TWI615616B - 薄膜探針卡及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種裝置包括一薄膜片以及複數個探針。該薄膜片包括複數條訊號走線。該些探針設置於該薄膜片上，並電性連接該些訊號走線。該些探針為圓柱狀，且該些探針用以探針測試一待測裝置。

Description

薄膜探針卡及其製造方法

本案涉及一種電子裝置。具體而言，本案涉及一種薄膜探針卡。

在積體電路製造過程中，測試程序為確保裝置功能正常的重要步驟。

在典型的測試程序中，係利用自動測試機(automated test equipment，ATE)以產生測試訊號。自動測試機耦接晶元探針測試機台(wafer prober station)。晶元探針測試機台用以透過探針頭(probe head)及探針卡(probe card)提供測試訊號至待測裝置(device-under-test，DUT)。探針卡包括複數個探針(needle tip)，此些探針用以接觸待測裝置上的接觸點。探針的設計是相應於待測物的特定積體電路設計形態。藉由利用探針卡，測試器即可對具有不同的特定積體電路設計情況的待測物進行測試，而不需更換造價相當昂貴的探針頭。

本案的一實施態樣涉及一種裝置。根據本案一實施例，該裝置包括一薄膜片以及複數個探針。該薄膜片包括複數條訊號走線。該些探針設置於該薄膜片上，並電性連接該些訊號走線。該些探針為圓柱狀，且該些探針用以探針測試一待測裝置。

本案的另一實施態樣涉及一種裝置。根據本案一實施例，該裝置包括一印刷電路板、一薄膜核心、以及複數個探針。該印刷電路板包括複數條訊號通道。該薄膜核心包括一固著件以及一薄膜片。該固著件接附於該印刷電路板。該薄膜片接附於該固著件。該薄膜片包括複數條訊號走線。該些訊號走線各別地透過複數個連接器電性連接該印刷電路板的該些訊號通道。該些訊號走線用以接收來自該些訊號通道的複數筆測試訊號。該些探針設置於該薄膜核心上，並電性連接該薄膜片的該些訊號走線。該些探針為圓柱狀，且該些探針用以接收該些測試訊號並提供該些測試訊號至一待測裝置。

本案的另一實施態樣涉及一種方法。根據本案一實施例，該方法包括設置複數個探針於一薄膜片上。該些探針為圓柱狀。該薄膜片包括複數條訊號走線。該些圓柱狀的探針電性連接該些訊號走線。

透過應用上述一實施例，即可實現一種具圓柱狀探針的薄膜探針卡，以避免測試痕跡過大。

10‧‧‧螺絲釘

12‧‧‧開孔

20‧‧‧連接器

30‧‧‧待測裝置

32‧‧‧接觸塊

40‧‧‧墊塊

100‧‧‧薄膜探針卡

110‧‧‧薄膜核心

112‧‧‧固著件

112a‧‧‧金屬部份

112b‧‧‧塑膠部份

112c‧‧‧硬板

114‧‧‧薄膜片

114a‧‧‧保護層

114b‧‧‧導電層

114c‧‧‧介電層

114d‧‧‧導電層

116‧‧‧探針

116a‧‧‧壓控振盪器電感探針

116b‧‧‧非壓控振盪器電感探針

118‧‧‧緩衝層

120‧‧‧印刷電路板

122‧‧‧訊號通道

124‧‧‧接觸墊

ST‧‧‧訊號走線

D‧‧‧間距

Q1‧‧‧曲線

Q2‧‧‧曲線

Q3‧‧‧曲線

500‧‧‧方法

S1-S3‧‧‧操作

第1圖為根據本案不同實施例所繪示的薄膜探針卡的剖面圖；第2圖為根據本案不同實施例所繪示的薄膜探針卡的一部份的放大圖；第3圖為根據本案不同實施例所繪示的第1圖中的薄膜探針卡的底視圖；第4圖為根據本案不同實施例所繪示的不同探針的品質因數；第5圖為根據本案不同實施例所繪示的第1圖中的薄膜探針卡的製造方法的流程圖。

在以下的說明中，將呈現一些具體細節以提供對本案實施例的全盤了解。然而，相關領域技術人士將認知到，本發明可在缺乏該具體細節中的一個或多個的情況下、或者在與其它組件結合等情況下實施。為了避免模糊本發明的各實施例的態樣，針對本案公知的實現方法或操作，本文並不進行顯示或具體說明。

