TWI428605B - Method of Making High Frequency Probe Card - Google Patents

Description

高頻探針卡之製作方法

本發明係有關一種探針卡，尤指一種高頻探針卡之製作方法。

半導體進行測試時，測試機須透過一探針卡(probe card)接觸待測物(device under test, 簡稱DUT)，並藉由傳輸、分析電性訊號，以獲得待測物的測試結果。探針卡通常包含一基板以及若干個設置於該基板上尺寸精密的探針，每一探針產生均勻的變形量與應力而接觸待測物上的對應銲墊，以確實傳遞來自測試機的測試訊號；同時，配合探針卡及測試機之控制、分析程序，達到量測待測物的目的。

由上述說明可以得知，探針卡製作之精密度非常重要，隨著積體電路技術的進步，晶片的體積越來越小，為了進行每一顆晶片的量測，探針卡上之複數探針之間的距離逐漸減小，除此之外，晶片的處理速度也隨著科技的進步而提升，因此，探針卡的量測頻率也必須隨之提升才能銜接上晶片的需求。而高頻探針卡的精準度更大大的影響了量測的精準度，如何於製作過程中精準的進行基板以及探針的對位，實為相關企業所欲解決之問題。

而如美國發明專利公告第7656175號之「Inspection unit」，其揭露了一種探針卡結構，一般之探針卡係分別製作基板、上蓋以及下蓋，於組裝時，先於基板上插入探針後，在分別將上蓋及下蓋利用對位的方式與基板進行組裝，而將探針固定於探針卡中，基板的製作通常由工廠進行製造，而組裝對位的程序大部分由購買基板的廠商進行。另如美國專利公告第4724180號，專利名稱為「Electrically shielded connectors」，其揭露之探針卡亦同樣的必須先行製造兩段基板，在於插入探針卡後進行組裝對位以固定探針卡，同樣的，一般來說，組裝對位的過程是由購買基板的廠商自行處理。如上述所提，於高頻探針的模組中，組裝對位所要求的精準度相當高，因而費時耗力，實不符合現今廠商的需求。

本發明之主要目的，在於降低探針卡的製作時間及成本。

本發明之另一目的，在於提高探針卡的對位精準度。

為達上述目的，本發明提供一種高頻探針卡之製作方法，其包含有以下步驟：

S1：製造一探針基板，該探針基板係以層疊方式製作成多層結構，其中於製作該探針基板之層疊製作過程中，設置至少兩導電部於多層結構之中，且該至少兩導電部各具有一探針環體及一接地段，該探針環體係與該接地段電性連接，該至少兩導電部係對應且相互平行設置；

S2：於每一該探針環體之內環區域上及每一該接地段內分別形成一訊號孔及一接地孔，且該訊號孔之孔徑小於該探針環體之內徑；

S3：設置一第一接地導電體，該第一接地導電體設置在每一該探針環體的區域中，且該第一接地導電體與每一該探針環體電性連接；

S4：置入探針，完成上述之該訊號孔、該接地孔及該第一接地導電體之設置後，對應該訊號孔及該接地孔之位置分別設置一訊號探針及一接地探針，該接地探針接觸每一該接地段。

藉由上述之製作流程，基板、該訊號孔及該接地孔已於工廠生產時一併製作完成，購買基板的廠商在拿到基板之後僅需要將探針置入即可，其不需要精準的對位程序，亦可減少組裝對位的時間成本。

有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：

請參閱「圖1」及「圖2A」至「圖2G」，「圖1」係本發明一較佳實施例之立體結構示意圖，「圖2A」至「圖2G」係本發明一較佳實施例之製作流程示意圖，如圖所示：本發明係為一種高頻探針卡之製作方法，其包含有以下步驟：

S1：製造一探針基板10，該探針基板10係以層疊方式製作成多層結構，其中於製作該探針基板10之層疊製作過程中，設置至少兩導電部13於多層結構之中，在本發明實施例的圖式中，以兩導電部13為代表，依照該探針基板10電路佈局的設計，該導電部13並不侷限於特定的設計結構，可以為「圖1」的片狀結構或者其他結構，而該兩導電部13係為對稱結構，並間隔一段距離，藉此達到阻抗匹配的功能，該探針基板10為絕緣物質所製成。絕緣材料可為多層陶瓷基板（Multi-Layer Ceramic, MLC）、多層有機基板（multi-layer organic, MLO）、玻璃基板、矽基板或印刷電路板，於本實施例中，其係為低溫共燒多層陶瓷（Low-Temperature Co-fired Ceramics, LTCC）。請配合參閱「圖2A」及「圖2B」，於層疊方式製作該探針基板10時，導電部13係設置於探針基板10中，於此，該導電部13分別設置於該探針基板10的兩側接近表面處。若該探針基板10為多層陶瓷基板，可透過燒結製作該探針基板10。

