CN102692530A - 探针结构与薄膜式探针的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种探针结构与薄膜式探针的制造方法。探针结构包括一薄膜式探针。薄膜式探针包括一绝缘薄膜与多数个导电条。绝缘薄膜具有相对的一第一薄膜表面与一第二薄膜表面，并具有相对的一第一薄膜侧边与一第二薄膜侧边。绝缘薄膜由可挠材料所构成。导电条设置在绝缘薄膜的第一薄膜表面上。导电条各具有相对的一第一导电末端与一第二导电末端。导电条的第一导电末端延伸超过绝缘薄膜的第一薄膜侧边。互相分开的导电条呈扇状配置，使得导电条的第一导电末端的间距小于第二导电末端的间距。

Description

探针结构与薄膜式探针的制造方法

技术领域

本发明有关于探针结构与薄膜式探针的制造方法，特别有关于具有薄膜式探针的探针结构。

背景技术

半导体集成电路芯片的趋势往微形化发展，其中组件的单位密度也愈来愈高，因此，半导体集成电路芯片的信号输入/输出端例如凸块、焊垫的尺寸与间距将愈来愈小，因应芯片微小化趋势，用以测试芯片的微探针需求也将更高。

半导体集成电路芯片在出货前需要经过电性测试机来确认电路特性。为了因应接触端微小的尺寸与间距，并提高对组件数组测试的效率，电性测试机必须使用细微的探针数组作为与待测组件电性接触的媒介，并搭配空间转换器来将探针数组电性连接至接触端的尺寸、间距更大的电路板。

然而，一般空间转换器受限材料、工艺的影响很难制作出接触端间距符合目前待测组件或探针数组规格。因此，克服目前问题的技术是必要的。

发明内容

本发明有关于探针结构与薄膜式探针的制造方法。薄膜式探针的制造方法简单、成本低，且薄膜式探针适用于测试微型化半导体结构。

根据本发明的一实施例，提供一种探针结构。探针结构包括一薄膜式探针。薄膜式探针包括一绝缘薄膜与多数个导电条。绝缘薄膜具有相对的一第一薄膜表面与一第二薄膜表面，并具有相对的一第一薄膜侧边与一第二薄膜侧边。绝缘薄膜由可挠材料所构成。导电条设置在绝缘薄膜的第一薄膜表面上。导电条各具有相对的一第一导电末端与一第二导电末端。导电条的第一导电末端延伸超过绝缘薄膜的第一薄膜侧边。互相分开的导电条呈扇状配置，使得导电条的第一导电末端的间距小于第二导电末端的间距。

根据本发明的另一实施例，提供一种薄膜式探针的制造方法。制造方法包括以下步骤。于一绝缘材料层上形成一导电层。图案化导电层以形成多数个导电条。导电条各具有相对的一第一导电末端与一第二导电末端。互相分开的导电条呈扇状配置，使得导电条的第一导电末端的间距小于第二导电末端的间距。移除部分绝缘材料层以形成一绝缘薄膜。绝缘薄膜具有相对的一第一薄膜侧边与一第二薄膜侧边。导电条的各第一导电末端延伸超过绝缘薄膜的第一薄膜侧边。

