CN117607506A - 一种探针卡转换器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种探针卡转换器及其制造方法，该方法包括：堆叠单元制作步骤，该步骤包括制作载体、在该载体的第一主表面制作再布线层、在与第一主表面相对的第一次表面制作封装结构；陶瓷基础制作步骤，该步骤包括烧制多层陶瓷、在多层陶瓷的第二次表面上依次制作与载体封装结构匹配的载体适配层、在多层陶瓷的第二主表面制作BGA面；以及，键合步骤，将一个或两个以上堆叠单元键合在陶瓷基础上，使载体的第一次表面与载体适配层结合；其中，堆叠单元和陶瓷基础制作步骤不分先后，或同时进行。本申请将再布线工艺和多层陶瓷烧制工艺两部分分开制作，可以缩短制作周期，降低工艺难度。

Description

一种探针卡转换器及其制造方法

技术领域

本申请涉及半导体检测设备技术领域，尤其是涉及一种探针卡转换器及其制造方法。

背景技术

探针卡是安装在探针测试平台上，用于提供晶圆与测试仪器之间电学连接的核心部件，其作用是为半导体芯片的电参数进行测试，通过探针卡上的若干探针与待测试晶圆之间接触，实现参数检测。

探针卡包括印刷电路板（PCB）、空间转换器（Space Transformer（ST））以及若干探针，空间转换器（以下简称转换器），用于印刷电路板与探针之间传递电性能测试信号与电源信号，同时，也为探针间距减小、探针数增加和被测器件（Device Under Test，DUT）数量的扩张提供应对技术手段。转换器的一侧为焊球阵列（Ball Grid Array，BGA）与PCB相连，另一侧为可控塌陷芯片连接（Controlled Collapse Chip Connection，C4）与探针相连。转换器的基板类型有硅转接板（Silicon Interposer）、多层陶瓷基板（Multi-LayerCeramics，MLC）、多层有机基板（Multi-Layer Organic，MLO）等。此外，为了获得更小的C4间距，可以在MLC和MLO基板的基础上增加多层薄膜（Multi-Layer Thin Film）的再布线层（Re-Distribution Layer，RDL）设计。

目前在采用多层陶瓷基板MLC的转换器制作工艺中，多数采用HTCC（高温共烧陶瓷）和LTCC（低温共烧陶瓷）两种工艺进行烧制，而在MLC上增加多层薄膜的再布线工艺需要在LTCC/HTCC全部烧制完成后再进行，这大大增加了完整的探针卡的出货周期。

除此之外，现有技术中的MLC通常以整体形式进行加工生产，比如测试6寸晶圆就需要制作6寸大小的MLC，这对MLC工艺的良率要求很高，一旦整片材料当中产生局部瑕疵，都必须报废重新生产。

发明内容

本申请的目的在于解决现有技术中的探针卡转换器制作周期长、制作工艺难度高、良率低的问题。本申请提供了一种探针卡转换器及其制造方法。

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案，

第一方面，本申请提供一种探针卡转换器，包括陶瓷基础和堆叠在所述的陶瓷基础上的一个或多个堆叠单元，所述的堆叠单元具有载体和形成在所述的载体上的再布线层，所述的陶瓷基础具有多层陶瓷、形成在所述的多层陶瓷表面的载体适配层，其中所述的载体和载体适配层上分别开设有一一对应的第一通孔和第二通孔，所述的第一通孔和第二通孔内分别通过金属导体导电连接。

