TWI756088B - 線路內嵌式探針裝置 - Google Patents

Abstract

一種線路內嵌式探針裝置，其電路板包含有一上表面設有二第一凹槽及一位於其間的第二凹槽之絕緣層單元、齊平於該上表面地分別設於第一、二凹槽內之二接地線路及一訊號線路、一設於絕緣層單元之下表面的接地層，以及連接接地線路與接地層之複數導通孔，各導通孔包含有一貫穿第一凹槽之槽底面及該下表面的通孔及一設於通孔內之導電層，接地線路、訊號線路、接地層及導電層係由同一金屬材料製成，接地及訊號線路上分別設置一探針；藉此，本發明可易於控制線距、線寬、線厚及線路表面粗糙度，並利於達到薄銅線路、細微間距及高頻測試等需求。

Description

線路內嵌式探針裝置

本發明係與探針卡之探針裝置有關，特別是關於一種線路內嵌式探針裝置。

習用之薄膜式探針卡係採用一種薄膜式軟性電路板作為探針頭，該薄膜式軟性電路板係由一剖面結構如圖1A所示之軟性基材10經由鑽孔、電鍍、黃光蝕刻及表面處理等程序製成，該薄膜式軟性電路板11之剖面結構係如圖1B所示。詳而言之，該軟性基材10為一軟性銅箔基板（flexible copper clad laminate；簡稱FCCL），包含有一材質為聚醯亞胺（polyimide；簡稱PI）或液晶高分子(Liquid crystal polymer) 之薄膜狀絕緣層12，以及分別設於該絕緣層12之上、下表面的上、下銅層13、14。前述之鑽孔及電鍍程序使得該薄膜式軟性電路板11具有複數鍍通孔15，各鍍通孔15之孔壁鍍有銅而使得上、下銅層13、14相互導通。前述之黃光蝕刻程序則使得該薄膜式軟性電路板11區分出複數包含有鍍通孔15之接地線路16，以及複數不包含鍍通孔15之訊號線路17，用以在接地線路16及訊號線路17之適當位置分別設置接地探針及訊號探針（圖中未示，例如為成型於薄膜式軟性電路板11上的凸塊）。前述之表面處理程序係利用化學鎳金（electroless nickel immersion gold；簡稱ENIG）使得各線路16、17之銅表面受一包含鎳層及金層之保護層18覆蓋，以避免銅氧化。

然而，前述之黃光蝕刻程序實際上難以控制蝕刻銅的量，因此難以控制線路16、17之寬度及厚度，並使得各線路16、17之形狀實際上呈如圖2所示之線路17的上窄下寬形狀，如此之線路形狀會影響接地線路16與訊號線路17之阻抗匹配，且黃光蝕刻程序亦使得銅表面粗糙在高頻訊號傳輸的損耗。此外，線路16、17之寬度難以控制，亦使得探針難以達到細微間距（fine pitch）之需求。如圖2所示，各線路16、17之銅層實際上包含有軟性基材10原有之銅層13以及前述電鍍程序產生之銅受前述黃光蝕刻程序去除一部分後的另一銅層19，因此不但難以形成薄銅線路，且此部分的銅層19厚度又與鍍通孔15之孔壁的銅厚有差異（孔壁銅較厚）。再者，各線路16、17因其表面之保護層18為電阻率較高之材質而在傳輸高頻訊號時容易因集膚效應（skin effect）產生較差之導電性，但若因高頻考量而不設置保護層18，則又會有裸銅氧化之問題。

有鑑於上述缺失，本發明之主要目的在於提供一種線路內嵌式探針裝置，係能解決習用技術之至少一問題。

為達成上述目的，本發明所提供之線路內嵌式探針裝置包含有一電路板，以及三探針。該電路板包含有一絕緣層單元、二接地線路、一訊號線路、一接地層，以及複數導通孔，該絕緣層單元具有一上表面、一下表面，以及自該上表面凹陷之二第一凹槽及一第二凹槽，該第二凹槽係位於該二第一凹槽之間，該二接地線路係與該絕緣層單元之上表面齊平地分別設於該二第一凹槽內，該訊號線路係與該絕緣層單元之上表面齊平地設於該第二凹槽內，該接地層係設於該絕緣層單元之下表面，各該接地線路與該接地層係受至少一該導通孔連接，各該導通孔包含有一貫穿該第一凹槽之一槽底面及該絕緣層單元之下表面的通孔，以及一設於該通孔內之導電層，該等接地線路、該訊號線路、該接地層及該等導通孔之導電層係由同一金屬材料製成，該等探針係分別設置於該等接地線路及訊號線路。

