TWI243245B - Probe sheet and probe sheet unit using same - Google Patents

Description

1243245 玖、發明說明： 【明戶斤屬冷貝】 發明領域 本發明係有關一種使用於測量一測量標的物之 電子特性的探針片，以及使用該探針片的探針片單 C Tttr Ji 發明背景 已可取得一種探針卡，其具有一以鐵氟龍（註冊 1〇商標名稱）為主之絕緣薄片所製得之片狀元件以及 置於该片狀元件之一表面上的突伸探針（參見專利 文獻1 )。 專利文獻1為JP-8-122364。 t發明内容2 15 [本發明欲解決的問題] 近年來，測量標的物在其積體電路之複雜性上 小），同時伴隨著電

被提高（電極之間的間距已被縮小），同時 極要被最小化，而引起在一基板上提供一 距探針之需要性。隨著測量標的物在積體 1243245 而仏成热法正確地進行測量問題。 測里彳示的物在其積體電路在複雜性上之提高， 促使彳木針小型化，且電極之間的間距變小，進而顯 不出探針在高度上的分散性（縱或其相當低）。該分 5散性會因探針片置於探針儀上發生之探針片傾斜與 幫^曲而 并》ter ^又積。在此情況亦同，該探針的部分 係無法與對應電極相接觸，進而造成無法正確地進 行測1問題。 右測里係在—廣範圍之溫度（例如，在1 5〇。(：至-1〇 40 C)下進仃’測量標的物與片狀元件彼此各自因溫 度變化而膨脹或收縮，進而同上所述會傾斜或彎 曲，此會造成電極在高度上的分散以及受損探針高 度上的分散，同時亦會造成測量標的物之電極與探 針間的位置位移。因而發生有上述問題。 15 本發明係基於前述情況所完成者，本發明之目 的之一就是在提供-種探針片，其能夠獨立於測量 標的物之電極高度的分散性而達成正確的測量；以 及—種使用該探針片的探針片單元。 [解決問題的方法] 2〇 為了要解決前述問題，本發明的探針片包含有 —種具有可撓性的片狀元件’以及多個設置於該片 狀7C件之—表面上而用來測量的探針，其中該探針 具有一可向上或向下彈性變形之形狀。 、 線路圖案係、形成於該片狀元件之内側或—表面 1243245 上而經由該線路圖案而電連接到探針之外來電極 係設置於該片狀元件之—表面。 5 10 15 電路元件係設置於該片狀元件之内側或一表面 上，且該電路元件係電連接至該線路圖案。 若該探針是彎曲且其一端係受到支持，-呈有 比該探針為高彈性$ % _ μ， 弹r之強化兀件係可以沿著長向與該 木、體形成於一與對於該片狀元件相對之表面 若該探針係彎曲且在該探針表面與片狀元件之 旦:有預定空隙時（該探針針表面係位在與該測 =的物電極相接觸之探針頂部的另—側），而一具 比该探針為高彈性之強化元件係插入該空隙中。 —該片狀元件較佳是由_具有在25至1〇5卯心 靶圍内之線性膨脹係數的材料所製得。 本發明的探針片i +总& , 哭 係為一半導體晶圓測量儀 :°部分’且包含有-被設置於該儀器上之探 的基板，該探針片被置於該基板的下表面， 凡件係插置於基板與探針片間。 [本發明功效] 〜若採用本發明中請專利範圍第1項之探針時， Γ木針與片狀元件係可彼此獨立或-起彈性變形， :::適用於測量標的物之電極高度具有分散性以 刀散探針的高度具有分散者。因此，傳統上 所發生之部分探針與對應電 … 極未接觸的例子是沒有 B备生的’因而可以有正確的測量。 20 1243245 若採用本發明申請專利範圍第2項之探針時， 、泉路圖案係形成於該片狀元件的内側以及或表面 上，且經由該線路圖案而電連接到探針之外來電極 係設置於該片狀元件之一表面，藉此可使測量儀器 可輕易的電連接。 … 若採用本發明申請專利範圍第3項之探針時， 以探針進行電測量上所需之電路元件係被置於一接 近該探針的位置，因而可以在測量的精密度上具 相當的改良。 、 10 15 若採用本發明申請專利範圍第4項之探針時， 具有比該探針為高彈性之強化元件係可以沿著長 向與該探針-體形成，藉此可以強化該探針的強度。 _若採用本發明申請專利範圍第5項之探針時^ 具有比該探針為高彈性之強化元件係置於一位在 該探針表面與片狀元件之間的空隙時(該探針表面 :位在與該測量標的物電極相接觸之探針頂部的另 一側），藉此可以強化該探針的強度。 ^若採用本發明申請專利範圍第6項之探針時， 。亥片狀70件是由一具有在以至1〇 5啊/。〇範圍内之 :性膨脹係數的材料所製得。即，該片狀元件是由 二!：與該測量標的物相同之線性膨服係數的材 =件；因此，在測量的環境下，該片狀元件在 -度受化時係以相同於該測量標的物的方輪。 因此，形成於該片狀元件上的探針係可隨著該測量 20 1243245 標的物之變形所伴隨著對應之電極而有位置位移 ”若採用本發明申請專利範圍第7項之探針日^ 弹性凡件會推動該已變形的片狀元件，俾使之回至 原來狀態，同時吸收該片狀元件的彈性變形， 可以更具有可撓性之方式適用於的電極高度分散,, 以及/或的探針高度分散性者。 C實方式】 [實施本發明之最佳態樣] 10 15

