TWI815262B - 三維電路板及其製作方法以及探針卡 - Google Patents

Abstract

一種三維電路板，包括一陶瓷基底以及多條線路。陶瓷基底具有一第一平面、一第二平面、位於第一平面與第二平面之間的一第三平面、連接第一平面與第二平面的一第一側面以及連接第一平面與第三平面且相對於第一側面的一第二側面。第一側面的一第一高度大於第二側面的一第二高度。各線路彼此分離地嵌設於陶瓷基底的第一平面上，且沿著第一側面而延伸嵌設於第二平面上。

Description

三維電路板及其製作方法以及探針卡

本揭露是有關於一種電路板及其製作方法，且特別是有關於一種三維電路板及其製作方法以及採用此三維電路板的探針卡。

傳統探針卡的電路轉接板大都使用多層印刷電路板或日本京瓷獨家提供的多層陶瓷電路板(MLCC,Multi-Layer Ceramic Capacitor)。多層印刷電路板通常使用高分子材料(如環氧樹脂Epoxy)，其熱膨脹係數大且不易應用於車用晶片的耐冷熱衝擊測試環境與高密度探針卡。多層陶瓷電路板則有以下幾個技術瓶頸：1.)使用銀漿網印技術與金屬漿料進行高溫燒結，以在陶瓷基底上進行金屬線路製作。然而，金屬線路因高溫燒結造成線路尺寸與位置的偏差，如約有5%至14%位置精度誤差，造成日後多層陶瓷線路堆疊共燒的線路上下導通的偏移量更大，進而導致線寬及線距精度無法控制。此外，製作過程中，銀漿通孔填料製程必須透過增加孔距，以避免因過填的漿料外溢而引起短路，但這樣 卻使內部互連密度降低。2.)由於電路元件尺寸與線寬越來越小，目前高溫厚膜(金屬膜厚大於10微米)銀漿網印的最小線寬僅能達到50微米以上，不符合未來高頻、高密度探針卡產業需求線寬30μm以下的需求。3.)金屬漿料燒結技術必須使用溫度為800℃至900℃且製程時間1小時以上的高溫燒結，才能將銀漿料或銅漿料等高分子去除，而具有良好金屬導電度。然而，使用高溫長時間燒結為高耗能的產業，且金屬平整度易受漿料均勻性影響。4.)受限於網版印刷只能在平面上印製電路，故現有多層陶瓷電路板依舊只能是二維平面電路板的形態。5.)每更換一種待測晶圓，所需的探針卡及其多層陶瓷電路板以及製造所需的網板、治具就必須重新設計製造。但是，探針卡為少量多樣化產品，每一設計數量僅僅十數個，因此分攤下來探針卡使用的高精度多層陶瓷電路板成本相當高。

本揭露提供一種三維電路板及其製作方法，其具有製作簡單以及低成本的優勢，且各線路彼此分離無交錯，可有效避免串音干擾(cross talk)。

本揭露提供一種探針卡，包括上述的三維電路板，可有效地避免探針在測試過程中與三維電路板或印刷電路板產生碰撞，可具有良好的測試穩定度。

本揭露的三維電路板，其包括一陶瓷基底以及多條線 路。陶瓷基底具有一第一平面、一第二平面、位於第一平面與第二平面之間的一第三平面、連接第一平面與第二平面的一第一側面以及連接第一平面與第三平面且相對於第一側面的一第二側面。第一側面的一第一高度大於第二側面的一第二高度，且第三平面與第二側面形成一凹槽。各線路彼此分離地嵌設於陶瓷基底的第一平面上，且沿著第一側面而延伸嵌設於第二平面上。此外，線路於第一平面上的排列密度大於第二平面上的排列密度。

本揭露的三維電路板的製作方法，其包括以下步驟。提供一陶瓷基底。陶瓷基底具有一第一平面、一第二平面、位於第一平面與第二平面之間的一第三平面、連接第一平面與第二平面的一第一側面以及連接第一平面與第三平面且相對於第一側面的一第二側面。第一側面的一第一高度大於第二側面的一第二高度，且第三平面與第二側面形成一凹槽。進行一雷射程序，以於陶瓷基底上形成彼此分離的多個溝槽。溝槽從陶瓷基底的第一平面沿著第一側面延伸至第二平面上，且各溝槽中存在有一微量金屬。進行一電鍍程序，以微量金屬為電鍍種子層，電鍍形成嵌設於第一平面、第一側面及第二平面的多條線路。

