CN104569514B - 采用芯片封装用载板的空间转换器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用芯片封装用载板的空间转换器及其制造方法，该空间转换器包含一芯片封装用载板、一设于载板上的绝缘层，以及一导电块。载板具有长条形的第一、二线路，且第一线路有一长度比该第一线路的宽度长的长条形接点。绝缘层有一位置对应于该长条形接点上的开孔，而该导电块则包含一位于该开孔内且与该长条形接点连接的长条形连接柱，以及一暴露在该绝缘层之外、尺寸大于该长条形连接柱且与该长条形连接柱连接的圆柱形接触垫；由此，该圆柱形接触垫有足够的面积及结构强度供探针抵接。

Description

采用芯片封装用载板的空间转换器及其制造方法

技术领域

本发明与用于探针卡的空间转换器有关，特别是指一种采用具有长条形接点的芯片封装用载板的空间转换器及其制造方法。

背景技术

探针卡通常包含有一用于直接与测试机台的讯号传输端子电性连接的主电路板，以及一设置于该主电路板下表面的空间转换器(space transformer；简称ST)。该空间转换器的上表面具有多数个间距较大的导电接点，用于与该主电路板电性连接；该空间转换器的下表面则设置有多个间距较小的导电接点，用于抵接多个探针(例如垂直式探针)，使得各探针能够维持相对较小的针距，而可对芯片上间距相当小的导电接点进行点测。

就一般的垂直式探针卡而言，所使用的空间转换器的下表面的导电接点的分布位置，通常是对应着受测芯片的导电接点的分布位置，使得探针的位置能刚好对应待测芯片的导电接点。为了降低空间转换器的制造成本，并避免其导电接点的位置误差，市面上许多探针卡的空间转换器采用芯片在进行封装时所使用的载板，该载板由芯片制造厂商或芯片设计厂商提供给探针卡制造业者，其原本的用途是连接在芯片与电路基板之间，即，该载板本身已具有与芯片相对应的导电接点，因此，将该载板应用于其对应的芯片进行测试时所使用的探针卡中，以作为该探针卡的空间转换器，则不需再对其导电接点进行定位。

为了增加空间转换器的导电接点的结构强度，以避免各导电接点因连续受到探针点测芯片时的反作用力而容易损坏，探针卡业者会在芯片封装用载板的导电接点上连接厚度及面积较大的圆形接触垫，以供探针电性接触于结构强度较大的圆形接触垫。

为了符合高阶电子产品的需求，目前封装芯片的尺寸越来越小，而在将芯片封装用载板的尺寸缩小时，若只是将其呈圆形的导电接点缩小，则容易因导电接点面积太小而造成载板与芯片之间的链接力不足，因此，目前市面上尺寸较小的载板大多为具有长条形接点的设计，虽然长条形接点的宽度相当小，但因长度大而具有足够的面积，因此可使得载板与芯片之间有足够的链接力。

然而，若要将具有长条形接点的芯片封装用载板应用于探针卡的空间转换器，由于相邻的长条形接点的间距相当小，采取习用的形成圆形接触垫的方式将会导致相邻的长条形接点短路，除非将圆形接触垫的面积减小，但此举又会使得圆形接触垫的结构强度不足。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种采用芯片封装用载板的空间转换器，以及该空间转换器的制造方法，其可在载板的长条形接点上形成有足够面积及结构强度的圆柱形接触垫，且不会使相邻的线路短路。

为达到上述目的，本发明所提供的一种采用芯片封装用载板的空间转换器，其特征在于包含有：一载板，具有相邻的一第一线路及一第二线路，所述第一线路具有一长条形接点；一绝缘层，设于所述载板上，且所述绝缘层具有一对应所述长条形接点的开孔；一导电块，包含有一位于所述开孔内且与所述第一线路的长条形接点连接的长条形连接柱，以及一与所述长条形连接柱连接且至少有一部分暴露于所述绝缘层之外的圆柱形接触垫，以供一探针的尾端接触；其中，所述圆柱形接触垫的直径定义为D、所述第一线路的宽度定义为L₁、所述第一线路与所述第二线路的距离定义为L₂，以及所述长条形接点的长度定义为L₃，则D、L₁、L₂及L₃满足下列关系式：L₃＞L₁；D＞L₃；D/2＞L₁/2+L₂。

