TWI798027B - 探針卡裝置 - Google Patents

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Abstract

一種探針卡裝置，包括：一薄膜基板，具有相對的第一表面與一第二表面；複數個探針，設置於該薄膜基板之該第一表面上，其中該些探針不具變形能力，且該些探針與該薄膜基板係一體成型；長晶方式生成的陶瓷基板或玻璃基板，具有相對的第一表面與一第二表面，該陶瓷基板或該玻璃基板的該第一表面與該第二表面電性連接，該陶瓷基板或該玻璃基板之該第一表面設置於該薄膜基板之該第二表面上，並電性連接該薄膜基板；以及於該陶瓷基板或該玻璃基板之該第二表面設置電性連接點或設置一電性連接該第二表面之另一薄膜基板以電性連接另一電路板之用。

Description

探針卡裝置
本發明係關於測試領域，且特別是關於具有整合型多功能的探針卡技術的一種探針卡裝置。
於測試半導體晶片時，由於待測晶片上不同檢測接點間通常存在有高低落差，所以於設計傳統探針時需留意探針本身的順應性(compliance)及其所能承受的最大位移量。因此，傳統探針除了需考慮其具有可於接點施力之接觸能力外，亦需考量其是否具備適應待測晶片上不同檢測接點間的高低落差的彈性，即自身變形能力。
傳統探針卡裝置的製作係採用機械方式或微機電方式製作具自身變形能力的探針之後，接著將探針逐根插入或焊接至針座。因此探針卡裝置並無法採用一體成型方式製作，導致其製作成本居高不下。
然而，隨著現今半導體製程的微縮趨勢，待測晶片上的檢測接點越來越多，且檢測接點之間的間距越來越小。基於傳統探針無法一體成型製造，故無法更為降低探針之間的間距，且無法滿足待測晶片上檢測接點之間的間距的微縮。
因此，傳統探針卡裝置已遭遇製作成本過高與應用有限等問題。
有鑑於此，本發明提供了一種探針卡裝置，以解決上述傳統探針卡裝置所遭遇問題。
依據一實施例，本發明提供了一種探針卡裝置，包括：一薄膜基板，具有相對的第一表面與一第二表面；複數個探針，設置於該薄膜基板之該第一表面上，其中該些探針不具變形能力，且該些探針與該薄膜基板係一體成型；長晶方式生成的陶瓷基板或玻璃基板，具有相對的第一表面與一第二表面，本身具填充導電物質之垂直導通孔，以使該陶瓷基板或該玻璃基板的該第一表面與該第二表面產生電性連接，該陶瓷基板或該玻璃基板之該第一表面設置於該薄膜基板之該第二表面上，並電性連接該薄膜基板；以及於該陶瓷基板或該玻璃基板之該第二表面設置電性連接點或設置一電性連接該第二表面之另一薄膜基板以電性連接另一電路板之用。
於一實施例中，該陶瓷基板或該玻璃基板之該第一表面與該薄膜基板之該第二表面間無間隙，且該陶瓷基板或該玻璃基板之該第二表面與該另一薄膜基板之間無間隙。
於一實施例中，該薄膜基板與該另一薄膜基板對該陶瓷基板或該玻璃基板之水平拉力約略相等，以消除該陶瓷基板或該玻璃基板因該薄膜基板與該另一薄膜基板之間水平拉力不等而導致的彎曲或變形。
於一實施例中，該陶瓷基板之材料可為氧化鋁或氮化鋁。
於一實施例中，該陶瓷基板或該玻璃基板之該第二表面連接點或該另一薄膜基板係直接電性連接一測試機，該測試機產生及接收測試訊號以用於晶片測試。
本發明的探針卡裝置提供了採用一體成型方式製作的探針搭配陶瓷基板的多個實施方案，所製備探針除了兼具傳統探針針座功能外，探針卡裝置中位於該些探針下方的複數個有機介電材質膜層則提供了各探針於適應待測晶片接點的高低差時所需的順應性(compliance)或緩衝能力，如此可更為減少探針卡裝置的製作成本及減少所使用探針之間的間距，從而可因應製作待測晶片的半導體製程的微縮趨勢而提供具有合適探針針數與探針間距的探針卡裝置。
10、20:探針卡裝置
2002:探針
202:薄膜基板
204:陶瓷基板
206:薄膜基板
2020、2060:第一薄膜連接點
2022、2062:第二薄膜連接點
2024、2064:內部金屬層
2026、2066:第一表面介電層
2028、2068:內部介電層
