TWI397696B - Probe assembly - Google Patents

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Description

探針組合體
本發明有關於在LSI等電子設備(device)製程上，用於檢查形成於半導體晶圓(wafer)的數個半導體晶片電路之探測器(prober)裝置的探針組合體；特別是有關於，在晶圓狀態下讓垂直型探針接觸被排列於半導體晶片上的電路端子(銲墊(pad))，彙總測量半導體晶片的電氣導通，而用於探測測試(probing test)之探測器裝置的探針組合體。
電子設備隨著半導體技術的進步而提升了積體度，且在形成於半導體晶圓上的各半導體晶片中，也增加了電路架線所佔區域，因而增加各半導體晶片上的電路端子(銲墊)數，且隨著縮小銲墊面積及銲墊間距(pad pitch)的狹小，而不斷著手進行細微的銲墊排列；同時，在不將半導體晶片容納於封裝(package)的情況下，直接在裸晶狀態下內置於電路板等的晶片尺寸封裝(CSP)方式已持續成為主流，因此需在分割半導體晶片前，以晶圓狀態確認特性及判定良否判定。
特別是將銲墊排列做成細微化(狹隘間距化)的問題在於，對電子設備進行電氣特性測試或檢查電路時，必須讓接觸半導體晶片的銲墊，為獲得電氣導通的探針結構，符合銲墊排列的細微化，因此為了因應銲墊排列的細微化進步，而使用各種測量手段。
舉例來說，在被檢查半導體晶片銲墊與檢查裝置之間，夾雜對外力呈彈性變形之彈性變形部，且區域排列數個針狀探針之探針組合體的手段；電氣連接此探針組合體與半導體晶片測試電路的手段，則用稱為探針卡之列印配線基板。
一般而言，在探針卡上採用具單持梁懸臂(cantolever)結構的針狀探針時，接觸半導體晶片銲墊的探針前端部分就是狹隘間距；但連接探針卡的根部，是從前端部分朝放射狀的配置探針，因此可將間距加粗，並可用焊錫等連接手段將探針黏著於探針卡的電路端子；但在接觸銲墊時，這種懸臂結構前端會朝水平方向滑移而傷及銲墊，此外，因從銲墊脫落而招徠降低測量成品率等問題；再者，只能逐一測量每1個晶片，且在安裝每1隻探針時有精度上的差異，而具有難以將接觸壓控制在一定程度的問題。
替代這種懸臂結構的垂直型探針，換言之，將探針垂直固定於探針卡電路端子上的垂直型探針上，需以同等間距間隔，構成半導體晶片上的銲墊間距和探針卡上的電路端子間距；但在列印配線基板的探針卡上，要將電路圖樣做成細微化則有製造技術上的極限，因此難以符合電路端子所占面積、配線寬幅與銲墊間距的要求；再者，可焊錫的間距間隔也有極限，因此無法隨著細微化，而讓垂直型探針對準半導體晶片的銲墊間距垂直固定於探針卡上。
在探針卡上，除了電路端子面積之外，平面區域還會因電路配線寬幅擴大占有比率，而妨礙電路端子的狹隘間距；於是便採用在探針卡上使用多層列印配線基板，並將電路端子排列成格子狀或2列千鳥型，再藉由通孔(through hole)電氣連接層間配線，以維持垂直型探針隻數的手段；但因擴大此通孔所占空間，因此通孔的存在也成為妨礙電路端子排列狹隘間距的原因；要將垂直型探針固定於探針卡時，除了難以將電路端子做成狹隘間距之外，就連焊錫作業也需高度技術與龐大的人事工數，因而讓價格居高不下；為了解決這些問題，本發明人等提議垂直型探針組合體，並已提議使用垂直型探針組合體的探測器裝置(參閱專利文獻1及專利文獻2)。
專利文獻1：特開2004－274010號公報專利文獻2：特開2005－300545號公報
本發明人等所提議之習有案例的垂直型探針組合體，則如專利文獻1之圖22及專利文獻2之圖4所示，將銅薄板黏貼於帶狀(ribbon)(長方形狀)樹脂膠膜(film)面上，再藉由蝕刻(etching)此銅薄板，以便在樹脂膠膜面上形成出具有彎曲部的垂直型銅探針，層疊數枚附設此探針的樹脂膠膜，以構成出垂直型探針組合體。
此垂直型探針組合體屬於層疊樹脂膠膜的結構，因此可在極為狹隘的區域中配置數個探針；此外，樹脂膠膜上設有朝長方向細長展延的開口部，探針具有將端子設置於前端、且在上下關係中具有以所定間隔隔開間距，讓垂直部中途沿著開口部邊緣，對垂直部彎曲成交叉方向的彈性變形部，讓探針前端部形成出，以樹脂膠膜的開口部和探針的彈性變形部，吸收因接觸銲墊時的壓力所造成的變形結構。
發明人等針對測量時如何對探針及樹脂膠膜施加壓力以進行分散，而藉由樹脂膠膜開口部的大小、形狀與探針彎曲形狀提議各種形狀；但就算得以提供符合狹隘間距的探針組合體，也會因樹脂膠膜或探針加工繁雜，而讓成本居高不下；於是，本發明便提供可減少形成樹脂膠膜開口部等製作工數及輕鬆加工之垂直型探針組合體，以便讓形成樹脂膠膜的探針形狀，接近懸臂結構之單純結構。
此外，彈性變形部具有選擇多數形狀的可能性，並可藉由和x軸呈一定角度，以配置自由選定輸入部和輸出部相對位置關係之彈性變形部形狀的接觸子，及配置小間距格子的接觸子組合體。
其特徵在於，在用黏著銅箔的樹脂膠膜，在蝕刻加工銅箔的樹脂膠膜上，形成含垂直探針之導電部，以層疊數枚附垂直探針之樹脂膠膜，並讓垂直探針前端部整體接觸半導體晶片之電極銲墊，以執行半導體晶片檢查電路的探針組合體上，讓包含垂直探針之導電部，形成出具平行彈簧之平行四邊形的連接環(link)。
