薄膜式針測卡的製作方法
2023-05-06 14:37:51 1
專利名稱：薄膜式針測卡的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種針測卡，尤其是關於一種置換式的模組化薄膜式針測卡。
目前，集成電路利用一連串的製程形成在半導體基材上，例如沉積、微影，以及蝕刻等製程、陸續將導體、介電層或半導體層圖案形成在基材上，而製作完成集成電路；現代集成電路技術已發展至高密度電路設計的超大型集成電路，而集成電路晶片由晶圓上切割成個別晶片之前，每一晶片必須經過測試，以確保其集成電路元件規範符合標準，這些基本測試通常應用針測卡設備來執行。
傳統針測卡，如
圖1、2所示，一環氧基樹脂環狀印刷電路針測卡2包含一鋁環12及環氧基樹脂14，其中探針4由下排探針4a及上排探針4b排列而成，探針金屬線4c由針測卡2底部表面8的探針基點6向外放射狀延伸，此種針測卡2的缺點與極限密度限制為探針基點6，以相同放射距離形成在針測卡底部表面8上，為了有足夠空間作各探針基點6，各探針基點6必須以最小間隔寬度，由針測卡中央開口10呈放射狀間隔，然而，如此接近將導致短路、探針之間不預期的耦合及電性幹擾，因此，欲將大量探針排列在針測卡有限的空間上，在技術上相當困難，傳統探針的排列方式已達極限。
然而，上述傳統針測卡具有下列缺點1)因集成電路密度增加而使晶片尺寸縮小，受限於針測卡與探針排列模式，而使導體墊的布局無法以矩陣方式布局；2)為了避免探針之間短路及電性幹擾，導體墊與導體墊的間距較大；3)探針和導體墊接觸時有側向位移在導體墊上面，探針尖端將導體墊表面的氧化鋁或氧化膜刺穿或刮傷，因此，對導體墊的傷害較大，影響後續製程的品質良率及增加測試變數；4)針測卡的所有探針尖端不易具有良好的平坦性，無法使所有探針在精確的相同時間內形成電性接觸，造成各探針的施力不同，因此將影響各探針尖端與導體墊之間接觸；5)傳統針測卡的探針尖端因氧化或導體墊表面氧化物膜殘留，產生汙染物而影響導電特性，因此，必須定期保養或更換；6)傳統針測卡以焊料將探針焊接在針測卡上，因此，維修上必須將損毀的探針解焊之後，換上新的探針，以便修復，然而，此一動作需要許多設備輔助，故維修較為不易，維修期亦較長；7)因傳統針測卡的探針電感值較高，其測試的頻率將受到限制而無法提供高頻測試。
鑑此，本發明的目的是提供一種薄膜式針測卡，它是利用已設計電路圖案的薄膜上具有許多金屬凸塊，與晶片上的導體墊形成電性連接，其中薄模組件具有可更換性。
本發明的目的是這樣實現的一種薄膜式針測裝置，其特徵是它包含印刷電路板，薄膜組件、壓力機構及定位裝置，其中，薄膜組件包含薄膜針測區、複數個薄膜區及複數個薄膜連接區，該薄膜區電性連接在薄膜針測區與薄膜連接區之間，壓力機構支撐且固定薄膜組件與印刷電路板，該壓力機構包含上蓋彈性系統及支撐體，定位裝置固定在印刷電路板、薄膜組件及壓力機構上。
所述支撐體為一體成形結構，其包含支撐基座、支撐薄環及支撐體邊緣，該支撐薄環連接在支撐基座與支撐體邊緣之間。
所述支撐基座具有一凹槽、且容納所述彈性系統。
所述支撐薄環具有垂直方向的彈性。
所述上蓋與所述支撐基座間有一間隙。
所述薄膜區與所述薄膜針測區與所述薄膜連接區之間電連接。
所述薄膜針測區具有第一金屬凸塊。
所述薄膜連接區具有第二金屬凸塊、且電連接在所述印刷電路板與所述薄膜組件之間。
所述薄膜針測區用螺絲連接所述支撐基座的底部。
所述定位裝置包含複數第一定位元件、複數第二定位元件及複數第三定位元件。
所述第一定位元件固定所述印刷電路板，所述薄膜組件及所述壓力機構。
所述第二定位元件固定所述上蓋與支撐體邊緣。
所述第三定位元件固定所述上蓋、彈性系統及支撐基座。
所述薄膜組件為可置換件。
