TWI782505B - 用於探針卡之探針安裝電路板 - Google Patents

Abstract

一種探針安裝電路板，包含有一絕緣層、設於絕緣層上、下表面之一線路結構及一接地層，以及複數導通孔，該線路結構包含有二接地線路及一位於其之間的訊號線路，各接地線路與接地層係受至少一導通孔連接，各導通孔包含有一貫穿接地線路及絕緣層之通孔，以及一導通接地線路與接地層地設置於通孔之導電層，該訊號線路及該等導通孔之導電層係由一第一金屬材料製成，該接地層及該等接地線路係由一異於第一金屬材料之第二金屬材料製成；藉此，本發明可形成薄銅線路並降低線路表面粗糙度，且易於控制線距、線寬及線厚並利於達到細微間距之需求。

Description

用於探針卡之探針安裝電路板

本發明係與探針卡有關，特別是關於一種用於探針卡之探針安裝電路板。

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；簡稱LCP）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，以避免銅氧化並提供焊接的介面。

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而影響高頻訊號的傳遞品質。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用於探針卡之探針安裝電路板，係能解決習用技術之至少一問題。

為達成上述目的，本發明所提供之用於探針卡之探針安裝電路板包含有一絕緣層、一設於該絕緣層之一下表面的接地層、一設於該絕緣層之一上表面的線路結構，以及複數導通孔，該線路結構包含有二接地線路，以及一位於該二接地線路之間的訊號線路，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接地線路及該絕緣層之通孔，以及一導通該接地線路與該接地層地設於該通孔之導電層，該訊號線路及該等導通孔之導電層係由一第一金屬材料製成，該接地層及該等接地線路係由一異於該第一金屬材料之第二金屬材料製成。

藉此，該第一金屬材料可為抗氧化性佳之金屬導體如金、白金、鈀或銠，則該訊號線路及該等導通孔之導電層不需表面鎳金處理，且在製程中不會受到蝕刻程序減損寬度或厚度。該接地層及該等接地線路則可直接採用基材原有之銅層，而不需再另外電鍍上銅層，因此可形成薄銅線路。而且，該訊號線路及該等導通孔之導電層可在黃光製程之光阻於特定位置所產生之特定寬度的溝槽內電鍍而成，如此不但第一金屬材料用量低而可節省成本，且易於控制該訊號線路及該等導通孔之導電層的位置、寬度及厚度，並可使表面粗糙度低，此外，藉由控制光阻所產生之溝槽的深度，可產生寬深比小之訊號線路，以利於達到細微間距之需求。

有關本發明所提供之用於探針卡之探針安裝電路板的詳細構造、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及圖4，本發明一第一較佳實施例所提供之用於探針卡之探針安裝電路板20主要包含有一絕緣層30、分別設於該絕緣層30之上、下表面31、32的一線路結構40及一接地層50，以及連接該線路結構40與該接地層50之複數導通孔60，該探針安裝電路板20之頂面外觀係可概如同圖3所示，但並不以此為限。而本發明之主要技術特徵係在於用以電性連接探針（圖中未示）之該線路結構40以及該等導通孔60，為了簡化圖式，圖3中未繪製出導通孔60，圖4係示意性地繪製出該探針安裝電路板20之局部，以便說明該線路結構40及該等導通孔60之特點。

在本實施例中，該絕緣層30為一軟板，亦即本實施例之探針安裝電路板20為一軟性電路板，但本發明不以此為限。事實上，本實施例之探針安裝電路板20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）、黃光製程、電鍍等等程序製成。

如圖3及圖4所示，該線路結構40包含有二接地線路41，以及一位於該二接地線路41之間的訊號線路42，該訊號線路42係用以接設一訊號探針81，各該接地線路41亦可用以接設一接地探針82，舉例而言，該等探針81、82可（但不限於）分別焊接於訊號線路42及接地線路41鄰近絕緣層30邊緣的自由端，例如圖3中位於探針安裝電路板20頂緣的接地線路41以及訊號線路42的端部，使得該等探針81、82可用以點測待測物（圖中未示），此外該等探針81、82的另一端亦可以朝遠離絕緣層30邊緣的自由端方向延伸一距離以焊接訊號線路42及接地線路41，更明確地說，該等訊號線路42及接地線路41係分別與焊接於其一端之探針81、82電性連接，各該接地線路41及訊號線路42之另一端係用以電性連接至一測試機83，藉以使該等探針81、82能與該測試機83相互傳輸測試訊號。在此需先說明的是，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所示之本發明一第二較佳實施例中的線路結構40即包含有三接地線路41，以及位於該三接地線路41之間的二訊號線路42。