如上述所言，本發明人等使用已提議之膠膜層疊型垂直型探針組合體所做的探測器裝置，屬於可測量狹隘間距化的銲墊間距，例如45 μ m間距以下(舉例來說：20 μ m間距)半導體晶片的裝置；而且組裝探針時，不需透過焊錫或樹脂固定手段便可自動組裝，因此可用低成本進行量產，此外可對晶片銲墊進行垂直整體接觸，因此可獲得對所有探針均等控制接觸壓的一大優點。
本發明除了發揮這些優點的同時，也屬於讓形成於樹脂膠膜上的探針形狀，成為接近懸臂結構的單純結構，因此可提供減少形成樹脂膠膜開口部等製作工數及輕鬆加工之垂直型探針組合體。
本發明之特徵在於，用黏著銅箔的樹脂膠膜，在蝕刻加工銅箔的樹脂膠膜上，形成含垂直探針之導電部，以層疊數枚內置垂直探針之樹脂膠膜，並讓垂直探針前端部整體接觸半導體晶片之電極銲墊，以執行半導體晶片檢查電路的探針組合體上，讓包含前述垂直探針之導電部，形成出具平行彈簧結構之平行四邊形的連接環機構；本發明是在1個樹脂膠膜上配置數個探針，以層疊數個樹脂膠膜。
此外，本發明之特徵在於，具備前述平行彈簧結構之平行四邊形連接環機構的一端上有前述垂直探針，以便將另一端視為固定支撐部，而朝水平方向延長之懸臂結構；此外，本發明變更例的特徵在於，前述平行彈簧朝撓曲方向彎曲變形之連接環機構；再者，本發明的狀態，也可針對因應前述平行彈簧內部空間的樹脂膠膜部分，設置或不設置開口部。
此外，本發明之特徵在於，透過連接環機構及導電部連接於前述垂直探針上，同時具備檢查裝置電路板連接銲墊和接觸端子部；前述端子部是在層疊內置探針樹脂膠膜時，以等間距錯開各配置位置的方式形成出各樹脂膠膜；另外，前述端子部附近導電部，則設有彎曲部；此外，本發明型態之一的特徵在於，前述連接環機構與端子部之間，具有在附近設置切口部之懸臂結構；此外，本發明之其他型態的特徵在於，蝕刻前述銅箔時，不去除蝕刻導電部以外的所定部分，且藉由從導電部電氣切離所形成之擬真(dummy)部，以作為樹脂膠膜之補強構件；另外，本發明之其他型態特徵在於，將絕緣性黏著劑，填充於前述導電部與擬真部之間的樹脂膠膜面。
因具有上述各種特徵，因此本發明具有以下所述之各種效果。
相較於習有問題中的懸臂針前端垂直方向動作，本發明之探針組合體是藉由在內置探針樹脂膠膜上，將垂直探針結構視為平行彈簧結構，以減少水平方向的移動距離(位移)；這表示，即使半導體晶片的銲墊面積極為細小，也可適用懸臂結構的探針；此外，習有垂直探針需隨著狹隘間距而變細，雖然在彎曲部上具有彈性強度是的極限，但本發明即使不設置彎曲部，也可藉由使用平行彈簧的懸臂結構，以充分因應彈性強度；再者，不需做出如同彎曲部般的複雜結構，因此可輕鬆蝕刻加工銅箔，並可削減生產成本。
本發明之接觸子組合體屬於，事先讓構成懸臂的平行彈簧形狀變形以呈現連接環結構，此時也可縮小垂直探針前端部的移動量；此外，事先變形時，上述移動量具有和傾斜角度θ呈比例的關係，因此可在設計上，以不改變平行彈簧部變形量的情況選擇移動量；換言之，屬於可配合使用者規格決定摩擦量的結構。
本發明最好讓垂直探針面和定位擬真部面為相同面；此外，最好是即使朝垂直探針z向進行探測動作，也不在定位擬真部上發揮極大力道作用；這是因探針必須進行獨立動作所致；可藉由讓連結擬真部形成於磁帶(tape)上，以縮小y向的彎曲。
本發明之第1個目的在於提供，將懸臂結構探針形成於樹脂膠膜面，以減少形成樹脂膠膜開口部等製作工數及輕鬆加工之垂直型探針組合體。
本發明之第2個目的在於提供，以低成本進行量產，此外可對晶片銲墊進行垂直整體接觸，因此可獲得對所有探針均等控制接觸壓優點的垂直型探針組合體。
本發明之第3個目的在於提供，為了在樹脂膠膜面上形成懸臂結構探針而蝕刻銅箔時，不去除蝕刻導電部以外的所定部分，且藉由從導電部電氣切離此蝕刻的殘餘部分以作為擬真部，以力求補強樹脂膠膜之垂直型探針組合體。
本發明之第4目的個目的在於提供，提升導電部與擬真部絕緣性的垂直型探針組合體。
參閱圖式進行以下說明後，有助於更加明確本發明之前述目的及優點。
以下將參閱圖式，說明本發明之實施形態；圖1(a)、(b)、(c)用於說明各垂直探針前端部動作原理圖；在這些圖式中，符號11為支撐垂直探針的懸臂，且從以前便利用此結構以支撐垂直探；12為垂直探針、13為晶片或半導體晶片等受檢設備銲墊部、14為支撐懸臂11及連接環(後述)16的支撐部、15本發明所提議之平行彈簧，以作為支撐垂直探針12構件、16是藉由平行彈簧15所構成之平行四邊形連接環；再者，垂直探針12的前端部，在接觸銲墊部13之前皆維持垂直狀態。
圖1(a)中被安裝於長度L懸臂11前端部的垂直探針12，是將前端部垂直對置於銲墊部13上方，另一端呈安裝於支撐部14的水平狀態；接下來，為了檢查而上昇銲墊部13、或下降支撐部14後，會接觸垂直探針12前端部與銲墊部13上方，長度L懸臂11則以計算後約為(1/3)L位置為中心進行旋轉(換言之，就是撓曲變形)；此時，垂直探針12前端部則接觸銲墊部13上方，同時對該銲墊部13上方相對性的以距離d0 大幅移往長方向；其結果為，垂直探針12的前端部便從銲墊部13脫落，且削到銲墊部13上方而留下傷痕。