一種薄膜式針測裝置，其特徵是它包含上蓋、彈性系統、支撐體及定位裝置，其中，上蓋支撐且固定壓力機構，彈性系統支承在壓力機構內，支撐體為一體成形結構，其包含支撐基座、支撐薄環及支撐體邊緣，該支撐基座具有一凹槽、且容納彈性系統，該支撐薄環連接在支撐基座與支撐體邊緣之間，定位裝置固定上蓋、彈性系統及支撐體而構成一壓力機構。
所述支撐環具有垂直方向的彈性。
所述彈性系統支撐在支撐基座與上蓋之間，且形成一間隙。
由於採用上述方案節約操作時間，降低測試成本。
圖1傳統高密度針測卡的側視圖。
圖2傳統高密度針測卡的仰視圖。
圖3本發明典型實施例分解圖。
圖4本發明典型實施例自由狀態截面示意圖。
圖5本發明典型實施例測試狀態截面示意圖。
如圖3所示，本實施例至少包含壓力機構20、薄膜組件36，以及印刷電路板38，其中壓力機構20用於支撐及固定薄膜組件36與印刷電路板38，以及當測試時提供適當壓力在薄膜組件36與晶圓之間，使其形成良好的電性連接，薄膜組件36利用半導體製程形成電路布局在高分子薄膜上，作為晶圓上集成電路元件與印刷電路板38之間電性連接，而印刷電路板38則連接測試機，如此，即形成晶圓與薄膜組件36，該薄膜組件36與印刷電路板38，印刷電路板38與測試機(圖中未示)之間完整的電性連接。
壓力機構20包含上蓋30、彈性系統32，以及支撐體34，其中上蓋30具有複數個第一定位孔40a、複數個第二定位孔40b，以及複數個第三定位孔40c、第一定位孔40a用於連接壓力機構20及薄膜組件36在印刷電路板38，以構成完整的薄膜式針測卡，第二定位孔40b及第三定位孔40c則用於固定上蓋30、彈性系統32及支撐體34，以形成穩固的壓力機構20。
支撐體34為一體成形的鋼性結構，包含支撐基座34c、支撐薄膜環34b及支撐體邊緣34a，支撐基座34c具有一凹槽42，用以容納上述的彈性系統32在其中，並具有一矩形底部用以耦合薄膜組件的針測區域44，支撐薄膜環34b為支撐體結構中最薄的區域，用於連接支撐基座34c與支撐體邊緣34a，並具有一些微彈性，使支撐基座34c相對於支撐體邊緣34a之間具有垂直方向的微動行程。
上述支撐體邊緣34a具有複數個第一定位孔40a及複數個第二定位孔40b，分別對應在上蓋30的第一定位孔40a及第二定位孔40b，而支撐基座34c的凹槽42外側具有複數個第三定位孔40c對應在上蓋30的第三定位孔40c。
薄膜組件36包含薄膜區域48、薄膜針測區域44及薄膜連接區域46，利用高分子薄膜形成在平坦的金屬鋁薄片上，再以半導體製程在薄膜上製作電路布局及金屬凸塊，最後，以蝕刻方法定義薄膜組件的結構，鋁薄經蝕刻之後，除去部分鋁薄片產生中間矩形鋁薄片，作為薄膜針測區域44，針測區域44下方的金屬凸塊用以與欲測試晶圓之間產生電性導通，以及四個連接區46，其下方的金屬凸塊用以與印刷電路板38之間產生電路導通，其中薄膜針測區44與四周連接區46之間以高分子薄膜48所連接。
印刷電路板38包含複數個第一定位孔40a，對應於薄膜組件36、支撐體34及上蓋的第一定位孔40a，用以連接及固定上述元件而形成薄膜式針測卡，其中印刷電路板中央有一矩形穿透開口50，用於使支撐基座34c與薄膜組件36的針測區域44結合，並穿過印刷電路板38的開口50，而與欲測試晶圓接觸，形成導電通路，再經薄膜連接區46與印刷電路板38上的導體墊(圖中未示)接觸形成導電通路到測試機。