下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

附图说明

图1绘示根据一实施例的薄膜式探针的上视图。

图2绘示根据一实施例的探针结构的立体示意图。

图3绘示根据一实施例的探针结构的剖面图。

图4绘示根据一实施例的探针结构的导电条。

图5至图9绘示根据一实施例的薄膜式探针的制造方法。

图10绘示根据一实施例的探针卡的剖面图。

图11绘示根据一实施例的探针卡的剖面图。

图12至图17绘示根据一实施例的半导体结构的制造过程。

【主要组件符号说明】

102、202、302：薄膜式探针

104、204、304：绝缘薄膜

106、206、306、406：导电条

108、308：第一薄膜侧边

110、310：第二薄膜侧边

112、212：第一薄膜表面

114、214：第二薄膜表面

116、216、316、416、516：第一导电末端

118、218、318、418：第二导电末端

120：导电凸块

122：下表面

124：上表面

126、128、130、132、134、136、226、228、230、232、234、236、326、328、330、332、334、336、668：穿孔

238、438、538：探针结构

240：定位件

342：绝缘材料层

344：支撑基板

346：导电层

448、560：探针卡

450：导板

452：空间转换器

454、554：电路板

456、458、556、558：固定件

562：弹性膜

564：压板

666：基材

670：绝缘层

672：导电层

674、682：导电重布层

676、684：凸块

678、686：介电层

680：载板

688：薄膜架

D1、D2、D3：间距

T1、T2：厚度

W1、W2：宽度

具体实施方式

图1绘示根据一实施例的薄膜式探针102的上视图。薄膜式探针102包括绝缘薄膜104与多数个导电条106。

请参考图1，绝缘薄膜104具有相对的第一薄膜侧边108与第二薄膜侧边110，并具有相对的第一薄膜表面112与第二薄膜表面114。绝缘薄膜104由可挠材料所构成，包括封装制程中常使用的高分子材料，例如聚酰亚胺(polyimide;PI)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane；PDMS)、丙烯酸树脂(Acrylate)或苯酰环丁烯(benzocyclobuten；BCB)。

多数个导电条106设置在绝缘薄膜104的第一薄膜表面112上。导电条106各具有相对的第一导电末端116与第二导电末端118。于实施例中，第一导电末端116延伸超过绝缘薄膜104的第一薄膜侧边108。互相分开的导电条106呈扇状配置，使得在同一个绝缘薄膜104上的导电条106其第一导电末端116的间距D 1小于第二导电末端118的间距D2。于实施例中，导电条106的第一导电末端116可作为与待测组件接触的针头，且其间距D1小于50μm，在一实施例中，间距D1例如介于20μm~50μm，，非常的微小，能因应朝向微型化发展的电子组件例如半导体集成电路芯片(未显示)，其输入/输出端例如焊垫或凸块之间的间距愈来愈小的趋势。

请参考图1，导电条106的第二导电末端118可与电性测试机其它组件接触端接触，其间距D2大于50μm，例如大于100μm，能够配合目前一般的电性测试机其它组件接触端的间距范围。因此实施例的薄膜式探针102得以使一般电性测试机在待测组件例如半导体集成电路芯片(未显示)微型化的趋势中继续使用。虽然图1所示的导电条106其第一导电末端116的宽度W1小于第二导电末端118的宽度W2，然实施例并不限于此，于其它实施例中，导电条106亦可设计成具有实质上均一的宽度(未显示)。导电条106的材质可包括金属例如镍、金、铜、钨、钛、钯或上述之合金。

请参考图1，于一实施例中，导电条106的第二导电末端118上可任选地具有导电凸块120，且导电凸块120可位于绝缘薄膜104的第二薄膜侧边110上。导电凸块120的下表面122并不限于如图1所示的实质上对齐于绝缘薄膜104的第二薄膜侧边110，于一些实施例中(未显示)，导电凸块120的下表面122(亦可视为导电条106与导电凸块120之间的界面)低于绝缘薄膜104的第二薄膜侧边110约10μm，而导电凸块120的上表面124高于绝缘薄膜104的第二薄膜侧边110约30μm。举例来说，导电凸块120的材质包括镍、锡、或其合金、或其它合适的材料。

如图1所示，绝缘薄膜104可定义穿孔126、128、130、132、134、136。举例来说，穿孔126、128、130、132的尺寸大于穿孔134、136的尺寸。于一些实施例中，穿孔126、128、130、132的直径大于200μm，包括200μm~300μm，例如115μm。穿孔134、136的直径小于20μm，例如1.45μm。实施例并不限于如图1所示的圆形穿孔126、128、130、132、134、136与对称配置设计，而可视实际需求适当地使用其它形状的穿孔与其它配置设计。

图2绘示根据一实施例的探针结构238的立体示意图，而探针结构238包括多数个薄膜式探针202，其中，图2中所示的薄膜式探针202类似于图1所示的薄膜式探针102，差异仅在于图2中所示的薄膜式探针202省略了图1中所示的导电凸块120。于其它实施例中，探针结构238可使用如图1所示的薄膜式探针102。

如图2所示，探针结构238包括多数个定位件240，定位件240配置穿过绝缘薄膜204定义出的穿孔226、228、230、232、234、236，以定位重迭配置的薄膜式探针202，薄膜式探针202其中之一的第一薄膜表面212面对薄膜式探针202其中另一的第二薄膜表面214，并且位在不同绝缘薄膜204上并呈扇状配置的导电条206互相分开。

