TW202223409A - 探針裝置及其組裝方法 - Google Patents

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Abstract

本揭露提供一種探針裝置。該探針裝置包括一基底、一支撐座、複數個測試探針以及複數個隔離表層。該基底具有一導電佈線，且該支撐座設置在該基底上。該等測試探針定向相對於該基底的一角度，並穿經該支撐座且電性連接到該導電佈線。該隔離表層放射狀地圍繞該測試探針並接觸該測試探針。

Description

探針裝置及其組裝方法
本申請案主張2020年12月3日申請之美國正式申請案第17/111,036號的優先權及益處，該美國正式申請案之內容以全文引用之方式併入本文中。
本揭露係關於一種探針裝置及其組裝方法。特別是有關於一種探針卡及其組裝方法，其中該探針卡係包括多個測試探針，該等測試探針塗佈有隔離表層。
在晶圓切成小塊並安裝在封裝或模組中之前，積體電路係以晶片形式製造與測試。晶圓級積體電路測試係為積體電路製造流程中一最重要的部分，並確認不會正常運作的積體電路，且提供回饋以改善產品設計與降低製造成本。
傳統的晶圓積體電路測試係使用多個探針卡，以提供一電子路徑在一測試機器與晶圓形式中之多個積體電路上的多個電性墊之間。該等探針卡一般具有多個探針接腳(probe pins)，其係符合一積體電路上之多個電性墊與多個導電圖案的尺寸及密度，而該等導電圖案係提供多個電子訊號從多個高密度探針扇出(fan-out)到多個較低密度連接件(connectors)，該等較低密度連接件係位在更大的多個印刷電路板上，而該等印刷電路板係連接到IC測試器。
上文之「先前技術」說明僅係提供背景技術，並未承認上文之「先前技術」說明揭示本揭露之標的，不構成本揭露之先前技術，且上文之「先前技術」之任何說明均不應作為本案之任一部分。
本揭露之一實施例提供一種探針裝置。該探針裝置包括一基底、一支撐座、複數個測試探針以及複數個隔離表層。該基底具有一導電佈線。該支撐座設置在該基底上。該等測試探針面向相對該基底的一角度並穿經該支撐座，其中該測試探針電性連接到該導電佈線。該隔離表層係放射狀地圍繞該測試探針。此外，該隔離表層係並接觸該探針。
在本揭露的一些實施例中，該測試探針包括一中間部、一尾部、一頭部以及一尖部，該支撐座係夾取該中間部，該尾部係從該中間部的一端延伸並接觸該導電佈線，該頭部係從該中間部的另一端延伸，該尖部連接到該頭部。
在本揭露的一些實施例中，該支撐座包括一第一表面以及一第二表面，該第一表面係遠離該基底，該第二表面係相對該第一表面並貼合到該基底，而該第一表面與該第二表面係相對該測試探針傾斜不同角度。
在本揭露的一些實施例中，該支撐座的該第一表面平行該測試探針。
在本揭露的一些實施例中，該支撐座與該基底面對該頭部的各側表面係為共面。
在本揭露的一些實施例中，該頭部與該尖部係從支撐座懸垂而下。
在本揭露的一些實施例中，該探針裝置還包括一支架，夾設在該基底與該支撐座之間。
在本揭露的一些實施例中，該探針裝置還包括一黏著劑，位在該支撐座與該支架之間。
在本揭露的一些實施例中，該支撐座在該基底上的一投影係相等於或大於該支架在該基底上的一投影。
本揭露之另一實施例提供一種探針裝置的組裝方法。該組裝方法的步驟包括提供複數個測試探針；形成複數個隔離表層在部分的該等測試探針上；提供一支撐座以夾取部分的該等測試探針；設置該支撐座與位在該基底上的該等測試探針在一起；以及電性連接該等測試探針到位在該基底上的一導電佈線。
在本揭露的一些實施例中，該等測試探針的尾部藉由一焊錫材料而連接到該導電佈線。
在本揭露的一些實施例中，該組裝方法還包括安裝一支架在該基底上，其中該支撐座與嵌入有該隔離表層的該等測試探針係位在該支架上。
在本揭露的一些實施例中，該等隔離表層係使用一塗佈製程、一鍍覆製程或一氧化製程而形成在部分的該等測試探針上。
由於上述該探針裝置的架構，可有效地提升從一測試機器到一待測元件所提供的測試電壓。