第1圖係為與本發明一實施例相關之探針片單 元剖面示意圖；第2圖係顯示一探針片剖面示音 圖，該探針片具有一由單一薄片單元所製得之片i 兀件；第3圖係顯示一探針片剖面示意圖，該探針 片具有一由多個薄片單元層疊所製得之片狀元件； =4圖係、揭示使用於該單元中之其它探針模型圖；’ 第5圖係揭示使用於探針之強化元件模型圖；第6

圖係拉示探針單元係與測量標的物相接觸狀態下之 示意圖。 “ -種顯示於第1圖中之探針片單元八係為一用 來測量標的物B之測量儀器（未顯示）的感知部分， 2〇其包含有：―基板1⑽，其被置於該儀器上之探針儀 二上；以及一探針片200,其置於該基板1〇〇的下表面。 该儀器的組成係詳細說明如下：

〜---、门狀7L 以及多個供測量用之探針220,其設置於該片狀 10 1243245 210的表面。該片狀元件210具有可撓性，且是由一 其線性膨脹係數是在2.5至10.5 ppmrc之範圍内的 材料所製得。該等材料的例子包含有切酮製得之 單-絕緣片、由塑膠製得之單一絕緣 '藉由層疊多 5個由塑膠製得之絕緣片而形成之片材以及其等類似 物。 亦即，藉由使用一種與測量標的物B相同或相類 似的線性膨脹係數的材料，該片狀元件21〇可用相似 於4測里；^的物B之膨脹或縮小的方式來膨脹或縮 1〇小。使用如此的物質，在該片狀元件210上所形成的 棟針220可因應測量標的物3之膨脹或縮小所伴隨著 對應電極位移而為位置上位移。 該片狀元件210具有在2.5至1〇5 ppmrc之範圍 内的線性膨脹係數之原由係如下所述者··首先，由 15於大多數的測量標的物B之大小係在1(^1〇111111至30〇 x3 00mm範圍内，若該測量標的物b的材料是矽酮， 則該線性膨脹係數係為2·5 ppm/t：，且在測量標的物 B與片狀材料二者間的相對位置位移在一般溫度 (25°C)至150°C範圍之條件的測量環境溫度係下，是 20被限制在i〇um或更低。若在該測量標的物β係為 10x10mm的情況下與若在該測量標的物β係為 300x300mm的情況下，該片狀元件21〇之線性膨脹係 數係如下述方式獲得： 在該測量標的物B係為10xi〇mm的情況下， 1243245 [程式1] 10mm x X x (150°C -25°C) = 10 um X = 8 ppm/°C ' 若在該測量標的物B係為300x3〇〇mm的情况 : 5 下， ·- [程式2] 300mm x X x (150°C -25°C) = 10 um X = 0.27 ppm/°C · 考量到測量標的物B亦會同時隨著該會依熱膨 10脹之片狀元件210而受到熱膨脹之乙節，測量標的物 B之線性膨脹系數2.5ppm/t：係被分別加入至線性 膨脹系數8 ppm/ °C (若在該測量標的物b係為 10x10mm的情況下）與線性膨脹系數〇 27 ppm/°c (若 在该測ϊ標的物B係為300x30Omm的情況下）中。而 15後’前者採用10·5 PPm/°C，而後者採用。C2.77 ppm/ C °亦即，藉由使用線性膨脹系數在2.77至10·5 φ ppm/ C之材料作為片狀元件21 〇之材料，該片狀元件 係適用幾乎所有測量標的物之膨脹系統，又，同時 考到使用相同於測量標的物B之石夕作為片狀元件 - 20 2 10之材料，該片狀元件2 10之線性膨脹系數是設在 - 2·5 至 1 〇.5ppm/°c。 若該片狀元件如第1與2圖所示係由一片材所 ’ 製得者’該線路圖案211係被設置該片材的一表面， 且一外來源電極212係設置於其另一表面的邊緣。