TW201400819A - 探針結構與薄膜式探針的製造方法 - Google Patents

Abstract

一種探針結構與薄膜式探針的製造方法。探針結構包括一薄膜式探針。薄膜式探針包括一絕緣薄膜與多數個導電條。絕緣薄膜具有相對的一第一薄膜表面與一第二薄膜表面，並具有相對的一第一薄膜側邊與一第二薄膜側邊。絕緣薄膜係由可撓材料所構成。導電條設置在絕緣薄膜的第一薄膜表面上。導電條各具有相對的一第一導電末端與一第二導電末端。導電條的第一導電末端係延伸超過絕緣薄膜的第一薄膜側邊。互相分開的導電條係呈扇狀配置，使得導電條的第一導電末端的間距係小於第二導電末端的間距。

Description

探針結構與薄膜式探針的製造方法

本發明係有關於探針結構與薄膜式探針的製造方法，特別係有關於具有薄膜式探針的探針結構。

半導體積體電路晶片的趨勢係往微形化發展，其中元件的單位密度也愈來愈高，因此，半導體積體電路晶片的訊號輸入/輸出端例如凸塊、焊墊的尺寸與間距將愈來愈小，因應晶片微小化趨勢，用以測試晶片的微探針需求也將更高。

半導體積體電路晶片在出貨前需要經過電性測試機來確認電路特性。為了因應接觸端微小的尺寸與間距，並提高對元件陣列測試的效率，電性測試機必須使用細微的探針陣列作為與待測元件電性接觸的媒介，並搭配空間轉換器來將探針陣列電性連接至接觸端之尺寸、間距更大的電路板。

然而，一般空間轉換器受限材料、製程的影響很難製作出接觸端間距符合目前待測元件或探針陣列規格。因此，克服目前問題的技術是必要的。

本發明係有關於探針結構與薄膜式探針的製造方法。薄膜式探針的製造方法簡單、成本低，且薄膜式探針係適用於測試微型化半導體結構。

根據本發明之一實施例，提供一種探針結構。探針結構包括一薄膜式探針。薄膜式探針包括一絕緣薄膜與多數個導電條。絕緣薄膜具有相對的一第一薄膜表面與一第二薄膜表面，並具有相對的一第一薄膜側邊與一第二薄膜側邊。絕緣薄膜係由可撓材料所構成。導電條設置在絕緣薄膜的第一薄膜表面上。導電條各具有相對的一第一導電末端與一第二導電末端。導電條的第一導電末端係延伸超過絕緣薄膜的第一薄膜側邊。互相分開的導電條係呈扇狀配置，使得導電條的第一導電末端的間距係小於第二導電末端的間距。

根據本發明之另一實施例，提供一種薄膜式探針的製造方法。製造方法包括以下步驟。於一絕緣材料層上形成一導電層。圖案化導電層以形成多數個導電條。導電條各具有相對的一第一導電末端與一第二導電末端。互相分開的導電條係呈扇狀配置，使得導電條的第一導電末端的間距係小於第二導電末端的間距。移除部分絕緣材料層以形成一絕緣薄膜。絕緣薄膜具有相對的一第一薄膜側邊與一第二薄膜側邊。導電條的各第一導電末端係延伸超過絕緣薄膜的第一薄膜側邊。

下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第1圖繪示根據一實施例之薄膜式探針102的上視圖。薄膜式探針102包括絕緣薄膜104與多數個導電條106。

請參考第1圖，絕緣薄膜104係具有相對的第一薄膜側邊108與第二薄膜側邊110，並具有相對的第一薄膜表面112與第二薄膜表面114。絕緣薄膜104係由可撓材料所構成，包括封裝製程中常使用的高分子材料，例如聚醯亞胺(polyimide；PI)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane；PDMS)、丙烯酸樹脂(Acrylate)或苯醯環丁烯(benzocyclobuten；BCB)。