如圖4所示，首先利用複數個第三定位元件40f透過上蓋30及支撐基座34c的複數個第三定位孔40c，連接上蓋30、彈性系統32及支撐體34的支撐基座34c，彈性系統32位於支撐基座34c的凹槽42中，再利用複數第二定位元件40e透過上蓋30及支撐體邊緣34a的複數個第二定位孔40b，連接上蓋30及支撐體34的支撐體邊緣34a，最後利用複數第一定位元件40d依序透過上蓋30、支撐體邊緣34a、薄膜組件36及印刷電路板38的複數個第一定位孔40a，連接壓力機構20、薄膜組件36的薄膜連接區46、以及印刷電路38，此外，薄膜組件36的薄膜針測區域44更利用複數個螺絲56固定在支撐基座34c的底部，如此，形成的薄膜式針測卡為一組裝簡單、定位及對準良好且穩固的針測卡，上述第一定位元件40d、第二定位元件40e及第三定位元件40f為螺栓。
本實施例所提供的薄膜式針測卡為一模組化設備，其中薄膜組件36為可置換的元件，當操作者欲更換薄膜組件36時，僅需卸第一定位元件40d及螺絲56，將壓力結構20、薄膜組件36及印刷電路板38分離，將薄膜組件36取下，換上新的薄膜組件，再利用第一定位元件40d組合壓力機構20、薄膜組件36及印刷電路板38，並利用螺絲56將薄膜組件36的薄膜針測區域44定位在支撐基座34c底部，因此，操作者利用簡單步驟即可更換薄膜組件36，無須更換壓力機構20，明顯地節省維護時間及降低成本支出。
如圖4所示，當薄膜式針測卡處於自則狀態不受力時，由於彈性系統32的作用，上蓋30與支撐基座34c之間形成一間隙58，提供薄膜式針測卡與晶圓接觸時自由微動行程的空間，其次，間隙58的形成原因除了彈性系統32的作用外，支撐薄環34b亦提供部分彈性，並提供側向牽制力，避免支撐基座34c因微動行程產生側傾或側向位移。
此外，壓力機構20的另一特徵為第三定位元件401與第三定位孔40c，其中包含上半部分52a及下半部分52b，該下半部分52b為具有螺紋部分，用於固定支撐基座34c，防止上蓋30與支撐基座34c在彈性系統32作用時分離，而上半部分52a為無螺紋的類似導環部分，用以在支撐基座34c受力向內壓縮昱其側向定位不致偏差，使支撐基座34c可自由上、下垂直動作，提供薄膜組件36的薄膜針測區域44適當的壓力，以命名薄膜針測區域44的金屬凸塊與欲測試晶圓上集成電路元件的導體墊形成良好接觸及電性導通，且定位不因支撐基座34c的微動行程而對準偏差。
薄膜組件36的薄膜針測區域44及薄膜連接區46底部分別製作金屬凸塊54a及54b，薄膜組件36本身的電路布局可作為兩者之間電性導通；當薄膜式針測卡組裝完成時，針測區域44結合支撐基座34c透過印刷電路板38的開口50，而延伸至印刷電路板38之下，薄膜組件連接區46的金屬凸塊54b與印刷電路板38上的導體墊接觸，形成良好的電性導通，而針測區域44的金屬凸塊54a則用於與晶圓上集成電路布局的導體墊作電性連接，值得注意的是薄膜組件36與支撐基座34c的側向定位支撐體薄環34b牽制，因此，薄膜組件36的薄膜區域48屬不受力狀態，不受應為破壞，其壽命亦相對延長。
如圖5所示，當執行測試程序時，壓力結構20與晶圓承載座62將分別施以一適當接觸壓力在晶圓60與薄膜針測區44之間，使薄膜組件36上的金屬凸塊54a與晶圓上集成電路布局的導體墊(圖中未示)接觸，並形成良好電性導通在導體墊與金屬凸塊54a之間；當晶圓60與薄膜組件36接觸後，彈性系統32將提供一緩衝力給支撐基座34c，使其產生微動緩衝行程。
彈性系統32可提供微動緩衝行程，當薄膜組件36接觸晶圓60時，其接觸壓力會傳過支撐基座34c，而與彈性系統32發生作用，產生微動緩衝行程，並吸收不平均的作用力，借第三定位孔40c與第三定位元件40f的導引，使支撐基座34c底部保持平行而做垂直方向上、下運動，而不會有側向位移的情況；支撐體34的支撐薄環34b具有彈性，亦可提供彈性垂直方向上、下運動，而不會有側向位移，而支撐基座34c底部可提供支撐薄膜組件36的參考平面，此一參考平面透過彈性系統32，只有垂直方向上、下的微動行程，而無左右的側向行程。