本揭露的探針卡，其包括上述之三維電路板、一印刷電路板以及一探針結構。印刷電路板配置於三維電路板的第二平面上，且與線路電性連接。探針結構包括一懸臂以及一針頭。懸臂具有一固定端以及一自由端。固定端配置於第一平面上且連接線路。針頭連接自由端，且懸臂與第三平面之間具有一空氣間隙。

基於上述，在本揭露的三維電路板的設計中，各線路彼此分離的配置於陶瓷基底的第一平面、第一側面以及第二平面上，且陶瓷基底具有相對於第一側面且高度低於第一側面的第二側面。藉此，陶瓷基底無須任何鑽孔製程，即可完成上下兩面的電路導通。再者，後續在此三維電路板上設置探針結構而形成探針卡時，第二側面的設置，可避免探針結構在測試過程中與三維電路板或印刷電路板產生碰撞，可使本揭露的探針卡具有良好的測試穩定度。此外，本揭露的三維電路板的製作方法，是透過雷射陶瓷基底產生微量金屬，以作為後續電鍍程序的電鍍種子層，藉此來形成彼此分離的多條線路。因此，本揭露的三維電路板及其製作方法可具有製作簡單以及低成本的優勢，且各線路彼此分離無交錯，可有效避免串音干擾。

為讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10a、10b:探針卡

100a、100c、100d:三維電路板

110a、110c、110d:陶瓷基底

111a、111c、111d:第一平面

112a、112c、112d:第二平面

113a、113c、113d:第一側面

114a:第三平面

115a、115c、115d:第二側面

116a:凹槽

122:線路

123:第一端

125:第二端

200:印刷電路板

300:探針結構

310:懸臂

312:固定端

314:自由端

320:針頭

400:連接件

A:空氣間隙

C:容置槽

D:電子元件

E:厚度

H1:第一高度

H2:第二高度

H3:第三高度

L:溝槽

T:水平距離

W:線寬

圖1A是依照本揭露的一實施例的一種三維電路板的立體示意圖。

圖1B是圖1A的三維電路板於另一視角的立體示意圖。

圖1C是圖1A的三維電路板的立體剖面示意圖。

圖2A至圖2C為本揭露的一實施例的一種三維電路板的製作 方法的立體示意圖。

圖3是依照本揭露的另一實施例的一種三維電路板的側視示意圖。

圖4是依照本揭露的一實施例的一種探針卡的側視示意圖。

圖5是依照本揭露的另一實施例的一種探針卡的側視示意圖。

圖1A是依照本揭露的一實施例的一種三維電路板的立體示意圖。圖1B是圖1A的三維電路板於另一視角的立體示意圖。圖1C是圖1A的三維電路板的立體剖面示意圖。請同時參考圖1A、圖1B以及圖1C，在本實施例中，三維電路板100a包括一陶瓷基底110a以及多條線路122。陶瓷基底110a具有一第一平面111a、一第二平面112a、位於第一平面111a與第二平面112a之間的一第三平面114a、連接第一平面111a與第二平面112a的一第一側面113a以及連接第一平面111a與第三平面114a且相對於第一側面113a的一第二側面115a。第一側面113a的一第一高度H1大於第二側面115a的一第二高度H2。在一實施例中，第二高度H2至少大於150微米。各線路122彼此分離地嵌設於陶瓷基底110a的第一平面111a上，且沿著第一側面113a而延伸嵌設於第二平面112a上。

更進一步來說，本實施例的陶瓷基底110a具有一凹槽 116a，其中凹槽116a的底面即為第三平面114a，而凹槽116a的側壁即為第二側面115a。也就是說，凹槽116a沒有貫穿陶瓷基底110a，第三平面114a與第二側面115a形成凹槽116a。陶瓷基底110a的材質例如是金屬氧化物、金屬氮化物、氮化矽、碳化矽或上述的材質的組合，其中金屬氧化物例如是氧化鋁或氧化鋯，而金屬氮化物例如是氮化鋁，上述的組合例如是含約5%氧化鋯的氧化鋁材料，但不以此為限。在一實施例中，陶瓷基底110a包括0.1重量%至5重量%的釔元素。

