CN1661376A - 探针卡 - Google Patents

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CN1661376A CN200510007499XA CN200510007499A CN1661376A CN 1661376 A CN1661376 A CN 1661376A CN 200510007499X A CN200510007499X A CN 200510007499XA CN 200510007499 A CN200510007499 A CN 200510007499A CN 1661376 A CN1661376 A CN 1661376A
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Abstract

探针卡。本发明的目的是提供一种可在不形成通孔的情况下轻易地设置一布线图案、同时使用硅基底作为支撑基底的探针卡。所述探针卡包括：一支撑基底(100)，其一个表面被形成为具有一个台阶的金字塔形；多个探针(200)，其被设置在所述支撑基底(100)的较厚部分的表面上；多个凸块(110)，其被设置在所述支撑基底(100)的较薄部分的表面上；以及多个布线图案(120)，其被设置在所述支撑基底(100)的所述一个表面上且使每一所述探针(200)与每一所述凸块(110)电连接。

Description

探针卡
技术领域
本发明涉及一种用于测量待测物体的电特性的探针卡。
背景技术
此类探针卡包括如图9所示的探针卡，其包括：一支撑基底10，其具有填充了导电材料的通孔11；多个探针20，其被设置在该支撑基底10的表面上并且通过布线图案12与所述通孔11中的导电材料电连接；以及一主基底30，其被设置成与支撑基底10的背面相对，且在与所述支撑基底背面相对的主基底30的表面上设置了凸块13，其中，在支撑基底10的背面上设置了将与通孔11中的导电材料电连接的凸块13，且这些凸块13可与所述设置在主基底30上的凸块13相接触。
由于这种探针卡可能在温度变化很大的测量中使用，为了与所要测量的物体的热膨胀相匹配，所以已将会与待测物体一同热膨胀的硅基底用作支撑基底(例如，专利文献1)。
专利文献1：日本专利特开第2000-121673号
但是，考虑到硅基底的卷曲或坚实性，若要将硅基底用作支撑基底，其厚度就必须不小于500微米。在使用厚度不小于500微米的硅基底时形成通孔极为困难。这是因为当使用厚度不小于500微米的硅基底时，在形成通孔过程中(在该过程中形成直径不大于100微米的孔，其将被填充以导电材料)，所述孔可被形成但却无法被适当填充以导电材料，或即使所述孔可被适当地填充，也要花费大量时间，从而导致了成本增加这一重要问题。
这一问题似乎可通过不在探针卡的支撑基底中形成通孔，而是在支撑基底的表面上设置凸块来予以解决，其中所述凸块将通过布线图案与探针连接。但是，随着待测物体的集成性的增大，在某些情况下，凸块高度变得比越加精细的探针的高度更高。另外，因为凸块与柔性基底等相连以便与主基底的凸块电连接，加上了柔性基底高度的凸块高度变得比探针高度更高。如所描述的，随着凸块比探针更高，在使用探针卡来测量待测物体时，凸块比探针更早地与所要测量的物体的电极或表面相接触，因而所述探针卡无法再用于测量高度集成的待测物体。换句话说，另一问题在于所述探针卡不适于前述待测物体的测量。虽然可考虑使用高度较探针为小的凸块，但因为在测量过程中，探针弹性地变形以便在探针与待测物体的电极之间获得指定的接触压力，所以凸块仍可能与待测物体相接触。也就是说，以上问题依然存在。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而产生的，且本发明的第一目的是提供一种探针卡，其能适用于高度集成的待测物体而不形成前述通孔，同时将硅基底用作支撑基底。本发明的第二目的是提供一种探针卡，能轻易在其中形成前述通孔，同时其将硅基底用作支撑基底。