綜上所述，本發明的優點1)因為利用薄膜方式可將接觸金屬凸塊布局成矩陣式，可使晶圓的集成電路布局密度更大；2)可直接在生產線上更換，而無須大量儀器校正，可省下許多時間，對於維修上亦十分方便；3)可測布局較密的晶圓，薄膜組件的布局金屬凸塊間距比傳統針測卡的探針間距要小，而增加積集密度；4)金屬凸塊對導體墊的傷害比傳統的針測卡要小，可提升導體墊的品質，確保後續製程的品質良率；5)因可控制特性阻抗，可以提供高頻測試。
權利要求
1.一種薄膜式針測卡，其特徵是它包含印刷電路板，薄膜組件、壓力機構及定位裝置，其中，薄膜組件包含薄膜針測區、複數個薄膜區及複數個薄膜連接區，該薄膜區電性連接在薄膜針測區與薄膜連接區之間，壓力機構支撐且固定薄膜組件與印刷電路板，該壓力機構包含上蓋彈性系統及支撐體，定位裝置固定在印刷電路板、薄膜組件及壓力機構上。
2.按權利要求1所述薄膜式針測卡，其特徵是所述支撐體為一體成形結構，其包含支撐基座、支撐薄環及支撐體邊緣，該支撐薄環連接在支撐基座與支撐體邊緣之間。
3.按權利要求2所述薄膜式針測卡，其特徵是所述支撐基座具有一凹槽、且容納所述彈性系統。
4.按權利要求2所述薄膜式針測卡，其特徵是所述支撐薄環具有垂直方向的彈性。
5.按權利要求1、2所述薄膜式針測卡，其特徵是所述上蓋與所述支撐基座間有一間隙。
6.按權利要求1所述薄膜式針測卡，其特徵是所述薄膜區與所述薄膜針測區與所述薄膜連接區之間電連接。
7.按權利要求1所述薄膜式針測卡，其特徵是所述薄膜針測區具有第一金屬凸塊。
8.按權利要求1所述薄膜式針測卡，其特徵是所述薄膜連接區具有第二金屬凸塊、且電連接在所述印刷電路板與所述薄膜組件之間。
9.按權利要求1所述薄膜式針測卡，其特徵是所述薄膜針測區用螺絲連接所述支撐基座的底部。
10.按權利要求1所述薄膜式針測卡，其特徵是所述定位裝置包含複數第一定位元件、複數第二定位元件及複數第三定位元件。
11.按權利要求1、10所述薄膜式針測卡，其特徵是所述第一定位元件固定所述印刷電路板，所述薄膜組件及所述壓力機構。
12.按權利要求1、2及10所述薄膜式針測卡，其特徵是所述第二定位元件固定所述上蓋與支撐體邊緣。
13.按權利要求1、2及10所述薄膜式針測卡，其特徵是所述第三定位元件固定所述上蓋、彈性系統及支撐基座。
14.按權利要求1所述薄膜式針測卡，其特徵是所述薄膜組件為可置換件。
15.一種薄膜式針測卡，其特徵是它包含上蓋、彈性系統、支撐體及定位裝置，其中，上蓋支撐且固定壓力機構，彈性系統支承在壓力機構內，支撐體為一體成形結構，其包含支撐基座、支撐薄環及支撐體邊緣，該支撐基座具有一凹槽、且容納彈性系統，該支撐薄環連接在支撐基座與支撐體邊緣之間，定位裝置固定上蓋、彈性系統及支撐體而構成一壓力機構。
16.按權利要求15所述薄膜式針測卡，其特徵是所述支撐環具有垂直方向的彈性。
17.按權利要求15所述薄膜式針測卡，其特徵是所述彈性系統支撐在支撐基座與上蓋之間，且形成一間隙。
全文摘要
本發明涉及一種針測卡,尤其是關於一種置換式的模組化薄膜式針測卡。它包含印刷電路板,薄膜組件、壓力機構及定位裝置,其中,薄膜組件包含薄膜針測區、複數個薄膜區及複數個薄膜連接區,該薄膜區電性連接在薄膜針測區與薄膜連接區之間,壓力機構支撐且固定薄膜組件與印刷電路板,該壓力機構包含上蓋彈性系統及支撐體,定位裝置固定在印刷電路板、薄膜組件及壓力機構上。從而節約操作時間、降低測試成本。
文檔編號H01L21/66GK1307358SQ0010072
公開日2001年8月8日 申請日期2000年2月3日 優先權日2000年2月3日
發明者何煥軒, 賴蔚海, 郭建玄, 謝登存, 許文政, 範偉芳, 王漢聰, 陳裕豐 申請人:泓進科技股份有限公司