CN2840049Y

CN2840049Y - 微弹性接触器结构

Info

Publication number: CN2840049Y
Application number: CN 200520112602
Authority: CN
Inventors: 黄雅如; 王宏杰
Original assignee: Premtek International Inc
Current assignee: Premtek International Inc
Priority date: 2005-07-05
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2015-07-05

Abstract

本实用新型提供了一种微弹性接触器结构，主要是由至少一支撑体、多个水平梁体、及一微接触结构构成。多个水平梁体相互堆叠连接，且这些水平梁体中的最底部的水平梁体与支撑体连接，而微接触结构与这些水平梁体中的最顶部的水平梁体连接，且微接触结构与支撑***于这些水平梁体的两相对端上，其中通过多个水平梁体堆叠后的厚度关系的设计，而具有想要达到的弹性常数、接触力、及偏转距离。此外，在不限定水平梁体的数量的情况下，还可在水平梁体上连接一停止件，该停止件与支撑***于同侧，并位于支撑体与微接触结构之间，用以控制微弹性接触器结构的变形量，以避免微弹性接触器结构因过度形变而损坏。

Description

微弹性接触器结构

技术领域

本实用新型涉及一种微弹性接触器结构，特别涉及一种应用于电子元件的电子信号连接(接触)的元件，且可用以对待测体进行电气测试。

背景技术

在测试高性能电气装置，如超大规模集成电路(VLSI或ULSI)时，必须使用高性能的探针(probe)或接触器(contactor)。其中，微弹性接触器(micro-spring contactor)适用于各类电子元件的电子信号连接(接触)的元件，如半导体元件的裸晶测试(bare testing)、已封装元件的烧机测试(burn-in)、印刷电路板的测试、与烧机测试等测试元件；或应用于电子元件的连接装置，如半导体元件的引线及封装。而探针卡则应用于集成电路(IC)尚未封装前，对裸晶应用探针作做功能测试，筛选出不合格品、再进行之后的封装工程。因此，其是集成电路制造中对制造成本影响相当大的重要制程；此探针卡可使成品的合格率由原来的70％提升至90％，20％的合格率贡献度对1％合格率差异都锱铢必较的半导体厂而言影响巨大。简言之，探针卡是一测试机台与晶片间的接口，每一种集成电路至少需要一片相对应的探针卡，而测试的目的是在晶片切割后使合格品进入下一封装制程并避免将不合格品继续加工而造成浪费。因此，高可信赖度(high reliability)是判断探针卡制造商竞争力相当重要的指标。

传统上，如美国专利第4,757,256号所公开的环氧树脂环式探针卡(epoxy ring probe card)，因这类探针卡具有少量、多样及弹性制造的优点，至今仍是业界所广泛能接受的技术。这类探针卡的制造方式是以人工逐根摆放的方式组装探针，再上胶固定完成环氧树脂环式探针头；再将该探针头上的探针逐根以焊锡的方式与印刷电路板(PCB)接合；之后将该组装好的探针卡置于磨针机上加工，使得对所有探针的共平面度有较好的控制，并进行对探针最后位置的检查及调整。

然而，这类环氧树脂环式探针卡虽具有制造时间短、少量、多样及弹性制造等优势，但仍有一些基本设计的缺陷。为了能有效降低探针间距、以三度空间摆放的方式降低间距，但其造成每层探针受力状况是不同的、破坏也不同，这就限制了探针数不能再增长、也不适合应用在multi-dut测试(如DARM测试)，仅适用在低脚数、低针数测试，如Logic IC。此外，探针线路太长约数mm，频宽限制约200MHz，对未来工业界所需要的频宽约1GHz而言明显不足。简言之，未来探针卡技术将往高密度探针分布、高频测试及多晶粒测试方向发展。因此，近年来有许多解决方案提出，如下说明。

美国专利第6,072,190号公开了一种探针卡，其探针以悬臂梁(cantilever beam)式摆放，微接触结构位于悬臂梁前缘、呈金字塔结构(pyramid structure)、且其探针材质为硅，并在悬臂上夹设一压电元件(piezoelectric elements)使这些探针能主动地上、下移动；电子信号连接是在悬臂梁的一侧沉积一导电薄膜以连接待测元件与检测器。众所周知，硅是一脆性材料，其在特定晶面上的材料强度较弱、接触次数(touch-down number)将较低；此外，其电气信号仅靠一薄膜传送将使阻抗提高，覆载很容易过高而短路。简言之，这类探针卡可靠性不能符合工业界的需求。

