)，可将材料402的一部分去除来形成在板106上 支撑迹线112的塔柱110 (参见图1)。可用不同的方法沉积材料402和使 之形成图案来形成塔柱110。例如，如图4A和4B所示，材料402可以是 沉积到衬底102和板106上的光反应性浆料。己知有许多不同类型的光反 应性浆料，而且可使用任意这些浆料。例如，该光反应性浆料可以是干膜 光刻胶材料。此外，可使用任意合适方法将这些浆料沉积到衬底102和板 106上。例如，可通过分配工具——应用刷子或应用工具等——分配该浆料。
可通过使该浆料的选择部分暴露到光(例如，紫外光)中在该光反应 性浆料上形成图案。例如，如果该浆料具有正光反应性特性，则可使该浆 料(图4A和4B中沉积为材料402)通过阻止光照射浆料中要形成塔柱110 部分的掩模而暴露到光源(例如，紫外光)中。如所已知地，光可弱化或 分解正光反应性材料。此后，该浆料暴露到光中的部分可被去除，留下如 图5A和5B所示的塔柱110。作为另一示例，如果该浆料具有负光反应性 特性，则可使图4A和4B中该浆料(沉积为材料402)通过仅允许光照射 浆料中要形成塔柱110的部分的掩模暴露到光源中。如所已知地，光可使 负光反应性材料硬化。此后，该浆料的未暴露到光中的部分可被去除，留 下如图5A和5B所示的塔柱110。
然而，材料402不需要是光反应性材料。相反，材料402可以是如图4A和4B所示可沉积到衬底102上的任意材料，并可形成图案来形成如图 5A和5B所示的塔柱110。例如，材料402可以是如图4A和4B所示沉积， 然后经过刻蚀、切割(例如，用激光切除)等来形成如图5A和5B所示的 塔柱110的材料。材料402可以是适合支撑迹线112(参见图l)的塔柱110 的任意材料。如上所述，材料402可以是光反应性浆料。材料402的其它 非限制示例包括聚合物、聚酰亚胺、塑料、橡胶材料、有机材料、无机材 料等。金属或其它导电材料也可构成材料402。
在塔柱UO形成之后，如图6A和6B所示填充材料602可被沉积到衬 底102上。(图6A示出俯视图，而图6B示出截面侧视图。)再如图6A 和6B所示，至端子104的开口 (未示出)可在填充材料602中形成，而那 些开口 (未示出)可用导电材料填充来形成如上关于图1所讨论的导电塔 柱108，该导电塔柱108可使迹线112电连接到端子104。填充材料602可 以是任意合适的材料。例如，填充材料602可以是光刻胶材料，而且可通 过使填充材料602的选定部分暴露到光中而形成其中形成有导电塔柱108 的开口 (未示出)。可使用任意合适工艺将形成导电塔柱108的材料沉积 到填充材料602的开口 (未示出)中。例如，可将形成导电塔柱108的材 料电镀到端子104的通过填充材料602中的开口 (未示出)暴露的部分上， 由此填充该开口 (未示出)。
如图7A和7B所示(图7A示出俯视图，而图7B示出截面侧视图)， 可修平(例如平整)填充材料602的外表面。例如，可使用机械研磨工具
(例如，基于金刚石或碳化硅的研磨工具)或化学机械研磨工具(例如， 使用二氧化硅、三氧化二铝、或氧化铯的浆液的工具)研磨填充材料602 的外表面。再如图7A和7B所示，也可修平或平整塔柱IIO和导电塔柱108 的各个部分，这可使塔柱108、 IIO从衬底102延伸约相同的距离而且还可 造成包括填充材料602、塔柱110及导电塔柱108的平坦表面704。
如图8A和8B所示，迹线112可在平坦表面704上形成。迹线112可 在穿过表面704暴露的塔柱110和导电塔柱108的端部上形成。迹线112 可由任意导电材料形成，而且可使用如上关于形成板106和使其形成图案 所讨论的任意方法形成迹线112和使其形成图案。如图9A和9B所示(图9A示出俯视图，而图9B示出截面侧视图)， 填充材料602可被去除。例如，可在能溶解填充材料602但不会可感知地 溶解电子设备100的诸如迹线112、塔柱110、导电塔柱108、端子104、 板106以及衬底102之类的元件的溶剂中清洗填充材料602。如图9A和犯 所示，所得结果可以是图1的电子设备100，其具有包括由塔柱110和将迹 线112电连接到端子104的导电塔柱108支撑的导电迹线112的空气桥结 构114。如上所述，虽然未在图1、 9A或9B中示出，但每个空气桥结构 114可延伸并连接到衬底102上的一个或多个其它端子(例如，像端子104) 或电元件或连接件。按这种方法，迹线112可在衬底102上的端子(例如， 像104)、电元件、或连接件之间提供电通道或作为电通道的一部分。
图10-15示出用于制造包括空气桥结构的电子设备的另一示例性工艺。 如图10所示，可制造或设置多层衬底1000。例如，衬底1000可包括导电 片层1002 (例如，包括铜或另一金属)、介电材料层1003、以及粘合材料 层賜5。
如图HA和IIB所示(图IIA示出俯视图，而图IIB示出截面侧视 图)，掩模材料1004可沉积在片层1002上并形成具有一个或多个开口 1006 的图案。如将看到地，空气桥结构(例如，像空气桥结构114)的迹线(例 如，像迹线U2)可在开口 1006中形成。因此，可使开口 1006成形为迹线 所需形状。如下文将要讨论地，还可使开口 1006成形为包括限定处理的部 分或其它便利部件。在图IIA和IIB所示的示例中，开口 1006包括其中 可形成迹线(参见图12A和12B的1012)的部分1102、其中可形成连接 条(参见图12A的1014)的部分1106、以及其中可形成突变延伸部(参见 图12A的1016)的部分1104。
