彈性凸塊針測座及其製造方法

2023-07-06 02:28:56

專利名稱：彈性凸塊針測座及其製造方法
技術領域：
本發明有關一種彈性凸塊針測座及其製造方法，目的在藉
由晶圓凸塊製程(Wafer Bumping Process)來製作針測座，藉由 彈性凸塊的結構來取代習有的探針卡的探針結構。
背景技術：
在半導體產業中，集成電路的生產，主要分為三個階段矽晶片 的製造、集成電路的製作、以及集成電路的封裝(package)等。集成 電路的封裝就是完成集成電路成品的最後步驟。封裝的目的在於提供 晶片與印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB )或是與其它組件之間的 電性連接的媒介，以及提供保護晶片的功用。
在晶圓製造完成後，便需進入晶圓測試的階段以確保其功能，晶 圓測試是利用測試機臺與探針卡(Probe Card)來測試晶圓上每一個晶 片，以確保晶片的電氣特性與效能是依照設計規格製造出來的。探針 卡在半導體集成電路晶圓片(wafer )測試上，特別是在高速(High-speed )
電子組件的晶圓級量產測試環節中非常關鍵，其應用在集成電路(IC) 尚未封裝前，對棵晶以探針做功能測試，篩選出不良品，再進行之後 的封裝工程。測試過程首先於測試機臺上將晶圓上的晶片定位，再將 探針卡固定在測試機臺上，以使晶片上的針測點(焊墊)對準探針卡的探
針，並與的接觸。
請參閱圖1至圖3，為目前市面上常見的環氧樹脂探針卡(Epoxy probe card)的俯視圖及其剖面圖。探針卡l包括有一電路板12乃形成一 中空處以測試晶片、複數導線13電性連接於該電路板12的偵觀'J線路 121、 一環狀的絕緣探針座14設於該電路板12的內側、以及複數探針 (Probe needle) 15各自焊接於該導線13的末端。該探針15乃借著絕緣的 樹脂16固定於該探針座14上，並且分別與晶片2的針測點21 (焊墊或金屬
4凸塊)電性*接觸，以對晶片2輸入訊號並接收訊號。 但習有探針卡卻存在有下列缺點
1 、其探針卡的製作利用顯微鏡透過光罩的輔助將彎好角度的探針 以人工方式擺放探針於晶片針測點(焊墊或金屬凸塊)的相對應位置並 貼附在環氧樹脂上，接著在貼配製程將探針卡上做探針和導線連接， 其製作過程繁複，且以人工方式擺放不良率較高。
2、 使用一段時間探針易歪斜、因磨損變短，容易在測試時造成針 測點(焊墊或金屬凸塊)缺角或接觸不良，因該探針在進行測試時，探 針的尖端容易對針測點(焊墊或金屬凸塊)造成損傷，且尖銳的探針與 針測點(焊墊或金屬凸塊)之間容易接觸不良，而造成誤判。
3、 若探針斷裂需要維修時，要先從貼附在環氧樹脂上將斷針取出， 然後重新擺放新探針及重新以環氧樹脂固定，接著在探針卡上做探針 和導線連接，維修不易。且磨損到一定程度需重新製作新探針卡，制 作費用高與交期長(從設計到完工約10 12工作天左右)。
4、 然而隨著晶片功能不斷的強化，以及外觀不斷的細小化高密度 電路接點乃是必然的趨勢，相對的為其進行測試也就愈來愈複雜困難， 而習有的探針卡技術已無法配合製作窄間距的探針卡設置，並且容易 產生信號交互幹擾而失真的情形，無法適用於高密度電路接點的晶片， 並對於具有窄間距焊墊或金屬凸塊的集成電路電性測試已漸面臨瓶 頸。

發明內容
本發明的主要目的即在提供一種彈性凸塊針測卡及其製造方法， 目的在藉由晶圓凸塊製程(Wafer Bumping Process)來製作針測座，藉由 彈性凸塊的結構來取代習有的探針結構。
具體而言，本發明具有下列功效
1、 以晶圓凸塊製程製作彈性凸塊當做探針卡的探針，具有相當好 的共面性，亦即所有彈性凸塊的高度在同一水平上。