为了实现上述第一目的，本发明的第一种探针卡包括：一支撑基底，其一个表面具有多个探针和多个通过布线图案与所述探针电连接的凸块；及一主基底，其与所述支撑基底的另一表面相对，且与所述支撑基底上的凸块电连接，其特征在于：所述支撑基底的所述一个表面被形成为具有一个或多个台阶的凸形，且所述探针被设置在支撑基底的所述一个表面的顶部台阶的表面上，同时所述凸块被设置在支撑基底的所述一个表面的较下台阶的表面上。
为了实现上述第二目的，本发明的第二种探针卡包括：一支撑基底，其一个表面具有多个探针而其另一个表面具有多个凸块，所述凸块与所述探针电连接；及一主基底，其与所述支撑基底的另一个表面相对，且与所述支撑基底上的凸块电连接，其特征在于：所述支撑基底的所述一个表面被形成为具有一个或多个台阶的凸形，在支撑基底的所述一个表面上，从顶部台阶的表面到底部台阶的表面设置有多个布线图案，所述探针被设置在所述顶部台阶的表面上，其中所述探针各自与每一所述布线图案的一个端部电连接，而多个第一通孔被形成于支撑基底的所述一个表面的底部台阶中，且每一所述凸块通过导电材料与每一所述布线图案的另一端部电连接，其中所述导电材料被设置在每一所述第一通孔内。
在第一种探针卡中，凸块间的间距比探针间的间距更大。类似地，在第二种探针卡中，第一通孔间的间距比探针间的间距更大。
在支撑基底的所述一个表面上依次堆叠了接地层(ground layer)和绝缘层，布线图案被形成于所述绝缘层的表面上。
此外，形成从支撑基底的所述一个表面的顶部台阶的表面到支撑基底的另一表面的第二通孔。在这种情况下，最好在支撑基底的所述另一表面上的形成第二通孔之处设置一凹入部分。
支撑基底的所述一个表面最好被形成为具有一个或多个台阶的金字塔形。
在根据本发明的权利要求1所述的探针卡的情况下，支撑基底的一个表面被形成为具有一个或多个台阶的凸形，且探针被设置在顶部台阶的表面上，同时凸块被设置在任一较下台阶的表面上。这使得即使在探针与待测物体的电极接触时，也能防止凸块与待测物体的电极或表面相接触。因而，即使待测物体的集成性增加及探针随之变得越加精细，凸块的位置也不会比探针的位置更高，从而可充分适应所要测量的物体。此外，支撑基底的所述一个表面被形成为具有一个或多个台阶的凸形。这种形状可确保支撑基底具有必要的厚度。
在根据本发明的权利要求2所述的探针卡的情况下，支撑基底的一个表面被形成为具有一个或多个台阶的凸形，这种形状可确保支撑基底具有必要的厚度。此外，由于通过将支撑基底的一个表面形成为具有一个或多个台阶的凸形而设置了较薄部分(从支撑基底的所述一个表面的底部台阶的表面到支撑基底的另一表面)，所以第一通孔的形成可轻易地通过在所述较薄部分中形成第一通孔(其将被填充以导电材料)来实现。因此，与常规的例子相比较而言，可减少开通第一通孔所用的加工时间，而这可促进成本降低。此外，这样形成第一通孔有利于布线图案的简易设置，因为布线图案也可通过所述第一通孔而被设置在支撑基底的背面上。
在根据本发明的权利要求3所述的探针卡的情况下，凸块的间距或第一通孔的间距比探针的间距更宽。这可方便布线图案的设置。
在根据本发明的权利要求4所述的探针卡的情况下，在支撑基底的较厚部分(从支撑基底的一个表面的顶部台阶的表面到支撑基底的另一表面)中形成第二通孔，且每一用于连接的探针将被***于各个第二通孔中。因为用于连接的探针可能用于电源线或信号源线，所以与常规的例子相比而言，可减少要设置在支撑基底表面上的布线图案的数目。这可方便布线图案的设置。
在根据本发明的权利要求5所述的探针卡的情况下，在支撑基底的另一表面上的形成第二通孔之处设置一凹入部分。因此，与第二通孔被形成于支撑基底的较厚部分中的情况相比较而言，将第二通孔形成于所设置的凹入部分中可方便第二通孔的形成。
在根据本发明的权利要求6所述的探针卡的情况下，可产生与权利要求1的情况相同的效果。
附图说明
图1为根据本发明的第一实施例的探针卡的示意截面图。
图2为相同探针卡的支撑基底的示意平面图。
图3为图1中的α部分的放大示意图。
