晶圓級測試卡的探針構造及其製造方法
2023-04-26 16:55:06
專利名稱：晶圓級測試卡的探針構造及其製造方法
技術領域：
本發明涉及半導體組件的測試技術，特別是一種晶圓級測試卡的探針構造及其製造方法。
早期的封裝技術主要以導線架為主的封裝技術，利用周邊排列方式的引腳作為訊號的輸入及輸出。而在高密度輸入及輸出端的需求之下，導線架的封裝目前已不符合所述的需求。目前，在所述的需求之下，封裝亦需減少體積，以符合目前的趨勢，而高密度I/O的封裝也伴隨球矩陣排列封裝技術(ball grid array；BGA封裝)技術的發展而有所突破，因此，IC半導體承載的封裝趨向於利用球矩陣排列封裝技術(BGA)。其特徵為I/O的引腳為球狀，以利於提升封裝組件的電性的傳輸速度，可符合目前及未來數位系統速度的需求。
然而，不論是所述導線架或是球矩陣排列封裝技術(BGA)的封裝，絕大部分的封裝為先行切割成為個體之後再進行封裝。而晶圓型態封裝為半導體封裝的一種趨勢，美國專利有揭露一種晶圓型態封裝，參閱，USPN.5323051，發明名稱為」Scmiconductor wafer level package」。因此，晶圓型態封裝為半導體封裝的一種趨勢。
本申請人揭露一種晶圓形態的封裝，公告於臺灣專利公報456006號，發明名稱為「利用晶圓型態封裝技術製作晶片尺寸封裝的方法」。基於晶圓型態封裝為一種產業的趨勢，因此晶圓測試、晶圓測試方法以及製作測試卡也必須加以開發，以利於進行晶圓型態封裝的測試。先前導線架或球矩陣排列封裝技術(BGA)封裝的測試，一般將晶粒切割為單體之後，裝置於測試座(socket)中加以測試。而每一測試座只能進行一單體的測試，不易進行大量同步的測試。而晶圓型態封裝技術反其道而行，將多個晶粒於晶圓尚未切割之前，進行封裝及測試。因此，此先進技術可以進行大量的晶粒測試，以提升產能，降低成本。美國專利號6,084,420，揭露一種測試探針構造，主要特徵為三臂構造(a three-armed bridge member)用以支撐探針，然後需要支撐構造支撐三臂構造，其主要缺陷在於由於必須利用微機電技術製作三臂構造，因此製程過於複雜。
先前技術的探針型態可以分為近期發展的垂直式探針及早期發展的水平式探針。垂直式探針優點為可以多顆IC同時測試，其主要缺陷在於技術層次較難。其中之一為IBM(International Business Machines)所發展的技術，參閱美國專利USP.NO.6,206,273B1。
本發明的目的是這樣實現的一種晶圓級測試卡的探針構造，其特徵是它至少為第一絕緣膜層塗布於測試基板之上，所述的第一絕緣膜層為凹穴形成於下表面且向內凹入；緩衝物填充於所述凹穴內吸收待測物所造成的應力；第二絕緣膜層塗布於該第一絕緣膜層及緩衝物之上，保護該緩衝物，為穿孔形成於所述第二絕緣膜層與第一絕緣膜層之中；電路圖案形成於所述第二絕緣膜層之上及填充於該穿孔之中；第三絕緣膜層塗布於該第二絕緣膜層及電路圖案之上，防止該電路圖案氧化；垂直探針形成於所述電路圖案上並對應於該緩衝物；強化材質包覆該垂直探針。
所述的基板材質為陶瓷材料、含矽材質、玻璃或石英。所述的緩衝物為環氧樹脂。所述的第一絕緣膜層為高分子聚合物。所述的第二絕緣膜層為高分子聚合物。所述的第三絕緣膜層為高分子聚合物。所述的探針組成材質為銅或銅合金。所述的強化材質為金屬或採用電鍍技術達表面硬度處理。所述的容納所述緩衝物的凹穴為任意多邊形構造、四邊形構造、多數長條狀構造或多數方形構成的陣列構造。
本發明還提供一種晶圓級測試卡的探針構造的製造方法，其特徵是它至少包括如下步驟(1)塗布第一絕緣膜層於基板之上；(2)形成凹穴於所述第一絕緣膜層中；(3)形成緩衝物於所述第一絕緣膜層凹穴內；
