TW202138818A - 具3d電路的微機電探針測試頭及探針卡 - Google Patents

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Abstract

本發明為一種具有3D電路的微機電探針測試頭及探針卡，該探針頭包括載體及多個探針，該載體具有上表面、側面及下表面，中央具有視窗，載體上設有至少一組3D電路，該3D電路由多個線路分佈且相連於上表面、側面及上表面，且於上表面設有多個上接墊，下表面設有多個下接墊；探針由上而下依序包括針尾、針身及針尖，針尾焊接於相對位置的下接墊，使針身延伸至視窗下方且針尖朝下，探針卡則進一步括載板、電路板及鏡頭組，載板設有多個承載槽供載體安裝其中，電路板則安裝於載板上且與上接墊電性連接，鏡頭組設置於視窗內，藉此使製造工序更為簡單，且能適用測試小尺寸的影像感測晶片。

Description

具3D電路的微機電探針測試頭及探針卡
本發明為一種具有3D電路的探針測試頭及探針卡的技術領域。
半導體晶片進行測試時，測試設備是透過一探針卡裝置與待測物電性連接，藉由信號傳輸及信號分析，獲得待測物的測試結果。現有探針卡裝置設有對應待測物的電性接點的多個探針，藉由多個探針同時點接觸待測物的相對應電性接點，獲得所需之電子訊號。
由於待測物(例如影像感測晶片)尺寸愈來愈小，相對地晶片上電性接點間距更小，因此運用於此類待測物所使用的探針卡裝置，探針都採用微機電系統(Microelectromechanical Systems，MEMS)技術所製造，其外型可依據設計者需求成形。但此類探針尺寸小、數目多，如何有效率地將多個探針安裝於載體上，再由載體上經由相對線路與電路板電性連接，則為廠商不斷研究思考的課題。另外如果待測物為影像測感測晶片，需配合使用鏡頭組，加上後焦距離短，連帶限制了載體縱向尺寸，增加組裝及設計的困難度。
於是，本發明人針對上述之問題，潛心研究並配合科學原理的運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述問題的本發明。
為解決上述之問題，本發明主要目的是提供一種具3D電路的微機電探針測試頭及探針卡，主要利用3D電路形成於載體，在安裝時可利用治具輔助將多個探針一併固定於載體或使用至少一組探針組固定於載體，藉此完成載體與探針的組裝作業，後續配合載板、電路板、鏡頭組的組裝，就能構成一探針卡結構，簡化組裝工序且精確度高，此對由小尺寸影像感測晶片所構成的待測物晶圓，後續更能效率地進行測試作業。
為達上述之目的，本發明為一種具有3D電路的微機電探針測試頭，包括：一載體及多個探針。載體具有上表面、側面及下表面，中央具有視窗，載體設有至少一組3D電路，3D電路由多條線路分佈且連接於上表面、側面及下表面，且於上表面設有多個上接墊，下表面設有多個下接墊；每個探針由上而下依序包括針尾、針身及針尖，針尾焊接於相對應位置的下接墊，使針身如懸臂狀延伸至視窗下方且使針尖朝下。
再者，本發明為一種具有3D電路的微機電探針測試頭，包括：一載體及至少一探針組。載體具有上表面、側面及下表面，中央具有視窗，載體上設有至少一組3D電路，3D電路由多條線路分佈且相連於上表面、側面及下表面，且於上表面設有多個上接墊，下表面設有多個下接墊；探針組由上而下包括絶緣尾座、針身及針尖，絶緣尾座內對應每個針身尾段縱向位置設有至少一導體，導體頂端面於絶緣尾座頂面露出，在探針組黏固於下表面時，導體頂端面與相對應位置的下接墊電性連接，導體底端連接於相對應的針身，使針身如懸臂狀延伸至視窗下方且針尖朝下。
又一，本發明為一種具有3D電路的微機電探針卡，包括：多個載體、多個探針、載板、電路及鏡頭組。載體具有上表面、側面及下表面，中央具有視窗，載體設有至少一組3D電路，3D電路由多條線路分佈且相連於上表面、側面及下表面，且於上表面設有多個上接墊，下表面設有多個下接墊。每個探針由上而下依序包括針尾、針身及針尖，針尾焊接於相對位置的下接墊，針身如懸臂狀延伸至視窗下方且使針尖朝下。載板設有多個承載槽，每一承載槽供載體安裝於此。電路板下表面設有電性接點，電路板設置載板上，電性接點與相對應位置的上接墊電性連接。鏡頭組設置於視窗內。