2、 以晶圓凸塊製程製作彈性凸塊當做探針卡的探針，其所有彈性
5凸塊的座落位置與晶片的各針測點位置完全一致，不會有傳統探針卡 的探針偏斜造成測試不良的情況發生。
3、 彈性凸塊針測座受損時，直接將整顆晶片做更換，不需要傳統 探針卡以人工方式擺放探針，因此維修上較為方便與省時，相對成本 也較低。
4、 製作一片6"或8"晶圓就可以產出數十顆甚至數百顆的彈性凸塊 針測座，若臨時彈性凸塊疊損需製作新探針座時，可立即在短時間內 完成新^"測座的製作。
5、 可用晶圓凸塊製程製作窄間距(如20um以下，比傳統探針卡的 極限25um更小)的彈性凸塊。


圖1為習有探針卡的結構示意圖； 圖2為習有探針卡與晶片的使用狀態示意圖； 圖3為習有探針的結構立體圖； 圖4為本發明中針測座的結構示意圖； 圖5為本發明中針測座與晶片的使用狀態示意圖； 圖6為本發明中針測座與電路板的結構示意圖； 圖7為本發明中針測座的另一結構示意圖； 圖8為本發明中針測座的再一結構示意圖； 圖9A-I為本發明中製造針測座的流程結構示意圖； 圖10A ~ C為本發明中製造針測座的另 一 流程結構示意圖； 圖11A ~ E為本發明中製造針測座的再一流程結構示意圖。圖號說明
探針卡l 電路板12 偵測線路121 導線13 探針座14 探針15 樹脂16 晶片2 針測點21 針測座3彈性凸塊31
導電層33
底層35
重配置焊墊32 重配置線路層34 電路板4 打線42
第一感光材料層51 光阻53
第二感光材料層54
偵測線; 各41 基材5
線路層52
開口53具體實施例方式
本發明彈性凸塊針測座及其製造方法，該針測座3為矽晶圓或氧 化矽晶圓，而該針測座3至少包含有複數彈性凸塊31以及重配置焊 墊32,如圖4及圖5所示，其中，各彈性凸塊31設於針測座3上，該 彈性凸塊31為低楊式係數(小於500Mpa)的材料，且各彈性凸塊31與 晶片2的各針觀'J點(焊墊或金屬凸塊)21形成鏡面對應，而各重配置焊墊 32上i殳導電層33，該導電層33的材質可以為金。
請同時參閱圖6所示，該針測座3設置於一電路板4上，該電路板4 上並設有複數偵測線路41,各重配置焊墊32構成彈性凸塊31與偵測線 路41的連接，如圖所示的實施例中，各重配置焊墊32與偵測線路41藉 由打線42連接，而各重配置焊墊32與各彈性凸塊31藉由重配置線路層 34連接，以彈性凸塊31取代習有探針的結構，使各彈性凸塊31得以與 晶片2的各針測點(焊墊或金屬凸塊)21接觸，以對晶片2輸入訊號並接收 訊號，進而完成測試，以確保晶片的電氣特性與效能是依照設計規格 製造出來的；當然，亦可於各彈性凸塊31上方進一步設有導電層33， 如圖7所示，該導電層33設於覆蓋於彈性凸塊31的重配置線路層34上 方，而該導電層33可以與該針測點(焊墊或金屬凸塊)為相同的材質(例 如可以為金)，可避免導電層33過度磨損，延長使用壽命；再者，可視 測試需要提高彈性凸塊的高度，如圖7所示，於各彈性凸塊31下方可進 一步設有一底層35，或者如圖8所示，每一個彈性凸塊31下方可設有相 對應的底層35,以提高各彈性凸塊31的高度，當然，該底層35的材質可使用與彈性凸塊3 l相同或不相同的材質。
而本發明中彈性凸塊針測座的製造方法，其至少包含有下列步驟
步驟A、提供一基材5，該基材3可以為矽晶圓或氧化矽晶圓，並於 該基材5上塗布第 一感光材料層51 ，該第 一感光材料層51可以為低楊式 係數(小於500Mpa)的材料，如圖9A所示。
步驟B、於該基材5上進行曝光、顯影后，並加以熟化或硬化，以 形成與晶片的各針測點相互對應的複數彈性凸塊31 ，如圖9B所示。
