CN1307358A

CN1307358A - 薄膜式针测卡

Info

Publication number: CN1307358A
Application number: CN 00100724
Authority: CN
Inventors: 何焕轩; 赖蔚海; 郭建玄; 谢登存; 许文政; 范伟芳; 王汉聪; 陈裕丰
Original assignee: HONGJING SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HONGJING SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2001-08-08

Abstract

本发明涉及一种针测卡,尤其是关于一种置换式的模组化薄膜式针测卡。它包含印刷电路板,薄膜组件、压力机构及定位装置,其中,薄膜组件包含薄膜针测区、复数个薄膜区及复数个薄膜连接区,该薄膜区电性连接在薄膜针测区与薄膜连接区之间,压力机构支撑且固定薄膜组件与印刷电路板,该压力机构包含上盖弹性系统及支撑体,定位装置固定在印刷电路板、薄膜组件及压力机构上。从而节约操作时间、降低测试成本。

Description

薄膜式针测卡

本发明涉及一种针测卡，尤其是关于一种置换式的模组化薄膜式针测卡。

目前，集成电路利用一连串的制程形成在半导体基材上，例如：沉积、微影，以及蚀刻等制程、陆续将导体、介电层或半导体层图案形成在基材上，而制作完成集成电路；现代集成电路技术已发展至高密度电路设计的超大型集成电路，而集成电路晶片由晶圆上切割成个别晶片之前，每一晶片必须经过测试，以确保其集成电路元件规范符合标准，这些基本测试通常应用针测卡设备来执行。

传统针测卡，如图1、2所示，一环氧基树脂环状印刷电路针测卡2包含一铝环12及环氧基树脂14，其中探针4由下排探针4a及上排探针4b排列而成，探针金属线4c由针测卡2底部表面8的探针基点6向外放射状延伸，此种针测卡2的缺点与极限密度限制为探针基点6，以相同放射距离形成在针测卡底部表面8上，为了有足够空间作各探针基点6，各探针基点6必须以最小间隔宽度，由针测卡中央开口10呈放射状间隔，然而，如此接近将导致短路、探针之间不预期的耦合及电性干扰，因此，欲将大量探针排列在针测卡有限的空间上，在技术上相当困难，传统探针的排列方式已达极限。

然而，上述传统针测卡具有下列缺点：1)因集成电路密度增加而使晶片尺寸缩小，受限于针测卡与探针排列模式，而使导体垫的布局无法以矩阵方式布局；2)为了避免探针之间短路及电性干扰，导体垫与导体垫的间距较大；3)探针和导体垫接触时有侧向位移在导体垫上面，探针尖端将导体垫表面的氧化铝或氧化膜刺穿或刮伤，因此，对导体垫的伤害较大，影响后续制程的品质良率及增加测试变数；4)针测卡的所有探针尖端不易具有良好的平坦性，无法使所有探针在精确的相同时间内形成电性接触，造成各探针的施力不同，因此将影响各探针尖端与导体垫之间接触；5)传统针测卡的探针尖端因氧化或导体垫表面氧化物膜残留，产生污染物而影响导电特性，因此，必须定期保养或更换；6)传统针测卡以焊料将探针焊接在针测卡上，因此，维修上必须将损毁的探针解焊之后，换上新的探针，以便修复，然而，此一动作需要许多设备辅助，故维修较为不易，维修期亦较长；7)因传统针测卡的探针电感值较高，其测试的频率将受到限制而无法提供高频测试。

鉴此，本发明的目的是提供一种薄膜式针测卡，它是利用已设计电路图案的薄膜上具有许多金属凸块，与晶片上的导体垫形成电性连接，其中薄模组件具有可更换性。

本发明的目的是这样实现的：一种薄膜式针测装置，其特征是：它包含印刷电路板，薄膜组件、压力机构及定位装置，其中，薄膜组件包含薄膜针测区、复数个薄膜区及复数个薄膜连接区，该薄膜区电性连接在薄膜针测区与薄膜连接区之间，压力机构支撑且固定薄膜组件与印刷电路板，该压力机构包含上盖弹性系统及支撑体，定位装置固定在印刷电路板、薄膜组件及压力机构上。