S2：形成複數置針孔，請配合參閱「圖2C」所示，於該探針基板10上形成複數該置針孔，其包含有一訊號置針孔71及一接地置針孔72，該訊號置針孔71及該接地置針孔72分別與該導電部13連接。在「圖2C」中，該訊號置針孔71及該接地置針孔72是在該探針基板10上以鑽孔或其它的方式貫穿該探針基板10的兩側表面。

S3：設置一第一接地導電體40，請配合參閱「圖2D」，該第一接地導電體40形成於該訊號置針孔71之內壁周緣，於本實施例中，該第一接地導電體40係在該訊號置針孔71完成後，以電鍍的方式設置於該訊號置針孔71的內壁表面。

在步驟S3之中，更具有一步驟S3A：設置一第二接地導電體41，該第二接地導電體41同樣以電鍍的製作方式形成於該接地置針孔72的內壁周圍，於完成該第二接地導電體41之設置後，該第二接地導電體41內部形成之穿孔為一接地孔12，在步驟S3中，第二接地導電體41並非是必須製作的製程步驟，若沒有第二接地導電體41，則在「圖2C」的接地置針孔72就不需要作其他的加工，接地置針孔72可視為接地孔12。在步驟S3之中，由於接地孔(即接地置針孔72)與該導電部13為連通，在製程最後將接地探針30放入接地孔(接地置針孔72)時，接地探針30與該導電部13將電性接觸，而在步驟S3A中，第二接地導電體41之設置是為了加強該導電部13與接地探針30之間的電性連接，而接地探針30將置放於接地孔12。

S4：設置一絕緣體50，請配合參閱「圖2E」，該絕緣體50是設置在該第一接地導電體40內壁，進一步來說，在該第一接地導電體40設置完成之後，填充絕緣物質於該第一接地導電體40的內側的穿孔，再使該絕緣物質固化，接著再以鑽孔的方式在絕緣物質上貫穿該探針基板10的兩側表面形成穿孔，因而形成該絕緣體50，而這邊形成的穿孔即是一訊號孔11。

S5：置入複數探針，請配合參閱「圖2F」，將訊號探針20放置到對應該訊號孔11中，接地探針30放置到該接地孔12中，該訊號探針20藉由該絕緣體50與該第一接地導電體40電性隔離，該接地探針30則與設置在該接地孔12內的第二接地導電體41連接。需特別說明的是，若該接地置針孔72並未設置該第二接地導電體41，則該接地探針30則直接設置於該接地置針孔72內。訊號探針20及接地探針30為彈簧針(Pogo pin)的結構。由於訊號探針20及接地探針30需對應待測物（未圖示）上銲墊的位置進行排列，因此，訊號探針20及接地探針30之間的間距是固定無法調整控制的，藉由該導電部13連接該第一接地導電體40及該第二接地導電體41的結構設計，使訊號探針20與該第一接地導電體40之間接地的間距(pitch)可以受到控制，以讓訊號探針20與該第一接地導電體40具有阻抗匹配的效果，達到高頻測試的目的。進一步來說，上述的製程步驟，是控制絕緣體50的內、外徑(即訊號探針20與該第一接地導電體40之間的間距)及訊號探針20與第一接地導電體40兩者的尺寸。

除了上述之實施方式之外，本發明亦可設置一步驟S6：設置一底層基板60，請配合參閱「圖2G」，其係設置於該探針基板10鄰近一待測物（未圖示）之一側，且該底層基板60上具有一訊號固定孔61及一接地固定孔62，該訊號固定孔61之孔徑小於該訊號孔11，該接地固定孔62之孔徑小於該接地孔12。一般來說，探針基板10上方會設置在ㄧ具有空間轉換功能的基板(未圖示)上，此基板在上表面的相鄰接點具有一第一間距，下表面的相鄰接點具有一第二間距，該第一間距大於該第二間距，上述空間轉換的定義是指將基板上表面的第一間距轉換成下表面的第二間距，而在探針基板10的下方處會放置待測物以使該訊號探針20及該接地探針30點測待測物，為了避免該訊號探針20及該接地探針30的滑落，步驟S5所設置之底層基板60可用以避免該訊號探針20及該接地探針30向待測物的方向滑落。

再者，請參閱「圖3」所示，其係本發明之第二實施例之立體結構示意圖，請一併參閱「圖4A」至「圖4E」所示，其為探針基板10a於「圖3」A-A的剖視圖，而需特別說明，「圖4A」至「圖4E」係根據「圖3」A-A位置所看到的製程示意圖，並非為正規的剖面圖，其步驟包含：

