TWI831501B - 探針卡結構及其製作方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種探針卡結構及其製作方法。探針卡結構包括載板、包覆結構及中心導體。載板為第一堆疊結構，並包括通道。包覆結構為第二堆疊結構，並設於通道內，且包括中心軸部。中心軸部連通通道的相對二端。第一堆疊結構及第二堆疊結構分別包括多個依序堆疊的層狀單元。中心導體被包覆結構包覆於通道內，且中心導體的一端一體延伸出通道，藉此減少因接觸產生的阻抗不連續點，優化探針卡的傳輸路徑。
Description
本發明是有關一種電性測試技術領域，特別是指一種探針卡結構及其製作方法。
積體電路(integrated circuit，IC)無論在封裝前或封裝後都需經過測試系統測試，除了用以進行良品篩選，還能獲取各種電氣特性參數，建立用於電路設計的器件模型，進而提升產品的市場競爭力。探針卡是一種作為待測電子元件與測試系統之間的連接媒介，以使得測試系統可通過探針卡將測試信號傳遞至電子元件。
現行的探針卡與探針是分開製作後再進行組配，而目前的植針方式採用人工進行，亦即，每一根探針皆是透過人工方式植入於探針卡。因此，現有的探針卡製作需要花費許多人力與時間才能完成。尤其，在較多針點的狀況下，透過人工植針的方式製作一張探針卡必需花費數周時間才能完成。此外，探針的價格不菲，在量產的狀況下會形成極大時間及費用的成本開銷。除了上述耗工耗時的缺點，傳統探針是先與探針卡表面的焊墊接觸，再經過探針卡內部的傳輸線連接到外部測試設備；亦即，探針到探針卡之間因接觸所產生的阻抗不連續較多，使探針無法形成一體延續深入探針卡的傳輸路徑，嚴重影響在高速及重要信號傳遞時的信號品質，容易造成測試結果不佳。
本發明之一目的在於提供一種探針卡結構及其製作方法，用以減少傳統探針卡的訊號傳輸路徑的阻抗不連續點，優化訊號的傳輸品質，及改善製作成本高昂的問題。
為達到前述目的，本發明提供一種探針卡結構，包括一載板，包括相對設置的一第一表面及一第二表面，及至少一通道，該至少一通道的相對二端分別穿透該第一表面及第二表面；一包覆結構，設於該通道內，並包括一中心軸部，該中心軸部連通該通道的相對二端。該載板為一第一堆疊結構，該包覆結構為一第二堆疊結構，該第一堆疊結構及該第二堆疊結構分別包括多個依序堆疊的層狀單元。 一中心導體包括一第一端部、一第二端部及一位於該第一端部及第二端部之間的植入部，該植入部設於該中心軸部內，並被該包覆結構包覆於該通道內，且該第二端部由該植入部延伸出該通道及該第二表面。
較佳地，該探針卡結構還包括一連結板及一射頻連接器，該載板設於該連結板上，該射頻連接器設於該連結板遠離該載板的第二表面的一側，其中該射頻連接器為一第三堆疊結構，且該第三堆疊結構包括多個依序堆疊的層狀單元。
較佳地，該載板與該連結板之間設有多個焊球，且該連結板內設有至少一傳輸線，該傳輸線的一端連接相應之該焊球，另一端連接該射頻連接器，該包覆結構及該中心導體的第一端部通過該相應之焊球電性連接該傳輸線。
較佳地，該連結板包括一固定槽，該載板的第一表面延伸至該固定槽內，且該包覆結構及該中心導體的第一端部連接於該射頻連接器。
較佳地，該中心導體由該載板的第二表面朝該第一表面的方向植入於該通道內，其中該中心導體被該包覆結構包覆於該通道內，且該第二端部顯露出該通道。
較佳地，該包覆結構包括一絕緣層及一金屬遮蔽層，該絕緣層圍繞該中心軸部設置，並包覆該中心導體的植入部，該金屬遮蔽層包覆該絕緣層，且該第二堆疊結構包括該中心導體、該絕緣層及該金屬遮蔽層。
較佳地，該中心導體的第二端部具有一相對於該第二表面的傾角，且該傾角為一鈍角。
