具空間轉換的多層電路板的製作方法

2023-05-14 14:51:06 4

專利名稱：具空間轉換的多層電路板的製作方法
技術領域：
本發明是與印刷電路板有關，特別是指用於高頻探針卡的一種具 空間轉換的多層印刷電路板。
背景技術：
用於晶片級測試的探針卡中，探針卡電路板以具有適當抗壓性及 絕緣性的多層印刷電路板所構成，電路板周圍上方的焊墊是供測試機 臺的測試頭點觸，使各焊墊所對應連接的傳輸線路傳送測試機臺的測 試信號至電路板下方近中心處所密集設置的探針上，因此當各探針對 應點觸的晶片電子組件接收測試信號後，則通過探針卡回傳所對應的 電氣特性至測試機臺以供分析，如此在整個晶片級測試過程中，探針 卡電路板的傳輸線路設計對電子組件的測試結果佔有很重要的影響， 尤其隨著電子科技越趨複雜且高速的運作，測試過程需涵蓋晶片上大 量的電路組件且操作於實際對應的高速運作條件，故不但探針卡的電 路空間利用需為高密集度的設置，傳輸線路的製作更需符合高速信號 的操作條件。
針對高速測試的傳輸環境時，已有如美國公告專利第6034533號 所提供的『低漏電流探針卡』結構，是於探針卡信號傳輸線路周圍設 置接地環境，以改善傳輸線路之間的漏電流、串音現象以及介質吸收 等影響測試信號的傳輸質量及反應速度問題；然由於此種傳輸線路為 信號傳輸於電路板表面再與中心所直接接設的探針相導通，其電路空間利用僅適合於少量高頻測試需求的電路板結構，儘管其餘不需高頻 傳輸條件的信號線路可布設於電路板內部或用一般導線傳輸，然而當 整個待測晶片電路為更大量甚至皆為高速電子電路組件的組成時，光 單一電路板表面的高頻傳輸並無法涵蓋所有電子電路組件的高頻測 試需求。
一旦將高頻傳輸線路布設於電路板內部時，線路需由外至內且由 上至下的延伸穿設層迭的印刷電路板，不但須著重於層間電路板的材 質特性，電路板所縱向穿設的導通孔結構更為影響高頻傳輸特性的重
大因素；縱使已有如美國公告專利第6388206號所提供的『具電路屏 蔽與控制阻抗的貫孔結構』，是於信號傳輸貫孔周圍特定間距設置接 地貫孔，以解決信號於多層印刷電路板傳遞時所面臨漏電流效應及維 持高頻傳輸所需的特性阻抗，至於若電路板表面欲與其它電路組件相 接設，當然信號貫孔及鄰近的接地貫孔仍須與對應接設的電路組件同 時電性連接，才能有效於整個高頻傳輸環境皆維持其特性阻抗；然因 信號貫孔與周圍接地貫孔之間僅設計有微小的特定間距以維持高頻 信號傳輸的特性阻抗，因此電路板表面欲與其它電路組件相接設尚須 考慮與信號貫孔及接地貫孔分別相接的電路組件的尺寸間距， 一旦貫 孔間距與電路組件間距無法實際對應的情況下，往往無法達到有效電 性連接的作用，甚至發生不必要的漏電流以及電性短路現象。
以圖1所示常用的一探針卡1為例，即為將高頻傳輸線路布設於 一多層印刷電路板10內部的結構，電路板10於上、下表面101、 102 分別近外圍及近中心處設有多數個焊墊11、 12，電路板10內布設有 多數個信號線路13、接地線路14以及導孔15，其中，上表面101的 焊墊11為與測試機臺(圖中未示)的測試頭2間的電性連接接口， 且通過電路板10外圍的導孔151、 152與各信號線路13及接地線路 M分別電性連接，下表面102的焊墊12為與探針17之間的電性連接
接口，且通過電路板10近中心的導孔153、 154與各信號線路13及 接地線路14分別電性連接，各接地線路14為布設於鄰近信號線路13 的上、下電路層，以達到高頻測試信號於各信號線路13傳輸時所需 的特性阻抗。
