CN1955743A - 探针卡的探针装置 - Google Patents
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Abstract
一种探针卡的探针装置，包含有一基座与一转换件；基座包括有一本体以及一主电路层，本体设有多数第一导体，主电路层设有多数第二导体，主电路层设于本体，使各第二导体电性连通于各第一导体，转换件具有多数第三导体，转换件设于主电路层，使各第三导体电性连通于各该第二导体；由此，本发明可依需要而制作尺寸精度较佳的本体与主电路层，再将本体及主电路层设于结构强度较高，但制作精度相对于本体及主电路层较低的转换件，即可使制作成本较低，而且位置尺寸的控制较为容易。
Description
技术领域
本发明与探针卡有关，特别是指一种用于探针卡的探针装置。
背景技术
一般用于测试半导体芯片的探针卡(80)结构，如图15所示，包含有一电路板(81)、一空间转换器(82)，以及多数探针(83)；空间转换器(82)通常是以陶瓷材料制成，且内部具有多数以预定方式分布的导线(84)，电路板(81)由中间插入物(85)电性连通于空间转换器(82)的各导线(84)一端，各探针(83)则接合于空间转换器(82)，且电性连通于各导线(84)另一端的端点(86)；利用空间转换器(82)中各导线(84)的分布方式，可使原来排列位置较为紧密的各探针(83)在接收到测试芯片用的电性讯号以后，将电性讯号传送至排列位置较为宽松的电路板(81)的各导线(84)；同时，由于空间转换器(82)为陶瓷材料，其结构强度较高，可维持该等探针(83)的平面度，以及支撑住各中间插入物(85)。
随着半导体芯片技术的进步，探针卡(80)所具有的探针(83)数量越来越多，使得空间转换器(82)与各探针(83)相互接合的导线(84)数量也必须增加，各导线(84)之间的距离亦相对缩小；但是，由于受到陶瓷材料于烧结制程上的限制，若要提高空间转换器(82)的各导线(84)的数量，以及缩小各导线(84)之间的距离尺寸时，常会发生无法稳定地控制位置精度，制作成本较高，且制作时间较长等问题；另外，若是半导体芯片的接点数量及分布位置改变时，就必须再重新制造可相对应的空间转换器(82)，大幅增加了制造探针卡的制作难度与产品成本。
而如美国专利公告第4736521号专利中，于陶瓷基板(10)(直接引用该案的编号)的一表面设一微影蚀刻制成的多层线路(19)，另一表面设有若干针体(15)，各针体(15)由基板(10)的若干导电孔(13)电性连通于多层线路(19)；但是，该专利仍会受限于陶瓷材料的制程限制，无法较为精密地控制其内部电路与表面端点的位置精度，当面对待测物间距越来越小(finepitch)的需求趋势下，更无法符合预设的探针测试位置，成为此类先前技艺的技术瓶颈，若是随着陶瓷基板(10)的面积增加，各针体(15)的位置偏移将会越加严重。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种探针卡的探针装置，其制作成本较低，各探针的位置尺寸精度较为容易控制。
为实现上述目的，本发明提供的探针卡的探针装置，包含有：
一本体，该本体设有多数第一导体；
一主电路层，该主电路层设有多数第二导体，该主电路层直接成形于该本体，使各该第二导体电性连通于各该第一导体；以及
一转换件，该转换件具有多数第三导体，该转换件接合于该主电路层，使各该第三导体电性连通于各该第二导体。
所述的探针装置，其中该本体具有一顶面以及一底面，该顶面用以设置多数电性连通各该第一导体的探针，该主电路层设于该底面。
所述的探针装置，其中该本体的顶面另设有一副电路层，该副电路层电性连通于该主电路层。
所述的探针装置，其中该本体另形成一绝缘层，用以电性隔绝该本体及各该第一导线。
所述的探针装置，其中该本体具有一支撑部，该本体以该支撑部接合于该转换件，用以辅助该主电路层的支撑性。
