CN102221636B - 探针卡结构体及其组装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种探针卡结构体及其组装方法，在本发明的一实施例中，一探针卡结构体是包含：一基材板；一连接中介层，在上述基材板的上方；一基底在上述连接中介层的上方；以及一固定架，在上述基底的上方，将上述基底与上述连接中介层固定于上述基材板。上述连接中介层包含多个中介层电极，上述中介层电极提供上述基材板上的多个电极与上述基底上的多个第一电极之间的电性连接。本发明的实施例可以提升印刷电路板与重布基底之间的电性连接的可靠度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于半导体测试的结构，特别是涉及一种探针卡结构体及其形成方法。
背景技术
在集成电路及其他半导体装置的制造中，必须对电路及装置作测试，以确定所制造的装置是能发挥其效用。上述测试的执行，通常是以一测试探针卡接触上述半导体装置的相关区域，将电流送至此半导体装置并进行一或多项的功能测试。
一探针卡通常具有一印刷电路板(printed circuit board；PCB)、重布接触区的多个基底、及一眼镜蛇状针头(cobra needle head)。一测试器通常连接于上述印刷电路板，以经由此印刷电路板来将电性信号传达至受测的半导体装置。上述印刷电路板可经由上述基底与眼镜蛇状针头来接触上述半导体装置。上述基底可重布上述印刷电路板上的接点与上述眼镜蛇状针头上的接点。其中上述印刷电路板上的接点是可能具有较大的接触面积与间距；而上述眼镜蛇状针头的接点是可能具有较小的接触面积与间距，其可能是与上述半导体上的接触面积与间距相似。然后，上述眼镜蛇状针头可接触一晶片上的一半导体装置，以执行测试。
为了将上述基底组装并电性连接于上述印刷电路板，通常是使用回焊(reflow)的软焊(soldering)工艺。然而此工艺所具有的缺点是为了焊接构件而会加热上述印刷电路板与基底，这样的高温会导致上述印刷电路板上的构件的损害。另外，对封装体作测试时，假如接点短路或接点未适当连接例如造成开路(open circuit)，可能会需要随后让此封装体通过一回焊炉。多次的回焊工艺可能会造成额外的问题，例如电极垫从一基底剥离或基底的翘曲。因此，在此技术领域中，是需要一种技术，将一基底连接于一探针卡的一印刷电路板的过程中，不使用回焊的软焊的工艺，以避免此基底的翘曲。
发明内容
有鉴于此，本发明的一实施例是提供一种探针卡结构体，包含：一基材板；一连接中介层，在上述基材板的上方；一基底在上述连接中介层的上方；以及一固定架，在上述基底的上方，将上述基底与上述连接中介层固定于上述基材板。上述连接中介层包含多个中介层电极，上述中介层电极提供上述基材板上的多个电极与上述基底上的多个第一电极之间的电性连接。
在上述的探针卡结构体中，较好为：上述基底为一重布基底，其在毗邻着上述连接中介层的一第一表面上具有上述第一电极、并在与上述第一表面为相反面的一第二表面上具有多个第二电极，其中上述第一电极的间距大于上述第二电极的间距，且其中上述基底的一部分是经由上述固定架中的一孔洞而受到暴露，上述重布基底的上述部分具有上述第二电极。
在上述的探针卡结构体中，较好为：还包含一遮盖物，其位于上述基底的上方并被固定于上述基材板、上述固定架、或上述的组合，其中上述遮盖物具有一间隔物，上述间隔物延伸至上述固定架中的一孔洞内，而使上述间隔物接触上述基底的上表面，使上述遮盖物可避免上述基底的某些翘曲情况。上述孔洞暴露上述基底的一部分。
在上述的探针卡结构体中，较好为：上述固定架是沿着上述连接中介层与上述基底的周围而延伸。
在上述的探针卡结构体中，较好为：上述中介层电极的每一个是从上述连接中介层的一下表面延伸至上述连接中介层的一上表面，且上述连接中介层还包含一弹性隔离材料，上述弹性隔离材料是置于上述中介层电极之间。
在上述的探针卡结构体中，较好为上述弹性隔离材料包含聚硅氧橡胶或一以聚合物为底材的材料。