在一种可能的实现方式中，所述的载体和所述的载体适配层均由多层生瓷片烧制而成。

在一种可能的实现方式中，所述的载体由硅、氧化铝或蓝宝石材料中的一种制成，所述的载体适配层由硅、氧化铝或蓝宝石材料中的一种制成。

第二方面，本申请提供一种探针卡转换器的制造方法，包括：

堆叠单元制作步骤，该步骤包括制作载体、在该载体的第一主表面制作再布线层、在与第一主表面相对的第一次表面制作封装结构；

陶瓷基础制作步骤，该步骤包括烧制多层陶瓷、在多层陶瓷的一侧表面上制作与所述的载体封装结构匹配的载体适配层、在多层陶瓷另一侧的第二主表面制作BGA面；以及，

键合步骤，将一个或两个以上所述的堆叠单元键合在所述的陶瓷基础上，使所述的载体的第一次表面与所述的载体适配层结合；

其中，所述的堆叠单元和陶瓷基础制作步骤不分先后，或同时进行。

在一种可能的实现方式中，所述的堆叠单元制作步骤中还包括：

在所述的载体上开设若干第一通孔；

在若干所述的第一通孔内电镀填充第一金属导线；

以及在所述第一次表面制作与若干所述的第一通孔一一对应的若干BGA焊盘；

所述的陶瓷基础制作步骤中还包括：在所述的载体适配层上开设若干第二通孔；

在若干所述的第二通孔内电镀填充第二金属导线；

以及在所述的载体适配层上旋涂PI并固化，形成第二次表面；

所述的键合步骤中，所述的堆叠单元的若干第一金属导线与所述的陶瓷基础的若干第二金属导线一一对应导电连接。

在一种可能的实现方式中，所述的载体和载体适配层均为陶瓷材料制作，所述的第一通孔和第二通孔在陶瓷烧制过程中制作形成。

在一种可能的实现方式中，所述的载体和/或载体适配层与所述的多层陶瓷共同组成所述的探针卡转换器的内部电路结构。

在一种可能的实现方式中，所述的载体由硅、氧化铝或蓝宝石材料中的一种制成。

在一种可能的实现方式中，所述的载体适配层由硅、氧化铝或蓝宝石材料中的一种制成。

在一种可能的实现方式中，在所述的键合步骤中，所述的堆叠单元与所述的陶瓷基础之间通过锡球焊接或金属压合方式进行堆叠。

通过上述方案，本申请可以将探针卡转换器分成两部分分别进行加工，一方面，堆叠单元和陶瓷基础可以同时进行，节省加工时间，提高生产效率；另一方面，可以将大尺寸探针卡划分为一个陶瓷基础和若干个小尺寸的堆叠单元进行加工，即使部分堆叠单元的再布线工艺过程出现瑕疵，也可以快速更换局部，因此能够降低工艺难度，提高良品率。

附图说明

图1为本申请实施例一中堆叠单元制造步骤完成后的示意图。

图2为本申请实施例一中陶瓷基础制造步骤完成后的示意图。

图3为本申请实施例一中键合步骤的示意图。

图4为本申请实施例一中的探针卡转换器的结构示意图。

图5为本申请实施例二中多个堆叠单元的安装方式示意图。

其中，10、堆叠单元；11、再布线层；12、载体；13、第一通孔；14、焊盘；15、第一次表面；16、第一主表面；20、陶瓷基础；21、载体适配层；22、多层陶瓷；23、PI层；24、第二通孔；25、BGA金属凸块；26、第二主表面；27、第二次表面；101、第一堆叠单元；102、第二堆叠单元；103、第三堆叠单元；200、陶瓷基础。

具体实施方式

为详细说明发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对发明的各种示例性实施例或实施方式的详细说明。然而，各种示例性实施例也可以在没有这些具体细节或者在一个或更多个等同布置的情况下实施。此外，各种示例性实施例可以不同，但不必是排他的。例如，在不脱离发明构思的情况下，可以在另一示例性实施例中使用或实现示例性实施例的具体形状、构造和特性。

以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

此外，本申请中，诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、 “下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”、“侧”(例如，如在“侧壁”中)等的空间相对术语，由此来描述如附图中示出的一个元件与另一(其它)元件的关系。空间相对术语意图包括设备在使用、操作和/或制造中除了附图中描绘的方位之外的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它元件或特征“下方”或“之下”的元件随后将被 定位为“在”所述其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包括上方和下方两种方位。此外，设备可以被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应 地解释在此使用的空间相对描述语。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

申请人在以往的探针卡转换器制作过程中，通常都是将多层陶瓷基板烧制完成后，再进行再布线加工的。以制作一个完整的多层陶瓷基板（MLC）为例：它分为陶瓷部分，和多层薄膜的再布线工艺两部分组成，假设一张多层陶瓷基板1-5层为多层薄膜的再布线层，6-15层为陶瓷烧制部分，这两个部分每两层之间都是通过直通孔电连接（这两部分内部都存在电路），通常来说，先将陶瓷部分（6-15层）烧制完成后进行多层薄膜的再布线层工艺（1-5层）。

