TW201506410A

TW201506410A - 電路測試探針卡

Info

Publication number: TW201506410A
Application number: TW103135304A
Authority: TW
Inventors: Chien-Yao Hung
Original assignee: Hermes Epitek Corp
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2015-02-16
Also published as: TWI560452B

Abstract

一種電路測試探針卡包括：一測試電路板；一探針頭，係固定於測試電路板的底側且探針頭具有以一微細間距設置的多個探針固持於其內；以及一矽中介基板，係用以傳遞多個探針與測試電路板間之訊號。其中，矽中介基板之內連線係使用一直通矽晶穿孔製程所製成；多個上接點與多個下接點係分別陣列設置於矽中介基板之上表面與下表面；多個上接點間的間距係大於多個下接點間的間距；以及相鄰下接點間的間距係相當於探針設置的微細間距。

Description

電路測試探針卡

本發明係有關一種積體電路測試裝置，特別是一種電路測試探針卡結構。

於半導體產品製造過程中，晶圓(wafer)測試是指對晶圓上的半導體積體電路進行電路測試的技術以確保電路正常運作並得知產品的良率。其中，利用自動測試設備(automatic test equipment，ATE) 於晶圓上的積體電路間形成暫時電性連接用來驗證積體電路正常的電性特性。晶圓測試時，利用探針卡裝置傳遞訊號至積體電路。

傳統電路測試探針卡包含一印刷電路板 (PCB)、一基板及一測試針頭組(probe head)。測試針頭組包含具彈性的多個測試探針於其上，而基板則用以將多個測試探針電性連接至PCB。一般而言，基板可分為多層有機(multi-layer organic，MLO)或多層陶瓷(multi-layer ceramic，MLC)內連線基板。測試探針係透過和晶圓上元件(device)之電性連接端(或晶粒接觸點(die contact pad))進行電性接觸。

於探針卡中，基板上複數個電性接觸點(electrical contact)間之佈線，用來將非常微小間距(通常是在測試針頭組)轉轉換成較大的間距，使組件中的PCB能依此較大的間距而得以製造。

然而隨著半導體技術不斷的精進，在客戶對晶片功能的需求越趨強大條件下，如何縮小晶片尺寸並增加其運算及儲存功能已是未來發展的主要目標，但隨著這樣的趨勢而允許使用較微小間距，針測(probe testing)需求將面臨微小間距(ultra fine pitch)、面積陣列測試(area array testing)、高腳數(high pin counts)、高測試次數(high touchdown)以及低成本(low cost)等挑戰。例如，依據目前的MLO或MLC內連線基板製造技術，如欲在較小的空間放置更多電性接觸點恐無法跟上相對應的進步。因此，隨著最小間距被縮小，所要達到的技術與付出的成本相對提高。

為了解決上述問題，本發明目的之一係提供一種電路測試探針卡係具有利用直通矽穿孔製程所製成內連線結構的矽中介基板，故可有效的將間距(pitch)由電路板接點的間距範圍直接的下降為細微間距(fine pitch)。

本發明一實施例之電路測試探針卡係包括：一測試電路板；一探針頭，係固定於測試電路板的底側且探針頭具有以一微細間距(fine pitch)設置的多個探針固持於其內；一矽中介基板，係用以傳遞多個探針與測試電路板間之訊號。其中，矽中介基板之內連線(interconnection)係使用一直通矽晶穿孔(through-silicon via，TSV)製程所製成；多個上接點與多個下接點係分別陣列設置於矽中介基板之上表面與下表面；多個上接點間的間距係大於多個下接點間的間距；以及相鄰多個下接點間的間距係相當於多個探針設置的微細間距；以及一次要電路板設置於該測試電路板下表面用以電性連接該矽中介基板與該測試電路板，其中該次要電路板上表面相鄰的多個接點間距係大於或等於該次要電路板下表面對應的多個接點的間距。

以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

其詳細說明如下，所述較佳實施例僅做一說明非用以限定本發明。

請參照圖1所示，本發明一實施例電路測試探針卡主要包括：一測試電路板100、一探針頭110以及一矽中介基板(silicon interposer substrate)120。探針112可用以與晶圓上的半導體晶片上複數接點(contact pad)或接頭(terminal)形成電性連接而用於進行測試的存取。探針頭110固定於測試電路板100的底側且探針頭110具有以一微細間距(fine pitch)設置的多個探針112固持於其內。矽中介基板120則用以傳遞探針112與測試電路板100間之訊號。於本發明中，矽中介基板120之內連線(interconnection)係使用一直通矽晶穿孔(through-silicon via，TSV)製程所製成，故可支援製作可匹配以微細間距設置的探針112之矽中介基板120。

接續上述說明，請同時參照圖1與圖2A，多個上接點122與多個下接點124係分別陣列設置於矽中介基板120之上表面與下表面。上接點122間的間距(H)係大於的下接點124間的間距(h)。其中，相鄰下接點124間的間距(h)係相當於探針122設置的微細間距。於一實施例中，相鄰的上接點122間的每一間距係大於相鄰下接點124間的每一間距。

