TWI807782B - 探針卡裝置 - Google Patents

Abstract

一種導電探針包含一柱狀本體。柱狀本體定義有一長度方向，柱狀本體沿此長度方向具有彼此相對之第一接觸面與第二接觸面，第一接觸面呈十字狀或X字型，用以接觸一待測物之一導接凸柱。

Description

探針卡裝置

本發明有關於一種導電探針，尤指一種其端面呈十字狀之導電探針、其製造方法及具有導電探針之探針卡裝置。

一般而言，半導體元件，例如晶粒(Die)、晶圓(Wafer)，在裸晶測試階段(Chip Probe；CP)會被放入一測試台內，測試台上方的探針卡所配置之探針得以受控向下觸壓半導體元件之導接凸柱(Pillar)，以對此半導體元件進行電性檢測。

然而，當探針卡之探針分別一一觸壓半導體元件之導接凸柱，每個探針難免會壓迫對應之導接凸柱的表面，對導接凸柱之頂面造成特定尺寸之針痕(例如刮痕或凹陷)。若這些針痕之尺寸過大時，將降低每個導接凸柱之導電效率，從而影響半導體元件之可靠性。

由此可見，上述技術顯然仍存在不便與缺陷，而有待加以進一步改良。因此，如何能有效地解決上述不便與缺陷，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前相關領域亟需改進的目標。

本發明之一目的在於提供一種導電探針、其製造方法及具有導電探針之探針卡裝置，用以解決以上先前技術所提到的困難。

本發明之一實施例提供一種導電探針。導電探針包含一柱狀本體。柱狀本體定義有一長度方向，柱狀本體沿此長度方向具有一第一接觸面與一第二接觸面。第一接觸面與第二接觸面彼此相對，第一接觸面呈十字狀或X字型，用以接觸一待測物之一導接凸柱。

本發明之一實施例提供一種導電探針。導電探針包含一第一區段。第一區段包含一中軸體、二第一側翼及二第二側翼。中軸體具有一長度方向。第一側翼分別位於中軸體之二相對側，且共同沿長度方向延伸。第二側翼分別位於中軸體之另二相對側，且共同沿長度方向延伸。其中一第一側翼位於第二側翼之間，且其中一第二側翼位於第一側翼之間，中軸體、第一側翼與第二側翼沿長度方向共同形成一接觸面，接觸面用以接觸一待測物之一導接凸柱。

本發明之一實施例提供一種探針卡裝置。探針卡裝置包含一電路板、一探針模組、一空間轉換層及至少一個如上述之導電探針。電路板具有複數個接點。探針模組包含一載針座與複數個定位口。這些定位口依據一陣列方式排列，且每個定位口貫設於載針座上。空間轉換層位於電 路板與探針模組之間，具有複數個電路路徑。導電探針固定於其中一定位口內，且透過其中一電路路徑電連接其中一接點。

本發明之一實施例提供一種導電探針之製造方法，包含步驟如下。提供一基板；形成一第一光阻層於基板上；蝕刻出一第一柱狀凹槽於第一光阻層上；形成一第一金屬層於第一柱狀凹槽與第一光阻層上；形成一第二光阻層於第一金屬層相對基板之一面；蝕刻出一第二柱狀凹槽於第二光阻層上；形成一第二金屬層於第二柱狀凹槽內，且與第一金屬層一體成形為一導電探針；以及移除基板、第一光阻層及第二光阻層，以取出上述導電探針，此導電探針之橫截面呈十字狀。