為了消弭此弊害，本發明便將懸臂11的結構部分，視為如圖1(b)所示平行彈簧15之平行四邊形的連接環16，並提議讓連接環16的一端具有接觸部之垂直探針12；根據此連接環結構，即使在垂直探針12施加同於圖1(a)垂直方向的接觸載重，也會因藉由平行彈簧15所構成之連接環16結構，讓朝向垂直探針12前端部長方向進行相對移動量d1 變成d1 <d0 ，而得以控制在極為些微的移動量。
圖1(c)表示事先變形構成懸臂11之平行彈簧15形狀的連接環16結構，此時朝垂直探針12前端部長方向的相對移動量d2 則變成d2 <d0 ，而得以控制在極為些微的移動量。
接下來，關於應用圖1(b)及(c)說明原理，且附設本發明相關垂直探針12之樹脂膠膜(以下簡稱為「內置探針膠膜」)第1實施形態方面，則以圖2平面圖做說明；圖2上的符號25表示樹脂膠膜，且具有朝向長方向(圖2左右方向)延伸的帶狀；此樹脂膠膜25幾乎是覆蓋垂直探針12及平行彈簧15所構成之連接環16所支撐，通常都是將數個垂直探針12及連接環16結合體，配置樹脂膠膜25的長方向；連接環16支撐部14，是藉由樹脂膠膜的一部份與構成；如圖2所示形成於樹脂膠膜面的平行彈簧結構探針，使用的是厚度20 μ m的鈹(beryllium)銅薄板，且將此銅薄板黏貼於厚度5 μ m的聚亞醯胺(polyimide)樹脂膠膜後再進行蝕刻加工而成。
此內置探針膠膜是將垂直探針12、及垂直探針12維持在一端的平行彈簧15、及在另一端支撐平行彈簧15的支撐部14所形成，且只有垂直探針12前端部，些微突出於樹脂膠膜25外；平行彈簧15的尺寸方面，舉例來說，如圖2所示1隻彈簧寬幅a為20μm，連接環16的整體寬幅b為0.4~1mm；通常，在因應平行彈簧15內部空間的樹脂膠膜25部分上設有開口部，並採用減少平行彈簧15彈性係數對策；但如上述例所言，平行彈簧15寬幅狹隘時，也可不在平行彈簧15間的樹脂膠膜上設置開口部，而是讓樹脂膠膜本身具耐變形強度的方式，只加工銅薄板以增強平行彈簧15的結構。
圖3為內置探針膠膜第2實施形態平面圖；此圖中的25表示樹脂膠膜；此樹脂膠膜25具備除了垂直探針12前端部之外，可容納整體探針構成的帶狀型態；平行彈簧15在一端上具備垂直探針12，另一端則具備支撐部14；平行彈簧15則形成出對水平方向，傾斜角度θ 1的連接環結構樹脂及探針複合體磁帶50；且為圖1(c)事例之變形結構例。
此外，從支撐部14到基礎端則形成出導電配線31；此導電配線31是經由彎曲部22朝垂直方向到達延伸端子部17；從導電配線31到端子部17的部分，則在相反於垂直探針12側上，在檢查裝置之間進行接觸動作，及進行用於收受訊號的配置；端子部17則接觸檢查裝置端電路板18的連接銲墊19，並在垂直探針12之間形成電氣連接部的方式，透過彎曲部22所形成；此外，還設有層疊數枚此內置探針樹脂膠膜25時，貫通層疊樹脂膠膜之樹脂膠膜25定位、及形成固定部之支撐棒貫通孔20；層疊數枚具備垂直探針12之樹脂膠膜25者就是探針組合體(另稱「接觸子組合體」)；再者，本實施形態的特徵在於，相當於平行彈簧15間樹脂膠膜25開口部的部分中，保有取代設置開口，並將銅箔視為擬真部21，以提高樹脂膠膜25及平行彈簧15耐變形強度的補強板功能；以下將垂直探針12、平行彈簧15、端子部17、彎曲部22組合體統稱為「導電探針」。
同樣的，支撐部14上則設置具備導電部功能的導電部24，此支撐部14部分的導電部24間，則藉由設置擬真部23以發揮補強板的功能；另外，支撐部14也藉由設置導電部24，以便於電氣連接電路板18之連接銲墊19時，得以隨著彎曲部22讓端子部17也能呈現出彈力變形，以輕鬆 進行電氣連接；此外，支撐部14上則藉由設置導電部24，以決定電氣連接電路板18連接銲墊19的距離，同時藉由具備一常數值以上的長度，以便固定平行彈簧15；此外，導電部24中有空洞的部分，是用於縮小靜電容量值；再者，空洞中的擬真部23，用於強固探針結構的手段。
圖4表示層疊圖3所說明之內置探針膠膜的狀態圖；但圖4中並未出示樹脂膠膜圖示，而屬於只層疊探針與平行彈簧及支撐部部分狀態；從圖4可得知，層疊內置探針膠膜時，則以等間距p挪動形成電氣連接部的端子部17相位的方式，在各樹脂膠膜25上形成出事先挪動端子部17的配置；當設置連接端子部17之電路板18電氣連接部的連接銲墊19時，為了輕鬆配置連接銲墊19，而對準事先朝傾斜方向配置的連接銲墊19。
圖5表示本發明第3實施形態平面圖。本實施形態的特徵在於，在樹脂膠膜25上形成平行彈簧15形成的部分上，設置開口部28及切入口29、及在用於電氣連接電路板18之端子部17部分上也設置切入口30；如圖5所示，黏貼於樹脂膠膜25的銅箔，屬於分離形成於導電部部分、及兼具補強部功能的電氣擬真部26，27部分；導電部部分的一端則形成出垂直探針12，另一端則形成接觸電路板18電氣連接部之連接銲墊19的端子部17；之所以設置擬真部26、27的理由在於，銅箔厚度為20μm，相對之下樹脂膠膜25的厚度只有5μm之薄，因此是用於保持內置探針膠膜的變形強度(換言之，不讓樹脂膠膜25變形)。