在上述的探针卡结构体中，较好为每一个上述中介层电极包含一回弹性结构。
在上述的探针卡结构体中，较好为上述回弹性结构包含一螺旋状弹簧、一传导性插销、或一传导性柱状物。
在上述的探针卡结构体中，较好为：还包含一探针头，其具有多个针状物，上述探针头位于上述基底的上方并电性连接于上述基底。
在上述的探针卡结构体中，较好为还包含：一附加连接中介层，在上述基材板的上方；以及一附加基底在上述附加连接中介层的上方，其中上述固定架是位于上述附加基底的上方并将上述附加基底与上述附加连接中介层固定于上述基材板。
在上述的探针卡结构体中，较好为还包含一固定机构，其穿过上述基材板、上述连接中介层、与上述基底。
在上述的探针卡结构体中，较好为还包含一测试头，其直接电性连接于上述基材板，其中位于上述基材板上方的一安装板是将上述测试头固定于上述基材板。
本发明的另一实施例是又提供一种探针卡结构体，包含：一连接中介层，在一基材板的上方；一基底在上述连接中介层的上方；以及一固定架，在上述基底的上方并沿着上述基底的周边。上述连接中介层具有一下表面与和上述下表面为相反面的一上表面，上述下表面是毗邻着上述基材板，且其中上述连接中介层具有多个第一电极，其从上述下表面延伸至上述上表面。上述基底是毗邻着上述连接上述中介层的上述上表面，上述基底具有多个第二电极，其分别对应于上述连接中介层的上述第一电极。上述固定架是将上述基底与上述连接中介层固定于上述基材板。
在上述的探针卡结构体中，较好为还包含：一附加连接中介层，在上述基材板的上方；以及一附加基底在上述连接中介层的上方，其中上述固定架是将上述附加基底与上述附加连接中介层固定于上述基材板。
在上述的探针卡结构体中，较好为还包含一遮盖物，其中上述基底的一部分是经由上述固定架中的一孔洞而受到暴露，而上述遮盖物具有一间隔物，上述间隔物延伸至上述孔洞内，而延伸至上述孔洞的一深度。
在上述的探针卡结构体中，较好为：上述连接中介层与上述基材板具有一贯穿孔，其贯穿方向垂直于上述下表面，其中一固定装置是位于上述贯穿孔内并将上述基底及上述连接中介层固定于上述基材板。
本发明的又另一实施例是提供一种探针卡结构体的组装方法，包含：提供一基材板；在上述基材板的上方提供一连接中介层；在上述连接中介层的上方提供一基底；通过提供位于上述基底的上方且固定于上述基材板的一固定架，将上述基底与上述连接中介层固定于上述基材板；以及将一测试头固定于上述基材板。上述连接中介层提供上述基材板与上述基底之间的电性连接。
在上述的探针卡结构体的组装方法中，较好为：将上述基底固定于上述基材板并未使用软焊工艺。
在上述的探针卡结构体的组装方法中，较好为还包含将一遮盖物固定于上述固定架的上方，其中上述遮盖物延伸至上述固定架的一孔洞内，而延伸至上述孔洞的一深度。
在上述的探针卡结构体的组装方法中，较好为还包含移除上述遮盖物并使一针头毗邻上述基底。
本发明的实施例可以提升印刷电路板与重布基底之间的电性连接的可靠度。
附图说明
图1是显示本发明一实施例的探针卡的剖面图。
图2A是显示图1所示的探针卡的构件组装顺序的立体图。
图2B是显示图1所示的已完成组装的探针卡的立体图。
图3是本发明一实施例的用以测试多个装置的探针卡的剖面图。
图4A是显示图3所示的探针卡的构件组装顺序的立体图。
图4B是显示图3所示的已完成组装的探针卡的立体图。
图5是本发明另一实施例的探针卡及遮盖物的剖面图。
图6A是显示图5所示的探针卡及面对此探针卡的遮盖物的下表面的立体图。
图6B是显示图5所示的遮盖物的下表面向上的立体图。
图7是本发明另一实施例的具有改善后的共平面度的探针卡的剖面图。
图8A与图8B是分别显示图7中的连接中介层与重布基底的平面视图。
【主要附图标记说明】
10～探针卡 12～印刷电路板
14～固定架 16～重布基底
18～微细间距电极垫 18’～微细间距电极区
20～大间距电极垫 22～框架
24～电极 26～填充材料
26’～填充材料 28～绝缘环
30～测试头 32～插销
