CN113495177A - 具有3d电路的微机电探针测试头及探针卡 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种具有3D电路的微机电探针测试头及探针卡，该探针头包括载体及多个探针，该载体具有上表面、侧面及下表面，中央具有窗口，载体上设有至少一组3D电路，该3D电路由多个线路分布且相连于上表面、侧面及上表面，且于上表面设有多个上接垫，下表面设有多个下接垫；探针由上而下依序包括针尾、针身及针尖，针尾焊接于相对位置的下接垫，使针身延伸至窗口下方且针尖朝下，探针卡则进一步括载板、电路板及镜头组，载板设有多个承载槽供载体安装其中，电路板则安装于载板上且与上接垫电性连接，镜头组设置于窗口内，借此使制造工序更为简单，且能适用测试小尺寸的图像感测芯片。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有3D电路的探针测试头及探针卡。
背景技术
半导体芯片进行测试时，测试设备是通过一探针卡装置与待测物电性连接，通过信号传输及信号分析，获得待测物的测试结果。现有探针卡装置设有对应待测物的电性接点的多个探针，通过多个探针同时点接触待测物的相对应电性接点，获得所需的电子信号。
由于待测物(例如图像感测芯片)尺寸愈来愈小，相对地芯片上电性接点间距更小，因此运用于此类待测物所使用的探针卡装置，探针都采用微机电系统(Microelectromechanical Systems，MEMS)技术所制造，其外型可依据设计者需求成形。但此类探针尺寸小、数目多，如何有效率地将多个探针安装于载体上，再由载体上经由相对线路与电路板电性连接，则为厂商不断研究思考的课题。另外如果待测物为图像测感测芯片，需配合使用镜头组，加上后焦距离短，连带限制了载体纵向尺寸，增加组装及设计的困难度。
于是，本发明人针对上述的问题，潜心研究并配合科学原理的运用，终于提出一种设计合理且有效改善上述问题的本发明。
发明内容
为解决上述的问题，本发明主要目的是提供一种具有3D电路的微机电探针测试头及探针卡，主要利用3D电路形成于载体，在安装时可利用治具辅助将多个探针一并固定于载体或使用至少一组探针组固定于载体，借此完成载体与探针的组装作业，后续配合载板、电路板、镜头组的组装，就能构成一探针卡结构，简化组装工序且精确度高，此对由小尺寸图像感测芯片所构成的待测物晶片，后续更能效率地进行测试作业。
为达上述的目的，本发明为一种具有3D电路的微机电探针测试头，包括：一载体及多个探针。载体具有上表面、侧面及下表面，中央具有窗口，载体设有至少一组3D电路，3D电路由多条线路分布且连接于上表面、侧面及下表面，且于上表面设有多个上接垫，下表面设有多个下接垫；每个探针由上而下依序包括针尾、针身及针尖，针尾焊接于相对应位置的下接垫，使针身如悬臂状延伸至窗口下方且使针尖朝下。
再者，本发明为一种具有3D电路的微机电探针测试头，包括：一载体及至少一探针组。载体具有上表面、侧面及下表面，中央具有窗口，载体上设有至少一组3D电路，3D电路由多条线路分布且相连于上表面、侧面及下表面，且于上表面设有多个上接垫，下表面设有多个下接垫；探针组由上而下包括绝缘尾座、针身及针尖，绝缘尾座内对应每个针身尾段纵向位置设有至少一导体，导体顶端面于绝缘尾座顶面露出，在探针组黏固于下表面时，导体顶端面与相对应位置的下接垫电性连接，导体底端连接于相对应的针身，使针身如悬臂状延伸至窗口下方且针尖朝下。
又一，本发明为一种具有3D电路的微机电探针卡，包括：多个载体、多个探针、载板、电路及镜头组。载体具有上表面、侧面及下表面，中央具有窗口，载体设有至少一组3D电路，3D电路由多条线路分布且相连于上表面、侧面及下表面，且于上表面设有多个上接垫，下表面设有多个下接垫。每个探针由上而下依序包括针尾、针身及针尖，针尾焊接于相对位置的下接垫，针身如悬臂状延伸至窗口下方且使针尖朝下。载板设有多个承载槽，每一承载槽供载体安装于此。电路板下表面设有电性接点，电路板设置载板上，电性接点与相对应位置的上接垫电性连接。镜头组设置于窗口内。
