TWI479158B

TWI479158B - 晶圓測試探針卡

Info

Publication number: TWI479158B
Application number: TW102103152A
Authority: TW
Inventors: Mingchi Chen; Tienchia Li; Daijin Yeh; Tsungyi Chen; Chienkuei Wang
Original assignee: Mpi Corp
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2015-04-01
Also published as: US20140210505A1; TW201430352A; US9823272B2

Description

晶圓測試探針卡

本發明是有關於一種探針測試卡，且特別是有關於一種高頻的探針測試卡。

在積體電路(Integrated Circuits；IC)的製作過程中，於其製程的不同階段皆會進行產品的測試步驟，並同時利用精密的分析儀器在整個製程中進行有關於品質管制的各項檢驗，藉以確保製程良率及晶片品質能夠達到最佳水準，並檢測積體電路在製造過程中所發生的瑕疵。然後，找出造成產品產生瑕疵的原因，以進一步地確保產品品質符合標準，達到提升製程良率的目的。因此，在積體電路的製造過程中，測試實為提升積體電路元件之良率，並建立有效之資料以供工程分析使用的重要步驟。

在微小間距的積體電路測試需求上，相較於使用傳統的測試方法(諸如pogo針及針頭探針等)，使用薄膜探針技術可產生較高的精確度和更低的費用。然而，以現有的薄膜探針測試卡而言，若是其中的一個探針磨損或是脫落，將會導致整片薄膜探針測試卡無法繼續使用，造成測試效率低落與成本的負擔。

為解決先前技術之難題，依照本發明一實施例，提出一種晶圓測試探針卡，包含印刷電路板、與印刷電路板電性連接之軟性電路板、位於印刷電路板與軟性電路板之間的彈性塊，以及探針單元。探針單元包含固定於印刷電路板之探針頭與多個探針。探針頭包含多個穿孔。探針為各自獨立地穿設於穿孔中，其中探針相對於探針頭上下移動。

因此，本發明之主要目的就是在提供一種晶圓測試探針卡，由於晶圓測試探針卡中之探針為各自獨立地穿設於穿孔之中，因此本發明可以獨立換針，故可以達到降低備卡、維修成本及方便維修之功效。

本發明之另一目的就是在提供一種晶圓測試探針卡，由於晶圓測試探針卡中之多個探針可相對於探針頭進行上下移動；或是多個探針的長度可從彈性塊之外緣向中心漸增；或是彈性塊之厚度可由外緣向中心漸增，因此本發明之探針不需吸收變形，故可以使探針長度為較短、傳輸會較快，可以達到提高測試頻率之功效。

以下將以圖式及詳細說明清楚說明本發明之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本發明之較佳實施例後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。

參照第1圖，其繪示本發明之晶圓測試探針卡第一實施例的示意圖。晶圓測試探針卡100包含有印刷電路板110、軟性電路板120、彈性塊130以及探針單元140。其中軟性電路板120與印刷電路板110電性連接，彈性塊130則是位於軟性電路板120與印刷電路板110之間。探針單元140包含有探針頭150以及多個探針160。探針頭150固定於印刷電路板110面對於軟性電路板120之一面，探針頭150包含有多個穿孔152。探針160為各自獨立地穿設於穿孔152之中，使得探針160可以相對於探針頭150進行上下移動。

探針單元140之探針頭150包含具有穿孔152之絕緣基板154、支架156以及多個螺絲158。具有穿孔152之絕緣基板154可透過螺絲158鎖固於支架156上；支架156可再透過螺絲158穿過印刷電路板110而鎖固於印刷電路板110上；倘若需要補強印刷電路板110之整體強度，則支架156亦可通過印刷電路板110再鎖固於支撐基座170上，可視實際需求而定。軟性電路板120則是透過如焊接的方式固定於印刷電路板110上，並與印刷電路板110電性連接。

探針160包含有探針本體162以及連接於探針本體162一端的止擋部164，止擋部164位於軟性電路板120與絕緣基板154之間，其中止擋部164的外徑大於穿孔152的內徑，可以避免探針160自穿孔152中脫離。由於探針本體162之外徑大致匹配於穿孔152之內徑，故可以使探針160順利地在穿孔152中上下移動而不會有過度的左右偏移。在未測試時，探針160可以接觸或是不接觸軟性電路板120。此外，探針160可以為均一長度。

彈性塊130位於軟性電路板120以及印刷電路板110之間，彈性塊130可藉由黏著劑132固定於印刷電路板110上。探針單元140位於軟性電路板120面對於待測物之一面，探針160外露於探針頭150，用以與待測物接觸以進行訊號量測。探針160更在與待測物接觸時被推擠，而藉由彈性塊130的支撐而確實接觸軟性電路板120，使得軟性電路板120與待測物之間的訊號透過探針160溝通，軟性電路板120更進一步與印刷電路板110電性連接，使得訊號得以在印刷電路板110、軟性電路板120、探針160以及待測物之間傳遞。