當高頻測試信號自測試機臺的測試頭2送出以至探針17的傳輸 路徑上，除了藉由信號線路13傳輸外，同時需經由導孔151、 153傳 導於電路板10的上、下表面101、 102之間，其中上表面101各悍墊 11的寬度及相距間隔是設計為可供測試機臺的各測試頭2對應點觸， 同時考慮測試頭2的對準誤差條件，故焊墊11之間距決定於測試機 臺的測試頭2間距，進而決定了電路板10外圍導孔151、 152之間距； 然以高頻信號傳輸所需具備的特性阻抗條件，各測試頭2之間距甚至 其截面半徑皆大於信號線路13與相鄰接地線路14所需維持的距離， 故使相鄰導孔151、 152的設置距離無法縮減至如相鄰信號線路13與 接地線路14的距離，造成高頻信號於各導孔151傳輸時無法維持如 同於信號線路13中傳輸的特性阻抗；類似問題亦發生於電路板10近 中心的導孔153、 154，由於下表面102各焊墊12的寬度及相距間隔 是設計為可供各探針17對應焊接，同時考慮接合強度所需焊錫量及 避免焊接過程中錫流或錫漏發生所需之間隔誤差，故焊墊12之間距 往往亦大於信號線路13與相鄰接地線路14所需維持的距離，使相鄰 導孔153、 154之間距無法縮減至如相鄰信號線路13與接地線路14 的距離，同樣造成高頻信號於各導孔153傳輸時無法維持如同於信號 線路13中傳輸的特性阻抗；因而探針卡1於電測過程中高頻信號傳 輸於導孔151、 153及信號線路13的特性阻抗不匹配，致使高頻信號 嚴重衰減而降低有效傳輸頻段，無法達到實際高頻電測的功效。

發明內容
本發明的主要目的在於提供一種具空間轉換的多層電路板，使用 以高頻測試的探針卡可維持有高頻信號傳輸的阻抗匹配特性，並具有 最佳的電性測試質量。
為達成前揭目的，本發明所提供一種具空間轉換的多層電路板， 是包括有相互迭置的至少一轉接層及多數個高頻電路層，該轉接層具 有一轉接面與該高頻電路層相接合，以及貫穿有多數個具導電性的第 一信號貫孔及第一接地貫孔，該些高頻電路層水平布設有多數個信號 導線、接地導線，以及貫穿有多數個第二信號貫孔及第二接地貫孔； 其中，該第一接地貫孔與該第一信號貫孔的相鄰距離大於該第二接地 貫孔與該第二信號貫孔的相鄰距離，該轉接面布設有一接地金屬，位 於各該第一信號貫孔周圍且電性連接該些第一及第二接地貫孔，該些 第一接地貫孔為電性導通至接地電位，該接地金屬與該第一信號貫孔 的相鄰距離等於該接地金屬與該第二信號貫孔的相鄰距離，亦等於該
第二接地貫孔與該第二信號貫孔的相鄰距離；因此高頻信號穿入電路
板後，可借轉接面的接地金屬將接地信號導通至高頻信號維持特性阻 抗所需的特定間距，藉以維持高頻信號貫穿該電路板的縱向傳輸過程 具有阻抗匹配的特性。


圖1是常用探針卡的結構示意圖2是圖1所述常用探針卡的高頻傳輸信號的特性曲線圖； 圖3是本發明所提供第一較佳實施例的探針卡頂視圖； 圖4是圖3所述第一較佳實施例所提供探針卡的底視圖5是圖3中5-5聯機的剖視圖6是圖3所述第一較佳實施例所提供上轉接層底視圖7是圖3所述第一較佳實施例所提供下轉接層頂視圖8是圖3所述第一較佳實施例所提供探針卡的高頻傳輸信號的 特性曲線圖9是本發明所提供第二較佳實施例的電路板結構示意圖。
主要組件符號說明
2測試頭3探針卡
30、 50電路板301、 501上表面
302、 502下表面303探針區
304測試區31、 32焊墊
311、 321、 51信號焊墊312、 322、 52接地焊墊
33上轉接層330第一轉接面
34高頻電路層35下轉接層
350第二轉接面36信號電路
361第一信號貫孔362第二信號貫孔
363信號導線37接地電路
371第一接地貫孔372、 373接地金屬