如此，透過以上各實施例之所述架構，本發明之導電探針能夠縮小對導接凸柱所產生之針痕尺寸，從而避免降低導電探針之導電效率以及半導體元件之可靠性。

以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

10~15:導電探針

100、101:柱狀本體

102:長度方向

110、110A:第一接觸面

111:中央區

112:第一延伸區

113:第二延伸區

120、121:第二接觸面

130:中軸體

140:第一側翼

150:第二側翼

160:第一凹口部

170:第二凹口部

210:第一區段

220:第二區段

221:端面

230:弧狀凹部

300:探針卡裝置

310:電路板

311:接點

320:中介層

321:導電通道

330:空間轉換層

331:電路路徑

340:探針模組

341:上導板

342:下導板

343:載針座

344:定位口

345:內側

401~408:步驟

410:基板

411:矽基板

412:金屬鍍層

420:第一光阻層

421:面

430:第一柱狀凹槽

440:第一金屬層

441:部份

442:另部份

450:第二光阻層

451:一面

460:第二柱狀凹槽

470:第二金屬層

A1:第一軸向

A2:第二軸向

C:頂點

DUT:待測物

L:導接凸柱

M:針痕

Q:象限

θ1、θ2、θ:夾角

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為本發明一實施例之導電探針的立體圖；第2A圖為第1圖之導電探針接觸一待測物之導接凸柱之 局部側視圖；第2B圖為第2A圖之上視圖；第3圖為本發明一實施例之導電探針的立體圖；第4A圖為本發明一實施例之導電探針的立體圖；第4B圖為第4A圖之導電探針接觸一待測物之導接凸柱之局部側視圖；第5圖為本發明一實施例之導電探針的立體圖；第6A圖為本發明一實施例之探針卡裝置的示意圖；第6B圖為第6A圖之載針座之正視圖；第7圖為本發明一實施例之導電探針之製造方法的流程圖；以及第8A圖至第8H圖為第7圖之各步驟的操作示意圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施例，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明各實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

第1圖為本發明一實施例之導電探針10的立體圖，第2A圖為第1圖之導電探針10接觸一待測物DUT之導接凸柱L之局部側視圖，第2B圖為第2A圖之上視圖。如第1圖至第2B圖所示，導電探針10包含一柱狀本體 100。柱狀本體100定義有一長度方向102，柱狀本體100沿此長度方向102具有彼此相對之第一接觸面110與第二接觸面120，第一接觸面110呈十字狀。故，當導電探針10觸壓一待測物(Device Under Test，後稱DUT)時，待測物DUT為半導體元件，例如晶粒(Die)、晶圓(Wafer)，導電探針10透過其第一接觸面110接觸待測物DUT之其中一導接凸柱L(例如銅柱；Copper Pillar)，以對導接凸柱L之頂面造成特定尺寸之針痕M。在本實施例中，舉例來說，導電探針10是由微機電製程所加工而成的小尺寸微型探針，然而，本發明不限於此。

如此，由於其端面為十字狀之設計可以約束針痕M在第2B圖中之四個象限Q的擴展，本實施例之導電探針10不僅縮小導電探針10對導接凸柱L之觸壓面積，而降低導電探針10對導接凸柱L所壓出之針痕M尺寸(如44.4%之面積減少率)，從而改善導電探針10之導電效率及半導體元件之可靠性。

舉例來說，相較於習知形狀對導接凸柱L所壓出之針痕M之尺寸為佔導接凸柱L總面積之25~36%，本實施例呈十字狀的第一接觸面110可以縮小針痕M之尺寸至23~32%，意即，具有2~4%之改善空間。如此，因為針痕M之尺寸越小，導接凸柱L之頂面鍍層之殘留物就越少，殘留物掉落的機會越少，其頂面鍍層之材料損失越少，從而能夠提高導電探針10之導電效率及半導體元件之可靠性。

更具體地，第一接觸面110包含一中央區111、二第一延伸區112及二第二延伸區113。此些第一延伸區112從中央區111之二相對端朝外延伸，且沿一第一軸向A1同軸延伸，第一軸向A1正交長度方向102。此些第二延伸區113從中央區111之另二相對端朝外延伸，且沿一第二軸向A2同軸延伸，第二軸向A2相交第一軸向A1，且正交長度方向102。其中一第一延伸區112位於第二延伸區113之間，且其中一第二延伸區113位於第一延伸區112之間。如第1圖所示，第一延伸區112與第二延伸區113的夾角θ大致為90度(即正角)，且第一軸向A1與第二軸向A2彼此正交。中央區111、第一延伸區112及第二延伸區113分別呈矩形，以致共同組成上述之十字狀端面。

故，當導電探針10觸壓待測物DUT之導接凸柱L時，由於導接凸柱L之頂點C對應第一接觸面110之中央區111，使得第一接觸面110之第一延伸區112及第二延伸區113能夠對稱地接觸導接凸柱L，從而提供防滑功效。

舉例來說，在本實施例中，柱狀本體100為沿直線延伸之十字柱體，意即，柱狀本體100之任一橫截面呈十字狀。更具體地，導電探針10包含一中軸體130、二第一側翼140及二第二側翼150。中軸體130為矩形柱狀，具有如上述之長度方向102。第一側翼140分別位於中軸體130之二相對側，且共同沿長度方向102延伸。第二側 翼150分別位於中軸體130之另二相對側，且共同沿長度方向102延伸。其中一第一側翼140位於第二側翼150之間，且其中一第二側翼150位於第一側翼140之間，中軸體130、第一側翼140與第二側翼150沿長度方向102共同形成上述之第一接觸面110。換句話說，柱狀本體100包含二第一凹口部160及二第二凹口部170。第一凹口部160分別凹設於柱狀本體100之一側，且沿長度方向102延伸。第二凹口部170分別凹設於柱狀本體100之另側，且沿長度方向102延伸。柱狀本體100之末端面透過第一凹口部160與第二凹口部170共同定義出第一接觸面110。在本實施例中，如第1圖所示，每個第一側翼140與其相鄰之第二側翼150的夾角θ大致為90度(即正角)。

