TWI632376B - 探針卡裝置 - Google Patents

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Abstract

一種探針卡裝置，包括複數個探針；一薄膜基板，包括複數個第一薄膜連接點以及複數個第二薄膜連接點，其中該些第一薄膜連接點之至少一者電性連接至該些第二薄膜連接點之至少一者，兩相鄰第一薄膜連接點的間距小於兩相鄰第二薄膜連接點之間距；以及一電路板，包括複數個第一電路板連接點，其中該些第二薄膜連接點之至少一者電性連接至該些第一電路板連接點之至少一者。該探針卡裝置可同時加強佈線功能及支撐功能。

Description

探針卡裝置
本揭示關於測試領域，特別是關於一種探針卡裝置。
請參閱第1圖，第1圖顯示習知技術中一探針卡裝置10之縱剖面圖。
該探針卡裝置10包括一探針頭(probe head)100、一轉接板102、一中介層(interposer)104、一電路板106、以及一強化件108。
該探針頭100電性連接至該轉接板102且包括複數個探針110。
該轉接板102又稱為多層有機板(Multi-Layer Organic，MLO)或多層陶瓷板(Multi-Layer Ceramic，MLC)，該轉接板102電性連接至該探針頭100及該中介層104。該轉接板102用於將窄線距的探針110電性連接至該中介層104中寬線距的中介元件112，也就是說，該轉接板102可視為一空間轉換器(space transformer)。
該中介層104電性連接至該電路板106。該中介層104用於將該轉接板102對接至該電路板106。
該電路板106固定於該強化件108上。該電路板102用於傳輸一測試系統(未圖示)之至少一測試信號，該至少一測試信號透過該中介層104之中介元件112及該轉接板102傳送至該些探針110上，該些探針110接觸一晶圓(未圖示)上之晶片接點以 對晶片接點進行電性測試。
上述探針卡裝置10中，該轉接板102具有佈線功能及支撐功能，該佈線功能用於將窄線距的探針110電性連接至該中介層104中寬線距的中介元件112，該支撐功能則是用於當該些探針110接觸晶圓(未圖示)上之晶片接點時提供足夠的支撐力。然而若要加強該轉接板102之支撐功能而使用較硬的材料時，則因為較硬的材料導致佈線密度受到限制(線距不能縮小)，亦即降低佈線功能，另一方面，若要增強該轉接板102之佈線功能而使用較軟的材料時，則因為較軟的材料降低佈線功能，更明確地說，當加強支撐功能時，佈線功能變差，當加強佈線功能時，支撐功能變差。
因此需要針對習知技術之探針卡裝置的問題提出解決方法。
本揭示提供一種輸入裝置及其製造方法，其能解決習知技術中的問題。
本揭示之探針卡裝置包括：一探針頭，包括複數個探針；一薄膜基板，包括一薄膜本體、複數個第一薄膜連接點形成於該薄膜本體之一第一表面、複數個第二薄膜連接點形成於該薄膜本體之一第二表面、以及至少一內部金屬層設置於該薄膜本體內部，其中該些第一薄膜連接點之至少一者透過該薄膜基板之該至少一內部金屬層電性連接至該些第二薄膜連接點之至少一者，兩相鄰第一薄膜連接點的間距小於兩相鄰第二薄膜連接點之間距，各探針之一端用於電性連接該些第一薄膜連接點之其中一者；一電路板，包括一電路板本體、複數個第一電路板連接點形成於該電路板本體之一第一表面、以及複數個第二電路板連接點形成於該電路板本體之一第二表面，其中該些第二薄膜連接點之 至少一者電性連接至該些第一電路板連接點之至少一者；以及一底部填充材料，形成於該薄膜基板以及該電路板之間。
本揭示之探針卡裝置包括：一探針頭，包括複數個探針；一薄膜基板，包括一薄膜本體、複數個第一薄膜連接點形成於該薄膜本體之一第一表面、複數個第二薄膜連接點形成於該薄膜本體之一第二表面、以及至少一內部金屬層設置於該薄膜本體內部，其中該些第一薄膜連接點之至少一者透過該薄膜基板之該至少一內部金屬層電性連接至該些第二薄膜連接點之至少一者，兩相鄰第一薄膜連接點的間距小於兩相鄰第二薄膜連接點之間距，各探針之一端用於電性連接該些第一薄膜連接點之其中一者；一測試板，包括一測試板本體、複數個第一測試板連接點形成於該測試板本體之一第一表面、複數個第二測試板連接點形成於該測試板本體之一第二表面、以及至少一內部金屬層設置於該測試板本體內部，該些第二薄膜連接點之至少一者電性連接至該些第一測試板連接點之至少一者，該些第一測試板連接點之至少一者透過該測試板之該至少一內部金屬層電性連接至該些第二測試板連接點之至少一者；一電路板，電性連接至該些第二測試板連接點之至少一者；以及一底部填充材料，形成於該薄膜基板以及該測試板之間。