關於本文中所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。本文中使用的範例(包括所有述及的用詞之範例)僅供例示，而非用以限制本案或本案中任何例示性用詞的範圍及意義。相似地，本案並不以本文中揭露的 不同實施例為限。

關於本文中所使用之『第一』、『第二』、...等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本發明，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。例如，第一元件可稱為第二元件，並且相似地，第二元件可稱為第一元件。而如此的改變並不脫離本案實施例的範圍。

關於本文中所使用之『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指包含但不限於。

關於本文中所使用之『耦接』意指『電性耦接』、『連接』意指『電性連接』。『耦接』與『連接』可指二或多個元件相互操作或動作。

在說明書中提到的“某一實施例”意指該某一實施例中描述的具體特徵、結構、實施方式或特性至少包括在本發明的一個實施例中。因此，在說明書不同地方提到“在一個實施例中”時，未必指的是同一個實施例。而這些特徵、結構、實施方式或特性可以以任何適宜的方式結合進一個或多個實施例中。

第1圖為根據本案不同實施例所繪示的薄膜探針卡100(membrane probe card)的剖面圖。在此些實施例中，薄膜探針卡100包括一薄膜核心110(membrane core)以及印刷電路板120。薄膜核心110接附於印刷電路板120上。在一些實施例中，薄膜核心110是藉由螺絲釘10接附於印刷電路板120上。在一些實施例中，薄膜核心110亦可藉由其它固定裝 置(如夾合器)接附於印刷電路板120上。

在一些實施例中，薄膜核心110包括固著件112(fixture)、薄膜片114(membrane film)、以及複數個探針116(needle pin)。固著件112包括一金屬部份112a、一塑膠部份112b、以及一硬板112c。在一些實施例中，金屬部份112a上存在複數開孔12，以令螺絲釘10可透過此些開孔12鎖附固著件112與印刷電路板120。在一些實施例中，硬板112c可由陶瓷材料或不銹鋼材料所製成。

在一些實施例中，薄膜片114為軟性，並可彎折以符合固著件112的形狀。在一些實施例中，薄膜片114係接附或黏合至固著件112。在進一步的實施例中，薄膜片114的一部份是透過UV紫外線硬化膠黏合至固著件112硬板112c。薄膜片114的另一部份係透過一緩衝層118接附或黏合至固著件112的金屬部份112a。在進一步的實施例中，緩衝層118為黏性緩衝層。

薄膜片114包括複數條訊號走線ST(signal trace)。訊號走線ST透過複數個連接器20電性連接印刷電路板120的訊號通道122(signal channel)。在一些實施例中，連接器20可用金手指接頭(golden finger)實現。訊號通道122用以透過接觸墊124電性連接至探針頭(probe head)(未繪示)，以接收測試器(未繪示)產生的測試訊號。

如第1圖所示，探針116是設置於薄膜片114上，並電性連接訊號走線ST。在一些實施例中，每一探針116為圓柱狀。在一些實施例中，探針116的第一端物理性 地接觸訊號走線ST，且探針116的第二端(其相對於第一端)用以接觸待測裝置30(device-under-test)的接觸塊32，以對待測裝置30進行探針測試。

舉例來說，待測裝置30為裝載於墊塊40(chuck)上的晶圓。墊塊40用以舉起待測裝置30，以令待測裝置30的接觸塊32接觸探針116。透過如此設置，測試訊號即可經由訊號通道122、訊號走線ST、以及探針116，被提供至待測裝置30，以測試待測裝置30的功能。

第1圖中的探針116僅為例示。不同數量及設置方式的探針116亦在本案範圍之中。

在一些方法中，薄膜探針卡的探針係製為金字塔形或角錐形。然而，在如此的設置下，當墊塊40被過度驅動時，探針將過量地插入接觸塊中，並造成較大的探針測試痕跡於待測裝置的接觸塊上，從而產生不佳的產品。

相對於前述方法，第1圖中的薄膜探針卡100的探針116具有圓柱形。因此，當探針116插入接觸塊32時，接觸塊32上的探針測試痕跡皆彼此相同，故可降低待測裝置30的失敗率。

