TW480692B - Contact structure having silicon finger contactors and total stack-up structure using same - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480692 A7 __ B7 五、發明說明（1 ) 塗領域 本發明係關於一種接觸結構，其係用以與接觸標的件 形成電性接觸，其中該標的件係諸如電路或裝置之接觸墊 、電極或引線，更確切地說，本發明係關於一種具有樑狀 (矽指）接觸器之接觸結構以及採用該接觸結構之整體層 疊結構，其中該層疊結構係用以做爲一界面組件，以測試. 半導體晶圓、封裝之半導體裝置、I C晶片、印刷電路板 等等，且該層疊結構係具有較高之速度、頻率範圍、密度 以及品質。 發明背景 在測試高密度及高速度之電子裝置，諸如L S I及 V L S I電路時，其係必須採用高性能之接觸結構，諸如 針狀接觸器，以在一測試系統與一待測試裝置之間形成一 界面組件。本發明之接觸結構並未侷限在半導體晶圓及模 具之測試應用上，諸如燒機測試，其亦可以針對封裝之半 導體裝置、印刷電路板等等之測試及燒機測試上。本發明 之特徵亦可以普遍應用在包括IC導線架、IC封裝及其 他電氣連接之應用上。然而，爲了方便說明，本發明主要 係針對半導體晶圓測試來加以說明。 在待測試半導體裝置係具有半導體晶圓型式的例子中 ，一半導體測試系統，諸如I C測試器通常係具備有一基 板握持器，諸如自動晶圓探測器，以自動地測試該半導體 晶圓。此一實例係顯示在圖1中，其中該半導體測試系統 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） •---------------------訂---------線 — · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -4- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480692 A7 B7 五、發明說明（2 ) 係具有一測試頭1 〇 〇，其通常係位在一分離的外殼中， 且係電性連接至具有成束電纜之測試系統的主要骨架。該 測試頭1 0 0以及基板固持件4 0 0係藉由一由馬達 51 0所驅動之操控器5 0 0而彼此機械式地連接在一起 〇 待測試之半導體晶圓係由基板固持件4 0 0而自動地 傳送至測試頭1 0 0之測試位置。在測試狀態下，該半導 體晶圓上之I C電路所傳送出來的淨輸出（響應）信號係 被傳送至半導體測試系統，其中該信號係與預定之資料進 行比較，而判斷出該半導體晶圓上之I C電路的功能是否 正常。 圖2係詳細地顯示當對一半導體晶圓進行測試時，該 基板固持件4 0 0 (晶圓探測件）、測試頭1 0 0以及界 面組件1 4 0之詳細結構。該測試頭1 0 0以及基板固持 件4 0 0係與一界面組件1 4 0連接在一起，其中該界面 組件1 4 0係由一性能板、彈簧高驕式針塊、探測卡及其 他零件所構成。圖2之性能板1 2 0係一印刷電路板，其 係具有僅用於測試頭之電氣接腳、同軸電纜、彈簧高蹺式 針體及連接器之電路接點。 該測試頭1 0 0係包括相當多數量之印刷電路板 1 5 0，該數量係相同於測試電路或測試端子之數量。每 一印刷電路板係具有一連接器1 6 0，其係用以接收性會g 板1 2 0之對應的接觸端子1 2 1。一 "蛙形"環圈（彈簧 高躪式針塊）1 3 0係安裝性能板1 2 0上，以相對於基 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） —— — — — — — — — — — — II 1111111 ·11111111 I - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -5- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480692 A7 B7 五、發明說明（3) 板固持件4 〇 〇而精確地決定該接觸位置。該蛙狀環圈 130係具有相當多的接觸銷141，諸如ZIF連接器 或彈簧高踽式端子，其係經由同軸電纜1 2 4而連接至性 能板1 2 0上之接觸端子1 2 1。 如圖2所示，該測試頭1 〇 〇係配置在基板固持件 4 0 0上，且係經由界面組件1 4 0而機械地及電氣地連 接至基板固持件4 0 0。在基板固持件4 0 0中’ 一待測 試之半導體晶圓3 0 0係安裝在一夾盤1 8 0上。一探測 卡1 7 0係位在待測之半導體晶圓3 0 0上方。該探測卡 1 7 0係具有大量的探測接觸器1 9 0 (諸如懸臂樑或探 針），其係在測試時可以與電路端子或半導體晶圓3 0 0 之IC電路中之接觸標的相接觸。 探測卡1 7 0之電氣端子或接觸收容件係電氣地連接 至位在蛙狀環圈1 3 0上之接觸端子1 4 1。該接觸端子 1 4 1亦係藉由同軸電纜1 2 4而連接至性能板1 2 0之 接觸端子1 2 1，其中每一接觸端子1 2 1係連接至測試 頭1 0 0之印刷電路板1 5 0。再者，該印刷電路板 1 5 0係經由具有數百個內部電線之電纜而連接至半導體 測試系統。 在此一設計下，該探測接觸器1 9 0係會與夾盤 1 8 0上之半導體晶圓3 0 0之表面相接觸，以供應測試 信號至半導體晶圓3 0 0，以及接收由半導體晶圓3 0 0 所傳送出來的淨輸出信號。