步驟C、於該基材5上沉積(可包含有蒸鍍或濺鍍方式)一導電金屬的 線路層52,該線路層52覆蓋於各彈性凸塊31上，該線路層52的材質可 以為鉻、銅、鎳、鈦、鈦鴒合金或金等導電金屬或以上材質的組合， 如圖9C所示。
步驟D、於該線路層52上塗布光阻53，並進行曝光、顯影，使該線 路層52相對應形成重配置焊墊32處上形成開口531，如圖9D所示。
步驟E、於開口531上形成導電層33,其更包含有步驟E1及E2，該 步驟E1於開口531處進行電鍍以形成導電層33,該導電層33的材質可以 為金，如圖9E所示，而該步驟E2將線路層52上的光阻移除，如圖9F所 示。
步驟F、將線路層52形成重配置線路層34,其更包含有步驟F1及F2， 該步驟F1於該線;洛層52上塗布光阻53，如圖9G所示，而該步驟F2則進 行曝光、顯影、蝕刻，如圖9H所示，再將光阻53移除後，則形成重配 置線路層34,如圖9I所示，該重配置線路層34用以連接彈性凸塊31及重 配置焊墊32,以形成一針測座3結構。
再者，該步驟D中利用曝光、顯影可進一步於各彈性凸塊31上方形 成開口531,如圖10A、 B所示，再進行步驟E於各彈性凸塊31以及重配 置焊墊32的開口531上形成導電層33，之後再依序進行步驟F,所完成 的針測座3結構，則如圖10C所示，於各彈性凸塊31以及重配置焊墊32 上形成有導電層33。
另外，如圖11A所示為本發明的另一實施例，於該步驟A與步驟B 之間可進一步包含有一步驟G及步驟H,該步驟G於設置有第一感光材料層51的基材5上進行曝光、顯影、熟化，以形成至少一底層35,如圖 IIB所示，而該步驟H則於基材51上塗布第二感光材料層54，該第二感 光材料層54並覆蓋該底層35上，如圖11C所示，當然該第一、第二感光 材料層51、 54可為相同材質或不同材質，之後再進行步驟B，則於該底 層35上方形成有複數彈性凸塊31,如圖11D所示，再依序進行步驟C F， 所完成的針測座3結構，則如圖11E所示，於各彈性凸塊31下方則形成 有底層35，以適當提高各彈性凸塊31的高度。 本發明相較於習有技術具有下列優點
1、 以晶圓凸塊製程製作彈性凸塊當做探針卡的探針，具有相當好 的共面性，亦即所有彈性凸塊的高度在同一水平上。
2、 以晶圓凸塊製程製作彈性凸塊當做探針卡的探針，其所有彈性 凸塊的座落位置與晶片的各針測點位置完全一致，不會有傳統探針卡 的探針偏斜造成測試不良的情況發生，且彈性凸塊的位置精度永遠維 持在± 2um以內，而傳統探針卡的探針位置精度約為± 3~5um，使用一 段時間後探針會因磨損變短、變粗和歪斜而導致精度變差。
3、 彈性凸塊針測座受損時，直接將整顆晶片做更換，不需要傳統 探針卡以人工方式擺放探針，因此維修上較為方便與省時，相對成本 也較低。
4、 使用低楊式係數(小於500Mpa)的彈性材料製作彈性凸塊，使該 彈性凸塊具有彈性，可補償待測晶片的針測點(焊墊或金屬凸塊)的高度 差，以降低彈性凸塊與針測點的接觸阻抗。
5、 可同時於彈性凸塊與重配置焊墊上形成相同厚度的導電層，可 避免導電層過度磨損，延長使用壽命；另外晶片上的針測點(焊墊或金 屬凸塊)和彈性凸塊上方的導電層皆以電鍍方式形成，形成相同材質(金) 的接觸，接觸面積比傳統探針卡的探針大，因接觸面為相同材質(金)， 接觸阻抗低，表面不易氧化且不易磨損針測點(焊墊或金屬凸塊)的表 面。
6、 製作一片6"或8"晶圓就可以產出數十顆甚至數百顆的彈性凸塊 針測座，若臨時彈性凸塊受損需製作新探針座時，可立即在短時間內完成新針測座的製作。
7、可用晶圓凸塊製程製作窄間距(如20um以下，比傳統探針卡的 極限25um更小)的彈性凸塊。