外 12 1243245 來的屯極2 1 2與探針220係經由線路圖案2丨丨彼此電 連接。 弘連接到該線路圖案2 11之電路元件2丨3係設置 · 於片狀兀件210之表面。一電路元件213係為該探針 · 5進行導電測量所必要之元件，且在此情況下包含有 ^作為所謂之傳遞電容器的電容器以及作為協助測 試之B〇ST(外建自我測試，built out self test)電路的 電路7G件（即，測量標的物B之電特性的測量）。該 馨 電容器在改進高頻特性上負有一定角色。作為b〇st 1〇電路之電路元件對依據測量標的物β之測量内容而 變化上具有一定角色。 在另一方面，若一片狀元件210係如第1與3圖 所不者利用層豐多層片材而形成時，則該多層線圖 木貝]疋在各個片材上形成，且一外來電極2丨2係設置 15在該片狀元件另一表面的邊緣。在各個片材上之該 線路圖案及其下方的片材係彼此電連接。外來電才虽 # 212與探針220係經由線路圖案211而彼此電連接。上 所揭示之電路元件係設在該片狀元件21〇之各個片 材上。 2〇 探針220形成於片狀元件210之一表面且以下方 · 步“與5亥表面一體形成：一光阻物質係被塗覆於該 片狀兀件2 10之表面，以在該光阻物質上形成圖案， ’ 並對该表面鍍敷以與該圖案相符，而後重覆此一步 驟。要注意的是，該探針22〇之間距是與該測量標的 13 1243245 物B之電極1 〇相距相同，俾使得該探針可與該測量 標的物Β之電極1〇相接觸，在此情況下，該間距係 被设疋成25 um。 10 20 各個探針220具有在至少一方向上（向上或向下） 旎夠變形之形狀，俾以吸收該可接觸測量標的物B 在電極高度上的分散。該探針220之例子包含有，如 第2與3圖所示者，形成於片狀元件210之一表面上 者，其係呈半圓形，且其一端係為該片狀元件21〇 所支持；如第4(a)圖所示，一呈半圓形者，其二端 係連接到該片狀元件210 ;如第4(b)圖所示，其一端 係為該片狀元件210所支持，且在片狀元件之長方向 上具有多個幫曲部分；如第4(c)圖所示，一呈圓形 者/、知係連接到该片狀元件2 1 〇 ;如第4(d)圖所 示，其一端係為該片狀元件21〇所支持，且具有多個 彎曲部分；如第4⑷圖所示，其—端係為該片狀元 件210所支持’且在片狀元件之長方向上具有-個彎 曲。P刀，如第4(f)圖所不’其係呈螺旋形彈簧；以及 其它。與測量標的物Β之電極1〇相接觸之接觸端子 ⑶可設在該探針220位在近乎中央之頂部。為了方 便解釋’有關探針220其說明是則以半圓形且其一端 係如第2與3圖所示者所支持，來作解釋。 採針2 2 0具有一形狀，兮 狀4形狀包含有一第一呈四 为之一圓弧部分221，並_姓在炎 、 /、柒係為片狀元件210所支 持，以及一第二呈四分> 刀之—圓弧部分222，其係連接 14 1243245 到該第一呈四分之一圓弧部分221之另一端，且係稍 短於該第一呈四分之一圓弧部分221。在探針220的 接近中央之頂部分設置有一呈突伸之接觸端子223。 該探針220亦可呈一結構，其係如第5(a)圖所示 5之斜平行線部分，一具有比該探針220更高彈性且由 氧化紹所製得之強化元件23〇在製造方法上沿著長 向而在該探針相對於該片狀元件21〇之表面上與探 針220一體成型。該強化元件230可由多層所製得。 