374第二接地貫孔375接地導線
40探針Dl第一間距
D2第二間距D3第三間距
Sll、 sir 反射耗損曲線S21、 S21' 插入耗損曲線
具體實施例方式
以下，茲配合附圖列舉若干較佳實施例，用以對本發明的結構與
功效作詳細說明如下
請參閱如圖3—至圖5所示本發明所提供第一較佳實施例的一探針
卡3，是具有高介電常數特性的一多層印刷電路板30以及對應接設
的多數個探針40結構，可供測試機臺(圖中未示)的測試頭2點觸 該電路板30並通過該些探針40點觸集成電路晶片(圖中未示)以做 高頻電性測試，該電路板30是區分有上、下相對的一上表面301、 一下表面302以及分布於內、外圍的一探針區303及一測試區304， 該電路板30的上、下表面301、 302分別設有多數個焊墊31、 32， 該電路板30內設有相互迭置的一上轉接層33、多數個高頻電路層34 及一下轉接層35，且布設有多數個自該上轉接層33延伸至下轉接層 35的信號電路36及接地電路37，配合圖5參照，其中
該上表面301的焊墊31位於測試區304供測試機臺電性連接， 相鄰各該焊墊31之間距為第一間距Dl，是考慮測試機臺的測試頭2 對應接觸時的對準條件而設置，故各該焊墊31的寬度相當於各該測 試頭2的截面寬度，各該焊墊31的相鄰第一間距Dl相當於相鄰各該 測試頭2之間距，該些焊墊31區分有用以接收高頻測試信號的信號 焊墊311，以及伴隨高頻信號傳遞的接地信號所需對應接設的接地焊 墊312;該下表面302的焊墊32位於探針區303供該些探針40電性 連接，相鄰各該焊墊32之間距為第二間距D2，是考慮與各探針40 焊接的條件而設置，包括考慮接合強度所需焊錫量及避免焊接過程中 錫流或錫漏發生所需之間隔誤差，該些焊墊32區分有對應輸出高頻 測試信號及接地信號的信號焊墊321及接地焊墊322。
該上、下轉接層33、 35分別為形成該電路板30上、下表面301、 302的印刷電路層，使該上轉接層33具有該上表面301及一第一轉 接面330，該下轉接層35具有該下表面302及一第二轉接面350，該 些高頻電路層34用以延伸布設該些信號電路36及接地電路37，使 測試機臺的測試信號可由上至下、由外至內傳遞至該些探針40。
各該信號電路36區分有穿設各該轉接層33、 35的第一信號貫孔
361、穿設該些高頻電路層34的第二信號貫孔362，以及橫向布設於 該高頻電路層34的信號導線363;其中，該些第一信號貫孔361於 上、下表面301、 302分別電性連接該些信號焊墊311、 321，鄰接該 二轉接面330、 350的第二信號貫孔362與該第一信號貫孔361電性 連接，該些第二信號貫孔362為沿信號傳遞路徑縱向貫穿該高頻電路 層34至所需對應電性連接的信號導線363即截止，各該信號導線363 為自該測試區304水平延伸分布至探針區303，於測試區304電性連 接上層該高頻電路層34的第二信號貫孔362，於探針區303電性連 接下層該高頻電路層34的第二信號貫孔362，使各該信號電路36為 單一連續的信號傳輸迴路，避免高頻信號於縱向傳遞轉至橫向傳遞的 轉折接口時，高頻電磁波於不連續的傳輸路徑發生接口反射現象而造 成信號耗損。