34～连接件插头块 36～安装板
37～法兰 38～安装销
39～开口 40～螺栓
42～螺孔 110～探针卡
112～印刷电路板 114～双孔洞固定架
116～重布基底 118～连接中介层
120～双绝缘环 140～螺栓
142～螺孔 210～探针卡
212～印刷电路板 214～固定架
216～重布基底 218～连接中介层
220～视需求附加的绝缘环 222～遮盖物
224～上表面 226～下表面
228～间隔物 230～孔洞
232～防护装置 310～探针卡
312～印刷电路板 314～固定架
316～重布基底 318～连接中介层
320～绝缘环 322～贯穿孔
324～螺栓 326～螺纹
DUT-1～有效装置受测区 DUT-2～有效装置受测区
DUT-3有效装置受测区 DUT-4～有效装置受测区
DUT-5～有效装置受测区 DUT-6～有效装置受测区
DUT-7～有效装置受测 区DUT-8～有效装置受测区
h～高度
具体实施方式
为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
以下会叙述与探针卡结构体有关的实施例，但是下文所述者也可能应用在其他实施例，例如应用在其他会使用回焊工艺来将构件连接于印刷电路板的其他结构。
图1是示出本发明一实施例的一探针卡10的剖面图。探针卡10具有一印刷电路板12、一固定架14、一重布基底16、多个微细间距电极垫18、多个大间距电极垫20、一框架22、多个电极24、填充材料26、与一视需求附加的绝缘环28。上述框架22、电极24、与填充材料26构成位于重布基底16与印刷电路板12之间的一连接中介层(connection interposer)。印刷电路板12可以是一直接对接板(direct docking board)，其可通过多个插销(pin)32与一连接件插头块(connector block)34而直接连接于一测试头30，并可包含一或更多个附加构件。另外，一安装板(mounting plate)36可用来将法兰(flange)37夹至印刷电路板12。法兰37可内建于印刷电路板12而为其一部分，或可以是附着于印刷电路板12的一分离的抗挠板(stiffener board)。安装板36可通过插入测试头30中的多个开口的多个安装销38，而固定于测试头30。
电极24是提供印刷电路板12与重布基底16的下表面上的大间距电极垫20之间的电性连接，大间距电极垫20是经由重布基底16而分别电性连接于微细间距电极垫18，填充材料26则稳定并隔离每个电极24。固定架14是将重布基底16与上述连接中介层固定或机械性地连接于印刷电路板12。上述连接中介层的框架是毗邻着视需求附加的绝缘环28或固定架14的接近印刷电路板12的部分。在重布基底16的上表面上的微细间距电极垫18是经由固定架14(如虚线所示)中的一孔洞而受到暴露。视需求附加的绝缘环28的使用，是可以用来将固定架14与印刷电路板12上的任何的电性构件隔离，因此可将其置于固定架14与框架22或印刷电路板12之间。然而，固定架14也可通过延伸至框架22及/或绝缘环28的范围之外、或是不设置框架22与绝缘环28，而直接毗邻着印刷电路板12。
可使用任何适当地方法来形成重布基底16及其微细间距电极垫18与大间距电极垫20、还有印刷电路板12，因此为了说明书的简洁，就省略上述构件的制造方法的说明。固定架14可包含不锈钢或其他适当地材料，另外，其可通过将一钢板切割成一适当的样式而形成。框架22可以是一弹性材料。上述连接中介层的填充材料26可包含一弹性、可挠的、非导体的黏着材料，例如聚硅氧橡胶(silicone rubber)、一以聚合物为底材的材料(polymer basedmaterial)、或其他类似的材料。当固定架14通过将上述构件固定于印刷电路板12而对上述连接中介层与重布基底16施力时，上述材料的可挠性可使其作出配合或补偿。电极24可以是回弹性(resilient)结构，例如是内嵌于填充材料26中的一螺旋状弹簧、传导性插销或传导性柱状物、或其他类似的构件，并可包含镍合金或其他适当的导体材料。上述连接中介层可以从协力厂商之处取得，例如Winway Technologies公司。绝缘环28可使用一玻璃强化环氧树脂例如玻璃纤维介质基板(Flame Retardant 4；FR4)、以聚酰亚胺(polyimide)为底材的材料、或其他适当的隔离材料来制造。