多數個導電條106係設置在絕緣薄膜104的第一薄膜表面112上。導電條106各具有相對的第一導電末端116與第二導電末端118。於實施例中，第一導電末端116係延伸超過絕緣薄膜104的第一薄膜側邊108。互相分開的導電條106係呈扇狀配置，使得在同一個絕緣薄膜104上的導電條106其第一導電末端116的間距D1係小於第二導電末端118的間距D2。於實施例中，導電條106的第一導電末端116可作為與待測元件接觸之針頭，且其間距D1係小於50μm，在一實施例中，間距D1例如係介於20μm~50μm，，非常的微小，能因應朝向微型化發展的電子元件例如半導體積體電路晶片(未顯示)，其輸入/輸出端例如焊墊或凸塊之間的間距愈來愈小的趨勢。

請參考第1圖，，導電條106的第二導電末端118可與電性測試機其他元件接觸端接觸，其間距D2係大於50μm，例如大於100μm，能夠配合目前一般的電性測試機其他元件接觸端的間距範圍。因此實施例之薄膜式探針102得以使一般電性測試機在待測元件例如半導體積體電路晶片(未顯示)微型化的趨勢中繼續使用。雖然第1圖所 示的導電條106其第一導電末端116的寬度W1係小於第二導電末端118的寬度W2，然實施例並不限於此，於其他實施例中，導電條106亦可設計成具有實質上均一的寬度(未顯示)。導電條106的材質可包括金屬例如鎳、金、銅、鎢、鈦、鈀或上述之合金。

請參考第1圖，於一實施例中，導電條106的第二導電末端118上係可任選地具有導電凸塊120，且導電凸塊120可位於絕緣薄膜104的第二薄膜側邊110上。導電凸塊120的下表面122並不限於如第1圖所示的實質上對齊於絕緣薄膜104的第二薄膜側邊110，於一些實施例中(未顯示)，導電凸塊120的下表面122(亦可視為導電條106與導電凸塊120之間的界面)係低於絕緣薄膜104的第二薄膜側邊110約10μm，而導電凸塊120的上表面124係高於絕緣薄膜104的第二薄膜側邊110約30μm。舉例來說，導電凸塊120的材質包括鎳、錫、或其合金、或其他合適的材料。

如第1圖所示，絕緣薄膜104可定義穿孔126、128、130、132、134、136。舉例來說，穿孔126、128、130、132的尺寸係大於穿孔134、136的尺寸。於一些實施例中，穿孔126、128、130、132的直徑係大於200μm，包括200μm~300μm，例如115μm。穿孔134、136的直徑係小於20μm，例如1.45μm。實施例並不限於如第1圖所示的圓形穿孔126、128、130、132、134、136與對稱配置設計，而可視實際需求適當地使用其他形狀的穿孔與其他配置設計。

第2圖繪示根據一實施例之探針結構238的立體示意 圖，而探針結構238係包括多數個薄膜式探針202，其中，第2圖中所示的薄膜式探針202係類似於第1圖所示的薄膜式探針102，差異僅在於第2圖中所示的薄膜式探針202係省略了第1圖中所示的導電凸塊120。於其他實施例中，探針結構238可使用如第1圖所示的薄膜式探針102。

如第2圖所示，探針結構238包括多數個定位件240，定位件240係配置穿過絕緣薄膜204定義出的穿孔226、228、230、232、234、236，以定位重疊配置的薄膜式探針202，薄膜式探針202其中之一的第一薄膜表面212係面對薄膜式探針202其中另一的第二薄膜表面214，並且位在不同絕緣薄膜204上並呈扇狀配置的導電條206係互相分開。

