TWI803086B - 探針卡組件 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種探針卡組件，包括：電路板；基板，與該電路板相對設置並電連接至該電路板，其中，該電路板具有面向該基板的第一開口，和/或該基板具有面向該電路板的第二開口；至少一個被動部件，設置於該電路板與該基板之間且至少部分容納於該第一開口與該第二開口中的至少一個中。

Description

探針卡組件
本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種探針卡組件。
半導體器件(semiconductor device)可以應用於各種領域，例如智慧電視、語音助手設備(voice assistant device，VAD)、平板電腦、功能手機、智慧手機、汽車電子、5G寬頻、Wi-Fi 6等。製造半導體器件的步驟通常包括在半導體基板上依次沉積絕緣或介電層、導電層和半導體材料層，並透過光刻和蝕刻技術對各種材料層進行構圖，以在半導體基板的各個塊上形成電路組件和元件。與半導體基板的各個塊結合的電路組件和元件可以統稱為半導體晶粒(或晶粒)。
在製造半導體晶粒之後，可以使用探針卡組件進行晶圓(wafer)探針測試，以測試半導體晶粒的功能、參數和電性能。該過程也稱為晶圓分類。通常，一個探針卡組件可用于測試大量不同的半導體晶粒。因此，這些測試的準確性和效率需要穩定和可靠的探針卡組件。儘管現有的探針卡組件通常足以滿足其預期目的，但它們在所有方面都不是完全令人滿意的。
有鑑於此，本發明提供一種探針卡組件，以解決上述問題。
根據本發明的第一方面，公開一種探針卡組件，包括： 電路板；基板，與該電路板相對設置並電連接至該電路板，其中，該電路板具有面向該基板的第一開口，和/或該基板具有面向該電路板的第二開口；至少一個被動部件，設置於該電路板與該基板之間且至少部分容納於該第一開口與該第二開口中的至少一個中。
根據本發明的第二方面，公開一種探針卡組件，包括：電路板；基板，在該電路板下方；以及至少一個電容器，直接連接到該電路板，其中，該至少一個電容器對應設置於該電路板底側的第一開口且部分容納於其中，或對應設置於該基板的頂側的第二開口且部分容納於其中。
根據本發明的第三方面，公開一種探針卡組件，包括：電路板；基板，位於該電路板下方並電連接至該電路板；以及至少一個電容器，直接附接到該基板；其中該至少一個電容器對應於該電路板底側上的第一開口設置並部分地容納在其中或對應於該基板頂側上的第二開口設置並部分地容納在其中。
本發明的探針卡組件由於包括：電路板；基板，與該電路板相對設置並電連接至該電路板，其中，該電路板具有面向該基板的第一開口，和/或該基板具有面向該電路板的第二開口；至少一個被動部件，設置於該電路板與該基板之間且至少部分容納於該第一開口與該第二開口中的至少一個中。至少部分地容納在基板的第一開口和/或電路板的第二開口中的被動部件可以提供相對簡單的方法來修改探針卡組件和/或提高探針卡組件的性能，這可以為探針卡 組件提供設計靈活性並增強探針卡組件的性能和可靠性。
10:探針卡組件
20:晶圓
30:探針卡盤
100:電路板
102,116,116a,116b,116c,116d,116e:導電通孔
104:第一開口
106:探針頭
106a:第一導向板
106b:探針
106c:第二導向板
108:基板
110:第二開口
111:第一被動部件
112:第二被動部件
113:第三被動部件
114:連接部件
115:附加被動部件
118:佈線
120:連接焊盤
611,613:電容器
611a,611b,613a,613b:電極
611c,613c:電介質
透過閱讀後續的詳細描述和實施例可以更全面地理解本發明，本實施例參照附圖給出，其中：圖1-3示出了根據本發明的一些實施例的探針卡組件的示意性截面圖。
圖4示出了根據本發明的其他實施例的探針卡組件的示意性剖視圖。
圖5示出了根據本發明的其他實施例的探針卡組件的示意性剖視圖。