而本申请提出一种新的探针卡转换器的制造方法，是将探针卡的多层陶瓷部分与再布线部分分开加工，再将二者键合在一起，从而达到节省加工时间、降低工艺难度的目的。

本申请的实施例一以15层的探针卡转换器为例进行说明，该探针卡转换器的制造方法，主要包括：堆叠单元10制作步骤、陶瓷基础20制作步骤和键合步骤，其中，堆叠单元10和陶瓷基础20制作步骤不分先后，最好是同时进行。图1至图4示出了本申请实施例一提供的各步骤的结构示意图。

如图1所示，具体来说，堆叠单元10制作步骤，包括：

1）、制作载体12，本实施例中，载体12由1层生瓷片烧制而成，在烧制过程中，在陶瓷上开设若干第一通孔13（DRILL5-6层）；

2）、对载体12的两面进行CMP化学机械研磨抛光，清洗；

3）、在该载体12的第一主表面16（即C4面）进行多层薄膜的再布线层工艺（1-5层），形成再布线层11；

4）、对与第一主表面16相对的第一次表面15清洗，制作种子层；

5）、在第一次表面15上制作封装结构，该封装结构是用于结合陶瓷基础的集成电路封装结构，可采用现有技术中已知的任意结构，如BGA结构，封装结构的制作具体包括制作种子层、光刻、电镀、去胶、腐蚀，使多个第一通孔13内填充第一金属导线，若干第一金属导线末端分别连接有若干BGA焊盘14，最终在第一次表面15形成BGA面。

如图2所示，陶瓷基础20制作步骤，包括：

6）、烧制多层陶瓷22（6-15层），多层陶瓷22内部具有电路结构，在本实施例中，载体适配层21由1层生瓷片烧制而成，因此可以在烧制多层陶瓷的同时制作载体适配层21，载体适配层21位于多层陶瓷22的上表面，并且载体适配层21上开设有若干第二通孔24，第二通孔24的数量与第一通孔13的数量相同，每个第二通孔24的位置与一个第一通孔13的位置相对应；

7）、对多层陶瓷22的两个表面进行化学机械研磨抛光、清洗；

8）、在多层陶瓷22的下表面，即第二主表面26，制作种子层光刻、电镀、去胶、腐蚀，使若干所述的第二通孔24内电镀填充第二金属导线，最终形成BGA面；

9）、在载体适配层21的上表面（C4面）旋涂PI（Polyimide聚酰亚胺）并光刻、固化，形成用于结合第一次表面15的第二次表面27。

如图3、4所示，键合步骤包括：

10）、将所述的堆叠单元10通过锡球或金属压合等工艺键合在陶瓷基础20上，使堆叠单元10的第一次表面15与陶瓷基础20的第二次表面27结合，而第一主表面16和第二主表面26分别位于外侧，图4所示，所述的堆叠单元10的若干第一金属导线与所述的陶瓷基础20的若干第二金属导线一一对应导电连接。

由于本申请的制造方法中，堆叠单元10和陶瓷基础20可以分开制作，制作步骤不分先后，可以同时进行，因此可以节约制程时间，缩短探针卡转换器的制作周期。

在本申请的实施例中，所述的载体和载体适配层均为陶瓷材料制作，然而在可替代的其它实施例中，载体和载体适配层的材料也可以选用不同材料制作，如硅、氧化铝或蓝宝石材料等，载体和载体适配层可以选用同种材料也可以选用不同种材料。

此外，在本申请的其他实施例中，为进一步缩减探针卡转换器的层数和结构，所述的载体和/或载体适配层还可以采用原本的多层陶瓷的部分层形成。比如，制作15层的探针卡转换器，1-5层为再布线层，6-15为陶瓷层，其中6层制作载体，7层制作载体适配层，8-15层为多层陶瓷，载体、载体适配层与所述的多层陶瓷共同组成所述的探针卡转换器的内部电路结构。

根据实施例一给出的制造方法获得的探针卡转换器，具有图4所示的结构，具体包括陶瓷基础20和堆叠在所述的陶瓷基础20上的一个堆叠单元10，所述的堆叠单元10具有载体12和形成在所述的载体12上的再布线层11，所述的陶瓷基础20具有多层陶瓷22、依次形成在所述的多层陶瓷22表面的载体适配层21和PI层23，其中所述的载体12和载体适配层21上分别开设有一一对应的第一通孔13和第二通孔24，所述的第一通孔和第二通孔内分别通过金属导体导电连接。