所述支撑体为一体成形结构，其包含支撑基座、支撑薄环及支撑体边缘，该支撑薄环连接在支撑基座与支撑体边缘之间。

所述支撑基座具有一凹槽、且容纳所述弹性系统。

所述支撑薄环具有垂直方向的弹性。

所述上盖与所述支撑基座间有一间隙。

所述薄膜区与所述薄膜针测区与所述薄膜连接区之间电连接。

所述薄膜针测区具有第一金属凸块。

所述薄膜连接区具有第二金属凸块、且电连接在所述印刷电路板与所述薄膜组件之间。

所述薄膜针测区用螺丝连接所述支撑基座的底部。

所述定位装置包含复数第一定位元件、复数第二定位元件及复数第三定位元件。

所述第一定位元件固定所述印刷电路板，所述薄膜组件及所述压力机构。

所述第二定位元件固定所述上盖与支撑体边缘。

所述第三定位元件固定所述上盖、弹性系统及支撑基座。

所述薄膜组件为可置换件。

一种薄膜式针测装置，其特征是：它包含上盖、弹性系统、支撑体及定位装置，其中，上盖支撑且固定压力机构，弹性系统支承在压力机构内，支撑体为一体成形结构，其包含支撑基座、支撑薄环及支撑体边缘，该支撑基座具有一凹槽、且容纳弹性系统，该支撑薄环连接在支撑基座与支撑体边缘之间，定位装置固定上盖、弹性系统及支撑体而构成一压力机构。

所述支撑环具有垂直方向的弹性。

所述弹性系统支撑在支撑基座与上盖之间，且形成一间隙。

由于采用上述方案：节约操作时间，降低测试成本。

图1传统高密度针测卡的侧视图。

图2传统高密度针测卡的仰视图。

图3本发明典型实施例分解图。

图4本发明典型实施例自由状态截面示意图。

图5本发明典型实施例测试状态截面示意图。

如图3所示，本实施例至少包含压力机构20、薄膜组件36，以及印刷电路板38，其中压力机构20用于支撑及固定薄膜组件36与印刷电路板38，以及当测试时提供适当压力在薄膜组件36与晶圆之间，使其形成良好的电性连接，薄膜组件36利用半导体制程形成电路布局在高分子薄膜上，作为晶圆上集成电路元件与印刷电路板38之间电性连接，而印刷电路板38则连接测试机，如此，即形成晶圆与薄膜组件36，该薄膜组件36与印刷电路板38，印刷电路板38与测试机(图中未示)之间完整的电性连接。

压力机构20包含上盖30、弹性系统32，以及支撑体34，其中上盖30具有复数个第一定位孔40a、复数个第二定位孔40b，以及复数个第三定位孔40c、第一定位孔40a用于连接压力机构20及薄膜组件36在印刷电路板38，以构成完整的薄膜式针测卡，第二定位孔40b及第三定位孔40c则用于固定上盖30、弹性系统32及支撑体34，以形成稳固的压力机构20。

支撑体34为一体成形的钢性结构，包含支撑基座34c、支撑薄膜环34b及支撑体边缘34a，支撑基座34c具有一凹槽42，用以容纳上述的弹性系统32在其中，并具有一矩形底部用以耦合薄膜组件的针测区域44，支撑薄膜环34b为支撑体结构中最薄的区域，用于连接支撑基座34c与支撑体边缘34a，并具有一些微弹性，使支撑基座34c相对于支撑体边缘34a之间具有垂直方向的微动行程。

上述支撑体边缘34a具有复数个第一定位孔40a及复数个第二定位孔40b，分别对应在上盖30的第一定位孔40a及第二定位孔40b，而支撑基座34c的凹槽42外侧具有复数个第三定位孔40c对应在上盖30的第三定位孔40c。

薄膜组件36包含薄膜区域48、薄膜针测区域44及薄膜连接区域46，利用高分子薄膜形成在平坦的金属铝薄片上，再以半导体制程在薄膜上制作电路布局及金属凸块，最后，以蚀刻方法定义薄膜组件的结构，铝薄经蚀刻之后，除去部分铝薄片产生中间矩形铝薄片，作为薄膜针测区域44，针测区域44下方的金属凸块用以与欲测试晶圆之间产生电性导通，以及四个连接区46，其下方的金属凸块用以与印刷电路板38之间产生电路导通，其中薄膜针测区44与四周连接区46之间以高分子薄膜48所连接。