圖6示出了根據一些實施例的探針卡組件的放大剖視圖。
圖7示出了根據本發明的其他實施例的探針卡組件的示意性剖視圖。
圖8和圖9示出了根據本發明的其他實施例的探針卡組件的示意性截面圖。
圖10示出了根據本發明的一些實施例的晶圓探針的配置的示意圖。
在下面對本發明的實施例的詳細描述中，參考了附圖，這些附圖構成了本發明的一部分，並且在附圖中透過圖示的方式示出了可以實踐本發明的特定的優選實施例。對這些實施例進行了足夠詳細的描述，以使所屬技術領域具有通常知識者能夠實踐它們，並且應當理解，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以利用其他實施例，並且可以進行機械，結構和程式上的改變。本發明。因此，以下詳細描述不應被理解為限制性的，並且本發明的實施例的範圍僅由所附申請專利範圍限定。
將理解的是，儘管術語“第一”、“第二”、“第三”、“主要”、“次要”等在本文中可用於描述各種元件、組件、區域、層和/或部分，但是這些元件、組件、區域、這些層和/或部分不應受到這些術語的限制。這些 術語僅用於區分一個元件、組件、區域、層或部分與另一區域、層或部分。因此，在不脫離本發明構思的教導的情況下，下面討論的第一或主要元件、組件、區域、層或部分可以稱為第二或次要元件、組件、區域、層或部分。
此外，為了便於描述，本文中可以使用諸如“在...下方”、“在...之下”、“在...下”、“在...上方”、“在...之上”之類的空間相對術語，以便於描述一個元件或特徵與之的關係。如圖所示的另一元件或特徵。除了在圖中描述的方位之外，空間相對術語還意圖涵蓋設備在使用或運行中的不同方位。該裝置可以以其他方式定向(旋轉90度或以其他定向)，並且在此使用的空間相對描述語可以同樣地被相應地解釋。另外，還將理解的是，當“層”被稱為在兩層“之間”時，它可以是兩層之間的唯一層，或者也可以存在一個或複數個中間層。
術語“大約”、“大致”和“約”通常表示規定值的±20%、或所述規定值的±10%、或所述規定值的±5%、或所述規定值的±3%、或規定值的±2%、或規定值的±1%、或規定值的±0.5%的範圍內。本發明的規定值是近似值。當沒有具體描述時，所述規定值包括“大約”、“大致”和“約”的含義。本文所使用的術語僅出於描述特定實施例的目的，並不旨在限制本發明。如本文所使用的，單數術語“一”，“一個”和“該”也旨在包括複數形式，除非上下文另外明確指出。本文所使用的術語僅出於描述特定實施例的目的，並不旨在限制本發明構思。如本文所使用的，單數形式“一個”、“一種”和“該”也旨在包括複數形式，除非上下文另外明確指出。
將理解的是，當將“元件”或“層”稱為在另一元件或層“上”、“連接至”、“耦接至”或“鄰近”時，它可以直接在其他元件或層上、與其連接、耦接或相鄰、或者可以存在中間元件或層。相反，當元件稱為“直接在”另一元件或層“上”、“直接連接至”、“直接耦接至”或“緊鄰” 另一元件或層時，則不存在中間元件或層。
注意：(i)在整個附圖中相同的特徵將由相同的附圖標記表示，並且不一定在它們出現的每個附圖中都進行詳細描述，並且(ii)一系列附圖可能顯示單個專案的不同方面，每個方面都與各種參考標籤相關聯，這些參考標籤可能會出現在整個序列中，或者可能只出現在序列的選定圖中。
本發明實施例的探針卡組件包括電路板(circuit board)和基板。至少一被動部件設置於電路板與基板之間且至少部分容納於電路板和/或基板的開口中。這可以為探針卡組件提供設計靈活性和製程視窗(process window)。至少一個被動部件可以包括電容器以減輕或防止探針卡組件的IR壓降(IR drop)。
圖1示出了根據本發明的一些實施例的探針卡組件10的示意性剖視圖。如圖1所示，探針卡組件10可以包括電路板100和基板108。在一些實施例中，基板108與電路板100相對設置並且電連接到電路板100。基板108可以包括如圖所示的多層結構。