此外，垂直探針12則形成出具備平行彈簧15的連接環機構，平行彈簧15間的樹脂膠膜25部分則設有開口部28，此外也藉由設置和連接環機構呈平行的切入口29，以形成出整體上含垂直探針12之懸臂結構；另外，沿著端子部17設有切入口30，端子部17也是依據切入口長度形成出懸臂結構；藉由平行彈簧機構讓探針部形成懸臂結構，便可大幅取得導電配線31的寬幅，因此相較於在習有結構的一隻垂直探針中途設置彎曲部的結構，有助於更加提高樹脂膠膜25的變形強度；此外，也藉由將端子部17做成懸臂結構，而得以在電氣連接電路板18與垂直探針12時，只要透過彈性接觸便可進行連接，因此可輕鬆組裝電路板18與探針組合體。
此外，在銜接垂直探針12與端子部17的導電配線31與擬真部26、27間隙中，注入用於維持電氣絕緣性與膠膜強度的絕緣黏著劑32，以作為補強用隔板；再者，垂直探針12附近的樹脂膠膜25上，則鑽出當層疊樹脂膠膜25時，用於定位及固定的支撐棒穿孔20。
圖6為本發明第4實施形態平面圖；本實施形態的特徵在於，在樹脂膠膜上形成平行彈簧的部分上設置開口部及切入口、及在用於電氣連接電路板的端子部分上也設有切入口；如圖所示，黏貼於樹脂膠膜25的銅箔，則分離形成於導電部部分、及兼具補強部功能的電氣擬真部分；導電部部分的一端則形成出垂直探針12，另一端則形成接觸電路板18電氣連接部之連接銲墊19的端子部17；之所以設置擬真部26、27的理由在於，銅箔厚度為20 μ m，相對之下樹脂膠膜25的厚度只有5 μ m之薄，因此是用於保持內置探針膠膜的變形強度；此外，擬真部27被堅固夾持固定於上端固定板46與電路板18中；導電配線31與擬真部27之間填充了黏著劑32，導電配線31則填充黏著劑26；故得以堅固固定平行彈簧15固定部的導電配線11；黏著劑26不需黏著劑，也可以是同於膠膜的材料；膠膜劑則以聚亞醯胺等較為適當。
此外，垂直探針12則形成出具備平行彈簧15的連接環機構，平行彈簧15間的樹脂膠膜25部分則設有開口部28，此外也藉由設置和連接環機構呈平行的切入口29，以形成出含垂直探針12之懸臂結構；另外，沿著端子部17設有切入口30，端子部17也是依據切入口長度形成出懸臂結構；藉由平行彈簧機構讓探針部形成懸臂結構，便可大幅取得導電配線31的寬幅，因此相較於在習有結構的一隻垂直探針中途設置彎曲部的結構，有助於更加提高樹脂膠膜的變形強度；導電配線31屬於在導電部24中，沒有空間與擬真部23的形狀；此外，也藉由將端子部17做成懸臂結構，而得以在電氣連接電路板與垂直探針時，只要透過彈性接觸便可進行連接，因此可輕鬆組裝電路板與接觸子組合體。
此外，在銜接垂直探針12與端子部17的導電配線31與擬真部26、27間隙中，注入用於維持電氣絕緣性與膠膜強度的絕緣黏著劑32，以作為補強用隔板；再者，垂直探針12附近的樹脂膠膜25上，則鑽出當層疊樹脂膠膜25時，用於定位及固定的支撐棒穿孔20；此支撐棒37的貫穿功能方面，已在上述專利文獻2(特開2005－300545號公報)做說明，在此則省略說明。
圖7為圖6垂直探針12附近的部分放大圖；在圖7上驅動探測垂直探針12時，當垂直探針12前端有z向的差異時，可透過支撐棒37將力量傳達至其他垂直探針12。
本實施形態用於防止發生這種情況；圖7中的41為外定位擬真部、42為內定位擬真部、43為樹脂膠膜變形部；外定位擬真部41及內定位擬真部42位於相當接近垂直探針12的位置；內定位擬真部42與樹脂膠膜25則在同軸上設有空孔20；支撐棒37則以壓入嵌合孔20的方式，依據層疊間距定位被插入的樹脂膠膜25及外定位擬真部41；此樹脂膠膜25、內定位擬真部42及外定位擬真部41，可藉由鄰近垂直探針12的距離，減少介於垂直探針12位移的距離，故可高精度組裝前端。
在上述構成中，當銲墊部下降，且透過探測動作朝同時作動數個垂直探針12之Z向的紙面下方壓下時，當垂直探針12的前端z向有出現後，便在支撐棒37上發揮力道作用；外定位擬真部41與內定位擬真部42之間的樹脂膠膜變形部43，就是用於縮小這種力道；圖7中的樹脂膠膜變形部43上，雖未描繪出缺口，但也可適當設置用於決定彈簧常數的缺口。
在本實施形態中，垂直探針12面K與外定位擬真部41面S，以相同面為最佳；此外，即使在垂直探針12的Z向上有探測動作，最好不在外定位擬真部41上發揮極大力道；這是因探針必須獨立動作所致。
圖8為輕鬆形成相同平面之部分圖；其特徵為，圖8上的34為連結擬真部；該連結擬真部34存在於垂直探針12和定位擬真部33之間；樹脂材料35位於定位擬真部33和連結擬真部34之間；擬真部36位於連結擬真部34和垂直探針12之間，負責發揮增強強度功能；垂直探針12附近有定位擬真部33，並藉由讓貫通該定位擬真部33與膠膜25的貫通孔20及連結擬真部34的一端，接近垂直探針12，以輕鬆讓垂直探針12、連結擬真部34與定位擬真部33形成出相同平面。
圖8型態則同於圖6、圖7型態一樣，垂直探針12面K定位擬真部33的面S為相同面最佳；此外，垂直探針12的z向上即使有探測動作，也以不在定位擬真部33上發揮極大力量為最佳；這是因各探針必須具獨立動作性；藉由在磁帶上形成出連結擬真部34，以縮小(或防止)樹脂膠膜25乃至磁帶的y向彎曲。
