TW201702611A

TW201702611A - 探針卡、空間轉換器以及空間轉換器的製造方法

Info

Publication number: TW201702611A
Application number: TW104121855A
Authority: TW
Inventors: Wei-Cheng Ku; Chih-Hao Ho; Hao Wei; Jun-Liang Lai
Original assignee: Mpi Corp
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2017-01-16

Abstract

一種探針卡，包括：一空間轉換器，包括：一半導體基板、一絕緣層以及複數個線路結構，其中該些線路結構設置於該半導體基板及該絕緣層之間，且彼此電性絕緣；一第一墊片組以及一第二墊片組，分別具有多個墊片，且該些墊片設置於該空間轉換器之表面，並電性連接所預設之該些線路結構，其中該第一墊片組之該些墊片之間距大於該第二墊片組之該些墊片之間距；一電路板，電性連接該第一墊片組之該些墊片；以及一探針頭，具有複數根探針，且該些探針分別電性連接該第二墊片組之該些墊片。

Description

探針卡、空間轉換器以及空間轉換器的製造方法

本發明係與電路測試裝置有關；特別是指一種利用空間轉換器的探針卡之結構以及空間轉換器的製造方法。

於體積體電路產品製造過程中，晶圓(wafer)測試是指對晶圓上的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，在晶圓測試時，會利用探針卡連接晶圓上的電路，以傳遞訊號至電路，並驗證電路是否正常。

傳統的探針卡包含一印刷電路板(PCB)、一基板以及一探針頭。該探針頭包含具彈性的多個探針，而基板則用以將多個探針電性連接至印刷電路板。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)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(通常連接於探針頭之該些探針)轉轉換成較大的間距，使探針卡中的印刷電路板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，探針的間距也必需縮小，但依據目前的使用的多層有機或多層陶瓷之基板已無法在較小的空間內放置更多電性接觸點，使得探針的間距無法再縮小。

有鑑於此，本發明之目的在於提供一種探針卡，其內設有一空間轉換器以達到測量微小間距之功能。

緣以達成上述目的，本發明所提供探針卡包含一空間轉換器、一第一墊片組、一第二墊片組、一電路板以及一探針頭。該空間轉換器包括：一半導體基板、一絕緣層以及複數個線路結構，其中該些線路結構設置於該半導體基板及該絕緣層之間，且彼此電性絕緣。該第一墊片組具有多個墊片，設置於該空間轉換器之表面，且該第一墊片組之該些墊片分別電性連接所預設之該些線路結構之一端。該第二墊片組具有多個墊片，設置於該空間轉換器之表面，且該第二墊片組之該些墊片分別電性連接所預設之該些線路結構之一另一端，其中該第一墊片組之該些墊片之間距大於該第二墊片組之該些墊片之間距。該電路板電性連接該第一墊片組之該些墊片。該探針頭具有複數根探針，且該些探針之間距相當於該第二墊片組之該些墊片之間距，該些探針分別電性連接該第二墊片組之該些墊片。

緣以達成上述目的，本發明再提供一種空間轉換器，包括：一半導體基板、一絕緣層、複數個線路結構、複數個導電結構、一第一墊片組以及一第二墊片組。該些線路結構設置於該半導體基板以及該絕緣層之間，且該些線路結構之間呈電性絕緣。該些導電結構以兩個為一組的方式，分別電性連接該些線路結構，使每一組的導電結構透過所電性連接的該線路結構而彼此電性連接，並與其他組的導電結構彼此電性絕緣。該第一墊片組具有多個墊片並分別連接每一組之其中一個導電結構。該第二墊片組具有多個墊片並分別連接每一組之其中另一個導電結構。該第一墊片組之該些墊片之間距不等於該第二墊片組之該些墊片之間距。

緣以達成上述目的，本發明又提供一種空間轉換器的製造方法，包括下列步驟：A.提供一半導體基板。B.設置一線路結構於該半導體基板上。C.設置一絕緣層於該半導體基板上，並覆蓋該線路結構。D.使用矽穿孔製程貫穿該半導體基板及該絕緣層，而形成複數個貫孔，並在該些貫孔內填入導電材料而形成複數個導電結構，且該些導電結構以兩個為一組的方式，分別電性連接該些線路結構，使每一組的導電結構透過所電性連接的該線路結構而彼此電性連接，並與其他組的導電結構彼此電性絕緣。E.提供一第一墊片組及一第二墊片組，且該第一墊片組及該第二墊片組分別具有多個墊片；該第一墊片組之該些墊片分別連接每一組之其中一個導電結構；該第二墊片組之該些墊片分別連接每一組之其中另一個導電結構。

本發明探針卡、空間轉換器以及空間轉換器的製造方法可有效的將電路板接點的間距範圍直接的下降為較小的間距(即第二墊片組之該些墊片的間距)。因此，當晶圓上的電路之接點間距不斷縮小時，本發明空間轉換器則可匹配因應，讓探針卡能測試縮小間距後之接點。

