CN115128315A - 线路内嵌式探针装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线路内嵌式探针装置，其电路板包含有一上表面设有二第一凹槽及一位于其间的第二凹槽的绝缘层单元、线路主体齐平于所述上表面地分别设于第一、二凹槽内的二接地线路及一讯号线路、一设于绝缘层单元的下表面的接地层，以及连接接地线路与接地层的多个导通孔，各导通孔包含有一贯穿第一凹槽的槽底面及所述下表面的通孔及一设于通孔内的导电层，线路主体、接地层及导电层由同一金属材料制成，接地及讯号线路上分别设置一探针；由此，本发明可易于控制线距、线宽、线厚及线路表面粗糙度，并利于达到薄铜线路、细微间距及高频测试等需求。

Description

线路内嵌式探针装置

技术领域

本发明与探针卡的探针装置有关，特别是关于一种线路内嵌式探针装置。

背景技术

习用的薄膜式探针卡采用一种薄膜式软性电路板作为探针头，薄膜式软性电路板由一剖面结构如图1A所示的软性基材10经由钻孔、电镀、黄光蚀刻及表面处理等程序制成，薄膜式软性电路板11的剖面结构如图1B所示。详而言之，软性基材10为一软性铜箔基板(flexible copper clad laminate；简称FCCL)，包含有一材质为聚酰亚胺(polyimide；简称PI)或液晶高分子(Liquid crystal polymer；简称LCP)的薄膜状绝缘层12，以及分别设于绝缘层12的上、下表面的上、下铜层13、14。前述钻孔及电镀程序使得薄膜式软性电路板11具有多个镀通孔15，各镀通孔15的孔壁镀有铜而使得上、下铜层13、14相互导通。前述黄光蚀刻程序则使得薄膜式软性电路板11区分出多个包含有镀通孔15的接地线路16，以及多个不包含镀通孔15的讯号线路17，用于在接地线路16及讯号线路17的适当位置分别设置接地探针及讯号探针(图中未示，例如为成型于薄膜式软性电路板11上的凸块)。前述表面处理程序利用化学镍金(electroless nickel immersion gold；简称ENIG)使得各线路16、17的铜表面受一包含镍层及金层的保护层18覆盖，以避免铜氧化。

然而，前述黄光蚀刻程序实际上难以控制蚀刻铜的量，因此难以控制线路16、17的宽度及厚度，并使得各线路16、17的形状实际上呈如图2所示的线路17的上窄下宽形状，如此的线路形状会影响接地线路16与讯号线路17的阻抗匹配，且黄光蚀刻程序也使得铜表面粗糙而会导致高频讯号在传输时的损耗。此外，线路16、17的宽度难以控制，也使得探针难以达到细微间距(fine pitch)的需求。如图2所示，各线路16、17的铜层实际上包含有软性基材10原有的铜层13以及前述电镀程序产生的铜受前述黄光蚀刻程序去除一部分后的另一铜层19，因此不但难以形成薄铜线路，且此部分的铜层19厚度又与镀通孔15的孔壁的铜厚有差异(孔壁铜较厚)。再者，各线路16、17因其表面的保护层18为电阻率较高的材质而在传输高频讯号时容易因集肤效应(skin effect)产生较差的导电性，但若因高频考虑而不设置保护层18，则又会有裸铜氧化的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种线路内嵌式探针装置，其能解决习用技术的至少一问题。

为达到上述目的，本发明所提供的一种线路内嵌式探针装置，其特征在于包含有：一电路板，包含有：一绝缘层单元，具有一上表面、一下表面，以及自所述上表面凹陷的二第一凹槽及一第二凹槽，所述第二凹槽位于二所述第一凹槽之间；二接地线路，分别包含有一线路主体，二所述接地线路的线路主体与所述绝缘层单元的上表面齐平地分别设于二所述第一凹槽内；一讯号线路，包含有一线路主体，所述讯号线路的线路主体与所述绝缘层单元的上表面齐平地设于所述第二凹槽内；一接地层，设于所述绝缘层单元的下表面；多个导通孔，各所述接地线路的线路主体与所述接地层受至少一所述导通孔连接，各所述导通孔包含有一贯穿所述第一凹槽的一槽底面及所述绝缘层单元的下表面的通孔，以及一设于所述通孔内的导电层；其中，各所述接地线路的线路主体、所述讯号线路的线路主体、所述接地层及各所述导通孔的导电层由同一金属材料制成；三探针，分别设置于各所述接地线路及所述讯号线路。