本揭示之探針卡裝置中，由於佈線功能及支撐功能分別由不同的元件提供，故可同時加強佈線功能及支撐功能。
10、20、40‧‧‧探針卡裝置
30‧‧‧晶片接點
100、200、400‧‧‧探針頭
102‧‧‧轉接板
104、406‧‧‧中介層
106、204、408‧‧‧電路板
108、206、410‧‧‧強化件
110、2002、4002‧‧‧探針
112、4060‧‧‧中介元件
202、202’、402‧‧‧薄膜基板
208、412‧‧‧底部填充材料
404‧‧‧測試板
2000、4000‧‧‧針座
2020、2020’、4020‧‧‧第一薄膜連接點
2022、2022’、4022‧‧‧第二薄膜連接點
2024、2024’、4024、4044‧‧‧內部金屬層
2026、2026’‧‧‧第一表面介電層
2028、2028’、4028‧‧‧內部介電層
2030、2030’、4030‧‧‧第二表面介電層
2032、2032’、4026‧‧‧薄膜本體
2040‧‧‧第一電路板連接點
2042‧‧‧第二電路板連接點
2046‧‧‧電路板本體
4040‧‧‧第一測試板連接點
4042‧‧‧第二測試板連接點
4046‧‧‧測試板本體
第1圖顯示習知技術中一探針卡裝置之縱剖面圖。
第2圖顯示根據本揭示一實施例之探針卡裝置之縱剖面圖。
第3圖顯示第2圖之探針、薄膜基板、及電路板之示意圖。
第4圖顯示根據本揭示一實施例之薄膜基板之示意圖。
第5圖顯示根據本揭示另一實施例之薄膜基板之示意圖。
第6圖顯示根據本揭示另一實施例之探針卡裝置之縱剖面圖。
第7圖顯示第6圖之探針、薄膜基板、及測試板之示意圖。
請參閱第2圖，第2圖顯示根據本揭示一實施例之探針卡裝置20之縱剖面圖。
該探針卡裝置20包括一探針頭200、一薄膜基板202(thin film substrate)、一電路板204、以及一強化件206。
該探針頭200包括一針座2000(housing)以及複數個探針2002，該些探針2002設置於該針座2000中且穿過該針座2000。
請參閱第2圖以及第3圖，第3圖顯示第2圖之探針2002、薄膜基板202、及電路板204之示意圖。
該薄膜基板202包括一薄膜本體2032、複數個第一薄膜連接點2020形成於該薄膜本體2032之一第一表面、複數個第二薄膜連接點2022形成於該薄膜本體2032之一第二表面、以及至少一內部金屬層2024設置於該薄膜本體2032內部。該些第一薄膜連接點2020之至少一者透過該至少一內部金屬層2024電性連接至該些第二薄膜連接點2022之至少一者，兩相鄰第一薄膜連接點2020的間距小於兩相鄰第二薄膜連接點2022之間距。
該薄膜基板202用於將窄線距的探針2020電性連接至寬線距的電路板204，也就是說，該薄膜基板202之功能等同於第1圖之轉接板102。
本揭示之探針卡裝置20中，該薄膜基板202提供佈線功能，該電路板204提供支撐功能，由於佈線功能及支撐功能分別 由不同的元件提供，故可同時加強佈線功能及支撐功能。
該些第一薄膜連接點2020之表面及該些第二薄膜連接點2022之表面包括無電鍍鎳無電鍍鈀浸金(Electroless Nickel Electroless Palladium and Immersion Gold，ENEPIG)、無電鍍鎳浸金(Electroless Nickel Immersion Gold，ENIG)、或有機保焊層(Organic Solderability Preservative，OSP)。
於一實施例中，該些第二薄膜連接點2022可以為錫球(solder ball)。於另一實施例中，該些第二薄膜連接點2022可以為複合焊接體，更明確地說，該些第二薄膜連接點2022包括一金屬材以及包覆該金屬材的錫材。
各探針2002之一端用於電性連接該些第一薄膜連接點2020之其中一者，各探針2002之另一端用於電性接觸一晶片接點30，該晶片接點30為一待測晶片之接點。
該電路板204包括一電路板本體2046、複數個第一電路板連接點2040形成於該電路板本體2046之一第一表面、以及複數個第二電路板連接點2042形成於該電路板本體2046之一第二表面。該些第二薄膜連接點2022之至少一者電性連接至該些第一電路板連接點2040之至少一者。該些第一電路板連接點2040之至少一者透過至少一內部金屬層2044電性連接至該些第二電路板連接點2042之至少一者。