图4为一视图，其显示改变了该相同探针卡的设计的一个实例，其中(a)为支撑基底的示意平面图，而(b)为沿(a)中的线A-A截取的截面图。
图5为支撑基底的示意截面图，其显示改变了该相同探针卡的设计的另一实例。
图6为根据本发明的第二实施例的探针卡的示意截面图。
图7为一视图，其显示改变了该相同探针卡的设计的一个实例，其中(a)为支撑基底的示意平面图，而(b)为沿(a)中的线A-A截取的截面图。
图8为支撑基底的示意截面图，其显示改变了该相同探针卡的设计的另一实例。
图9为常规的例子中的探针卡的示意截面图。
具体实施方式
以下将描述本发明的实施例。
实例1
首先，将参照附图来描述根据本发明的第一实施例的探针卡。图1为根据本发明的第一实施例的探针卡的示意截面图，图2为相同探针卡的支撑基底的示意平面图，图3为图1中的α部分的放大示意图，图4为一视图，其显示改变了该相同探针卡的设计的一个实例，其中(a)为支撑基底的示意平面图而(b)为沿(a)中的线A-A截取的截面图，且图5为支撑基底的示意截面图，其显示改变了该相同探针卡的设计的另一实例。
图1和图2所示的探针卡A是用于测量待测物体(未图示)的测量装置(未图示)的感测部分，包括：一支撑基底100；多个探针200，其将设置于支撑基底100的一个表面上；及一主基底300，其被布置成与支撑基底100的另一表面相对。每一部件在下文中予以详细描述。
将硅基底用作支撑基底100。通过各向异性蚀刻，支撑基底100的一个表面被形成为具有一个台阶的金字塔形(即，凸形)。支撑基底100的所述一个表面的这一台阶部分为倾斜的。此外，通过气相沉积、电镀、蚀刻等而形成依次堆叠于支撑基底100的所述一个表面上的接地层101、绝缘层102及多个布线图案120。支撑基底100的较厚部分的厚度为500微米到1500微米，而其较薄部分的厚度为100微米到500微米。
在支撑基底100的较厚部分的表面上(即，在所述布线图案120的一个端部上，所述端部在支撑基底100的所述一个表面的顶部台阶的表面上)，设置多个探针200，这些探针呈具有指定间距的两行。各行中的探针200彼此相对。另一方面，在支撑基底100的较薄部分的表面的每一边缘上(即，在所述布线图案120的另一端部上，所述端部在支撑基底100的所述一个表面的每一较下台阶的表面上)，设置多个凸块110，这些凸块的间距比探针200的间距更宽。通过多个布线图案120，所述探针200和所述凸块110彼此之间形成电连接。在支撑基底100的所述一个表面上依次堆叠接地层101、绝缘层102及多个布线图案120，以构成微带线(microstrip lines)。
此外，为支撑基底100上的绝缘层102提供电路元件103，所述电路元件103与布线图案120电连接。这种电路元件103是使用探针200进行电测量过程中必要的元件，且在此处，可使用充当所谓“passcon”(旁路电容器)的电容器和起到BOST(外置自检(Build Out Self Test))作用的电路元件，其中所述BOST用于协助测试(即，测量待测物体B的电特性)。所述电容器用以促进高频特性的改善。取决于对待测物体B的测试内容的不同，所述具有如BOST的功能的电路元件以不同方式起作用。
重复以下过程以便在布线图案120上一体地形成探针200：将一光敏薄膜施加到支撑基底100的较厚部分上的布线图案120上，在这一光敏薄膜上形成一图案以进行电镀。如图3所示，形成的每一探针200具有：一个第一四分之一弧形部分210，其一个端部由所述绝缘层102支撑，以及一个第二四分之一弧形部分220，其与第一四分之一弧形部分210的另一端部相连且比第一四分之一弧形部分210略短。探针200的顶部是接触部件，其用以与待测物体的电极相接触。
主基底300被安装成与支撑基底100相接触，且在此处将印刷电路板用作主基底300。在主基底300中形成多个填充有导电材料311的通孔310。此外，在主基底300的一个表面(即安装支撑基底100的表面)上设置了多个凸块320，这些凸块320与通孔310中的导电材料311电连接。凸块320通过柔性基底400而与支撑基底100的凸块110相连。