(4)塗布第二絕緣膜層於所述緩衝物與第一絕緣膜層之上；(5)形成穿孔於該緩衝物與第一絕緣膜層之中；(6)形成電路圖案於所述第二絕緣膜層之上及穿孔中；(7)塗布第三絕緣膜層於所述電路圖案與第二絕緣膜層之上；(8)於該電路圖案上對應所述緩衝物的區域形成垂直探針；(9)在所述探針表面上包覆硬性導電材質加強其硬度。
該緩衝物為環氧樹脂。所述探針為銅或銅合金。所述的基板材質為陶瓷材料、矽材質、玻璃或石英。所述的緩衝物為環氧樹脂。所述的第一絕緣膜層為高分子聚合物。所述的第二絕緣膜層為高分子聚合物。所述的第三絕緣膜層為高分子聚合物。所述強化材質為金屬或採用電鍍技術達表面硬度處理。
下面結合較佳實施例和附圖詳細說明。
圖2為本發明晶圓級探針的局部構造示意圖。
圖3為本發明晶圓級探針構造實施例1的俯視示意圖。
圖4為本發明晶圓級探針構造實施例2的俯視示意圖。
圖5為本發明晶圓級探針構造實施例3的俯視示意圖。
實施例1參閱
圖1所示，為本發明陣列型測試整體架構。提供一晶圓2已完成積體電路或半導體組件的製作，其表面亦以形成作為電訊號傳遞或測試用的導電凸塊4。利用一真空吸附裝置6通過壓力差異吸附晶圓，以利於測試。一測試卡8為探針(probe)16及測試電路位於其中，利用探針16接觸晶圓2上的導電凸塊4，以形成測量測試路徑。所述的探針16為利用薄膜尖端(membrane tip)組成以利於測試。一測試機臺的負載板(load board)10將貼附於測試卡(probe Card)8之上，以利於將測試訊號傳遞至測試機臺之上，加以分析測試結果。所述測試卡8的幾何形狀為配合晶圓型態的封裝，較佳實施例中，製作成近似晶圓的形狀或圓形較為妥當，其半徑或其它物理參數可以依照需求以及實際的應用而加以調整，其變化形式都屬於本發明的保護範圍之內。
探針16觸及晶圓上每一封裝單元的導電凸塊4。其中，封裝單元為位於晶圓2上尚未切割的封裝單體在切割之前先行進行封裝以及測試。本發明適用於測試階段，還可以應用在未封裝晶圓的鋁墊(probing pad or bondingpad)直接接觸的測量，或是對植球後的球體進行測量。
圖2所示，為晶圓級探針部位的主要組成圖。其為測試基板或基板(substrate)8，是構成測試卡的主體。所述測試基板8為第一絕緣材質22塗布於所述基板8之上，基板8的組成可以採用陶瓷材料、矽材質、玻璃或是石英。第一絕緣材質18的較佳選擇則是採用高分子聚合物(polyimide)，其它類似或可絕緣的材質亦可以應用在本發明中。凹穴形成於所述的第一絕緣材質18中，緩衝物14填充於其中。凹穴形成於下表且向內凹入，其中填充緩衝物14以吸收探針16接觸待測晶圓(待測物)的表面傳回的應力。其中該緩衝物14包括但不限定於軟性環氧樹脂。於基板8相對於緩衝物14，朝向待測晶圓(待測物)面塗布第二絕緣層20，以保護所述的緩衝物14。一穿孔17利用半導體圖案化製程形成於所述第一絕緣材質18以及第二絕緣層20之中，導電線路26利用電鍍方式將其形成於特定的第二絕緣層20之上及穿孔I7，用以建立電性構造。第三絕緣層22塗布在導電線路26及第二絕緣層20之上，以保護導電線路26防止其氧化。第二絕緣層20及第三絕緣層22的較佳選擇則是採用高分子聚合物(polyimide)或其它類似材質。導電線路26並非限定形成於第二絕緣層20上，可以在任意膜層上或其中。