如圖4及圖5所示，該接地層50為直接設於該絕緣層30之下表面32的一大面積金屬層，該等接地線路41則為直接設於該絕緣層30之上表面31且相互分離之小面積金屬層，各該接地線路41與該接地層50係受至少一該導通孔60連接，亦即一條接地線路41可藉由一個或多個間隔分布的導通孔60與接地層50電性連接，其次，各該導通孔60包含有一通孔61及一導電層62。該通孔61係先藉由前述之蝕刻程序形成出貫穿該接地線路41的部分（亦即藉由蝕刻移除接地線路41對應通孔61的部分），再藉由前述之雷射鑽孔程序貫穿該絕緣層30但未貫穿該接地層50而形成。該導電層62係設於該通孔61內及該通孔61周圍之局部接地線路41上，藉以導通該接地線路41與該接地層50。

前述之蝕刻程序亦於每兩相鄰接地線路41之間形成出一用以設置訊號線路42之溝槽71，該訊號線路42及該等導通孔60之導電層62係由一第一金屬材料於前述黃光製程之光阻所形成的溝槽（圖中未示）內電鍍而成，該接地層50及該等接地線路41之材質則為一異於該第一金屬材料之第二金屬材料，例如，該接地層50及該等接地線路41可直接採用前述之軟性基材10原有之銅層，亦即該第二金屬材料為銅，但該第二金屬材料亦可為其他導電性佳之材料，例如鎳、鋁等等，該第一金屬材料則可為抗氧化性佳之金、白金、鈀、銠等等。在前述之黃光製程以及利用第一金屬材料進行電鍍之前，可先（但非一定要）藉由前述之PVD程序在該絕緣層30之上表面31上的結構（包含接地線路41、通孔61及溝槽71）鍍上一種子層（材質例如為鈦銅），以利於第一金屬材料與第二金屬材料或絕緣層30之結合，該種子層大部分會在電鍍程序後與光阻一起被去除，惟留下與第一金屬材料結合之處，因此，該訊號線路42與該絕緣層30之間以及該等導通孔60之導電層62與接地線路41、絕緣層30及接地層50之間皆分別設有一種子層72，即為前述PVD程序之種子層的局部。

在該等接地線路41、訊號線路42及導通孔60皆形成且前述之光阻去除後，各該接地線路41及接地層50可（但不限於）再受一抗氧化層73覆蓋，以避免由該第二金屬材料製成之接地線路41及接地層50氧化，各該抗氧化層73之材質可為一異於該第一金屬材料及該第二金屬材料之第三金屬材料，例如該第三金屬材料可為錫，且該等抗氧化層73可藉由化學鍍錫製程產生。由於該第一金屬材料係選用導電性小於該第二金屬材料但抗氧化性大於該第二金屬材料之材質，因此該訊號線路42及該等導通孔60之導電層62不需表面處理，而且該第一金屬材料之蝕刻速率又低，例如，該第二金屬材料之蝕刻速率與該第一金屬材料之蝕刻速率的比值大於或等於100，因此該訊號線路42及該等導通孔60之導電層62在製程中不會受到蝕刻程序減損寬度或厚度。

藉由前述之結構，本發明之探針安裝電路板20可形成薄銅線路，且該訊號線路42及該等導通孔60之導電層62可在黃光製程之光阻於特定位置所產生之特定寬度的溝槽內電鍍而成，如此不但第一金屬材料用量低而可節省成本，且易於控制該訊號線路42及該等導通孔60之導電層62的位置、寬度及厚度，並可使表面粗糙度低，此外，藉由控制光阻所產生之溝槽的深度，可產生寬深比小之訊號線路，以利於達到細微間距之需求。

如圖6所示之本發明一第三較佳實施例，各該接地線路41上可更局部設有一由該第一金屬材料製成之連接層74，各該連接層74係與該訊號線路41及該等導通孔60之導電層62同時電鍍而成，因此，在電鍍前若有進行前述PVD程序之情況下，各該連接層74與接地線路41之間也會有一如前述之種子層72。藉此，本實施例之探針安裝電路板可供接地探針（圖中未示）接設於連接層74，以提升導電性。