在一些實施例中，電路板100的材料和基板108的材料均包括但不限於雙馬來醯亞胺三嗪樹脂(bismaleimide triazine resin，BT樹脂)、酚醛樹脂、複合環氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、玻璃纖維、其他合適的絕緣材料，或它們的組合。在一些實施例中，結合如圖9所示，基板108包括多條佈線118。
在一些實施例中，電路板100具有面向基板108的第一開口104。第一被動部件(passive component)111設置於電路板100與基板108之間，且第一被動部件111至少部分容納於第一開口104中。具體地，根據一些實施例，第一被動部件111對應於電路板100底側(或下側、底表面)上的第一開口104設置，且第一被動部件111部分容納於第一開口104中。由於第一被動部件111至少部分地容納在第一開口104中，因此本實施例中允許使用更便宜、 大尺寸的被動部件，同時確保探針卡組件的尺寸仍然緊湊。請注意，在圖1的實施例中，第一被動部件111直接貼附於基板108的上側(或頂側、頂表面)。另請注意，第一開口104設置於電路板100與基板108的重疊區域之間。即，第一開口不設置在基板108的相對的邊緣之外(非重疊區域未設置開口)。由於電路板100通常厚度較厚，在電路板100上設置開口對電路板的機械強度影響較小，也基本不會影響探針卡組件的機械性能，從而可以保證探針卡組件的結構穩定性。
通常，探針卡組件的基板108的設計是複雜的以允許測試大量不同的半導體晶粒，因此，對於探針卡組件，可能難以調整基板的設計或現有基板的結構。根據本發明的一些實施例，至少部分地容納在電路板100的開口中的被動部件可以提供相對簡單的方法來修改探針卡組件和/或提高探針卡組件的性能。這可以為探針卡組件提供設計靈活性並增強探針卡組件的性能和可靠性。
電路板100可以透過連接部件114電連接到基板108。在一些實施例中，連接部件114可以包括焊接凸塊或銅柱。在一些實施例中，第一被動部件111在連接部件114中的相鄰連接部件114之間(例如由複數個連接部件114圍繞)。在一些實施例中，第一被動部件111電連接到基板108中的導電通孔(或複數個導電通孔)116。本實施例中電路板100與基板108之間的連接部件114較小，電路板100與基板108之間的空間很小，通常技術人員未想過在這個空間安裝部件。而本發明在電路板100和/或基板108上設置開口來容納被動部件，從而突破了常規的方式，以在狹小的電路板100與基板108之間的空間安裝了被動部件，這樣節省了部件安裝的空間，並且基本不會改變探針卡組件的大小和體積，同時可以改善探針卡組件的電氣特性，例如訊號完整性、電源完整性和IR壓降等等。
探針卡組件10可以包括連接(電連接)到基板108的探針頭106。在一些實施例中，探針頭106包括穿過第一導向板106a和第二導向板106c的探針106b。在一些實施例中，第一導向板106a和第二導向板106c的材料包括陶瓷、塑料或其組合。根據一些實施例，第一導向板106a和/或第二導向板106c可以由複合材料(composite material)形成。探針106b穿過第二導向板106c以對待測的晶圓進行測試。
圖2示出了根據本發明的一些實施例的探針卡組件10的示意性剖視圖。在一些實施例中，基板108具有面向電路板100的第二開口110。第二被動部件112設置於電路板100與基板108之間，且第二被動部件112至少部分容納於第二開口110中。具體地，根據一些實施例，第二被動部件112對應于電路基板108的頂側上的第二開口110設置，並且第二被動部件112部分地容納在第二開口110中。在一些實施例中，第二被動部件112電性連接至電路板100中的導電通孔(或複數個導電通孔)102並延伸至第二開口110中。注意，在圖2的實施例中，第二被動部件112為直接附接到電路板100的下側(或底側、底表面)。至少部分地容納在基板的開口中的被動部件可以提供設計靈活性並增強探針卡組件的性能和可靠性。基板108上設置開口可以易於製造，方便形成。