再者，本實施例的線路122具有一第一端123與一第二端125。線路122的第一端123位於第一平面111a上，而線路122的第二端125位於第二平面112a上，其中線路122的第二端125適於與外部元件接觸。在一實施例中，線路122的第一端123與陶瓷基底110a的第二側面115a具有一水平距離T，且水平距離T等於0或小於100微米。在本實施例中，線路122的第一端123自第一平面111a開始呈扇形擴散或呈平行延伸至第一側面113a及第二平面112a上，線路122的第二端125適於和外部元件接觸形成電性導通。於一實施例中，線路122於第一平面111a上的排列密度可大於於第二平面112a上的排列密度，因而可將三維電路板100a可視為電路擴距板(space transformer)。此外，本實施例的線路122的線寬W，例如是，線寬W介於10微米至65微米之間。

既有多層陶瓷燒結電路板因擴距線路而行走於各電路層 內，因而不可避免線路彼此之間的空間交錯，進而引致訊號干擾。然而，在本實施例中，由於在於陶瓷基底110a上的各線路122彼此分離且無空間上的交錯，因此可大幅減少各線路122之間的訊號干擾。故，本實施例的三維電路板100a可有效避免串音干擾。

另外，於三維電路板100a的製程上，請同時參考圖2A與圖2B，首先，提供陶瓷基底110a。陶瓷基底110a具有第一平面111a、第二平面112a、位於第一平面111a與第二平面112a之間的第三平面114a、連接第一平面111a與第二平面112a的第一側面113a以及連接第一平面111a與第三平面114a且相對於第一側面113a的第二側面115a。其中，第一側面113a的第一高度H1大於第二側面115a的第二高度H2。更具體來說，陶瓷基底110a具有凹槽116a，其中凹槽116a的底面即為第三平面114a，而凹槽116a的側壁即為第二側面115a。也就是說第三平面114a與第二側面115a形成凹槽116a。

接著，請參考圖2C，將三維電路板的CAD圖面匯入三維雷射系統內，並與精密加工後的三維陶瓷基底110a進行對位重疊後。緊接著，進行一雷射程序，以於陶瓷基底110a上形成彼此分離的多個溝槽L，其中溝槽L從陶瓷基底110a的第一平面111a沿著第一側面113a延伸至第二平面112a上，且每一溝槽L中存在有一微量金屬。更具體來說，進行雷射程序包括令綠色雷射光照射於陶瓷基底110a上，其中綠光雷射光的波長例如是532奈米，而雷射光束的聚焦光點(spot size)例如為10微米。透過綠 色雷射光直接照射在陶瓷基底110a的表面上進行電路圖案化定義及材料激發處理，可有效地省去既有技術中採用網板或光罩的製作費用。此外，由於本實施例的陶瓷基底110a含有微量金屬，例如是0.1重量%至5重量%的釔元素，以金屬元素或氧化物狀態存在於陶瓷基底110a中，因此在令陶瓷基底110a在經雷射圖案化後，釔元素會被裸露在外。

最後，請再參考圖2C，進行一電鍍程序，以微量金屬為電鍍種子層，電鍍於溝槽L以形成嵌設於第一平面111a、第一側面113a及第二平面112a的多條線路122。也就是說，本實施例可搭配表面處理技術與金屬化技術，以在雷射圖案化後的電路區域沉積金屬，以製作成線路122。此處，電鍍程序例如是無電鍍銅，使銅金屬沉積於陶瓷基底110a的溝槽L內，以形成金屬微結構，之後，進一步沉積無電鍍銀金屬以進行銅結構保護，而形成彼此分離的線路122。

由於陶瓷雷射金屬化技術為低溫快速製程，且可利用雷射光精準控制線路122的位置與線寬，故線路122的最小線寬W可達65微米以下，且位置精度可控制於±10微米以下，可符合未來晶圓元件尺寸微小化及高頻模組的發展需求，並具有高節能效益。此處，所採用的金屬為銅與銀，為低集膚效應(skin effect)損失，利用上述的方式可達到訊號傳輸速度快，線路122位置精度高及製程簡易化、低成本化等技術優勢。

簡言之，本實施例的三維電路板100a的製作方式是結合 雷射圖案化與高選擇性金屬化技術，於陶瓷基底110a的表面製作精密的三維金屬線路122，而形成三維電路板100a。因此，本實施例的製程無須使用光罩，製程可更具彈性且可快速製造，可縮短開發時間，且適合少量多樣生產，製程工具費用低，因而使得本實施例的三維電路板100a整體的製作成本低。也就是說，本實施例的三維電路板100a的製作方法，屬低溫製程、可使線路122的位置精度高，且具有製程簡單、良率高及成本低等優勢。再者，由於本實施例所形成的線路122不交錯設置，因而可有效地降低訊號串音干擾。此外，相較於既有技術中因為熱漲冷縮而無法製作高精度細微電路而言，本實施例透過雷射誘發金屬化，可直接於陶瓷基底110a的外觀進行三維電路佈線，且可製作出高精度細微線路122，可達到高密度三維電路板100a的需求(各線路間距小於等於20微米)。