藉此，該等第一、二凹槽及通孔可藉由雷射鑽孔形成，或者由雷射鑽孔及黃光製程之光阻所形成，利用該等第一、二凹槽及通孔可易於控制該等接地線路、訊號線路及導通孔之位置、寬度及厚度，並利於達到細微間距之需求。該接地層可直接採用基材原有之銅層，該等接地線路、訊號線路及導通孔之導電層可同時藉由電鍍產生，並可再藉由研磨而使該等接地線路及訊號線路與該絕緣層單元之上表面齊平，如此不但可形成薄銅線路，並可控制線路之表面粗糙度。此外，藉由調整該第二凹槽之深度，可調整該絕緣層單元位於該訊號線路下方之厚度，以利於達到高頻測試需求。

有關本發明所提供之線路內嵌式探針裝置的詳細構造、特點、組裝或使用方式，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。

申請人首先在此說明，在以下將要介紹之實施例以及圖式中，相同之參考號碼，表示相同或類似之元件或其結構特徵。需注意的是，圖式中的各元件及構造為例示方便並非依據真實比例及數量繪製，且若實施上為可能，不同實施例的特徵係可以交互應用。其次，當述及一元件設置於另一元件上時，代表前述元件係直接設置在該另一元件上，或者前述元件係間接地設置在該另一元件上，亦即，二元件之間還設置有一個或多個其他元件。而述及一元件「直接」設置於另一元件上時，代表二元件之間並無設置任何其他元件。

請參閱圖3，本發明一第一較佳實施例所提供之線路內嵌式探針裝置20包含有一電路板22，以及三探針24。該電路板22主要包含有一絕緣層單元30，以及設於該絕緣層單元30之一線路結構40及一接地層50，前述該電路板22之主要結構係概如同圖4所示，為了簡化圖式並便於說明，圖3及圖4係示意性地繪製出該線路內嵌式探針裝置20及其電路板22之局部，且圖4中未繪製出前述該電路板22之主要結構以外的其他特徵。

在本實施例中，該絕緣層單元30僅包含單一絕緣層31，該絕緣層31為一軟板，亦即本實施例中的電路板22為一軟性電路板，但本發明不以此為限。事實上，本實施例之電路板22可由先前技術中所述之軟性基材10（如圖1A所示）經由蝕刻、雷射鑽孔、物理氣相沉積（physical vapor deposition；簡稱PVD）、電鍍、研磨、化學鍍錫等程序製成。該絕緣層單元30具有一上表面32、一下表面33，以及自該上表面32凹陷之二第一凹槽34及一第二凹槽35，該第二凹槽35係位於該二第一凹槽34之間，該等第一、二凹槽34、35可藉由前述之雷射鑽孔程序產生。

該接地層50為直接設於該絕緣層30之下表面33的一大面積金屬層。該線路結構40包含有分別設於該二第一凹槽34內之二接地線路41、一設於該第二凹槽35內之訊號線路42，以及連接該二接地線路41與該接地層50之複數導通孔43，各該接地線路41與該接地層50係受至少一導通孔43連接，如圖4所示，各該接地線路41與該接地層50之間通常會設有複數導通孔43。如圖3所示，各該導通孔43包含有一貫穿該第一凹槽34之一槽底面341及該絕緣層單元30之下表面33的通孔44，以及一設於該通孔44內之導電層45，該等通孔44可由前述之雷射鑽孔程序產生，該等接地線路41、訊號線路42及導電層45可同時藉由電鍍程序產生而填滿第一、二凹槽34、35及通孔44，且該等接地線路41、訊號線路42、導電層45及接地層50係由同一金屬材料製成，尤以銅為較佳之材質，以達到良好之導電性，事實上，該接地層50可（但不限於）直接採用前述之軟性基材10原有之銅層。