此外，美国专利第5,476,211号公开了一微电子元件弹簧互连元件的制造方法。该制造方法是以打线(wire bonding)技术在电子元件的接点(pad)上逐根焊接金线并绕成特定的探针形状，然而因为金线太软无法提供足够的材料强度，因此在其外表批覆一层较硬的材质(如镍或镍合金)形成弹簧互连元件以满足测试所需的强度。然而，该技术目前的最小间距(pitch)约90μm，随着电子元件上的接点间距日益紧密，这技术越来越难以满足所需；且由于这类弹簧互连元件制程限制其生产速度也使得其售价居高不下、并限制仅可应用在DARM测试中。

此外，美国专利第5,613,861号公开了一在基板上通过光蚀刻技术(photolithography technology)形成可图样化的弹簧互连元件(patterned spring contact)的制造方法。该制造方法是在基板上以溅镀(sputtering)沉积具有固定应力梯度的金属薄膜(如镍钴合金或铬钼合金)，再将其一侧由基板释放形成弧形形状的弹簧互连元件。该发明限制弹簧元件的厚度，使得该元件的弹性常数K(＝Force/deflection)太小，由此将无法产生对电子元件可靠的压力接触。简言之，接触力过小、造成接触阻抗过大，此外，其电气信号仅靠一数微米的薄膜传送将使阻抗提高，负载很容易过高而短路。

为克服这些缺陷，美国专利第6,640,432号(TW专利第546,803号)公开了一改进技术，其中弹簧互连元件包括可连接到基板的第一元件材料(如Pd/Co合金)，及包括具有可热转变性质的第二元件材质(如Ni/Co合金)，由此当第二元件材质的性质改变时，弹簧互连元件(shaped springs)的形状可被修正为弧形，且使弹簧元件的厚度增加，以加大该元件的弹性常数K，第一、二元件材质以电镀方式沉积。然而，根据古典力学理论可知，热转变将造成该弹簧元件的残留应力，这将使得这类弹簧元件的接触次数明显较低。

此外，美国专利第6,084,420号(TW专利第406,860号)公开了一三臂式、桥式微探针结构，该发明在微弹性机械设计上明显限制了间距再降低的能力，很难满足目前的需求。在这种情况下，该公司提出一刚性微探针设计以克服间距无法再降低的限制，如美国专利第2003/141889号(TW专利第565,529号)，然而由于该测试电子装置的微探针与待测电子元件存在一定的共平面误差，为使两者间有良好的接触需加大接触力，且由于微探针不具有弹性使得接触凸块上(contact bump)形成较深的破坏，进而影响后续的封装制程。

从上述可知，一个高可靠性、高性能的电子元件的弹簧互连元件需具备有高密度分布及体型弹性微结构特性。由于高密度分布将可符合多晶粒、平行测试及细间距接触垫测试的需求，此外，体型弹性微结构将可提供一稳定的电气连接。因此，目前更加重视了对于弹簧互连元件在整体特性上的改进。

实用新型内容

由此，本实用新型的目的在于提供一微弹性接触器结构，其除具有高频宽、高脚数、高可靠性、及多晶粒平行测试的特性之外，还可控制想要达到的弹性常数、接触力、及偏转距离。

本实用新型的另一目的在于提供一微弹性接触器结构，可在微弹性接触器结构到达弹性变形的极限之前加以阻止，以控制微弹性接触器结构的变形量，从而可避免微弹性接触器结构因过度形变而损坏。

本实用新型的另一目的在于提供一微弹性接触器结构，其可运用于半导体裸晶测试，也可应用于已封装元件的烧机测试(burn-in)、印刷电路板的测试与烧机测试等测试元件及各种需要电子信号连接(接触)的元件上。

基于上述目的，本实用新型提供了一微弹性接触器结构，主要是由至少一支撑体、多个水平梁体、及一微接触结构所构成。多个水平梁体相互堆叠连接，且这些水平梁体中的最底部的水平梁体与支撑体的一端连接，而微接触结构与这些水平梁体中的最顶部的水平梁体连接，且微接触结构与支撑***于这些水平梁体的两相对端上，其中通过多个水平梁体堆叠后的厚度关系，而具有想要达到的弹性常数、接触力、及偏转距离。

此外，在不限定水平梁体的数量的情况下，还可在水平梁体上连接一停止件，该停止件与支撑***于同侧，并位于支撑体与微接触结构之间，用以控制微弹性接触器结构的变形量，以避免微弹性接触器结构因过度形变而损坏。