如图12A和12B所示(图12A示出俯视图而图12B示出截面侧视图)， 可用一种或多种材料填充开口 1006 (参见图IIA和11B)来形成导电迹线 1012、连接条1014、以及突变延伸部1016。连接条1014可使各迹线1012 互连并且可用作用于处理迹线1012的便利用具。突变延伸部1016可将迹 线1012连接到连接条1014而且可便于迹线1012最终与连接条1014分离。
填充开口 1006来形成迹线i012、突变延伸部1016和连接条1014的材料或多种材料可以是任意合适的材料，而且可以任意合适方式沉积到开
口 1006中。例如，沉积到开口 1006中的一种或多种材料可以是铜和/或另
一金属或其它金属。此外，可将该材料(例如，铜和/或另一种金属或其它
金属)电镀到片层的1002通过开口 1006暴露的部分上。或者，可使用除 电镀之外的沉积方法。例如，可通过化学气相沉积、物理气相沉积、溅射 沉积、非电解浸镀、电子束沉积、蒸镀(例如，热蒸镀)、火焰喷涂、等 离子体喷涂等方法将该材料(或多种材料)沉积到开口 1006中。在填充开 口 1006之后，可通过例如对掩模材料1004和沉积到开口 1006中的材料的 上表面进行研磨或平整来去除沉积到开口 1006中的任意多余材料。
或者，可以在没有使用形成了图案的掩模材料1004的情况下形成迹线 1012和可任选连接条1014以及突变延伸部1016。例如，形成迹线1012、 连接条1014以及突变延伸部1016的一种或多种材料可通过按照迹线1012、 突变延伸部1016和连接条1014的所需形状形成图案的掩模沉积到片层 1002上。
如图13A-14B所示，附连到迹线1012的塔柱IOIO可由粘附层1005、 介电层1003、和片层1002形成。如图13A和13B所示(图13A示出仰视 图，而图13B示出截面侧视图)，可通过选择性地去除粘附层1005和介电 层1003的部分、留下粘附层1005'和介电层1003'的剩余部分来形成塔柱 1010的部分。可使用任意合适方法去除粘附层1005和介电层1003的选定 部分。例如，可使用激光(例如，可使粘附层1005和介电层1003的选定 部分消融)或其它切割工具(例如，刀)去除粘附层1005和介电层1003 的选定部分。作为替换，可通过使用刻蚀剂、溶剂、化学溶液等刻蚀掉或 去除粘附层1005和介电层1003的选定部分。通过保护粘附层1005'和介电 层1003'的保留部分或使之与刻蚀剂、溶剂、或化学溶液相隔离，可保护粘 附层1005'和介电层1003'的保留部分免受这样的刻蚀、溶解、化学或其它 类型的处理。例如，可将已形成图案的掩模设置在粘附层1005上，而该掩 模可防止刻蚀剂、溶剂、或其它化学溶液刻蚀或溶解粘附层1005'和介电层 1003'的要保留和形成塔柱1010的部分。
如图14A和14B所示(图14A示出仰视图，而图14B示出截面侧视图)，可去除片层1002的部分，仅留下片层1002的与粘附层1005和介电 材料1003的保留部分1005'、 1003'相对应的部分1002'。或者，可去除片 层1002的部分，而仅留下对应于迹线1012的部分。可通过刻蚀、激光消 融、用切割工具切割等手段去除片层1002的部分。如图13B所示，粘附层 1005、介电材料1003、和片层1002的保留部分1005'、 1003'、 1002，可以 形成附连到迹线1012的塔柱1010。因此，图10-14B示出包括由连接条1014 结合在一起并且附连了多个塔柱1010的多条导电迹线1012的结构的示例 性形成过程。
如图15所示，塔柱IOIO可被附连到衬底1502 (可像图1的衬底102) 上的导电板1506 (可像图1的板106)。粘附层1005的形成塔柱1010的 部分1005'可将塔柱1010粘附到板1506。如图15所示，塔柱1010可以将 迹线1012与板1506分隔开。例如，塔柱1010可以将迹线1012抬高到板 1506之上。再如图15所示，迹线IOIO可电连接到一个或多个端子1504(可 像图1的端子104—样)。在图15所示的示例中，每条迹线1010可通过 一端接合到迹线1012而另一端连接到端子1504的布线1508电连接到端子 1504。迹线1012可电连接到一个以上端子(例如，像端子1504)。例如， 迹线1012可一端连接到端子1504，而另一端连接到衬底1502上的另一端 子或其它连接元件(未示出)。此外， 一条或多条迹线1012可通过除布线 1508之外的连接件电连接到端子1504。例如，类似于图l所示的配置，塔 柱1010 (例如，像图1的塔柱108)之一可由导电材料制成并可设置在端 子1504之一上。如同图1的空气桥结构114 一样，塔柱1010可调节大小 并且可被配置成占据迹线1012面积的选定部分。因此，桥结构1414可被 配置成具有与以上关于大气作为迹线1012和板1506之间介电材料的桥结 构114所讨论的相同的百分比。
