專利名稱：測試用探針卡及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種探針卡及其制造方法，所述探針卡包括用來電性 測試形成在半導體晶片上的半導體集成電路裝置是否正常的探針(probe)。
背景技術：
通常，經過一 系列的半導體制造工序制得半導體集成電路裝置等 半導體產品，并且在其制造過程中或者制造完成后，用電性測試方式 篩選正品和次品。這種電性測試過程中，一4殳4吏用從外部輸入各種電 信號后，檢測及分析半導體集成電路反饋信號的測試設備。而為了電 連接該測試設備與半導體集成電路，需要形成有探針(probe)等電接觸 體的裝置。在液晶顯示裝置(Liquid Crystal Display)等平板顯示器(Flal Panel Display)的制造過程中或者制造完成后，也進行與上述測試相似 的過程，在此過程中也需要用來電連接測試設備與元件的形成有探針 的裝置。上述形成有探針的裝置稱為探針卡，其由探針模塊、多層陶瓷基 板(Multi Layer Ceramic substrate, MLC)、印刷電路板構成，用于測試 工序。所述探針模塊(probe module)由多個探針構成，且所述多個探針 模塊通過焊球(solder ball)貼裝在多層陶瓷基板上，并且所述多層陶瓷基 板夾著彈性塊(pogo block)與印刷電路板相連接。但是，如果多層陶資基板的平整度不一致，則布設于其上面的探 針模塊的探針高度將會不一致。因此，容易降低測試工序的精確度。發明內容本發明的目的在于提供一種提高探針平整度的探針卡及其制造方法。本發明的一實施例所涉及的探針卡，優選包括探針模塊；位于 所述探針模塊下方的陶瓷基板；連接所述探針模塊與所述陶瓷基板的 焊球，并且所述焊球的高度，最好按其位置而異。 .此外，對于各探針模塊，其焊球高度最好各不相同。而且，所述焊球高度，最好從所述陶瓷基板的中心部向周緣部逐漸變高。另外，所述焊球高度，最好從所述陶瓷基板的中心部向周緣部逐 漸變低。而且，所述各探針模塊的高度最好相互一致。此外，所述探針模塊優選包括基片(Base substrate )、形成于所述 基片上的多個探針，且所述探針模塊的高度最好為所述探針上部最頂 端的高度。而且，本發明的探針卡，優選進一步包括電路部，其形成于所 述基片下方，且具有第一焊墊；第一阻焊層，覆蓋所述電路部，且具 有露出所述第一焊墊的第一接觸部；第一中間層，其形成于所述第一 阻焊層上，而所述焊5求，最好附著在所述第一中間層上。此外，本發明的探針卡，優選進一步包括第二焊墊，其形成于 所述陶瓷基板上；第二阻焊層，其具有露出所述第二焊墊的第二接觸部；第二中間層，其形成于所述第二阻焊層上，而所述焊^^最好附著在所述第二中間層上。另外，本發明的一實施例所涉及的探針卡的制造方法，優選包括以下步驟預備附著有焊球的多個探針模塊；利用檢拾裝置，檢拾至 少一個探針模塊，并將其貼裝在陶瓷基板的預定位置上；通過提升或 降低把住探針模塊的檢拾裝置，來調整所述焊球高度，進而調整所述 探針模塊的高度。而且，所述利用檢拾裝置檢拾至少一個探針模塊，并將其貼裝在 陶瓷基板的預定位置上的步驟，優選包括將所拾探針模塊的焊球置 于陶f:基板預定位置上的步驟，以及加熱所述焊球的步驟。而且，所述加熱焊球的步驟，最好通過檢拾裝置內部，對所檢拾 的探針模塊照射激光或者利用熱源來進行。此外，所述預備附著有焊球的多個探針^t塊的步驟，優選包括 在形成有多個探針模塊的晶片上的各探針模塊焊墊上附著焊球的步 驟；從晶片分離附著有焊球的所述探針模塊，并將其裝于模塊托盤中 的步驟。