另一，本发明为一种具有3D电路的微机电探针卡，包括：多个载体、至少一探针组、载板、电路板及镜头组。载体具有上表面、侧面及下表面，中央具有窗口，载体设有至少一组3D电路，3D电路由多条线路分布且相连于上表面、侧面及下表面，且于上表面设有多个上接垫，下表面设有多个下接垫。探针组由上而下包括绝缘尾座、针身及针尖，绝缘尾座内对应每个针身尾段纵向位置设有至少一导体，导体顶端面于绝缘尾座顶面露出，在探针组黏固于下表面时，导体顶端面与相对应位置的下接垫电性连接，导体底端连接于相对应的针身，使针身如悬臂状延伸至窗口下方且针尖朝下。载板设有多个承载槽，每一承载槽供载体安装于此；电路板下表面设有电性接点，电路板设置载板上，电性接点与相对应位置的上接垫电性连接。镜头组设置于窗口内。
在本发明较佳实施例中，其中针尖具有一尖端，尖端紧靠针身侧边。
在本发明较佳实施例中，其中每个探针组是于绝缘尾座以激光加工方式于相对位置形成至少一孔，后续采微机电工艺依序于孔内以金属沉积形成导体及于相对位置形成多个针身及针尖结构。
在本发明较佳实施例中，承载槽内设有至少一定位凸块，载体底部相对位置具有凹部，在载体放置于承载槽内时，该定位凸块位于凹部。
综合以上所述，本发明具有下列几项优点：
1.本发明是利用具有3D电路的载体与微机电工艺加工的多个探针所构成，如此结构在构件的生产、组装，及后续安装为探针卡时，皆更为方便且容易，能简化工序，节省人力，降低成本；
2.本发明探针组可利用微机电工艺加工完成，且在组装于载体上更为方便容易，能大大减少组装工时，精准度更高；
3.在组装成探针卡时，由载板安装着多个载体，经校正后，后续即可与电路板相电性连接或固定，方便快速；
4.能广泛应用于探针测试间隔小，且后焦距离短的图像感测芯片的测试作业。
附图说明
图1为本发明第一实施例的具有3D电路的微机电探针测试头俯视角的立体图；
图2为本发明第一实施例的具有3D电路的微机电探针测试头仰视角的立体图；
图3为本发明第一实施例的具有3D电路的微机电探针测试头的局部放大示意图；
图4A为本发明载体的俯视图；
图4B为本发明载体的侧视图；
图4C为本发明载体的仰视图；
图5为本发明第二实施例的具有3D电路的微机电探针测试头仰视角的立体图；
图6为本发明第二实施例的具有3D电路的微机电探针测试头的局部放大示图；
图7为本发明探针组的剖面示意图；
图8为本发明具有3D电路的微机电探针卡的剖面图；
图9为本发明载板与部份载体的分解图。
附图标记说明如下：
1:载体
10:3D电路
101:线路
102:上接垫
103:下接垫
11:上表面
12:侧面
13:下表面
14:窗口
15:凹部
2:探针
21:针尾
22:针身
23:针尖
231:尖端
2a:探针组
21a:绝缘针尾
24:导体
241:顶端面
3:载板
31:承载槽
311:定位凸块
4:电路板
41:电性接点
具体实施方式
下面将结合具体实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“安装于”另一个元件，意指它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，意指它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。在所示出的实施例中，方向表示上、下、左、右、前和后等是相对的，用于解释本案中不同部件的结构和运动是相对的。当部件处于图中所示的位置时，这些表示是恰当的。但是，如果元件位置的说明发生变化，那么认为这些表示也将相应地发生变化。
除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1及图2所示，分别为本发明探针测试头的不同角度的立体图。本发明一种具有3D(three-dimensional)电路的微机电探针测试头，包括：一载体1及多个探针2。
载体1用以供多个探针2安装固定于此，且设有3D电路10作为探针2的电性信号传递。在本实施例中载体1为一长方型体，具有上表面11、侧面12及下表面13，中央具有贯穿的窗口14，底部四角隅具有内陷的凹部15。窗口14可供一镜头组安装于此，凹部15是作为后续组装定位之用。在本实例中载体1由于会固定着许多探针2且设有3D电路10，因此载体1是由高强度且热膨胀系数小的材料所构成，例如氮化硅、碳化硅、氧化锆、氧化铝等其中至少一种材料。