於導電線路26上，以半導體製程技術或電鍍技術製作出垂直探針16。此外，在探針16表面上包覆硬性導電材質24加強其硬度，以增強其抗形變力，進而增加使用壽命。所述的探針16或探針陣列的個別探針均對應於一緩衝物14，用以吸收應力。探針卡因此為線路以及導電穿孔位於其中，以構成訊號傳遞路徑，以利於將訊號傳遞至測試系統。探針16以較加實施例而言是利用銅或銅合金所組成，導電線路26亦利用銅或銅合金所組成為較佳。由圖2中可知，探針16尖端外表面包覆一層硬性導電材質24，以保護探針。其中，可以採用電鍍技術，以達表面硬度處理的目的，其中該硬性導電材質24包括高硬度金屬。緩衝物或彈性體14配置在圓形測試基板中，其幾何形狀可以為任意的多邊形區域，圖3所示晶圓級探針構造的俯視示意圖。緩衝物或彈性體14配置在圓形測試基板中，其幾何形狀可以為四邊形區域，探針16配置於緩衝物或彈性體14的四邊形區域之上。其中高分子聚合物膜層22塗布於特定區域上，以保護電路。
實施例2參閱圖4所示，本實施例中，為緩衝物或彈性體14配置在圓形測試基板8中，填充在條狀凹穴內，探針16配置於其上。可為多數平行條狀緩衝物或彈性體14。
實施例3參閱圖5所示，本實施例中，用於容納緩衝物或彈性體14的凹穴是構成陣列的構造，每一探針16對應於彈性體陣列中的單一彈性體或緩衝物14，高分子聚合物膜層22塗布於其上。
本發明所製作的晶圓測試卡優點在於製作容易，可快速提供晶圓型態組件的測試用。相關於本發明的製作方法至少為如下步驟1、塗布第一絕緣膜層於測拭基板之上；2、形成凹穴於第一絕緣膜層中；
3、形成緩衝物於第一絕緣膜層凹穴內；4、塗布第二絕緣膜層於緩衝物與第一絕緣膜層之上；5、形成穿孔於緩衝物與第一絕緣膜層之中；6、形成電路圖案於所述第二絕緣膜層之上及該穿孔中；7、塗布第三絕緣膜層於電路圖案與第二絕緣膜層之上；8、於電路圖案上對應所述緩衝物的區域以半導體製程技術形成垂直探針；9、在探針表面上包覆硬性導電材質，加強其硬度，以增強其抗形變力，進而增加使用壽命。
本發明的形成探針步驟為形成光阻圖案於一基板的彈性組成部位上，並暴露部分基板；接續形成導電材質於該光阻圖案之中；再去除該光阻圖案，以形成導電凸塊於該基板彈性組成部位之上；再以硬性導電材質包覆所述的導電凸塊，加強該凸塊的抗形變力，增加其使用壽命。
本發明以較佳實施例說明如上，而熟悉此領域技藝者，在不脫離本發明的精神範圍內，所作些許更動潤飾，都屬於本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種晶圓級測試卡的探針構造，其特徵是它至少為第一絕緣膜層塗布於測試基板之上，所述的第一絕緣膜層為凹穴形成於下表面且向內凹入；緩衝物填充於所述凹穴內吸收待測物所造成的應力；第二絕緣膜層塗布於該第一絕緣膜層及緩衝物之上，保護該緩衝物，為穿孔形成於所述第二絕緣膜層與第一絕緣膜層之中；電路圖案形成於所述第二絕緣膜層之上及填充於該穿孔之中；第三絕緣膜層塗布於該第二絕緣膜層及電路圖案之上，防止該電路圖案氧化；垂直探針形成於所述電路圖案上並對應於該緩衝物；強化材質包覆該垂直探針。
2.根據權利要求1所述的晶圓級測試卡的探針構造，其特徵是所述的基板材質為陶瓷材料。
3.根據權利要求1所述的晶圓級測試卡的探針構造，其特徵是所述的基板材質為含矽材質。
4.根據權利要求1所述的晶圓級測試卡的探針構造，其特徵是所述的基板材質為玻璃。
5.根據權利要求1所述的晶圓級測試卡的探針構造，其特徵是所述的基板材質為石英。
6.根據權利要求1所述的晶圓級測試卡的探針構造，其特徵是所述的緩衝物為環氧樹脂。
7.根據權利要求1所述的晶圓級測試卡的探針構造，其特徵是所述的第一絕緣膜層為高分子聚合物。
8.根據權利要求1所述的晶圓級測試卡的探針構造，其特徵是所述的第二絕緣膜層為高分子聚合物。
9.根據權利要求1所述的晶圓級測試卡的探針構造，其特徵是所述的第三絕緣膜層為高分子聚合物。
10.根據權利要求1所述的晶圓級測試卡的探針構造，其特徵是所述的探針組成材質為銅。
11.根據權利要求1所述的晶圓級測試卡的探針構造，其特徵是所述的探針組成材質為銅合金。