請參照第2圖，於一些實施例中，絕緣薄膜204的厚度T1係介於1μm~50μm，例如介於1μm~12.5μm或為約25μm，導電條206的厚度T2係小於30μm，例如介於0.1μm~10μm或為約25μm。不同絕緣薄膜204上的導電條206(或其第一導電末端216，繪示於第2圖)的間距D3係小於50μm，再者，同一絕緣薄膜204上的導電條206(或其第一導電末端216)的間距D1係小於50μm，在一實施例中，間距D1例如係為20μm~50μm，換句話說，陣列排列的導電條206其第一導電末端216的間距D1、D3係非常的微小，故實施例之探針結構238可應用於測試具有高密度陣列結構的待測元件，例如半導體封裝中的半導體積體電路晶片，再者，實施例之探針結構238可一次與多個裝置接點接觸進行測試，因此可縮短測試的時間並提高出貨 速度。此外，薄膜式探針202組裝形成探針結構238的方式簡易，因此可根據實際需求任意變換探針結構238的設計，使用上富有變化性，並且能精確控制探針結構238中每個導電條206的第一導電末端216、第二導電末端218的落點高度差小，此接觸點的平整性能提高與其他元件例如待測元件形成電性接觸的效率，也能避免由於接觸點高低不平必須施加大壓力以達到整體接觸所造成的探針斷裂、損壞的問題，而提高探針結構238的使用壽命與可靠度。

請參照第3圖，其繪示沿第2圖的AB線的探針結構238的剖面圖。如第3圖所示，定位件240係配置穿過絕緣薄膜204定義出的穿孔226、230，第一薄膜表面212係面對第二薄膜表面214，而位在不同絕緣薄膜204上的導電條206係互相分開。

請參照第4圖，其繪示根據一實施例中第2圖與第3圖之探針結構238的導電條206，而未繪示探針結構238的其他元件。

第5圖至第9圖繪示根據一實施例之薄膜式探針的製造方法。

請參照第5圖，將絕緣材料層342配置在支撐基板344上。於一實施例中，絕緣材料層342係由可撓材料所構成，且支撐基板344係由硬性材料例如玻璃所構成，以支撐絕緣材料層342進行後續的步驟。舉例來說，絕緣材料層342可為移除形成在聚醯亞胺(PI)材料層上的壓延銅箔後所剩餘的聚醯亞胺材料層。於一實施例中，係利用熱移除式 (thermal release)膠帶(未顯示)將絕緣材料層342貼附在支撐基板344上。

請參照第6圖，於絕緣材料層342上形成導電層346。於一實施例中，導電層346係利用熱蒸鍍的方式形成。導電層346的厚度可為0.1μm~0.2μm，例如為0.2μm。

請參照第7圖，圖案化導電層346形成導電條306。導電條306具有相對的第一導電末端316與第二導電末端318。互相分開的導電條306係呈扇狀配置，使得第一導電末端316的間距D1係小於第二導電末端318的間距D2。於一實施例中，導電條306的形成方法包括塗佈光阻層(未繪示)例如AZ-4620光阻於導電層346(第6圖)上，然後對光阻層進行曝光、顯影步驟以形成圖案化的光阻層(未繪示)，接著移除圖案化的光阻層所露出的導電層346(第6圖)以形成導電條306(第7圖)，然後移除圖案化的光阻層。在一些實施例中，在進行圖案化步驟之後，亦可進行電鍍製程以使導電條306包括例如10μm~20μm的電鍍層，舉例來說，電鍍後的導電條306其厚度T2為15μm。

請參照第8圖，然後，舉例來說，移除支撐基板344(第7圖)，並移除部分的絕緣材料層342(第7圖)以形成如第8圖所示的絕緣薄膜304。絕緣薄膜304具有相對的第一薄膜側邊308與第二薄膜側邊310。導電條306的第一導電末端316係延伸超過絕緣薄膜304的第一薄膜側邊308。絕緣薄膜304的第二薄膜側邊310係鄰近導電條306的第二導電末端318。