上述本发明的技术方案中，所述金属材料为铜。

各所述接地线路的线路主体及讯号线路的线路主体与所述绝缘层单元之间设有一种子层，所述种子层由另一金属材料制成。

所述种子层由钛铜制成。

各所述接地线路及所述讯号线路还包含有覆盖所述线路主体的至少一覆盖层，各所述探针连接于所述覆盖层。

所述至少一覆盖层包含有一抗氧化层，所述抗氧化层由另一金属材料制成。

所述抗氧化层由锡制成且通过化学镀锡制程产生。

所述绝缘层单元仅包含单一绝缘层，各所述接地线路的线路主体、讯号线路的线路主体及导通孔设于所述绝缘层。

所述绝缘层为一软板。

所述绝缘层单元包含有相叠的一第一绝缘层及一第二绝缘层，各所述导通孔设于所述第一绝缘层，各所述接地线路的线路主体及讯号线路的线路主体设于所述第二绝缘层。

所述第一绝缘层为一软板，所述第二绝缘层为一光阻。

各所述接地线路及所述讯号线路的一端分别电性连接各所述探针，各所述接地线路及所述讯号线路的另一端电性连接一测试机。

各所述探针为一局部固定于所述电路板且局部横向延伸至所述电路板外的悬臂针。

各所述探针包含有一纵向延伸的柱状针尖。

采用上述技术方案，各第一、二凹槽及通孔可通过镭射钻孔形成，或者由镭射钻孔及黄光制程的光阻所形成，利用各第一、二凹槽及通孔可易于控制各接地线路、讯号线路及导通孔的位置、宽度及厚度，并利于达到细微间距的需求。接地层可直接采用基材原有的铜层，各接地线路的线路主体、讯号线路的线路主体及导通孔的导电层可同时利用电镀产生，并可再经由研磨而使各接地线路的线路主体及讯号线路的线路主体与绝缘层单元的上表面齐平，如此不但可形成薄铜线路，并可控制线路的表面粗糙度。此外，通过调整第二凹槽的深度，可调整绝缘层单元位于讯号线路下方的厚度，以利于达到高频测试需求。

附图说明

图1A是习用的软性基材的剖视示意图；

图1B是习用的薄膜式软性电路板的剖视示意图；。

图2是图1B的薄膜式软性电路板的局部示意图；

图3是本发明一第一较佳实施例所提供的线路内嵌式探针装置的剖视示意图；

图4概为本发明线路内嵌式探针装置的一电路板的立体剖视示意图，但未显示出种子层及抗氧化层；

图5是本发明线路内嵌式探针装置与一测试机的顶视示意图；

图6类同于图4，但显示出较多线路的形态；

图7类同于图6，但更显示出五探针；

图8是本发明一第二较佳实施例所提供的线路内嵌式探针装置的剖视示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

申请人首先在此说明，在以下将要介绍的实施例以及图式中，相同的参考号码，表示相同或类似的元件或其结构特征。需注意的是，图式中的各元件及构造为例示方便并非依据真实比例及数量绘制，且若实施上为可能，不同实施例的特征可以交互应用。其次，当述及一元件设置于另一元件上时，代表前述元件为直接设置在另一元件上，或者前述元件为间接地设置在另一元件上，也就是，二元件之间还设置有一个或多个其他元件。而述及一元件“直接”设置于另一元件上时，代表二元件之间并无设置任何其他元件。