如此，若導電探針10內部的電流分布不均勻時，依據集膚效應(skin effect)，導電探針10內的電流會集中在導體的表面。故，由於本實施例之導電探針10呈十字狀或X字型柱體，相較於習知的矩形柱體設計，本實施例之導電探針10並未增大了導電探針10之總表面積，也不致影響導電探針10之電流流量。

第3圖為本發明一實施例之導電探針11的立體圖。如第3圖所示，本實施例之導電探針11與第1圖之導電探針10大致相同，其差異在於，本實施例之導電探針11更包含一第二區段220。第二區段220連接上述之十字柱體(後稱第一區段210)且與第一區段210彼此共軸，換句話說，上述之十字柱體(後稱第一區段210)連接至第二區 段220相對第二接觸面121之端面221，且所述長度方向102為第一區段210與第二區段220之軸心。

第二區段220之外型與第一區段210之外型不同。舉例來說，第二區段220為沿直線延伸之矩形柱，意即，第二區段220之任一橫截面呈矩形，且第二接觸面121為第二區段220相對第一區段210之矩形端面。如此，由於本實施例之導電探針11並非全部為十字柱體之結構，能夠相對地提高導電探針11之整體結構強度。

再者，因應提高導電探針11之結構強度的理由下，在本實施例中，第一區段210與第二區段220之長度比例為3：7或2：8。然而，本發明不限第一區段210與第二區段220之長度比例，本發明具有通常知識者可以是實際需求或限制調整第一區段210與第二區段220之長度比例。

第4A圖為本發明一實施例之導電探針12的立體圖。第4B圖為第4A圖之導電探針12接觸一待測物DUT之導接凸柱L之局部側視圖。如第4A圖與第4B圖所示，本實施例之導電探針12與第1圖之導電探針10大致相同，其差異在於，導電探針12之第一接觸面110更具有一弧狀凹部230，弧狀凹部230之大部分主要配置於中央區111，且朝第二接觸面120之方向凹陷。故，當導電探針12之第一接觸面110接觸待測物DUT之導接凸柱L時，第一接觸面110之弧狀凹部230能夠接收導接凸柱L之一部分，不僅讓第一接觸面110之中央區111更順利地定位至導接凸柱L之頂點C，更能降低導電探針12因滑動 而遠離導接凸柱L之機會。然而，本發明不限於此，其他實施例中，本實施例之導電探針12也可能加上如第3圖所述之第二區段220。

第5圖為本發明一實施例之導電探針13的立體圖。如第5圖所示，本實施例之導電探針13與第1圖之導電探針10大致相同，其差異在於，相較於柱狀本體100為十字柱體，本實施例之柱狀本體101為X字狀柱體，任一橫截面呈X字狀，且第一接觸面110A呈X字狀。

更具體地，第一軸向A1與第二軸向A2彼此相交，但不彼此正交。第一側翼140與其中一第二側翼150的夾角θ1為銳角，與另一第二側翼150的夾角θ2為鈍角，且第一延伸區112與第二延伸區113的夾角θ1為銳角，且與另一第二延伸區113的夾角θ2為鈍角。然而，本發明不限於此，其他實施例中，本實施例之導電探針13也可能加上如第3圖所述之第二區段220。

第6A圖為本發明一實施例之探針卡裝置300的示意圖，第6B圖為第6A圖之探針卡裝置300之載針座343之正視圖。如第6A圖與第6B圖所示，探針卡裝置300包含一電路板310、一中介層320、一空間轉換層330、一探針模組340及多個導電探針14。電路板310具有複數個接點311。此些接點311間隔排列於電路板310上。中介層320位於電路板310與空間轉換層330之間，且中介層320配置有多個導電通道321。此些導電通道321間隔排列於中介層320上。每個導電通道321電連接其中 一接點311。空間轉換層330位於中介層320與探針模組340之間，且空間轉換層330配置有多個電路路徑331。此些電路路徑331間隔排列於空間轉換層330上。每個電路路徑331電連接其中一導電通道321。探針模組340包含一上導板341、一下導板342、一載針座343與複數個定位口344。載針座343夾合於上導板341與下導板342之間。這些定位口344依據一陣列方式排列於載針座343上，且每個定位口344貫設於載針座343上。每個導電探針14固定於其中一定位口344內。每個導電探針14之第二接觸面120電連接其中一電路路徑331，且透過對應之電路路徑331電連接電路板310之接點311，且其第一接觸面110用以電連接待測物DUT之導接凸柱L(第2圖)。須了解到，第二接觸面120只須直接觸壓至電路路徑331，無須透過焊料焊接至電路路徑331上。