本發明還提供一種探針卡結構的製作方法，包括：利用一種三維列印工藝形成一載板及一包覆結構，其中該載板包括相對設置的一第一表面及一第二表面，及至少一通道，該至少一通道的相對二端分別穿透該第一表面及第二表面，其中該包覆結構形成於該通道內，並包括一中心軸部，該中心軸部連通該通道的相對二端；以及在該通道內設置一中心導體，其中該中心導體包括一第一端部、一第二端部及一位於該第一端部及第二端部之間的植入部，該植入部位於該中心軸部內，並被該包覆結構包覆於該通道內，且該第二端部由該植入部延伸出該通道。
較佳地，在該載板的第一表面的一側提供一連結板； 利用該三維列印工藝形成一射頻連接器，且該射頻連接器位於該連結板遠離該載板的第二表面的一側；以及將該包覆結構及該中心導體的第一端部電性連接於該射頻連接器。
較佳地，在該載板的第一表面的一側提供該連結板的步驟包括：在該連結板內設置至少一傳輸線；以及在該載板與該連結板之間設置多個焊球，並使該傳輸線的一端連接相應之該焊球，另一端連接該射頻連接器，且該包覆結構及該中心導體的第一端部通過該相應之焊球電性連接該傳輸線。
在本發明提供的探針卡結構及探針卡結構的製作方法中，利用三維列印工藝可以一次性地完成載板、包覆結構及/或中心導體的製作，使中心導體可以提供完整連續的傳輸路徑通過載板，且不需借由額外的焊墊設置，即可使中心導體與待測的電子元件接觸的第二端部一體延伸穿越載板的通道，避免在中心導體及連結板之間因接觸而產生阻抗，減少阻抗不連續點，可大幅提升在高速及重要信號傳遞時的信號品質。尤其，中心導體在通道內被包覆結構包覆，且共同形成同軸結構，包覆結構的金屬遮蔽層可以有效遮蔽外界訊號干擾，進一步確保通道內中心導體的訊號傳輸穩定，有效解決傳統探針卡結構的製作耗工耗時、成本高昂，且探針到探針卡之間因接觸所產生的阻抗不連續較多，無法提供待測電子元件到載板內部一體成形的傳輸路徑，嚴重影響在高速及重要信號傳遞時的信號品質，容易造成測試結果不佳的問題。
為使本發明的目的、技術手段及效果更加清楚、明確，以下參照圖式並舉實施例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，本發明說明書所使用的詞語“實施例”意指用作實例、示例或例證，並不用於限定本發明。此外，本發明說明書和所附申請專利範圍中所使用的冠詞“一”，一般地可以被解釋為意指“一個或多個”，除非另外指定或從上下文可以清楚確定單數形式。並且，在所附圖式中，結構、功能相似或相同的元件是以相同元件標號來表示。
本發明為一種探針卡結構，作為待測電子元件(例如晶圓或晶片等)與測試設備之間的連接媒介，以使得測試設備可透過探針卡結構將測試訊號傳遞至微小的電子元件，進而測試並提取該電子元件的電性特性 。具體地，本發明的探針卡結構可在未封裝IC或已封裝IC的階段，針對高頻高速等相關器件進行初步測試或最終測試。
請參閱圖1，其為本發明之一實施例的探針卡結構100的側向結構示意圖。如圖1所示，本發明的探針卡結構100包括一載板1、一包覆結構2、一中心導體3、一連結板4及一射頻連接器5。具體地，載板1包括相對設置的一第一表面11及一第二表面12，及多個相互間隔設置的通道10。每一通道10形成於載板1內部，且通道10的相對二端分別穿透載板1的第一表面11及第二表面12，其中至少部分通道10分別具有一彎折段，以供線路配置。特別說明的是，圖1僅顯示出一完整的通道10，其他通道10以示例表示，並未完整顯示整個通道路徑。