若将用于接触所述圆柱形接触垫的探针的尾端的半径定义为R，则所述圆柱形接触垫的直径D与所述探针的尾端的半径R满足下列关系式：D＞2R。

所述第一线路的宽度L₁实质上等于所述第一线路与所述第二线路的距离L₂。

所述绝缘层具有一实质上与所述圆柱形接触垫的一接触表面齐平的表面，且所述绝缘层的开孔包含有一容置有所述导电块的长条形连接柱的下开孔，以及一与所述下开孔连通且容置有所述导电块的圆柱形接触垫的上开孔。

所述绝缘层具有一表面，所述绝缘层的表面实质上低于所述圆柱形接触垫的一接触表面，使所述圆柱形接触垫的侧周缘至少有一部分暴露于所述绝缘层之外。

所述圆柱形接触垫的侧周缘全部暴露于所述绝缘层之外。

所述导电块的圆柱形接触垫设有一抗氧化层。

为达到上述目的，本发明所提供的一种采用芯片封装用载板的空间转换器的制造方法，其特征在于包含有下列步骤：a)提供一用于芯片封装的载板，所述载板具有相邻的一第一线路及一第二线路，所述第一线路具有一长条形接点，将所述第一线路的宽度定义为L₁、所述第一线路与所述第二线路的距离定义为L₂，以及所述长条形接点的长度定义为L₃，则L₁及L₃满足下列关系式：L₃＞L₁；b)利用微影技术在所述载板上形成出一下绝缘层，且所述下绝缘层具有一位置与形状对应于所述长条形接点的下开孔；c)在所述下开孔内形成出一与所述第一线路的长条形接点连接的长条形连接柱；d)利用微影技术在所述下绝缘层上形成出一上绝缘层，且所述上绝缘层具有一位置对应于所述长条形连接柱且尺寸大于所述长条形连接柱的圆柱形上开孔；e)在所述上开孔内形成出一与所述长条形连接柱连接的圆柱形接触垫，以供一探针的尾端接触；其中，将所述探针的尾端的半径定义为R，以及所述圆柱形接触垫的直径定义为D，则D、R、L₁、L₂及L₃满足下列关系式：D＞2R；D＞L₃；D/2＞L₁/2+L₂。

其中，所述第一线路的宽度L₁实质上等于所述第一线路与所述第二线路的距离L₂。

所述步骤e)之后更具有一部分或全部去除所述上绝缘层，而使所述圆柱形接触垫的侧周缘部分或全部暴露出来的步骤。

所述步骤e)之后更具有一在所述圆柱形接触垫上披覆形成一抗氧化层的步骤。

所述长条形连接柱及圆柱形接触垫通过电镀、蒸镀或溅镀的方式形成。

采用上述技术方案，本发明所提供的圆柱形接触垫具有足够的面积及结构强度而不易损坏，而且，由于该圆柱形接触垫与该载板之间设有绝缘层，即使该圆柱形接触垫因面积大而有一部分位于该第二线路上方，仍可维持该第一线路与该第二线路不因相互电性导通而短路。