圖3是依照本揭露的另一實施例的一種三維電路板的側視示意圖。請同時參考圖1C以及圖3，本實施例的三維電路板100c與圖1C的三維電路板100a相似，但要注意的是，在本實施例中，三維電路板100c還包括一電子元件D，而陶瓷基底110c的第一平面111c、第二平面112c以及連接第一平面111c與第二平面112c的第一側面113c至少其中的一者具有一容置槽C，其中電子元件D設置於容置槽C內。如圖3所示，在本實施例中，於第二平面112c具有容置槽C，而電子元件D設置於第二平面112c且與位於容置槽C內的線路122電性連接。電子元件D例如是主動元件或 被動元件。由於本實施例的三維電路板100c設置有電子元件D，因此可進行訊號降頻或處理，可避免高頻訊號因長距離傳輸而造成損耗或失真。此外，本實施例的線路122的第一端123與陶瓷基底110c的第二側面115c的水平距離具體化為0，意即，線路122的第一端123切齊於陶瓷基底110c的第二側面115c。

圖4是依照本揭露的一實施例的一種探針卡的側視示意圖。請參考圖4，在本實施例中，探針卡10a包括上述的三維電路板100a、一印刷電路板200以及一探針結構300。印刷電路板200配置於三維電路板100a的第二平面112a上，且透過連接件400與線路122電性連接。連接件400例如是焊料，但不以此為限。探針結構300包括一懸臂310以及一針頭320。懸臂310呈矩形截面，且具有一固定端312以及一自由端314。固定端312配置於第一平面111a上且連接線路122。針頭320連接自由端314，且懸臂310與第三平面114a之間具有一空氣間隙A。

更進一步來說，如圖4所示，第一平面111a上的探針結構300，其懸臂310除與線路122連接外，大部份會突出於第二側面115a而呈懸空。也就是說，由於三維電路板100a中具有凹槽116a的設計，使探針結構300的懸臂310可以直接接觸位於第一平面111a的線路122，因而無須透過金屬柱，可有效地簡化探針卡10a的製程。在一實施例中，陶瓷基底110a的第二側面115a的第二高度H2大於懸臂310的一厚度E加上針頭320的一第三高度H3，即H2>E+H3，其中第二高度H2至少大於150微米，而第 三高度H3至少小於100微米。藉此，本實施例的探針結構300與三維電路板100a的組裝，不需要基座，可有效地簡化探針卡10a的製程。

簡言之，由於本實施例的陶瓷基底110a的第二側面115a的第二高度H2大於針頭320的第三高度H3加上懸臂310的厚度E，可使得在探針結構300在測試過程不至於與三維電路板100a或印刷電路板200相撞。此外，由於各線路122彼此分離的配置於陶瓷基底110a的第一平面111a、第一側面113a以及第二平面112a上，藉此陶瓷基底110a無須任何鑽孔製程，即可完成上下兩面的電路導通，並可進行線路擴距，以利與印刷電路板200相連接。

圖5是依照本揭露的另一實施例的一種探針卡的側視示意圖。請同時參考圖4以及圖5，本實施例的探針卡10b與圖5的探針卡10a相似，但要注意的是，在本實施例中，三維電路板100d還包括一電子元件D，而陶瓷基底110d的第一平面111d、第二平面112d以及連接第一平面111d與第二平面112d的第一側面113d至少其中的一者具有一容置槽C，而電子元件D設置於容置槽C內。此處，第二平面112d具有容置槽C，而電子元件D設置於第二平面112d且與位於容置槽C內的線路122電性連接。電子元件D例如是主動元件或被動元件。此外，本實施例的線路122的第一端123與陶瓷基底110d的第二側面115d的水平距離具體化為0，意即，線路122的第一端123切齊於陶瓷基底110d的第 二側面115d。

簡言之，隨著高頻電路或高速運算電路等需求，當訊號由IC端傳至探針卡10b時，必須短距離進行訊號降頻或處理，故可將電子元件D(如主動元件或被動元件)黏貼於三維電路板100d的第二平面112d(或第一平面111d或第一側面113d)上的容置槽C處，即可在最短距離內進行訊號降頻或處理，避免高頻訊號因長距離傳輸而造成損耗或失真。