由於上述該探針裝置的架構，可除去微粒、汙垢、助銲劑(solder flux)、汙染物(contaminant)等等造成高漏電流、降低隔離以及產生在晶圓測試中之缺陷的問題。
上文已相當廣泛地概述本揭露之技術特徵及優點，俾使下文之本揭露詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本揭露之申請專利範圍標的之其它技術特徵及優點將描述於下文。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，可相當容易地利用下文揭示之概念與特定實施例可作為修改或設計其它結構或製程而實現與本揭露相同之目的。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者亦應瞭解，這類等效建構無法脫離後附之申請專利範圍所界定之本揭露的精神和範圍。
本揭露之以下說明伴隨併入且組成說明書之一部分的圖式，說明本揭露之實施例，然而本揭露並不受限於該實施例。此外，以下的實施例可適當整合以下實施例以完成另一實施例。
應當理解，雖然用語「第一(first)」、「第二(second)」、「第三(third)」等可用於本文中以描述不同的元件、部件、區域、層及/或部分，但是這些元件、部件、區域、層及/或部分不應受這些用語所限制。這些用語僅用於從另一元件、部件、區域、層或部分中區分一個元件、部件、區域、層或部分。因此，以下所討論的「第一裝置(firstelement)」、「部件(component)」、「區域(region)」、「層(layer)」或「部分(section)」可以被稱為第二裝置、部件、區域、層或部分，而不背離本文所教示。
本文中使用之術語僅是為了實現描述特定實施例之目的，而非意欲限制本發明。如本文中所使用，單數形式「一(a)」、「一(an)」，及「該(the)」意欲亦包括複數形式，除非上下文中另作明確指示。將進一步理解，當術語「包括(comprises)」及/或「包括(comprising)」用於本說明書中時，該等術語規定所陳述之特徵、整數、步驟、操作、元件，及/或組件之存在，但不排除存在或增添一或更多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件，及/或上述各者之群組。
圖1為依據一比較例探針裝置的剖視示意圖。圖2為該比較例探針裝置之一測試探針的一套筒(sleeve)與一尾部(tail)的剖視示意圖。請參考圖1及圖2，探針裝置20包括一電路板210、複數個測試探針220、複數個套筒230、一支撐座(holder)240，該複數個套筒230圍繞部分的該等測試探針220，支撐座240安裝在電路板210上並用於定向(orienting)該等測試探針230。覆蓋一部分之測試探針220的每一套筒230係藉由一氣隙250而與個別的測試探針220相互間隔。
該等測試探針220係用於傳送從一測試機器與一待測元件(device under test，DUT)而來的多個訊號。每一測試探針220包括一尾部222、一頭部224以及一中間部226，中間部226係位在尾部222與頭部224之間，用於連接尾部222與頭部224。尾部222的一端係安裝在電性耦接到測試機器的電路板210上，而中間部226係被支撐座240所夾取。一般而言，氣隙250係因圍繞測試探針220之尾部222的套筒230具有較大於測試探針220之直徑而產生。寬鬆的套筒230無法避免汙垢(dirt)與微粒(particulates)落在測試探針220的尾部222，而汙垢與微粒係為造成漏電流問題(leakage issue)與高電壓崩潰(high voltage breakdown)的原因。