附图说明

图1是本发明第一较佳实施例所提供的采用具有长条形接点的芯片封装用载板的空间转换器的部分平面示意图；

图2A是图1所示的空间转换器的一载板的平面示意图；

图2B类同于图2A，只是其长条形接点的位置不同；

图3A是沿图1中剖线3A-3A的剖视示意图；

图3B是沿图1中剖线3B-3B的剖视示意图；

图4A是本发明第二较佳实施例所提供的空间转换器的剖视示意图；

图4B是本发明第二较佳实施例所提供的空间转换器的另一剖视示意图；

图5至图11是示意图，显示第一、二实施例所提供的空间转换器的制造方法的各个步骤；

图12类同于图3B，但显示该空间转换器的一导电块更具有一抗氧化层。

具体实施方式

为了详细说明本发明的结构、特点及功效，现举以下较佳实施例并配合附图说明如下。

请先参阅图1至图3B，图1为本发明第一较佳实施例所提供的空间转换器10的部分平面示意图，即，图1实际上仅显示本发明所提供的空间转换器10的一部分。空间转换器10包含有一载板20，图2A为载板20的平面示意图，图3A及图3B为空间转换器10的剖视示意图。如图1、图3A及图3B所示，空间转换器10更包含有一设于载板20上的绝缘层30，以及多个至少有一部分暴露于绝缘层30之外的导电块40。必须说明的是，图1显示导电块40的数量为八个，实际上，如前所述，图1仅揭示本发明所提供的空间转换器的一部分，因此，导电块40的数量实际上不以此数量为限。而便于说明，图3A及图3B中仅显示一个导电块40。

如各图所示，载板20具有多个长条形线路22，各长条形线路22至少包含相邻的一第一线路22A及一第二线路22B，且第一线路22A且/或第二线路22B具有一长条形接点222，各长条形接点222为对应待测物的接点位置而设置，并不限制为图2A所示的位置，例如也可如图2B所示；其次，绝缘层30具有一对应第一线路22A的长条形接点222的开孔32，而导电块40包含有一位于开孔32内且与第一线路22A的长条形接点222连接的长条形连接柱42，以及一与长条形连接柱42连接的圆柱形接触垫44，以供一探针(图中未示)接触。圆柱形接触垫44具有一供探针接触的接触表面44a以及一侧周缘44b，在此实施例中，绝缘层30的表面30a为低于圆柱形接触垫44的接触表面44a，如此一来，圆柱形接触垫44的接触表面44a及侧周缘44b完全暴露于绝缘层30之外。

实际上，绝缘层30也可部分或全部包覆住圆柱形接触垫44的侧周缘44b。例如，图4A及图4B揭示了本发明第二较佳实施例所提供的空间转换器，在此实施例中，绝缘层30具有一实质上与圆柱形接触垫44的接触表面44a齐平的表面30a，且绝缘层30的开孔32包含有一容置有长条形连接柱42的下开孔32a，以及一与下开孔32a连通且容置有圆柱形接触垫44的上开孔50a。通过绝缘层30包覆住圆柱形接触垫44的侧周缘44b，使得圆柱形接触垫44能够更加稳固地与探针相抵。

图5至图11显示空间转换器10的制造方法，以下将进一步说明制造方法的各个步骤，同时更详细地说明空间转换器10的结构。空间转换器10的制造方法包含有下列步骤：

a)如图2A及图5所示，本发明的空间转换器10的制造方法，首先取用一用于芯片封装的载板20，载板20至少具有呈长条形且相邻的一第一线路22A及一第二线路22B。其中，第一线路22A具有一长条形接点222，若将第一线路22A的宽度定义为L₁、第一线路22A与第二线路22B的距离定义为L₂，以及长条形接点222的长度定义为L₃，则L₁及L₃满足下列关系式：

L₃＞L₁。

详而言之，载板20原本的用途是在封装一芯片(图中未示)时用于连接芯片与一电路基板(图中未示)，一般而言，载板20上具有多个线路22(包含有多组相邻的第一线路22A及第二线路22B)，各线路22按其功能分别可以是讯号传递线路、接地线路、电源线路等，且各个线路可选择性地在其特定部位提供一电性连接用的长条形接点222。事实上，载板20上具有一覆盖各线路22的绝缘层(图中未示)，绝缘层具有多个分别位于特定线路22的特定部位上的长条形开口，使得各线路22的某特定部位能透过绝缘层的长条形开口而暴露于外，而可作为与另一电子元件(例如芯片)电性导通的接点，而前述各个线路22所暴露的特定部位即为本说明书中所述的长条形接点222。各长条形接点222的形状及分布位置是和与其电性连接的芯片的导电接点相对应，即，芯片的导电接点也呈长度为L₃且宽度为L₁的长条形。在本发明所提供的空间转换器10中所使用的载板20，其接点222的长度L₃必须大于接点所处的线路22的宽度L₁，即接点222呈长条形，如此，在现今芯片封装用的载板日趋更高密度与更细线宽布线的规格下，方可提供足够的接点面积供电性连接。

b)如图6及图7所示，利用微影技术(photolithography)在载板20上形成出一下绝缘层31，下绝缘层31具有一可使长条形接点222暴露出来的下开孔32a。