續請參閱圖1，每一通道10內設有一包覆結構2。較佳地，包覆結構2沿著通道10形成，並包括同軸設置的一中心軸部20、一絕緣層21、及一金屬遮蔽層22。具體地，絕緣層21可由絕緣性佳(或是介電常數低)的材料所製，並圍繞形成中心軸部20。中心軸部20為一連通通道10的相對二端的中空軸。金屬遮蔽層22為導電性佳的金屬所製，用以包覆絕緣層21。中心導體3作為訊號傳輸所用，可為導電性佳的金屬所製，例如銅、鎳、金或鈀等。具體地，中心導體3包括一第一端部31、一第二端部32及一位於第一端部31及第二端部32之間的植入部33。如圖1所示，植入部33設於中心軸部20內，並被包覆結構2包覆於通道10內，第二端部32由植入部33延伸出通道10外，亦即，延伸出載板1的第二表面12。
請參照圖1及圖1A，圖1A為圖1之A部分的放大圖。特別說明的是，在此實施例中，本發明的載板1、包覆結構2及中心導體3皆是利用一種積層工藝形成，該積層工藝尤指三維列印工藝。如圖1A所示，載板1通過三維列印工藝形成一第一堆疊結構101，其包括多個依序堆疊的層狀單元101a；此外，包括絕緣層21及金屬遮蔽層22的包覆結構2及中心導體3分別採用相應的原料，並通過該三維列印工藝形成一第二堆疊結構102，其包括多個依序堆疊的層狀單元102a。進一步地，在三維列印的過程中，載板1、包覆結構2及中心導體3是一層一層堆疊形成，並且在三維列印的過程結束後即可完成載板1、包覆結構2及中心導體3的製作，且使包覆結構2及中心導體3同時形成在載板1的通道10內。值得一提的是，通過該三維列印工藝製作的多個層狀單元101a及102a的各層之間並不會產生積層的交界痕跡。
續請參閱圖1，載板1設於連結板4上。射頻連接器5設於連結板4遠離載板1的第二表面12的一側，用以連接於外部的自動測試設備。特別說明的是，射頻連接器5同樣由該三維列印工藝形成，並形成一第三堆疊結構103，其包括多個依序堆疊的層狀單元103a。射頻連接器5的製作原理相同於上述載板1、包覆結構2及中心導體3的製作原理，於此不在複述。載板1與連結板4之間設有多個由導電材料所製的焊球40，且連結板4內設有至少一傳輸線41，該傳輸線41的一端連接相應之焊球40，另一端連接射頻連接器5。此外，包覆結構2及中心導體3的第一端部31通過相應之焊球40電性連接傳輸線41。
請參閱圖2及圖1，圖2本發明之探針卡結構100的使用狀態示意圖。依據本發明的探針卡結構100，中心導體3是自第二端部32由載板1的第二表面12外朝通道10內延伸，並被包覆結構2包覆於通道10內，其中第二端部32用於接觸待測的電子元件6(例如，晶圓)，第一端部31接觸焊球40(如圖2所示)。在測試電子元件6時，本發明的中心導體3提供了完整連續的傳輸路徑通過載板1，使中心導體3不需借由額外的焊墊設置即可直通連接於焊球40，避免在電子元件6及連結板4上的焊球40之間因接觸而產生阻抗，減少阻抗不連續點，可大幅提升在高速及重要信號傳遞時的信號品質。尤其，中心導體3的植入部33在通道10內被包覆結構2包覆且共同形成同軸結構，包覆結構2的金屬遮蔽層22可以有效遮蔽外界訊號干擾，進一步確保通道10內中心導體3的訊號傳輸穩定。
再者，由於載板1、包覆結構2及中心導體3皆為三維列印工藝所形成，在製作完成的同時即完成組配，不須花費額外的人力及時間將中心導體(即探針)植入載板1的通道10，大幅減少製作成本及時間，同時提升生產效率。
續請參閱圖2，本發明的中心導體3的第二端部32具有一相對於載板1的第二表面12的傾角，且該傾角為一鈍角。較佳地，在用於高平面度晶圓的測試時，該傾角以89°~45°為佳；在用於低平面度晶圓測試時，該傾角以45°~1°為佳。中心導體3端部的傾角設計可提供探針彈性，與晶圓接觸時提供適當的壓力，使載板1內部的同軸架構(包括絕緣層21、金屬遮蔽層22及植入部33)可有效降低訊號干擾，提高訊號傳輸速率。