请参阅图3所示，本发明一第一较佳实施例所提供的线路内嵌式探针装置20包含有一电路板22，以及三探针24。电路板22主要包含有一绝缘层单元30，以及设于绝缘层单元30的一线路结构40及一接地层50。

在本实施例中，绝缘层单元30仅包含单一绝缘层31，绝缘层31为一软板，即本实施例中的电路板22为一软性电路板，但本发明不以此为限。事实上，本实施例的电路板22可由先前技术中所述的软性基材10(如图1A所示)经由蚀刻、镭射钻孔、物理气相沉积(physicalvapor deposition；简称PVD)、电镀、研磨、化学镀锡等程序制成。绝缘层单元30具有一上表面32、一下表面33，以及自上表面32凹陷的二第一凹槽34及一第二凹槽35，第二凹槽35位于二第一凹槽34之间，各第一、二凹槽34、35可通过前述的镭射钻孔程序产生。

接地层50为直接设于绝缘层30的下表面33的一大面积金属层。线路结构40包含有二接地线路41、一讯号线路42，以及连接二接地线路41与接地层50的多个导通孔43，各接地线路41主要包含有一线路主体410，二接地线路41的线路主体410分别设于二第一凹槽34内，讯号线路42主要包含有一线路主体420，讯号线路42的线路主体420设于第二凹槽35内。

前述电路板22的主要结构概如同图4所示，为了简化图式并便于说明，图3及图4为示意性地绘制出线路内嵌式探针装置20及其电路板22的局部，且图4中未绘制出前述电路板22的主要结构以外的其他特征。

各接地线路41的线路主体410与接地层50受至少一导通孔43连接，如图4所示，各接地线路41的线路主体410与接地层50之间通常会设有多个导通孔43。如图3所示，各导通孔43包含有一贯穿第一凹槽34的一槽底面341及绝缘层单元30的下表面33的通孔44，以及一设于通孔44内的导电层45，各通孔44可由前述的镭射钻孔程序产生，各接地线路41的线路主体410、讯号线路42的线路主体420及导电层45可同时由电镀程序产生而填满第一、二凹槽34、35及通孔44，且各接地线路41的线路主体410、讯号线路42的线路主体420、导电层45及接地层50由同一金属材料制成，尤以铜为较佳的材质，以达到良好的导电性，事实上，接地层50可(但不限于)直接采用前述的软性基材10原有的铜层。

在前述利用金属材料电镀出各接地线路41的线路主体410、讯号线路42的线路主体420及导电层45之前，可先(但非一定要)通过前述的PVD程序在绝缘层单元30的上表面31的结构(包含第一、二凹槽34、35及通孔44)镀上一种子层(材质例如为钛铜)，以利金属材料与绝缘层单元30的结合，种子层大部分会在电镀程序后的研磨程序中被去除，惟留下与金属材料结合之处，因此，各接地线路41及讯号线路42的线路主体410、420与绝缘层单元30之间设有一种子层72，即为前述PVD程序的种子层的局部。

如前所述，前述电镀程序完成后会再进行研磨程序，使得各接地线路41及讯号线路42的线路主体410、420的顶面411、421与绝缘层单元30的上表面32齐平。然后，各接地线路41的线路主体410、讯号线路42的线路主体420及接地层50可(但不限于)分别再受一抗氧化层412、422、73覆盖以避免氧化，各抗氧化层412、422、73的材质可(但不限于)为锡且由化学镀锡制程产生。即，在本实施例中，各接地线路41及讯号线路42包含有线路主体410、420，以及抗氧化层412、422。事实上，各线路主体410、420的顶面411、421也可覆盖其他材料的覆盖层，例如覆盖材料为金的覆盖层以提升导电性。换言之，本发明中的接地线路41及讯号线路42可分别为仅包含有线路主体410、420的单层结构(如同图7所示，探针直接设于线路主体上)，或者也可为包含有线路主体410、420及至少一覆盖层(例如前述的抗氧化层412、422及/或材料为金的覆盖层)的多层结构。