如圖2A所示，於一實施例中，矽中介基板120包括：一矽基板121以及一重新布線層 (Redistribution Layer，RDL) 125。其中，矽基板121係利用半導體TSV製程於其內形成矽貫穿孔並填入導電材料完成一直通矽穿孔導電結構123。重新佈線層125則設置於矽基板121之上表面，而上接點122設置於重新佈線層125之上表面。上接點122與直通矽穿孔導電結構123透過重新佈線層125電性連接。於本實施例中，矽中介基板120的上接點122與下接點124為一金屬焊墊，金屬焊墊透過與暴露於表面的矽中介基板120之直通矽穿孔導電結構123與重新佈線層125電性連接。

請參照圖2B，於一實施例中，矽中介基板120包括：一矽基板121以及一重新佈線層127。重新佈線層127則設置於矽基板121之下表面，而下接點124設置於重新佈線層127之下表面。下接點124與直通矽穿孔導電結構123透過重新佈線層127電性連接。可理解的是，如圖2C所示，依據不同之需求，重新佈線層125、127可分別設置於矽基板121之上表面與下表面。上接點122與下接點124係透過重新佈線層125、127與矽基板121之直通矽穿孔導電結構123電性連接。

如圖3所示，矽基板120(如矽晶圓)利用矽穿孔的製作並填入導電材料可形成直通矽穿孔導電結構123。可理解的是，導電材料的填入並非僅限於填充方式，而是可應用及搭配多種半導體製程來達成，如金屬化學氣相沉積、電鍍、研磨等製程。之後，於矽基板121上表面製作重新佈線層125。重新佈線層125係利用半導體製程，如或沉積、微影(photolithography)、蝕刻等程序製作出重新佈線層125與其內之導電線路129。本發明藉由半導體立體積體電路(3D-IC)製程技術，可製作出符合需求的矽中介基板120的內連線結構。熟知該項技術領域者應能了解，利用TSV技術形成內連線、重新布線層與接點的製作方法與工序包含了許多半導體相關製程技術，其製程變化選擇極多於此不在多述。

於一實施例中，如圖1所示，矽中介基板120與測試電路板100的電性連接方式可透過將多個焊球130或多個凸塊設置於矽中介基板120上接點122上用以與測試電路板100電性連接。於另一實施例中，矽中介基板120與測試電路板100的電性連接方式更可使用異方性導電膜132用以電性連接測試電路板100與矽中介基板120，如圖4A所示。

繼續，請參照圖4B，於一實施例中，矽中介基板120與測試電路板100的電性連接方式可使用彈簧式連接器(pogo-pin connector)133可用來電性連接測試電路板100與矽中介基板120。彈簧式連接器(pogo-pin connector)133基本上是由一殼體(housing)134與多個彈簧探針(pogo-pin)135所組成的一個插座式連接器。矽中介基板120插設置入彈簧式連接器133的殼體134之插座結構內，透過彈簧探針135的電性接觸再與測試電路板100電性連接。

於一實施例中，電路測試探針卡的測試電路板100與矽中介基板120間可依照不同需求額外設置一次要電路板(sub-PCB)111用以電性連接測試電路板100與矽中介基板120，如圖5A所示。次要電路板111與矽中介基板120的電性連接方式可於矽中介基板120之上表面設置多個焊球136或多個凸塊用以與次要電路板111電性連接，如圖5A所示。又，於一實施例中，則可藉由一異方性導電膜138電性連接次要電路板111與矽中介基板120，如圖5B所示。

接續上述說明，請參照圖6A與圖6B，於一實施例中，彈簧式連接器133’也可用來電性連接測試電路板100與次要電路板111。次要電路板111插設置入彈簧式連接器133’的殼體134’之插座結構內，透過彈簧探針135’的電性接觸再與測試電路板100電性連接。而次要電路板111與矽中介基板120的電性連接方式則可利用焊球137、凸塊或是異方性導電膜139等電性連接結構，如圖6A與圖6B所示。

次要電路板111的使用是可選擇性的，次要電路板111上表面相鄰的多個接點間距係大於次要電路板111下表面對應的多個接點的間距，如圖6A與圖6B所示。可理解的，次要電路板111上表面相鄰的多個接點間距亦可等於(圖上未示)次要電路板111下表面對應的多個接點的間距。如此，當既定規格的測試電路板100與矽中介基板120相接面處的接點間距難以匹配或其他需求時，可藉由次要電路板111作為測試電路板100與矽中介基板120的中介基板。又或者，當既定規格的彈簧式連接器(133、133’)的選擇無法匹配矽中介基板120的尺寸時，次要電路板111亦可以作為彈簧式連接器(133、133’)與矽中介基板120的橋樑。