所述的探针装置，其中该主电路层内另包含有至少一支撑件，各该支撑件用以增加该主电路层的结构强度。
所述的探针装置，其中该主电路层内包含有至少一电子组件。
所述的探针装置，其中该本体的材质为半导体晶圆。
所述的探针装置，其中该本体的材质为硅晶圆、SOI、玻璃基版、钻石薄膜晶圆、金属薄板晶圆，以及三五族晶圆所组成的物质群中选择的一种材质。
所述的探针装置，其中各该第一导体利用半导体微机电制程技术制作成形。
所述的探针装置，其中该主电路层包括有多数呈堆栈状的介电部，各该第二导体以预定的延伸方向与分布位置穿设于各该介电部。
所述的探针装置，其中各该介电部及各该第二导体以半导体微机电制程技术制成。
所述的探针装置，该等第二导体间的距离于该主电路层的一侧较为紧密，而于另一侧的距离较为宽松。
所述的探针装置，其中该主电路层与该转换件可以用焊接、导电胶或异方性导电胶等接合，使各该第二导体与各该第三导体电性连接。
本发明提供的探针基座，包含有：
一本体，该本体设有多数第一导体；以及
一主电路层，该主电路层设有多数第二导体，该主电路层直接成形于该本体，使各该第二导体电性连通于各该第一导体。
所述的探针基座，其中该本体具有一顶面以及一底面，该顶面用以设置多数电性连通各该第一导体的探针，该主电路层设于该底面。
所述的探针基座，其中该本体的顶面另设有一副电路层，该副电路层电性连通于该主电路层。
所述的探针基座，其中该本体具有一顶面以及一底面，该顶面用以设置多数电性连通各该第一导体的探针，该底面具有一支撑部，该本体由该支撑部增加该主电路层受压时的支撑强度。
所述的探针基座，其中该主电路层内另包含有至少一支撑件，各该支撑件用以增加该主电路层的结构强度。
所述的探针基座，其中该主电路层内另包含有至少一电子组件。
所述的探针基座，其中该本体的材质为半导体晶圆。
所述的探针基座，其中该本体的材质为包含硅晶圆、SOI、玻璃基版、钻石薄膜晶圆、金属薄板晶圆，以及三五族晶圆所组成的物质群中选择的一种材质。
所述的探针基座，其中各该第一导体利用半导体微机电制程技术制作成形。
所述的探针基座，其中该主电路层包括有多数呈堆栈状的介电部，各该第二导体以预定的延伸方向与分布位置穿设于各该介电部。
所述的探针基座，其中各该介电部及各该第二导体以半导体微机电制程技术制作成形。
所述的探针基座，其中该等第二导体间的距离于该主电路层的一侧较为紧密，而另一侧的距离较为宽松。
所述的探针基座，其中该本体另形成一绝缘层，用以电性隔绝该本体及各该第一导线。
由此，本发明可依需要而制作尺寸精度较佳的本体与主电路层，再将本体及主电路层设于结构强度较高的转换件，即可达到制作成本较低、以及位置尺寸的控制较为容易的目的。
附图说明
图1为本发明第一较佳实施例的剖视图；
图2为本发明第一较佳实施例的制法示意图，主要显示本体的状态；
图3为本发明第一较佳实施例的制法示意图，主要显示第一导体成形于本体的状态；
图4为本发明第一较佳实施例的制法示意图，主要显示介电部设于本体的状态；
图5为本发明第一较佳实施例的制法示意图，主要显示导电单元成形于介电部的状态；
图6为本发明第一较佳实施例的制法示意图，主要显示主电路层成形于本体的状态；
图7为本发明第一较佳实施例的制法示意图，主要显示光阻涂布于本体另一表面的状态；
图8为本发明第一较佳实施例的制法示意图，主要显示探针的针体成形于光阻；
图9为本发明第一较佳实施例的制法示意图，主要显示完整探针成形于本体的状态；
图10为本发明第一较佳实施例的制法示意图，主要显示光阻移除于本体的状态；
图11为本发明第二较佳实施例的剖视图；
图12为本发明第三较佳实施例的剖视图；
图13为本发明第四较佳实施例的剖视图；
图14为本发明第四较佳实施例的另一实施态样；以及
图15为公知探针卡的剖视图。
具体实施方式
以下，配合附图列举若干较佳实施例，用以对本发明的结构、制法与功效做详细说明。
请参阅图1所示，为本发明第一较佳实施例所提供的探针装置(10)，探针装置(10)包含有一基座(12)与一转换件(32)；基座(12)包括有一本体(20)、多数探针(24)，以及一主电路层(26)。