圖3示出了根據本發明的一些實施例的探針卡組件10的示意性剖視圖。在一些實施例中，電路板100具有面向基板108的第一開口104，並且基板108具有面向電路板100的第二開口110。在一些實施例中，第一被動部件111和第二被動部件112設置於電路板100與基板108之間，且第一被動部件111與第二被動部件112分別至少部分容納於第一開口104與第二開口110中。
在圖3的實施例中，第一被動部件111貼附到基板108的上側並延伸到第一開口104中，並且第二被動部件112貼附到電路板100的下側並且 延伸到第二開口110中。
圖4示出了根據本發明的其他實施例的探針卡組件10的示意性剖視圖。與圖3相比，在圖4的實施例中，第一和第二被動部件111和112分別直接附接到並容納在第一開口104和第二開口110中。換言之，第一被動部件111的位於第一開口104的側壁之間的部分附接至電路板100。同樣地，第二被動部件112的位於第二開口110的側壁之間的部分附接至基板108。根據本發明的一些實施例，第一被動部件111和第二被動部件112中的每一個包括電容器、電阻器、電感器或其組合。
在一些實施例中，探針卡組件10還包括附加被動部件115。附加被動部件115也設置在電路板100和基板108之間。附加被動部件115可以使用更薄、昂貴的無源器件，只要它足夠薄，它可以不對應於第一開口104和第二開口110中的任何一個。在一些實施例中，附加被動部件115包括電容器、電阻器、電感器或其組合。根據探針卡組件10的設計或附加要求，附加被動部件115可以為探針卡組件10提供附加功能和/或補充，進一步提高設計靈活性。
可以修改被動部件的位置以滿足對探針卡組件的不同要求。圖5-8示出了根據本發明的其他實施例的在電路板和基板之間的不同位置處具有電容器的探針卡組件的橫截面示意圖。圖1-4和圖5-8中的相似特徵可以用相似的數字表示並且一些描述可以不重複。
在上述實施例中，開口和被動部件被設計為一一對應。在其他實施例中，開口與被動部件設計為一對多的對應關係。參考圖5，第一開口104足夠大以容納一個以上的被動部件。具體而言，探針卡組件10包括設置於電路板100與基板108之間的第一被動部件111、第二被動部件112及第三被動部件113。第一被動部件111與第三被動部件113分別為均容納於第一開口104內且 電性連接至基板108。第二被動部件112容納於第二開口110內且電性連接至電路板100。在一些實施例中，第一被動部件111與第三被動部件113附接到基板108並且延伸到第一開口104中。在一些實施例中，第二被動部件112附接到電路板100並且延伸到第二開口110中。
圖6示出了根據一些實施例的圖5中的虛線矩形區域的放大截面圖。在圖6的實施例中，被動部件被配置為電容器。如圖6所示，電容器611包括夾著電介質611c的電極611a和611b。類似地，電容器613包括將電介質613c夾在中間的電極613a和613b。電極611a、611b、613a和613b的材料可均包括導電材料，例如金屬、金屬氮化物、金屬氧化物、金屬合金、摻雜多晶矽、另一種合適的導電材料或其組合。例如，金屬可以包括金、鎳、鉑、鈀、銥、鈦、鉻、鎢、鋁、銅或其他合適的材料；金屬氮化物可以包括MoN、WN、TiN、TaN、TaSiN、TaCN、TiAlN或其他合適的材料。電介質611c和613c可各自包括半導體氧化物、半導體氮化物、半導體氧氮化物或另一種合適的電介質材料。根據探針卡組件的要求和設計，電容器的每個電極可以電連接到一個或複數個導電通孔。例如，電極611a與導電通孔116a和116b電連接，而電極611b、613a、613b分別與導電通孔116c、116d和116e電連接。
根據本發明的一些實施例，對應於開口並電連接至探針卡組件的電路板或基板的電容器可用作去耦(decoupling)/旁路(bypassing)電容器以減輕或防止IR下降(或電壓下降)，從而提高探針卡組件的性能和可靠性。