更具體地，定位口344呈十字狀，定位口344之尺寸小於等於柱狀本體100之尺寸，使得柱狀本體100被定位口344之二相對內側345所直接夾持，並被定位於載針座343上。然而，本發明不限於此，其他實施例中，定位口344也可能為X字型或矩形。

第7圖為本發明一實施例之導電探針之製造方法的流程圖。第8A圖至第8H圖為第7圖之各步驟的操作示意圖。如第7圖、第8A圖至第8H圖所示，導電探針之製造方法包含步驟401至步驟408，如下。

在步驟401中，提供一基板410(第8A圖)。在 步驟402中，形成一第一光阻層420於基板410之一面(第8B圖)。在步驟403中，蝕刻出一第一柱狀凹槽430於第一光阻層420上(第8C圖)。在步驟404中，形成一第一金屬層440於第一柱狀凹槽430與第一光阻層420上(第8D圖)。在步驟405中，形成一第二光阻層450於第一金屬層440相對基板410之一面451(第8E圖)。在步驟406中，蝕刻出一第二柱狀凹槽460於第二光阻層450上(第8F圖)。在步驟407中，形成一第二金屬層470於第二柱狀凹槽460內，且與第一金屬層440一體成形為一導電探針15(第8G圖)。在步驟408中，移除基板410、第一光阻層420及第二光阻層450，以取出上述具十字狀剖面之導電探針15(第8G圖及第8H圖)。

如第8A圖所示，在步驟401中，更具體地，是將一矽基板411經由一電鍍程序而形成一金屬鍍層412於此矽基板411之外表面。如第8C圖所示，在步驟403中，更具體地，透過微影製程(photolithography)之曝光和顯影及蝕刻製程(etching)在第一光阻層420相對基板410之一面421上蝕刻出所述第一柱狀凹槽430，第一柱狀凹槽430呈直線狀，且沿上述長度方向102(參考第1圖)延伸，且第一柱狀凹槽430之任一橫截面呈矩形。如第8D圖所示，在步驟404中，更具體地，第一金屬層440之一部份441完全填滿於第一柱狀凹槽430內，第一金屬層440之另部份442覆蓋於第一光阻層420相對基板410之此面421。如第8F圖所示，在步驟406中，更具 體地，透過微影製程(photolithography)之曝光和顯影及蝕刻製程(etching)在第二光阻層450相對基板410之一面451上蝕刻出所述第二柱狀凹槽460，第二柱狀凹槽460呈直線狀，且沿上述長度方向102(參考第1圖)延伸，且第二柱狀凹槽460之任一橫截面呈矩形，並且第二柱狀凹槽460平行第一柱狀凹槽430，第二柱狀凹槽460之尺寸等於第一柱狀凹槽430之尺寸。如第8G圖所示，在步驟407中，更具體地，第二金屬層470完全填滿於第二柱狀凹槽460內，且只位於第二柱狀凹槽460內。

最後，上述所揭露之各實施例中，並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，皆可被保護於本發明中。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10:導電探針

100:柱狀本體

102:長度方向

110:第一接觸面

111:中央區

112:第一延伸區

113:第二延伸區

120:第二接觸面

130:中軸體

140:第一側翼

150:第二側翼

160:第一凹口部

170:第二凹口部

A1:第一軸向

A2:第二軸向

θ:夾角

Claims (20)