在測試狀態下，由半導體晶圓 3 〇 〇所傳送出來之淨輸出信號係與該半導體測試系統所 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ~ -Ο - — — — — — — — — — — — — I· I I I I I I I 1111111 ^^^ 通- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 480692 A7 _ - ___ B7 五、發明說明（4) 產生的預定資料相比較，以判斷出該半導體晶圓3 〇 〇之 性能是否正常。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖3係圖2之習知探測卡丄7 0之底視圖。在此一實 例中，該探測卡1 7 0係具有一環氧樹脂環圈，在該環圈 上係安裝有複數個所謂針體或懸臂樑之探測接觸器1 9 0 。當位在基板固持件4 0 0中用以安裝半導體晶圓3 0 0 之夾盤1 8 0如圖2所示向上移動時，該探測接觸器 1 9 0之頂端便會與半導體晶圓3 0 0上之接觸墊或隆起 部相接觸。懸臂樑1 9 0之末端係連接至導線1 9 4，其 係進一步連接至形成在探測卡1 7 0中之傳輸線（圖上未 顯示）。該傳輸線係連接至複數個電極1 9 7，其係與圖 2之彈簧高蹢式針體1 4 1相接觸。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一般而言，該探測卡1 7 0係由多層聚硫亞氨基板所 構成，其在許多層體上係具有接地面、電源面、信號傳輸 線。如業界所習知者，每一信號傳輸線係設計成具有諸如 5 0歐姆之特徵阻抗，以平衡分佈參數，亦即聚硫亞氨之 介電常數及磁透率以及在探測卡1 7 0中之信號路徑之電 感及電容。因此，該信號線係一種阻抗配合之信號線，以 形成高頻傳輸頻寬至晶圓3 0 0，而在一穩定狀態中供應 電流，以及在瞬間狀態中由裝置變換輸出所產生之高電流 峰値。爲了消除雜訊，電容器1 9 3及1 9 5係位在探測 卡1 7 0上而介於電源面及接地面之間。

該探測卡1 7 0之等效電路係顯示在圖4中，其係用 以說明在習知探測卡技術中之高頻性能的限制。如圖4 A 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480692 A7 -—_______ B7 五、發明說明（5 ) 及4 B所示，在探測卡1 7 0上之信號傳輸線係由電極 197、裸線196 (阻抗配合線）、電線194及針體 或懸臂樑（接觸結構）1 9 0延伸而出。由於電線1 9 4 及針體1 9 0並未形成阻抗配合，這些部分在如圖4 C所 示之高頻寬中係做爲一電感器L。由於導線1 9 4及針體 1 9 〇之總長度係大約爲2 0 - 3 0毫米，因此當在測試 狀態下測試一高頻性能時，崎重感器便會形成相當大的限 制。 會限制探測卡1 7 0中之頻寬的另一因素，係存在於 如圖4 D及4 E所示之電源及接地端子。若電源線在測試 狀態下提供大量足夠之電流至裝置中，則其將不會嚴重地 限制測試裝置中之操作頻寬。然而，由於用以供應電源之 串聯的電線1 9 4以及針體1 9 0 (圖4 D )與用以使電 源及信號接地之串聯的電線1 9 4及針體1 9 0，係相等 於電感器，該高速電流便會受到嚴重的限制。 再者，該電容器1 9 3及1 9 5係位在電源線及接地 線之間，以藉由濾除在電源線上之雜訊或急升脈衝，而確 保裝置在測試狀態下具有適當的性能。該電容器1 9 3係 具有諸如1 0 // F之較大的電容値，且可以視需要而藉由 切換來截斷電源線。該電容器1 9 5則係具有諸如 0 · 0 1 // F之較小的電容値，且係固定地連接至D U T 。這些電容器係具有在電源線上斷開高頻之功能。換言之 ’該電容器係會限制探測接觸器之高頻性@ ° 因此，上述普遍使用的探測接觸器係被限制在大約 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ϋ ϋ ϋ ϋ H ϋ ϋ I» n ϋ n ϋ I · n ϋ n 1 I l 一-ον · ϋ ϋ n ϋ ϋ I I n ϋ .^1 n ϋ ϋ ϋ ϋ ϋ ^1 amMm I H ϋ ϋ I ϋ ϋ I ϋ ^1 . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -8- 480692 Α7 Β7 五、發明說明（6 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 〇 〇MH z之頻寬，這對於測試目前之半導體裝置而言 係不足的。在業界中，評量測試器之性能在不久的未來係 必須將頻寬列入考慮的，其中該頻寬可能大約爲1 G Η z 或更高。再者，在業界中係希望該探測卡係能以平行的方 式來處理大量的半導體裝置，尤其係記憶體，諸如3 2個 或更多的裝置，以增加測試的產能。 在習知技術中，諸如圖3所示之探測卡及探測接觸器 係手工製造的，其通常係會造成品質的不良。此類不良品 質係包括尺寸、頻寬、接觸力及阻抗等等的變動。在習知 的探測接觸器中，造成接觸性能不可靠的另一因素係在於 溫度的變化，在此狀態下，該探測接觸器及半導體晶圓係 具有不同的溫度膨脹率。因此，在不同的溫度狀態下，接 觸器與晶圓之接觸位置便會改變，這會不當地影響該接觸 力、接觸阻抗及頻寬。 