另一，本發明為一種具有3D電路的微機電探針卡，包括：多個載體、至少一探針組、載板、電路板及鏡頭組。載體具有上表面、側面及下表面，中央具有視窗，載體設有至少一組3D電路，3D電路由多條線路分佈且相連於上表面、側面及下表面，且於上表面設有多個上接墊，下表面設有多個下接墊。探針組由上而下包括絶緣尾座、針身及針尖，絶緣尾座內對應每個針身尾段縱向位置設有至少一導體，導體頂端面於絶緣尾座頂面露出，在探針組黏固於下表面時，導體頂端面與相對應位置的下接墊電性連接，導體底端連接於相對應的針身，使針身如懸臂狀延伸至視窗下方且針尖朝下。載板設有多個承載槽，每一承載槽供載體安裝於此；電路板下表面設有電性接點，電路板設置載板上，電性接點與相對應位置的上接墊電性連接。鏡頭組設置於視窗內。
在本發明較佳實施例中，其中針尖具有一尖端，尖端緊靠針身側邊。
在本發明較佳實施例中，其中每個探針組是於絶緣尾座以雷射加工方式於相對位置形成至少一孔，後續採微機電製程依序於孔內以金屬沉積形成導體及於相對位置形成多個針身及針尖結構。
在本發明較佳實施例中，承載槽內設有至少一定位凸塊，載體底部相對位置具有凹部，在載體放置於承載槽內時，該定位凸塊位於凹部。
綜合以上所述，本發明具有下列幾項優點： 1. 本發明是利用具有3D電路的載體與微機電製程加工的多個探針所構成，如此結構在構件的生產、組裝，及後續安裝為探針卡時，皆更為方便且容易，能簡化工序，節省人力，降低成本； 2.本發明探針組可利用微機電製程加工完成，且在組裝於載體上更為方便容易，能大大減少組裝工時，精準度更高； 3.在組裝成探針卡時，由載板安裝著多個載體，經校正後，後續即可與電路板相電性連接或固定，方便快速； 4.能廣泛應用於探針測試間隔小，且後焦距離短的影像感測晶片的測試作業。
下面將結合具體實施例和附圖，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述。需要說明的是，當元件被稱為「固定於」或「安裝於」另一個元件，意指它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是「連接」另一個元件，意指它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。在所示出的實施例中，方向表示上、下、左、右、前和後等是相對的，用於解釋本案中不同部件的結構和運動是相對的。當部件處於圖中所示的位置時，這些表示是恰當的。但是，如果元件位置的說明發生變化，那麼認為這些表示也將相應地發生變化。
除非另有定義，本文所使用的所有技術和科學術語與屬於本發明技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中所使用的術語只是為了描述具體實施例的目的，不是旨在限制本發明。本文所使用的術語「和/或」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
如圖1及圖2所示，分別為本發明探針測試頭之不同角度的立體圖。本發明一種具有3D電路的微機電探針測試頭，包括：一載體1及多個探針2。
載體1用以供多個探針2安裝固定於此，且設有3D電路10作為探針2的電性訊號傳遞。在本實施例中載體1為一長方型體，具有上表面11、側面12及下表面13，中央具有貫穿的視窗14，底部四角隅具有內陷的凹部15。視窗14可供一鏡頭組安裝於此，凹部15是作為後續組裝定位之用。在本實例中載體1由於會固定著許多探針2且設有3D電路10，因此載體1是由高強度且熱膨脹係小的材料所構成，例如氮化矽、碳化矽、氧化鋯、氧化鋁等其中至少一種材料。
3D電路10是由多線路101分佈相連於上表面11、側面12及下表面13，形成三維立體線路。請一併參閱圖3之局部放大及部份構件的分解示意圖，3D電路10於上表面11設有多個上接墊102，下表面13設有多個下接墊103，每個線路101連接著相對應位置的上接墊102及下接墊103，相鄰線路101彼此並不接觸。在本實例中3D電路10的形成方式與傳統方式並不相同。加工方式是運用3D雷射加工機以雷射在載體1的上表面11、側面12及下表面13形成相對應凹陷的線路溝槽，於溝槽內塗佈薄薄金屬層，以化學金屬沉樍方式填滿金屬，再研磨表面形成許多相鄰但不相接觸的三維線路。如圖4A、圖4B及圖4C所示，運用此方式所形成的3D電路10，相鄰兩個下接墊103不接觸且間距小，用以配合欲安裝於此的探針2，之後經線路101不斷偏移延伸，  使相鄰兩個上接墊102間距加大或呈且交錯設置，便於配合電路板相對應電性接點位置。