S1：製造一探針基板10a，請配合參閱「圖4A」，該探針基板10a係以層疊方式製作成多層結構，其中於製作該探針基板10a之層疊製作過程中，設置至少兩導電部13a於多層結構之間，在本發明實施例的圖式中，以兩導電部13a為代表，且每個該導電部13a具有一探針環體131及一接地段132，且該探針環體131與該接地段132係電性相連接，需特別說明的是，該探針環體131之內環區域的中空部位填充有與該探針基板10a相同的板材，該探針基板10a之材質係選自於由多層陶瓷基板、多層有機基板、玻璃基板、矽基板及印刷電路板所組成之群組，如「圖3」所示，兩導電部13a須對應且相互平行設置，且分別設置於該探針基板10a的兩側接近表面處。

S2：於該探針環體131內環區域上及該接地段132內形成一訊號孔11a及一接地孔12a，請配合參閱「圖4B」，該訊號孔11a及該接地孔12a係利用鑽孔或其他加工方式形成，且該訊號孔11a之孔徑小於該探針環體131之內徑，因而該訊號孔11a與該探針環體131之間具有一定距離之間隔，使該訊號孔11a與該導電部13a之間有探針基板10a本身的材料作電性絕緣，於本實施例中，該接地段132需要有該接地孔12a的設置，才能在後面的步驟中放置探針到該接地孔12a中，因此使該接地段132形成環狀結構。

S3：設置一第一接地導電體40a，該第一接地導電體40a設置在該探針環體131的區域中，且該第一接地導電體40a與該探針環體131電性連接。而於本發明中，如「圖4C」及「圖4D」所示，其係利用鑽孔或其他加工方式對探針基板10a相應於該探針環體131之位置進行加工，需注意的是，需在該探針環體131之區域中加工，以形成一孔洞42，接著灌入導電溶液，固化後形成該第一接地導電體40a，或者，在形成該孔洞42後，直接於該孔洞42中放入導線，以作為該第一接地導電體40a。在此實施例中共設置四個第一接地導電體40a，其係以相隔90度的方式設置在該探針環體131的區域中。另需強調的是，因為孔洞42與該訊號孔11a及該接地孔12a之設置並無絕對順序關係，步驟S2及步驟S3可對調順序完成。

S4：置入探針，請參閱「圖4E」所示，完成上述之該訊號孔11a及接地孔12a及該第一接地導電體40a之設置後，對應該訊號孔11a及該接地孔12a之位置分別設置一訊號探針20及一接地探針30。該接地探針30係置入該接地孔12a，藉由該接地探針30接觸該接地段132的內壁而與該接地段132電性連接。在該訊號探針20與該探針環體131之間，藉由該探針基板10a可以間隔兩者，並使兩者絕緣。在製作探針基板10a時，控制該第一接地導電體40a與訊號孔11a的間距，可以控制訊號探針20的阻抗匹配，以達到高頻探測的目的。

S5：設置一底層基板（未圖示），本發明亦可相同於第一實施例而設置底層基板，藉此固定該訊號探針20及該接地探針30。該底層基板係設置於該探針基板10a鄰近一待測物之一側，且該底層基板上具有一訊號固定孔及一接地固定孔，該訊號固定孔之孔徑小於該訊號孔11a，該接地固定孔之孔徑小於該接地孔12a。

上述的各實施例中，探針基板要達到高頻探針卡的效果，係在探針基板內部設置至少兩個導電部，該兩導電部須分別設置於該探針基板的兩側接近表面處，且該兩導電部需互相平行，這兩導電部可視為一組訊號探針的阻抗匹配結構，該兩導電部可將接地探針的接地電位電性連接到訊號探針的周圍，以達到同軸或阻抗匹配的效果，當然兩導電部需要位在訊號探針兩端(該探針基板的兩側接近表面處)，才可使訊號探針具有阻抗匹配的效果。在本發明的探針基板中，可以同時設置多組的阻抗匹配結構(兩導電部)。

綜上所述，由於本發明利用上述之製作流程，基板以及探針孔已於工廠生產時一併製作或燒結完成，購買基板的廠商在拿到基板之後僅需要將探針置入即可，其不需要精準的對位程序，亦可減少組裝對位的時間成本。尤其是在導電部內置的狀況下，藉由本發明直接於生產工廠進行燒結動作或者其他相關製程，可避免如習知技術中，必須分成三個基板，而在將探針置入後在進行上下基板的組裝對位，造成有對位困難的問題。因此本發明極具進步性及符合申請發明專利之要件，爰依法提出申請，祈 鈞局早日賜准專利，實感德便。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明之一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。