3D电路10是由多线路101分布相连于上表面11、侧面12及下表面13，形成三维立体线路。请一并参阅图3的局部放大及部份构件的分解示意图，3D电路10于上表面11设有多个上接垫102，下表面13设有多个下接垫103，每个线路101连接着相对应位置的上接垫102及下接垫103，相邻线路101彼此并不接触。在本实例中3D电路10的形成方式与传统方式并不相同。加工方式是运用3D激光加工机以激光在载体1的上表面11、侧面12及下表面13形成相对应凹陷的线路沟槽，于沟槽内涂布薄薄金属层，以化学金属沉积方式填满金属，再研磨表面形成许多相邻但不相接触的三维线路。如图4A、图4B及图4C所示，运用此方式所形成的3D电路10，相邻两个下接垫103不接触且间距小，用以配合欲安装于此的探针2，之后经线路101不断偏移延伸，使相邻两个上接垫102间距加大或呈且交错设置，便于配合电路板相对应电性接点位置。
如图3所示，探针2包括针尾21、针身22及针尖23，整体是由金属利用微机电工艺一体成型。针尾21厚度较针身22厚，由针尾21焊接于相对应位置的下接垫103。针尖23由针身22前端向下延伸，在本实例中针尖23的尖端231是紧靠针身22末端一边，如图3中靠至最左边，此是为了日后便于进行位置校对。在组装过程中，为了方便性，可利用治具(图中未画出)承载着多个探针2，一次性焊接于下表面13相对应的多个下接垫103位置，完成多个探针2的固定作业。组装后，探针2的针身22如水平悬臂状延伸至窗口14下方且针尖23朝下，如图2所示。
在上述结构中探针2固定与载体1的方式，是使用治具承载着多个探针2，确保各探针2的相对位置，接着再利用治具一次性将多个探针2的针尾21焊接于相对的下接垫103，如此能减化焊接程序，加速探针2安装于与载体1的精度及工时。但并不以此为限，亦可采用如下实施例所示的探针组结构。
如图5及图6所示，为本发明第二种实施例图。本实施例是提供另一种探针与载体的结合方式。本发明包括载体1及至少一探针组2a。载体1结构与前述实施例相同，故不再描述。改良之处是使用一探针组2a，探针组2a包括一绝缘尾座21a、多个针身22及多个针尖23。如图7所示，绝缘尾座21a对应每针身22尾段纵向位置设有连接的至少一导体24，导体24的顶端面241于绝缘尾座21a顶面露出，底端连接于相对应的针身22。在本实施例中，每一探针组2a是于绝缘尾座21a以激光加工方式于相对位置形成一孔，后续采微机电工艺依序于孔内以金属沉积形成导体24及相对位置形成多个针身22及针尖23等结构。如此每一组探针组2a即具备多个由针身22及针尖23所形成的多个探针2，在组装时将单一组探针组2a直接黏于于载体1的下表面13，且由每个导体24的顶端面241与对应的下接垫103电性连接，如此更能简化探针的组装作业。
在上述图2及图5中，分别为本发明具有3D电路的微机电探针测试头单一结构的不同实施的立体图，但在实际运作中是安装着多个探针测试头形成一探针卡，用于对晶片上的多个待测芯片进行测试。如图8所示，为本发明具有3D电路的微机电探针卡的剖面图。本发明具有3D电路的微机电探针卡，包括：多个载体1、多个探针2、载板3、电路板4及镜头组5。载体1与多个探针2的结构与上述结构相同，就不再重复描述。
电路板4是安装于载板3上，后续组装后会与测试机台结合，提供测试运作的电讯传输及控制。电路板4底面具有多个电性接点41，组装时电性接点41是与载体1上表面11相对应位置的上接垫102电性连接。电性连接方式可使用异方性导电胶，或增加一片安装着多个弹性顶针的一中间连接体(Interposer)。
如图9所示，为载板3与部份载体1的分解图。载板3可为一长方型板体，其上具有多个承载槽31，每个承载槽31供载体1安装其中。载板3长寛尺寸及承载槽31数目是依使用需求而定。每个承载槽31内另具有至少一定位凸块311，在本实施中定位凸块311具有四个且位于槽内四角落位置。定位凸块311的所在位置是对应于载体1底部四角隅的凹部15。在本实施例中，承载槽31尺寸是略为大于载体1，目的是在多个载体1放置后仍能对个别位置进行微调，之后再涂胶固定，满足此类测试位置需具备高精准度的要求。
接着就本发明的组装方式作一说明，首先将多个探针2固定于载体1上，固定方式可为图1或图4的实施例，之后将每个载体1放置于载板3上相对应的承载槽31内，并经校正后确认个每个载体1的位置后且黏固。将电路板4放置于载板3上，并使电性接点41与载体1上表面12的上接垫102电性连接，每个载体1的窗口14内安装一组镜头组5，如此即完成整体的组装。之后将整体探针卡安装于一测试机台处，配合测试机台的光源及相关控制线路，即可对晶片上的图像感测芯片进行的测试。