此外，於本揭示之探針卡裝置20中，一底部填充材料208(underfill)形成於該薄膜基板202以及該電路板204之間，該底部填充材料208用於包覆該些第二薄膜連接點2022及該些該些第一電路板連接點2040。
如第2圖所示，該電路板204固定於該強化件206上，該電路板204用於傳輸一測試系統(未圖示)之至少一測試信號， 該至少一測試信號透過該薄膜基板202傳送至該些探針2002，該些探針2002接觸第3圖之晶片接點30以對晶片接點30進行電性測試。
該探針卡裝置20在進行測試時，該些探針2002需要施力於該些晶片接點30以接觸該些晶片接點30，一般每根探針2002施力為2公克重(gram weight，gw)至6公克重，當該探針卡裝置20包括5000根探針2002時，總施力為10公斤重(kilogram weight，kgw)至30公斤重，該薄膜基板202與該電路板204也會承受相同力量，若該電路板204之鋼性不足以支撐，則可以加強該強化件206以支撐該探針卡裝置20。
請參閱第2圖至第4圖，第4圖顯示根據本揭示一實施例之薄膜基板202之示意圖。
該薄膜基板202包括該薄膜本體2032、該些第一薄膜連接點2020、該至少一內部金屬層2024、以及該些第二薄膜連接點2022。該薄膜本體2032包括一第一表面介電層2026、至少一內部介電層2028、以及一第二表面介電層2030。於本實施例中，該薄膜基板202包括三層內部金屬層2022及三層內部介電層2028，然而本揭示並非限定於此。
該些第一薄膜連接點2020形成於該第一表面介電層2026中，該些內部金屬層2024形成於對應的內部介電層2028中，該些第二薄膜連接點2022形成於該第二表面介電層2030中。該些第一薄膜連接點2020之至少一者透過該些內部金屬層2024電性連接至該些第二薄膜連接點2022之至少一者。
該些第一薄膜連接點2020突出於該薄膜本體202之第一表面，該些第一薄膜連接點2020適用於第3圖之探針2002的底部尺寸大於該些第一薄膜連接點2020的尺寸(dimension)的情況。
該薄膜基板202的層數可以為4層至20層。該第一表 面介電層2026、該至少一內部介電層2028、及該第二表面介電層2030的厚度為5微米(micrometer；μm)至20微米，其材料為聚醯亞胺(polyimide)。該些第一薄膜連接點2020的高度、該至少一內部金屬層2024的厚度、及該些第二薄膜連接點2022的高度為1微米至10微米，該至少一內部金屬層2024的線寬為2微米至100微米。要說明的是，該至少一內部金屬層2024可以為整面金屬層的形式以作為一電源層或一接地層。該至少一內部金屬層2024的導孔(via)尺寸為10微米至50微米。
第3圖之電路板本體2046可以為有機材料或陶瓷材料，當該電路板本體2046為陶瓷材料製成時，該電路板204具有較大之楊氏係數，當探針2002施加外力以接觸晶片接點30時，陶瓷材料不易彎折，可以提供更好的支撐功能。該電路板204之金屬層的線寬為大於50微米。該電路板204之金屬層的導孔尺寸為大於50微米。該電路板204之金屬層的線寬為大於2微米。
請參閱第2圖至第3圖以及第5圖，第5圖顯示根據本揭示另一實施例之薄膜基板202’之示意圖。
該薄膜基板202’包括一薄膜本體2032’、複數個第一薄膜連接點2020’、至少一內部金屬層2024’、以及複數個第二薄膜連接點2022’。該薄膜本體2032’包括一第一表面介電層2026’、至少一內部介電層2028’、以及一第二表面介電層2030’。於本實施例中，該薄膜基板202’包括三層內部金屬層2024’及兩層內部介電層2028’，然而本揭示並非限定於此。
該些第一薄膜連接點2020’形成於該第一表面介電層2026’中，該些內部金屬層2024’形成於對應的內部介電層2028’中，該些第二薄膜連接點2022’形成於該第二表面介電層2030’中。該些第一薄膜連接點2020’之至少一者透過該些內部金屬層2024’ (對應至第3圖之內部金屬層2024)電性連接至該些第二薄膜連接點2022’之至少一者。
該些第一薄膜連接點2020’低於該薄膜本體2032’之第一表面，亦即該些第一薄膜連接點2020’形成於該薄膜本體2032’之內部，該些第一薄膜連接點2020’適用於第3圖之探針2002的底部尺寸小於該些第一薄膜連接點2020’的尺寸(dimension)的情況。
要說明的是，第4圖所述之層數、厚度、材料、高度、線寬亦適用於本實施例，此不多加贅述。
請參閱第6圖，第6圖顯示根據本揭示另一實施例之探針卡裝置40之縱剖面圖。