10、10a‧‧‧探針基板

11、11a‧‧‧訊號孔

12、12a‧‧‧接地孔

13、13a‧‧‧導電部

131‧‧‧探針環體

132‧‧‧接地段

20‧‧‧訊號探針

30‧‧‧接地探針

40、40a‧‧‧第一接地導電體

41‧‧‧第二接地導電體

42‧‧‧孔洞

50‧‧‧絕緣體

60‧‧‧底層基板

61‧‧‧訊號固定孔

62‧‧‧接地固定孔

71‧‧‧訊號置針孔

72‧‧‧接地置針孔

圖1，係本發明一較佳實施例之立體結構示意圖。

圖2A-圖2G，係本發明一較佳實施例之製作流程示意圖。

圖3，係本發明之第二實施例之立體結構示意圖。

圖4A-圖4E，係本發明之第二實施例之製程示意圖。

10‧‧‧探針基板

13‧‧‧導電部

20‧‧‧訊號探針

30‧‧‧接地探針

40‧‧‧第一接地導電體

41‧‧‧第二接地導電體

50‧‧‧絕緣體

Claims (10)

1. 一種高頻探針卡之製作方法，其包含有以下步驟：
   　　S1：製造一探針基板，該探針基板係以層疊方式製作成多層結構，其中於製作該探針基板之層疊製作過程中，設置至少兩導電部於多層結構之中，且該至少兩導電部各具有一探針環體及一接地段，該探針環體係與該接地段電性連接，該至少兩導電部係對應且相互平行設置；
   　　S2：於每一該探針環體之內環區域上及每一該接地段內分別形成一訊號孔及一接地孔，且該訊號孔之孔徑小於該探針環體之內徑；
   　　S3：設置一第一接地導電體，該第一接地導電體設置在每一該探針環體的區域中，且該第一接地導電體與每一該探針環體電性連接；
   　　S4：置入探針，完成上述之該訊號孔、該接地孔及該第一接地導電體之設置後，對應該訊號孔及該接地孔之位置分別設置一訊號探針及一接地探針，該接地探針接觸每一該接地段。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高頻探針卡之製作方法，其中該探針基板之材質係選自於由多層陶瓷基板、多層有機基板、玻璃基板、矽基板及印刷電路板所組成之群組。
3. 如申請專利範圍第2項所述之高頻探針卡之製作方法，其中該探針基板係為多層陶瓷基板，透過燒結製作該探針基板的方式以固定該探針基板之多層結構的位置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之高頻探針卡之製作方法，其中於步驟S3中，係利用鑽孔對該探針基板相應於該探針環體之位置進行加工，以形成一孔洞，接著灌入導電溶液，固化後形成該第一接地導電體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之高頻探針卡之製作方法，其中於步驟S3中，係利用鑽孔對該探針基板相應於該探針環體之位置進行加工，以形成一孔洞，並於該孔洞內放置導線，以作為該第一接地導電體。
6. 如申請專利範圍第1項所述之高頻探針卡之製作方法，其中更具有一步驟：設置一底層基板，其係設置於該探針基板鄰近一待測物之一側，且該底層基板上具有一訊號固定孔及一接地固定孔，該訊號固定孔之孔徑小於該訊號孔，該接地固定孔之孔徑小於該接地孔。
7. 一種高頻探針卡之製作方法，其包含有以下步驟：
   　　S1：製造一探針基板，該探針基板係以層疊方式製作成多層結構，其中於製作該探針基板之層疊製作過程中，設置至少兩導電部於多層結構之中；
   　　S2：形成複數置針孔，於該探針基板上形成複數該置針孔，其包含有一訊號置針孔及一接地置針孔，該訊號置針孔及該接地置針孔分別與該至少兩導電部連接；
   　　S3：形成一第一接地導電體，該第一接地導電體形成於該訊號置針孔之內壁周緣；
   　　S4：設置一絕緣體，該絕緣體設置於該第一接地導電體之內壁周緣，並形成一訊號孔；
   　　S5：置入複數探針，於該訊號孔及該接地置針孔內分別設置一訊號探針及一接地探針，該接地探針接觸該至少兩導電部。
8. 如申請專利範圍第7項所述之高頻探針卡之製作方法，其中在步驟S3中，更具有一步驟S3A：設置一第二接地導電體，於該接地置針孔的內壁周緣形成該第二接地導電體，因而形成一接地孔，以置放該接地探針。
9. 如申請專利範圍第8項所述之高頻探針卡之製作方法，其中於步驟S5後，更具有一步驟S6：設置一底層基板，其係設置於該探針基板鄰近一待測物之一側，且該底層基板上具有一訊號固定孔及一接地固定孔，該訊號固定孔之孔徑小於該訊號孔，該接地固定孔之孔徑小於該接地孔。
10. 如申請專利範圍第7項所述之高頻探針卡之製作方法，其中該第一接地導電體係以電鍍方式形成於該訊號置針孔之內壁周緣。