100‧‧‧探針卡

10‧‧‧空間轉換器

10a‧‧‧上表面

10b‧‧‧下表面

11‧‧‧線路結構

12‧‧‧半導體基板

13‧‧‧絕緣層

14‧‧‧導電結構

15‧‧‧墊片

16‧‧‧墊片

20‧‧‧探針頭

21‧‧‧探針

30‧‧‧電路板

32‧‧‧導電柱

34‧‧‧墊片

40‧‧‧錫球

200‧‧‧探針卡

50‧‧‧空間轉換器

51‧‧‧線路結構

52‧‧‧半導體基板

53‧‧‧絕緣層

54‧‧‧導電結構

55‧‧‧墊片

60‧‧‧電路板

62‧‧‧導電柱

64‧‧‧墊片

66‧‧‧凹槽

300‧‧‧探針卡

70‧‧‧空間轉換器

71‧‧‧線路結構

72‧‧‧半導體基板

73‧‧‧絕緣層

75‧‧‧墊片

76‧‧‧墊片

80‧‧‧電路板

84‧‧‧墊片

86‧‧‧凹槽

88‧‧‧黏膠

910‧‧‧檢測機

911‧‧‧探頭

920‧‧‧晶圓

921‧‧‧接點

圖1為本發明一第一實施例之探針卡剖面圖。

圖2為本發明一第二實施例之探針卡剖面圖。

圖3為本發明一第三實施例之探針卡剖面圖。

圖4至圖6為上述第一實施例之探針卡的空間轉換器的製造方法流程圖。

為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖示詳細說明如後，請參圖1所示，為本發明一第一實施例之探針卡剖面圖。

該探針卡100包括一空間轉換器10、一探針頭20以及一電路板30。

該空間轉換器10包括複數個線路結構11、一半導體基板12、一絕緣層13、複數個導電結構14、一第一墊片組以及一第二墊片組。該些線路結構11彼此間電性絕緣，且設置於該半導體基板12以及該絕緣層13之間，使該些線路結構11、該半導體基板12以及該絕緣層13呈現三明治的結構，其中該空間轉換器10之上表面10a為絕緣層13的開放面，該空間轉換器10之下表面10b為半導體基板12的開放面。該半導體基板12的材質為矽或砷化鎵。

該些導電結構14係使用矽穿孔(Through Silicon Via)製程而形成，並貫穿該半導體基板12以及該絕緣層13(即貫穿該空間轉換器10之上下表面10a、10b)。該些導電結構14以兩個導電結構14為一組的方式，分別電性連接該些線路結構11，使每一組的導電結構14透過所電性連接的該線路結構11而彼此電性連接，並與其他組的導電結構14彼此電性絕緣。在本實施例中，該些導電結構14更貫穿所連接之線路結構11，以確保該些導電結構14可以與所預設之該些線路結構11電性連接。

該第一墊片組以及該第二墊片組分別具有複數個墊片。該第一墊片組之該些墊片15設置於該絕緣層13的表面(即為空間轉換器10之上表面10a)，並分別連接每一組之其中一個導電結構14。該第二墊片組之該些墊片16設置於該半導體基板12的表面(即為空間轉換器10之下表面10b)，並分別連接每一組之另外一個導電結構14，使該第一墊片組之該些墊片15分別透過所連接的導電結構14以及線路結構11而與該第一墊片組之該些墊片15電性連接。該第一墊片組之該些墊片15的間距大於該二墊片組之該些墊片16的間距。

該探針頭20具有複數根探針21，且該些探針21之間距相當於該第二墊片組之該些墊片16之間距。該些探針21一端連接該空間轉換器10之第二墊片組的該些墊片16，而另一端用以與晶圓920上電路的接點921形成電性連接。

該電路板30具有貫穿電路板本體之上下表面的複數根導電柱32，且每一導電柱32的兩端各連接有一墊片34。該電路板本體之下表面上的墊片34透過錫球40與該空間轉換器10之第一墊片組的該些墊片15相互固定並電性連接。該電路板30之上表面的墊片34可用以與一檢測機910之探頭911電性連接。該檢測機910所發出的訊號可透過該電路板30、該空間轉換器10以及探針21而傳遞至晶圓920上的電路，之後再藉由晶圓920上之電路所回傳之訊號而判斷該晶圓920上的電路是否正常。因為一般的檢測機910的探頭911間的間距過大而無法直接接觸晶圓920上之電路的接點921，因此，該檢測機910之探頭911藉由連接電路板30之上表面的墊片34，並透過該空間轉換器10將較大的間距(為第一墊片組之該些墊片15的間距)減縮為較小的間距(為第一墊片組之該些墊片15的間距)，之後透過該些探針21與晶圓920上的電路之接點921連接，而使檢測機910能夠偵測晶圓920上的電路。