從z向來看，連結擬真部34與定位擬真部33朝x向具有較長的共有部分，垂直探針12與連結擬真部34面，朝相同面內進行正確動作，而在組裝其他接觸子上，難以透過孔20及支撐棒發生傳達力。
以下將以圖式9乃至圖式13，說明本發明第5實施形態；圖9表示組裝樹脂接觸子；圖9中的39表示相當於第1實施形態等所示之垂直探針12的導電探針、40為樹脂膠膜；此外，15為平行彈簧、31為導電配線；因簡化圖式，故省略擬真部等，但實際上發揮了實際功能；樹脂膠膜40功能則同於樹脂膠膜25；左右兩側各有1個導電探針39，故由合計2個配置的組裝接觸子38所構成。
圖10表示按照數個組裝順序，配置不同導電配線31長度的組裝接觸子38；圖10表示不同導電配線31長度的組裝接觸子38較短順序中，依序為38－1、38－2、38－3．．．38－1．．重複配置的組裝接觸子38。
圖11為本發明相關數個組裝接觸子38的組裝側視圖；圖11表示組裝圖10所示之組裝接觸子38，並將支撐棒37插入於孔20；孔20與支撐棒37是藉由壓入，以決定組裝接觸子38之間隔定位。
圖12表示本發明相關數個組裝接觸子38端子部與配線板上連接銲墊的對置狀態圖；圖12上則對置組裝接觸子38端子部17與連接銲墊19。
圖13表示端子部17與連接銲墊19因應關係；層疊導電配線31長度不同的組裝接觸子38時，則如圖13所示呈現出層疊間距和配線長度的差異關係；並可藉此在電路板18的粗間距連接銲墊19上，連接端子部17。
圖14表示排列於本發明相關4邊，而與銲墊呈對置的樹脂組裝接觸子；圖14表示層疊圖12及圖13所示數個組裝接觸子38，以連接呈4變形對置2邊排列的銲墊，剩餘的2邊則以直交大致相同的數個組裝接觸子38以進行配置；44為晶圓、45為矩形上有銲墊的晶片；如圖14所示，並列成矩形狀的垂直探針12，與矩形上有銲墊的晶片45呈對置。
圖15表示局部改變本發明第2實施形態之本發明第6實施形態圖；再者，為了說明本發明相關垂直探針第2實施形態，而將圖3中的50視為樹脂與探針複合體磁帶(電路板18、連接銲墊19除外)；51為配線部、52為輸入部。
圖15表示有數個樹脂與探針複合體磁帶50之樹脂與探針複合體磁帶組合體的右半部分圖；圖15中配置了和圖3所示之樹脂與探針複合體磁帶50大略相等的樹脂與探針複合體磁帶50－1、樹脂與探針複合體磁帶50－2、樹脂．金屬複合體磁帶50－3．．．．、樹脂與探針複合體磁帶50－N；並以改變高度方向與水平方向位置的狀態，配置各樹脂與探針複合體磁帶平行彈簧15－1、15－2、15－3、．．．15－N；此外，因應圖3所示高度h的h－1、h－2、h－3、h－N高度，各因應圖15樹脂與探針複合體磁帶；同樣的，導電配線31－1、51－2、51－3、51－N長度不同，但壓黏連接電路板18、電極及端子；電極間的距離為S；彎曲部22是為了讓壓黏力均勻所設置的彈簧；端子部17高度各為V－1、V－2、V－3、V－N；端子部17高度不同的原因在於，以電氣連接方式，將端子部17－1、17－2、17－3、．．．17－N連接於電路板18電極上。
圖15中，是藉由在不同空間裡，朝高度方向配置平行彈簧15－1、平行彈簧15－2、15－3、15－N，而在與銲墊間距無關的情況下，擴大平行彈簧15－1、15－2、15－N長度1及寬b的選擇自由度。
以圖15所示imax間隔，配置輸入部52－1、輸入部52－2、輸入部52－3、．．．輸入部52－N。
圖15中的平行彈簧15－1、平行彈簧15－2、平行彈簧15－3、平行彈簧15－N會因尺寸相同，而在輸入部52－1、輸入部52－2、輸入部52－3、．．．輸入部52－N上，發揮相同接觸力的作用後，會在平行彈簧15－1、平行彈簧15－2、平行彈簧15－3、平行彈簧15－N上產生相同變形。
圖16表示組裝單位的樹脂與探針複合體磁帶組合體圖；圖16中的、、、各表示樹脂與探針複合體磁帶組合體；圖16上的樹脂與探針複合體磁帶組合體的右半部份配置於右側；此外，與樹脂與探針複合體磁帶組合體的右半部份，呈左右對稱的樹脂與探針複合體磁帶組合體的左半部份被配置於左側；樹脂膠膜25為共通零組件；圖16上的輸入部是以符號52做表示；樹脂與探針複合體磁帶組合體上的左右所有輸入部52－1、輸入部52－2、輸入部52－3、．．．輸入部52－N的中心間距同於imax；圖16的、、，也是同樣採取52－1、52－2．．的排列。
樹脂與探針複合體磁帶組合體的右半部份的右側上，配置與樹脂與探針複合體磁帶組合體的右半部份，呈左右對稱的樹脂與探針複合體磁帶組合體的左半部份；這是因配線於兩側的配線數幾乎相同所致。
同樣的，還有樹脂與探針複合體磁帶組合體、樹脂與探針複合體磁帶組合體及樹脂與探針複合體磁帶組合體。