各該接地電路37區分有穿設各該轉接層33、 35的第一接地貫孔 371、水平布設於各該轉接面330、 350的接地金屬372、 373、穿設 該些高頻電路層34的第二接地貫孔374，以及橫向布設於該高頻電 路層34的接地導線375;其中，各該第一接地貫孔371於上、下表 面301、 302分別電性連接該接地焊墊312、 322，該些第一接地貫孔 371相鄰對應各該第一信號貫孔361，相鄰間距即受限於所對應該些 焊墊31、 32的第一及第二間距Dl、 D2，各該接地金屬372、 373位 於各該第一信號貫孔361周圍，配合圖6及圖7參照，用以將所對應 該轉接面330、 350中的第一接地貫孔371電性導通至相鄰該高頻電 路層34的第二接地貫孔374，提供該些第一接地貫孔371及第二接 地貫孔374的共接地平面，接地金屬與該第一信號貫孔的相鄰距離等 於該接地金屬與該第二信號貫孔的相鄰距離且等於該第二接地貫孔 與該第二信號貫孔的相鄰距離，各該第二接地貫孔374對應該第二信 號貫孔362相鄰設置有一第三間距D3，相鄰距離相當於各該高頻電
路層34的厚度，為維持高頻測試信號特性阻抗的最佳信號傳輸結構，
該些接地導線375自該測試區304水平延伸分布至探針區303，用以 電性連接該第二接地貫孔374並與該些信號導線363緊鄰布設於左右 相鄰第三間距D3處或上下相鄰的高頻電路層34。
該些探針40為一般懸臂式探針結構，為了對應於晶片電路上高 頻測試組件的接地迴路結構，相鄰二該探針40需對應點觸測試組件 的高頻信號接點及接地信號接點，因此該電路板30的相鄰各該信號 電路36與接地電路37即分別通過該信號焊墊321及接地焊墊322對 應電性連接相鄰各該探針40，該些探針40的結構、大小以及與電路 板30的接設方式為決定該些焊墊32的第二間距D2條件。
故當測試機臺的測試頭2電性連接該上表面301的信號焊墊311 及接地焊墊312後，各該信號焊墊311所接收的高頻測試信號即通過 該上轉接層33的第一信號貫孔361、該高頻電路層34的第二信號貫 孔362與信號導線363以及該下轉接層35的第一信號貫孔361傳輸 至下表面302的信號焊墊321，鄰近各該高頻測試信號的傳輸路徑皆 對應有接地信號自該上表面301的接地焊墊312接收後，導通至該上 轉接層33的第一接地貫孔371、該上轉接面330的接地金屬373、該 高頻電路層34的第二接地貫孔374與接地導線375、該下轉接面350 的接地金屬373、該下轉接層35的第一接地貫孔371以至該下表面 302的接地焊墊322，使各該信號電路36自上表面301延伸至下表面 302的路徑上，除了分別與二表面301、 302鄰接的單一電路層(上、 下轉接層33、 35)中，第一信號貫孔361與對應相鄰的第一接地貫 孔371有間隔較遠的第一及第二間距Dl、 D2夕卜，藉由各該接地金屬 372、 373用以將所對應該轉接面330、 350中的第一接地貫孔371電 性連接相鄰該高頻電路層34的第二接地貫孔374，使其餘第二信號 貫孔362及信號導線363皆可依—展高頻信號傳輸所需維持特性阻抗的
需求，沿其路徑於鄰近第三間距D3處布設有該第二接地貫孔374及 接地導線375。
因此無論因測試機臺的測試頭對準間距與對準誤差條件，或者因 探針焊接過程中避免錫流或錫漏發生所需之間隔誤差條件，需使上、 下表面301、 302的信號焊墊311、 321與接地焊墊312、 322設置間 距遠大於高頻電路層34中信號導線363與接地導線375之間距，亦 即第一信號貫孔361與對應相鄰的第一接地貫孔371設置間距遠大於 維持高頻特性阻抗需求的特性，僅限於單層印刷電路板結構的上、下 轉接層33、 35中，其餘高頻信號傳輸於該些高頻電路層34中皆可維 持所需的特性阻抗，使高頻信號穿入電路板30後及穿出電路板30前， 皆可借該上、下轉接面330、 350的接地金屬372、 373將接地信號導 通至高頻信號維持特性阻抗所需的第三間距D3處，因此維持高頻信 號貫穿該電路板30的縱向傳輸過程具有阻抗匹配的特性；請參閱如 圖2及圖8所示，分別為常用該探針卡1及本發明所提供該探針卡3 的高頻量測頻率特性圖，相較兩圖的反射耗損(return loss)曲線