請參圖2所示，為本發明一第二實施例之探針卡200剖面圖。第二實施例與第一實施例的差異在於電路板結構以及空間轉換器的結構。

第二實施例之該電路板60之下表面向內凹陷而形成的一凹槽66，且該電路板之上表面及凹槽66之底部設有複數個墊片64，該電路板60之上表面的該些墊片64以及凹槽66之底部的該些墊片64則透過貫穿電路板主體的複數根導電柱62而電性連接。

該空間轉換器50設置於該電路板60的凹槽66內，且該第一墊片組之該些墊片55分別電性連接凹槽66內的該些墊片64，此外，該半導體基板52的表面與該電路板66之下表面切齊。

該空間轉換器50中的該些導電結構54同樣以兩個為一組的方式，分別電性連接一個線路結構51，而同一組的導電結構54中的其中一個導電結構54貫穿該半導體基板52而與該線路結構51電性連接，而另一個導電結構14貫穿該絕緣層53而與該線路結構51電性連接。

第二實施例的空間轉換器50的每一個導電結構54都未同時貫穿該半導體基板52以及該絕緣層53，使得電路板60與探針頭20在與該空間轉換器50電性連接時，較不會發生接錯之問題。

請參圖3所示，為本發明一第三實施例之探針卡300剖面圖。第三實施例與第一實施例的差異在於，電路板結構、空間轉換器的結構以及空間轉換器與電路板的連接方法，且第三實施例的空間轉換器不包括導電結構。

該電路板80之下表面向內凹陷而形成一凹槽86。該空間轉換器70設置於該電路板80的凹槽86內，且該凹槽86的底部設有一黏膠88而膠著該空間轉換器70之半導體基板72的表面。

該空間轉換器70的該些線路結構71的兩端外露於該絕緣層73上，且該第一墊片組之該些墊片75分別設置於該線路結構71之一端面；該第二墊片組之該些墊片76分別設置於該線路結構71之另一端面，該線路結構71之該端面較另一端面靠近該電路板80之凹槽86的邊緣，使得第一墊片組之該些墊片75的間距大於該第二墊片組之該些墊片76的間距。

之後，將電路板80之下表面的該些墊片84與該第一墊片組之該些墊片73之間以焊線的方式而相互電性連接。

第三實施例的空間轉換器不需要在半導體基板上穿孔，因此使用較簡單的半導體製程技術就能器將較大的間距(為第一墊片組之該些墊片75的間距)減縮為較小的間距(為第二墊片組之該些墊片76的間距)，而使檢測機910能夠偵測晶圓920上的電路。

請參圖4至圖6所示，為本發明一第一實施例之空間轉換器的製造方法流程圖。

如圖4所示，提供半導體基板12，並在該半導體基板12上利用物理氣相沉積(Physical vapor deposition，PVD)的方式形成一金屬層(圖未示)，然後利用蝕刻製程而形成該些線路結構11。

之後，如圖5所示，在該半導體基板12上使用化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD)的方式形成該絕緣層13，並覆蓋該些線路結構11。

接下來，如圖6所示，使用矽穿孔製程貫穿該半導體基板12、該絕緣層13以及該些線路結構11，而形成複數個貫孔，且每一個線路結構11都被兩個貫孔貫穿。之後，在該些貫孔內填入導電材料而形成該些導電結構14，而使該些導電結構14電性連接該些貫孔所貫穿之該線路結構11，且每兩個導電結構14為一組，且彼此電性連接，並與其他組的導電結構14彼此電性絕緣。

最後，提供第一墊片組及第二墊片組，且該第一墊片組及該第二墊片組分別具有多個墊片。將第一墊片組的該些墊片15設置於絕緣層13的表面並分別連接每一組導電結構之其中一個導電結構14，以及將第二墊片組的該些墊片16設置於半導體基板12的表面並分別連接每一組導電結構之另外一個導電結構14。

綜上所述，本發明探針卡、空間轉換器以及空間轉換器的製造方法可有效的將電路板接點的間距範圍直接的下降為較小的間距(即第二墊片組之該些墊片的間距)。因此，當晶圓上的電路之接點間距不斷縮小時，本發明空間轉換器則可匹配因應，讓探針卡能測試縮小間距後之接點。故，綜合上述說明，本發明之探針卡可有效因應當晶圓上的電路之接點縮小時對應性的問題並提供可測試縮小間距接點的探針卡。

此外，本發明的空間轉換器並不只能使用在探針卡，也可用於任何兩個不同電路之間，舉例來說，中央處理器(CPU)與顯示卡的接腳間距不同，因此本發明的空間轉換器就可設置於其中，使中央處理器與顯示卡之間透過本發明的空間轉換器就可相互電性連接。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。