綜上所述，在本揭露的三維電路板的設計中，各線路彼此分離的配置於陶瓷基底的第一平面、第一側面以及第二平面上，且陶瓷基底具有相對於第一側面且高度低於第一側面的第二側面。藉此，陶瓷基底無須任何鑽孔製程，即可完成上下兩面的電路導通。再者，後續在此三維電路板上設置探針結構而形成探針卡時，第二側面的設置，可避免探針結構在測試過程中與三維電路板或印刷電路板產生碰撞，可使本揭露的探針卡具有良好的測試穩定度。此外，本揭露的三維電路板的製作方法，是透過雷射陶瓷基底產生微量金屬，以作為後續電鍍程序的電鍍種子層，藉此來形成彼此分離的多條線路。因此，本揭露的三維電路板及其製作方法可具有製作簡單以及低成本的優勢，且各線路彼此分離無交錯，可有效避免串音干擾。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍 當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100a:三維電路板 111a:第一平面 113a:第一側面 114a:第三平面 115a:第二側面 122:線路 123:第一端 T:水平距離 W:線寬

Claims (13)

1. 一種三維電路板，包括： 一陶瓷基底，具有一第一平面、一第二平面、位於該第一平面與該第二平面之間的一第三平面、連接該第一平面與該第二平面的一第一側面以及連接該第一平面與該第三平面且相對於該第一側面的一第二側面，其中該第一側面的一第一高度大於該第二側面的一第二高度，該第三平面與該第二側面形成一凹槽；以及 多條線路，彼此分離地嵌設於該陶瓷基底的該第一平面上，且沿著該第一側面而延伸嵌設於該第二平面上； 其中，該些線路於該第一平面上的排列密度大於該第二平面上的排列密度。
2. 如請求項1所述的三維電路板，其中各該線路具有一第一端與一第二端，該第一端位於該第一平面上，而該第二端位於該第二平面上，且該第一端與該第二側面具有一水平距離，且該水平距離等於0或小於100微米。
3. 如請求項1所述的三維電路板，其中該第二高度至少大於150微米。
4. 如請求項1所述的三維電路板，其中各該線路的線寬介於10微米至65微米之間。
5. 如請求項1所述的三維電路板，其中該陶瓷基底包括0.1重量%至5重量%的釔元素。
6. 如請求項1所述的三維電路板，更包括： 一電子元件，該陶瓷基底的該第一平面、該第二平面以及該第一側面至少其中的一者具有一容置槽，而該電子元件設置於該容置槽內。
7. 一種三維電路板的製作方法，包括： 提供一陶瓷基底，該陶瓷基底具有一第一平面、一第二平面、位於該第一平面與該第二平面之間的一第三平面、連接該第一平面與該第二平面的一第一側面以及連接該第一平面與該第三平面且相對於該第一側面的一第二側面，其中該第一側面的一第一高度大於該第二側面的一第二高度，該第三平面與該第二側面形成一凹槽； 進行一雷射程序，以於該陶瓷基底上形成彼此分離的多個溝槽，其中該些溝槽從該陶瓷基底的該第一平面沿著該第一側面延伸至該第二平面上，且各該溝槽中存在有一微量金屬；以及 進行一電鍍程序，以該微量金屬為電鍍種子層，電鍍形成嵌設於該第一平面、該第一側面及該第二平面的多條線路。
8. 如請求項7所述的三維電路板的製作方法，其中該微量金屬包括0.1重量%至5重量%的釔元素。
9. 如請求項7所述的三維電路板的製作方法，其中進行該雷射程序包括令一綠色雷射光照射於該陶瓷基底上。
10. 如請求項7所述的三維電路板的製作方法，其中各該線路的線寬介於10微米至65微米。
11. 一種探針卡，包括： 一三維電路板，係使用如請求項1-6任一所述之三維電路板； 一印刷電路板，配置於該三維電路板的該第二平面上，且與該些線路電性連接；以及 一探針結構，包括一懸臂以及一針頭，該懸臂具有一固定端以及一自由端，該固定端配置於該第一平面上且連接該些線路，而該針頭連接該自由端，且該懸臂與該第三平面之間具有一空氣間隙。
12. 如請求項11所述的探針卡，其中該陶瓷基底的該第二側面的該第二高度大於該懸臂的一厚度加上該針頭的一第三高度。
13. 如請求項12所述的探針卡，其中該第三高度至少小於100微米。

Images