本發明的技術內容及技術特點巳揭示如上，然而熟悉本項技術的 人士仍可能基於本發明的揭示而作各種不背離本案發明精神的替換及 修飾。因此，本發明的保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括 各種不背離本發明的替換及修飾，並為以下的申請專利範圍所涵蓋。
權利要求
1、一種彈性凸塊針測座，其至少包含有複數彈性凸塊，各彈性凸塊設於針測座上，且各彈性凸塊與晶片的各針測點形成鏡面對應；複數重配置焊墊，複數重配置焊墊與各彈性凸塊連接。
2、 如權利要求1所述彈性凸塊針測座，其中該針測座設置於一電路板上，該電路板上並設有複數偵測線路，而各重配置焊墊構成彈性凸塊與偵測線路的連接。
3、 如權利要求1所述彈性凸塊針測座，其中各重配置焊墊與各彈性凸塊藉由重配置線路層連接。
4、 如權利要求1所述彈性凸塊針測座，其中該針測座在矽晶圓或氧化矽晶圓上製作。
5、 如權利要求1所述彈性凸塊針測座，其中各重配置焊墊上或彈性凸塊上方設導電層，該導電層的材質可以為金。
6、 如權利要求1所述彈性凸塊針測座，其中各彈性凸塊下方進一步設有底層。
7、 一種彈性凸塊針測座的製造方法，其至少包含有下列步驟A、 提供一基材，並於該基材上塗布第一感光材料層；B、 於該基材上進行曝光、顯影，以形成與晶片的各針測點相互對應的複數彈性凸塊；C、 於該基材上沉積一導電金屬的線路層，該線路層覆蓋於各彈性凸塊上；D、 於該線路層上塗布光阻，並進行曝光、顯影，使該線路層相對應形成重配置焊墊處上形成開口 ；E、 於開口上形成導電層；F、 將線路層形成重配置線路層，以形成一針測座結構。
8、 如權利要求7所述彈性凸塊針測座的製造方法，其中，該步驟E進一步包含有下列步驟El、於開口處進行電鍍以形成導電層； E2、將線路層上的光阻移除。
9、 如權利要求7或8所述彈性凸塊針測座的製造方法， 其中，該步驟F進一步包含有下列步驟Fl、於該線路層上塗布光阻；F2、進行曝光、顯影、蝕刻，再將光f且移除後，則形成 重配置線路層。
10、 如權利要求7所述彈性凸塊針測座的製造方法，其 中，該步驟B中進行曝光、顯影后，並加以熟化或硬化該復 數彈性凸塊。
11、 如權利要求7所述彈性凸塊針測座的製造方法，其 中，該步驟C利用蒸鍍或濺鍍方式形成導電金屬的線路層。
12、 如權利要求7所述彈性凸塊針測座的製造方法，其 中，該步驟D中可進一步於各彈性凸塊上方形成開口 。
13、 如權利要求12所述彈性凸塊針測座的製造方法， 其中，該步驟E中可進一步於各彈性凸塊以及重配置焊墊的 開口上形成導電層。
14、 如權利要求7所述彈性凸塊針測座的製造方法，其 中，該步驟A與步驟B之間可進一步包含有一步驟G，該步 驟G於該基材上進行曝光、顯影，以形成至少一底層。
15、 如;f又利要求14所述彈性凸塊針測座的製造方法， 其中，該步驟G與步驟B之間可進一步包含有一步驟H，該 步驟H於基材上塗布第二感光材料層，該第二感光材料層並 覆蓋該底層。
全文摘要
本發明彈性凸塊針測座及其製造方法，主要藉由晶圓凸塊製程(Wafer Bumping Process)來製作彈性凸塊針測座，藉由彈性凸塊的結構來取代習有的探針結構，不僅製作上較方便省時，且彈性凸塊高度相同具有較佳的共面性，而其座落位置與晶片的各針測點位置完全一致，不會有傳統探針偏斜造成測試不良的情況發生，並且利用晶圓凸塊製程可製作出窄間距的彈性凸塊針測座以供測試窄間距晶片的電性。
文檔編號G01R1/073GK101482577SQ20081000093
公開日2009年7月15日 申請日期2008年1月8日 優先權日2008年1月8日
發明者鄭宇凱, 陸頌屏, 陳孟祺, 黃崑永 申請人:福葆電子股份有限公司