請參閱圖3，其為本發明之另一實施例的探針卡結構的側向結構示意圖。圖3所示的探針卡結構100的載板1、包覆結構2、中心導體3及射頻連接器5同樣是通過該三維列印工藝形成，但與圖1的探針卡結構的區別在於：圖3的連結板4包括一固定槽42，且固定槽42的至少一側開放於外，或者，固定槽42可穿透連結板4的相對二側。如圖3所示，載板1的第一表面11延伸至固定槽42內，亦即，載板1的一部分位於連結板4內，另一部分顯露出連結板4外，且射頻連接器5相鄰於第一表面11，包覆結構2及中心導體3的第一端部31在通道10遠離第二端部32處連接於射頻連接器5，使射頻連接器5直接相鄰於載板1的第一表面11設置。通過載板1嵌入連結板4的設置，不僅可以減少整體探針卡結構100的厚度，還可縮短中心導體3的傳輸路徑，從而提升信號傳輸效率。此外，在本實施例中，載板1、包覆結構2、中心導體3及射頻連接器5同樣是通過該三維列印工藝形成，與圖1所示實施例相同，同樣可以達到大幅減少製作成本及時間的功效。
請參閱圖4，其為本發明之另一實施例的探針卡結構的側向結構示意圖。圖4所示的探針卡結構100的載板1、包覆結構2、連結板4及射頻連接器5的結構與圖3的實施例相同，同樣是通過該三維列印工藝形成，其詳細結構於此不再複述，但與圖3的探針卡結構的區別在於：圖4的中心導體3是單獨以植針方式植入於通道10內。具體地，圖4所示的中心導體3是由載板1的第二表面12朝第一表面11的方向植入於通道10內，使中心導體3被包覆結構2包覆於通道10內，共同形成同軸結構。因此，圖4的探針卡結構可以達到相同於圖3的探針卡結構的功效，且由於中心導體3(即探針)是以常規方式分開製作，還可進一步確保探針的使用壽命。
特別說明的是，在另一實施例中，圖4所示的探針卡結構100的載板1、包覆結構2、中心導體3及連結板4的結構亦可通過該三維列印工藝形成，其詳細結構於此不再複述，但區別是在此實施例的射頻連接器5是單獨以焊接方式焊於載板1的第二表面上(未圖示)，可匹配對應的射頻連接器。
本發明還提供一種探針卡結構的製作方法。請參閱圖5，其為本發明之探針卡結構的製作方法流程圖。如圖5所示，本發明的探針卡結構的製作方法包括如下步驟S10~S50：
步驟S10：利用一種三維列印工藝形成一載板及一包覆結構，其中該載板包括相對設置的一第一表面及一第二表面，及至少一通道，該至少一通道的相對二端分別穿透該第一表面及第二表面，其中該包覆結構形成於該通道內，並包括一中心軸部，該中心軸部連通該通道的相對二端。特別說明的是，該三維列印工藝用以形成堆疊結構，其包含多個依序堆疊的層狀單元。具體地，該三維列印工藝可採用熱熔融層積技術、光固化技術、粉體熔融成型技術、材料噴塗成型技術或疊層製造成型技術等，在此並不特別限定。此外，本方法製作的載板及包覆結構與上述各實施例的載板及包覆結構相同，其詳細結構於此不再複述。
步驟S20：在該通道內設置一中心導體，其中該中心導體包括一第一端部、一第二端部及一位於該第一端部及第二端部之間的植入部，該植入部位於該中心軸部內，並被該包覆結構包覆於該通道內，且該第二端部由該植入部延伸出該通道。特別說明的是，在一實施例中，本發明可通過該三維列印工藝製作該中心導體，或者，亦可不利用三維列印工藝，而是另外提供該中心導體，並以植針方式植入該通道。
步驟S30：在該載板的第一表面的一側提供一連結板。
步驟S40：利用該三維列印工藝形成一射頻連接器，且該射頻連接器位於該連結板遠離該載板的第二表面的一側。
特別說明的是，在一實施例中，如圖6所示，步驟S30包括步驟S301：在該連結板內設置至少一傳輸線；以及步驟S302：在該載板與該連結板之間設置多個焊球，並使該傳輸線的一端連接相應之該焊球，另一端連接該射頻連接器，且該包覆結構及該中心導體的第一端通過該相應之焊球電性連接該傳輸線。
在另一實施例中，該連結板包括一固定槽，該載板的第一表面延伸至該固定槽內。具體地，該固定槽的至少一側開放於外，或者，該固定槽可穿透該連結板的相對二側。