如上所述，连接条1014可用来便于桥结构1414的处理和操作。 一旦 桥结构1414附连到板1506，连接条1014就可与迹线1012分离并丢弃。突 变延伸部1016可便于使连接条1014与迹线1012分离。或者，在将单个桥 结构1414附连到板1506之前可使单个桥结构1414与连接条1014分离。 再一次，突变延伸部1016可便于使连接条1014与迹线1012分离。不过，连接条1014和突出延伸部1016是可任选的，而且不需要形成或使用。
图16A-19示出根据本发明一些实施例的用于制造包括空气桥结构的 电子设备的另一示例性工艺。图16A和16B(图16A示出俯视图，而图16B 示出截面侧视图)示出其上可沉积籽层/释放层1604的牺牲或可去除衬底 1602。衬底1602可以是适合用作其上形成空气桥结构的平台的任意衬底。 例如，衬底1602可以是空白半导体晶片、陶瓷衬底、有机衬底、无机衬底 等。籽层/释放层1604可以是可去除(例如，刻蚀掉)的任意导电材料。适 用于籽层/释放层1604的材料的示例非限制地包括铜、钯、钛、钨、银、铝、 金和包括上述材料组合的它们的合金。再如图16A和16B所示，掩模材料 1606可沉积在籽层/释放层1604上并形成图案为具有至籽层/释放层1604 的开口 (未示出)，并且可用一种或多种材料填充该开口来形成迹线1612。 掩模材料1604可像图IIA和11B中示出的材料1004 —样，而且可像掩模 材料1004 —样加工和形成图案。迹线1612可以和图12A和12B中的迹线 1012大致相似。例如，迹线1612可包括和迹线1012相同的或相似的一种 或多种材料，而且该材料可按照与形成图12A和12B中迹线1012的材料 被沉积到图IIA和IIB所示的开口 1006中相同或相似的方式沉积到掩模 材料1604中的开口 (未示出)内。例如，可将形成迹线1612的一种或多 种材料电镀到籽层/释放层1604的被掩模材料1606中的开口 (未示出)暴 露的部分。如果使用除电镀之外的沉积方法来将构成迹线1612的材料或多 种材料沉积到掩模材料1606中的开口 (未示出)内(例如，化学气相沉积、 物理气相沉积、溅射沉积、非电解浸镀、电子束沉积、蒸镀(例如，热蒸 镀)、火焰喷涂、等离子体喷涂)，则籽层/释放层1604不需要是导电的而 且可以起释放层的作用。可修平或平整掩模材料1606和迹线1612的外表 面来去除沉积到掩模材料1606中的开口内的任意多余材料和/或修平或平 整迹线1612。
如图17A和17B所示，可将材料1702沉积到掩模材料1606和迹线1612 上，而如图18A和18B所示，可使材料1702形成图案来在迹线1612上形 成塔柱1810。材料1702可以像图4A和4B中示出的材料402 —样，而且 可按照与使材料402沉积和形成图案来形成图4A-5B中的塔柱110相同的方式沉积和形成图案来形成塔柱1810。结果可以是多个包括附连到导电迹 线1612上的塔柱1810的空气桥结构1814 (示出三个但可制造更多或更少 个)——该结构附连到牺牲或可去除衬底1602上的籽层/释放层1604。空 气桥结构1814可与图1的空气桥结构114及图14A-15的1414大致相似。 例如，如同图1的空气桥结构114 一样，塔柱1810可调节大小并可被配置 成占据迹线1612面积的选定部分。因此，桥结构1814可被配置成具有与 以上关于大气作为迹线1612和塔柱1810附连其上的板(例如，像板106 一样)之间的介电材料的桥结构114所讨论的相同的百分比。
如图19所示，可从衬底1602去除掩模材料1606，可通过桥结构1814 的塔柱1810将桥结构1814附连到衬底1902 (可像图1的衬底102—样) 上的导电板(在图19中不可见但可像图1的板106—样)。可按照塔柱110 附连到图l的板106的任意方式使塔柱1810附连到板(未示出)。然后可 通过使迹线1612与衬底1602分离将空气桥结构1814从衬底1602拆出， 衬底1602可丢弃。可通过溶解或刻蚀籽层/释放层1604使迹线1612与衬底 1602分离。因此，籽层/释放层1604可包括能使用不会可感知地溶解或不 刻蚀迹线1612、或溶解或刻蚀迹线1612比籽层/释放层1604慢的溶剂或刻 蚀剂来溶解或刻蚀的材料。
迹线1612可使用以上关于图l和15示出或讨论的任意连接配置电连 接到衬底1902上的可像图1的端子104或图15的1504 —样的端子(未示 出)。例如， 一个或多个塔柱1810可由导电材料组成，而且可按照与塔柱 108附连到图1端子104的相同或相似的方法附连到(而且因此电连接到) 衬底1902上的端子(未示出)。作为另一示例，像图15的布线1508 —样 的布线(未示出)可用来使迹线1612电连接到衬底1902上的端子(未示 出)。实际上，使迹线1612电连接到衬底1902上的端子(未示出)或其 它连接元件(未示出)的一种或多种方法对本发明并不重要，而且可使用 任意合适方法。