Sll、 sir可知，本發明所提供該探針卡3的反射耗損曲線sir有
較低的反射率，顯示於整個高頻頻寬範圍有極佳的阻抗匹配特性，另 相較兩圖的插入耗損(insertion loss)曲線S21、 S21'更顯示常 用該探針卡1於-3dB增益的通帶(passband)限制頻率僅約有2.56 GHz，遠小於本發明所提供的該探針卡3可高於10GHz，顯示該探針 卡3具有較常用的探針卡1為更良好的高頻信號傳輸質量。
當然本實施例所提供該電路板30主要使高頻測試信號輸出或輸 入上、下表面301、 302的焊墊31、 32時，能與對應接地信號的相鄰 間距自表面單層轉接板33、 35的第一及第二間距Dl、 D2調整為內部 高頻電路層34的第三間距D3，因此並不局限應用於該些探針40結 構，只要所提供的探針結構可將對應點觸於晶片電路組件的高頻信號
測點電性連接該信號電路36，且鄰近高頻信號測點的接地測點電性
連接該接地電路37，各種顧及高頻阻抗匹配特性的懸臂式探針乃至
垂直式探針結構皆可實施應用於本發明所提供該電路板30;甚至當 任一探針結構與電路板焊墊相接合的焊接模塊工程可精密至相鄰焊
墊間距相當於上述高頻電路層34的第三間距D2，則本發明所提供探 針卡電路板可省去如上述下轉接層35的結構，如圖9所示本發明第 二較佳實施例所提供的一多層電路板50，具有該上轉接層33及該些 高頻電路層34，電路板50上表面501同樣對應於該上轉接層33，下 表面502則對應於底層的該高頻電路層34，並於下表面502對應該 些第二信號貫孔362及第二接地貫孔374上設置有信號焊墊51及接 地焊墊52，該些焊墊51、 52的相鄰間距即為相鄰各該第二信號貫孔 362與第二接地貫孔374的第三間距D3,可應用於以高精密度焊接模 塊工程所接設的各種探針結構。
以上所述，僅為本發明的較佳可行實施例而已，故舉凡應用本發 明說明書及申請專利範圍所為的等效結構變化，理應包含在本發明的 權利要求保護範圍內。
權利要求
1.一種具空間轉換的多層電路板，為印刷電路板，包括有相互迭置的一轉接層及多數個高頻電路層，其特徵在於該轉接層設於該些高頻電路層上，是具有上、下相對的一表面、一轉接面以及貫穿有多數個具導電性的第一信號貫孔及第一接地貫孔，該表面設有多數個焊墊，分別對應設於各該第一信號貫孔及第一接地貫孔上，該轉接面與該高頻電路層相接合，該轉接面布設有一接地金屬，位於各該第一信號貫孔周圍，該些第一接地貫孔電性導通至接地電位且電性連接該接地金屬，相鄰於各該第一信號貫孔設有至少一該第一接地貫孔，該接地金屬與該第一信號貫孔的相鄰距離小於該第一接地貫孔與該第一信號貫孔的相鄰距離；該些高頻電路層是水平布設有多數個信號導線、接地導線以及貫穿有多數個第二信號貫孔及第二接地貫孔，各該信號導線電性連接該第二信號貫孔，相鄰於各該信號導線並列設有至少一該接地導線，各該接地導線電性連接該第二接地貫孔，該轉接面上，該第二信號貫孔電性連接該第一信號貫孔且鄰近設有該接地金屬，該接地金屬與該第二信號貫孔的相鄰距離小於該第一接地貫孔與該第一信號貫孔的相鄰距離，相鄰於各該第二信號貫孔設有至少一該第二接地貫孔，該第二接地貫孔電性連接該接地金屬，該第二接地貫孔與該第二信號貫孔的相鄰距離小於該第一接地貫孔與該第一信號貫孔的相鄰距離。