請參照第9圖，移除部分絕緣薄膜304以定義多數個 穿孔326、328、330、332、334、336。實施例並不限定於先定義出第一薄膜側邊308(第8圖)、第二薄膜側邊310再定義出穿孔326、328、330、332、334、336(第9圖)的順序，也可以使用先定義出穿孔326、328、330、332、334、336再定義出第一薄膜側邊308(第8圖)、第二薄膜側邊310的順序。於實施例中，可利用雷射方法進行移除步驟，舉例來說，切割出絕緣薄膜304的第一薄膜側邊308、第二薄膜側邊310(第8圖)的雷射功率係小於定義穿孔326、328、330、332、334、336(第9圖)的雷射功率。使用的雷射可為Nd-YAG(波長355奈米)或準分子雷射(波長248奈米)，其對於材料的移除效率高且品質好。於其他實施例中，亦可利用其他適合的方法進行移除步驟，例如使用加工機。於一些實施例中，在利用雷射定義出一薄膜側邊308、第二薄膜側邊310(第8圖)與穿孔326、328、330、332、334、336(第9圖)之後，亦可利用蝕刻液，包含例如乙醇銨、氫氧化鉀或其他合適的物質，來對殘存的絕緣薄膜304進行蝕刻，以得到特徵更為精細的薄膜式探針302。於實施例中，係可應用半導體封裝製程製造薄膜式探針，對封裝業者來說，並不需要額外的設計，因此薄膜式探針的製造成本低且方法簡單，非常適合量產。

第10圖繪示根據一實施例之電性測試機所使用具有探針結構438之探針卡448的剖面圖。探針結構438係作為探針頭(probe core)。利用具有對應導電條406之第一導電末端416之穿孔陣列的導板450，如此在測試過程中，第一導電末端416便能穿過導板450的穿孔，以固定、控 制第一導電末端416的位置，使之能對準待測元件而形成良好的電性接觸，並得到精確的測試結果。

請參照第10圖，探針結構438亦可與空間轉換器452搭配使用，其中空間轉換器452內的導線(未顯示)係與導電條406之第二導電末端418形成電性接觸，以對應電路板454擴大接觸點例如焊墊或凸塊的間距，並符合電路板454之接觸點的設計。於一些實施例中，舉例來說，具有沿X方向扇開之導電條406的探針結構438可與沿Y方向扇開之導線(未顯示)的空間轉換器452搭配使用。可利用固定件456、458例如螺絲固定探針卡448之元件的位置。

如第10圖所示，外界的訊號機(未顯示)能透過電路板454、空間轉換器452與探針結構438的導電條406保持訊號耦合的關係，而對待測元件例如半導體積體電路晶片進行電性測試。

如第10圖所示，一般空間轉換器452係利用硬性材料例如陶瓷材料或鍋爐土(BT)作為基板，其中具有內部導線。基板露出的內部導線上設置有連接墊，用以與探針結構438的導電條406與電路板454形成電性接觸。空間轉換器452其受限於製程因素，例如作為基板的陶瓷材料係利用燒結技術形成，而無法使內部穿孔或導線的間距小於50μm，因此，於實施例中，必須搭配使用以可撓性材料製作而成的探針結構438作為探針頭，才能達成測試陣列接觸點間距小於50μm之待測元件的目的。應當要了解的是，實施例中的探針結構438並不限定作為探針頭(probe core)，其也能作為空間轉換器。

請參照第11圖，其繪示根據一實施例之電性測試機所使用具有探針結構538之探針卡560的剖面圖。彈性膜562係具有電路設計，例如導線或接觸凸塊。在測試過程中，壓板564係將彈性膜562推向接觸探針結構538，藉此利用彈性膜562使與外界的訊號機(未顯示)耦合的電路板554能和探針結構538的導電條516具有電性耦合的關係，讓導電條516對待測元件(未顯示)例如半導體積體電路晶片進行電性測試。於一些實施例中，亦可使用空間轉換器(未顯示)設置在探針結構538上，而在測試過程中，壓板564係將彈性膜562推向接觸空間轉換器，藉此利用彈性膜562使電路板554與探針結構538具有電性耦合的關係。可利用固定件556、558例如螺絲固定探針卡560之元件的位置。