图20A-24B示出根据本发明一些实施例的用于制造包括空气桥结构的 电子设备的再一示例性工艺。图20A和20B(图20A示出俯视图，而图20B 示出截面侧视图)示出与图3A和3B中所示的衬底102大致相似的衬底2002。例如，衬底2002可包括多个端子2006、 2010 (可与图3A和3B的 端子104、 204 —样或相似)，多个通孔2008 (可与图3A和3B的通孔202 大致相似)，以及导电板2004 (可与图1、 3A、和3B的板106大致相似)。 如图21A和21B所示(图21A示出俯视图，而图21B示出截面侧视 图)，液滴层2102可沉积在衬底2002、板2004、和端子2006上。液滴层 2102可包括由不同材料制成的液滴以使层2102中的不同液滴具有不同性 质。例如，层2102中的一些液滴可包括在特定溶剂中可溶解的一种或多种 材料，而层2102中的其它液滴可包括在该特定溶剂中一般不可溶解的一种 或多种材料。作为另一示例，层2102中的一些液滴可包括导电的一种或多 种材料，而层2102中的其它液滴可包括不能可感知地导电的一种或多种材 料。
在图21A和21B所示示例中，液滴层2102可包括导电的液滴2124和 一般不导电的液滴2126 (例如，液滴2106可包括一种或多种介电材料)。 图21A和21B所示的层2102还可包括在不能可感知地溶解液滴2124或液 滴1226的溶剂中可溶解的液滴2122。为说明清楚和方便起见，表示导电液 滴2124的椭圆被描黑，表示不导电液滴2126的椭圆被描灰，而表示在溶 剂中可溶解液滴2122的椭圆是白色的。还如图21A和21B所示，层2102 中的不同液滴2122、 2124、 2126可按图案沉积以使导电液滴2124在端子 2006上形成导电塔柱2108，不导电液滴2126在板2004上形成塔柱2106， 而可溶解液滴2122—般填充导电塔柱2108和不导电塔柱2106之间的空间。
如所提及地，液滴2122可由容易通过不会影响相当数量的其它液滴 2124、 2126的工艺去除的一种或多种材料组成。作为一示例，液滴2122 可由在不会可感知地溶解构成液滴2124、 2126的一种或多种材料的特定溶 剂中可溶解的材料构成。适于液滴2122的材料的示例非限制地包括水溶树 脂(例如，聚丙烯酸、聚丙烯酰胺等)和上述树脂的混合物或构成上述树 脂的材料。作为另一示例，液滴2122可包括以色列Rehovot市的Objet Geometries, Ltd.公司或美国明尼苏达州Stratasys的Inc. of Eden Praine公司 投入市场的商标为FullCure S-705的材料。用于溶解(从而去除)液滴2122 的合适溶剂的示例非限制地包括水、与有机溶剂(例如，甲醇、乙醇、异丙醇)混合的水等。
用于形成塔柱2106的不导电液滴2126的合适材料示例非限制地包括 聚合物、聚亚苯基硫醚、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、环氧树脂、 聚酮(polyetones)、以及上述材料的混合物或包含上述材料的材料。以色 列Rehovot市的Objet Geometries, Ltd.公司或美国明尼苏达州Stratasys,的 Inc. of Eden Praine公司投入市场的商标为FullCure S-705的材料也是液滴 2126的合适材料。
适用于导电液滴2124的材料的示例非限制地包括可沉积在上述液滴 层上的任意导电流体，非限制地包括聚苯胺、聚噻吩、和上述材料的混合 物或包含上述材料的材料。由日本的Harima Chemical, Inc.公司或美国加利 福尼亚州Harimatec的Inc. of Duluth公司投入市场的商标为NanoPaste的 导电油墨可用作用于导电液滴2124的材料。适用于导电液滴2124的材料 的其它非限制示例非限制地包括包含金属片或颗粒的聚合物(例如，树脂、 硅树脂等)。
可按照适用于将不同材料的液滴沉积成像由图21A和21B中的层2102 形成的阵列一样的三维阵列中的任意方式将液滴2122、 2124、 2126沉积到 衬底2002上。例如，滴管(未示出)可用来按图21A和21B中的图案沉 积液滴2122、 2124、 2126。作为另一非限制示例，自动化喷头(未示出) 可用来沉积液滴2122、 2124、 2126。例如，喷墨打印头(未示出)可用来 沉积液滴2122、 2124、 2126。 2005年12月21日提交的美国专利申请S/N 11/306,291的图21中示出了合适的喷头的非限制示例。上述专利申请的图 22示出其中可使用这样的喷头来在像衬底2002的衬底上沉积像2122、 2124、 2126的液滴。