圖3為依據本揭露一些實施例之一種探針裝置的頂視示意圖。圖4為沿圖3中剖線A-A的剖視示意圖。請參考圖3及圖4，探針裝置10係為懸臂探針卡(cantilever probe card)，並具有一基底110、複數個測試探針130、一支撐座140以及複數個隔離表層(insulative skin layer)150，基底110具有至少一導電佈線(conductive trace)120，該等測試探針130係定向相對基底110的一角度α，支撐座140設置在基底110上並用於定位該等測試探針130，該等隔離表層150係放射狀包覆該等測試探針130，藉此避免二項林測試探針130之間的漏電(electrical leakage)與短路。
在基底110上的導電佈線120係適於電性連接到一測試機器(圖未示)，其係可控的提供測試訊號給測試裝置10。在一些實施例中，基底110包括一前表面112與一後表面114，而後表面114係相對前表面112設置，而導電佈線120可放置在前表面112及/或後表面上，用以制定在該等測試探針130與測試機器之間的線路。在一些實施例中，基底110還包括一或多個通孔(vias)116，用以將放置在前表面112的導電佈線120電性連接到放置在後表面114或埋入在基底110中的導電佈線120。在一些實施例中，基底110可由隔離材料所製，例如聚醯亞胺(polyimide)、苝(perylene)以及環氧玻璃(epoxy-glass)合成材料。在一些實施例中，基底110可為一4號阻燃劑(flame retardant 4，FR4)基底。在一些實施例中，導電佈線120可由銅、金、鎳、鋁、鉑、錫、其組合或其合金所製。
該等測試探針130係依據所需以及用於傳導從測試機器所提供的訊號以及經由導電佈線120傳導至一待測元件(圖未示)的訊號，而待測元件係例如一半導體晶圓、一系統上晶片(system-on-chip)積體電路或一數位及/或類比積體電路。在一些實施例中，該等測試探針130亦用於將由待測元件所輸出的訊號傳送到測試機器；測試機器可決定待測元件是否依據該等訊號正常操作，而該等訊號係由測試機器所提供或者是從待測元件所輸出的。
在一些實施例中，該等測試探針130係相互平行，並以一特定間隔配置。在一些實施例中，該等測試探針130係以一近乎相同之間隔而對準在基底110上。在另外的實施例中，該等測試探針130可以一放射狀方法(radial manner)配置。
測試探針130可包括一尾部132、一頭部134、一中間部136以及一尖部138，尾部132接近基底110，頭部132遠離尾部132，中間部136夾置在尾部132與頭部134之間，並由支撐座140所夾取，而尖部138則連接到頭部134。在一些實施例中，頭部134與中間部135大致對準尾部132；尖部138大致角度連接到頭部134的一端，並經配置以接觸待測元件。在一些實施例中，尾部132、頭部134、中間部136以及尖部138係一體成形，並由導電材料所製。在一些實施例中，尾部132的一端係藉由一焊錫材料(solder material)160而連接到導電佈線120。
固定在基底110上之該等測試探針130的支撐座140係由隔離材料所製，例如硬化性環氧樹脂(curable epoxy resin)。在一些實施例中，在支撐座140安裝在基底110上之前，測試探針130係定位在支撐座140中。在一些實施例中，支撐座140包括一第一表面142以及一第二表面144，第一表面142遠離基底110，第二表面144係相對第一表面142設置，並貼合到基底110，而第一表面142與第二表面144係相對測試探針130而傾斜不同角度。在一些實施例中，第一表面142平行於該等測試探針130，而第二表面144係平行於基底110的前表面112。換言之，當從剖視圖來看，第一表面142與該等測試探針130之間的一距離係穿過第一表面142而不變(constant)。
支撐座140還包括一側表面146，係鄰近第一表面142與第二表面144並面對尖部138設置；支撐座140的側表面146係與基底110面對尖部138之一側表面118為共面，其中基底110的側表面118係鄰近其前表面112與後表面114設置。在此架構中，尾部132與中間部135係設置在基底110上，而頭部134與尖部138則從支撐座140懸垂而下。