图2A是显示探针卡10的构件组装顺序的立体图。如图2A所示，包含电极24及填充材料26’的上述连接中介层是置于印刷电路板12上并毗邻着印刷电路板12。绝缘环28是置于上述连接中介层的框架22的上方，并围绕电极24与填充材料26’。然后，将重布基底16置于电极24与填充材料26’的上方并毗邻着电极24与填充材料26’。然后，将固定架14置于重布基底16的上方，而使位于固定架14的中心的一孔洞暴露微细间距电极区18’。使用多个螺栓40来将固定架14固定于印刷电路板12。在此手法中，固定架14是将上述连接中介层与重布基底16分别固定在其适当的位置。多个螺孔42可用来将一眼镜蛇状针头装在固定架14，使得在使用探针卡10之时，眼镜蛇状针头接触微细间距电极垫18。图2B是显示已完成组装的探针卡10的立体图。
虽然图2A与图2B未示出测试头30，但其可在组装探针卡10之后固定于探针卡10。插销32与连接件插头块34可分别与印刷电路板12上的连接之处对准。然后，可将安装板36置于印刷电路板12的上方，而可将安装板36的多个安装销38固定至测试头30的多个开口39中。后续的附图并未示出测试头30，但是后续的附图所示出的实施例中，可包含直接连接于一印刷电路板的一测试头，与前文所讨论的测试头30相似。
图3是示出本发明一实施例的用以测试多个装置的探针卡110。探针卡110是具有一双孔洞固定架114、多个重布基底116、多个连接中介层118、一视需求附加的双绝缘环120、与一印刷电路板112。一个连接中介层118是置于每个重布基底116与印刷电路板112之间。每个连接中介层118与重布基底116是分别具有与前文对图1的讨论中所述的连接中介层与重布基底16所具有的相似的构件，但这些构件并未特别示出于附图中。连接中介层118是提供印刷电路板112与重布基底116重布基底116之间的电性连接。另外，单个中介层可以与多个重布基底116搭配使用。
图4A是显示与图2A相似的探针卡110的构件组装顺序的立体图，而图4B是显示已完成组装的探针卡110的立体图。与图2B相似，图4B也示出机械式地将构件固定于印刷电路板112的多个螺栓140，并示出在使用时用来装上一眼镜蛇状针头的多个螺孔142。
前文所叙述的探针卡的组装可以不需要传统探针卡结构物所需的回焊工艺，这样可以避免加热印刷电路板、因而加热此印刷电路板的构件的需求，因为上述回焊工艺通常是必须提升温度。例如，一般的回焊工艺可能会要求工件的环境温度为约250℃；反之，本发明的各实施例则可以在室温进行组装。在不用提高温度的情况之下，构件发生缺陷或受损的机会便较低。
通过例如前述的各实施例，还可以了解其其他的优点。本发明各实施例的探针卡的组装工艺，可以比传统的回焊组装工艺较简单且较快。例如，组装的时间可以从一回焊工艺所需的三至五天减少至大约二天。还有，假使上述构造体的构件因故受损或发生瑕疵，则可以简单地将其更换，例如通过简单地移除螺栓或其他的固定工具来拆解此结构体、换掉受损的构件、然后重新组装此探针卡。
还有，假如如上所述，一测试头是直接连接于一探针卡，则可以认识到更多的优点。例如，直接连接于一测试头的一探针卡的频宽，可大于具有一额外的构件而将其置于此测试头与此探针卡之间来作内连线的探针卡的频宽。另外，位于一探针卡中的一印刷电路板可具有较多的空间来安装附加的构件。
图5是示出本发明另一实施例的一探针卡210与一遮盖物222。与图1所示的相似，探针卡210是具有一印刷电路板212、一固定架214、一重布基底216、一连接中介层218、与一视需求附加的绝缘环220。图5还示出了一遮盖物222，其具有一上表面224、一下表面226、与延伸自下表面226的一间隔物228。