详而言之，此步骤是先在载板20上涂布一层不导电的光阻34(如图6所示)，使得光阻34覆盖各线路22，再提供一图样(pattern)与各长条形接点222形状对应的光罩(图中未示)，并使光线隔着光罩而照射光阻34以进行曝光制程，最后再将光阻34显影，去除光阻34对应各长条形接点222的部分，即可形成出具有多个下开孔32a的下绝缘层31。其中，各下开孔32a的形状与位置分别对应各长条形接点222，致使各长条形接点222可自下开孔32a暴露出来。由于前述微影技术以及光阻材料是半导体制程所习用习知，在所属技术领域中具有通常知识者都可以了解并据以实施，故在此不予以赘述。

c)如图8所示，在下开孔32a内形成一与第一线路22A的长条形接点222电性连接的长条形连接柱42。此步骤是通过电镀、蒸镀或溅镀的方式，将金属材料沉积在下开孔32a内，以形成与长条形接点222机械性且电性连接且形状与下开孔32a对应并具有特定高度的长条形连接柱42。实际上，在长条形连接柱42形成之后，更可选择性地进行一平坦化步骤，以控制长条形连接柱42的高度，并使下绝缘层31的表面与长条形连接柱42的表面能够齐平，以利后续制程进行。至于平坦化的方法，可用(但不限于)传统的化学机械平坦化技术。

d)如图9及图10所示，利用微影技术在下绝缘层30上形成出一上绝缘层50，且上绝缘层50具有一位置对应于长条形连接柱42且尺寸大于长条形连接柱42的圆柱形上开孔50a。

详而言之，此步骤是先在下绝缘层31上涂布一层不导电的光阻54(如图9所示)，使得光阻54覆盖长条形连接柱42，此光阻54所使用的材料可与前述步骤b)中所使用的光阻34材料相同或不同。之后，再提供一光罩(图中未示)并使光线隔着光罩而照射光阻54以进行曝光制程，最后再将光阻54显影，去除对应各长条形连接柱42的部分，以形成出具有多个圆柱形上开孔50a的上绝缘层50。其中，各上开孔50a分别与各下开孔32a连通，且上开孔50a的尺寸大于下开孔32a的尺寸，且上开孔50a呈圆柱形而具有特定的深度及直径。

e)如图11所示，在上开孔52a内形成出一位于下绝缘层31上且与长条形连接柱42机械性且电性连接的圆柱形接触垫44。此步骤能通过电镀、蒸镀或溅镀的方式将金属材料沉积在上开孔50a内，以形成圆柱形接触垫44。同样地，在圆柱形接触垫44形成之后，也可选择性地进行一平坦化步骤，以控制圆柱形接触垫44的高度。至于平坦化的方法，可用(但不限于)传统的化学机械平坦化技术。

如此一来，第一线路22A的长条形接点222上连接有由长条形连接柱42及圆柱形接触垫44连接而成的导电块40，导电块40与长条形接点222电性连接，其中，圆柱形接触垫44的顶面(接触表面44a)用于供一探针(图中未示)的尾端电性接触，以使探针与第一线路22A电性连接。如图11所示，此步骤完成之后，下绝缘层31与上绝缘层50将一起形成如图4B中所示的绝缘层30，而下开孔32a与上开孔50a将一起形成如图4B中所示的开孔32，换言之，至此完成图4A与图4B中所示，本发明第二较佳实施例所提供的空间转换器。