圖16中的樹脂與探針複合體磁帶組合體、、、的關係，是以樹脂與探針複合體磁帶組合體輸入部52－1為標準，樹脂與探針複合體磁帶組合體輸入部52－1，則配置於朝右方向移動尺寸r的位置(換言之，位移位置)；同樣的，以樹脂與探針複合體磁帶組合體的輸入部52－1為標準，將樹脂與探針複合體磁帶組合體輸入部52－1，配置於朝右方向移動尺寸2r的位置，以樹脂與探針複合體磁帶組合體輸入部52－1為標準，將樹脂與探針複合體磁帶組合體輸入部52－1，配置於朝右方向移動尺寸3r的位置；相對之下，孔20則透過所有樹脂與探針複合體磁帶組合體、、、而位於同一條線上；左右上的端子部17－1、端子部17－2、端子部17－3、端子部17－N(參閱圖15)，位於和連接銲墊19呈適當對置的位置；導電配線31－1、導電配線31－2、導電配線31－3、導電配線31－N的長度，屬於讓上述連接銲墊19與端子部17－1、端子部17－2、端子部17－3、端子部17－N呈對置的長度。
透過所有樹脂與探針複合體磁帶組合體、、、的孔20，位於從中心線起算左右相等的尺寸位置上。
圖17表示樹脂與探針複合體磁帶組合體的層疊狀態側視圖；圖17的樹脂與探針複合體磁帶組合體、與圖16的樹脂與探針複合體磁帶組合體表示相同的零組件；如圖17所示，透過所有樹脂與探針複合體磁帶組合體、、、，將支撐棒37插入孔20，再予以壓入固定。
圖18－圖20為求出垂直探針12最大板幅imax的說明圖；首先，圖中記號如下所示。
P：格子間距(晶片銲墊54排列間距)i：可占有的插銷寬幅imax：樹脂與探針複合體磁帶50上輸入部52之間距n：imax的占有格子間距數tf ：膠膜厚(如圖20所示)tc ：探測針的厚度ks ：樹脂與探針複合體磁帶50間的間距r：隣接樹脂與探針複合體磁帶50輸入部52的轉換間距寬幅。
圖18表示針對將垂直探針12設置成格子狀的晶片銲墊54，傾斜θ°的配置情況；格子點的1－1，1－2，．．．．，2－3，2－4，表示晶片銲墊54的位置。
圖18上是將晶片銲墊54的格子間距視為P、將佔有垂直探針線寬i的晶片銲墊54格子間距數視為n後，θ則成立以下關係：Tanθ＝P/(n×P)此時，關於晶片銲墊54格子點1－4，2－1，則並排於同一條線上；其間距imax則用以下數式予以求出：imax＝((n×P)2 ＋P2 )0 . 5 imax尺寸同於圖16樹脂與探針複合體磁帶組合體所示之imax；垂直探針12線寬i只要是i<imax即可，相較於P可獲得充分的大數值；這表示，即使擴大垂直探針12的高度h時，也可製作耐縱彎曲的結構體。
此外，將在傾斜θ°狀態下的格子點1－3，1－4間的y向相位差視為Ks後，則用以下數式予以求出：Ks＝P×sinθKs同於層疊圖16樹脂與探針複合體磁帶組合體時的間距。
同樣的，將在傾斜θ°狀態下的格子點1－3，1－4間的x向相位差視為r後，則用以下數式予以求出：r＝P×cosθ r尺寸同於圖16樹脂與探針複合體磁帶組合體所示之r尺寸。
圖19為立體檢視圖18模式圖之立體圖；圖19垂直探針12與圖18垂直探針12的零組件相同。
圖20表示銲墊排列與插銷層疊體排列之間的相對關係位置圖。
圖20中以虛線所示之格子的格子點1－1，1－2…．3－3、3－4，表示LSI的銲墊位置，圖上端的平行線是層疊探測針所形成的器件磁帶，器件磁帶厚度為Ks；圖中排列的區域陣列(area array)，表示在1－1~3－4矩陣中，20個銲墊中的1個LSI；由於LSI被做成整個晶圓面，因而省略圖式說明，但陣列持在遍布於前後左右與晶圓面上。
圖16的輸入部52－1同於圖20的1－4。
次表表示圖16輸入部與圖20座標編號。
此方式的特徵在於，具有讓探測針接觸區域陣列排列銲墊時，只將圖20所示之兩者相對關係位置傾斜成角度θ以便接觸的技術；此角度θ是將銲墊排列間距視為P，i的占有格子間距數視為n後，再以下列數式做決定：Tanθ＝P/(n×P)其他數值也可用以下數式予以算出：imax＝((n×P)2 ＋P2 )0 . 5 r＝P×cosθ
將數枚垂直探針第2實施形態配置於樹脂膠膜25上；改變垂直探針12的高度h以取得階層結構，並藉由轉換成水平而予以配置後，即可配置出不損及平行彈簧15形狀與功能的數個探針；樹脂膠膜25在x向與y向長度上並無理論上的限制，因此可自由設定平行彈簧15的彈簧寬a、連接環16的整體寬幅b、連接環16長度1；此外，相較於晶片上的晶片銲墊54間隔imax，可大幅取得電路板18連接銲墊19之間隔P’。
圖21表示決定圖20所示銲墊排列、及插銷層疊體排列之相對關係位置狀態所製作的探針組合體外觀構成側視圖；從此圖可明確出，各探針端子被排列成因應格子狀的排列銲墊。
圖22及圖23為第2實施形態變更例，表示將探針組合體固定於PC板的型態圖；在這些圖式中，圖22是藉由探針組合體維持機構61，將探針組合體60固定於PC板62的狀態分解側視圖；圖23(a)是藉由探針組合體維持機構61，將探針組合體60固定於PC板62的狀態平面圖；圖23(b)是藉由探針組合體維持機構61，將探針組合體60固定於PC板62狀態下的側視圖；構成探針組合體60的各垂直探針12，則讓各前端部端子接觸幾乎載置於PC板62中央部，以因應晶片45的銲墊13；此外，此例探針組合體60中的各垂直探針12，是將各基礎端部(設有端子部17的部分)擴展成圓弧狀，且讓基礎端部端子與端子間隔大於前端部端子；可藉此輕鬆進行將晶片45上進行高密度排列的銲墊13訊號，取出於檢查電路裝置等檢查電路18的配線；再者，如圖22所示，擴展成圓弧狀的各垂直探針12的基礎端部，受限於藉由導軌構件63所支撐的位置。