2030:第二表面介電層
2032、2072:薄膜本體
2040:本體
2042:垂直導通孔
2044:導電物質
2046:電性連接點
A、C、E:第一表面
B、D、F:第二表面
圖1為一剖面示意圖，顯示依據本發明第一實施例之探針卡裝置；圖2為一剖面示意圖，顯示依據本發明第二實施例之探針卡裝置；圖3為一剖面示意圖，顯示圖1-2內的陶瓷基板之剖面示意圖；圖4為一剖面示意圖，顯示圖1-2內的薄膜基板之剖面示意圖；以及圖5為一剖面示意圖，顯示圖2的探針卡裝置中該薄膜基板之內部結構。
以下將配合圖1-圖5解說依據本發明多個實施例之探針卡裝置的實施情形。
請參照圖1，顯示了依據本發明第一實施例之探針卡裝置10的剖面示意圖。探針卡裝置10包括一薄膜基板(thin film substrate)202、長晶方式生成的陶瓷基板204、及複數個探針2002。該薄膜基板202具有相對的第一表面C(見圖4)與第二表面D(見圖4)。該陶瓷基板204的本體材質為氧化鋁(Al2O3)，其有相對的第一表面A(見圖3)及第二表面B(見圖3)，其內設置有複數個垂直導通孔2042 以及部分填充該些垂直導通孔2042的導電物質2044，以使該陶瓷基板204的該第一表面A與該第二表面B產生電性連接，該陶瓷基板204之第一表面A設置於該薄膜基板202之該第二表面D上，並電性連接該薄膜基板202。該些探針2002係按照預設間距而設置於該薄膜基板202之該第一表面C上並部分埋設於該薄膜基板202內。該些探針2002係不具變形能力，且與該薄膜基板202係為一體成型。
在該陶瓷基板204之第二表面B上設置有多個電性連接點2046，以電性連接一電路板(未示出)，該電路板係電性連接該陶瓷基板204及測試機(未示出)，該測試機產生測試訊號經該電路板處理後，通過電性連接之陶瓷基板204、薄膜基板202、探針2002、晶片之連接點，送至晶片內部、晶片內部接受該測試訊號，經處理後產生一輸出訊號(未示出)，再經晶片連接點、探針2002、薄膜基板202、陶瓷基板204、電路板進入測試機中，該測試機接收該測試訊號後，即可判斷經測試的該晶片之品質。
參照圖2，顯示依據本發明第二實施例之探針卡裝置20的剖面示意圖。該探針卡裝置20包括：一薄膜基板202、複數個探針2002、長晶方式生成的氧化鋁(Al2O3)陶瓷基板204，以及一薄膜基板206，其結構及功能與圖1部分相同。在圖2中，該陶瓷基板204之第二表面B電性連接該薄膜基板206，該薄膜基板206係以電性連接點2062電性連接另一電路板(未示出)，該電路板之作用與第一實施例中的電路板相同。
參照圖3，顯示圖1及圖2內該探針卡裝置10及20中的該陶瓷基板204之剖面示意圖，其本體2040為氧化鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN)。該些垂直導通孔2042內可填充如銅之導電物質2044，而垂直導通孔2042內之導電物質2044上下 分別接觸薄膜基板202之電性連接點及薄膜基板206之電性連接點。該些垂直導通孔2042可用雷射鑽孔(laser drilling)或蝕刻來形成。
請參照圖4，顯示了圖1及圖2所示的該薄膜基板202，其包括一薄膜本體2032、複數個第一薄膜連接點2020埋設於該薄膜本體2032內並鄰近該薄膜基板202的該第一表面C、複數個第二薄膜連接點2022形成於該薄膜本體2032之該第二表面D、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。薄膜基板202用於將窄線距的探針2002電性連接至寬線距的陶瓷基板204。而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)。
該些探針2002之一端分別用於電性連接該些第一薄膜連接點2020之其中一者，該些探針2002之另一端用於電性接觸一晶片接點(未示出)，其為一待測晶片(未示出)之接點。