图22A和22B示出另一液滴层2202 (或者可包括多个液滴层)向层 2012的添加。如图所示，附加层2202包括导电液滴2124的图案。如可见 地，迹线(图23A和23B中的2302)可在层2202中导电液滴2124的图案 上形成。因此，层2202中的导电液滴2124可按对应于要形成迹线(图23A 和23B中的2302)所需形状的图案来沉积。如图22A和22B所示，导电液 滴2124的每个图案可沉积在多个塔柱2106、 2108上。如图23A和23B所示(图23A示出俯视图，而图23B示出截面侧视 图)，迹线2302 (可像图1的迹线112、图15的迹线1012、或图19的迹 线1612—样)可在层2202中导电液滴2124的图案上形成。例如，如以上 一般所述，层2202中导电液滴2124的图案可作为其上可电镀形成迹线2302 的材料的籽层。或者，可使用除电镀之外的沉积方法沉积形成迹线2302的 材料。例如，化学气相沉积、物理气相沉积、溅射沉积、非电解浸镀、电 子束沉积、蒸镀(例如，热蒸镀)、火焰喷涂、等离子体喷涂。如果使用 除电镀之外的沉积方法，则无需层2202，而且形成迹线2302的材料可直接 沉积到层2102的外层上。
如图24A和24B所示(图24A示出俯视图，而图24B示出仰视图)， 可通过利用能溶解液滴2122但不会可感知地溶解导电液滴2124或不导电 液滴2126的溶剂使层2102中的可溶解液滴2122溶解来将它们去除。所得 结果可以是包括设置在塔柱2106上的迹线2302的空气桥结构2414。如上 所述，塔柱2108可以是导电的并因此可将迹线2302电连接到端子2006。 尽管未示出，但是迹线2302还可电连接到衬底2002上的其它端子(未示 出)或电气元件(未示出)。塔柱2106可包括介电材料而且可远离板2004 设置迹线2302。
空气桥结构2414可与图1的空气桥结构114、图15的空气桥结构1414、 及图19的空气桥结构1814大致相似。例如，如同图1的空气桥结构114 一样，塔柱1206可调节大小并可被配置成占据迹线2302面积的选定部分。 因此，空气桥结构2414可被配置成具有与以上关于大气作为迹线2302和 板2004之间介电材料的桥结构114所讨论的相同的百分比。
图20A-24B所示的工艺与图24A和24B所示的空气桥结构2414可能 有许多变化。例如，迹线2302可替换地使用布线——像图15的布线1508 一样——电连接到端子2006。在这种情况下，不需要包括导电塔柱2108， 而且迹线2302不需要延伸到端子2006。例如，图24B中所示的迹线2302 可在最左边的塔柱2106处终止。
图25示出用于测试电子设备的示例性测试系统2500。 一个或多个要 测试的电子设备(下文称为被测设备或"DUT")2520可放置在可在"x"、 "y"、和"z"方向移动、旋转、和/或倾斜的可移动平台2524上。(如在本文中所 使用地，"DUT"可包括未单立(unsingulated)的半导体晶片的一个或多个 管芯、 一个或多个从晶片单立(singulated)所得的半导体管芯(已封装或 未封装)、设置在载体或其它支承器件中的单立半导体管芯阵列的一个或 多个管芯、 一个或多个多管芯电子模块、 一个或多个印刷电路板、或任意 其它类型的电子设备或装置。)平台2524可位于探针器2522内。图25中 包括剖切部分2526来提供探针器2522内部的部分视图2532。如图所示， 探针器2522可包括顶板2512，其可以是包括探针卡组件2534可闩锁或以 其它方式附连其上的插入环2510的刚性结构。平台2524可使DUT 2520 的输入和/或输出端子2518与探针卡组件2534的导电探针2536对准，然后 将探针2536压向这些端子2518，从而在探针2536和DUT 2520的端子2518 之间形成临时电连接。
探针2536可以是弹性的导电结构。如美国专利No. 5,476,211、美国专 利No. 5,917,707、以及美国专利No. 6,336,269中所述，合适探针2536的非 限制示例包括由用弹性材料涂覆的接合到探针卡组件2534上的导电端子 (未示出)的芯线构成的复合结构。探针2536可选地是诸如美国专利No. 5,994,152、美国专利No. 6，033,935、美国专利No. 6,255,126、美国专利No. 6,945,827、美国专利申请公开No. 2001/0044225、和美国专利申请公开No. 2004/0016119中公开的弹簧元件之类的光刻形成结构。美国专利No. 6,827,584、美国专利No. 6,640,432、美国专利No. 6,441,315、和美国专利 申请公开No. 2001/0012739中还公开了探针2536的其它非限制示例。探针 2536的其它非限制示例包括导电伸縮插针(pogopins)、凸点、螺栓、冲 压弹簧、针头、弯杆等。
由通信连接件2504 (可以是通信电缆、无线连接、或传送电气信号的 任意其它装置)形成的电气通信通道和测试头2501可在测试器2502-^可 包括一个或多个计算机——和探针卡组件2534之间提供多个通信信道(未 示出)。电连接件2508可使通信信道(未示出)连接到探针卡组件2534， 这样可提供从连接件2508到探针2536的电气通信通道(图25中未示出)。 如可见地，连接件2508和探针2536之间的通信通道(在图25中未示出)可包括像本文所公开的任意空气桥结构一样的空气桥结构(在图25中未示出)。