發明摘要 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此，本發明之一目的係要提供一種接觸結構及一種 使用該接觸結構之界面組件，以與一接觸標的形成電性接 觸，並且其之間形成電性導通，藉此達到高頻寬、高針腳 數以及高接觸性能與高可靠度。 本發明之另一目的係要提供一種接觸結構，以及一種 利用該接觸結構之層疊結構，以在測試具有極高頻寬之半 導體積體電路時可以形成電性連接’藉此以符合下一代半 導體技術之測試需求。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公" 480692 A7 B7 五、發明說明（7 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明又一目的係要提供一種接觸結構及具有該接觸 結構以形成電性連接之界面組件，以做爲半導體裝置測試 之用，其係可以在同一時間以平行方式測試大量的半導體 裝置。 本發明再一目的係要提供一種接觸結構及具有該接觸 結構以形成電性連接之界面組件，以做爲半導體裝置測試 之用，其係可以補償在測試中之半導體晶圓之溫度膨脹係 數。 在本發明中，一用以與接觸標的形成電性接觸之接觸 結構，係經由一半導體製造方法所製成。該接觸結構在測 試半導體晶圓、封裝之L S I或一印刷電路板（測試中之 測試）係特別地有用，其中大量的矽指接觸器係藉由，例 如，石版印刷技術所形成，且係安裝在一矽或陶材基板之 表面上。 本發明之接觸結構係用以與一接觸標的形成電性連接 ，其包含： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 複數個接觸器，每一接觸器係具有一接觸樑，當該接 觸器之頂端壓抵在一接觸標的時，該接觸樑係會產生彈性 力，每一該接觸器係包含； 一矽基部，其係具有至少一傾斜部，用以將接觸器安 裝在一預定方向上； 一絕緣層，其係用以使該接觸樑彼此形成電性絕緣； 以及 由導電材料所構成之導電層，其係形成在絕緣層上， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -10- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480692 A7 一 一 B7 五、發明說明（8 ) 藉此由該絕緣層及導電層形成接觸樑； 一接觸基板’其係用以安裝該複數接觸器，該接觸基 板係具有一平坦表面，其係用以使該矽基部能以一預定方 向之方式黏附於其上； 一黏膠’其係用以將複數接觸器黏附至該接觸基板之 平坦表面；以及 複數軌跡，其係位在該接觸基板上，並且分別連接至 該接觸器而形成信號路徑，以與外部元件形成電性連通。 在本發明之接觸結構中，該黏膠係塗覆於該複數接觸 器之兩側表面上。最好，該黏膠係塗覆於複數接觸器之兩 側表面、由接觸基部之平坦表面所構成之前緣及後緣邊角 以及每一接觸器之矽基部。更佳的是，該黏膠係塗覆於複 數接觸器之兩側表面、由接觸基部之平坦表面所構成之前 緣及後緣邊角、每一接觸器之矽基部以及每一接觸器之底 部表面。 本發明之另一特徵係關於一種接觸組件，其係用以與 一接觸標的形成電性連接，並且在接觸標的與測試設備之 間形成界面。該接觸組件係包含： 一接觸結構，其係具有複數接觸器，該接觸器係經由 黏膠而以一預定方向安裝在一接觸基板上，每一接觸器係 具有一接觸樑，當該接觸器之頂端壓抵在一接觸標的時， 該接觸樑係會產生彈性力，每一該接觸器係包含一具有至 少一傾斜部之矽基部、一用以使該接觸樑彼此形成電性絕 緣之絕緣層、一由導電材料所構成之導電層，其係形成在 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----------------------訂---------線-一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -11 - 480692 A7 B7 五、發明說明（9 ) 絕緣層上，藉此由該絕緣層及導電層形成接觸樑、以及複 數個電極，其係位在接觸基板上且分別連接至該接觸器； 一導電橡膠薄片，其係位在該接觸結構上，且其係由 具有大量金屬線包含於其中之彈性薄片所構成，且該金屬 線之方向係垂直於該彈性薄片之水平表面； 一探測卡，其係定位在導電橡膠薄片上，且在其下表 面係具有下方電極，以經由該導電橡膠而與接觸結構之電 極形成電性導通，且在其上表面係具有上方電極，其係經 由互連軌跡而與該下方電極形成連接；以及 一針塊，其係定位在探測卡上，且在對應於該探測卡 之上方電極的部位係具有複數個彈性接觸針，以在探測卡 及與該測試設備有關於外部元件之間形成電性導通。 依照本發明，該接觸結構係具有相當高的頻寬，而可 以滿足下一代半導體技術之需求。由於接觸結構係藉由在 半導體製造方法中所採用之現代微小化技術所製成，因此 相當多數量之接觸器便可以在相當小的空間中排配成一直 線，其係適合在同一時間中測試相當多數量的半導體裝置 〇 由於藉由使用微製造技術而不需要手動操作之情況下 可以在基板上同時形成有相當多的接觸器，因此在接觸性 能上便可以達到一致性的品質、高可靠性及較長的使用壽 命。再者，由於接觸器係可以由相同於待測裝置之基質材 料所製成，因此便可以補償待測裝置之溫度膨脹係數，這 便可以避免位置誤差。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 丨訂i H ϋ n a^i ϋ an I I ·— —--------------------- -12- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480692 A7 严丨丨…—, 丨丨丨 -^ B7 五、發明說明（r〇) 圖式之簡單說Bg__ 圖1係一槪要視圖，其中顯示在一基板固持件與一具 有測試頭之半導體測試系統之間的結構關係。 •圖2係一槪要示意圖，其中顯示用以將半導體測試系 統之測試頭連接至基板固持件之細部結構。 圖3係一探測卡之底視圖，其中該探測卡係具有環氧 樹脂環圈’以安裝複數個做爲探測接觸器之懸臂樑。 圖4 A — 4 E係電路圖，其中顯示圖3之探測卡之等 效電路。 圖5係一截面視圖，其中顯示一安裝本發明之樑狀（ 矽指）接觸器之探測卡的接觸結構及一具有接觸標的之半 導體晶圓，其中本發明之接觸器係藉由半導體製造方法所 製成。 圖6係一槪要示意圖，其中顯示圖5之接觸結構之底 視圖，其中該接觸結構係具有本發明之樑狀接觸器。 圖7係一槪要示意圖，其中顯示本發明之接觸結構之 另一實例，其中該接觸結構係具有排列在四個方向上之接 觸器。 圖8 A係顯示本發明接觸結構之截面視圖，其中顯示 施加黏膠以將樑狀接觸器安裝於其上之一實例，而圖8 B 則係該圖8 A之接觸結構的底視圖 圖9係一截面視圖，其中顯示利用本發明之接觸結構 之整體層疊結構之實例，其中該接觸結構係用以做爲測試 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -13- -ϋ ϋ ϋ n ϋ I an n ϋ I n in 一 β ·ϋ 1 n ϋ an ϋ I 線··-------------------- -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 480692 A7 _ B7 五、發明說明（11) 中之半導體裝置及圖2之測試頭之間的界面。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) v圖1 〇A係一平面視圖，其中顯示一使用在圖9之層 疊結構之導電橡膠之實例，而圖1 Ο B係圖1 0A之導電 橡膠之截面視圖。 v圖1 1 A — 1 1 D係截面視圖，其中顯示用以製造樑 狀（矽指）接觸器以構成本發明之接觸結構之方法。 1要元件對照表· 10 接觸結構 2 0 接觸基板 2 2 電極 2 3 渠孔 2 4 互連軌跡 2 8 焊球 3 0 接觸器 3 1 球狀接點 5 10 馬胃 3 3 黏膠 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 5 導電層 4 0 基部 4 3 特定部位 4 8 摻硼層 5 4 二氧化矽層 5 6 蝕刻窗口 ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480692 A7 B7 五、發明說明（12) 6 2 1 傾斜部分 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 2 2 傾斜部分 1 0 0 測試頭 1 2 0 性能板 1 2 1 接觸端子 1 2 4 電纜 1 3 0 蛙狀環圈 1 4 0 界面組件 1 4 1 針腳 1 5 0 印刷電路板 1 6 〇 連接器 1 7 0 探測卡 1 8 0 夾盤 1 9 0 接觸器 1 9 3 電容器 1 9 4 電線 1 9 5 電容器 1 9 6 電線 1 9 7 電極 2 4 0 電纜 2 5 0 導電橡膠 2 5 2 金屬絲 2 6 0 路由板 2 6 2 電極 -n -ϋ ϋ ϋ ϋ ϋ ϋ n ϋ n ϋ I ϋ ·ϋ ϋ 1 ϋ ϋ J 一S 口，I I 1· ·ϋ .^1 I n i^i I I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -15- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480692 A7 _ __ B7 五、發明說明（l3) 263 互連軌跡 2 6 5 電極 300 半導體晶圓 3 2 0 接觸墊 4 0 0 基板固持件 5 0 0 操控器 較佳實施例之詳細說明 本發明之接觸結構現將參照圖5 - 1 1來加以說明。 圖5係顯示一接觸結構1 0之實例，其係具有樑狀（矽指 )接觸器3 0，其中該矽指接觸器3 0係依照本發明經由 半導體製造方法所製成。該接觸結構1 0基本上係由一接 觸基板2 0及矽指接觸器3 0所構成。該接觸結構1 〇係 定位在一待測試之半導體晶圓1 0 0之接觸標的（諸如接 觸墊3 2 0 )上方，而使得當接觸結構與晶圓壓抵在一起 時，該矽指接觸器3 0係與半導體晶圓1 0 0形成電性連 接。雖然在圖5中僅顯示兩個接觸器3 0，然而在諸如半 導體晶圓測試之實際應用上，數量相當多的接觸件3 0係 成直線地配置在該接觸基板2 0上。 此一大量的接觸器係藉由相同於半導體製造方法之方 式所製成，諸如在一矽基板上之石版印刷方法，並且係裝 設在接觸基板2 0上，此將在下文中說明。在接觸墊 3 2 0之間的間距係可以小至5 0微米或以下’其中在接 觸基板2 0上之接觸器3 0係可以相同之間距而對齊成一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -16- Γ 良 μμ mm I I · mmmt 1_1 —ϋ 1* ϋ n ϋ·」 ， mm— emmmm «ϋ «I aBli ϋ I 1 \ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480692 Α7 Β7 五、發明說明（14) 直線，因爲其亦係透過與該半導體晶圓3 0 0相同之半導 體製造方法所製成。 