在实施例一当中，堆叠单元10和陶瓷基础20的数量均为一个，二者一对一结合。然而在本申请实施例二中，还可以采用多个堆叠单元和一个陶瓷基础结合，如图5所示。以加工6英寸的探针卡转换器为例，本实施例中，陶瓷基础200制作成晶圆大小（6英寸），而堆叠单元则划分为若干site（单元），陶瓷基础200与若干各堆叠单元101、102、103分开制作，最终再将多个堆叠单元键合在陶瓷基础上，形成完整的探针卡转换器。

本申请的制造方法一方面可以将再布线工艺和多层陶瓷烧制工艺两部分同时进行，大大缩短MLC制作周期，另一方面，对于MLC结构较为复杂、面幅较大的转换器，转变为具有相同的多site的MLC，这样可将多层薄膜再布线的工艺，分开为多site制作，大大减少工艺难度，最后通过封装的方案，来制作完整的MLC。

应当理解的是，本申请实施例提供的堆叠单元并不限定数目/形状，虽然图5中示出了一个陶瓷基础上堆叠了3个堆叠单元，但是在本申请实施例提供的堆叠单元并不限定图5中所示的3个，还可以根据陶瓷基础的大小，将再布线层划分为任意数量个堆叠单元。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种探针卡转换器，其特征在于：包括陶瓷基础（20）和堆叠在所述的陶瓷基础（20）上的一个或多个堆叠单元（10），所述的堆叠单元（10）具有载体（12）和形成在所述的载体（12）上的再布线层（11），所述的陶瓷基础（20）具有多层陶瓷（22）、形成在所述的多层陶瓷（22）表面的载体适配层（21），其中所述的载体（12）和载体适配层（21）上分别开设有一一对应的第一通孔（13）和第二通孔（24），所述的第一通孔和第二通孔内分别通过金属导体导电连接。

2.根据权利要求1所述的探针卡转换器，其特征在于：所述的载体（12）和所述的载体适配层（21）均由一层或多层生瓷片烧制而成。

3.根据权利要求1所述的探针卡转换器，其特征在于：所述的载体（12）由硅、氧化铝或蓝宝石材料中的一种制成，所述的载体适配层（21）由硅、氧化铝或蓝宝石材料中的一种制成。

4.一种探针卡转换器的制造方法，其特征在于，包括：

堆叠单元（10）制作步骤，该步骤包括制作载体（12）、在该载体（12）的第一主表面（16）制作再布线层（11）、在与第一主表面（16）相对的第一次表面（15）制作封装结构；

陶瓷基础（20）制作步骤，该步骤包括烧制多层陶瓷（22）、在多层陶瓷（26）的一侧表面上制作与所述的载体（12）封装结构匹配的载体适配层（21）、在多层陶瓷（22）另一侧的第二主表面（26）制作BGA面；以及，

键合步骤，将一个或两个以上所述的堆叠单元（10）键合在所述的陶瓷基础（20）上，使所述的载体（12）的第一次表面(15)与所述的载体适配层（21）结合；

其中，所述的堆叠单元（10）和陶瓷基础（20）制作步骤不分先后，或同时进行。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的堆叠单元（10）制作步骤中还包括：

在所述的载体（12）上开设若干第一通孔（13）；

在若干所述的第一通孔（13）内电镀填充第一金属导线；

以及在所述第一次表面（15）制作与若干所述的第一通孔（13）一一对应的若干BGA焊盘（14）；

所述的陶瓷基础（20）制作步骤中还包括：在所述的载体适配层（21）上开设若干第二通孔（24）；

在若干所述的第二通孔（24）内电镀填充第二金属导线；

以及在所述的载体适配层（21）上旋涂PI并固化，形成第二次表面（27）；

所述的键合步骤中，所述的堆叠单元（10）的若干第一金属导线与所述的陶瓷基础（20）的若干第二金属导线一一对应导电连接。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的载体（12）和载体适配层（21）均为陶瓷材料制作，所述的第一通孔和第二通孔在陶瓷烧制过程中制作形成。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的载体（12）和/或载体适配层（21）与所述的多层陶瓷（22）共同组成所述的探针卡转换器的内部电路结构。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的载体（12）由硅、氧化铝或蓝宝石材料中的一种制成。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的载体适配层（21）由硅、氧化铝或蓝宝石材料中的一种制成。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述的键合步骤中，所述的堆叠单元（10）与所述的陶瓷基础（20）之间通过锡球焊接或金属压合方式进行堆叠。