如圖3所示，探針2包括針尾21、針身22及針尖23，整體是由金屬利用微機電製程一體成型。針尾21厚度較針身22厚，由針尾21焊接於相對應位置的下接墊103。針尖23由針身22前端向下延伸，在本實例中針尖23的尖端231是緊靠針身22末端一邊，如圖3中靠至最左邊，此是為了日後便於進行位置校對。在組裝過程中，為了方便性，可利用治具(圖中未畫出)承載著多個探針2，一次性焊接於下表面13相對應的多個下接墊103位置，完成多個探針2的固定作業。組裝後，探針2的針身22如懸臂狀延伸至視窗14下方且針尖23朝下，如圖2所示。
在上述結構中探針2固定與載體1的方式，是使用治具承載著於著多個探針2，確保各探针2 的相對位置，接著再利用治具一次性將多個探針2的針尾21焊接於相對的下接墊103，如此能減化焊接程序，加速探针2安裝於與載體1的精度及工時。但並不以此為限，亦可採用如下實施例所示的探針組結構。
如圖5及圖6所示，為本發明第二種實施例圖。本實施例是提供另一種探針與載體的結合方式。本發明包括載體1及至少一探針組2a。載體1結構與前述實施例相同，故不再描述。改良之處是使用一探針組2a，探針組2a包括一絶緣尾座21a、多個針身22及多個針尖23。如圖7所示，絶緣尾座21a對應每針身22尾段縱向位置設有連接的至少一導體24，導體24的頂端面241於絶緣尾座21a頂面露出，底端連接於相對應的針身22。在本實施例中，每一探針組2a是於絶緣尾座21a以雷射加工方式於相對位置形成一孔，後續採微機電製程依序於孔內以金屬沉積形成導體24及相對位置形成多個針身22及針尖23等結構。如此每一組探針組2a即具備多個由針身22及針尖23所形成的多個探針2，在組裝時將單一組探針組2a直接黏於於載體1的下表面13，且由每個導體24的頂端面241與對應的下接墊103電性連接，如此更能簡化探針的組裝作業。
在上述圖2及圖5中，分別為本發明具有3D電路的微機電探針測試頭單一結構之不同實施的立體圖，但在實際運作中是安裝著多個探針測試頭形成一探針卡，用於對晶圓上的多個待測晶片進行測試。如圖8所示，為本發明具有3D電路的微機電探針卡的剖面圖。本發明具有3D電路的微機電探針卡，包括：多個載體1、多個探針2、載板3、電路板4及鏡頭組5。載體1與多個探針2的結構與上述結構相同，就不再重複描述。
電路板4是安裝於載板3上，後續組裝後會與測試機台結合，提供測試運作的電訊傳輸及控制。電路板4底面具有多個電性接點41，組裝時電性接點41是與載體1上表面11相對應位置的上接墊102電性連接。電性連接方式可使用異方性導電膠，或增加一片安裝著多個彈性頂針的一中間連接體(Interposer)。
如圖9所示，為載板3與部份載體1之分解圖。載板3可為一長方型板體，其上具有多個承載槽31，每個承載槽31供載體1安裝其中。載板3長寛尺寸及承載槽31數目是依使用需求而定。每個承載槽31內另具有至少一定位凸塊311，在本實施中定位凸塊311具有四個且位於槽內四角落位置。定位凸塊311的所在位置是對應於載體1底部四角隅的凹部15。在本實施例中，承載槽31尺寸是略為大於載體1，目的是在多個載體1放置後仍能對個別位置進行微調，之後再塗膠固定，滿足此類測試位置需具備高精準度的要求。
接著就本發明的組裝方式作一說明，首先將多個探針2固定於載體1上，固定方式可為圖1或圖4的實施例，之後將每個載體1放置於載板3上相對應的承載槽31內，並經校正後確認個每個載體1的位置後且黏固。將電路板4放置於載板3上，並使電性接點41與載體1上表面12的上接墊102電性連接，每個載體1的視窗14內安裝一組鏡頭組5，如此即完成整體之組裝。之後將整體探針卡安裝於一測試機台處，配合測試機台的光源及相關控制線路，即可對晶圓上的影像感測晶片進行的測試。
綜合以上所述，本發明具有3D電路的微機電探針測試頭，是利用具3D電路的載體1與多個探針2所構成，如此結構在構件的生產、組裝及加工形成探針卡等，皆極為方便及容易，更由於探針2的縱向尺寸更可縮小至1mm以下，載體1尺寸可至5mm以下，更可應用於後焦距離極短之影像感測晶片的測試，符合現今半導體產業的需求。
以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。
1:載體 10:3D電路 101:線路 102:上接墊 103:下接墊 11:上表面 12:側面 13:下表面 14:視窗 15:凹部 2:探針 21:針尾 22:針身 23:針尖 231:尖端 2a:探針組 21a:絶緣針尾 24:導體 241:頂端面 3:載板 31:承載槽 311:定位凸塊 4:電路板 41:電性接點