而且，上述通過提升或降低把住探針模塊的檢拾裝置，來調整所 述焊球高度，進而調整所述探針模塊高度的步驟中，最好按照所述探 針模塊在陶瓷基板上的位置來調整焊球高度，使其具有不同高度。此外，最好調整所述焊球高度，使其從所述陶瓷基板的中心部向 周緣部逐漸變高。另外，最好調整所述焊球高度，使其從所述陶瓷基板的中心部向 周緣部逐漸變低。而且，所述檢拾裝置，最好通過與所述探針模塊的上表面接觸， 利用真空檢拾所述探針模塊。本發明所涉及的探針卡及其制造方法，即使陶瓷基板的平整度不 一致，或者在探針卡的組裝過程中陶瓷基板的平整度發生變化，也能 使布設于陶瓷基板上的探針模塊的探針高度與平整度基準線一致，因 此可提高測試工序的精確度。
圖l是本發明一個實施例所涉及的探針卡的立體圖；圖2是圖i的n-n線剖視圖；圖3是圖2所示探針模塊的俯視放大圖； 圖4是圖3的IV-IV線剖視圖；圖5是表示平整度基準線之中心部高于其兩邊的一實施例的示意圖；圖6是表示平整度基準線的兩邊高于其中心部的一實施例的示意圖；圖7是本發明一實施例所涉及的探針基板制造方法的示意圖，表 示從晶片分離探針模塊的步驟；圖8表示利用檢拾裝置檢拾分離出的探針模塊，并將其移到多層 陶瓷基板上的步驟；圖9表示利用檢拾裝置將探針模塊的焊球焊接在多層陶瓷基板周緣上的步驟；圖IO表示利用檢拾裝置加高焊球高度，使探針模塊的高度與平整 度基準線一致的步驟；圖11表示將另 一探針模塊焊接在多層陶瓷基板上的中央部，并使 探針模塊的高度與平整度基準線一致的步驟。圖中50:內部電路 80:模塊托盤 90:檢拾裝置 100:基片 101:孩i小溝渠 102:通孔 111:溝渠氧化膜 120:絕緣膜 130:連"l妻部件 140:籽晶層 150:橫桿 160:接觸體61:第一頂端162:第二頂端 163:第三頂端 170:電^各部 183:焊球 200:探針 1000:探針模塊 2000:多層陶瓷基板 3000:印刷電路板具體實施方式
下面，參照附圖詳細說明本發明的實施例所涉及的探針卡及其制 造方法。并且在本領域的技術人員能夠簡單實施本發明實施例的范圍 內進行說明。由于本發明的實施例能夠以多種形式實施，因此本發明 的權利要求范圍并不限于下述實施例。圖中，為清楚地顯示各層及區域，放大顯示了厚度。而且，說明 書中對相同部分均使用了相同符號。圖1是本發明的一實施例所涉及探針卡的立體圖，圖2是圖]的 線剖視圖，圖3是圖2所示探針模塊的俯視放大圖，圖4是圖3 的IV-IV線剖一見圖。如圖l及圖2所示，探針卡由多個探針模塊1000、位于所述探針 模塊1000下方的多層陶瓷基板2000、以及位于多層陶瓷基板2000下 方的印刷電路板3000構成。其中，多層陶瓷基板2000隔著彈性塊2500 與印刷電路板3000相連接。如圖3及圖4所示，探針模塊1000包括基片100、形成在基片100 上的多個探針200。基片IOO最好是單晶硅晶片，且所述基片100的部 分表面上形成有絕緣膜120。在基片100的上表面附近形成有溝渠氧化膜(trench oxidc ) 11 j, 與溝渠氧化膜111相隔預定距離的位置上形成有通孔102,且通孔02 的內部由連接部件130占據。溝渠氧化膜111由熱氧化膜形成，且其 電絕緣性及硬度非常優良。探針200包括，與基片100的連接部件130電連接的橫桿(beam ) 150，以及形成于一黃桿150的一端上且垂直方向附著在一黃桿150上的4婁 觸體160。 