由於本發明中之探針160為各自獨立地穿設於穿孔152之中，因此，當其中一個探針160損毀時，不需如傳統做法一般更換整個探針單元140，只要更換損毀的探針160即可。因此使用本發明之晶圓測試探針卡100，可以獨立換針，如此一來，除了維修便利之外，更可以節省備卡以及維修成本的負擔。

另外，又因為探針160均為低可撓性的直針，即探針本體162大致為線狀且不易彎曲。當探針160接觸待測物時，係藉由彈性塊130吸收點測時的反作用力。相較於傳統具有挫曲(buckling)功能的探針，因為其本身需要兼具探針接觸與緩衝的功能，故需同時具有直針部以及用以吸收反作用力的挫曲部，所以探針的長度無法縮短。但是本案將探針160及彈性塊130的功能分開，探針160的長度自然可以縮減。隨著探針160長度的縮減，其可以量測之頻率亦隨之提升。舉例而言，全長約4mm的探針160，其可量測之頻率約為1.2GHz至2.2GHz；全長約2mm的探針160，其可量測之頻率約為5GHz左右；全長約1mm的探針160，其可量測之頻率約為10GHz至15GHz。探針160 之間的間距(穿孔152之間的間距)最低可以縮減至40μm，實現針距微小化以適用於高密集度的晶片測試，以及提高測試頻率之功效。

參照第2圖，其繪示本發明之晶圓測試探針卡第二實施例的示意圖。晶圓測試探針卡200中，包含有印刷電路板210、軟性電路板220、彈性塊230以及探針單元240。上述之軟性電路板220及探針單元240之發明特徵如上述第一實施例所揭露。

而本第二實施例相較於第一實施例不同處為，本第二實施例之印刷電路板210進一步包含有開口212，彈性塊230係容置於開口212中，軟性電路板220再覆蓋於彈性塊230上並與印刷電路板210電性連接。相較於第一實施例，本第二實施例之彈性塊230為埋設於印刷電路板210中，因此可以降低晶圓測試探針卡200的整體厚度，並更可以可靠地固定彈性塊230。故本第二實施例之印刷電路板210及彈性塊230之發明特徵，除彈性塊230係容置於開口212中之外，其餘之發明特徵如上述第一實施例所揭露。

參照第3圖，其繪示本發明之晶圓測試探針卡第三實施例的示意圖。晶圓測試探針卡300中，包含有印刷電路板310、軟性電路板320、彈性塊330以及探針單元340。上述之印刷電路板310、軟性電路板320、彈性塊330以及探針單元340之發明特徵如上述第一或第二實施例所揭露。

請繼續參照第3圖，本第三實施例係以彈性塊330位於軟性電路板320與印刷電路板310之間為例。要說明的是，由於晶圓測試探針卡300之探針360的針距較小，排列密度較高，因此，在進行實際測試時，由於探針360會頂住彈性塊330，而使得彈性塊330在接近中心處常會因為受力面積小、應力集中而產生凹陷的現象。

有鑑於此，本第三實施例之晶圓測試探針卡300之探針360包含有探針本體362以及位於探針本體362一端的止擋部364，其中止擋部364的長度從彈性塊330的外緣向中心漸增。如此一來，當探針360接觸待測物302以上頂彈性塊330而與軟性電路板320接觸時，由於靠近彈性塊330之中心的探針360其一端的止擋部364具有較長的長度，其恰可補償彈性塊330中心因應力集中而凹陷的變形量，進而使得探針360可靠地接觸並電性連接軟性電路板320與待測物302。

當然地，探針360包含有探針本體362以及位於探針本體362一端的止擋部364。其中亦可藉由變更探針360的長度，以實現探針360可以可靠地接觸並電性連接軟性電路板320與待測物302。也就是說，也可以是使探針360的長度從彈性塊330的外緣向中心漸增。當然地，可視實際需求而定。

參照第4圖，其繪示本發明之晶圓測試探針卡第四實施例的示意圖。晶圓測試探針卡400中，包含有印刷電路板410、軟性電路板420、彈性塊430以及探針單元440。上述印刷電路板410、軟性電路板420、彈性塊430以及探針單元440之發明特徵如上述第一或第二實施例所揭露。而本第四實施例亦係以彈性塊430位於軟性電路板420與印刷電路板410之間為例。