在前述利用該金屬材料電鍍出該等接地線路41、訊號線路42及導電層45之前，可先（但非一定要）藉由前述之PVD程序在該絕緣層單元30之上表面31的結構（包含第一、二凹槽34、35及通孔44）鍍上一種子層（材質例如為鈦銅），以利該金屬材料與該絕緣層單元30之結合，該種子層大部分會在電鍍程序後的研磨程序中被去除，惟留下與該金屬材料結合之處，因此，各該接地線路41及訊號線路42與該絕緣層單元30之間設有一種子層72，即為前述PVD程序之種子層的局部。

如前所述，前述電鍍程序完成後會再進行研磨程序，使得該等接地線路41及訊號線路42的頂面411、421與該絕緣層單元30之上表面32齊平。然後，各該接地線路41、訊號線路42及接地層50可（但不限於）再受一抗氧化層73覆蓋以避免氧化，各該抗氧化層73之材質可（但不限於）為錫且由化學鍍錫製程產生。該電路板22製造完成後，該三探針24再藉由焊接而分別設置於該等接地線路41及訊號線路42，更明確地說，該等探針24係分別焊接固定於該等接地線路41及訊號線路42上的抗氧化層73，設置於該訊號線路42之探針24為用以傳輸測試訊號至待測物（圖中未示）之訊號探針，設於該二接地線路41之探針24為用以傳輸接地電位至待測物之接地探針。該訊號線路42及該二接地線路41的兩端分別電性連接探針24及測試機。

值得一提的是，圖3及圖4僅以單一訊號線路42搭配位於其二相對側之二接地線路41的結構為例進行說明，然而，該線路結構40亦可包含有更多接地線路41及訊號線路42，且每一訊號線路42皆位於二接地線路41之間，以達到良好之阻抗匹配效果，例如圖5所示之態樣包含有三接地線路41，以及位於該三接地線路41之間的二訊號線路42。

請參閱圖6，本發明一第二較佳實施例所提供之線路內嵌式探針裝置20’係類同於前述之線路內嵌式探針裝置20，惟其差異在於本實施例之線路內嵌式探針裝置20’的絕緣層單元30’包含有相疊之第一、二絕緣層36、37，該等導通孔43係設於該第一絕緣層36，該等接地線路41及訊號線路42係設於該第二絕緣層37。該第一絕緣層36係類同於前述之線路內嵌式探針裝置20中的絕緣層31，可為先前技術中所述之軟性基材10原有之絕緣層12（如圖1A所示），亦即可為軟板，並可藉由雷射鑽孔程序形成出該等導通孔43之通孔44。該第二絕緣層37則為一由黃光製程所形成之光阻，係設有用以設置接地線路41及訊號線路42之第一、二凹槽34、35。同於前述第一較佳實施例，在該絕緣層單元30’之第一、二絕緣層36、37形成出該等第一、二凹槽34、35及通孔44後，即可藉由電鍍及研磨程序產生出與絕緣層單元30’之上表面32齊平之接地線路41及訊號線路42以及導通孔43之導電層45。同樣地，在進行電鍍之前可藉由PVD程序產生出如前述之種子層72，在電鍍及研磨程序完成之後可藉由化學鍍錫製程產生出如前述之抗氧化層73。

藉由前述之結構，本發明之線路內嵌式探針裝置20、20’的電路板22可形成薄銅線路，並可控制線路之表面粗糙度。而且，利用該等第一、二凹槽34、35及通孔44，可易於控制該等接地線路41、訊號線路42及導通孔43之位置、寬度及厚度，並利於達到細微間距之需求。此外，藉由設置第一、二凹槽34、35可減少線路下方之絕緣層單元的厚度，尤其，如圖4所示，藉由調整該第二凹槽35之深度D，可調整絕緣層單元30位於訊號線路42下方之厚度T，在特性阻抗（characteristic impedance）相同之前提下，該絕緣層單元30的厚度T越小，該訊號線路42之寬度W可越小，因此調整該訊號線路42下方之絕緣層單元30的厚度T可使訊號線路42達到所需之寬度W，以利於達到高頻測試需求。