若該探針220與該測量標的物b之電極1〇相接觸 1〇日守’則如第5(a)圖所示之斜平行線部分所示，其係 弓曲且具有一空隙，該空隙是位在探針頂部之另一 側的表面與片狀元件21〇之間，諸如具有比探針22〇 =高彈性之彈性體之類的強化元件23〇係可插入該 隙中在‘ k楝針2 2 0之方法中屬彈性體之強化元 15 件係被插入該空隙中。 可使用作為基板1〇〇者係為一 PCB，其上形成有 線路圖案（未顯示）以供電連接至探針儀上。該線路 圖案係電連接到位在該片狀元件21〇上的外來電極 2 12。邊片狀元件2 1 0係利用黏著、壓縮結合或其等 ' A方式而被置於该基板1 〇〇上，俾以確保其有一在 頂部具凸緣且呈近乎反轉希臘字π的形狀。在置放 的』間，彈性7〇件300係插在基板100與該片狀元件 2之間。 可用作為彈性元件300者係為諸如橡膠之類彈 15 1243245 性樹脂、充水或空氣的袋子、彈簧等。該彈性元件 300在沒有操作時，會推動位在該片狀元件21〇上形 成有探針的區域，俾持該片狀元件係在如第i圖所 示之平坦狀態。當該探針220係與在半導體晶圓B上 5之電極1 〇相接觸，該彈性元件300吸收伴隨著該接觸 所產生之片狀元件2 1 〇的彈性變形。 一框架400係為一用以支持第丄圖所示之片狀 元件210以及彈性元件3〇〇，且被置放至該基板ι〇〇 上。 1〇 具有如此結構之探針片單元係置於一測量儀器 之探針儀上，且用來測量一測量標的物B之電性特 性。 本發明係以其使用方法來作詳細的說明。要注 意的是，該測量儀器之測試器與探針片單元A係經 15由外來電極2 12而彼此電連接。 首先，該探針儀的驅動裝置係被致動，以使得 該平板100與該測量標的物B彼此相對地移動接 近。如此的移動會得該探針200的接觸端子223與測 I標的物B之對應電極丨〇彼此相接觸。而後，該基 20板1 〇〇與该測量標的物B彼此更進一步地移動接 近，藉此使該接觸端子抵壓該測量標的物B對應之 電極10(此即，被過度負載）。 在此期間，探針220、片狀元件2 1 〇與彈性元件 300或者片狀元件21〇與彈性元件3〇0彼此各自彈性 16 1243245 變形，俾以用於分散於該測量標的物B之具有各種 長度電極10之長度，藉此吸收該分散作用。 此時，探針220係在一向上或向下且與之平行的 方式上彈性變形，該第二呈四分之一圓弧部分222 5之遠端部分係與片狀元件210的表面相接觸，且其 後’該逖端部分在該片狀元件2丨〇的表面上移動（以 第2圖之箭頭標示方向移）。強化元件300係彈性變 幵^並及收由過度負載而施加於梹型探針200之負 載。隨著探針220的移動，不僅是施加於探針22〇上 10的過度負载所造成的負載被分散（其會因小型化而 變弱），同時亦可能確保一在探針22〇與對應電極1〇 之間‘電所需要的接觸壓力以及一擦拭距離（即，大 T該距離，該第二呈四分之一圓弧部分222之遠端部 分會在測量標的物B之電極1〇表面上滑動）。 15 而後，在該測量標的物B以一測量儀端測試 後，該探針儀的驅動裝置係被致動，以使該基板1〇〇 與測量標的物Β相對地遠離彼此。在此期間，片狀 元件210係為彈性元件3〇〇所推動，而回到原來位置。 右使用一探針片單元Α的情況下，該探針片22〇 2〇以^片狀元件210係各自或一起彈性變形，而用來將 標的物B之電極高度分散及，或將探針22〇的 高度分散。因此，沒有機會發生傳統例中上所發生 有探針部分不與該對應電極相接觸之情況，因二可 以達成正確的測量。 17 1243245 若使用PCB作為基板1〇〇，任何的平板元件皆使 用而不會造成問題，只要該平板元件具有一可以承 受該彈性元件_之彈性變形即可。因此，若上述平 5 10 15