圖7的實施例與圖5的實施例相似，只是被動部件的位置不同。特別地，第二被動部件112的位於第二開口110的側壁之間的部分和第三被動部件113的位於第二開口110的側壁之間的部分附接至基板108，並且第二被動部件112和第三被動部件113電性連接基板108。第一被動部件111電性連接電路板100，且第一被動部件111位於第一開口104側壁之間的部分貼附於基板 108。在一些實施例中，第一被動部件111、第二被動部件112和第三被動部件113位於對應的相鄰連接部件114之間。
圖8的實施例與圖7的實施例相似，只是被動部件的位置不同。具體而言，第一被動部件111與第二被動部件112均直接貼附於電路板100，且第二被動部件112延伸至第二開口110內。請參考圖8，第一被動部件111電性連接到電路板100中的導電通孔(或複數個導電通孔)102並延伸到電路板100的最底面(底表面)之下。在一些實施例中，導電通孔(或複數個導電通孔)102從頂面延伸穿過電路板100並接觸第一被動部件111。
參考圖8，第二被動部件112電連接至電路板100中的導電通孔(或複數個導電通孔)102並延伸到第二開口110中。在一些實施例中，導電通孔(或複數個導電通孔)102從電路板100的頂面延伸到最底面並接觸第二被動部件112。在探針卡組件10包括第一被動部件111和第二被動部件112兩者的一些實施例中，第一被動部件元件111與第二被動部件112配置於電路板100的同一側。
圖9的實施例與圖8的實施例相似，只是被動部件的位置不同。具體而言，第一被動部件111與第二被動部件112均直接貼附於基板108，且第一被動部件111延伸至第一開口104中。在一些實施例中，第一被動部件111對應於基板108設置。電路板100底側的第一開口104，且第一被動部件111部分容納於第一開口104內。請參考圖9，第一被動部件111電性連接一導電通孔(或複數個導電通孔)116在基板108中並延伸到第一開口104中。在一些實施例中，基板108包括連接基板108中的各個層或探針卡組件10的各個特徵(或部件)的多組導電通孔116。
請參考圖9，第二被動部件112對應于電路基板108頂側的第二開口110設置，且第二被動部件112部分容納於第二開口110中。在一些實施 例中，第二被動部件112電連接到基板108中的導電通孔(或複數個導電通孔)116並延伸到基板108的最上表面(頂表面)之上。在探針卡組件10包括第一被動部件111和第一被動部件111的一些實施例中，第二被動部件112、第一被動部件111和第二被動部件112設置在基板108的同一側。在一些實施例中，基板108包括連接基板108中的各個導電通孔116的多條佈線118。在一些實施例中，探針頭106的探針106b電連接到附接到基板108的連接墊(或連接焊盤)120。需要說明的是，各個開孔對應的電容器數量不限。例如，可能有一個、兩個或複數個電容器。
圖10示出了根據本發明的一些實施例的晶圓探針的配置的示意圖。圖10中的探針卡組件10包括附接到基板108並延伸到第一開口104中的第一被動部件111和附接到電路板100並延伸到第二開口110中的第二被動部件112。如圖10所示，晶圓20設置在探針卡盤30上並且探針卡組件10在晶圓20上方。在晶圓探針測試(或探測)期間，探針106b被控制以接觸晶圓的各個晶粒並在探針卡組件10和相應的晶粒之間傳輸訊號。圖1-9中的探針卡組件也可以應用於類似於圖10的晶圓探針的配置。
本發明的實施例中的探針卡組件的配置可以用於半導體器件中。例如，基板108可以是安裝在電路板100上的IC元件(例如記憶體、圖形處理單元(graphics processing unit，GPU)、中央處理單元(central processing unit，CPU)或其組合)，以及電容器設置在IC元件108與電路板100之間並對應於開口的開口可用作去耦/旁路電容器以減輕或防止裝置的IR壓降並提高裝置性能。
本發明的實施例為探針卡組件提供了許多好處。根據本發明的一些實施例，至少部分地容納在電路板和/或基板的相應開口中的被動部件可以為探針卡組件提供設計靈活性並提高性能和可靠性探針卡組件。此外，本發明的 一些實施例提供了具有附接到電路板和/或基板並延伸到電路板和/或基板的相應開口中的電容器的探針卡組件，從而減輕或防止探針卡組件的IR壓降。