电路板22制造完成后，三探针24再通过焊接分别设置于各接地线路41及讯号线路42，更明确地说，在本实施例中，各探针24为分别焊接固定于各接地线路41及讯号线路42的抗氧化层412、422，设置于讯号线路42的探针24为用于传输测试讯号至待测物(图中未示)的讯号探针，设于二接地线路41的探针24为用于传输接地电位至待测物的接地探针。如图5所示，本实施例中各探针24为一悬臂针，各探针24分别局部固定于各接地线路41及讯号线路42的一端，且局部横向延伸(即概平行于电路板22地延伸)至电路板22外，因此，各接地线路41及讯号线路42的一端分别电性连接各探针24，各接地线路41及讯号线路42的另一端电性连接一测试机80。

值得一提的是，图3至图5仅以单一讯号线路42搭配位于其二相对侧的二接地线路41的结构为例进行说明，然而，线路结构40也可包含有更多接地线路41及讯号线路42，且每一讯号线路42都位于二接地线路41之间，以达到良好的阻抗匹配效果，例如图6所示的形态包含有三接地线路41，以及位于三接地线路41之间的二讯号线路42。此外，本发明中的探针不限于如前述的悬臂针24，例如也可为图7所示的探针25，各探针25包含有一固定于接地线路41或讯号线路42的基部251，以及一自基部251纵向延伸(即概垂直于电路板22地延伸)的柱状针尖252。如图7所示的针尖状的探针25，可利用微机电系统(MEMS)制程直接电镀形成于电路板22的接地线路41及讯号线路42上，或者可将电路板22及探针25分别制造完成后再将探针25焊接固定于电路板22的接地线路41及讯号线路42上，或者可先在电路板22的接地线路41及讯号线路42上固设柱状结构再将柱状结构蚀刻成探针25。

请参阅图8所示，本发明一第二较佳实施例所提供的线路内嵌式探针装置20’类同于前述的线路内嵌式探针装置20，其差异在于本实施例的线路内嵌式探针装置20’的绝缘层单元30’包含有相叠的第一、二绝缘层36、37，各导通孔43设于第一绝缘层36，各接地线路41及讯号线路42的线路主体410、420设于第二绝缘层37。第一绝缘层36类同于前述的线路内嵌式探针装置20中的绝缘层31，可为先前技术中所述的软性基材10原有的绝缘层12(如图1A所示)，即可为软板，并可通过镭射钻孔程序形成出各导通孔43的通孔44。第二绝缘层37则为一由黄光制程所形成的光阻，设有用于设置接地线路41及讯号线路42的线路主体410、420的第一、二凹槽34、35。同于前述第一较佳实施例，在绝缘层单元30’的第一、二绝缘层36、37形成出各第一、二凹槽34、35及通孔44后，即可通过电镀及研磨程序产生出与绝缘层单元30’的上表面32齐平的接地线路41及讯号线路42的线路主体410、420以及导通孔43的导电层45。同样地，在进行电镀的前可通过PVD程序产生出如前述的种子层72，在电镀及研磨程序完成之后可通过化学镀锡制程产生出如前述的抗氧化层412、422、73。

采用前述结构，本发明的线路内嵌式探针装置20、20’的电路板22可形成薄铜线路，并可控制线路的表面粗糙度。而且，利用各第一、二凹槽34、35及通孔44，可易于控制各接地线路41、讯号线路42及导通孔43的位置、宽度及厚度，并利于达到细微间距的需求。此外，通过设置第一、二凹槽34、35可减少线路下方的绝缘层单元的厚度，尤其，如图4所示，通过调整第二凹槽35的深度D，可调整绝缘层单元30位于讯号线路42下方的厚度T，在特性阻抗(characteristic impedance)相同的前提下，绝缘层单元30的厚度T越小，讯号线路42的宽度W可越小，因此调整讯号线路42下方的绝缘层单元30的厚度T可使讯号线路42达到所需的宽度W，以利于达到高频测试需求。