請繼續參閱圖4，薄膜本體2032包括該些第一薄膜連接點2020、該些探針2002、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，薄膜基板202包括三層內部金屬層2024及三層內部介電層2028，然而本發明並非限定於此。
該些第一薄膜連接點2020係埋設於該第一表面介電層2026中，而該些探針2002亦部分埋設於該第一表面介電層2026，且分別為該些第一薄膜連接點2020之一所圍繞。該些內部金屬層2024形成於對應的該些內部介電層2028中，該些第二薄膜連接點2022形成於第二表面介電層2030中。該些第一薄膜連接點2020及該些探針2002之至少一者透過至少一內部金屬層2024電性連接至該些第二薄膜連接點2022之至少一者。
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，其材料可為有機介電材料，例如聚醯亞胺(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，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，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。至少一內部金屬層2024的導孔(via)尺寸為3微米至50微米。
於圖1及圖2所示之探針卡裝置10及20中，該些探針2002、該些第一薄膜連接點2020可採用半導體製程製作形成，例如可於形成第一表面介電層2026之後，採用微影方式定出該些探針2002與該些第一薄膜連接點2020的位置後，採用雷射開孔或蝕刻有機介電層方式在該第一表面介電層2026開出適當的開口，直達第一薄膜連接點2020所在之金屬層，再以電鍍或微影加上物理氣相沉積法方式於該薄膜基板202的第一表面介電層之內及之上同時形成複數個探針2002與複數個第一薄膜連接點2020。該些探針2002之間的間距則可透過微影製程的控制而適度調整使該些探針2002之間的間距縮小至30微米以內，因此可 於探針卡裝置10上同時形成數萬根探針2002的製作，進而大幅降低探針卡裝置10的製造成本。
簡言之，由於該陶瓷基板204的設置，可提供探針卡裝置10、20良好的平整度與堅強之支撐力，同樣的製作良好的玻璃基板亦可產生與陶瓷基板204類似的功能。並藉由薄膜基板202內位於該些探針2002下方的有機介電材料之彈性提供各個探針2002於適應待測晶片接點的高低差時所需的順應性(compliance)或緩衝能力，從而使得探針2002兼具固定於針座之傳統探針具自變形能力的功能。如此，從巨觀觀之，設置於薄膜基板202上的數以萬計的探針2002可具有等同於該陶瓷基板或該玻璃基板的平整度，而從微觀觀之，個別的探針2002亦具備因應待測晶片的接點高低差的順應性(compliance)或緩衝能力。
請參照圖5，顯示了圖2的探針卡裝置20中該薄膜基板206之內部結構。薄膜基板206包括：一薄膜本體2072，其有相對的第一表面E及第二表面F、該些第一薄膜連接點2060、至少一內部金屬層2064以及該些第二薄膜連接點2062；該薄膜本體2072包括：一第一表面介電層2066、至少一內部介電層2068以及一第二表面介電層2070。於本實施例中，薄膜基板206包括三層內部金屬層2064及三層內部介電層2068，然而本發明並非限定於此。該些第一薄膜連接點2060將電性連接該陶瓷基板204第二表面，而該些第二表面連接點2062將電性連接電路板，該電路板與本發明之第一實施例作用相同。
該些第一薄膜連接點2060係埋設於該第一表面介電層2066中，並露出於該薄膜基板206之第一表面E。該些內部金屬層2064形成於對應的該些內部介電層2068中，該些第二薄膜連接點2062形成於第二表面介電層2070中，並 露出於該薄膜基板206之第二表面F。該些第一薄膜連接點2060之至少一者透過至少一內部金屬層2064電性連接至該些第二薄膜連接點2062之至少一者。