本第四實施例提供了另一種因彈性塊430中心受力面積小、應力集中導致之凹陷而降低測試可靠度的解決方案。即是彈性塊430之厚度從外緣向中心漸增，如此一來，當探針460接觸待測物402以上頂彈性塊430而與軟性電路板420接觸時，由於彈性塊430之中心具有較厚的厚度，其恰可補償彈性塊430中心因應力集中而凹陷的變形量，進而使得探針460可靠地接觸並電性連接軟性電路板420與待測物402。

參照第5A圖至第5G圖，其繪示應用於本發明之晶圓測試探針卡之探針不同樣態的示意圖。首先，探針500a~500c包含有探針本體510a~510c以及連接於探針本體510a~510c一端的止擋部520a~520c。其中，止擋部520a~520c之寬度大於探針本體510a~510c之寬度，而探針本體510a~510c與止擋部520a~520c可以為一體成形製成，即探針本體520a~520c與止擋部520a~520c之材料均為導體。此外，探針本體510a~510c用以接觸待測物之一端可以為扁平狀。因此，上述之探針樣態，可以如第5A圖所示，止擋部520a可以為平均地突出於探針本體510a，使得探針500a的剖面形狀近似於T形。或者，如第5B圖所示，止擋部520b為突出於探針本體510b，使得探針500b的剖面形狀近似於倒L形。或者，如第5C圖所示，止擋部520c之形狀可以近似於具有平坦頂面的球形。上述之止擋部520a~520c可用以防止探針500a~500c自穿孔脫離。

接著，亦或者是如第5D圖所示，其中止擋部520d之寬度大於探針本體510d之寬度，探針本體510d具有均一的直徑，其中探針本體510d之材料為導體。止擋部520d形成並圍繞於探針本體510d的一端，而其中止擋部520d之材料為非導體。止擋部520d為平均地突出於探針本體510d，使得探針500d的剖面形狀近似於T形。為了有效地進行測試工作，探針本體510d的兩端皆需外露於非導體材料之止擋部520d。或者，如第5E圖所示，探針本體510e與止擋部520e可以皆為導體，僅需在止擋部520部分外圍形成一絕緣層512e。

因此上述之止擋部520d~520e除了可用以防止探針500d~500e自穿孔脫離之外，更可藉由具有絕緣功效的止擋部520d~520e電性隔離相鄰的探針500d~500e，以避免探針500d~500e之間，可能因直接接觸而造成短路的情形。

要特別說明的是，上述之探針500a~500e，為用以接觸待測物之一端，即是探針500a~500e之探針本體探針510a~510e之一端，除可以為扁平狀之外，亦可以如第5F圖之探針500f所示，可以為針狀。或者，如第5G圖之探針500g所示，可以為皇冠狀或是鋸齒狀。

當然地，上述之探針500a~500g態樣，可視實際需求而運用在上述第一至第四實施例中。而且上述之探針500a~500g可以達到組裝元件少以及容易組裝之功效。

參照第6圖，其繪示本發明之晶圓測試探針卡第五實施例的示意圖。晶圓測試探針卡600中，包含有印刷電路板610、軟性電路板620、彈性塊630以及探針單元640。上述印刷電路板610、軟性電路板620、彈性塊630以及探針單元640之發明特徵如上述第一或第二實施例所揭露。而本第五實施例亦係以彈性塊630位於軟性電路板620與印刷電路板610之間為例。

本第五實施例，相較於第一至第四實施例不同處為，本第五實施例，進一步包含有：上絕緣基板651、下絕緣基板653以及探針本體662以及位於探針本體662中段的止擋部664。其中之探針頭650包含有具有穿孔652之上絕緣基板651、具有穿孔652之下絕緣基板653、支架656，以及螺絲658。當探針本體662組裝入探針頭650後，止擋部664會位於上絕緣基板651與下絕緣基板653之間。止擋部664的外徑會大於穿孔652的內徑，為用以避免探針660自穿孔652中脫離。

要特別說明的是，由於止擋部664係夾設於上絕緣基板651以及下絕緣基板653之間，因此探針600與待測物之間可以更佳確實接觸，應力較集中。亦或者是，當在更換損毀的探針660時，在將探針單元640取出的過程中，可藉由上絕緣基板651與下絕緣基板653挾持探針660，以避免在移動的過程中探針660掉出的情形，使得更換更為簡易。

參照第7A圖至第7G圖，其係繪示應用於第6圖之第五實施例的晶圓測試探針卡上的探針不同樣態的示意圖。其中探針700a~700g除了止擋部720a~720g係位於探針本體710~710g之中段之發明特徵與上述探針500a~500g不同之外，其餘之發明特徵皆已由上述探針500a~500g所揭露。雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200、300、400、600‧‧‧晶圓測試探針卡