印刷电路板38包含复数个第一定位孔40a，对应于薄膜组件36、支撑体34及上盖的第一定位孔40a，用以连接及固定上述元件而形成薄膜式针测卡，其中印刷电路板中央有一矩形穿透开口50，用于使支撑基座34c与薄膜组件36的针测区域44结合，并穿过印刷电路板38的开口50，而与欲测试晶圆接触，形成导电通路，再经薄膜连接区46与印刷电路板38上的导体垫(图中未示)接触形成导电通路到测试机。

如图4所示，首先利用复数个第三定位元件40f透过上盖30及支撑基座34c的复数个第三定位孔40c，连接上盖30、弹性系统32及支撑体34的支撑基座34c，弹性系统32位于支撑基座34c的凹槽42中，再利用复数第二定位元件40e透过上盖30及支撑体边缘34a的复数个第二定位孔40b，连接上盖30及支撑体34的支撑体边缘34a，最后利用复数第一定位元件40d依序透过上盖30、支撑体边缘34a、薄膜组件36及印刷电路板38的复数个第一定位孔40a，连接压力机构20、薄膜组件36的薄膜连接区46、以及印刷电路38，此外，薄膜组件36的薄膜针测区域44更利用复数个螺丝56固定在支撑基座34c的底部，如此，形成的薄膜式针测卡为一组装简单、定位及对准良好且稳固的针测卡，上述第一定位元件40d、第二定位元件40e及第三定位元件40f为螺栓。

本实施例所提供的薄膜式针测卡为一模组化设备，其中薄膜组件36为可置换的元件，当操作者欲更换薄膜组件36时，仅需卸第一定位元件40d及螺丝56，将压力结构20、薄膜组件36及印刷电路板38分离，将薄膜组件36取下，换上新的薄膜组件，再利用第一定位元件40d组合压力机构20、薄膜组件36及印刷电路板38，并利用螺丝56将薄膜组件36的薄膜针测区域44定位在支撑基座34c底部，因此，操作者利用简单步骤即可更换薄膜组件36，无须更换压力机构20，明显地节省维护时间及降低成本支出。

如图4所示，当薄膜式针测卡处于自则状态不受力时，由于弹性系统32的作用，上盖30与支撑基座34c之间形成一间隙58，提供薄膜式针测卡与晶圆接触时自由微动行程的空间，其次，间隙58的形成原因除了弹性系统32的作用外，支撑薄环34b亦提供部分弹性，并提供侧向牵制力，避免支撑基座34c因微动行程产生侧倾或侧向位移。

此外，压力机构20的另一特征为第三定位元件401与第三定位孔40c，其中包含上半部分52a及下半部分52b，该下半部分52b为具有螺纹部分，用于固定支撑基座34c，防止上盖30与支撑基座34c在弹性系统32作用时分离，而上半部分52a为无螺纹的类似导环部分，用以在支撑基座34c受力向内压缩昱其侧向定位不致偏差，使支撑基座34c可自由上、下垂直动作，提供薄膜组件36的薄膜针测区域44适当的压力，以命名薄膜针测区域44的金属凸块与欲测试晶圆上集成电路元件的导体垫形成良好接触及电性导通，且定位不因支撑基座34c的微动行程而对准偏差。

薄膜组件36的薄膜针测区域44及薄膜连接区46底部分别制作金属凸块54a及54b，薄膜组件36本身的电路布局可作为两者之间电性导通；当薄膜式针测卡组装完成时，针测区域44结合支撑基座34c透过印刷电路板38的开口50，而延伸至印刷电路板38之下，薄膜组件连接区46的金属凸块54b与印刷电路板38上的导体垫接触，形成良好的电性导通，而针测区域44的金属凸块54a则用于与晶圆上集成电路布局的导体垫作电性连接，值得注意的是薄膜组件36与支撑基座34c的侧向定位支撑体薄环34b牵制，因此，薄膜组件36的薄膜区域48属不受力状态，不受应为破坏，其寿命亦相对延长。

如图5所示，当执行测试程序时，压力结构20与晶圆承载座62将分别施以一适当接触压力在晶圆60与薄膜针测区44之间，使薄膜组件36上的金属凸块54a与晶圆上集成电路布局的导体垫(图中未示)接触，并形成良好电性导通在导体垫与金属凸块54a之间；当晶圆60与薄膜组件36接触后，弹性系统32将提供一缓冲力给支撑基座34c，使其产生微动缓冲行程。