在主基底300的另一表面上，形成布线图案330，其中，每一布线图案330的一个端部与通孔310中的导电材料311电连接。布线图案330的另一个端部与一未图示的外部电极电连接，且布线图案330通过此外部电极而电连接到测量装置。
换句话说，从测量装置输出的信号被依次传输通过外部电极、布线图案330、导电材料311、凸块320、柔性基底400、凸块110、布线图案120及探针200。
这样构成的主基底300被安装在测量装置的探针器上，然后探针卡A被用于测量待测物体的电特性。下文将具体描述其使用方法。
首先，启动探针器驱动装置，并使支撑基底100与待测物体彼此相对接近。这使探针200的顶部与待测物体的电极相接触。随后，使支撑基底100与待测物体进一步彼此相对接近，以致探针200被待测物体的电极压迫(换句话说，执行过压(overdrive))。此时，由于探针200是设置在支撑基底100的较厚部分上，所以支撑基底100不会在通过探针200而作用于其上的压力下弯曲。
在此过程中，随着探针200弹性地变形，每一探针200中的所述第二四分之一弧形部分220的顶部与支撑基底100的表面相接触，如图3所示，且接着(按图3中箭头方向)在支撑基底100的表面上移动。同时，探针200的顶部在待测物体的电极上滑动。由此可确保在探针200与待测物体的电极之间导电所需的指定的接触压力，以及确保指定的摩擦量(amount scrubbed)，以便促进稳定的接触。
在如此描述的探针卡A的情况下，由于探针200是设置在支撑基底100的较厚部分上，所以当探针200与待测物体的电极相互接触时，支撑基底100不会在通过探针200而作用于其上的压力下弯曲。这使得可进行稳定的测量。此外，因为支撑基底100的所述一个表面被形成为具有一个台阶的金字塔形，且探针200被设置在较厚部分的表面上(即，在顶部台阶的表面上)，同时凸块110被设置在较薄部分的表面上(即，在较下台阶的表面上)，所以当探针200与待测物体的电极接触时，凸块110不会与待测物体相接触。也就是说，即使待测物体的集成性增加及探针200随之变得越加精细，凸块110的位置也不会比探针200的位置更高，从而可充分适应待测物体。
尽管在上文描述中支撑基底100的所述一个表面被形成为具有一个台阶的金字塔形，但是其也可被形成为具有一个或多个台阶的凸形，且可(例如)被形成为阶梯形。尽管描述了将接地层101和绝缘层102依次堆叠于支撑基底100上，但这些层并非必需设置的。在未设置这些层的情况下，凸块110、布线图案120和探针200被形成在支撑基底100的所述一个表面上。此外，在将支撑基底100的所述一个表面形成为具有一个或多个台阶的凸形的情况下，凸块110可被设置在任一较下台阶的表面上。此外，尽管描述了所述支撑基底100是硅基底，但当然可使用另一种基底。
此外，如图4所示，可在支撑基底100的较厚部分中形成直径为50微米到100微米的通孔105(即，第二通孔)。通孔105从支撑基底100的所述一个表面的顶部台阶的表面到支撑基底100的另一表面形成。此外，每一用于连接的探针500被***于各个通孔105中。在将用于连接的探针500用作电源线的情况下，每一通孔105被设置于探针200之间，如图4(b)所示。也就是说，每一用于连接的探针500的前端从探针200之间突出，并与用作待测物体的电源的电极相接触，而探针500的后端与测量装置电连接。
另一方面，在将用于连接的探针500用作信号线的情况下，将通孔105形成于这样的位置中以使用于连接的探针500可与布线图案120电连接。在用于连接的探针500与布线图案120接触的同时，其又与主基底300的一个表面上的布线图案(未图示)相接触，从而将主基底300与布线图案120电连接。此外，如图5所示，可在支撑基底100的较厚部分的另一表面设置一个圆柱形凹入部分106，接着从该凹入部分106形成所述通孔105。这种设置可以方便通孔105的形成。应注意用于连接的探针500被配置成具有弹性，以便通过指定的接触压力而与待测物体的电极、布线图案120或主基底300上的布线图案相接触。例如，所述探针500可包括介于其间的弹簧等，或可具有一个弯曲部分(参看图5)。