12.根據權利要求1所述的晶圓級測試卡的探針構造，其特徵是所述的強化材質為金屬。
13.根據權利要求1所述的晶圓級測試卡的探針構造，其特徵是所述的強化材質為採用電鍍技術以達表面硬度處理。
14.根據權利要求1所述的晶圓級測試卡的探針構造，其特徵是所述的容納所述緩衝物的凹穴為任意多邊形構造。
15.根據權利要求1所述的晶圓級測試卡的探針構造，其特徵是所述的容納所述緩衝物的凹穴為四邊形構造。
16.根據權利要求1所述的晶圓級測試卡的探針構造，其特徵是所述的容納所述緩衝物的凹穴為多數長條狀構造。
17.根據權利要求1所述的晶圓級測試卡的探針構造，其特徵是所述的容納所述緩衝物的凹穴為多數方形構成的陣列構造。
18.一種權利要求1-17其中之一所述的晶圓級測試卡的探針構造的製造方法，其特徵是它至少包括如下步驟(1)塗布第一絕緣膜層於基板之上；(2)形成凹穴於所述第一絕緣膜層中；(3)形成緩衝物於所述第一絕緣膜層凹穴內；(4)塗布第二絕緣膜層於所述緩衝物與第一絕緣膜層之上；(5)形成穿孔於該緩衝物與第一絕緣膜層之中；(6)形成電路圖案於所述第二絕緣膜層之上及穿孔中；(7)塗布第三絕緣膜層於所述電路圖案與第二絕緣膜層之上；(8)於該電路圖案上對應所述緩衝物的區域形成垂直探針；(9)在所述探針表面上包覆硬性導電材質加強其硬度。
19.根據權利要求18所述的晶圓級測試卡的探針構造的製造方法，其特徵是該緩衝物為環氧樹脂。
20.根據權利要求18所述的晶圓級測試卡的探針構造的製造方法，其特徵是所述探針為銅或銅合金。
21.根據權利要求18所述的晶圓級測試卡的探針構造的製造方法，其特徵是所述的基板材質為陶瓷材料。
22.根據權利要求18所述的晶圓級測試卡的探針構造的製造方法，其特徵是所述的基板材質為矽材質。
23.根據權利要求18所述的晶圓級測試卡的探針構造的製造方法，其特徵是所述的基板材質為玻璃。
24.根據權利要求18所述的晶圓級測試卡的探針構造的製造方法，其特徵是所述的基板材質為石英。
25.根據權利要求18所述的晶圓級測試卡的探針構造的製造方法，其特徵是所述的緩衝物為環氧樹脂。
26.根據權利要求18所述的晶圓級測試卡的探針構造的製造方法，其特徵是所述的第一絕緣膜層為高分子聚合物。
27.根據權利要求18所述的晶圓級測試卡的探針構造的製造方法，其特徵是所述的第二絕緣膜層為高分子聚合物。
28.根據權利要求18所述的晶圓級測試卡的探針構造的製造方法，其特徵是所述的第三絕緣膜層為高分子聚合物。
29.根據權利要求18所述的晶圓級測試卡的探針構造的製造方法，其特徵是所述強化材質為金屬。
30.根據權利要求18所述的晶圓級測試卡的探針構造的製造方法，其特徵是所述的強化材質為採用電鍍技術達表面硬度處理。
全文摘要
一種晶圓級測試卡的探針構造及其製造方法，探針構造至少為第一絕緣膜層塗布於基板之上，第一絕緣膜層為凹穴形成於下表面，且向內凹入，緩衝物填充於凹穴內，以吸收測量時接觸待測物所造成的應力。第二絕緣膜層塗布於第一絕緣膜層及緩衝物之上，用以保護緩衝物，為穿孔形成於第二絕緣膜層與第一絕緣膜層之中。電路圖案形成於第二絕緣膜之上及填充於穿孔之中，第三絕緣膜層塗布於第二絕緣膜層及電路圖案之上，用以防止電路圖案氧化。垂直探針形成於電路圖案上並對應於緩衝物。強化材質包覆垂直探針。以加強其硬度及增強其抗形變力。具有製作容易，可快速提供晶圓型態組件的測試用及增加探針的使用壽命的功效。
文檔編號H01L21/66GK1431694SQ0210098
公開日2003年7月23日 申請日期2002年1月10日 優先權日2002年1月10日
發明者楊文焜, 楊文彬, 王志榮, 林明輝, 孫文彬, 吳皓然, 江國寧, 李昌駿, 廖啟銘, 袁長安 申請人:裕沛科技股份有限公司