4黃桿150由選自鎳(Ni)、銅(Cu)、柏(Pt)、釔(Pd)、 4老 (Rh)、金(Au)、鋁(Al)中的任何一種金屬或者以上述一種金屬為 主要成分的合金構成。構成探針模塊1000的多個探針200，由第一探 針組210及與其相對置的第二探針組220構成。形成有接觸體60且 屬于第一探針組210的各探針200的一端，與形成有接觸體160且屬 于第二探針組220的各^^笨針200的一端相面對。據此，形成于一個4笨 針模塊1000內的多個接觸體160,沿Y方向配置成兩列。接觸體160，其側壁為階梯狀，且上部直徑小于下部直徑。接觸體 160由與橫桿150相接觸的第一頂端161、形成于第一頂端上面且直徑 小于第一頂端161直徑的第二頂端162、形成于第二頂端162上面且直徑小于第二頂端162直徑的第三頂端163構成。在此，第一頂端161、 第二頂端162、第三頂端163的橫截面可以是圓形、橢圓形、多角形等 各種形狀。所述接觸體160,在電性測試過程中將電連接測試設備即探 針基板與半導體集成電路。本發明一實施例中，雖然接觸體160由3個端部，即第一頂端161 、 第二頂端162、第三頂端163構成，^旦也可以具有更多的端部。并且，橫桿150的下面附著有籽晶層(seed layer) 140，所述籽晶 層140由選自4臬(Ni)、 4同(Cu)、鉑(Pt)、 4巴(Pd)、 4老(Rh)、金(Au)、 鋁(Al)中的任何一種金屬或者以上述一種金屬為主要成分的合金構成。另外，位于橫桿150下方的基片100的一部分被去掉，形成彎曲 空間(bending space ) A，以使^黃桿150能夠沿上下方向彎曲。由于形 成有彎曲空間A，橫桿150與基片100的一部分相隔一定距離。由此， 橫桿150在彎曲空間A內，沿上下方向能夠彈性^:動。此時，彎曲空間A的側壁106向外傾斜，并且所述側壁106的上 端部與橫桿150相接觸，且與橫桿150形成預定角度0。溝渠氧化膜111形成在橫桿150與彎曲空間A側壁106的邊界， 即橫桿150與基片IOO之間的邊界B上。即，在與彎曲空間A的側壁 106鄰接的位置上形成有溝渠氧化膜111。由此，溝渠氧化膜lll可防 止由于橫桿150的連續彎曲動作而集中在橫桿150與基片100邊界B 的應力所導致的界面B的損壞，且維持橫桿150與基片IOO之間電絕 緣性，從而防止漏電。如圖3所示，所述溝渠氧化膜111沿橫桿150長度方向X的垂直方向Y延伸。而且，連接部件130的周圍形成有輔助溝渠氧化膜112。所述輔助 溝渠氧化膜112沿溝渠氧化膜111長度方向Y的垂直方向X延伸，以 防止由于溝渠氧化膜111的作用，基片100向Y方向彎曲而損壞連接 部件130。彎曲空間A的表面沒有形成絕緣膜120,而為了絕緣，基片100 與籽晶層140之間形成有絕緣膜120,而且連接部件130與橫桿150通 過籽晶層140相4妻觸。橫桿150的另一端通過連接部件130與形成在基片100下方的電 路部170相連接。電路部170的一端形成有第一焊墊(solder pad) 179， 且第一阻焊層(solder resist) 181覆蓋所述電路部170。所述第一阻焊 層181具有用于露出第 一焊墊179的第 一接觸區187。通過第 一接觸區 187而被露出的第一焊墊179上形成有第一中間層182，且在所述第一 中間層182上附著有焊球(solder ball )183。第 一 中間層(Under Bump Metallurgy, UBM)182，由能夠防止焊球183擴散的防擴散層即如鈦 (Ti)等金屬層，以及用于提高焊球183潤濕性的浸潤層即如金(Au ) 或銅(Cu)等金屬層構成。