弹性系统32可提供微动缓冲行程，当薄膜组件36接触晶圆60时，其接触压力会传过支撑基座34c，而与弹性系统32发生作用，产生微动缓冲行程，并吸收不平均的作用力，借第三定位孔40c与第三定位元件40f的导引，使支撑基座34c底部保持平行而做垂直方向上、下运动，而不会有侧向位移的情况；支撑体34的支撑薄环34b具有弹性，亦可提供弹性垂直方向上、下运动，而不会有侧向位移，而支撑基座34c底部可提供支撑薄膜组件36的参考平面，此一参考平面透过弹性系统32，只有垂直方向上、下的微动行程，而无左右的侧向行程。

综上所述，本发明的优点：1)因为利用薄膜方式可将接触金属凸块布局成矩阵式，可使晶圆的集成电路布局密度更大；2)可直接在生产线上更换，而无须大量仪器校正，可省下许多时间，对于维修上亦十分方便；3)可测布局较密的晶圆，薄膜组件的布局金属凸块间距比传统针测卡的探针间距要小，而增加积集密度；4)金属凸块对导体垫的伤害比传统的针测卡要小，可提升导体垫的品质，确保后续制程的品质良率；5)因可控制特性阻抗，可以提供高频测试。

Claims

1、一种薄膜式针测卡，其特征是：它包含印刷电路板，薄膜组件、压力机构及定位装置，其中，薄膜组件包含薄膜针测区、复数个薄膜区及复数个薄膜连接区，该薄膜区电性连接在薄膜针测区与薄膜连接区之间，压力机构支撑且固定薄膜组件与印刷电路板，该压力机构包含上盖弹性系统及支撑体，定位装置固定在印刷电路板、薄膜组件及压力机构上。

2、按权利要求1所述薄膜式针测卡，其特征是：所述支撑体为一体成形结构，其包含支撑基座、支撑薄环及支撑体边缘，该支撑薄环连接在支撑基座与支撑体边缘之间。

3、按权利要求2所述薄膜式针测卡，其特征是：所述支撑基座具有一凹槽、且容纳所述弹性系统。

4、按权利要求2所述薄膜式针测卡，其特征是：所述支撑薄环具有垂直方向的弹性。

5、按权利要求1、2所述薄膜式针测卡，其特征是：所述上盖与所述支撑基座间有一间隙。

6、按权利要求1所述薄膜式针测卡，其特征是：所述薄膜区与所述薄膜针测区与所述薄膜连接区之间电连接。

7、按权利要求1所述薄膜式针测卡，其特征是：所述薄膜针测区具有第一金属凸块。

8、按权利要求1所述薄膜式针测卡，其特征是：所述薄膜连接区具有第二金属凸块、且电连接在所述印刷电路板与所述薄膜组件之间。

9、按权利要求1所述薄膜式针测卡，其特征是：所述薄膜针测区用螺丝连接所述支撑基座的底部。

10、按权利要求1所述薄膜式针测卡，其特征是：所述定位装置包含复数第一定位元件、复数第二定位元件及复数第三定位元件。

11、按权利要求1、10所述薄膜式针测卡，其特征是：所述第一定位元件固定所述印刷电路板，所述薄膜组件及所述压力机构。

12、按权利要求1、2及10所述薄膜式针测卡，其特征是：所述第二定位元件固定所述上盖与支撑体边缘。

13、按权利要求1、2及10所述薄膜式针测卡，其特征是：所述第三定位元件固定所述上盖、弹性系统及支撑基座。

14、按权利要求1所述薄膜式针测卡，其特征是：所述薄膜组件为可置换件。

15、一种薄膜式针测卡，其特征是：它包含上盖、弹性系统、支撑体及定位装置，其中，上盖支撑且固定压力机构，弹性系统支承在压力机构内，支撑体为一体成形结构，其包含支撑基座、支撑薄环及支撑体边缘，该支撑基座具有一凹槽、且容纳弹性系统，该支撑薄环连接在支撑基座与支撑体边缘之间，定位装置固定上盖、弹性系统及支撑体而构成一压力机构。

16、按权利要求15所述薄膜式针测卡，其特征是：所述支撑环具有垂直方向的弹性。

17、按权利要求15所述薄膜式针测卡，其特征是：所述弹性系统支撑在支撑基座与上盖之间，且形成一间隙。