请参照图2，于一些实施例中，绝缘薄膜204的厚度T1介于1μm~50μm，例如介于1μm~12.5μm或为约25μm，导电条206的厚度T2小于30μm，例如介于0.1μm~10μm或为约25μm。不同绝缘薄膜204上的导电条206(或其第一导电末端216，绘示于图2)的间距D3小于50μm，再者，同一绝缘薄膜204上的导电条206(或其第一导电末端216)的间距D1小于50μm，在一实施例中，间距D1例如为20μm~50μm，换句话说，数组排列的导电条206其第一导电末端216的间距D1、D3非常的微小，故实施例的探针结构238可应用于测试具有高密度数组结构的待测组件，例如半导体封装中的半导体集成电路芯片，再者，实施例的探针结构238可一次与多个装置接点接触进行测试，因此可缩短测试的时间并提高出货速度。此外，薄膜式探针202组装形成探针结构238的方式简易，因此可根据实际需求任意变换探针结构238的设计，使用上富有变化性，并且能精确控制探针结构238中每个导电条206的第一导电末端216、第二导电末端218的落点高度差小，此接触点的平整性能提高与其它组件例如待测组件形成电性接触的效率，也能避免由于接触点高低不平必须施加大压力以达到整体接触所造成的探针断裂、损坏的问题，而提高探针结构238的使用寿命与可靠度。

请参照图3，其绘示沿图2的AB线的探针结构238的剖面图。如图3所示，定位件240配置穿过绝缘薄膜204定义出的穿孔226、230，第一薄膜表面212面对第二薄膜表面214，而位在不同绝缘薄膜204上的导电条206互相分开。

请参照图4，其绘示根据一实施例中图2与图3的探针结构238的导电条206，而未绘示探针结构238的其它组件。

图5至图9绘示根据一实施例的薄膜式探针的制造方法。

请参照图5，将绝缘材料层342配置在支撑基板344上。于一实施例中，绝缘材料层342由可挠材料所构成，且支撑基板344由硬性材料例如玻璃所构成，以支撑绝缘材料层342进行后续的步骤。举例来说，绝缘材料层342可为移除形成在聚酰亚胺(PI)材料层上的压延铜箔后所剩余的聚酰亚胺材料层。于一实施例中，利用热移除式(thermal release)胶带(未显示)将绝缘材料层342贴附在支撑基板344上。

请参照图6，于绝缘材料层342上形成导电层346。于一实施例中，导电层346利用热蒸镀的方式形成。导电层346的厚度可为0.1μm~0.2μm，例如为0.2μm。

请参照图7，图案化导电层346形成导电条306。导电条306具有相对的第一导电末端316与第二导电末端318。互相分开的导电条306呈扇状配置，使得第一导电末端316的间距D1小于第二导电末端318的间距D2。于一实施例中，导电条306的形成方法包括涂布光阻层(未绘示)例如AZ-4620光阻于导电层346(图6)上，然后对光阻层进行曝光、显影步骤以形成图案化的光阻层(未绘示)，接着移除图案化的光阻层所露出的导电层346(图6)以形成导电条306(图7)，然后移除图案化的光阻层。在一些实施例中，在进行图案化步骤之后，亦可进行电镀制程以使导电条306包括例如10μm~20μm的电镀层，举例来说，电镀后的导电条306其厚度T2为15μm。

请参照图8，然后，举例来说，移除支撑基板344(图7)，并移除部分的绝缘材料层342(图7)以形成如图8所示的绝缘薄膜304。绝缘薄膜304具有相对的第一薄膜侧边308与第二薄膜侧边310。导电条306的第一导电末端316延伸超过绝缘薄膜304的第一薄膜侧边308。绝缘薄膜304的第二薄膜侧边310邻近导电条306的第二导电末端318。