焊球183由金(Au)和錫(Sn)的合金， 或者錫(Sn)、鉑(Ag)及銅(Cu)的合金構成。焊球183大小最好為數 十〃m至數百〃m 。如圖2所示，在多層陶瓷基板2000上布置有內部電路50。并且， 多層陶瓷基板2000上還形成有與內部電路50相連接的第二焊墊53。 所述多層陶瓷基板2000上形成有第二阻焊層54，其具有用于露出第二焊墊53的第二接觸區57。通過第二接觸區57而被露出的第二焊墊53 上，形成有第二中間層55,而第二中間層55上附著有焊球83。第二 中間層55，由能夠防止焊球183擴散的防擴散層即如鎳(Ni)等金屬 層，以及用于提高焊球183潤濕性的浸潤層即如金(Au )或者銅(Cu ) 等金屬層構成。而且，焊球183的一面附著在第二焊墊53上，另一面 則附著在探針模塊1000的第一焊墊179上，通過所述焊球183電連接 第一焊墊179及第二焊墊53。多個探針模塊1000貼裝在多層陶瓷基板2000上，且根據多層陶 瓷基板2000的平整度，探針模塊1000之焊球183的形成高度H有所 不同。即，當多層陶瓷基板2000的中心部為凸出形狀時，所述探針模塊 1000中位于多層陶瓷基板2000中心部的探針模塊1000的焊球183高 度H低，而探針模塊1000的焊球183越靠近多層陶瓷基板2000周緣， 其高度H越高。在此，焊球183的高度H是指影響高度的縱向直徑。 如此，根據多層陶資基板2000的平整度，以不同高度H形成探針模塊 1000的焊球183,從而能夠使所有探針模塊1000的探針200高度與平 整度基準線PL1 —致。另外，如圖2所示，所述平整度基準線PL1可以是一水平線，但 也可以如圖5及圖6所示，平整度基準線PL1的一部分或高或低。圖5所示的是平整度基準線PL2的中心部高于兩邊的一實施例， 圖6所示的是平整度基準線PL3的兩邊高于中心部一實施例。如圖5所示，當平整度基準線PL2的中心部高于兩邊時，在多層 陶瓷基板2000的上表面2001平整的條件下，所述多個探針模塊1000中位于多層陶瓷基板2000中心部的探針模塊1000的焊球183高度II 較高，而越靠近多層陶瓷基板2000周緣部，探針模塊1000的焊球]83 高度H就越低。而且，如圖6所示，當平整度基準線PL3的中心部低于兩邊時， 在多層陶瓷基板2000的上表面2001平整的條件下，所述多個探針模 塊1000中位于多層陶瓷基板2000中心部的探針模塊1000的焊球183高度n較低，而越靠近多層陶瓷基板20oo周緣部，探針模塊ooo的焊球183高度就越高。圖5及圖6只是用以說明根據相應位置可以調整焊球183高度II 的示例。即，根據需要各探針模塊IOOO可形成不同高度H的焊球183。圖7至圖ll按制造順序圖示了本發明一實施例所涉及的探針基板 的制造方法。圖7表示本發明一實施例所涉及的探針基板制造方法的第一步驟， 即從晶片分離探針模塊的步驟。圖8表示利用檢拾裝置檢拾分離出的 探針模塊，并將其移到多層陶瓷基板上的步驟。圖9表示利用檢拾裝 置將探針模塊的焊球貼裝在多層陶瓷基板周緣上的步驟。圖IO表示示 利用檢拾裝置加高焊球高度，使探針模塊的高度與平整度基準線齊平 的步驟。圖ll表示將另一探針模塊貼裝在多層陶瓷基板上的中央部， 并使探針模塊的高度與平整度基準線齊平的步驟。首先，如圖7所示，使用焊料夾壓機(SolderBumper)(未圖示) 將多個球形焊球183置于探針模塊1000的第一焊墊179上，并利用激 光或者其他熱源進行回流焊接(reflow)工序，使焊球183通過第一中間層182堅固地焊接在第一焊墊179上。