DUT 2520可如下进行测试。测试器2502可产生测试数据，该数据可 通过由通信连接件2504和测试头2501形成的通信信道(未示出)、连接 件2508、探针卡组件2534、以及与输入端子2518接触的探针2536提供给 DUT 2520的输入端子2518。由DUT 2520产生的响应数据可通过与DUT 2520的输出端子2518接触的探针2536感测，并通过探针卡组件2534、连 接件2506、以及由测试头2501和通信连接件2504形成的通信信道提供给 测试器2502。测试器2502可评估该响应数据并确定DUT 2520的全部或部 分是通过了该测试还是没有通过该测试。例如，测试器2502可确定由DUT 2520或其一部分(例如DUT 2520的单个电子器件，如果DUT 2520包括 多个电子器件的话)产生的响应数据是否与期望响应数据相同。或者或另 外，测试器2502可对DUT 2520的全部或部分评级。
图26示出根据本发明一些实施例的图25的探针卡组件2534的示例性 配置2534'。如图所示，图26的探针卡组件2534'可包括布线衬底2602和 探针头组件2614。 被配置成与图25的测试系统2500中连通测试头2501 的连接件2508进行电连接的电连接件2604可被设置在布线衬底2602上。 连接件2508可以是任意适合与来自图25的测试头2501的连接2508进行 电连接的机制或结构。例如，连接件2508可以是零插入力("ZIF")电连 接件。作为另一示例，来自图25的测试头2501的连接件2508可以是伸縮 插针电连接，而连接件2604可以是导电悍盘。探针2622、 2624——可以像 图25的探针2536 —样——可沉积在探针头组件2614上。
如图26所示，可提供从连接件2604穿过布线衬底2602到探针头组件 2614的电通道，而且那些电通道的部分或全部可包括空气桥结构。例如， 如图26所示，空气桥结构2606 (示出两个但可使用更多或更少个)可设置 在布线衬底2602的上表面上，并可提供从连接件2604穿过布线衬底2602 到电连接2630的电连接，而如图所示布线衬底2602可由与电连接2632的 连接2608通过探针头组件2614连接到任一探针2624。再如图26中所示， 通过布线衬底2602的电连接2610可使连接件2604电连接到布线衬底2602下表面上的空气桥结构2612 (示出两个但可使用更多或更少个)，而电连 接2616可使空气桥结构2612连接到探针头组件2614下表面上的空气桥结 构2618。如图所示，空气桥结构2618可在探针2622内端接。虽然未示出， 空气桥结构2618还可设置在探针头组件2614的上表面上。
空气桥结构2606、 2612、和2618可像图1的空气桥结构114、图15 的1414、图19的1814、或图24A和24B的2414中的任一个，而且可设 置在像图1的板106、图15的1506、或图24A和24B的2004——其中的 一个或多个可设置在布线衬底2602和探针头组件2614上——中的任一个 的导电板(在图26中未示出)上。电连接2610、 2630可包括布线衬底2602 之上或之内的导电迹线和/或穿过布线衬底2602的导电通孔。类似地，电连 接2616、 2632可包括探针头组件2602之上或之内的导电迹线和/或穿过探 针头组件2602的导电通孔。布线衬底2602和探针头组件2614之间的电连 接2608可包括任意合适的连接件，非限制地包括导电布线、弹簧结构、柔 性电路、内插器等。
因此，连接件2604和探针2622、 2624之间电通道的一部分或全部可 包括像图1的空气桥结构114、图15的1414、图19的1814、或图24A和 24B的2414的一个或多个空气桥结构，其至少部分地设置在布线衬底2602 和探针头组件2614之上的像图1的板106、图15的1506、或图24A和24B 的2004的导电板(在图26中未示出)上。可探针头组件2614上连接件2604 与像探针2624的其它探针之间设置不包括空气桥结构的其它电通道(未示 出)。因此，可通过像图1的空气桥结构114、图15的1414、图19的1814、 或图24A和24B的2414的空气桥结构上的探针卡组件2534提供由测试器 2502产生的测试数据和由DUT 2520产生的响应数据的部分或全部。
布线衬底2602可以是连接件2604可附连而且可在其上或通过其提供 连通连接件2604的电连接的任意衬底、衬底的组合、或者其它一种结构或 多种结构。因此，布线衬底2602可以和印刷电路板材料一样简单，或者和 多元件结构一样复杂。类似地，探针头组件2614可以和其上设置有探针 2624和空气桥结构2618而且在其上或者通过其可提供布线或者其它形式 的电连接的衬底一样简单。或者，探针头组件2614可包括多个衬底和机构。例如，探针头组件2614可包括多个衬底(未示出)，而且探针2622、 2624 的子集合可附连到每个衬底(未示出)上。多个衬底(未示出)可相对于 彼此定位，以使这些衬底(未示出)上探针2622、2624的子集形成探针2622、 2624的更大阵列，用于接触包括多个不同电子器件的DUT(例如，像图25 的2520)的多个端子(例如，像图25的2518)。而且，这些衬底可以是可 独立调整的。2005年6月24日提交的美国专利申请S/N. 11/165,833中公 开了具有多个探针衬底的探针卡组件的非限制示例。在美国专利No.