板可使用作為第7圖所示之平板1GG，PCB係可使 用作為框架。若該設計以此方式作變化時，該線路 圖案2Π與外來電極212就不需要形成於片狀元件 210之表面上以與該基板1〇〇以及彈性元件3⑻相接 觸；故可利用容易方式電連接到該框架400,即PCB。 彈性元件是不-定要設置。換言之，片狀元件 210之其它面的全部係可以放置成黏著於基板ι〇〇之 下表面上。縱使在沒有彈性元件3〇〇之結構下，亦可 藉由片狀元件210與探針200d的彈性變形，而使測量 標的物B大程度或小程度的傾斜或彎曲。 更不用說，該探針片200係可直接置於探針儀而 不用置於基板100上。

【圖式簡單^說^明】 第1圖係為與本發明一實施例相關之探針片單 元别面示意圖。 第2圖係顯示一探針片剖面示意圖，該探針片 20具有一由單一薄片單元所製得之片狀元件。 第3圖係顯示一探針片剖面示意圖，該探針片 具有一由多個薄片單元層疊所製得之片狀元件。 第4圖係揭示使用於該單元中之其它探針模型 圖。 18

Claims (1)

1243245 拾、申請專利範圍： 第93111875號專利申請案申請專利範圍修正本 2005年5月 1. 一種探針片，其包含有一種具有可撓性的片狀元件，以 及多個設置於該片狀元件之一表面上而用來測量的探 5 針，其中該探針具有一可向上或向下彈性變形之形狀。 2. 如申請專利範圍第1項之探針片，其中該片狀元件之内 側或一表面上形成有一線路圖案，且該片狀元件之一表 面設有一經由該線路圖案而電連接到探針之外部電極。 3·如申請專利範圍第2項之探針片，其中該片狀元件之内 10 側或一表面上設有電路元件，且該等電路元件係電連接 至該線路圖案。 4. 如申請專利範圍第1項之探針片，其中該各個探針是彎 曲且其一端係受到支持，且一具有比該探針較高彈性之 強化元件係沿著長度方向與該探針一體形成地設置於 15 一面對於該片狀元件之表面上。 5. 如申請專利範圍第1項之探針片，其中該各個探針係彎 曲且在該探針表面與片狀元件之間具有一預定空隙 時，而該探針針表面係位在與該測量標的物電極相接觸 之探針頂部的另一側，一具有比該探針為高彈性之強化 20 元件係插入該空隙中。 6. 如申請專利範圍第1項之探針片，其中該片狀元件係由 一具有在2.5至10.5ppiW°C範圍内之線性膨脹係數的材 料所製得。 7. —種探針片單元，其係為一半導體晶圓測量儀器的感知 20 1243245 部分，且包含有一被設置於該儀器之探針儀上的基板； 一如申請專利範圍第1至6項中任一項之探針片，其被 置於該基板的下表面；以及一彈性元件，其係插置於基 板與探針片間。

2]