所使用的探针200的形状不限于该实例中的前述形状，而可为任意形状。
实例2
接下来，将参看附图来描述根据本发明的第二实施例的探针卡。图6为根据本发明的第二实施例的探针卡的示意截面图，图7为一视图，其显示改变了该相同探针卡的设计的一个实例，其中(a)为支撑基底的示意平面图，而(b)为沿(a)中的线A-A截取的截面图，且图8为支撑基底的示意截面图，其显示改变了该相同探针卡的设计的另一实例。
图6所示的探针卡A’包括一支撑基底600和多个设置在所述支撑基底600上的探针200。这种探针卡A’具有几乎与探针卡A相同的配置，但不同之处在于多个通孔630(第一通孔)被形成于支撑基底600的较薄部分中。以下将详细描述这一差异，而对重复部分的说明将省略。
支撑基底600具有几乎与支撑基底100相同的配置，差异仅在于：在较薄部分中形成通孔630，且将凸块610设置于支撑基底600的另一表面(而非所述一个表面)上的一位置处以使其可与通孔630中的导电材料631相接触。形成从支撑基底600的所述一个表面的较下台阶的表面到支撑基底600的另一表面的直径为50微米到100微米的孔，接着将其填充以导电材料631，从而构成通孔630。在形成通孔630后，以与支撑基底100的情况相同的方式，在支撑基底600的所述一个表面上依次形成接地层601、绝缘层602和多个布线图案620。通孔630中的导电材料631使所述接地层601与所述凸块610电连接。通过在绝缘层602中形成的开口上气相沉积所述布线图案620而使接地层601与布线图案620彼此电连接。当这种支撑基底600安装在主基底300上时，支撑基底600上的凸块610与主基底300上的凸块320相接触。这导致在支撑基底600与主基底300之间形成电连接。
换句话说，从测量装置输出的信号被依次传输通过主基底300的外部电极(未图示)、布线图案330、导电材料311、凸块320、凸块610、导电材料631、接地层601、布线图案620及探针200。
这样构成的探针卡A’的主基底300被安装在测量装置的探针器上，然后探针卡A’被用于测量待测物体的电特性。下文将具体描述其使用方法。
首先，启动探针器驱动装置，并使支撑基底600与待测物体彼此相对接近。这使探针200的顶部与待测物体的电极相接触。随后，使支撑基底600与待测物体进一步彼此相对接近，以致探针200被待测物体的电极压迫(换句话说，执行过压)。此时，由于探针200是设置在支撑基底600的较厚部分上，所以支撑基底600不会在通过探针200而作用于其上的压力下弯曲。
在此过程中，随着探针200弹性地变形，每一探针200中的所述第二四分之一弧形部分220的顶部与支撑基底600的表面相接触，且接着在支撑基底600的表面上移动。同时，探针200的顶部在待测物体的电极上滑动。由此可确保在探针200与待测物体的电极之间导电所需的指定的接触压力，以及确保指定的摩擦量，以便促进稳定的接触。
在如上配置的探针卡A’的情况下，可实现与探针卡A相同的效果。此外，因为通过将支撑基底600的一个表面形成为具有一个台阶的金字塔形，而在支撑基底600中提供了较薄部分，所以形成通孔630可轻易地通过在该较薄部分中形成所述通孔630来实现。换句话说，与常规的例子相比较而言，可大大减少形成通孔630所用的加工时间，这可降低生产费用从而促进成本降低。此外，在这种配置中，仅通过将支撑基底600安装到主基底300上就可将二者彼此电连接，其导电性与像探针卡A(其中，将柔性基底400用于电连接)一样的情况相比毫不逊色。也就是说，同样由于这一方面，因为可轻易组装探针卡A’，所以可减少生产时间，从而促进了成本降低。