图6A是示出探针卡210及面对此探针卡210的遮盖物222的下表面226的立体图。在图6A中，探针卡210还具有一防护装置(guard)232，其围绕固定架214周围的边缘并位于印刷电路板212(未示出于图6A)上。防护装置232可以是以不锈钢为基材的金属，并可以通过多个螺栓而固定于印刷电路板212。图6A中所显示的遮盖物222的所在位置是其上表面224朝上之处。当未使用探针卡210之时，可将遮盖物222固定于探针卡210，而可通过插入固定架214、防护装置232、印刷电路板212、或上述的组合的多个螺栓来固定遮盖物222。当遮盖物222是固定于探针卡210之时，上表面224是面朝远离探针卡210的方向。图6B是遮盖物222的另一个视图，其位置是在下表面226朝上之处。位于下表面226上的构件是一间隔物228，其是从下表面226向外延伸。
如图5所示，当遮盖物222固定于探针卡210时，间隔物228是伸入孔洞230中。因此，间隔物228可具有平行于下表面226的表面区域，此表面区域是与经由孔洞230而受到暴露的重布基底216的表面区域相称。然而，间隔物228的上述表面区域的一维方向的尺寸可略小于重布基底216的受到暴露的区域的一维方向的尺寸，例如差距为大约1至大约2厘米或更小。间隔物228可向远离下表面226的方向延伸一距离，此距离是等于固定架214的孔洞230的一侧壁的高度h。在某些实例中，例如假如会将遮盖物222固定于一防护装置232，而此防护装置232从印刷电路板212朝远离印刷电路板212的方向的延伸高度是大于固定架214的高度，则间隔物228可能会需要再多延伸一些距离。然而，可能会发生上述距离的一些变异。当遮盖物222固定于探针卡210时，间隔物228可能会因此接触或几乎接触重布基底216的上表面。
通过未使用探针卡210时而将遮盖物222固定于探针卡210，而使间隔物228接触重布基底216的上表面，并通过前述通过插入固定架214、防护装置232、印刷电路板212、或上述的组合的多个螺栓来固定遮盖物222可产生足够的接触压力，使遮盖物222可避免重布基底216的某些翘曲情况。一旦固定架214紧密地固定重布基底216，重布基底216可能会有发生翘曲的倾向，此情况可能会使重布基底216与任何其下方的连接中介层之间的电性接触发生开路。例如，重布基底216可能会翘曲，而使其中心朝远离上述连接中介层的方向延伸约5至8密耳(mil)(0.127至0.2032mm)。如果使用遮盖物222，则会使翘曲最小化例如缩小至约2至3密耳(0.0508至0.0762mm)、或避免可翘曲的发生。因此，可以提升重布基底216与上述连接中介层之间的电性连接的可靠度。
图7是显示本发明另一实施例的具有改善后的共平面度的探针卡310。与图1所示的相似，探针卡310是具有一固定架314、一重布基底316、一连接中介层318、一视需求附加的绝缘环320、与一印刷电路板312。然而，印刷电路板312、重布基底316、与连接中介层318是具有一些区域，其内未存在任何电极、连接垫、或插销。这些区域为非(skip)装置受测(device undertest；DUT)区。多个贯穿孔322是存在于上述非装置受测区中或围绕上述非装置受测区，并穿透印刷电路板312、重布基底316、与连接中介层318。在重布基底316中的贯穿孔322的是螺纹(thread)326，而多个螺栓324则伸入其中。探针卡310可以与图2A所示的相似手法来组装，除了以下情况之外：从印刷电路板312的背面插入螺栓324而经过印刷电路板312、连接中介层318、与重布基底316的贯穿孔322，而通过重布基底316中的螺栓324使其旋紧。螺纹326可以是具有内螺纹的嵌入式套管(socket)、或是预先安装于上述基板中的具有内螺纹的螺帽。螺栓324在锁固过程中产生足够的拉力使重布基底316的翘曲最小化。另外，可使用铆钉(rivet)或其他类似的装置来取代上述的螺栓与螺纹。