接著，沿切割線切割形成有 多個探針模塊1000的晶片10，并逐次分離多個探針模塊000。其次，如圖8所示，在模塊托盤(Module Tray) 80上排列多個探 針模塊1000后，利用檢拾裝置90從模塊托盤80中檢拾(Pick-up ) — 個探針模塊1000，并將所拾取的探針模塊1000放置于多層陶瓷基板 2000的預定位置上。本發明的一實施例中，首先進行在多層陶瓷基板 2000的周緣部貼裝探針模塊1000的步驟。檢拾裝置90，通過與探針 模塊1000上表面的周緣部S接觸，利用真空方式檢拾探針模塊1000。接著，如圖9所示，利用檢拾裝置90,使探針模塊1000與多層陶 瓷基板2000接觸并施加壓力，同時通過檢拾裝置90的內部空間，對 探針模塊1000照射激光，以加熱溶化焊球183,從而使探針模塊1000 被焊接在陶瓷基板2000上。此時，探針模塊1000的焊球183被焊接 在第二焊墊53上的第二中間層55上。在此，所述多層陶瓷基板2000 在制造工序中會成型為其上表面2001的中央部呈凸出狀、具有不良平 整度的產品。因此，通過本步驟附著在多層陶瓷基板2000周緣部的探 針模塊IOOO,其高度將低于平整度基準線PL1。在此，探針模塊IOOO 的高度是指探針模塊1000之探針200上部最頂端的高度。接著，如圖IO所示，為防止探針模塊1000的高度低于平整度基 準線PL1 ，向上提升把持探針模塊1000的檢拾裝置90，加高焊球183 的高度H，使探針模塊1000與平整度基準線PL1齊平。此時，焊球 183呈長橢圓形，其長軸大致縱向平行。接著，如圖ll所示，利用檢拾裝置90在多層陶瓷基板2000的中 央部貼裝另一探針模塊1000,并使探針模塊1000的高度與平整度基準線PL1齊平。而且，反復進行圖8至圖IO所示工序，將所有探針模塊1000貼裝在多層陶瓷基板2000上，并使所有探針模塊1000的高度與 平整度基準線PL1 —致。以上，說明了在不平整的多層陶瓷基板2000上貼裝探針模塊1000， 并使探針模塊1000的高度與平整度基準線PL1 —致的情況。另一方面， 即便多層陶瓷基板2000當前的平整度良好，但在后續的探針卡組裝過 程中預期會受到壓力而導致多層陶瓷基板2000平整度的變化時，可將 探針模塊1000的高度設成高于平整度基準線PL1預定高度。從而，在 組裝完探針卡的狀態下，可使探針模塊1000與平整度基準線Pll齊平。通過預先在用于控制檢拾裝置90的計算機中設置焊球在每一位置 上的相應高度，從而可自動調節每一探針模塊1000的高度。另外，當貼裝在多層陶瓷基板2000上的多個探針模塊1000中的 某一個破損而需要更換時，可從多層陶瓷基板2000中取出該探針模塊 1000,重新把同一規格的探針模塊1000貼裝在多層陶瓷基板2000上。 因此本發明的探針卡易于維修。從多層陶瓷基板2000中取出探針模塊 1000時，用檢拾裝置90把持住該探針模塊1000的狀態下，用激光熔 化焊球183,之后再提升檢拾裝置90。雖然在上面詳細說明了本發明的較佳實施例，但本發明所要求保 護的范圍并不局限于此，在本發明技術思想的基礎上所作的各種修飾 及變更，均屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1. 一種探針卡，其特征在于，包括多個探針模塊；位于所述探針模塊下方的陶瓷基板；用于電性連接所述探針模塊與所述陶瓷基板的焊球，其中，所述焊球高度按其位置而異。