综合以上所述，本发明具有3D电路的微机电探针测试头，是利用具有3D电路的载体1与多个探针2所构成，如此结构在构件的生产、组装及加工形成探针卡等，皆极为方便及容易，更由于探针2的纵向尺寸更可缩小至1mm以下，载体1尺寸可至5mm以下，更可应用于后焦距离极短的图像感测芯片的测试，符合现今半导体产业的需求。
以上所述者仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，是以，凡有在相同的发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。
Claims (9)
1.一种具有3D电路的微机电探针测试头，其特征在于，包括：
一载体，具有上表面、侧面及下表面，中央具有窗口，该载体设有至少一组3D电路，该3D电路由多条线路分布相连于该上表面、该侧面及该下表面，且于该上表面设有多个上接垫，该下表面设有多个下接垫；
多个探针，由上而下依序包括针尾、针身及针尖，该针尾焊接于相对位置的该下接垫，该针身如悬臂状延伸至该窗口下方且使该针尖朝下。
2.如权利要求1所述的具有3D电路的微机电探针测试头，其特征在于，该针尖具有一尖端，该尖端紧靠该针身侧边。
3.一种具有3D电路的微机电探针测试头，其特征在于，包括：
一载体，具有上表面、侧面及下表面，中央具有窗口，该载体设有至少一组3D电路，该3D电路由多条线路分布相连于该上表面、该侧面及该下表面，且于该上表面设有多个上接垫，该下表面设有多个下接垫；
至少一探针组，由上而下包括绝缘尾座、针身及针尖，该绝缘尾座对应每个该针身尾段纵向位置设有至少一导体，该导体的顶端面于该绝缘尾座顶面露出，在该探针组黏固于该下表面时，该顶端面与相对应位置的该下接垫电性连接，该导体底端连接于相对应的该针身，使该针身如悬臂状延伸至该窗口下方且该针尖朝下。
4.如权利要求3所示的具有3D电路的微机电探针测试头，其特征在于，每个该探针组是于该绝缘尾座以激光加工方式于相对位置形成至少一孔，后续采微机电工艺依序于孔内以金属沉积形成该导体及于相对位置形成多个该针身及该针尖。
5.一种具有3D电路的微机电探针卡，其特征在于，包括：
一载体，具有上表面、侧面及下表面，中央具有窗口，该载体设有至少一组3D电路，该3D电路由多条线路分布相连于该上表面、该侧面及该下表面，且于该上表面设有多个上接垫，该下表面设有多个下接垫；
多个探针，由上而下依序包括针尾、针身及针尖，该针尾焊接于相对应位置的该下接垫，该针身如悬臂状延伸至该窗口下方且该针尖朝下；
一载板，设有多个承载槽，每一该承载槽供该载体安装于此；
一电路板，下表面设有多个电性接点，该电路板设置该载板上，该电性接点与相对应位置的该上接垫电性连接；
一镜头组，安装于该窗口内。
6.如权利要求5所述的具有3D电路的微机电探针卡，其特征在于，该承载槽内设有至少一定位凸块，该载体底部相对位置具有凹部，在该载体安装于该承载槽内时，该定位凸块位于该凹部内。
7.一种具有3D电路的微机电探针卡，其特征在于，包括：
一载体，具有上表面、侧面及下表面，中央具有窗口，该载体设有至少一组3D电路，该3D电路由多条线路分布相连于该上表面、该侧面及该下表面，且于该上表面设有多个上接垫，该下表面设有多个下接垫；
至少一探针组，包括绝缘尾座、针身及针尖，该绝缘尾座内对应每个该针身尾段纵向位置设有至少一导体，该导体的顶端面于该绝缘尾座顶面露出，在该探针组黏固于该下表面时，该顶端面与相对应位置的该下接垫电性连接，该导体底端连接于相对应的该针身，使该针身如悬臂状延伸至该窗口下方且该针尖朝下；
一载板，设有多个承载槽，每一承载槽供该载体安装于此；
一电路板，下表面设多个电性接点，该电路板设置该载板上，该电性接点与该载体相对位置的该上接垫电性连接；以及
一镜头组，安装于该窗口内。
8.如权利要求7所述的具有3D电路的微机电探针卡，其特征在于，该承载槽内设有至少一定位凸块，该载体底部相对位置具有凹部，在该载体安装于该承载槽内时，该定位凸块位于该凹部内。
9.如权利要求7所示的具有3D电路的微机电探针卡，其特征在于，每个该探针组是于该绝缘尾座以激光加工方式于相对位置形成至少一孔，后续采微机电工艺依序于孔内以金属沉积形成该导体及于相对位置形成多个该针身及该针尖。
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