请参照图9，移除部分绝缘薄膜304以定义多数个穿孔326、328、330、332、334、336。实施例并不限定于先定义出第一薄膜侧边308(图8)、第二薄膜侧边310再定义出穿孔326、328、330、332、334、336(图9)的顺序，也可以使用先定义出穿孔326、328、330、332、334、336再定义出第一薄膜侧边308(图8)、第二薄膜侧边310的顺序。于实施例中，可利用激光方法进行移除步骤，举例来说，切割出绝缘薄膜304的第一薄膜侧边308、第二薄膜侧边310(图8)的激光功率小于定义穿孔326、328、330、332、334、336(图9)的激光功率。使用的激光可为Nd-YAG(波长355纳米)或准分子激光(波长248纳米)，其对于材料的移除效率高且质量好。于其它实施例中，亦可利用其它适合的方法进行移除步骤，例如使用加工机。于一些实施例中，在利用激光定义出一薄膜侧边308、第二薄膜侧边310(图8)与穿孔326、328、330、332、334、336(图9)之后，亦可利用蚀刻液，包含例如乙醇铵、氢氧化钾或其它合适的物质，来对残存的绝缘薄膜304进行蚀刻，以得到特征更为精细的薄膜式探针302。于实施例中，可应用半导体封装工艺制造薄膜式探针，对封装业者来说，并不需要额外的设计，因此薄膜式探针的制造成本低且方法简单，非常适合量产。

图10绘示根据一实施例的电性测试机所使用具有探针结构438的探针卡448的剖面图。探针结构438作为探针头(probe core)。利用具有对应导电条406的第一导电末端416的穿孔数组的导板450，如此在测试过程中，第一导电末端416便能穿过导板450的穿孔，以固定、控制第一导电末端416的位置，使之能对准待测组件而形成良好的电性接触，并得到精确的测试结果。

请参照图10，探针结构438亦可与空间转换器452搭配使用，其中空间转换器452内的导线(未显示)与导电条406的第二导电末端418形成电性接触，以对应电路板454扩大接触点例如焊垫或凸块的间距，并符合电路板454的接触点的设计。于一些实施例中，举例来说，具有沿X方向扇开的导电条406的探针结构438可与沿Y方向扇开的导线(未显示)的空间转换器452搭配使用。可利用固定件456、458例如螺丝固定探针卡448的组件的位置。

如图10所示，外界的信号机(未显示)能透过电路板454、空间转换器452与探针结构438的导电条406保持信号耦合的关系，而对待测组件例如半导体集成电路芯片进行电性测试。

如图10所示，一般空间转换器452利用硬性材料例如陶瓷材料或锅炉土(BT)作为基板，其中具有内部导线。基板露出的内部导线上设置有连接垫，用以与探针结构438的导电条406与电路板454形成电性接触。空间转换器452其受限于制程因素，例如作为基板的陶瓷材料利用烧结技术形成，而无法使内部穿孔或导线的间距小于50μm，因此，于实施例中，必须搭配使用以可挠性材料制作而成的探针结构438作为探针头，才能达成测试数组接触点间距小于50μm的待测组件的目的。应当要了解的是，实施例中的探针结构438并不限定作为探针头(probe core)，其也能作为空间转换器。

请参照图11，其绘示根据一实施例的电性测试机所使用具有探针结构538的探针卡560的剖面图。弹性膜562具有电路设计，例如导线或接触凸块。在测试过程中，压板564将弹性膜562推向接触探针结构538，借此利用弹性膜562使与外界的信号机(未显示)耦合的电路板554能和探针结构538的导电条516具有电性耦合的关系，让导电条516对待测组件(未显示)例如半导体集成电路芯片进行电性测试。于一些实施例中，亦可使用空间转换器(未显示)设置在探针结构538上，而在测试过程中，压板564将弹性膜562推向接触空间转换器，借此利用弹性膜562使电路板554与探针结构538具有电性耦合的关系。可利用固定件556、558例如螺丝固定探针卡560的组件的位置。

图12至图17绘示根据一实施例的半导体结构的制造过程，其中可使用电性测试机对半导体结构进行电性测试，以取得半导体结构的电性参数，例如电阻、电感、电容值等等。

请参考图12，在基材666例如硅基材中定义出穿孔668。在穿孔668的侧壁上形成绝缘层670。利用导电层672填充穿孔668。绝缘层670可包括环氧树脂(epoxy)、苯环丁烯(BCB,benzocyclobutene)、聚亚酰胺(PI,polyimide)或其它合适的材料。导电层672可包括金属例如镍、金、铜、钨、钛、钯或上述之合金。