隔離表層150完全包住測試探針130；換言之，尾部132、頭部134、中間部136以及尖部138係被隔離表層150所包圍。在一些實施例中，如圖3所示，隔離表層150貼合到測試探針130。換言之，在隔離表層1501與測試探針130之間沒有氣隙。在一些實施例中，隔離表層150可由透明隔離材料所製，其係用於觀察探針130是否斷裂(fractured)。在一些實施例中，隔離表層150可由聚合物(polymer)所製，以降低或避免從頭部134到相鄰之頭部134的漏電。隔離表層150亦可避免短路。在一些實施例中，隔離表層150可由使用一塗佈(coating)製程或一鍍複(plating)製程所形成。在一些實施例中，隔離表層150可藉由氧化該等側示探針130之一外層或表面所形成(例如隔離表層150係由氧化(oxidation)製程所形成)。一般而言，例如空氣介電質崩潰之氣體的介電質崩潰(dielectric breakdown)係約為3.3V/µm，而氣體的介電質崩潰係發生在當電場變得高到足以造成一介電質的某部分突然從為一電性絕緣體切換到一部分導體時。因此，在具有赤裸的測試探針之探針裝置中(例如沒有塗佈隔離表層150)，當相鄰赤裸測試探針之尖的一距離為100µm時，測試電壓必須小於3.3V，而測試電壓係由測試機器所提供並經由赤裸的測試探針而傳導至待測元件。若是藉由遠離100µm之赤裸的測試探針所傳導的測試電壓大於3.3V的話，則會產生靜電電弧(electrostatic arcing)。在本揭露中，塗佈該等測試探針130的隔離表層150可具有大於氣體的介電質崩潰，以便提升由測試機器所提供並經由該等測試探針130傳導至待測元件的測試電壓。因此，本揭露的探針裝置10可應用於靜電放電(electrostatic discharge，ESD)測試。
圖6為依據本揭露一些實施例之的一種如圖3、圖4及圖5所示之探針裝置10的組裝方法的流程示意圖。請參考圖4及圖6，組裝方法200以步驟S202開始，其係為複數個測試探針130分別塗佈有複數個隔離表層150。組裝方法200繼續進行步驟S204，其係為提供一支撐座140以夾取塗佈有隔離表層150之該等測試探針130並使其定向，其中支撐座140夾取該等測試探針130的中間部136，並造成從中間部136之一端延伸的尾部132以及從中間部136另一端延伸的頭部134設置在不同高度(level)。組裝方法200繼續進行步驟S206，其係為具有插入其中之該等測試探針130的支撐座140係位在一基底110上。接著，組裝方法200繼續進行步驟S208，其係為該等測試探針130的尾部132電性連接到置放在基底110上的一導電佈線120。
圖7為依據本揭露一些實施例之的一種探針裝置10B的頂視示意圖。圖8為沿圖7中剖線C-C的剖視示意圖。請參考圖7及圖8，探針裝置10B包括一基底110、複數個測試探針130、一支撐座140、複數個隔離表層150以及一支架(supporter)170，基底110具有至少一導電佈線120，該等測試探針130傾斜地定向在基底110上，支撐座140位在基底110上並夾取部分的該等測試探針130，該等隔離表層150圍繞其他部分的該等測試探針130，支架170夾置在基底110與支撐座140之間。
支撐座140可具有一梯形剖面，而支架170可具有一矩形剖面。在一些實施例中，支撐座140包括一第一表面142以及一第二表面144，第一表面142遠離基底110，第二表面144相對第一表面142設置並接近基底110，而第二表面144的一面積大致等於基底110被支架170佔用的一面積。在一些實施例中，支撐座140在基底110上的一投影係等於支架170在基底110上的一投影。在一些實施例中，支架170可由陶瓷(ceramic)所製。探針裝置10B還可包括一黏著劑(adhesive)180，係位在支撐座140與支架170之間，以將支撐座140黏貼在支架170。在一些實施例中，黏著劑180可為硬化性環氧樹脂(curable epoxy resin)。