此外，在不同的實施例中，緩衝層118係製為具壓縮容許能力(compressive compliance)及彈性。當螺絲釘10鎖入印刷電路板120時，將壓縮緩衝層118位於印刷電路板120與固著件112的金屬部份112的一部份。如此一來，緩衝層118被壓縮的該部份的彈性即可強迫連接器20良好地接觸至印刷電路板120的訊號通道122。

在一些實施例中，具壓縮容許能力及彈性的緩衝層118是由矽橡膠(silicon rubber)所製成。在進一步的實施例中，緩衝層118的厚度大約為30密耳(mil)。

緩衝層118的厚度及材料僅為例示，其它厚度及材料亦在本案範圍之中。

在一些方法中，薄膜探針卡位於固著件與薄膜卡之間的緩衝層是以mylar®製成。mylar®製成的緩衝層的厚度大約為1密耳。然而，如此的緩衝層缺乏彈性保護連接器，以避免設置於薄膜卡的訊號走線及印刷電路板的訊號通道之間的連接器斷裂。舉例而言，若螺絲釘過度地鎖附於印刷電路板中，則連接器將彎折或斷裂。又若螺絲釘未鎖緊，則連接器與印刷電路板的訊號通道之間將接觸不良。

相較於前述方法，在本案的第1圖中，在緩衝層118是以矽橡膠製成的情況下，當螺絲釘10鎖附於印刷電路板中時，緩衝層118將被壓縮，以防止連接器20彎折或斷裂。因此，藉由利用具壓縮容許能力及彈性的緩衝層118，螺絲釘10可牢固地鎖附於印刷電路板120中。如此一來，相較於前述方法，訊號通道122與訊號走線ST之間的連接可更為穩固。

第2圖為根據本案不同實施例所繪示的薄膜探針卡100的一部份的放大圖。同時參照第1圖及第2圖，在一些實施例中，薄膜片114包括保護層114a、複數導電層114b、介電層114c、以及導電層114d。以倒視的觀點而言，介電層114c形成於導電層114d之上，導電層114b形成於介電層114c之 上，保護層114a形成於導電層114b之上。在一些實施例中，導電層114b及導電層114d係以金屬製成。介電層114c與保護層114a係以聚合物製成。上述的材質僅為例示，不同的材質亦在本案範圍之中。

在一些實施例中，每一訊號走線ST包括導電層114b中的一者、介電層114c、以及導電層114d。此外，保護層114a係用以保護訊號走線ST。

每一導電層114b電性連接探針116中的一者以及連接器20中的一者。在一些實施例中，導電層114b為長條形。導電層114b的一端接觸探針116中的一者，且導電層114b的相對另一端接觸連接器20中的一者。在一些實施例中，探針116的縱長方向垂直於導電層114b。

在一些實施例中，導電層114d電性連接薄膜探針卡100的共用地。在進一步的實施例中，導電層114d係藉由例如透過接觸孔(未繪示)，以接觸固著件112的金屬部份，從而電性連接至共用地。

在一些實施例中，導電層114b平行於導電層114d。介電層114c中的一部份介於導電層114b與導電層114d之間。介電層114c中介於導電層114b與導電層114d之間的該部份的厚度(以間距D表示)可被改變，以調整訊號走線ST的阻抗。在一些實施例中，訊號走線ST的阻抗約為50歐姆，以使阻抗匹配。

第3圖為根據本案不同實施例所繪示的第1圖中的薄膜探針卡100的底視圖。在此些實施例中，探針116包括 壓控振盪器電感(voltage controlled oscillator inductor，VCO-inductor)探針116a及非壓控振盪器電感探針116b。壓控振盪器電感探針116a用以探針測試待測裝置30中的壓控振盪器電感。非壓控振盪器電感探針116b用以探針測試待測裝置30中的其它元件。

壓控振盪器電感探針116a與非壓控振盪器電感探針116b的排列方式及品質因數是根據待測裝置30的實際設計進行設置。在第3圖中的排列方式及品質因數僅為例示，不同的排列及品質因數亦在本案範圍之中。

根據Leeson等式(Leeson’s equation)，壓控振盪器電感探針116a的品質因數越高，探針測試壓控振盪器電感的相位雜訊(phase noise)越低。因此，在一些實施例中，為降低探針測試壓控振盪器電感的相位雜訊，可將壓控振盪器電感探針116a製成具有高品質因數。