请参考图13，在导电层672上形成导电重布层674，并在导电重布层674上形成凸块676。导电重布层674可形成在介电层678中并电性连接凸块676至导电层672。于实施例中，可利用如图10或图11所示的探针卡448、560对如图13所示的结构进行电性测试例如开路测试(open test)。

请参考图14，将图13所示的结构贴附至载板680。

请参考图15，薄化基材666直到穿孔668中的导电层672露出。

请参考图16，在导电层672上形成导电重布层682，并在导电重布层682上形成凸块684。导电重布层682可形成在介电层686中并电性连接凸块684至导电层672。请参考图17，将薄膜架(film frame)688贴附至凸块684上并电性连接至凸块684。于一些实施例中，图17所示的半导体结构作为承载器，并可在此步骤进行电性测试例如短路测试(short test)。之后，其它待测组件例如半导体集成电路芯片(未显示)可贴附在如图17所示的薄膜架上，利用承载器承载并电性连接至半导体集成电路芯片，并可利用如图10或图11所示探针卡448、560进行电性测试。实施例并不限于利用如图17所示的承载器对半导体集成电路进行电性测试，而亦可根据实际需求使用其它适合的承载器。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种探针结构，包括一薄膜式探针，该薄膜式探针包括：

一绝缘薄膜，具有相对的一第一薄膜表面与一第二薄膜表面，并具有相对的一第一薄膜侧边与一第二薄膜侧边，该绝缘薄膜由可挠材料所构成；以及

多数个导电条，设置在该绝缘薄膜的该第一薄膜表面上，该些导电条各具有相对的一第一导电末端与一第二导电末端，该第一导电末端延伸超过该绝缘薄膜的该第一薄膜侧边，互相分开的该些导电条呈扇状配置，使得该些导电条的该些第一导电末端的间距小于该些第二导电末端的间距。

2.如权利要求权利要求1所述的探针结构，其特征在于，该些导电条的各该第二导电末端具有导电凸块并位于该绝缘薄膜的该第二薄膜侧边上。

3.如权利要求1所述的探针结构，其特征在于，其包括互相重迭配置的多数个该薄膜式探针，其中该些薄膜式探针其中之一的该第一薄膜表面面对该些薄膜式探针其中另一的该第二薄膜表面。

4.如权利要求3所述的探针结构，其特征在于，更包括多数个定位件，配置穿过该些薄膜式探针的该些绝缘薄膜定义出的多数个穿孔，以定位重迭配置的该些薄膜式探针。

5.如权利要求1所述的探针结构，其特征在于，该些导电条的该些第一导电末端的间距介于20μm~50μm。

6.如权利要求1所述的探针结构，其特征在于，该探针结构用作电性测试机的空间转换器或探针头。

7.一种薄膜式探针的制造方法，包括：

于一绝缘材料层上形成一导电层；

图案化该导电层以形成多数个导电条，该些导电条各具有相对的一第一导电末端与一第二导电末端，互相分开的该些导电条呈扇状配置，使得该些导电条的该些第一导电末端的间距小于该些第二导电末端的间距；以及

移除部分该绝缘材料层以形成一绝缘薄膜，该绝缘薄膜具有相对的一第一薄膜侧边与一第二薄膜侧边，该些导电条的各该第一导电末端延伸超过该绝缘薄膜的该第一薄膜侧边。

8.如权利要求7所述的薄膜式探针的制造方法，其特征在于，在移除部分该绝缘材料层以形成该绝缘薄膜的步骤中，该绝缘薄膜定义出多数个穿孔。

9.如权利要求7所述的薄膜式探针的制造方法，其特征在于，移除部分该绝缘材料层的方法包括激光方法，于该绝缘薄膜定义该些穿孔的激光功率大于切割出该绝缘薄膜的该第一薄膜侧边的激光功率。

10.如权利要求7所述的薄膜式探针的制造方法，其特征在于，该绝缘材料层由可挠材料所构成，该薄膜式探针的制造方法更包括于该绝缘材料层上形成该导电层之前，将该绝缘材料层配置在一支撑基板上，该支撑基板由硬性材料所构成。

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