圖24屬於在圖22及圖23所示探針組合體60的支撐結構上，垂直探針12前端部端子與因應晶片45銲墊13的接觸部分、及將垂直探針12擴展成圓弧狀的基礎端部詳細構成圖；此圖中的圖24(a)是剖斷部分探針組合體60與探針組合體維持機構61及PC板62之配置關係的分解側視圖；圖24(b)表示放大垂直探針12前端部端子、及因應晶片45之銲墊13接觸部分的側視圖；圖24(c)屬於放大擴展垂直探針12圓弧狀的基礎端部側視圖；如這些圖式所示，各垂直探針12是讓各前端部端子接觸高密度配置之晶片45的銲墊13，同時以規定間隔隔開各基礎端部距離的方式擴展成圓弧狀；可藉此輕鬆進行在晶片45上，將來自於高密度排列的銲墊13訊號，取出於檢查電路裝置等檢查電路的配線。
從上述可知，包含本提議之內置探針樹脂膠膜，可適用於因應半導體設備狹隘間距的檢查電路裝置(探測器)上，舉例來說以直徑300mm將半導體晶片形成出數十~數百個晶圓的整體檢查上，也充分具備追隨功能。
此外，藉由將現有彈簧插銷式探針卡中無法實現的120 μ m間距探針卡做成產品，而得以對市場提供探測針與磁帶層疊方式的新型探針卡，LSI製造商可在剛完成前製工程後，以晶圓級進行LSI檢查；因此，(1)開發部門可用晶圓級進行功能測試，並帶來縮短開發時間、降低開發成本的一大優點；此外，還可提供以下優點，(2)讓製造部門具備合理工程，早期發現不良的LS，以提升良品率等產能。
本發明是基於圖式所示最佳實施形態予以說明，但只要是熟習該項技術者，都可在不脫離本發明構想範圍中輕鬆進行各種變更與改造；本發明亦包含該變更例。
11‧‧‧懸臂
12‧‧‧垂直探針
13‧‧‧銲墊部
14‧‧‧支撐部
15‧‧‧平行彈簧
16‧‧‧連接環
17‧‧‧端子部
18‧‧‧電路板
19‧‧‧銲墊
20‧‧‧孔
22‧‧‧彎曲部
23‧‧‧擬真部
24‧‧‧導電部
25‧‧‧樹脂膠膜
26、27．．．擬真部
28．．．開口部
29、30．．．切入口
31．．．導電配線
32．．．黏著劑
33．．．定位擬真部
34．．．連結擬真部
35．．．樹脂材料
36．．．擬真部
37．．．支撐棒
38．．．組裝接觸子
39．．．導電探針
40．．．樹脂膠膜
41．．．外定位擬真部
42．．．內定位擬真部
43．．．樹脂膠膜變形部
44．．．晶圓
45．．．晶片
46．．．固定板
50．．．樹脂與探針複合體磁帶
51．．．配線部
52．．．輸入部
54．．．晶片銲墊
15－1、15－2、15－3、．．．15－N．．．平行彈簧
h、h－1、h－2、h－3、h－N．．．高度
31－1、31－2、31－3、31－N．．．導電配線
V－1、V－2、V－3、V－N．．．端子部高度
17－1、17－2、17－3、．．．17－N．．．端子部
52－1、52－2、52－3、．．．52－N．．．輸入部
52－1、52－2、52－3、．．．52－N．．．輸入部
1－1、1－2、1－3、1－4、2－1、2－2、2－3、2－4．．．格子點
3－3、3－4．．．格子點
60．．．探針組合體
61．．．探針組合體維持機構
62．．．PC板
63．．．導軌構件
圖1：本發明相關垂直探針動作說明圖。
圖2：本發明相關垂直探針之第1實施形態平面圖。
圖3：本發明相關垂直探針之第2實施形態平面圖。
圖4：層疊本發明第2實施形態相關垂直探針之探針組合體說明側視圖。
圖5：本發明相關垂直探針之第3實施形態平面圖。
圖6：本發明相關垂直探針之第4實施形態平面圖。
圖7：本發明第4實施形態相關垂直探針基礎端附近之部分放大圖。
圖8：本發明第4實施形態中，輕鬆形成相同平面之部分圖。
圖9：本發明相關樹脂接觸子組合體之圖例平面圖。
圖10：本發明相關數個樹脂接觸子組合體配置順序平面圖。
圖11：本發明相關數個樹脂接觸子組合體之組裝側視圖。
圖12：本發明相關數個樹脂接觸子組合體端子部、與配線板上連接銲墊之對置關係側視圖。
圖13：本發明相關數個樹脂接觸子組合體端子部、與配線板上連接銲墊之因應關係圖。
圖14：將本發明相關數個樹脂接觸子組合體排列成4邊之銲墊對置狀態側視圖。
圖15：本發明第6實施形態相關樹脂與探針複合體磁帶組合體右半部分正視圖。
圖16：本發明第6實施形態之相關以組裝單位呈現樹脂、組裝探針複合體磁帶正視圖。
圖17：本發明第6實施形態之相關層疊配置數個樹脂、組裝探針複合體磁帶狀態側視圖。
圖18：本發明第6實施形態之相關用於求出垂直探針最大板幅imax說明圖。
圖19：本發明第6實施形態中，放大圖18所示探針端子與晶片銲墊之接觸部分的部分放大側視圖。
圖20：本發明第6實施形態中，表示銲墊排列與排列插銷層疊體之相對關係位置圖。
圖21：本發明第6實施形態中，決定圖20所示銲墊排列與排列插銷層疊體之相對關係位置狀態下，所製作之探針組合體外觀構成側視圖。
圖22：將本發明探針組合體固定於PC板之構成探針組合體維持機構分解側視圖。
圖23：構成圖22所示探針組合體維持機構圖，(a)為平面圖、(b)為側視圖。
圖24：在圖22及圖23所示探針組合體維持機構中，(a)為探針組合體與探針組合體維持機構配置關係之部分剖面分解側視圖、(b)為放大探針前端部端子與因應晶片銲墊之接觸部分側視圖、(c)為放大探針圓弧狀基礎端部側視圖。