如圖7所示之本發明一第四較佳實施例，該線路結構40可更包含有一於該絕緣層30之上表面31凹陷之凹槽43，且該訊號線路42係設於該凹槽43內，如此之設計可藉由設置該凹槽43減少該訊號線路42下方之絕緣層30的厚度T，在特性阻抗（characteristic impedance）相同之前提下，絕緣層30的厚度T越小，該訊號線路42之寬度W可越小，藉由控制該凹槽43之深度D可控制該訊號線路42下方之絕緣層30的厚度T，如此即可使訊號線路42達到所需之寬度W。

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:探針安裝電路板 30:絕緣層 31:上表面 32:下表面 40:線路結構 41:接地線路 42:訊號線路 43:凹槽 50:接地層 60:導通孔 61:通孔 62:導電層 71:溝槽 72:種子層 73:抗氧化層 74:連接層 81:訊號探針 82:接地探針 83:測試機 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用於探針卡之探針安裝電路板的頂視示意圖，並示意性地顯示出六探針及一測試機。 圖4為本發明該第一較佳實施例所提供之用於探針卡之探針安裝電路板的局部剖視示意圖。 圖5、圖6及圖7分別為本發明第二、第三及第四較佳實施例所提供之用於探針卡之探針安裝電路板的局部剖視示意圖。

20:探針安裝電路板 30:絕緣層 31:上表面 32:下表面 40:線路結構 41:接地線路 42:訊號線路 50:接地層 60:導通孔 61:通孔 62:導電層 71:溝槽 72:種子層 73:抗氧化層

Claims (14)

1. 一種用於探針卡之探針安裝電路板，包含有： 一絕緣層，具有一上表面及一下表面； 一接地層，係設於該絕緣層之下表面； 一線路結構，係設於該絕緣層之上表面，該線路結構包含有二接地線路，以及一位於該二接地線路之間的訊號線路；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接地線路及該絕緣層之通孔，以及一導通該接地線路與該接地層地設置於該通孔之導電層； 其中，該訊號線路及該等導通孔之導電層係由一第一金屬材料製成，該接地層及該等接地線路係由一異於該第一金屬材料之第二金屬材料製成。
2. 如請求項1所述之用於探針卡之探針安裝電路板，其中該絕緣層為一軟板。
3. 如請求項1所述之用於探針卡之探針安裝電路板，其中該第一金屬材料之抗氧化性大於該第二金屬材料之抗氧化性。
4. 如請求項1所述之用於探針卡之探針安裝電路板，其中該第一金屬材料之導電性小於該第二金屬材料之導電性。
5. 如請求項1所述之用於探針卡之探針安裝電路板，其中該第二金屬材料之蝕刻速率與該第一金屬材料之蝕刻速率的比值大於或等於100。
6. 如請求項1所述之用於探針卡之探針安裝電路板，其中該第一金屬材料為金、白金、鈀及銠其中之一。
7. 如請求項1所述之用於探針卡之探針安裝電路板，其中該第二金屬材料為銅、鎳及鋁其中之一。
8. 如請求項1所述之用於探針卡之探針安裝電路板，其中各該接地線路係受一抗氧化層覆蓋，該抗氧化層係由一異於該第一金屬材料及該第二金屬材料之第三金屬材料製成。
9. 如請求項8所述之用於探針卡之探針安裝電路板，其中該第三金屬材料為錫，該抗氧化層係藉由化學鍍錫製程產生。
10. 如請求項1所述之用於探針卡之探針安裝電路板，其中各該接地線路上更局部設有一由該第一金屬材料製成之連接層。
11. 如請求項10所述之用於探針卡之探針安裝電路板，其中該連接層與該接地線路之間，設有一種子層。
12. 如請求項1所述之用於探針卡之探針安裝電路板，其中該線路結構更包含有一於該絕緣層之上表面凹陷之凹槽，該訊號線路係設於該凹槽內。
13. 如請求項1或12所述之用於探針卡之探針安裝電路板，其中該訊號線路與該絕緣層之間，以及該等導通孔之導電層與該接地線路、該絕緣層及該接地層之間，分別設有一種子層。
14. 如請求項1所述之用於探針卡之探針安裝電路板，其中該等接地線路及訊號線路係用以分別以其一端電性連接一探針，各該接地線路及訊號線路之另一端係用以電性連接至一測試機。

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