步驟S50：將該包覆結構及該中心導體的第一端電性連接於該射頻連接器。
綜上所述，本發明提供的探針卡結構及探針卡結構的製作方法，利用三維列印工藝可以一次性地完成載板、包覆結構及/或中心導體的製作，使中心導體可以提供完整連續的傳輸路徑通過載板，且不需借由額外的焊墊設置，即可使中心導體與待測的電子元件接觸的第二端部一體延伸穿越載板的通道，避免在中心導體及連結板之間因接觸而產生阻抗，減少阻抗不連續點，可大幅提升在高速及重要信號傳遞時的信號品質。尤其，中心導體在通道內被包覆結構包覆且共同形成同軸結構，包覆結構的金屬遮蔽層可以有效遮蔽外界訊號干擾，進一步確保通道內中心導體的訊號傳輸穩定，有效解決傳統探針卡結構的製作耗工耗時、成本高昂，且探針到探針卡之間因接觸所產生的阻抗不連續較多，無法提供待測電子元件到載板內部一體成形的傳輸路徑，嚴重影響在高速及重要信號傳遞時的信號品質，容易造成測試結果不佳的問題。
上述實施例用以說明本發明的技術思想，而並非用以限定本發明的技術思想，因此本發明的權利範圍並不限定於本實施例。本發明的保護範圍應由權利要求書解釋，應解釋為與上述保護範圍相同或等同的所有技術思想均包括在本發明的權利範圍內。
100:探針卡結構
101:第一堆疊結構
101a:層狀單元
102:第二堆疊結構
102a:層狀單元
103:第三堆疊結構
103a:層狀單元
1:載板
10:通道
11:第一表面
12:第二表面
2:包覆結構
20:中心軸部
21:絕緣層
22:金屬遮蔽層
3:中心導體
31:第一端部
32:第二端部
33:植入部
4:連結板
40:焊球
41:傳輸線
42:固定槽
5:射頻連接器
6:電子元件
S10:步驟
S20:步驟
S30:步驟
S40:步驟
S50:步驟
S301:步驟
S302:步驟
圖1為本發明之一實施例的探針卡結構的側向結構示意圖。
圖1A為圖1之A部分的放大圖。
圖2為本發明之探針卡結構的使用狀態示意圖。
圖3為本發明之另一實施例的探針卡結構的側向結構示意圖。
圖4為本發明之另一實施例的探針卡結構的側向結構示意圖。
圖5為本發明之探針卡結構的製作方法流程圖。
圖6為本發明之探針卡結構的另一製作方法流程圖。
100:探針卡結構
1:載板
10:通道
103:第三堆疊結構
103a:層狀單元
11:第一表面
12:第二表面
2:包覆結構
20:中心軸部
21:絕緣層
22:金屬遮蔽層
3:中心導體
31:第一端部
32:第二端部
33:植入部
4:連結板
40:焊球
41:傳輸線
5:射頻連接器
Claims (10)
- 一種探針卡結構，包括：一載板，包括相對設置的一第一表面及一第二表面，及至少一通道，該至少一通道的相對二端分別穿透該第一表面及第二表面；一包覆結構，設於該通道內，並包括一中心軸部，該中心軸部連通該通道的相對二端，其中該載板為一第一堆疊結構，該包覆結構為一第二堆疊結構，該第一堆疊結構及該第二堆疊結構分別包括多個依序堆疊的層狀單元；以及一中心導體，包括一第一端部、一第二端部及一位於該第一端部及第二端部之間的植入部，該植入部設於該中心軸部內，並被該包覆結構包覆於該通道內，且該第二端部由該植入部延伸出該通道及該第二表面；其中該包覆結構包括一絕緣層及一金屬遮蔽層，該絕緣層圍繞該中心軸部設置，並包覆該中心導體的植入部，該金屬遮蔽層包覆該絕緣層，且該第二堆疊結構包括該中心導體、該絕緣層及該金屬遮蔽層。
- 如請求項1所述的探針卡結構，其中該探針卡結構還包括一連結板及一射頻連接器，該載板設於該連結板上，該射頻連接器設於該連結板遠離該載板的第二表面的一側，其中該射頻連接器為一第三堆疊結構，且該第三堆疊結構包括多個依序堆疊的層狀單元。