第12圖至第17圖繪示根據一實施例之半導體結構的製造過程，其中可使用電性測試機對半導體結構進行電性測試，以取得半導體結構的電性參數，例如電阻、電感、電容值等等。

請參考第12圖，在基材666例如矽基材中定義出穿孔668。在穿孔668的側壁上形成絕緣層670。利用導電層672填充穿孔668。絕緣層670可包括環氧樹脂(epoxy)、苯環丁烯(BCB,benzocyclobutene)、聚亞醯胺(PI,polyimide)或其他合適的材料。導電層672可包括金屬例如鎳、金、銅、鎢、鈦、鈀或上述之合金。

請參考第13圖，在導電層672上形成導電重佈層674，並在導電重佈層674上形成凸塊676。導電重佈層 674可形成在介電層678中並電性連接凸塊676至導電層672。於實施例中，可利用如第10圖或第11圖所示的探針卡448、560對如第13圖所示的結構進行電性測試例如開路測試(open test)。

請參考第14圖，將第13圖所示的結構貼附至載板680。

請參考第15圖，薄化基材666直到穿孔668中的導電層672露出。

請參考第16圖，在導電層672上形成導電重佈層682，並在導電重佈層682上形成凸塊684。導電重佈層682可形成在介電層686中並電性連接凸塊684至導電層672。請參考第17圖，將薄膜架(film frame)688貼附至凸塊684上並電性連接至凸塊684。於一些實施例中，第17圖所示的半導體結構係作為承載器，並可在此步驟進行電性測試例如短路測試(short test)。之後，其他待測元件例如半導體積體電路晶片(未顯示)可貼附在如第17圖所示的薄膜架上，利用承載器承載並電性連接至半導體積體電路晶片，並可利用如第10圖或第11圖所示探針卡448、560進行電性測試。實施例並不限於利用如第17圖所示的承載器對半導體積體電路進行電性測試，而亦可根據實際需求使用其他適合的承載器。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

102、202、302‧‧‧薄膜式探針

104、204、304‧‧‧絕緣薄膜

106、206、306、406‧‧‧導電條

108、308‧‧‧第一薄膜側邊

110、310‧‧‧第二薄膜側邊

112、212‧‧‧第一薄膜表面

114、214‧‧‧第二薄膜表面

116、216、316、416、516‧‧‧第一導電末端

118、218、318、418‧‧‧第二導電末端

120‧‧‧導電凸塊

122‧‧‧下表面

124‧‧‧上表面

126、128、130、132、134、136、226、228、230、 232、234、236、326、328、330、332、334、336、668‧‧‧穿孔