該探針卡裝置40包括一探針頭400、一薄膜基板402、一測試板(Device under test board，Dut board)404、一中介層406、一電路板408、以及一強化件410。
該探針頭400包括一針座4000以及複數個探針4002，該些探針4002設置於該針座4000中且穿過該針座4000。
請參閱第6圖以及第7圖，第7圖顯示第6圖之探針4002、薄膜基板402、及測試板404之示意圖。
該薄膜基板402包括一薄膜本體4026、複數個第一薄膜連接點4020形成於該薄膜本體4026之一第一表面、複數個第二薄膜連接點4022形成於該薄膜本體4026之一第二表面、以及至少一內部金屬層4024設置於該薄膜本體4026內部。該些第一薄膜連接點4020之至少一者透過該至少一內部金屬層4024電性連接至該些第二薄膜連接點4022之至少一者，兩相鄰第一薄膜連接點4020的間距小於兩相鄰第二薄膜連接點4022之間距。
該薄膜基板402用於將窄線距的探針4020電性連接至寬線距的測試板404，也就是說，該薄膜基板402之功能等同於 第1圖之轉接板102。
本揭示之探針卡裝置40中，該薄膜基板402提供佈線功能，該測試板404提供支撐功能，由於佈線功能及支撐功能分別由不同的元件提供，故可同時加強佈線功能及支撐功能。
該些第一薄膜連接點4020之表面及該些第二薄膜連接點4022之表面包括無電鍍鎳無電鍍鈀浸金(Electroless Nickel Electroless Palladium and Immersion Gold，ENEPIG)、無電鍍鎳浸金(Electroless Nickel Immersion Gold，ENIG)、或有機保焊層(Organic Solderability Preservative，OSP)。
於一實施例中，該些第二薄膜連接點4022可以為錫球(solder ball)。於另一實施例中，該些第二薄膜連接點4022可以為複合焊接體，更明確地說，該些第二薄膜連接點4022包括一金屬材以及包覆該金屬材的錫材。
各探針4002之一端用於電性連接該些第一薄膜連接點4020之其中一者，各探針4002之另一端用於電性接觸一晶片接點30，該晶片接點30為一待測晶片之接點。
該測試板404包括一測試板本體4046、複數個第一測試板連接點4040形成於該測試板本體4046之一第一表面、複數個第二測試板連接點4042形成於該測試板本體4046之一第二表面、以及至少一內部金屬層4044設置於該測試板本體4046內部。該些第二薄膜連接點4022之至少一者電性連接至該些第一測試板連接點4040之至少一者。該些第一測試板連接點4040之至少一者透過該至少一內部金屬層4044電性連接至該些第二測試板連接點4042之至少一者。該些第二測試板連接點4042之至少一者再透過第6圖之中介層406電性連接至該電路板408。該中介層406設置於該測試板404及該電路板408之間並用於將該電路板408電性連接至該測 試板404。
第7圖之測試板本體4046可以為有機材料或陶瓷材料，當該測試板本體4046為陶瓷材料製成時，該測試板404具有較大之楊氏係數，當探針4002施加外力以接觸晶片接點30時，陶瓷材料不易彎折，可以提供更好的支撐功能。由於薄膜基板402已完成所有佈線，該測試板404內部之金屬層可以僅為垂直的導通孔，例如內部之金屬層可以為電鍍導孔(plating through hole)或以金屬材料塞孔，故該測試板404不需要佈線層，進而可以簡化結構達成本揭示同時加強佈線功能及支撐功能的目的。
此外，於本揭示之探針卡裝置40中，一底部填充材料412(underfill)形成於該薄膜基板402以及該測試板404之間，該底部填充材料412用於包覆該些第二薄膜連接點4022及該些該些第一測試板連接點4040。
如第6圖所示，該電路板408固定於該強化件410上，該電路板408用於傳輸一測試系統(未圖示)之至少一測試信號，該至少一測試信號透過該中介層406之中介元件4060、該測試板404、及該薄膜基板402傳送至該些探針4002，該些探針4002接觸第7圖之晶片接點30以對晶片接點30進行電性測試。
要說明的是，本實施例之探針卡裝置40中，該中介層406為可選用的元件，則該電路板408直接電性連接至該些第二測試板連接點4042之至少一者。若不使用該中介層406，則可以透過加大該測試板404的厚度以使該電路板408與該針座4000之間的距離不變，進而不需要改變其他機構設計。
此外，本實施例之薄膜基板402的具體結構可參閱上述第4圖至第5圖之相關描述，此不多加贅述。