5,974,662和美国专利No. 6,509,751以及上述2005年6月24日提交的美国 专利申请S/N. 11/165,833中示出了探针卡组件的其它非限制示例，而且那 些专利中描述的探针卡组件的各种特征可在图26中所示的探针卡组件 2534'中实现。
布线衬底2602和探针头组件2614可按照任意合适方式相互附连。例 如，可使用托架、夹具、螺栓、弹簧结构等(未示出)将布线衬底2602和 探针头组件2614附连到一起。而且，可包括调节机构(未示出)，包括用于 调节探针2622、 2624的针头取向的机构(未示出)。例如，可包括用于平 整探针2622、 2624的针头的机构(未示出)。在上述美国专利No. 5,974,662 和美国专利No. 6,509,751以及上述2005年6月24日提交的美国专利申请 S/N. 11/165,833中公开了适于使布线衬底2602和探针头组件2614相互附 连的机构和调节机构的非限制示例。
图27示出根据本发明一些实施例的图25的探针卡组件2534的另一示 例性配置2534"。如图所示，探针卡组件2534"可包括带有连接件2704的布 线衬底2702和带有探针2722、 2724的探针头组件2714，所有这些可与图 26的布线衬底2602、连接件2604、探针头组件2614、及探针2622、 2624 相像。同样如图27中所示，柔性电连接2710可在连接件2704和空气桥 结构2718——可与图1的空气桥结构114、图15的1414、图19的1814、 或图24A和24B的2414相像——之间提供电连接，而且可设置在探针头 组件2714——和图1的板106、图15的1506、或图24A和24B的2004中 的任一个相像——上的导电板(在图27中未示出)上。柔性电连接2710 可包括任意导电结构。例如，柔性电连接2710可以是柔性电路、布线等。而且，每个柔性电连接2710可穿过布线衬底2702中的孔(未示出)。因 此，柔性电连接2710可设置为从连接件2704直接到空气桥结构2718和探 针2722。布线衬底2714之上或之中的导电迹线(未示出)和布线衬底2714 中的通孔(未示出)以及探针头组件2714可提供从连接件2704到其它探 针2724的其它导电通道。
除探针卡组件之外，设置在和图1的板106、图15的1506、或图24A 和24B的2004相像的一个或多个导电板上的和图1的空气桥结构114、图 15的空气桥结构1414、及图19的空气桥结构1814相像的空气桥结构也可 用来运送电子设备上的电信号。实际上，可将这样的空气桥结构设置在几 乎任意电子设备上。例如，在半导体管芯(未示出)上可利用这样的空气 桥结构来传送该管芯上的信号。
虽然在本说明书中描述了本发明的特定实施例和应用，但这不是为了 将本发明限于本文所描述的这些示例性实施例和应用，或其中这些示例性 实施例和应用工作的方式。
权利要求
1. 一种探针卡组件，包括配置成与测试控制器进行电连接的测试器接口；设置成与要测试的电子设备的端子接触的多个导电探针；以及连接所述测试器接口和所述探针的多个导电数据通道，其中所述数据通道的至少之一包括空气桥结构迹线，其包括通过多个塔柱与导电板隔离开的导电迹线。
2. 如权利要求1所述的探针卡组件，其特征在于，任一所述塔柱包括介 电材料。
3. 如权利要求1所述的探针卡组件，其特征在于，还包括衬底，其中所 述板设置在所述衬底上，所述塔柱的第一端附连到所述板，而所述迹线则附连 到所述塔柱的第二端。
4. 如权利要求3所述的探针卡组件，其特征在于，所述板电连接到一电 压电位。
5. 如权利要求4所述的探针卡组件，其特征在于，所述电压电位是接地。
6. 如权利要求1所述的探针卡组件，其特征在于，还包括其上设置有所 述探针的探针衬底，其中所述空气桥结构迹线设置在所述探针衬底上。
7. 如权利要求所述的探针卡组件，其特征在于，还包括其上设置有所 述测试器接口的至少一部分的衬底，其中所述空气桥结构迹线设置在所述衬底 上。
8. 如权利要求1所述的探针卡组件，其特征在于，所述多个数据通道各 自包括空气桥结构迹线，其包括通过多个介电塔柱与所述板分隔开的导电迹 线。
9. 如权利要求1所述的探针卡组件，其特征在于，所述迹线和所述板之 间沿着所述迹线至少75%长度的介电材料是空气。
10. 如权利要求1所述的探针卡组件，其特征在于，所述迹线和所述板之 间沿着所述迹线至少卯％长度的介电材料是空气。
11. 如权利要求l所述的探针卡组件，其特征在于，所述数据通道的至少之一被配置成将测试数据提供给要测试的所述电子设备或从中提供测试数据，其中所述测试数据包括要输入到所述电子设备中的数据和由所述电子设备输出的数据的至少之一。
12. —种测试至少一个电子设备的方法，所述方法包括 通过测试控制器和至少一个电子设备之间的探针卡组件提供测试数据， 其中所述提供测试数据包括使所述测试数据的至少一部分通过所述探针卡组件上的空气桥结构迹线，所述空气桥结构迹线包括通过多个塔柱与导电板 分隔开的导电迹线。
13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，任一所述塔柱包括介电材料。
14. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述探针卡组件包括衬底，而且所述板设置在所述衬底上，所述塔柱的第一端附连到所述板，而所述迹线 附连到所述塔柱的第二端。
15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述板电连接到一电压电位。
16. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述电压电位是接地。
17. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，设置成与至少一个电子设 备接触的探针被设置在所述衬底上。
18. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述迹线和所述板之间沿 着所述迹线至少75%长度的介电材料是空气。
19. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述迹线和所述板之间沿 着所述迹线至少卯％长度的介电材料是空气。
20. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述测试数据包括要输入 到所述至少一个电子设备中的测试输入数据和由所述至少一个电子设备响应 于任一所述测试输入数据所产生的响应数据。
21. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述提供测试数据包括使 所述测试数据的至少一部分通过所述探针卡组件上的多个空气桥结构迹线，每 一个所述空气桥结构迹线包括通过多个介电塔柱与导电板分隔开的导电迹线。
22. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一个电子设备包括至少一个半导体管芯，而且所述提供测试数据还包括将要输入到至少一个管芯的测试输入数据从所述测试控制器通过通信信 道提供给所述探针卡组件；将所述测试输入数据通过所述探针卡组件提供给与所述至少一个管芯的 输入端子接触的所述探针卡组件的任一探针；将由所述至少一管芯产生的响应数据从与所述至少一个管芯的输出端子 接触的所述探针卡组件的任一所述探针通过所述探针卡组件提供给连通所述 测试控制器的通信信道。
23. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，使所述测试数据的至少一 部分通过空气桥结构包括使所述测试输入数据的至少一部分通过至少一个所 述空气桥结构迹线。
24. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，使所述测试数据的至少一 部分通过空气桥结构包括使所述响应数据的至少一部分通过至少一个所述空 气桥结构迹线。
25. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括评估所述响应数据 来确定所述至少一个管芯是否正确响应所述测试输入数据。
26. —种用于制造空气桥结构迹线的方法，包括 提供包括导电板的衬底；将多个液滴层沉积到所述衬底上，所述液滴包括设置成在所述板上形成多个塔柱的第一材料液滴，设置成填充所述塔柱之 间空间的第二材料液滴，以及设置成形成导电外部籽层的第三材料液滴； 将导电材料电沉积到所述籽层中；以及 去除所述第二材料液滴。
27. 如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述去除包括在不溶解所 述第一材料的溶剂中溶解所述第二材料液滴。
28. 如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述溶剂包括水。
29. 如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述沉积包括通过打印头 沉积所述液滴。
30. 如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述打印头包括喷墨打印头。
31. 如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述籽层通过任一所述塔 柱与所述板分隔开而且一般平行于所述板。
32. 如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述导电材料形成通过所 述塔柱与所述板分隔开而且一般平行于所述板的导电迹线。
33. 如权利要求32所述的方法，其特征在于，设置在所述迹线和所述板 之间的任一所述塔柱占据的空间少于所述迹线和所述板之间空间的25%。
34. 如权利要求26所述的方法，其特征在于所述第三材料液滴设置成形成分别一般平行于所述板且通过任一所述塔 柱与所述板分隔开的多个籽层；以及所述电解沉积包括将所述导电材料电解沉积到所述籽层上。
35. 如权利要求26所述的方法，其特征在于 所述衬底还包括导电端子；以及 所述第三材料液滴设置成在所述端子上形成塔柱。
36. 如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述第一材料包括介电材
全文摘要
根据本发明的一些实施例，一种探针卡组件可包括配置成和测试控制器进行电连接的测试器接口、设置成与要测试的电子设备的端子接触的多个导电探针、以及连接测试器接口和探针的多个导电数据通道。数据通道的至少之一可包括空气桥结构迹线，其包括通过多个塔柱与导电板隔离开的导电迹线。
文档编号G01R31/02GK101443667SQ200780017001
公开日2009年5月27日 申请日期2007年5月2日 优先权日2006年5月9日
发明者G·L·马蒂厄 申请人:佛姆法克特股份有限公司