該矽指接觸器3 0係可以直接裝設在接觸基板2 0上 ，如圖5及6所示，以構成一可以做爲如圖2所示之探測 卡1 7 0之接觸結構，或者係模製成一封裝體，諸如一具 有引線之傳統的I C封裝體，使得該封裝體係可以安裝在 一探測卡上，或者係與其他的基板相互連接。由於矽指接 觸器30係可以製造成具有極小的尺寸，一安裝有本發明 之接觸器之探測卡或接觸結構之可操作的頻率範圍，便可 以輕易地增加至2 G Η z或更高。由於小尺寸，在一探測 卡上之接觸器數量便可以增加至，例如，2000個或更 多’而使其可以在同一時間平行地測試多達3 2個或更多 的記憶體裝置。 再者’由於本發明之接觸結構係由安裝在接觸基板 2 0 (通常係一矽基板）上之接觸器3 〇所構成，因此環 境的改變，諸如矽基板之溫度膨脹比例，係會與測試狀態 下之半導體晶圓3 0 0的環境改變相同。因此，在整個測 試過程中’其便可以維持該接觸器3 〇與接觸墊3 2 0之 間具有精確的定位。 在隱5中，每一接觸器3 0係具有一指（樑）狀之導 電層3 5。該接觸器3 0亦具有一基部4 0，其係連接至 接觸基板2 0。一互連軌跡2 4係連接至接觸基板2 0底 部之導電層3 5。在互連軌跡2 4與導電層3 5之間的互 連係經由，例如，焊球2 8所形成。該接觸基板2 0係進 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -n I— ·ϋ ϋ -ϋ -ϋ ϋ ϋ ϋ -ΙΒ1 1 · n I ΙΒ1 ^1 ϋ 1 n 一 δτ ϋ 11 H 1 ^1 ϋ —Hi I 線ι·---------------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -17- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480692 A7 B7 五、發明說明（⑸ 一步包括一渠孔2 3以及一電極2 2。該電極2 2係用以 將接觸基板2 0經由一導線或一導電性橡膠而連接至一外 部結構，諸如一彈簧高驕式針塊或一1 c封裝體。 藉此，當半導體晶圓3 0 0向上移動時，該矽指接觸 器3 0以及位在晶圓3 0 0上之接觸墊3 2 0便可以彼此 形成電氣及機械連接。因此，一由接觸墊3 2 0至接觸基 板2 0之電極2 2的信號路徑便可以形成。該互連軌跡 2 4、渠孔2 3以及電極2 2亦可用以將接觸器3 0之小 間距展開成較大的間距’以配合諸如彈簧高蹯式針塊或 I C封裝體之外部結構。 由於該矽指接觸器3 0之樑體形狀所具有之彈力，因 此當半導體晶圓3 0 0壓抵該接觸基板2 0時，該導電層 3 5之末端便會產生足夠的接觸力。導電層3 5之末端最 好係具有尖銳的形狀，使得當壓抵該接觸墊3 2 0時可以 刺穿金屬氧化層，藉此達到刮擦的功效。 舉例來說，若在半導體晶圓3 0 0之接觸墊3 2 0表 面上具有氧化鋁，則便有需要刮擦功效，以形成具有較小 接觸阻抗之電氣連接。由接觸器3 0之樑狀外形所形成之 彈性力，係可提供與接觸標的3 2 0接觸時可具有適當的 接觸力。由矽指接觸器3 0之彈力所產生之彈性亦可用以 補償與接觸基板2 0、接觸墊3 2 0以及半導體晶圓 3 0 0與接觸器3 0之間關於尺寸或平整度（平面度）之 差異。 構成導電層3 5之材料的實例係包括鎳、鋁、銅、鍍 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I ϋ n ϋ «^1 ϋ a— tmmm ϋ I 1 1 I an ·1 一· ΛΜ9 ϋ ϋ ·ϋ I ϋ I 線----------------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -18- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480692 A7 ___ B7 五、發明說明（16) 鈀鎳、铑、鎳金、銥或其他數種可鍍覆材料。針對半導體 測試應用而言，在該接觸墊3 2 0之間具有5 0微米或以 上之間距的情況下，該矽指接觸器3 0之尺寸係可以具有 100 — 500微米之總高度、1〇〇 - 600微米之水 平長度，以及大約3 0 - 5 0微米之寬度。 圖6係圖5之接觸基板2 0之底視圖，其中該接觸基 板2 0係具有複數矽指接觸器3 0。在一實際的系統中’ 相當多數量的接觸器，諸如數百個或數千個，係以圖6所 所示之方式對齊成一直線。該互連軌跡2 4係將接觸器 3 0之間距擴張成該渠孔2 3及電極2 2之間距’如圖6 所示。在接觸基板2 0與接觸器3 0之基部4 0之間的接 觸點（接觸器3 0之內部表面區域）上係提供有黏膠3 3 。在成對的接觸器3 0 (在圖6中之頂部及底部的接觸器 3 0 )的側邊表面上亦提供有黏膠3 3。黏膠3 3之一實 例係包括熱固性黏膠，諸如環氧樹脂、聚硫亞氨及矽膠’ 以及熱塑性黏膠，諸如壓克力、尼龍、苯及烯類，以及 U V硬化黏膠。 圖7係一底視圖，其中顯示本發明之接觸結構的另一 實例，其中該接觸器3 0係沿著四個方向而對齊成一直線 。相同於圖5及圖6之實例，每一接觸器3 0係具有一導 電層3 5以及一連接至接觸基板2 0之基部4 0。一互連 軌跡2 4係連接至接觸基板2 0底部之導電層3 5。在互 連軌跡2 4與導電層3 5之間的互連係經由，例如，焊球 2 8所形成。