110、210、310、410、610‧‧‧印刷電路板

120、220、320、420、620‧‧‧軟性電路板

130、230、330、430、630‧‧‧彈性塊

132‧‧‧黏著劑

140、240、340、440、640‧‧‧探針單元

150、250、350、450、650‧‧‧探針頭

152、252、352、452、652‧‧‧穿孔

154、254‧‧‧絕緣基板

156、256、656‧‧‧支架

158、258、658‧‧‧螺絲

160、260、360、460、500a、500b、500c、500d、500e、500f、500g、660、700a、700b、700c、700d、700e、700f、700g‧‧‧探針

162、362、510a、510b、510c、510d、510e、662、710a、710b、710c、710d、710e、710f、710g‧‧‧探針本體

164、364、520a、520b、520c、520d、520e、520f、520g、664、720a、720b、720c、720d、720e、720f、720g‧‧‧止擋部

170、270‧‧‧支撐基座

212‧‧‧開口

302、402‧‧‧待測物

512e、712e‧‧‧外緣

651‧‧‧上絕緣基板

653‧‧‧下絕緣基板

第1圖繪示本發明之晶圓測試探針卡第一實施例的示意圖。

第2圖繪示本發明之晶圓測試探針卡第二實施例的示意圖。

第3圖繪示本發明之晶圓測試探針卡第三實施例的示意圖。

第4圖繪示本發明之晶圓測試探針卡第四實施例的示意圖。

第5A圖至第5G圖繪示應用於本發明第一至第四實施例之晶圓測試探針卡之探針不同樣態的示意圖。

第6圖繪示本發明之晶圓測試探針卡第五實施例的示意圖。

第7A圖至第7G圖繪示應用於本發明第五實施例之晶圓測試探針卡之探針不同樣態的示意圖。

100‧‧‧晶圓測試探針卡

110‧‧‧印刷電路板

120‧‧‧軟性電路板

130‧‧‧彈性塊

132‧‧‧黏著劑

140‧‧‧探針單元

150‧‧‧探針頭

152‧‧‧穿孔

154‧‧‧絕緣基板

156‧‧‧支架

158‧‧‧螺絲

160‧‧‧探針

162‧‧‧探針本體

164‧‧‧止擋部

170‧‧‧支撐基座

Claims

一種晶圓測試探針卡，包含：一印刷電路板；一軟性電路板，與該印刷電路板電性連接；一彈性塊，位於該印刷電路板與該軟性電路板之間；以及一探針單元，包含：一探針頭，固定於該印刷電路板，該探針頭包含複數個穿孔以及一具有該些穿孔之絕緣基板；以及複數個探針，各自獨立地穿設於該些穿孔中，其中該些探針相對於該探針頭上下移動，每一該些探針包含一探針本體與連接於該探針本體一端之一止擋部，該些止擋部位於該軟性電路板與該絕緣基板之間，該些止擋部之外徑大於該些穿孔之內徑，以避免該些探針自該些穿孔中脫離。
如申請專利範圍第1項所述之晶圓測試探針卡，其中該些探針具有均一長度。
如申請專利範圍第1項所述之晶圓測試探針卡，其中該些探針之長度從該彈性塊之外緣向中心漸増。
如申請專利範圍第1項所述之晶圓測試探針卡，其中該彈性塊之厚度由外緣向中心漸增。
如申請專利範圍第1項所述之晶圓測試探針卡，該探針頭包含一支架與複數個螺絲，該些螺絲將該支架鎖固於該印刷電路板。
如申請專利範圍第1項所述之晶圓測試探針卡，其中該些止擋部之長度從該彈性塊之外緣向中心漸増。
如申請專利範圍第1項所述之晶圓測試探針卡，其中該些探針為直針。
如申請專利範圍第1項所述之晶圓測試探針卡，其中該印刷電路板包含一開口，該彈性塊容置於該開口中。
一種晶圓測試探針卡，包含：一印刷電路板；一軟性電路板，與該印刷電路板電性連接；一彈性塊，位於該印刷電路板與該軟性電路板之間；以及一探針單元，包含：一探針頭，固定於該印刷電路板，該探針頭包含複數個穿孔、一具有該些穿孔之上絕緣基板，以及具有該些穿孔之下絕緣基板；以及複數個探針，各自獨立地穿設於該些穿孔中，其中該些探針相對於該探針頭上下移動，每一該些探針包含一探針本體與位於該探針本體中段之一止擋部，該些止擋部位於該上絕緣基板與該下絕緣基板之間，該些止擋部之外徑大於該些穿孔之內徑，以避免該些探針自該些穿孔中脫離。
如申請專利範圍第1或9項所述之晶圓測試探針卡，其中該些探針本體之材料為導體，該些止擋部之材料為導體。
如申請專利範圍第1或9項所述之晶圓測試探針卡，其中該些探針本體之材料為導體，該些止擋部之材料包含非導體，該些探針本體之兩端均外露於該些止擋部。