尽管在上文描述中支撑基底600的所述一个表面被形成为具有一个台阶的金字塔形，但是其也可被形成为具有一个或多个台阶的凸形，且可(例如)被形成为阶梯形。尽管描述了将接地层601和绝缘层602依次堆叠于此支撑基底600上，但这些层并非必需设置的。此外，尽管描述了所述支撑基底600是硅基底，但当然可使用另一种基底。
此外，如图7所示，可在支撑基底600的较厚部分中形成直径为50微米到100微米的通孔605(即，第二通孔)。通孔605从支撑基底600的所述一个表面的顶部台阶的表面到支撑基底600的另一表面形成。此外，每一用于连接的探针500被***于各个通孔605中。在将用于连接的探针500用作电源线的情况下，每一通孔605被设置于探针200之间。也就是说，每一用于连接的探针500的前端从探针200之间突出，并与用作待测物体的电源的电极相接触，而探针500的后端与测量装置电连接。
另一方面，在将用于连接的探针500用作信号线的情况下，将通孔605形成于这样的位置中以使用于连接的探针500可与布线图案620电连接。换句话说，在用于连接的探针500与布线图案620接触的同时，其又与主基底300的一个表面上的布线图案(未图示)相接触，从而使支撑基底600与主基底300电连接。此外，如图8所示，可在支撑基底600的较厚部分的另一表面设置一个圆柱形凹入部分606，接着从该凹入部分606形成所述通孔605。这种设置可以方便通孔605的形成。应注意用于连接的探针500被配置成具有弹性，以便通过指定的接触压力而与待测物体的电极、布线图案620或主基底300上的布线图案相接触。例如，所述探针500可包括介于其间的弹簧等，或可具有一个弯曲部分(参看图8)。
尽管描述了将通孔630配置成被填充以导电材料631，但是导电材料631可被电镀在通孔630的内壁上，以便通过所述内壁上的导电材料631使凸块610与接地层601电连接。
所使用的探针200的形状不限于该实例中的前述形状，而可为任意形状。
尽管在上面的描述中，主基底300以接触状态安装在支撑基底100或支撑基底600上，但是当然主基底300也可能经由诸如螺杆的支撑部件以分离状态连接到支撑基底100或支撑基底600。

Claims (6)

1.一种探针卡，包括：一支撑基底，其一个表面具有多个探针和多个通过布线图案与所述探针电连接的凸块；及一主基底，其与所述支撑基底的另一表面相对，且与所述支撑基底上的所述凸块电连接，其特征在于：
所述支撑基底的所述一个表面被形成为具有一个或多个台阶的凸形，且所述探针被设置在所述支撑基底的所述一个表面的顶部台阶的表面上，同时所述凸块被设置在所述支撑基底的所述一个表面的较下台阶的表面上。
2.一种探针卡，包括：一支撑基底，其一个表面具有多个探针而其另一个表面具有多个凸块，所述凸块与所述探针电连接；及一主基底，其与所述支撑基底的所述另一个表面相对，且与所述支撑基底上的所述凸块电连接，其特征在于：
所述支撑基底的所述一个表面被形成为具有一个或多个台阶的凸形，在所述支撑基底的所述一个表面上，从顶部台阶的表面到底部台阶的表面设置有多个布线图案，
所述探针被设置在所述顶部台阶的表面上，其中所述探针各自与每一所述布线图案的一个端部电连接，而多个第一通孔被形成于所述支撑基底的所述一个表面的所述底部台阶中，且
每一所述凸块通过导电材料与每一所述布线图案的另一端部电连接，其中所述导电材料被设置在每一所述第一通孔内。
3.根据权利要求1或2所述的探针卡，其特征在于：所述凸块的间距或所述第一通孔的间距比所述探针的间距更大。
4.根据权利要求1或2所述的探针卡，其特征在于：多个第二通孔从所述支撑基底的所述一个表面的所述顶部台阶的表面穿透到所述支撑基底的所述另一个表面。
5.根据权利要求3所述的探针卡，其特征在于：所述支撑基底的所述另一个表面形成有一凹入部分，所述第二通孔穿透该部分。
6.根据权利要求1、2或3所述的探针卡，其特征在于：所述支撑基底的所述一个表面被形成为具有一个或多个台阶的金字塔形。
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