該薄膜基板206的層數可以為4層至20層。該第一表面介電層2066、該至少一內部介電層2068、及該第二表面介電層2070的厚度為5微米(micrometer；μm)至20微米，其材料可為有機介電材料，例如聚醯亞胺(polyimide)。該些第一薄膜連接點2060的高度、該至少一內部金屬層2064的厚度、及該些第二薄膜連接點2062的高度為1微米至10微米，至少一內部金屬層2064的線寬為2微米至100微米。要說明的是，至少一內部金屬層2064可以為整面金屬層的形式以作為一電源層或一接地層。至少一內部金屬層2064的導孔(via)尺寸為3微米至50微米。
參照圖2，於本發明之另一實施例中，薄膜基板202及薄膜基板206均與該陶瓷基板204之間無間隙，且該薄膜基板202與該薄膜基板206對該陶瓷基板或該玻璃基板之水平拉力約略相等，以消除該陶瓷基板或該玻璃基板因上面薄膜基板202與下面薄膜基板206之水平拉力不等而導致的彎曲或變形。
同前所述，可以研磨拋光後之陶瓷基板或玻璃基板為載板，以旋轉鍍膜或噴出鍍膜再加以烘烤來形成介電層，然後介電層即附著於載板上形成完全密合之結構，其餘與前述圖2之實施例之敘述相同；至於達成該薄膜基板202及該薄膜基板206之水平拉力約略相等，則在設計時，考慮薄膜基板202及薄膜基板206之介電層總膜厚大致相同，而金屬層之總膜厚也大致相同即可。
參照圖1與圖2，於本發明之又一實施例中，其中該陶瓷基板之該第二表面之電性連接點2046或薄膜基板之電性連接點2062係直接電性連接測試機，該測試機產生及接收測試訊號以用於晶片測試；將前述[0016]段落之電路板 整合於薄膜基板202中即可，或將前述[0017]段落中之電路板整合於薄膜基板206中即可。
綜上所述，雖然本發明已將優選實施例揭露如上，但上述較佳實施例並非用以限制本發明，本領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與潤飾，因此本發明的保護範圍以申請專利範圍界定的範圍為准。
10:探針卡裝置
2002:探針
202:薄膜基板
204:陶瓷基板
2020:第一薄膜連接點
2022:第二薄膜連接點
2024:內部金屬層
2032:薄膜本體
2040:本體
2042:垂直導通孔
2044:導電物質
2046:電性連接點

Claims (5)

  1. 一種探針卡裝置，包括：一薄膜基板，具有相對的第一表面與一第二表面；複數個探針，設置於該薄膜基板之該第一表面上，其中該些探針不具變形能力，且該些探針與該薄膜基板係一體成型；長晶方式生成的陶瓷基板或玻璃基板，具有相對的第一表面與一第二表面，本身具填充導電物質之垂直導通孔，以使該陶瓷基板或該玻璃基板的該第一表面與該長晶方式生成的陶瓷基板或玻璃基板的該第二表面產生電性連接，該陶瓷基板或該玻璃基板之該第一表面設置於該薄膜基板之該第二表面上，並電性連接該薄膜基板，該陶瓷基板或該玻璃基板之該第一表面與該薄膜基板之該第二表面間無間隙；以及於該陶瓷基板或該玻璃基板之該第二表面設置電性連接點或設置一電性連接該第二表面之另一薄膜基板以電性連接另一電路板之用。
  2. 如請求項1所述之探針卡裝置，其中該陶瓷基板或該玻璃基板之該第二表面與該另一薄膜基板之間無間隙。
  3. 如請求項2所述之探針卡裝置，其中該薄膜基板與該另一薄膜基板對該陶瓷基板或該玻璃基板之水平拉力約略相等，以消除該陶瓷基板或該玻璃基板對該薄膜基板與該另一薄膜基板之間水平拉力不等而導致的彎曲或變形。
  4. 如請求項1所述之探針卡裝置，其中該陶瓷基板之材料可為氧化鋁或氮化鋁。
  5. 如請求項1所述之探針卡裝置，其中該陶瓷基板或該玻璃基板之該第二表面連接點或該另一薄膜基板係直接電性連接一測試機，該測試機產生及接收測試訊號以用於晶片測試。
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