參照第4圖，曲線Q1代表由銅製成並具有40微米長度的探針在大約1-6GHz的頻帶下的品質因數。曲線Q2代表由鎳製成並具有40微米長度的探針在大約1-6GHz的頻帶下的品質因數。曲線Q3代表由鎳製成並具有20微米長度的探針在大約1-6GHz的頻帶下的品質因數。如第4圖所示，在1-6GHz的頻帶下，由銅製成的探針的品質因數高於由鎳製成的探針。一般而言，壓控振盪器的頻率大約為2.4GHz。因此，在一些實施例中，壓控振盪器電感探針116a可用銅製成，以降低探針測試壓控振盪器電感的相位雜訊。

然而，由於銅較軟，故銅製的探針容易彎折。 因此，在一些實施例中，當壓控振盪器電感探針116a由銅製成時，非壓控振盪器電感探針116b用其它具有較高硬度的材料製成，以支撐銅製的探針。在一些實施例中，非壓控振盪器電感探針116b由鎳製成。

用以製成壓控振盪器電感探針116a與非壓控振盪器電感探針116b的材料僅為例示，其它材料亦在本案範圍之中。

第5圖為根據本案不同實施例所繪示的第l圖中的薄膜探針卡500的製造方法100的流程圖。

在操作S1中，探針116設置於薄膜片114上。壓控振盪器電感探針116a與非壓控振盪器電感探針116b的排列方式是根據待測裝置30的實際設計進行設置。在一些實施例中，壓控振盪器電感探針116a係以具較高品質因數的材料所製成。在進一步的實施例中，壓控振盪器電感探針116a係以銅製成。在一些實施例中，非壓控振盪器電感探針116b係以具較高硬度的材料所製成。在進一步的實施例中，非壓控振盪器電感探針116b係以鎳製成。此外，在一些實施例中，所有的探針116皆為圓柱形，並具有相同的長度及直徑。

在操作S2中，薄膜片114透過緩衝層118接附於(或黏附於)固著件112上。在一些實施例中，緩衝層118係用矽橡膠所製成，且緩衝層118的厚度大約為30密耳，以令緩衝層118具有壓縮容許能力及彈性。

在操作S3中，薄膜核心110接附於印刷電路板 120。在一些實施例中，薄膜核心110是透過螺絲釘10接附於印刷電路板120。螺絲釘10是透過固著件112的金屬部份112a上的開孔12，鎖入印刷電路板120之中。在一些實施例中，螺絲釘10是牢固地鎖入印刷電路板120之中，以壓縮緩衝層118位於印刷電路板120與固著件112的金屬部份112a的一部份。透過彈性，緩衝層118被壓縮的該部份即可強迫連接器20良好地接觸至印刷電路板120的訊號通道122。

上述段落描述了例示性的操作，但此些操作的順序並不以所示為限。根據本案不同實施例的精神與範圍，此些操作可被適應性新增、置換、對調次序、及/或刪除。

此外，製造方法500的細節可參照前述段落，故在此不贅述。

在一些實施例中，揭示一種裝置。該裝置包括一薄膜片以及複數個探針。該薄膜片包括複數條訊號走線。該些探針設置於該薄膜片上，並電性連接該些訊號走線。該些探針為圓柱狀，且該些探針用以探針測試一待測裝置。

另一種裝置亦在此揭示。此一裝置包括一印刷電路板、一薄膜核心、以及複數個探針。該印刷電路板包括複數條訊號通道。該薄膜核心包括一固著件以及一薄膜片。該固著件接附於該印刷電路板。該薄膜片接附於該固著件。該薄膜片包括複數條訊號走線。該些訊號走線各別地透過複數個連接器電性連接該印刷電路板的該些訊號通道。該些訊號走線用以接收來自該些訊號通道的複數筆測試訊號。該些探針設置於該薄膜核心上，並電性連接該薄膜片的該些訊號 走線。該些探針為圓柱狀，且該些探針用以接收該些測試訊號並提供該些測試訊號至一待測裝置。

一種方法亦在此揭示。該方法包括設置複數個探針於一薄膜片上。該些探針為圓柱狀。該薄膜片包括複數條訊號走線。該些圓柱狀的探針電性連接該些訊號走線。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，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。