1. 一種探針卡裝置，包含：一電路板，具有複數個接點；一探針模組，包含一載針座與複數個定位口，該些定位口依據一陣列方式排列，且每一該些定位口貫設於該載針座上；一空間轉換層，位於該電路板與該探針模組之間，具有複數個電路路徑；以及至少一個導電探針，固定於該些定位口其中之一內，且該導電探針包含一柱狀本體，定義有一長度方向，該柱狀本體沿該長度方向具有彼此相對之一第一接觸面與一第二接觸面，該第二接觸面透過該些電路路徑其中之一電連接該些接點其中之一，該第一接觸面呈十字狀或X字型，用以接觸一待測物之一導接凸柱。
2. 如請求項1所述之探針卡裝置，其中該柱狀本體被該其中一定位口之二相對內側所直接夾持，並被定位於該載針座上。
3. 如請求項1所述之探針卡裝置，其中該些定位口分別呈十字狀、X字型或矩形。
4. 如請求項1所述之探針卡裝置，其中該第一接觸面包含： 一中央區；二第一延伸區，從該中央區之二相對端朝外延伸，且沿一第一軸向同軸延伸，該第一軸向正交該長度方向；以及二第二延伸區，從該中央區之另二相對端朝外延伸，且沿一第二軸向同軸延伸，該第二軸向相交該第一軸向，且正交該長度方向，其中該些第一延伸區其中之一位於該些第二延伸區之間，且該些第二延伸區其中之一位於該些第一延伸區之間。
5. 如請求項4所述之探針卡裝置，其中該其中一第一延伸區與該其中一第二延伸區的夾角為正角，且該第一軸向與該第二軸向彼此正交。
6. 如請求項4所述之探針卡裝置，其中該其中一第一延伸區與該其中一第二延伸區的夾角為鈍角，與另一該些第二延伸區的夾角為銳角。
7. 如請求項4所述之探針卡裝置，其中該柱狀本體更具有一弧狀凹部，該弧狀凹部位於該中央區，用以接收該導接凸柱之一部分。
8. 如請求項1所述之探針卡裝置，其中該柱狀本體為一十字柱體，且該柱狀本體之一橫截面呈十字狀。
9. 如請求項1所述之探針卡裝置，其中該柱狀本體由彼此同軸連接之一第一區段及一第二區段所組成，該第一區段之一橫截面呈十字狀，且該第一區段之該橫截面之外型不同於該第二區段之一橫截面之外型，其中該第一接觸面為該第一區段之一端面，且該第二接觸面為該第二區段之一端面。
10. 如請求項9所述之探針卡裝置，其中該第一區段與該第二區段之長度比例為3：7或2：8。
11. 如請求項1所述之探針卡裝置，其中該柱狀本體包含：二第一凹口部，分別凹設於該柱狀本體之一側，且沿該長度方向延伸；以及二第二凹口部，分別凹設於該柱狀本體之另側，且沿該長度方向延伸，其中該柱狀本體之一端面透過該些第一凹口部與該些第二凹口部共同定義出該第一接觸面。
12. 一種探針卡裝置，包含：一電路板，具有複數個接點；一探針模組，包含一載針座與複數個定位口，該些定位口依據一陣列方式排列，且每一該些定位口貫設於該載針座上； 一空間轉換層，位於該電路板與該探針模組之間，具有複數個電路路徑；以及至少一導電探針，固定於該些定位口其中之一內，且透過該些電路路徑其中之一電連接該些接點其中之一，該導電探針包含一第一區段，該第一區段包含一中軸體，具有一長度方向；二第一側翼，分別位於該中軸體之二相對側，且共同沿該長度方向延伸；以及二第二側翼，分別位於該中軸體之另二相對側，且共同沿該長度方向延伸，其中該些第一側翼其中之一位於該些第二側翼之間，且該些第二側翼其中之一位於該些第一側翼之間，該中軸體、該些第一側翼與該些第二側翼沿該長度方向共同形成一接觸面，該接觸面用以接觸一待測物之一導接凸柱。
13. 如請求項12所述之探針卡裝置，其中該導電探針被該其中一定位口之二相對內側所直接夾持，並被定位於該載針座上。
14. 如請求項12所述之探針卡裝置，其中該些定位口分別呈十字狀、X字型或矩形。
15. 如請求項12所述之探針卡裝置，其中該其中一第一側翼與該其中一第二側翼的夾角為正角。
16. 如請求項12所述之探針卡裝置，其中該其 中一第一側翼與該其中一第二側翼的夾角為鈍角，與另一該些第二側翼的夾角為銳角。
17. 如請求項12所述之探針卡裝置，其中該第一區段更具有一弧狀凹部，該弧狀凹部凹設於該接觸面上，用以接收該導接凸柱之一部分。
18. 如請求項12所述之探針卡裝置，其中該接觸面呈十字狀或X字型。
19. 如請求項12所述之探針卡裝置，更包含：一第二區段，同軸連接該第一區段，其中該第二區段之橫截面呈矩形。
20. 如請求項19所述之探針卡裝置，其中該第一區段與該第二區段之長度比例為3：7或2：8。

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