图8A与图8B是分别显示本发明一例示的实施例的连接中介层318与重布基底316的平面视图。如图所示，非装置受测区(以虚线标示)是形成为一栏一栏的区块，而被安插于被标示为DUT-1、DUT-2等等的有效装置受测区的一栏一栏的区块之间。因此，一栏一栏的非装置受测区与有效装置受测区是交错配置。螺栓324是形成于上述非装置受测区中或围绕上述非装置受测区。如图8B所示，螺纹326是形成于重布基底316内的贯穿孔322内。
若使用图7至图8B中的实施例，可以改善重布基底316的共平面度，与图5至图6B中的实施例相似。在这些实施例中，可将重布基底316的翘曲最小化，例如缩小至约2至3密耳(0.0508至0.0762mm)。因此，可以提升印刷电路板312与重布基底316之间的电性连接的可靠度。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。
Claims (8)
1.一种探针卡结构体，包含：
一基材板；
一连接中介层，在该基材板的上方；
一基底在该连接中介层的上方，其中该连接中介层包含多个中介层电极，所述多个中介层电极提供该基材板上的多个电极与该基底上的多个第一电极之间的电性连接；
一固定架，在该基底的上方，将该基底与该连接中介层固定于该基材板；以及
一固定机构，穿过该基材板、该连接中介层与该基底。
2.根据权利要求1所述的探针卡结构体，其中该基底为一重布基底，其在毗邻着该连接中介层的一第一表面上具有所述多个第一电极、并在与该第一表面为相反面的一第二表面上具有多个第二电极，其中所述多个第一电极的间距大于所述多个第二电极的间距，且其中该基底的一部分是经由该固定架中的一孔洞而受到暴露，该重布基底的该部分具有所述多个第二电极。
3.根据权利要求1所述的探针卡结构体，还包含一遮盖物，其位于该基底的上方并被固定于该基材板、该固定架、或上述的组合，其中该遮盖物具有一间隔物，该间隔物延伸至该固定架中的一孔洞内，该孔洞暴露该基底的一部分。
4.根据权利要求1所述的探针卡结构体，其中所述多个中介层电极的每一个是从该连接中介层的一下表面延伸至该连接中介层的一上表面，且该连接中介层还包含一弹性隔离材料，该弹性隔离材料是置于所述多个中介层电极之间。
5.一种探针卡结构体，包含：
一连接中介层，在一基材板的上方，其中该连接中介层具有一下表面与和该下表面为相反面的一上表面，该下表面是毗邻着该基材板，且其中该连接中介层具有多个第一电极，其从该下表面延伸至该上表面，且其中该连接中介层与该基材板具有一贯穿孔，其贯穿方向垂直于该下表面；
一基底在该连接中介层的上方，其中该基底是毗邻着该连接中介层的该上表面，该基底具有多个第二电极，其分别对应于该连接该中介层的所述多 个第一电极；
一固定架，在该基底的上方并沿着该基底的周边，其中该固定架是将该基底与该连接中介层固定于该基材板；以及
一固定装置，位于该贯穿孔内而穿过该基材板、该连接中介层与该基底，并将该基底及该连接中介层固定于该基材板。
6.根据权利要求5所述的探针卡结构体，还包含一遮盖物，其中该基底的一部分是经由该固定架中的一孔洞而受到暴露，而该遮盖物具有一间隔物，该间隔物延伸至该孔洞内，而延伸至该孔洞的一深度。
7.一种探针卡结构体的组装方法，包含：
提供一基材板；
在该基材板的上方提供一连接中介层；
在该连接中介层的上方提供一基底，其中该连接中介层提供该基材板与该基底之间的电性连接；
通过提供位于该基底的上方且固定于该基材板的一固定架，将该基底与该连接中介层固定于该基材板；
在该基材板的下方提供一固定机构，其中该固定机构穿过该基材板、该连接中介层与该基底；以及
将一测试头固定于该基材板。
8.根据权利要求7所述的探针卡结构体的组装方法，还包含将一遮盖物固定于该固定架的上方，其中该遮盖物延伸至该固定架的一孔洞内，而延伸至该孔洞的一深度。
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