10‧‧‧螺絲釘

12‧‧‧開孔

20‧‧‧連接器

30‧‧‧待測裝置

32‧‧‧接觸塊

40‧‧‧墊塊

100‧‧‧薄膜探針卡

110‧‧‧薄膜核心

112‧‧‧固著件

112a‧‧‧金屬部份

112b‧‧‧塑膠部份

112c‧‧‧硬板

114‧‧‧薄膜片

114a‧‧‧保護層

114b‧‧‧導電層

114c‧‧‧介電層

114d‧‧‧導電層

116‧‧‧探針

118‧‧‧緩衝層

120‧‧‧印刷電路板

122‧‧‧訊號通道

124‧‧‧接觸墊

ST‧‧‧訊號走線

Claims (10)

1. 一種薄膜探針卡，包括：一固著件，包括一金屬部份、一塑膠部份以及一硬板，其中該塑膠部份配置於該金屬部份與該硬板之間，且該固著件藉由通過該金屬部份的至少一螺絲釘鎖附於一印刷電路板；一薄膜片，包括複數條訊號走線；以及複數個探針，設置於該薄膜片上，並電性連接該些訊號走線，其中該些探針為圓柱狀，且該些探針用以探針測試一待測裝置，該薄膜片之至少一部份係透過具壓縮容許能力及彈性之一緩衝層接附於該固著件。
2. 如請求項1所述之薄膜探針卡，其中該緩衝層係由矽橡膠所製成。
3. 如請求項1所述之薄膜探針卡，其中該些探針包括一第一型態探針以及一第二型態探針，且該第一型態探針以及該第二型態探針的品質因數彼此不同。
4. 如請求項3所述之薄膜探針卡，其中該第一型態探針係用銅製成，且該第二型態探針係用鎳製成。
5. 如請求項1所述之薄膜探針卡，其中該薄膜片之至少一部份係透過具壓縮容許能力及彈性之該緩衝 層接附於該固著件之該金屬部份，該薄膜片之至少一部份係透過UV紫外線硬化膠黏合至該固著件之該硬板。
6. 如請求項5所述之薄膜探針卡，其中該固著件之該金屬部份包括至少一開孔；其中該固著件與該印刷電路板係藉由通過該金屬部份之該至少一開孔的該至少一螺絲釘彼此鎖附。
7. 一種薄膜探針卡，包括：一印刷電路板，包括複數條訊號通道；一薄膜核心，包括：一緩衝層，具有壓縮容許能力及彈性；一固著件，接附於該印刷電路板，其中該固著件包括一金屬部份、一塑膠部份以及一硬板，其中該塑膠部份配置於該金屬部份與該硬板之間，該固著件藉由通過該金屬部份的至少一螺絲釘鎖附於該印刷電路板；以及一薄膜片，透過該緩衝層接附於該固著件，其中該薄膜片包括複數條訊號走線，該些訊號走線各別地透過複數個連接器電性連接該印刷電路板的該些訊號通道，且該些訊號走線用以接收來自該些訊號通道的複數筆測試訊號；以及複數個探針，設置於該薄膜核心上，並電性連接該薄膜片的該些訊號走線，其中該些探針為圓柱狀，且 該些探針用以接收該些測試訊號並提供該些測試訊號至一待測裝置。
8. 如請求項7所述之薄膜探針卡，其中該些探針包括：一壓控振盪器電感探針，具有一第一品質因數；以及一非壓控振盪器電感探針，具有一第二品質因數；其中該第一品質因數大於該第二品質因數。
9. 一種薄膜探針卡的製造方法，包括：設置複數個探針於一薄膜片上，其中該些探針為圓柱狀，該薄膜片包括複數條訊號走線，且該些圓柱狀的探針電性連接該些訊號走線；以及透過具壓縮容許能力及彈性之一緩衝層接附該薄膜片之至少一部份於一固著件上，其中該固著件包括一金屬部份、一塑膠部份以及一硬板，其中該塑膠部份配置於該金屬部份與該硬板之間，其中該固著件藉由通過該金屬部份的至少一螺絲釘鎖附於一印刷電路板。
10. 如請求項9所述之製造方法，其中設置該些探針於該薄膜片上的步驟包括：設置一壓控振盪器電感探針於該薄膜片上，其中該壓控振盪器電感探針具有一第一品質因數；以及設置一非壓控振盪器電感探針於該薄膜片上，其中該 非壓控振盪器電感探針具有一第二品質因數；其中該第一品質因數大於該第二品質因數。