於本發明中，矽中介基板用以傳遞探針與測試電路板間之訊號。當晶圓上晶片測試點間距不斷縮小至微細間距時，探針的設置也快速縮小至微細間距。一般的多層有機或多層陶瓷內連線基板的接墊間距有其極限而無法達成。本發明利用直通矽晶穿孔(through-silicon via，TSV)製程所製成矽中介基板可有效因應與匹配此間距縮小的趨勢。

請參照圖7，於一實施例中，因應不同結構設計，本發明電路測試探針卡可設置一固定環140用以將探針頭110固定於測試電路板100的底側。於一實施例中，也可以設置一加強墊150用以穩固並增加電路板強度避免其於高溫或外力環境下產生變形。於一實施例中，探針頭110包括一固定部114用以固持探針112。

於本發明中，因為矽中介基板是應用半導體技術所製作而成，故矽中介基板之主要材質為矽或其他半導體晶圓材質。次要電路板之材質可以為陶瓷材料或應用於電路板之相關材料，例如FR-4、FR-5或BP等。

據上述說明，本發明之特徵在於利用TSV製作的矽中介基板可有效的將間距(pitch)由電路板接點的間距範圍直接的下降為微細間距。因此，當待測物之測試點間距不斷縮小時，本發明矽中介基板則可匹配因應，讓電路探針測試卡能測試縮小間距後之測試點。故，綜合上述說明，本發明之電路測試探針卡可有效因應當待測物之測試點縮小時對應性的問題並提供可測試縮小間距測試點的電路測試探針卡。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

100‧‧‧測試電路板
111‧‧‧次要電路板
110‧‧‧探針頭
112‧‧‧探針
114‧‧‧固定部
120‧‧‧矽中介基板
121‧‧‧矽基板
122‧‧‧上接點
123‧‧‧直通矽穿孔導電結構
124‧‧‧下接點
125‧‧‧重新佈線層
127‧‧‧重新佈線層
129‧‧‧導線線路
130‧‧‧焊球
132‧‧‧異方性導電膜
133‧‧‧彈簧式連接器
133’‧‧‧彈簧式連接器
134‧‧‧殼體
134’‧‧‧殼體
135‧‧‧彈簧探針
135’‧‧‧彈簧探針
136‧‧‧焊球
137‧‧‧焊球
138‧‧‧異方性導電膜
139‧‧‧異方性導電膜
140‧‧‧固定環
150‧‧‧加強墊
H‧‧‧間距
h‧‧‧間距

圖1為本發明一實施例的示意圖。圖2A、圖2B與圖2C為本發明不同實施例的示意圖。圖3為本發明一實施例的示意圖。圖4A與圖4B為本發明不同實施例的示意圖。圖5A與圖5B為本發明不同實施例的示意圖。圖6A與圖6B為本發明不同實施例的示意圖。圖7為本發明一實施例的示意圖。

100‧‧‧測試電路板

110‧‧‧探針頭

112‧‧‧探針

120‧‧‧矽中介基板

122‧‧‧上接點

124‧‧‧下接點

130‧‧‧焊球

Claims

一種電路測試探針卡，包含：一測試電路板；一探針頭，係固定於該測試電路板的底側且該探針頭具有以一微細間距(fine pitch)設置的多個探針固持於其內；一矽中介基板，係用以傳遞該多個探針與該測試電路板間之訊號，其中該矽中介基板之內連線(interconnection)係使用一直通矽晶穿孔(through-silicon via，TSV)製程所製成；多個上接點與多個下接點係分別陣列設置於該矽中介基板之上表面與下表面；該多個上接點間的間距係大於該多個下接點間的間距；以及相鄰該多個下接點間的間距係相當於該多個探針設置的該微細間距；以及一次要電路板設置於該測試電路板下表面用以電性連接該矽中介基板與該測試電路板，其中該次要電路板上表面相鄰的多個接點間距係大於或等於該次要電路板下表面對應的多個接點的間距。
如請求項1所述之電路測試探針卡，其中該矽中介基板包含：一矽基板具有一矽穿孔導電結構；以及一重新布線層設置於該矽基板之上表面，其中該多個上接點係設置於該重新布線層之上表面。
如請求項1所述之電路測試探針卡，其中該矽中介基板包含：一矽基板具有一矽穿孔導電結構；以及一重新布線層設置於該矽基板之下表面，其中該多個下接點係設置於該重新布線層之下表面。
如請求項1所述之電路測試探針卡，其中該矽中介基板包含：一矽基板具有一矽穿孔導電結構；以及兩重新布線層分別設置於該矽基板之上表面與下表面，其中該多個上接點與該多個下接點係分別設置於該重新布線層之上表面與下表面。
如請求項1所述之電路測試探針卡，其中相鄰的該多個上接點間的每一間距係大於相鄰的該多個下接點間的每一間距。
如請求項1所述之電路測試探針卡，更包含一固定環用以將該探針頭固定於該測試電路板的底側。
如請求項1所述之電路測試探針卡，更包含一加強墊用以穩固該測試電路板。
如請求項1所述之電路測試探針卡，其中該探針頭更包含一固定部用以固持該多個探針。