在一些實施例中，導電佈線120放置在基底110的一前表面112上，其中支架170安裝在前表面112上。在一些實施例中，測試探針130包括一尾部132，而導電佈線120係連接到尾部132，其中一焊錫材料160設置在導電佈線120與尾部132之間，以將導電佈線120電性連接到測試探針130。在一些實施例中，測試探針130還包括一中間部136以及一頭部134，中間部136係連接到尾部132並被支撐座140夾取，頭部134遠離尾部132並連接到中間部136，其中頭部134為一懸臂(cantilever)。在一些實施例中，測試探針130亦可包括一間部138，從頭部134垂直地延伸。支撐座140夾取該等測試探針130的中間部，而該等隔離表層150圍繞並接觸該等測試探針130的尾部132，且頭部134與中間部136暴露於隔離表層150。在一些實施例中，支撐座140接觸中間部136，而隔離表層150可接觸支撐座140。
圖9為依據本揭露一些實施例之的一種如圖7及圖8所示之探針裝置10B的組裝方法400的流程示意圖。請參考圖8及圖9，組裝方法400以步驟S402開始，其係為提供複數個測試探針130以及一支撐座140，其中支撐座140夾取該等測試探針130的中間部130並造成從中間部136之一端延伸的尾部132以及從中間部136另一端延伸的頭部134設置在不同高度(level)。組裝方法400繼續進行步驟S404，其係為具有插入其中之該等測試探針130的支撐座140係位在一基底110上。組裝方法400繼續進行步驟S406，其係為形成複數個隔離表層150B，該等測試探針130的尾部132係分別塗佈有隔離表層150B。接著，組裝方法400繼續進行步驟S408，其係為該等測試探針130的尾部132係電性連接到位在基底110上的一導電佈線120。在一些實施例中，在將該等測試探針130組裝到支撐座140之前，隔離表層150B可形成在該等測試探針130的尾部132上。在另外的實施例中，在組裝該等測試探針130與支撐座140並將支撐座140定位在基底110上之後，隔離表層150B可形成在該等測試探針130的尾部上。
本揭露之一實施例提供一種探針裝置。該探針裝置包括一基底、一支撐座、複數個測試探針以及複數個隔離表層。該基底具有一導電佈線。該支撐座設置在該基底上。該等測試探針定向相對該基底的一角度並穿經該支撐座，其中該測試探針電性連接到該導電佈線。該隔離表層係放射狀地圍繞該測試探針。此外，該隔離表層係並接觸該探針。
本揭露之另一實施例提供一種探針裝置的組裝方法。該組裝方法的步驟包括提供複數個測試探針；形成複數個隔離表層在部分的該等測試探針上；提供一支撐座以夾取部分的該等測試探針；設置該支撐座與位在該基底上的該等測試探針在一起；以及電性連接該等測試探針到位在該基底上的一導電佈線。
雖然已詳述本揭露及其優點，然而應理解可進行各種變化、取代與替代而不脫離申請專利範圍所定義之本揭露的精神與範圍。例如，可用不同的方法實施上述的許多製程，並且以其他製程或其組合替代上述的許多製程。
再者，本申請案的範圍並不受限於說明書中所述之製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法與步驟之特定實施例。該技藝之技術人士可自本揭露的揭示內容理解可根據本揭露而使用與本文所述之對應實施例具有相同功能或是達到實質上相同結果之現存或是未來發展之製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法、或步驟。據此，此等製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法、或步驟係包含於本申請案之申請專利範圍內。