238、438、538‧‧‧探針結構

240‧‧‧定位件

342‧‧‧絕緣材料層

344‧‧‧支撐基板

346‧‧‧導電層

448、560‧‧‧探針卡

450‧‧‧導板

452‧‧‧空間轉換器

454、554‧‧‧電路板

456、458、556、558‧‧‧固定件

562‧‧‧彈性膜

564‧‧‧壓板

666‧‧‧基材

670‧‧‧絕緣層

672‧‧‧導電層

674、682‧‧‧導電重佈層

676、684‧‧‧凸塊

678、686‧‧‧介電層

680‧‧‧載板

688‧‧‧薄膜架

D1、D2、D3‧‧‧間距

T1、T2‧‧‧厚度

W1、W2‧‧‧寬度

第1圖繪示根據一實施例之薄膜式探針的上視圖。

第2圖繪示根據一實施例之探針結構的立體示意圖。

第3圖繪示根據一實施例之探針結構的剖面圖。

第4圖繪示根據一實施例之探針結構的導電條。

第5圖至第9圖繪示根據一實施例之薄膜式探針的製造方法。

第10圖繪示根據一實施例之探針卡的剖面圖。

第11圖繪示根據一實施例之探針卡的剖面圖。

第12圖至第17圖繪示根據一實施例之半導體結構的製造過程。

102‧‧‧薄膜式探針

104‧‧‧絕緣薄膜

106‧‧‧導電條

108‧‧‧第一薄膜側邊

110‧‧‧第二薄膜側邊

112‧‧‧第一薄膜表面

114‧‧‧第二薄膜表面

116‧‧‧第一導電末端

118‧‧‧第二導電末端

120‧‧‧導電凸塊

122‧‧‧下表面

124‧‧‧上表面

126、128、130、132、134、136‧‧‧穿孔

D1、D2‧‧‧間距

W1、W2‧‧‧寬度

Claims (10)

1. 一種探針結構，包括一薄膜式探針，該薄膜式探針包括：一絕緣薄膜，具有相對的一第一薄膜表面與一第二薄膜表面，並具有相對的一第一薄膜側邊與一第二薄膜側邊，該絕緣薄膜係由可撓材料所構成；以及多數個導電條，設置在該絕緣薄膜的該第一薄膜表面上，該些導電條各具有相對的一第一導電末端與一第二導電末端，該第一導電末端係延伸超過該絕緣薄膜的該第一薄膜側邊，互相分開的該些導電條係呈扇狀配置，使得該些導電條的該些第一導電末端的間距係小於該些第二導電末端的間距。
2. 如申請專利範圍第1項所述之探針結構，其中該些導電條的各該第二導電末端係具有導電凸塊並位於該絕緣薄膜的該第二薄膜側邊上。
3. 如申請專利範圍第1項所述之探針結構，其係包括互相重疊配置的多數個該薄膜式探針，其中該些薄膜式探針其中之一的該第一薄膜表面係面對該些薄膜式探針其中另一的該第二薄膜表面。
4. 如申請專利範圍第3項所述之探針結構，更包括多數個定位件，配置穿過該些薄膜式探針之該些絕緣薄膜定義出的多數個穿孔，以定位重疊配置的該些薄膜式探針。
5. 如申請專利範圍第1項所述之探針結構，其中該些導電條的該些第一導電末端的間距係介於20μm~50μm。
6. 如申請專利範圍第1項所述之探針結構，其中該探 針結構係用作電性測試機的空間轉換器或探針頭。
7. 一種薄膜式探針的製造方法，包括：於一絕緣材料層上形成一導電層；圖案化該導電層以形成多數個導電條，該些導電條各具有相對的一第一導電末端與一第二導電末端，互相分開的該些導電條係呈扇狀配置，使得該些導電條的該些第一導電末端的間距係小於該些第二導電末端的間距；以及移除部分該絕緣材料層以形成一絕緣薄膜，該絕緣薄膜具有相對的一第一薄膜側邊與一第二薄膜側邊，該些導電條的各該第一導電末端係延伸超過該絕緣薄膜的該第一薄膜側邊。
8. 如申請專利範圍第7項所述之薄膜式探針的製造方法，其中在移除部分該絕緣材料層以形成該絕緣薄膜的步驟中，該絕緣薄膜係定義出多數個穿孔。
9. 如申請專利範圍第7項所述之薄膜式探針的製造方法，其中移除部分該絕緣材料層的方法包括雷射方法，於該絕緣薄膜定義該些穿孔的雷射功率係大於切割出該絕緣薄膜的該第一薄膜側邊的雷射功率。
10. 如申請專利範圍第7項所述之薄膜式探針的製造方法，其中該絕緣材料層係由可撓材料所構成，該薄膜式探針的製造方法更包括於該絕緣材料層上形成該導電層之前，將該絕緣材料層配置在一支撐基板上，該支撐基板係由硬性材料所構成。