圖1為本發明第一實施例之具3D電路的微機電探針測試頭俯視角的立體圖；
圖2為本發明第一實施例之具3D電路的微機電探針測試頭仰視角的立體圖；
圖3為本發明第一實施例之具3D電路的微機電探針測試頭的局部放大示意圖；
圖4A為本發明載體之俯視圖；
圖4B為本發明載體之側視圖；
圖4C為本發明載體之仰視圖；
圖5為本發明第二實施例之具3D電路的微機電探針測試頭仰視角的立體圖；
圖6為本發明第二實施例之具3D電路的微機電探針測試頭的局部放大示圖；
圖7為本發明探針組的剖面示意圖；
圖8為本發明具3D電路的微機電探針卡的剖面圖；
圖9為本發明載板與部份載體之分解圖。
1:載體
10:3D電路
101:線路
102:上接墊
11:上表面
12:側面
14:視窗
15:凹部
2:探針

Claims (9)

  1. 一種具有3D電路的微機電探針測試頭，包括： 一載體，具有上表面、側面及下表面，中央具有視窗，該載體設有至少一組3D電路，該3D電路由多條線路分佈相連於該上表面、該側面及該下表面，且於該上表面設有多個上接墊，該下表面設有多個下接墊； 多個探針，由上而下依序包括針尾、針身及針尖，該針尾焊接於相對位置的該下接墊，該針身如懸臂狀延伸至該視窗下方且使該針尖朝下。
  2. 如請求項1所述之具3D電路的微機電探針測試頭，該針尖具有一尖端，該尖端緊靠該針身側邊。
  3. 一種具有3D電路的微機電探針測試頭，包括： 一載體，具有上表面、側面及下表面，中央具有視窗，該載體設有至少一組3D電路，該3D電路由多條線路分佈相連於該上表面、該側面及該下表面，且於該上表面設有多個上接墊，該下表面設有多個下接墊； 至少一探針組，由上而下包括絶緣尾座、針身及針尖，該絶緣尾座對應每個該針身尾段縱向位置設有至少一導體，該導體的頂端面於該絶緣尾座頂面露出，在該探針組黏固於該下表面時，該頂端面與相對應位置的該下接墊電性連接，該導體底端連接於相對應的該針身，使該針身如懸臂狀延伸至該視窗下方且該針尖朝下。
  4. 如請求項3所示之具3D電路的微機電探針測試頭，其中每個該探針組是於該絶緣尾座以雷射加工方式於相對位置形成至少一孔，後續採微機電製程依序於孔內以金屬沉積形成該導體及於相對位置形成多個該針身及該針尖。
  5. 一種具有3D電路的微機電探針卡，包括： 一載體，具有上表面、側面及下表面，中央具有視窗，該載體設有至少一組3D電路，該3D電路由多條線路分佈相連於該上表面、該側面及該下表面，且於該上表面設有多個上接墊，該下表面設有多個下接墊； 多個探針，由上而下依序包括針尾、針身及針尖，該針尾焊接於相對應位置的該下接墊，該針身如懸臂狀延伸至該視窗下方且該針尖朝下； 一載板，設有多個承載槽，每一該承載槽供該載體安裝於此； 一電路板，下表面設有多個電性接點，該電路板設置該載板上，該電性接點與相對應位置的該上接墊電性連接； 一鏡頭組，安裝於該視窗內。
  6. 如請求項5所述之具有3D電路的微機電探針卡，該承載槽內設有至少一定位凸塊，該載體底部相對位置具有凹部，在該載體安裝於該承載槽內時，該定位凸塊位於該凹部內。
  7. 一種具有3D電路的微機電探針卡，包括： 一載體，具有上表面、側面及下表面，中央具有視窗，該載體設有至少一組3D電路，該3D電路由多條線路分佈相連於該上表面、該側面及該下表面，且於該上表面設有多個上接墊，該下表面設有多個下接墊； 至少一探針組，包括絶緣尾座、針身及針尖，該絶緣尾座內對應每個該針身尾段縱向位置設有至少一導體，該導體的頂端面於該絶緣尾座頂面露出，在該探針組黏固於該下表面時，該頂端面與相對應位置的該下接墊電性連接，該導體底端連接於相對應的該針身，使該針身如懸臂狀延伸至該視窗下方且該針尖朝下； 一載板，設有多個承載槽，每一承載槽供該載體安裝於此； 一電路板，下表面設多個電性接點，該電路板設置該載板上，該電性接點與該載體相對位置的該上接墊電性連接；以及 一鏡頭組，安裝於該視窗內。
  8. 如請求項7所述之具有3D電路的微機電探針卡，該承載槽內設有至少一定位凸塊，該載體底部相對位置具有凹部，在該載體安裝於該承載槽內時，該定位凸塊位於該凹部內。
  9. 如請求項7所示之具3D電路的微機電探針卡，其中每個該探針組是於該絶緣尾座以雷射加工方式於相對位置形成至少一孔，後續採微機電製程依序於孔內以金屬沉積形成該導體及於相對位置形成多個該針身及該針尖。
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