儘管已經對本發明實施例及其優點進行了詳細說明，但應當理解的是，在不脫離本發明的精神以及申請專利範圍所定義的範圍內，可以對本發明進行各種改變、替換和變更。所描述的實施例在所有方面僅用於說明的目的而並非用於限制本發明。本發明的保護範圍當視所附的申請專利範圍所界定者為准。本領域技術人員皆在不脫離本發明之精神以及範圍內做些許更動與潤飾。
10:探針卡組件
100:電路板
102,116:導電通孔
104:第一開口
106:探針頭
106a:第一導向板
106b:探針
106c:第二導向板
108:基板
111:第一被動部件
114:連接部件

Claims (16)

  1. 一種探針卡組件，包括：電路板；基板，與該電路板相對設置並電連接至該電路板，其中，該電路板具有面向該基板的第一開口，和/或該基板具有面向該電路板的第二開口；至少一個被動部件，設置於該電路板與該基板之間且至少部分容納於該第一開口與該第二開口中的至少一個中。
  2. 如請求項1之探針卡組件，其中該至少一個被動部件附接到該基板並延伸到該第一開口中，或者其中該至少一被動部件附接至該電路板並延伸至該第二開口中。
  3. 如請求項1之探針卡組件，其中在該第一開口的側壁之間的該至少一個被動部件的一部分附接到該電路板，或者其中在該第二開口的側壁之間的該至少一個被動部件的一部分附接到該基板。
  4. 如請求項3之探針卡組件，還包括設置在該電路板和該基板之間且不對應於該第一開口與該第二開口的任何一個的附加被動部件，其中該附加被動部件的厚度小於該至少一被動部件的厚度。
  5. 如請求項4之探針卡組件，其中該至少一個被動部件和該附加被動部件中的每一個包括電容器、電阻器、電感器或其組合。
  6. 如請求項1之探針卡組件，其中該至少一個被動部件包括電連接到該基板的第一電容器和電連接到該電路板的第二電容器。
  7. 如請求項6之探針卡組件，其中該至少一被動部件還包括設置於該電路板與該基板之間的第三電容器，其中該第三電容器附接於該基板並延伸至該第一開口中。
  8. 如請求項1之探針卡組件，其中該至少一被動部件包括電連接到該電路板的第一電容器和電連接到該基板的第二電容器。
  9. 如請求項8之探針卡組件，其中該至少一被動部件還包括設置於該電路板與該基板之間的第三電容器，其中在該第二開口的側壁之間的該第三電容器的一部分附接到該基板。
  10. 如請求項1之探針卡組件，其中該電路板透過連接部件電連接至該基板，且該至少一被動部件介於相鄰的連接部件之間。
  11. 如請求項1之探針卡組件，還包括連接到該基板的探針頭。
  12. 一種探針卡組件，包括：電路板；基板，在該電路板下方；以及至少一個電容器，直接連接到該電路板，其中，該至少一個電容器對應設置於該電路板底側的第一開口且部分容納於其中，或對應設置於該基板的頂側的第二開口且部分容納於其中。
  13. 如請求項12之探針卡組件，其中該至少一個電容器電連接至該電路板中的導電通孔並延伸至電路板的底表面的下方，或者其中該至少一個電容器電性連接至該電路板中的導電通孔並延伸至該第二開口中。
  14. 一種探針卡組件，包括：電路板；基板，位於該電路板下方並電連接至該電路板；以及至少一個電容器，直接附接到該基板；其中該至少一個電容器對應於該電路板底側上的第一開口設置並部分地容納在其中或對應於該基板頂側上的第二開口設置並部分地容納在其中。
  15. 如請求項14之探針卡組件，其中該至少一個電容器包括第 一電容器，該第一電容器電連接至該基板中的第一導電通孔並延伸至該第一開口中。
  16. 如請求項15之探針卡組件，其中該至少一個電容器還包括第二電容器，該第二電容器電連接至該基板中的第二導電通孔並延伸至該基板的頂表面。
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