此时，将探针的尾端的半径定义为R，以及圆柱形接触垫44的直径定义为D，则D、R、L₁、L₂及L₃满足下列关系式：

D＞2R；

D＞L₃；

D/2＞L₁/2+L₂。

意即，圆柱形接触垫44的直径D大于探针的尾端的直径，以使探针能确实接触圆柱形接触垫44，以避免接触不良而影响讯号传递效果；而且，圆柱形接触垫44的直径D大于长条形接点222的长度L₃(如图3B所示)，以使圆柱形接触垫44完全遮蔽长条形接点222及长条形连接柱42，以提供较大的探针接触面积；再者，圆柱形接触垫44的半径D/2大于第一线路22A的一半宽度L₁/2与第一、二线路22A、22B的距离L₂的总和(如图3A所示)，由此，圆柱形接触垫44延伸至第二线路22B上方，也就是可利用第二线路22B上方的空间来布设接触垫44。如此一来，纵使载板20的线路22采用更高密度及更小线宽的设计，因为第二线路22B上方的空间可以利用来容置设置在第一线路22A上的接触垫44，因而，本发明仍可提供具有足够面积并具有足够结构强度的接触垫44供探针抵接。

事实上，除了第一线路22A的长条形接点222之外，载板20的其他长条形接点222也会在前述制造方法进行的过程中分别长出一导电块40，且各导电块40的圆柱形接触垫44的尺寸基本上会相同。通过选取其中一线路22(也就是第一线路22A)，并利用前述的关系式决定出各导电块40的圆柱形接触垫44的尺寸，即可使得空间转换器10供探针电性接触的圆柱形接触垫44具有足够的结构强度而不易损坏；而且，由于各圆柱形接触垫44与载板20之间设有绝缘层30，即使圆柱形接触垫44因面积大而有一部分位于相邻的线路上方，通过如图1所示的各个导电块40以交错的方式排列设置，仍可维持每两相邻的线路不因相互电性导通而短路。

在前述的制造方法的步骤e)之后，也可选择地将上绝缘层50部分或全部去除，使除了原本暴露的圆柱形接触垫44的接触表面44a之外，圆柱形接触垫44的侧周缘44b可以部分或完全暴露出来。例如，图3A、图3B及图12显示的上绝缘层50完全被去除的情形，在此状况下，图11所示的下绝缘层31及下开孔32a将分别形成图3A及图3B中所示的绝缘层30及开孔32，换言之，得到图1至图3B中所示，本发明第一较佳实施例所提供的空间转换器10。然而，必须再次说明的是，也可不执行去除上绝缘层50的步骤，使得空间转换器10保留有上绝缘层50包覆住圆柱形接触垫44的侧周缘44b。

此外，在前述的制造方法的步骤e)之后，更可选择性地在圆柱形接触垫44的接触表面44a或者同时在圆柱形接触垫44的接触表面44a及其侧周缘44b形成一抗氧化层46(如图12所示)，以避免由金属材料制成的圆柱形接触垫44生锈，并可通过披覆耐磨金属材料所制成的抗氧化层46，使得圆柱形接触垫44更为耐用。

在本实施例中，空间转换器10的载板20更可满足(但实际上并不以此为限)下列关系式：

L₁＝L₂。

意即，第一线路22A的宽度等于第一线路22A与第二线路22B的距离，如此一来，在载板20更高密度与够细线宽的线路22布设条件下，圆柱形接触垫44的直径大于第一线路22A的宽度的三倍(如同图3A所示)，以提供足够接触面积的接触垫44。

最后，必须再次说明，本发明在前述实施例中所揭示的构成元件，仅为举例说明，并非用来限制本案的专利保护范围，其他等效元件的替代或变化，也应被本案的专利保护范围所涵盖。

Claims (11)