該接觸基板2 0係進一步包括一渠孔2 3以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I---II - I--I ^ ·11111111 I - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -19- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480692 A7 B7 五、發明說明（⑺ 及一電極2 2。該電極2 2係用以將接觸基板2 0經由一 導線或一導電性橡膠而連接至一外部結構’諸如一彈簧高 躊式針塊或一IC封裝體。 由於矽指接觸器3 0係可以製造成具有極小的尺寸， 一安裝有本發明之接觸器之探測卡或接觸結構之可操作的 頻率範圍，便可以輕易地增加至2 G Η z或更高。由於小 尺寸，在一探測卡上之接觸器數量便可以增加至，例如， 2 0 0 0個或更多，而使其可以在同一時間平行地測試多 達3 2個或更多的記憶體I C s。 圖8及8 Β係顯示本發明接觸結構之另一實例。圖 8 a係接觸結構之一截面視圖，而圖8 Β則係該圖8 Α之 接觸結構的底視圖。相同於圖5及圖6之實例’矽指接觸 器3 0係安裝在一接觸基板。在一實際應用中，數量相當 多之接觸器，諸如數百個至數千個，係以圖6、7或8 B 所示之方式對齊成一直線。該互連軌跡2 4係將接觸器 3 0之間距擴展成該渠孔2 3及電極2 2之間距’如圖6 所示。 在接觸基板2 0與接觸器3 0之基部4 0之間的前後 接觸點（接觸器3 0之內部及外部表面區域）上係提供有 黏膠3 3。在成對的接觸器30 (在圖8B中之頂部及底 部成對的接觸器3 0 )的側邊表面上亦提供有黏膠3 3。 在接觸器3 0之底部，亦即，在基部4 0與接觸基板2 0 之平坦表面之間，亦進一步提供有黏膠。如上所述’黏膠 之一實例係包括加熱硬化型黏膠以及U V硬化型黏膠。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-20- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480692 A7 _ B7 五、發明說明（18) P 9係一截面視圖，其中顯示使用本發明之接觸結構 而構成一界面組件之整體層疊結構的一個實例。該界面組 件係可用以做爲該測試中之半導體裝置與圖2之測試頭之 間的界面。在此一實例中，該界面組件係包括一導電橡膠 2 5 0、一路由板（探測卡）2 6 0以及彈簧高躊式針塊 130，其係彼此機械式地且電性地連接在一起。藉此， 由接觸器3 0之頂端至測試頭1 0 0便經由電纜2 4及性 能板1 2 0而形成電氣路徑。因此，當半導體晶圓3 0 0 以及界面組件彼此壓靠在一起時，在測試中之裝置（晶圓 3 0 0上之接觸墊3 2 0 )與半導體測試系統之間便可以 形成電性導通。 該彈簧高躊式針塊（蛙狀環圈）1 3 0係相同於圖2 所示者，其係具有數量很多的彈簧高蹢式針體，以做爲探 測卡2 6 0與性能板1 2 0之間的界面。在彈簧高驕式針 體之上方端部，係連接有諸如同軸電纜之電纜2 4 0，以 將信號經由性能板1 2 0而傳輸至圖2所示之測試頭 1 0 0中之印刷電路板（針狀電子卡）1 5 0。該探測卡 2 6 0在其上表面及下表面係分別具有相當多的接觸墊或 電極262及265。該電極262及265係經由互連 軌跡2 6 3而連接在一起，以將接觸結構之間距擴展，藉 此符合在彈簧高驕式針塊1 3 0中之彈簧高躊式針體之間 距。 該導電橡膠2 5 0係位在接觸結構1 〇與探測卡 2 6 0之間。該導電橡膠2 5 0係藉由補償在接觸結構之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -21 - ϋ ϋ n n n 1 ·>ϋ I me— I ϋ_ι i^i ϋ t§ 1§ ϋ 1 n tm§ in 1_1 i I n . <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480692 A7 _ B7 五、發明說明（19) 電極2 2與探測卡之電極2 6 2之極性或其之間的垂直間 隙’而確保在兩電極之間可以形成電氣導通。該導電橡膠 2 5 〇係一種彈性薄片，其在垂直方向上係具有數量相當 多的導電電線，此將在下文中說明。 圖9之接觸結構1 〇係在電極2 2上以及在接觸器 3 0之導電層3 5的頂部提供有球狀接點3 1。此球狀接. 點3 1係可視相關元件之表面結構以及尺寸來加以採用。 詳言之，當位在接觸器頂端時，此類球狀接點3 1對於形 成較尖之接觸點而言係相當具有功效的。當壓抵在接觸墊 3 2 0之表面上時，此一較尖的接觸點係可以產生刮擦的 功效。當該電極2 2之厚度不足以與該導電橡膠2 5 0形 成完全接觸時，在電極2 2上提供球狀接點3 1係相當有 用的。因此，若該電極2 2具有足夠厚度時，可不需要採 用該球狀接點3 1便能與該導電橡膠2 5 0形成完全接觸 〇 球狀接點3 1係一種堅硬的接觸球，其係具有，例如 ’ 4 0微米之直徑，且由玻璃外覆鎢或硬金屬所構成。該 球狀接點3 1之另一實例係一種球狀接點，其係由諸如鎳 、鈹、銘、銅、鎳一鈷一鐵合金、或者鐵一鎳合金所製成 。此外’該球狀接點3 1亦可以由基本金屬所構成，諸如 鎳、錦、銅或其他上述之合金，然後再鍍覆諸如金、銀、 鎳鈀合金、铑、鎳金或銥之非氧化金屬。