2、 根據權利要求1所述的探針卡，其特征在于 所述各探針模塊的焊球高度各不相同。
3、 根據權利要求2所述的探針卡，其特征在于 所述焊球高度，從所述陶瓷基板的中心部向周緣部逐漸變高。
4、 根據權利要求2所述的探針卡，其特征在于 所述焊球高度，從所述陶瓷基板的中心部向周緣部逐漸變低。
5、 根據權利要求2所述的探針卡，其特征在于 所述多個探針模塊的高度相互一致。
6、 根據權利要求5所述的探針卡，其特征在于 所述探針模塊包括基片及形成于所述基片上的多個探針；所述探針模塊的高度為所述探針模塊之探針上部最頂端的高度。
7、 根據權利要求6所述的探針卡，其特征在于，進一步包括 電路部，其形成于基片下方，且具有第一焊墊；第一阻焊層，其覆蓋所述電路部，且具有露出所述第一焊墊的第一才妻觸部；第一中間層，其形成于所述第一阻焊層上； 其中，所述焊球被附著在所述第一中間層上。
8、 根據權利要求7所述的探針卡，其特征在于，進一步包括 第二焊墊，其形成于所述陶資基板上；第二阻焊層，其具有露出所述第二焊墊的第二接觸部； 第二中間層，其形成于所述第二阻焊層上， 其中，所述焊球被附著在所述第二中間層上。
9、 一種探針卡制造方法，其特征在于，包括以下步驟 預備附著有焊球的多個探針模塊；利用檢拾裝置檢拾至少一個所述探針模塊，并將其貼裝在陶瓷基 板的預定位置上；通過提升或降低把住探針模塊的檢拾裝置，來調整焊球的高度， 進而調整所述探針模塊的高度。
10、 根據權利要求9所述的探針卡制造方法，其特征在于所述利用檢拾裝置檢拾至少一個探針模塊，并將其貼裝在陶瓷基 板的預定位置上的步驟包括，將所拾探針模塊的焊球置于陶瓷基板預 定位置上的步驟，以及加熱所述焊球的步驟。
11、 根據權利要求IO所述的探針卡制造方法，其特征在于所述加熱焊球的步驟是，通過貫通所述檢拾裝置內部，對所拾探 針模塊照射激光，或者利用熱源來進行的。
12、 根據權利要求9所述的探針卡制造方法，其特征在于所述預備附著有焊球的多個探針模塊的步驟包括，在形成有多個 探針模塊的晶片上的各探針模塊焊墊上附著焊球的步驟；從晶片分離 附著有焊球的所述探針模塊，并將其裝在模塊托盤中的步驟。
13、 根據權利要求9所述的探針卡制造方法，其特征在于所述通過降低把住探針模塊的檢拾裝置，來調整焊球高度，進而 調整所述探針模塊高度的步驟中，按照所述探針模塊在所述陶瓷基板 上的位置來調整焊球高度以使其具有不同的高度。
14、 根據權利要求13所述的探針卡制造方法，其特征在于 調整所述焊球高度，使其從所述陶瓷基板的中心部向周緣部逐漸沐古 又問。
15、 根據權利要求13所述的探針卡制造方法，其特征在于調整所述焊球高度，使其從所述陶瓷基板的中心部向周緣部逐漸 變低。
16、 根據權利要求13所述的探針卡制造方法，其特征在于所述檢拾裝置，通過與所述探針模塊的上表面接觸，利用真空檢 拾所述探針模塊。
全文摘要
本發明涉及一種探針卡，其包括多個探針模塊、位于探針模塊下方的多層陶瓷基板、用于電性連接探針模塊與多層陶瓷基板的焊球。其中，焊球高度按其位置而異。采用本發明的探針卡及其制造方法，即使多層陶瓷基板的平整度不一致，或者在組裝探針卡過程中多層陶瓷基板的平整度發生變化，也能使布設于多層陶瓷基板上的探針模塊的探針高度與平整度基準面一致，因此可提高測試工序的精確度。
文檔編號G01R1/067GK101221195SQ200710110928
公開日2008年7月16日 申請日期2007年6月8日 優先權日2007年1月12日
發明者柳達來 申請人:艾佩思有限公司