1.一种采用芯片封装用载板的空间转换器，其特征在于包含有：

一载板，具有相邻的一第一线路及一第二线路，所述第一线路具有一长条形接点；

一绝缘层，设于所述载板上，且所述绝缘层具有一对应所述长条形接点的开孔；

一导电块，包含有一位于所述开孔内且与所述第一线路的长条形接点连接的长条形连接柱，以及一与所述长条形连接柱连接的圆柱形接触垫，所述圆柱形接触垫具有一接触表面，以供一探针的尾端接触；

其中，所述圆柱形接触垫的直径定义为D、所述第一线路的宽度定义为L₁、所述第一线路与所述第二线路的距离定义为L₂，以及所述长条形接点的长度定义为L₃，则D、L₁、L₂及L₃满足下列关系式：

L₃＞L₁；

D＞L₃；

D/2＞L₁/2+L₂。

2.如权利要求1所述的采用芯片封装用载板的空间转换器，其特征在于：若将用于接触所述圆柱形接触垫的探针的尾端的半径定义为R，则所述圆柱形接触垫的直径D与所述探针的尾端的半径R满足下列关系式：

D＞2R。

3.如权利要求1所述的采用芯片封装用载板的空间转换器，其特征在于：所述第一线路的宽度L₁等于所述第一线路与所述第二线路的距离L₂。

4.如权利要求1所述的采用芯片封装用载板的空间转换器，其特征在于：所述绝缘层具有一与所述圆柱形接触垫的接触表面齐平的表面，且所述绝缘层的开孔包含有一容置有所述导电块的长条形连接柱的下开孔，以及一与所述下开孔连通且容置有所述导电块的圆柱形接触垫的上开孔。

5.如权利要求1所述的采用芯片封装用载板的空间转换器，其特征在于：所述绝缘层具有一表面，所述绝缘层的表面低于所述圆柱形接触垫的接触表面，使所述圆柱形接触垫的侧周缘至少有一部分暴露于所述绝缘层之外。

6.如权利要求5所述的采用芯片封装用载板的空间转换器，其特征在于：所述圆柱形接触垫的侧周缘全部暴露于所述绝缘层之外。

7.如权利要求1所述的采用芯片封装用载板的空间转换器，其特征在于：所述导电块的圆柱形接触垫设有一抗氧化层。

8.一种采用芯片封装用载板的空间转换器的制造方法，其特征在于包含有下列步骤：

a)提供一用于芯片封装的载板，所述载板具有相邻的一第一线路及一第二线路，所述第一线路具有一长条形接点，将所述第一线路的宽度定义为L₁、所述第一线路与所述第二线路的距离定义为L₂，以及所述长条形接点的长度定义为L₃，则L₁及L₃满足下列关系式：

L₃＞L₁；

b)利用微影技术在所述载板上形成出一下绝缘层，且所述下绝缘层具有一位置与形状对应于所述长条形接点的下开孔；

c)在所述下开孔内形成出一与所述第一线路的长条形接点连接的长条形连接柱；

d)利用微影技术在所述下绝缘层上形成出一上绝缘层，且所述上绝缘层具有一位置对应于所述长条形连接柱且尺寸大于所述长条形连接柱的圆柱形上开孔；

e)在所述上开孔内形成出一与所述长条形连接柱连接的圆柱形接触垫，以供一探针的尾端接触；其中，将所述探针的尾端的半径定义为R，以及所述圆柱形接触垫的直径定义为D，则D、R、L₁、L₂及L₃满足下列关系式：

D＞2R；

D＞L₃；

D/2＞L₁/2+L₂。

9.如权利要求8所述的采用芯片封装用载板的空间转换器的制造方法，其特征在于：所述第一线路的宽度L₁等于所述第一线路与所述第二线路的距离L₂。

10.如权利要求8所述的采用芯片封装用载板的空间转换器的制造方法，其特征在于：所述步骤e)之后更具有一部分或全部去除所述上绝缘层，而使所述圆柱形接触垫的侧周缘部分或全部暴露出来的步骤。

11.如权利要求8或10所述的采用芯片封装用载板的空间转换器的制造方法，其特征在于：所述步骤e)之后更具有一在所述圆柱形接触垫上披覆形成一抗氧化层的步骤。