该基座(12)的本体(20)的材质为半导体晶圆，可为硅晶圆、SOI、玻璃基板、钻石薄膜晶圆，或是三五族晶圆；本体(20)内部设有多数概呈垂直状穿通于顶、底面的第一导体(22)。
各该探针(24)以导电材料制成，各探针(24)接合或直接制作成形于本体(20)的顶面，且与各第一导体(22)相互电性连通。
该主电路层(26)包括有多数呈堆栈状的介电部(28)与多数第二导体(30)；第二导体(30)以预定延伸方向与分布位置穿设于各介电部(28)，可使得位于主电路层(26)顶侧的第二导体(30)之间的距离较为紧密，而位于主电路层(26)底侧的第二导体(30)之间的距离较为宽松；主电路层(26)直接成形于本体(20)的底面，并使各第二导体(30)电性连通于各第一导体(22)。前述第二导体(30)之间的位置转换并不限于自紧密至宽松，亦可仅做位置重布的变换。
该转换件(32)为陶瓷材料制成，转换件(32)内部具有多数第三导体(34)，各第三导体(34)的分布距离较为宽松，转换件(32)设于主电路层(26)，并由若干电性连接点(35)使各第三导体(34)电性连通于主电路层(26)的各第二导体(30)。
请再参阅图2至图10所示，为本发明第一较佳实施例所提供探针装置(10)的制法，包含有：
步骤一：如图2所示，制备一本体(20)，本体(20)为半导体晶圆，本体(20)具有若干穿孔(37)，本体(20)的表面具有介电层(36)，穿孔(37)是以干蚀刻或是激光加工方式成形，而介电层(36)则可由CVD方式沉积氧化物、氮化物或高分子聚合物的方式，或是以炉管生成氧化物、氮化物等方式制成。
步骤二：如图3所示，以电铸、化学无电电镀方式，或是半导体微机电制程技术制作的方式，于本体(20)的各穿孔(37)内形成出概呈垂直状的第一导体(22)，并且使本体(20)的表面呈平整状，必要时可采用研磨方式平坦化本体(20)的表面；第一导体(22)亦可利用电镀、溅镀、蒸镀搭配微影蚀刻而制成。
步骤三：如图4所示，在本体(20)表面设一介电部(28)，介电部(28)具有若干对应于各第一导体(22)的开口(38)，介电部(28)可利用曝光显影、网版印刷方式，或微影蚀刻方式成形。
步骤四：如图5所示，利用电镀、蒸镀、溅镀、印刷涂布导电材料，或是曝光显影导电材料等方式，于介电部(28)的开口(38)内成形出一导电单元(40)，并且于必要时采用研磨方式使介电部(28)表面呈平整状。
步骤五：如图6所示，重复步骤三及步骤四，持续于本体(20)呈堆栈状地设置若干介电部(28)，且各介电部(28)的结构强度一致，进而形成出一主电路层(26)，同时各导电单元(40)相互连接而形成出第二导体(30)。主电路层(26)中亦可包含至少一以电铸同时形成的支撑部(48)，于测试受压力时提供较佳的支撑性，同时在电路未使用的位置亦可摆置接地的电铸金属(46)，一并补强主电路层(26)的整体结构强度；而介电部(28)及各第二导体(30)皆可利用半导体微机电制程技术制成。
步骤六：如图7所示，于本体(20)相对于主电路层(26)的表面涂布一光阻(42)，光阻(42)具有若干经由黄光制程所制作出的开口(43)。
步骤七：如图8所示，利用电铸方式于光阻(42)的各开口(43)内形成一针体(44)。
步骤八：如图9所示，重复步骤六及步骤七，持续于本体(20)呈堆栈状地设置若干光阻(42)，进而使各针体(44)相互连接而形成出一探针(24)。
步骤九：如图10所示，移除各光阻(42)，即可使探针(24)形成于本体(20)。
步骤十：如图1所示，将转换件(32)接合于主电路层(26)，使转换件(32)的各第三导体(34)由各电性连接点(35)电性连通于各第二导体(30)。
利用上述步骤六至步骤十所成形出探针结构的方式，亦可改将该等探针预先制造完成后，再接合于主电路层或本体，接合方式可为焊接、导电胶或异方性导电胶黏着等方式，使探针连接于本体或主电路层表面的端点。