12．．．垂直探針
13．．．銲墊部
14．．．支撐部
15．．．平行彈簧
16．．．連接環
25．．．樹脂膠膜

Claims (27)

  1. 一種探針組合體，其特徵在於：使用黏著銅箔的樹脂膠膜，再對前述銅箔蝕刻加工，使樹脂膠膜形成含有垂直探針的導電部，而前述含有垂直探針的導電部形成出具有平行彈簧結構的平行四邊形連接環機構，再以層疊數枚內置垂直探針的樹脂膠膜，讓該垂直探針的前端部接觸半導體晶片的電極銲墊，來執行半導體晶片的電路檢查；其中平行彈簧之間的樹脂膠膜未設有開口部。
  2. 如請求項1所述之探針組合體，其中具有平行彈簧結構的平行四邊形連接環機構的一端具有垂直探針，另一端是以水平方向延伸至支撐部的懸臂結構。
  3. 如請求項1所述之探針組合體，其中連接環機構的平行彈簧為彎曲變形。
  4. 如請求項1所述之探針組合體，其中平行彈簧之間的樹脂膠膜上設有開口部。
  5. 如請求項1所述之探針組合體，其中藉由連接環機構及導電部，連接在垂直探針之間，同時具有接觸電路板連接銲墊的端子部。
  6. 如請求項5所述之探針組合體，其中在層疊內置探針樹脂膠膜的端子部，是以等間距位移的方式配置位置，且形成於各樹脂膠膜。
  7. 如請求項5所述之探針組合體，其中端子部附近的導電部設有彎曲部。
  8. 如請求項5所述之探針組合體，其中連接環機構及端子部附近設有切入口的懸臂結構。
  9. 如請求項1所述之探針組合體，其中蝕刻前述銅箔時，在未去除導電部以外部分的情況下形成擬真部，以作為樹脂膠膜的補強構件。
  10. 如請求項9所述之探針組合體，其中在導電部與擬真部之間的樹脂膠膜面上，填充絕緣性黏著劑。
  11. 如請求項1所述之探針組合體，其中平行彈簧形成出只對水平方向傾斜角度θ的連接環結構，並可藉由改變此角度θ，以變更探針和晶圓上 之銲墊間的摩擦量。
  12. 如請求項9所述之探針組合體，其中垂直探針附近有定位擬真部，而藉由貫通該定位擬真部與膠膜的孔、和連結擬真部的一端接近垂直探針，以輕鬆讓垂直探針、連結擬真部與定位擬真部形成出相同平面。
  13. 如請求項12所述之探針組合體，其中連結擬真部面與垂直探針面在相同面內正確動作，而不易在其他組裝接觸子上，透過孔及支撐棒而傳達力道。
  14. 一種探針組合體，其特徵在於：用黏著銅箔的樹脂膠膜，再對前述銅箔蝕刻加工，使樹脂膠膜形成含有垂直探針的導電部，再層疊數枚此內置垂直探針的樹脂膠膜，並讓前述垂直探針前端部接觸半導體晶片之電極銲墊，以執行半導體晶片檢查電路，其配置數個包含垂直探針之導電部，形成具有平行彈簧結構之平行四邊形連接環機構的探針平行彈簧結構，轉換成x y z軸的x向及z向探針；並藉由以適當間隔層疊，該數個探針群及朝x向逐一同量轉換之第2、第3、第4等探針群組裝單位的樹脂與組裝探針複合體磁帶，而具備如預期格子排列的電氣連接輸入部；其中藉由連接環機構及導電部，連接在垂直探針之間，同時具有接觸電路板連接銲墊的端子部；前述端子部附近的導電部設有彎曲部。
  15. 如請求項14所述之探針組合體，其中具有平行彈簧結構的平行四邊形連接環機構的一端具有垂直探針，另一端是以水平方向延伸至支撐部的懸臂結構。
  16. 如請求項14所述之探針組合體，其中連接環機構的平行彈簧為彎曲變形。
  17. 如請求項14所述之探針組合體，其中前述平行彈簧之間的樹脂膠膜上設有開口部。
  18. 如請求項14所述之探針組合體，其中前述平行彈簧之間的樹脂膠膜上未設有開口部。
  19. 如請求項14所述之探針組合體，其中層疊數個內置探針樹脂膠膜時，在各內置探針樹脂膠膜間，等間距位移前述端子部配置位置，以便在 各樹脂膠膜上形成前述端子部。
  20. 如請求項14所述之探針組合體，其中前述連接環機構及端子部附近設有切入口之懸臂結構。
  21. 如請求項14所述之探針組合體，其中蝕刻前述銅箔時，在未去除導電部以外部分的情況下形成擬真部，以作為樹脂膠膜的補強構件。
  22. 如請求項21所述之探針組合體，其中前述導電部與擬真部之間的樹脂膠膜面上，填充絕緣性黏著劑。
  23. 如請求項14所述之探針組合體，其中樹脂與組裝探針複合體磁帶，被配置成針對晶圓上晶片格子狀的銲墊排列，而讓探針端子具備所定角度。
  24. 如請求項14所述之探針組合體，其中樹脂與組裝探針複合體磁帶，被配置成配線部數幾乎同於左右兩側的左右對稱型態。
  25. 如請求項14所述之探針組合體，其中以絕緣性黏著劑，填充相當於平行彈簧支撐部的部分。
  26. 如請求項14所述之探針組合體，其中構成探針組合體的各探針，是以幾乎將各前端部端子，載置於PC板中央部，以接觸因應晶片的銲墊方式所設定而成；另一方面，各探針是將各基礎端部擴展成圓弧狀，因此相較於基礎端部端子為前端部端子，更加擴大了端子與端子間的間隔。
  27. 如請求項26所述之探針組合體，其中擴展成圓弧狀的各探針基礎端部，受限於透過導軌所支撐的位置。
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