球狀接點3 1係 藉由焊接 '銅焊、熔接或塗覆導電性黏膠而連接至電極 2 2 °球狀接點3 1之形狀可以係半球體形狀，使得其非 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -B^i n ϋ ϋ n 1 ·ϋ n n B^i mmM9 I · i^i emmmm i^i n an in V ml I— 1_* ·ϋ ϋ· 11 I 線！ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -22- 480692 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（20) 球狀部分係可以連接至電極2 2。 肩II 0 A係一平面圖，其中顯示使用在圖9所示之層 疊結構之導電橡膠2 5 0之一實例，而圖1 〇 B係圖 10 A之導電橡膠之截面視圖。在此一實例中，該導電橡 膠2 5 0係由矽橡膠片以及複數條金屬絲2 5 2所構成。 該金屬絲2 5 2 (電線）係呈圖9之垂直方向，亦即，垂 直於該導電橡膠2 5 0之水平薄片之方向。舉例來說，在 金屬絲2 5 2之間的間距係可以爲0 · 0 5毫米，且該矽 橡膠薄片係具有〇.2毫米之厚度。此一導電橡膠係可以 在市面上購得，其係由日本S h i η — E s t u聚合公司 所生產。 "Ml ΙΑ— 1 1D係槪要截面視圖，其中顯示用以製 造本發明之接觸器3 0之方法。針對製造方法以及變化之 製造方法的詳細說明，可參照本案申請人所申請之美國專 利申請第〇 9/2 2 2 1 7 6號中之說明。在此一方法中 ，如圖1 1 D所示之接觸器，其在基部上係具有兩個傾斜 (呈角度狀）部分6 2!及6 22。該傾斜部6 2 2係可藉 由如圖5及8 A所示之方式而將接觸器安裝在接觸基板 2 0之平坦表面上。 在"圖1 1 A中，一摻硼層4 8係形成在基部4 0上， 其中形成有一未摻有硼之特定部位43 (蝕除）。一介電 層5 2，諸如二氧化矽（S i 0 2 )’係形成在摻硼層 4 8上，以形成一絕緣層。一二氧化矽層5 4亦位在該基 部4 0之底部，用以做爲一蝕刻光罩層。一蝕刻窗口 5 6 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·· 訂---------線丨·---------------------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -23- 480692 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（21) 係藉由石版印刷方法（未顯示）而形成在基部4 0之兩側 ，用以使一非等向性蝕刻劑可以穿過該窗口。 該非等向性蝕刻係在矽基板4 0上來進行，其係會沿 著該矽基板40之晶面（1 1 1 )而形成角度部分6 2!及 622，如圖11B所示。該角度係相.對於矽基板4 0之底 部表面而呈5 4 · 7 °。或者，該傾斜部6 2 2係可以藉由 切割該矽基板4 0而形成，而非利用上述之蝕刻方法來形 成。由於特定部位4 3未摻雜硼，矽基板在該部位便會被 腐鈾掉，而在矽基板4 0之兩側表面上留下指狀（梳狀） 結構（矽指接觸器）。在圖1 1 C中，其係進行另一個石 版印刷方法，以構成一光阻層（圖上未顯示），使得導電 層3 5可以經由一鍍覆方法而形成。如此形成之矽指接觸 器3 0便可加以切割成具有適當的形狀，諸如在圖1 1 D 中所示。 依照本發明，該接觸結構係具有相當高的頻寬，而可 以滿足下一代半導體技術之需求。由於接觸結構係藉由在 半導體製造方法中所採用之現代微小化技術所製成，因此 相當多數量之接觸器便可以在相當小的空間中排配成一直 線，其係適合在同一時間中測試相當多數量的半導體裝置 。本發明之接觸結構亦可以有更普遍的應用，包括I c導 線架、I C封裝及其他電子連接應用。 由於藉由使用微製造技術而不需要手動操作之情況下 可以在基板上同時形成有相當多的接觸器，因此在接觸性 能上便可以達到一致性的品質、高可靠性及較長的使用壽 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 鬱 訂---------線—. -24- 480692 A7 B7 五、發明說明（22) 命。再者，由於接觸器係可以由相同於待測裝置之基質材 料所製成，因此便可以補償待測裝置之溫度膨脹係數，這 便可以避免位置誤差。 雖然在本說明中僅針對一較佳實施例來詳加說明，然 而可以瞭解的是，在不脫離本發明之精神及範圍的情況下 ，在閱讀完上述之教示以及在後附申請專利範圍內，本發 明仍可以具有許多不同的修飾及變化。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 480692 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 νί · —種用以與一接觸標的形成電性連接之接觸結構 ，其包含： 複數個接觸器，每一接觸器係具有一接觸樑，當該接 觸器之頂端壓抵在一接觸標的時，該接觸樑係會產生彈性 力，每一該接觸器係包含； 一矽基部，其係具有至少一傾斜部，用以將接觸器安 裝在一預定方向上； 一絕緣層，其係用以使該接觸樑彼此形成電性絕緣； 以及 由導電材料所構成之導電層，其係形成在絕緣層上， 藉此由該絕緣層及導電層形成接觸樑； 一接觸基板，其係用以安裝該複數接觸器，該接觸基 板係具有一平坦表面，其係用以使該矽基部能以一預定方 向之方式黏附於其上； 一黏膠，其係用以將複數接觸器黏附至該接觸基板之 平坦表面；以及 複數軌跡，其係位在該接觸基板上，並且分別連接至 該接觸器而形成信號路徑，以與外部元件形成電性連通。 