经由上述结构，当探针装置(10)设于一电路板(图中未示)时，转换件(32)的各第三导体(34)电性连通于电路板的各中间插入物，各探针(24)用以抵接一半导体芯片的各接点；当用以测试该芯片的电性讯号，从芯片的各接点传回探针装置(10)时，首先经由各探针(24)传送至第一导体(22)与主电路层(26)的第二导体(30)，然后再经由第二导体(30)传送至转换件(32)的第三导体(34)，最后送至电路板以及测试机器。
由于探针装置(10)的本体(20)为半导体晶圆，第一导体(22)可较为轻易地随不同待测试芯片的接点而改变数量以及分布状态，同时，因为主电路层(26)是以精密加工方式制成，亦可较为方便地控制主电路层(26)的各第二导体(30)的分布状态以及位置尺寸精度，使第二导体(30)的分布位置对应于转换件(32)的第三导体(34)的位置，进而使转换件(32)不需另以时间较长、或是较为复杂的方式制造；此外，转换件(32)利用本身陶瓷材料的特性，使得其结构强度较高，可用以支撑中间插入物的弹力。
由此，本发明可依需要而制成尺寸精度较佳的本体与主电路层，再将本体及主电路层设于结构强度较高的转换件，即可达到制作成本较低、以及位置尺寸的控制较为容易的目的。
为了要增加本发明的结构强度，本发明亦可如图11所示，为本发明第二较佳实施例所提供的探针装置(50)，其组成构件与第一较佳实施例大致相同，特点在于：本体(51)具有一自表面凹入的容槽(52)，使本体(51)于容槽(52)外围形成出一支撑部(53)，主电路层(54)设于容槽(52)内，本体(51)以支撑部(53)接合于转换件(55)，并且使主电路层(54)的第二导体(56)电性连通于转换件(55)，由此，当转换件(55)设于电路板时，即可利用支撑部(53)一起分担来自于电路板的抵顶，进而增加整体装置的结构强度。图11中的支撑部(53)并不仅可设置于接近基版外围，亦可以支撑肋、支撑柱或网格的形式穿插于主电路层(54)中，进一步增加整体装置的结构强度。
另外，如图12所示，为本发明第三较佳实施例所提供的探针装置(60)，其特点在于主电路层(61)内增设有若干支撑部(62)以及电子组件(63)。支撑部(62)可为柱体或框体，利用支撑部(62)可增加主电路层(61)的结构强度，使探针(64)抵接于芯片时，各探针(64)不会在受到芯片的压力作用后，进而使主电路层(61)直接受压迫产生变形，用以维持探针的整体平面度；主电路层(61)内亦可依功能需求与电子组件(63)组装整合，例如电阻、电感、电容、开关、继电器、制冷器、散热器、传感器，或是芯片模块等。
设于主电路层(61)底面的电性连接点(65)除了用以电性连通转换件的第三导线(图中未示)外，也可另外接合于其它的电路基板或强化基材，电路基板包含印刷电路板、陶瓷基板、具备电路的硅基板、具备电路的玻璃基板，或是电路软板等，而接合电路基板的方式为公知的封装制程，如Reflow bonding，Eutectic bonding，Localize thermal bonding，SAB(SurfaceActive Bonding)，ACF(Anisotropic Conductive Film)bonding等。
再如图13所示，为本发明第四较佳实施例所提供的探针装置(70)，特点则在于：本体(71)相对于主电路层(72)的表面另设有一副电路层(73)，副电路层(73)位于各探针(74)的底侧，亦可作为整合其它电子组件，或是电路导引的功能；而如图14所示，本体(71)的第一导线(75)也可利用打引线(77)的方式电性连接于转换件(76)。
Claims (27)
1.一种探针卡的探针装置，包含有：
一本体，该本体设有多数第一导体；
一主电路层，该主电路层设有多数第二导体，该主电路层直接成形于该本体，使各该第二导体电性连通于各该第一导体；以及
一转换件，该转换件具有多数第三导体，该转换件接合于该主电路层，使各该第三导体电性连通于各该第二导体。
2.依据权利要求1所述的探针装置，其特征在于，其中该本体具有一顶面以及一底面，该顶面用以设置多数电性连通各该第一导体的探针，该主电路层设于该底面。
3.依据权利要求2所述的探针装置，其特征在于，其中该本体的顶面另设有一副电路层，该副电路层电性连通于该主电路层。
4.依据权利要求1所述的探针装置，其特征在于，其中该本体另形成一绝缘层，用以电性隔绝该本体及各该第一导线。
5.依据权利要求1所述的探针装置，其特征在于，其中该本体具有一支撑部，该本体以该支撑部接合于该转换件，用以辅助该主电路层的支撑性。
6.依据权利要求1所述的探针装置，其特征在于，其中该主电路层内另包含有至少一支撑件，各该支撑件用以增加该主电路层的结构强度。
7.依据权利要求1所述的探针装置，其特征在于，其中该主电路层内包含有至少一电子组件。
8.依据权利要求1所述的探针装置，其特征在于，其中该本体的材质为半导体晶圆。
9.依据权利要求1所述的探针装置，其特征在于，其中该本体的材质为硅晶圆、SOI、玻璃基版、钻石薄膜晶圆、金属薄板晶圆，以及三五族晶圆所组成的物质群中选择的一种材质。
10.依据权利要求1所述的探针装置，其特征在于，其中各该第一导体利用半导体微机电制程技术制作成形。
11.依据权利要求1所述的探针装置，其特征在于，其中该主电路层包括有多数呈堆栈状的介电部，各该第二导体以预定的延伸方向与分布位置穿设于各该介电部。
12.依据权利要求11所述的探针装置，其特征在于，其中各该介电部及各该第二导体以半导体微机电制程技术制成。
13.依据权利要求1所述的探针装置，其特征在于，该等第二导体间的距离于该主电路层的一侧较为紧密，而于另一侧的距离较为宽松。
14.依据权利要求1所述的探针装置，其特征在于，其中该主电路层与该转换件可以用焊接、导电胶或异方性导电胶等接合，使各该第二导体与各该第三导体电性连接。
15.一种探针基座，包含有：
一本体，该本体设有多数第一导体；以及
一主电路层，该主电路层设有多数第二导体，该主电路层直接成形于该本体，使各该第二导体电性连通于各该第一导体。
16.依据权利要求15所述的探针基座，其特征在于，其中该本体具有一顶面以及一底面，该顶面用以设置多数电性连通各该第一导体的探针，该主电路层设于该底面。
17.依据权利要求15所述的探针基座，其特征在于，其中该本体的顶面另设有一副电路层，该副电路层电性连通于该主电路层。
18.依据权利要求15所述的探针基座，其特征在于，其中该本体具有一顶面以及一底面，该顶面用以设置多数电性连通各该第一导体的探针，该底面具有一支撑部，该本体由该支撑部增加该主电路层受压时的支撑强度。
19.依据权利要求15所述的探针基座，其特征在于，其中该主电路层内另包含有至少一支撑件，各该支撑件用以增加该主电路层的结构强度。
20.依据权利要求15所述的探针基座，其特征在于，其中该主电路层内另包含有至少一电子组件。
21.依据权利要求15所述的探针基座，其特征在于，其中该本体的材质为半导体晶圆。
22.依据权利要求15所述的探针基座，其特征在于，其中该本体的材质为包含硅晶圆、SOI、玻璃基版、钻石薄膜晶圆、金属薄板晶圆，以及三五族晶圆所组成的物质群中选择的一种材质。
23.依据权利要求15所述的探针基座，其特征在于，其中各该第一导体利用半导体微机电制程技术制作成形。
24.依据权利要求15所述的探针基座，其特征在于，其中该主电路层包括有多数呈堆栈状的介电部，各该第二导体以预定的延伸方向与分布位置穿设于各该介电部。
25.依据权利要求24所述的探针基座，其特征在于，其中各该介电部及各该第二导体以半导体微机电制程技术制作成形。
26.依据权利要求15所述的探针基座，其特征在于，其中该等第二导体间的距离于该主电路层的一侧较为紧密，而另一侧的距离较为宽松。
27.依据权利要求15所述的探针基座，其特征在于，其中该本体另形成一绝缘层，用以电性隔绝该本体及各该第一导线。
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