- 如請求項2所述的探針卡結構，其中該載板與該連結板之間設有多個焊球，且該連結板內設有至少一傳輸線，該傳輸線的一端連接相應之該焊球，另一端連接該射頻連接器，該包覆結構及該中心導體的第一端部通過該相應之焊球電性連接該傳輸線。
- 如請求項2所述的探針卡結構，其中該連結板包括一固定槽，該載板的第一表面延伸至該固定槽內，且該包覆結構及該中心導體的第一端部連接於該射頻連接器。
- 如請求項4所述的探針卡結構，其中該中心導體由該載板的第二表面朝該第一表面的方向植入於該通道內，其中該中心導體被該包覆結構包覆於該通道內，且該第二端部顯露出該通道。
- 一種探針卡結構，包括：一載板，包括相對設置的一第一表面及一第二表面，及至少一通道，該至少一通道的相對二端分別穿透該第一表面及第二表面；一包覆結構，設於該通道內，並包括一中心軸部，該中心軸部連通該通道的相對二端，其中該載板為一第一堆疊結構，該包覆結構為一第二堆疊結構，該第一堆疊結構及該第二堆疊結構分別包括多個依序堆疊的層狀單元；以及一中心導體，包括一第一端部、一第二端部及一位於該第一端部及第二端部之間的植入部，該植入部設於該中心軸部內，並被該包覆結構包覆於該通道內，且該第二端部由該植入部延伸出該通道及該第二表面；其中該中心導體的第二端部具有一相對於該第二表面的傾角，且該傾角為一鈍角。
- 一種探針卡結構的製作方法，包括：利用一種三維列印工藝形成一載板及一包覆結構，其中該載板包括相對設置的一第一表面及一第二表面，及至少一通道，該至少一通道的相對二端分 別穿透該第一表面及第二表面，其中該包覆結構形成於該通道內，並包括一中心軸部，該中心軸部連通該通道的相對二端；以及在該通道內設置一中心導體，其中該中心導體包括一第一端部、一第二端部及一位於該第一端部及第二端部之間的植入部，該植入部位於該中心軸部內，並被該包覆結構包覆於該通道內，且該第二端部由該植入部延伸出該通道；其中該包覆結構包括一絕緣層及一金屬遮蔽層，該絕緣層圍繞該中心軸部設置，該金屬遮蔽層包覆該絕緣層，且該中心導體是利用該三維列印工藝形成。
- 如請求項7所述的探針卡結構的製作方法，該探針卡結構的製作方法還包括：在該載板的第一表面的一側提供一連結板；利用該三維列印工藝形成一射頻連接器，且該射頻連接器位於該連結板遠離該載板的第二表面的一側；以及將該包覆結構及該中心導體的第一端部電性連接於該射頻連接器。
- 如請求項8所述的探針卡結構的製作方法，其中在該載板的第一表面的一側提供該連結板的步驟包括：在該連結板內設置至少一傳輸線；以及在該載板與該連結板之間設置多個焊球，並使該傳輸線的一端連接相應之該焊球，另一端連接該射頻連接器，且該包覆結構及該中心導體的第一端部通過該相應之焊球電性連接該傳輸線。
- 如請求項8所述的探針卡結構的製作方法，其中該連結板包括一固定槽，該載板的第一表面延伸至該固定槽內，且該包覆結構及該中心導體的第一端部連接於該射頻連接器。
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| TW201224462A (en) * | 2010-12-09 | 2012-06-16 | Mpi Corp | Reinforcing plate, manufacturing method thereof and space transformer using the same |
| TW202229889A (zh) * | 2021-01-23 | 2022-08-01 | 美商艾賽股份有限公司 | 用於積體電路裝置測試工具之具有阻抗調節之混合式屏蔽插座 |
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2022
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