本揭示之探針卡裝置中，由於佈線功能及支撐功能 分別由不同的元件提供，故可同時加強佈線功能及支撐功能。再者，本揭示之探針卡裝置使用薄膜基板作為空間轉換器，可降低線寬、線距及雜訊，並可大幅降低厚度。
雖然本揭示已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭示，本揭示所屬技術領域中具有通常知識者在不脫離本揭示之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

  1. 一種探針卡裝置，包括：一探針頭，包括複數個探針；一薄膜基板，包括一薄膜本體、複數個第一薄膜連接點形成於該薄膜本體之一第一表面、複數個第二薄膜連接點形成於該薄膜本體之一第二表面、以及至少一內部金屬層設置於該薄膜本體內部，其中該些第一薄膜連接點之至少一者透過該薄膜基板之該至少一內部金屬層電性連接至該些第二薄膜連接點之至少一者，兩相鄰第一薄膜連接點的間距小於兩相鄰第二薄膜連接點之間距，各探針之一端用於電性連接該些第一薄膜連接點之其中一者；一測試板，包括一測試板本體、複數個第一測試板連接點形成於該測試板本體之一第一表面、複數個第二測試板連接點形成於該測試板本體之一第二表面、以及至少一內部金屬層設置於該測試板本體內部，該些第二薄膜連接點之至少一者電性連接至該些第一測試板連接點之至少一者，該些第一測試板連接點之至少一者透過該測試板之該至少一內部金屬層電性連接至該些第二測試板連接點之至少一者；一電路板，電性連接至該些第二測試板連接點之至少一者；以及一底部填充材料，形成於該薄膜基板以及該測試板之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡裝置，其中該探針頭進一步包括一針座該些探針穿過該針座。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡裝置，其中該些第一薄膜連接點之表面包括無電鍍鎳無電鍍鈀浸金(Electroless Nickel Electroless Palladium and Immersion Gold，ENEPIG)、無電鍍鎳浸金(Electroless Nickel Immersion Gold，ENIG)、或有機保焊層(Organic Solderability Preservative，OSP)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡裝置，其中該些第二薄膜連接點之表面包括無電鍍鎳無電鍍鈀浸金(Electroless Nickel Electroless Palladium and Immersion Gold，ENEPIG)、無電鍍鎳浸金(Electroless Nickel Immersion Gold，ENIG)、或有機保焊層(Organic Solderability Preservative，OSP)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡裝置，其中該些第二薄膜連接點包括一金屬材以及包覆該金屬材的錫材。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡裝置，其中該薄膜本體進一步包括：一第一表面介電層，該第一薄膜連接點形成於該第一表面介電層中；至少一內部介電層，該至少一內部金屬層形成於該至少一內部介電層中；以及一第二表面介電層，該第二薄膜連接點形成於該第二表面介電層中。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡裝置，進一步包括：一強化件，該電路板固定於該強化件上。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡裝置，進一步包括：一中介層，設置於該測試板及該電路板之間並用於將該電路板電性連接至該測試板。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡裝置，其中該測試板之該至少一內部金屬層可以僅為複數個垂直的導通孔。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之探針卡裝置，其中該測試板本體由陶瓷材料製成。
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