值得一提的是，讯号线路42与接地线路41之间的距离为根据所需的阻抗匹配的距离而设计，若探针24的直径或宽度太大，可能造成阻抗匹配的距离并非讯号线路42边缘到接地线路41边缘的距离，而是讯号探针24边缘到接地线路41边缘的距离，而讯号探针24焊接于讯号线路42的位置又难以精准地定位，使得阻抗匹配的设计和制作很困难。因此，探针24的直径或宽度以小于或等于讯号线路42的宽度为较佳的设计，以避免探针24太大而影响讯号线路42与接地线路41之间阻抗匹配距离的设计。

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 (14)

1.一种线路内嵌式探针装置，其特征在于包含有：

一电路板，包含有：

一绝缘层单元，具有一上表面、一下表面，以及自所述上表面凹陷的二第一凹槽及一第二凹槽，所述第二凹槽位于二所述第一凹槽之间；

二接地线路，分别包含有一线路主体，二所述接地线路的线路主体与所述绝缘层单元的上表面齐平地分别设于二所述第一凹槽内；

一讯号线路，包含有一线路主体，所述讯号线路的线路主体与所述绝缘层单元的上表面齐平地设于所述第二凹槽内；

一接地层，设于所述绝缘层单元的下表面；

多个导通孔，各所述接地线路的线路主体与所述接地层受至少一所述导通孔连接，各所述导通孔包含有一贯穿所述第一凹槽的一槽底面及所述绝缘层单元的下表面的通孔，以及一设于所述通孔内的导电层；

其中，各所述接地线路的线路主体、所述讯号线路的线路主体、所述接地层及各所述导通孔的导电层由同一金属材料制成；

三探针，分别设置于各所述接地线路及所述讯号线路。

2.如权利要求1所述的线路内嵌式探针装置，其特征在于：所述金属材料为铜。

3.如权利要求1所述的线路内嵌式探针装置，其特征在于：各所述接地线路的线路主体及所述讯号线路的线路主体与所述绝缘层单元之间设有一种子层，所述种子层由另一金属材料制成。

4.如权利要求3所述的线路内嵌式探针装置，其特征在于：所述种子层由钛铜制成。

5.如权利要求1所述的线路内嵌式探针装置，其特征在于：各所述接地线路及所述讯号线路还包含有覆盖所述线路主体的至少一覆盖层，各所述探针连接于所述覆盖层。

6.如权利要求5所述的线路内嵌式探针装置，其特征在于：所述至少一覆盖层包含有一抗氧化层，所述抗氧化层由另一金属材料制成。

7.如权利要求6所述的线路内嵌式探针装置，其特征在于：所述抗氧化层由锡制成且通过化学镀锡制程产生。

8.如权利要求1所述的线路内嵌式探针装置，其特征在于：所述绝缘层单元仅包含单一绝缘层，各所述接地线路的线路主体、所述讯号线路的线路主体及所述导通孔设于所述绝缘层。

9.如权利要求8所述的线路内嵌式探针装置，其特征在于：所述绝缘层为一软板。

10.如权利要求1所述的线路内嵌式探针装置，其特征在于：所述绝缘层单元包含有相叠的一第一绝缘层及一第二绝缘层，各所述导通孔设于所述第一绝缘层，各所述接地线路的线路主体及所述讯号线路的线路主体设于所述第二绝缘层。

11.如权利要求10所述的线路内嵌式探针装置，其特征在于：所述第一绝缘层为一软板，所述第二绝缘层为一光阻。

12.如权利要求1所述的线路内嵌式探针装置，其特征在于：各所述接地线路及所述讯号线路的一端分别电性连接各所述探针，各所述接地线路及所述讯号线路的另一端电性连接一测试机。

13.如权利要求1所述的线路内嵌式探针装置，其特征在于：各所述探针为一局部固定于所述电路板且局部横向延伸至所述电路板外的悬臂针。

14.如权利要求1所述的线路内嵌式探针装置，其特征在于：各所述探针包含有一纵向延伸的柱状针尖。

Images