2、依據權利要求1所述的多層電路板，其特徵在於所述各 該信號導線兩端分別朝上、下兩側電性連接該第二信號貫孔。
3. 依據權利要求l所述的多層電路板，其特徵在於所述信 號導線與該接地導線的相鄰距離小於該第一接地貫孔與該第一信號 貫孔的相鄰距離。
4. 依據權利要求l或3所述的多層電路板，其特徵在於所 述與該信號導線上、下緊鄰有至少一該接地導線。
5. 依據權利要求1所述的多層電路板，其特徵在於所述各 該高頻電路層的厚度相當於該轉接層的厚度。
6. 依據權利要求1所述的多層電路板，其特徵在於所述電 路板的上、下兩側分別具有該轉接層及該高頻電路層，各該信號導線 兩端分別位於該電路板的內、外圍，該轉接層的焊墊設於該電路板外 圍。
7. 依據權利要求1所述的多層電路板，其特徵在於是具有 二該轉接層，分別為迭設於該些高頻電路層上、下兩側的一上轉接層 及一下轉接層，該上轉接層所設置的焊墊分布於該電路板的外圍，該 下轉接層所設置的焊墊分布於該電路板的內圍。
8. —種探針卡，用以電性連接於測試機臺以對集成電路晶片 做電性測試，其特徵在於包括有一電路板，是具有上、下相對的一上表面及一下表面，並設有至 少一轉接層、多數個高頻電路層、多數個焊墊、多數個信號電路及多 數個接地電路，各該焊墊位於該上表面用以供上述測試機臺點觸，各 該信號電路及接地電路分別電性連接一該焊墊，且自該上表面延伸穿 設該至少一轉接層及該些高頻電路層至該下表面，該些接地電路為電 性導通至接地電位，各該信號電路相鄰設有至少一該接地電路，該些 接地電路具有一接地金屬，設於該至少一轉接層與相鄰該高頻電路層 之間，各該信號電路與相鄰該接地電路的最短間距於該轉接層及該些 高頻電路層中分別為一第一及一第二間距，該第二間距小於該第一間 距，該接地金屬與各該信號電路的相鄰距離小於該第一間距；以及 多數個探針，設於該電路板的下表面，分別電性連接該信號電路 及接地電路，用以點觸上述集成電路晶片。
9.依據權利要求8所述的探針卡，其特徵在於所述各該信 號電路區分有穿設該至少一轉接層的第一信號貫孔、穿設該些高頻電 路層的第二信號貫孔，以及橫向布設於該高頻電路層的信號導線，該 接地金屬與該第二信號貫孔的相鄰距離相當於該接地金屬與該第一 信號貫孔的相鄰距離。
10.依據權利要求9所述的探針卡，其特徵在於所述各該 信號導線兩端分別朝上、下兩側電性連接該第二信號貫孔。
11.依據權利要求9所述的探針卡，其特徵在於所述該些 高頻電路層中，與該信號導線上、下緊鄰並列有至少一該接地電路。
12.依據權利要求8所述的探針卡，其特徵在於所述各該 高頻電路層的厚度相當於該轉接層的厚度。
13.依據權利要求8所述的探針卡，其特徵在於是具有二 轉接層，分別位於該些高頻電路層上、下兩側，該電路板的下表面更 設有多數個焊墊，各該信號電路及接地電路為延伸穿設該二轉接層並 電性連接該下表面的焊墊。
全文摘要
本發明一種具空間轉換的多層電路板，為印刷電路板，由設於表層的至少一轉接層與多數個高頻電路層相互迭置，多數個信號電路及接地電路延伸且穿設電路板，轉接層中信號電路與相鄰接地電路的間距大於高頻電路層中信號電路與相鄰接地電路的間距，接地電路具有一接地金屬設於轉接層與高頻電路層相接合面，接地金屬與相鄰信號電路的距離等於高頻電路層中各信號電路與相鄰接地電路的距離。
文檔編號H05K3/46GK101374382SQ20071014753
公開日2009年2月25日 申請日期2007年8月23日 優先權日2007年8月23日
發明者簡志忠, 羅嘉和, 賴俊良, 顧偉正, 黃千惠 申請人:旺矽科技股份有限公司