2 ·如申請專利範圍第1項之接觸結構，其中該黏膠 係一種溫度硬化型黏膠或U V (紫外線）硬化型黏膠，且 該黏膠係塗覆於該複數接觸器之兩側表面上。 3 ·如申請專利範圍第1項之接觸結構，其中該黏膠 係塗覆於複數接觸器之兩側表面、由接觸基部之平坦表面 所構成之前緣及後緣邊角以及每一接觸器之矽基部。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -26- 0 n n n ϋ ϋ ·1 n ί i.— «ϋ ϋ n I ϋ n I n n 1· n I 1 · ϋ ϋ ϋ 1 I I _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 480692 ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 4 ·如申請專利範圍第1項之接觸結構，其中該黏膠 係塗覆於複數接觸器之兩側表面、由接觸基部之平坦表面 所構成之前緣及後緣邊角、每一接觸器之矽基部以及每一 接觸器之底部表面。 5 ·如申請專利範圍第1項之接觸結構，其進一步包 含： 複數渠孔，其係位在接觸基板，且連接至該複數軌跡 ，以在該接觸基板之上表面及下.表面之間形成電性連接； 以及 複數電極，其係連接至該複數渠孔，以與外部元件形 成電性連接。 6 ·如申請專利範圍第1項之接觸結構，其中該接觸 基板係一矽基板。 7 ·如申請專利範圍第1項之接觸結構，其進一步包 含一摻硼層，其係位在該砂基部及絕緣層之間。 8 ·如申請專利範圍第1項之接觸結構，其中該導電 層係由導電金屬並經由鍍覆加工而形成。 9 ·如申請專利範圍第1項之接觸結構，其中該絕緣 層係由二氧化矽所製成。 1 0 · —種接觸組件，其係用以與一接觸標的形成電 性連接，並且在接觸標的與測試設備之間形成界面，其包 含： 一接觸結構，其係具有複數接觸器，該接觸器係經由 黏膠而以一預定方向安裝在一接觸基板上，每一接觸器係 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -27- — — — — — — — — — — — — I — 壽 I I I I I I I — — — — — — — — — I ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 480692 A8B8C8D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 具有一接觸樑，當該接觸器之頂端壓抵在一接觸標的時， 該接觸樑係會產生彈性力，每一該接觸器係包含一具有至 少一傾斜部之矽基部、一用以使該接觸樑彼此形成電性絕 緣之絕緣層、一由導電材料所構成之導電層，其係形成在 絕緣層上，藉此由該絕緣層及導電層形成接觸樑、以及複 數個電極，其係位在接觸基板上且分別連接至該接觸器； 一導電橡膠薄片，其係位在該接觸結構上，且其係由 具有大量金屬線包含於其中之彈性薄片所構成，且該金屬 線之方向係垂直於該彈性薄片之水平表面； 一探測卡，其係定位在導電橡膠薄片上，且在其下表 面係具有下方電極，以經由該導電橡膠而與接觸結構之電 極形成電性導通，且在其上表面係具有上方電極，其係經 由互連軌跡而與該下方電極形成連接；以及 一針塊，其係定位在探測卡上，且在對應於該探測卡 之上方電極的部位係具有複數個彈性接觸針，以在探測卡 及與該測試設備有關於外部元件之間形成電性導通。 1 1 ·如申請專利範圍第1 〇項之接觸組件，其中該 接觸樑係在其橫向方向上具有彈性力，使用當該接觸樑之 頂端壓抵在一接觸標的時，其係可以具有一接觸力。 1 2 ·如申請專利範圍第1 0項之接觸組件，其中該 接觸結構係進一步包含球狀接觸件，其係安裝在電極上， 以與該導電橡膠薄片相接觸。 1 3 ·如申請專利範圍第1 0項之接觸組件，其進一 步包含一摻硼層，其係位在該矽基部及絕緣層之間。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -28- ----------------------訂---------線— j (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 480692 ABCD 六、申請專利範圍 1 4 ·如申請專利範圍第1 0項之接觸組件，其中該 導電層係由導電金屬並經由鍍覆加工而形成。 1 5 .如申請專利範圍第1 0項之接觸組件，其中該 絕緣層係由二氧化矽所製成。 1 6 ·如申請專利範圍第1 0項之接觸組件，其中該 黏膠係一種溫度硬化型黏膠或U V (紫外線）硬化型黏膠 ，且該黏膠係塗覆於該複數接觸器之兩側表面上。 1 7 ·如申請專利範圍第1 0項之接觸組件，其中該 黏膠係塗覆於複數接觸器之兩側表面、由接觸基部之平坦 表面所構成之前緣及後緣邊角以及每一接觸器之矽基部。 1 8 ·如申請專利範圍第1 0項之接觸組件，其中該 黏膠係塗覆於複數接觸器之兩側表面、由接觸基部之平坦 表面所構成之前緣及後緣邊角、每一接觸器之矽基部以及 每一接觸器之底部表面。 ---------------------—11—^ I - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱）