TWI387753B - 測試插座之製作方法及其所使用的彈性測試探針 - Google Patents

Description

測試插座之製作方法及其所使用的彈性測試探針

本發明係有關於一種用於半導體元件之測試插座之製作方法及其所使用之彈性測試探針，特別是有關於一種以光阻材料製作之彈性本體並進而形成之彈性測試探針以及使用此彈性測試探針之測試插座。

在半導體高頻元件的測試中，通常會使用路徑較短的測試探針或導電連接裝置以進行半導體元件之測試，例如以球柵陣列方式(Ball Grid Array/BGA)進行IC元件之封裝而言，當BGA元件完成封裝之後，BGA元件必須再經過電性測試以確保BGA元件的品質。但因BGA元件之封裝結構為高密度矩陣式分布，為使得測試探針或導電連接裝置可精確地接觸到BGA元件上的金屬凸塊或錫鉛凸塊，習知使用的導電連接裝置可以是表面黏著矩陣(surface mount matrix/SMM)或者是積體矽接觸器(integrated silicone contactor/ISC)等。請參考第1A與1B圖，為一習知的ISC彈性導電體10，包含導電粒子A、塑膠彈性體B及導電體C，其中導電粒子A嵌入在塑膠彈性體B中，而塑膠彈性體B係具有複數個導電體C，導電體C的設置係根據待測IC元件9的錫鉛凸塊4的數量相對設置。當進行此IC元件9測試時，施予一作用力F使IC元件9的錫鉛凸塊4接觸至ISC彈性導電體10中的塑膠彈性體B，如此塑膠彈性體B內部的導電粒子A受到壓縮進而相互連接以達到電流導通的效果，而此IC元件9與PCB板8可以互相導通以進行測試，然而上述之電流導電路徑遠遠低於一般傳統的彈性測試探針(pogo pin)之電流導電路徑，因此非常容易在高頻率的測試區間中使用，而且清針的程序也較彈性測試探針簡單方便。但其最大的缺點乃在製造技術複雜且成本昂貴，只要有其中一顆導電粒子A因測試時造成的短路損壞或燒焦，則無法直接更換單顆的損壞導電粒子A，導致整片ISC彈性導電體10將無法繼續使用而報廢，上述之問題使得測試成本大幅增加。

為了解決上述先前技術不盡理想之處，本發明提供一種測試插座之製作方法，包含以下步驟：

(1)提供一非金屬材質之基板；

(2)披覆至少一犧牲層在基板上；

(3)披覆至少一光阻層在犧牲層上，其中光阻層之材料為具有彈性之聚合物；

(4)在光阻層進行曝光及顯影以移除部分的光阻層，藉以於犧牲層上形成複數個柱狀凸起；

(5)以一披覆的方式在前述之複數個柱狀凸起的表面披覆一層表面金屬層，藉以形成複數個彈性測試探針；

(6)提供一插座本體，此插座本體具有對應於前述之複數個彈性測試探針的複數個開口，使上述之複數個彈性測試探針置入插座本體的複數個開口；

(7)移除犧牲層，以取下插座本體，且此插座本體已套入上述之複數個彈性測試探針；以及

(8)再以披覆方式，在插座本體的表面披覆一層表面金屬層，且插座本體的各彈性測試探針具有以光阻材料形成的彈性本體與可導電的表面。

因此，本發明之主要目的在於提供一種測試插座之製作方法，藉由光微影製程(photolithography process)製作測試插座上之彈性測試探針，因彈性測試探針係由單顆的光阻結構所構成，且可單顆替換毀損的彈性測試探針，因此可降低測試成本。

本發明之次要目的在於提供一種測試插座之製作方法，藉由光微影製程，可大量地製作包含有彈性測試探針之測試插座，進而降低測試插座之製作成本。

此外，本發明進一步提供一種彈性測試探針，其中彈性測試探針具有以光阻材料形成的柱狀彈性本體，而柱狀彈性本體的外部披覆有可導電的表面金屬，且柱狀彈性本體的截面可具有特定圖案。

因此，本發明再一目的在於提供一種彈性測試探針，藉由光微影製程，可大量地製作彈性測試探針，進而降低製作成本。

本發明之再一目的在於提供一種彈性測試探針，藉由柱狀彈性本體的外部披覆有可導電的表面金屬，據此產生高頻的肌膚效應(Skin Effect)而達到高頻測試的目的。

本發明之再一目的在於提供一種彈性測試探針，藉由彈性測試探針係由單顆的光阻結構所構成，當彈性測試探針毀損時，容易進行單顆替換，據此可進一步降低測試成本。

由於本發明係揭露一種測試插座之製作方法及其所使用的彈性測試探針，用於半導體元件之測試，其中使用的探針測試原理與其基本功能，及製作方法中所用之光罩與光微影原理，已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭，故以下文中之說明，不再作完整描述。同時，以下文中所對照之圖式，係表達與本發明特徵有關之結構示意，並未亦不需要依據實際尺寸完整繪製，盍先敘明。

首先請參考第2A圖，係為本發明之第一較佳實施例，為一種測試插座製作方法之流程圖，包含以下步驟：步驟201：提供一非金屬材質之基板21，此材質並不設限，其中以玻璃或塑膠為較佳；步驟202：披覆至少一犧牲層22在上述基板21之上，此犧牲層22的材質可以是鉻(Cr)、鈦(Ti)、金(Au)、銅(Cu)或矽基材等任一種；步驟203：披覆至少一光阻層23在犧牲層22上，而此光阻層23之材料以彈性之聚合物為較佳，如市售的SU8、AZ4620、JSR 151N等光阻結構；步驟204：對光阻層23以光微影製程進行曝光及顯影，以移除部份的光阻層23a，藉以於犧牲層22上形成複數個柱狀凸起25。在此較佳實施例中，光阻層23上的特定圖案為圓形，當然，亦可依實際需求，光阻層23上的特定圖案可以為橢圓形、三角形、矩形或是多邊形等任一種所構成，其中，各柱狀凸起25的橫截面係相同於上述之特定圖案，在此較佳的實施例中，柱狀凸起25的上段、中段、下段截面積大致為相同。而實際製作時，亦可依實際使用不同市售光阻的特性配合曝光機曝光補償的方式，可進而加工製作出上段的截面積大於下段的截面積，或者是上段的截面積小於下段的截面積之柱狀凸起25，以利不同半導體元件測試之需求；步驟205：以一披覆方式披覆一層表面金屬層26在前述之柱狀凸起25的表面，藉以形成複數個柱狀的彈性測試探針200，其中各彈性測試探針200具有以光阻材料形成的彈性本體與可導電的表面，特別是此表面金屬層26之材質以選用低阻抗之金屬材質為較佳，例如可以為金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)或鎢(W)等任一種材質，且披覆的方式可以為使用濺鍍、蒸鍍、浸鍍、無電鍍或塑膠電鍍等任一種披覆方式；步驟206：提供一插座本體27(如第2B圖所示)，此插座本體27具有對應於前述之複數個彈性測試探針200的複數個開口271，其中插座本體27可以以CNC加工方式來製成，並以具有可撓性且非導電之材質為較佳，例如：使用工程塑膠等。接著使插座本體27的複數個開口271套入前述之複數個彈性測試探針200，此外將插座本體27套入彈性測試探針200的方式，在實際操作時可使用覆晶對準機台進行之，當然使用任一種對位方式亦可，例如：可經由一CCD(CHARGE-COUPLED DEVIC/電荷耦合元件)影像感測器協助之，或者亦可在基板21或插座本體27上製造對準鍵(Alignment Key)(未圖示)，藉以達到對位的效果；步驟207：移除犧牲層22，以便取下插座本體27，此時之插座本體27已套入前述之複數個彈性測試探針200，且此時複數個彈性測試探針200之底部尚未披覆表面金屬層26；以及步驟208：再以上述之任一種披覆方式，在插座本體27的表面披覆一層表面金屬層26，因此上述之複數個彈性測試探針200之底部亦披覆到表面金屬層26，故插座本體27上的各彈性測試探針200具有以光阻材料形成的彈性本體與可導電的表面。

要特別留意的是此插座本體27之製作方法，除了上述步驟206以使插座本體27的複數個開口271套入前述之複數個彈性測試探針200之外，當然亦可跳過步驟206，而直接在步驟207移除犧牲層22後，將複數個彈性測試探針200取下，之後再將一根根的彈性測試探針200置入插座本體27的開口271中。

此外，本發明進一步提供一校正治具28，請參考第2C圖，此校正治具28包含有一上蓋標準片281與一下蓋標準片282，而此校正治具28的使用方式有以下兩種情況：情況一：若為將一根根的彈性測試探針200置入插座本體27的開口271中，完成之後再利用此校正治具28之上蓋標準片281、下蓋標準片282分別沿施力方向L1及L2對插座本體27上的彈性測試探針200進行加壓以調整其高度，使得彈性測試探針200達到一定精準的共面度。

情況二：當插座本體27上有至少一根彈性測試探針200損壞時，則可先將損壞的彈性測試探針200使用化學藥劑如丙酮將其整根溶解，之後可再使用良好的彈性測試探針200置入前述利用丙酮溶掉之孔洞進行填塞。填塞完成後，可再利用此校正治具28之上蓋標準片281、下蓋標準片282分別沿施力方向L1及L2在插座本體27上的彈性測試探針200進行加壓，以調整其高度，使得彈性測試探針200達到一定精準的共面度。

請參考第3圖，係本發明步提出之第二較佳實施例，為另一種測試插座製作方法之流程圖，包含以下步驟：步驟301：提供一金屬基板31；步驟302：披覆至少一層光阻層33於金屬基板31上，而此光阻層33之材料以彈性之聚合物為較佳，如市售的SU8、AZ4620、JSR 151N等光阻結構；步驟303：對光阻層33以光微影製程進行曝光及顯影，以移除部份的光阻層33a，藉以於金屬基板31上形成複數個柱狀凸起35。在此較佳實施例中，光阻層33上的特定圖案為圓形，當然，亦可依實際需求，光阻層33上的特定圖案可以為橢圓形、三角形、矩形或是多邊形等任一種所構成，其中，各柱狀凸起25的橫截面係相同於上述之特定圖案，在此較佳的實施例中，柱狀凸起25的上段、中段、下段截面積大致為相同。而實際製作時，亦可依實際使用不同市售光阻的特性配合曝光機曝光補償的方式，可進而加工製作出上段的截面積大於下段的截面積，或者是上段的截面積小於下段的截面積之柱狀凸起35，以利不同半導體元件測試之需求；步驟304：以一披覆方式披覆一層表面金屬層36在前述之柱狀凸起35的表面，藉以形成複數個柱狀的彈性測試探針300，其中各彈性測試探針300具有以光阻材料形成的彈性本體與可導電的表面。而此表面金屬層36之材質以低阻抗金屬材質為較佳，例如可以為金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)或鎢(W)等任一種材質，且披覆的方式可以為使用濺鍍、蒸鍍、浸鍍、無電鍍或塑膠電鍍等任一種披覆方式；步驟305：提供一插座本體37(如第2B圖所示)，而此插座本體37具有對應於前述之複數個彈性測試探針300的複數個開口371，其中插座本體37可以以CNC加工方式來製成，並以具有可撓性且非導電之材質為較佳，例如：使用工程塑膠等。接著使插座本體37的複數個開口371套入前述之複數個彈性測試探針300，此外將插座本體37套入彈性測試探針300的方式，在實際操作時可使用覆晶對準機台進行之，當然使用任一種對位方式亦可，例如：可經由一CCD影像感測器協助之，或者亦可在基板31或插座本體37上製造對準鍵(未圖示)，藉以達到對位的效果；步驟306：移除金屬基板31表面的部份金屬以便取下插座本體37，此時之插座本體37已套入前述之複數個彈性測試探針300，且此時複數個彈性測試探針300之底部未披覆表面金屬層36；以及步驟307：再以前述之任一種披覆方式，在插座本體37的表面披覆一層表面金屬層36，因此前述之複數個彈性測試探針300之底部亦披覆到表面金屬層36，故插座本體37上的各彈性測試探針300具有以光阻材料形成的彈性本體與可導電的表面。

要特別留意的是，此測試插座之製作方法除了如上述步驟305以使插座本體37的複數個開口371套入前述之複數個彈性測試探針300之外，當然亦可跳過步驟305，而直接在步驟306移除金屬基板31表面的部份金屬後，將複數個彈性測試探針300取下，之後再將一根根的彈性測試探針300置入插座本體37的開口371中。

此外，本發明進一步提供一校正治具38，請參考第2C圖，此校正治具38包含有一上蓋標準片381，與一下蓋標準片382，而此校正治具38的使用方式有以下兩種情況：情況一，若為將一根根的彈性測試探針300置入插座本體37的開口371中，完成之後再利用此校正治具38之上蓋標準片381、下蓋標準片382分別沿施力方向L1及L2對插座本體37上的彈性測試探針300進行加壓，以調整其高度，使得彈性測試探針300達到一定精準的共面度。

情況二，當插座本體37上有至少一根彈性測試探針300損壞時，則可先將損壞的彈性測試探針300使用化學藥劑如丙酮將其整根溶解，之後可再使用良好的彈性測試探針300置入前述利用丙酮溶掉之孔洞進行填塞。填塞完成後，可再利用此校正治具38之上蓋標準片381、下蓋標準片382分別沿施力方向L1及L2以將插座本體37上的彈性測試探針300進行加壓，以調整其高度，使得彈性測試探針300達到一定精準的共面度。

本發明進一步提供第三較佳實施例，為一種彈性測試探針，用於半導體元件之測試。此彈性測試探針具有以光阻材料形成的柱狀彈性本體，而柱狀彈性本體的外部披覆有可導電的表面金屬層，且柱狀彈性本體的截面具有特定圖案。至於彈性測試探針之其他特徵如第一較佳實施例所製作的彈性測試探針200、及第二較佳實施例所製作的彈性測試探針300。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利權利；同時以上的描述，對於熟知本技術領域之專門人士應可明瞭及實施，因此其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在申請專利範圍中。

10．．．ISC彈性導電體(先前技術)

A．．．導電粒子(先前技術)

B．．．塑膠彈性體(先前技術)

C．．．導電體(先前技術)

F．．．作用力(先前技術)

8．．．PCB板(先前技術)

9．．．IC元件(先前技術)

4．．．錫鉛凸塊(先前技術)

200、300．．．彈性測試探針

21．．．基板

31．．．金屬基板

22．．．犧牲層

23、33．．．光阻層

13a、23a．．．部份的光阻層

25、35．．．柱狀凸起

26、36．．．表面金屬層

27、37．．．插座本體

271、371．．．開口

28、38‧‧‧校正治具

281、381‧‧‧上蓋標準片

282、382‧‧‧下蓋標準片

201、202、203、204、205、206、207、208‧‧‧步驟

301、302、303、304、305、306、307‧‧‧步驟

L1、L2‧‧‧施力方向

第1A圖為一示意圖，係先前技術之ISC彈性導電體。

第1B圖為一剖視圖，係先前技術之ISC彈性導電體之剖視結構。

第2A圖為一流程圖，係根據本發明提出之第一較佳實施例，為一種測試插座之製作方法。

第2B圖為一示意圖，係根據本發明提出之第一或第二較佳實施例，為一種插座本體之示意圖。

第2C圖為一示意圖，係根據本發明提出之第一或第二較佳實施例，為一校正治具之示意圖。

第3圖為一流程圖，係根據本發明提出之第二較佳實施例，為另一種測試插座之製作方法。

200．．．彈性測試探針

21．．．基板

22．．．犧牲層

23．．．光阻層

23a．．．部份的光阻層

25．．．柱狀凸起

26．．．表面金屬層

27．．．插座本體

201、202、203、204、205、206、207、208．．．步驟

Claims (20)

1. 一種測試插座之製作方法，包含：提供一非金屬材質之基板；披覆至少一犧牲層在該基板上；披覆至少一光阻層在該犧牲層上，其中該光阻層之材料為具有彈性之聚合物；在該光阻層進行曝光及顯影以移除部分的光阻層，藉以於該犧牲層上形成複數個柱狀凸起；以一披覆方式在該等柱狀凸起的表面披覆一層表面金屬層，藉以形成該等彈性測試探針；提供一插座本體，該插座本體具有對應於該等彈性測試探針的複數個開口，在該插座本體的複數個開口套入該等彈性測試探針；移除該犧牲層，以取下該插座本體，該插座本體已套入該等彈性測試探針；提供一校正治具，將置入該插座本體的複數個彈性測試探針校正對準，使具有一基準平面；以及再以該披覆方式在該插座本體的表面披覆一層表面金屬層，其中該插座本體的各彈性測試探針具有以光阻材料形成的彈性本體與可導電的表面。
2. 如申請專利範圍第1項之測試插座之製作方法，其中該基板係為玻璃或塑膠。
3. 如申請專利範圍第1項之測試插座之製作方法，其中該犧牲層之材質主要係選自於由鉻、鈦、金、銅與矽基材所構成之群組。
4. 如申請專利範圍第1項之測試插座之製作方法，其中各柱狀凸起的上段、中段與下段的截面積大致為相同。
5. 如申請專利範圍第1項之測試插座之製作方法，其中各柱狀凸起的上段的截面積大於下段的截面積。
6. 如申請專利範圍第1項之測試插座之製作方法，其中各柱狀凸起的上段的截面積小於下段的截面積。
7. 如申請專利範圍第1項之測試插座之製作方法，其中該曝光及顯影步驟係以一光微影製程進行者。
8. 如申請專利範圍第1項之測試插座之製作方法，其中該表面金屬層之材質係為低阻抗金屬材質。
9. 如申請專利範圍第8項之測試插座之製作方法，其中該表面金屬層主要係選自於由金、銀、銅與鎢所構成之群組。
10. 如申請專利範圍第1項之測試插座之製作方法，其中該披覆方式係選自於由濺鍍、蒸鍍、浸鍍、無電鍍與塑膠電鍍所構成之群組。
11. 如申請專利範圍第1項之測試插座之製作方法，其中該插座本體具有可撓性。
12. 一種測試插座之製作方法，包含：提供一金屬基板；披覆至少一光阻層在該金屬基板上，其中該光阻層之材料為具有彈性之聚合物；在該光阻層進行曝光及顯影以移除部分的光阻層，藉以於該金屬基板上形成複數個柱狀凸起；以一披覆方式在該等柱狀凸起的表面披覆一層表面金屬層，藉以形成該等彈性測試探針；提供一插座本體，該插座本體具有對應於該等彈性測試探針的複數個開口，在該插座本體的複數個開口套入該等彈性測試探針；移除該金屬基板表面的部份金屬，以取下該插座本體，該插座本體已套入該等彈性測試探針；提供一校正治具，將置入該插座本體的複數個彈性測試探針校正對準，使具有一基準平面；以及 再以該披覆方式在該插座本體的表面披覆一層表面金屬層，其中該插座本體上的各彈性測試探針具有以光阻材料形成的彈性本體與可導電的表面。
13. 如申請專利範圍第12項之測試插座之製作方法，其中各柱狀凸起的上段、中段與下段的截面積大致為相同。
14. 如申請專利範圍第12項之測試插座之製作方法，其中各柱狀凸起的上段的截面積大於下段的截面積。
15. 如申請專利範圍第12項之測試插座之製作方法，其中各柱狀凸起的上段的截面積小於下段的截面積。
16. 如申請專利範圍第12項之測試插座之製作方法，其中該曝光及顯影步驟係以一光微影製程進行者。
17. 如申請專利範圍第12項之測試插座之製作方法，其中該表面金屬層之材質係為低阻抗金屬材質。
18. 如申請專利範圍第17項之測試插座之製作方法，其中該表面金屬層主要係選自於由金、銀、銅與鎢所構成之群組。
19. 如申請專利範圍第12項之測試插座之製作方法，其中該披覆方式係選自於由濺鍍、蒸鍍、浸鍍、無電鍍與塑膠電鍍所構成之群組。
20. 如申請專利範圍第12項之測試插座之製作方法，其中該插座本體具有可撓性。