最後，必須再次說明，本發明於前揭實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。

10:軟性基材 11:薄膜式軟性電路板 12:絕緣層 13:上銅層 14:下銅層 15:鍍通孔 16:接地線路 17:訊號線路 18:保護層 19:銅層 20,20’:線路內嵌式探針裝置 22:電路板 24:探針 30,30’:絕緣層單元 31:絕緣層 32:上表面 33:下表面 34:第一凹槽 341:槽底面 35:第二凹槽 36:第一絕緣層 37:第二絕緣層 40:線路結構 41:接地線路 411:頂面 42:訊號線路 421:頂面 43:導通孔 44:通孔 45:導電層 50:接地層 72:種子層 73:抗氧化層 D:深度 T:厚度 W:寬度

圖1A為習用之軟性基材的剖視示意圖。 圖1B為習用之薄膜式軟性電路板的剖視示意圖。 圖2為圖1B之薄膜式軟性電路板的局部示意圖。 圖3為本發明一第一較佳實施例所提供之線路內嵌式探針裝置的剖視示意圖。 圖4概為該線路內嵌式探針裝置之一電路板的立體剖視示意圖，惟未顯示出種子層及抗氧化層。 圖5係類同於圖4，惟顯示出較多線路之態樣。 圖6為本發明一第二較佳實施例所提供之線路內嵌式探針裝置的剖視示意圖。

20:線路內嵌式探針裝置

22:電路板

24:探針

30:絕緣層單元

31:絕緣層

32:上表面

33:下表面

34:第一凹槽

341:槽底面

35:第二凹槽

40:線路結構

41:接地線路

411:頂面

42:訊號線路

421:頂面

43:導通孔

44:通孔

45:導電層

50:接地層

72:種子層

73:抗氧化層

Claims (10)

1. 一種線路內嵌式探針裝置，包含有： 一電路板，包含有： 一絕緣層單元，具有一上表面、一下表面，以及自該上表面凹陷之二第一凹槽及一第二凹槽，該第二凹槽係位於該二第一凹槽之間； 二接地線路，係與該絕緣層單元之上表面齊平地分別設於該二第一凹槽內； 一訊號線路，係與該絕緣層單元之上表面齊平地設於該第二凹槽內； 一接地層，係設於該絕緣層單元之下表面；以及 複數導通孔，各該接地線路與該接地層係受至少一該導通孔連接，各該導通孔包含有一貫穿該第一凹槽之一槽底面及該絕緣層單元之下表面的通孔，以及一設於該通孔內之導電層； 其中，該等接地線路、該訊號線路、該接地層及該等導通孔之導電層係由同一金屬材料製成；以及 三探針，係分別設置於該等接地線路及訊號線路。
2. 如請求項1所述之線路內嵌式探針裝置，其中該金屬材料為銅。
3. 如請求項1所述之線路內嵌式探針裝置，其中各該接地線路及訊號線路與該絕緣層單元之間設有一種子層，該種子層係由另一金屬材料製成。
4. 如請求項3所述之線路內嵌式探針裝置，其中該種子層係由鈦銅製成。
5. 如請求項1所述之線路內嵌式探針裝置，其中各該接地線路及訊號線路係受一抗氧化層覆蓋，該抗氧化層係由另一金屬材料製成。
6. 如請求項5所述之線路內嵌式探針裝置，其中該抗氧化層係由錫製成且係藉由化學鍍錫製程產生。
7. 如請求項1所述之線路內嵌式探針裝置，其中該絕緣層單元僅包含單一絕緣層，該等接地線路、訊號線路及導通孔係設於該絕緣層。
8. 如請求項7所述之線路內嵌式探針裝置，其中該絕緣層為一軟板。
9. 如請求項1所述之線路內嵌式探針裝置，其中該絕緣層單元包含有相疊之一第一絕緣層及一第二絕緣層，該等導通孔係設於該第一絕緣層，該等接地線路及訊號線路係設於該第二絕緣層。
10. 如請求項9所述之線路內嵌式探針裝置，其中該第一絕緣層為一軟板，該第二絕緣層為一光阻。

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