10:探針裝置 10B:探針裝置 110:基底 112:前表面 114:後表面 118:側表面 120:導電佈線 130:測試探針 132:尾部 134:頭部 136:中間部 138:尖部 140:支撐座 142:第一表面 144:第二表面 146:側表面 150:隔離表層 150B:隔離表層 160:焊錫材料 170:支架 180:黏著劑 20:探針裝置 210:電路板 220:測試探針 222:尾部 224:頭部 226:中間部 230:套筒 240:支撐座 250:氣隙 α:角度 200:組裝方法 S202:步驟 S204:步驟 S206:步驟 S208:步驟 400:組裝方法 S402:步驟 S404:步驟 S406:步驟 S408:步驟
參閱實施方式與申請專利範圍合併考量圖式時，可得以更全面了解本申請案之揭示內容，圖式中相同的元件符號係指相同的元件。 圖1為依據一比較例探針裝置的剖視示意圖。 圖2為該比較例探針裝置之一測試探針的一套筒(sleeve)與一尾部(tail)的剖視示意圖。 圖3為依據本揭露一些實施例之一種探針裝置的頂視示意圖。 圖4為沿圖3中剖線A-A的剖視示意圖。 圖5為沿圖3中剖線B-B的剖視示意圖。 圖6為依據本揭露一些實施例之的一種探針裝置的組裝方法的流程示意圖。 圖7為依據本揭露一些實施例之的一種探針裝置的頂視示意圖。 圖8為沿圖7中剖線C-C的剖視示意圖。 圖9為依據本揭露一些實施例之的一種探針裝置的組裝方法的流程示意圖。
20:探針裝置
210:電路板
220:測試探針
222:尾部
224:頭部
226:中間部
230:套筒
240:支撐座

Claims (15)

  1. 一種探針裝置，包括： 一基底，具有一導電佈線； 一支撐座，設置在該基底上； 複數個測試探針，定向相對該基底的一角度並穿經該支撐座，其中該測試探針電性連接到該導電佈線；以及 複數個隔離表層，放射狀地圍繞該等測試探針並接觸該等探針。
  2. 如請求項1所述之探針裝置，其中該測試探針包括一中間部、一尾部、一頭部以及一尖部，該支撐座係夾取該中間部，該尾部係從該中間部的一端延伸並接觸該導電佈線，該頭部係從該中間部的另一端延伸，該尖部連接到該頭部。
  3. 如請求項2所述之探針裝置，其中該支撐座包括一第一表面以及一第二表面，該第一表面係遠離該基底，該第二表面係相對該第一表面並貼合到該基底，而該第一表面與該第二表面係相對該測試探針傾斜不同角度。
  4. 如請求項3所述之探針裝置，其中該支撐座的該第一表面平行該測試探針。
  5. 如請求項2所述之探針裝置，其中該支撐座與該基底面對該頭部的各側表面係為共面。
  6. 如請求項2所述之探針裝置，其中該頭部與該尖部係從支撐座懸垂而下。
  7. 如請求項1所述之探針裝置，還包括一支架，夾設在該基底與該支撐座之間。
  8. 如請求項7所述之探針裝置，還包括一黏著劑，位在該支撐座與該支架之間。
  9. 如請求項7所述之探針裝置，其中該支撐座在該基底上的一投影係相等於或大於該支架在該基底上的一投影。
  10. 一種探測裝置的組裝方法，包括： 提供複數個測試探針； 形成複數個隔離表層在部分的該等測試探針上； 提供一支撐座以夾取部分的該等測試探針； 設置該支撐座與位在該基底上的該等測試探針在一起；以及 電性連接該等測試探針到位在該基底上的一導電佈線。
  11. 如請求項10所述之組裝方法，其中該隔離表層至少接觸該測試探針位在該導電佈線與該支撐座之間的部分。
  12. 如請求項10所述之組裝方法，其中該支撐座傾斜地夾取該等測試探針。
  13. 如請求項10所述之組裝方法，其中該等測試探針的尾部藉由一焊錫材料而連接到該導電佈線。
  14. 如請求項10所述之組裝方法，還包括安裝一支架在該基底上，其中該支撐座與嵌入有該隔離表層的該等測試探針係位在該支架上。
  15. 如請求項10所述之組裝方法，其中該等隔離表層係使用一塗佈製程、一鍍覆製程或一氧化製程而形成在部分的該等測試探針上。
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