因此，本实用新型具有如下优点，即，采用根据本实用新型的微弹性接触器结构可以实现避免微弹性接触器结构因过度形变而损坏的目的。

附图说明

图1-1～1-9是根据本实用新型的微弹性接触器结构的制作流程图。

图2～图4是根据本实用新型的微弹性接触器结构的其它优选

实施例的示意图。

具体实施方式

有关本实用新型的优选实施例及技术内容，现结合附图说明如下：

请依序参阅图1-1～1-9，这些附图是本实用新型的微弹性接触器结构的制作流程图。首先，请参阅图1-1，预先准备一具有空间转换(space transformer)的基板100。此基板100具备有将接触垫102重新分布、间距放大及提供很好共平面度(co-planner)的功能，并可在相反表面形成相应的接触垫104，其中，接触垫102与接触垫104通过内层线路电性连接，且接触垫104例如与测试电路(图未示出)电性连接。此外，基板100可为陶瓷基板、玻璃基板或FR-4基板等，在工业上可容易获得多层陶瓷基板(multi-layer ceramicssubstrate，MLC)或低温共烧陶瓷基板(low temperature co-firedceramics substrate，LTCC)。

接着，如图1-2，在基板100的上表面沉积一晶种层(seed layer)110，晶种层110材质可为铜(Cu)、钛(Ti)、钛/钨(Ti/W)合金或其它合适的金属，而晶种层110的目的在于向后续制造微弹性接触器的电铸(electroforming)/电镀(electroplating)制程提供一合适的电位，在本实施例中，优选地采用溅射技术沉积约5000埃的铜薄膜，其它如蒸镀、无电镀也是可行的技术。

接着，如图1-3，在基板100上涂有一光阻(图未示出)，并经曝光、显影后形成微柱状结构120(即图样化光阻)，其厚度优选地约50微米，且以本实施例而言，部分微柱状结构120对应于接触垫102的上方。之后，如图1-4，例如以电铸/电镀的方式形成与微柱状结构120厚度相当的第一金属层130，而第一金属层130需具备与制作微弹性接触器材质选择性蚀刻的特性，在本实施例中优选地为铜(Cu)。接着，如图1-5，将微柱状结构120(即图样化光阻)去除。接着，如图1-6，再例如以电铸/电镀的方式形成第二金属层140，第二金属层140需满足弹簧互连元件机械强度的需求，优选地为镍/钴(Ni/Co)合金或镍。然后，如图1-7，将高于第一金属层130的第二金属层140去除使表面保持与基板100良好的平行度，优选的加工技术有例如碾磨、抛光、或机化学抛光(CMP)。

接着，可重复上述如图1-3～1-7的制程，形成如图1-8，在第一金属层130内包括有第二金属层140的微弹性接触器200。最后，对照图1-8及图1-9，由于第一金属层130与第二金属层140具有选择性蚀刻的特性，可挑选适当的蚀刻液如氯化铁(FeCl₃)、氯化铜(CuCl₂)去除第一金属层130，并将未与微弹性接触器200接触的晶种层110移除，以释放微弹性接触器200。

值得注意的是，本实用新型的微弹性接触器结构200主要通过重复相同的制程(即上述图1-3～1-7的制程)而形成。请参阅图1-9，以本实施例而言，微弹性接触器200是由两个支撑体210、两个水平梁体220、及一微接触结构230所构成。在上述两支撑体210中，其中的一支撑体210与基板100上的连接垫102电性连接，另一支撑体210则与基板100机械性连接(即与基板电性绝缘)，而提供足够的机械强度。此外，上述两水平梁体220相互堆叠连接，且最底部的水平梁体与支撑体210连接，而微接触结构230与最顶部的水平梁体220连接，且微接触结构230与支撑体210位于这些水平梁体220的两相对端(即相异端)上。

由于本实用新型的微弹性接触器结构200利用多个水平梁体220相互堆叠的方式来控制整体厚度，进而调整水平梁体220的机械特性，以控制想要达到的弹性常数、接触力、及偏转距离等。举例而言，可通过不同的厚度设计，使得水平梁体220的较接近支撑体210的部分能具有较强的机械强度(即刚性)，并使得水平梁体220的较接近微接触结构230的部分能具有较好的挠性(即弹性)。

本实用新型的微弹性接触器结构200由于可通过重复相同制程及不同图形去定义微弹性接触器结构的形态，请参阅图2～4，其为其它的实施状态。此外，上述将多个水平梁体220相互堆叠的手段，可采用阶梯状的排列方式(即利用微阶梯制造技术(micro-stepfabrication technology))加以实现(图1-9、图2～4都有披露)。另外，本实用新型的微弹性接触器结构200，其中无须限定支撑体210的数量(即一个以上)，而且同样无须限定多个水平梁体220的数量(即两个以上)，并可依据不同的需求(如机械强度、弹性力或接触力等)进行设计。

请继续参阅图4，还可在上述最底部的水平梁体220上连接一停止件(stopper)240，此停止件240与支撑体210位于同一侧，并位于支撑体210与微接触结构230之间，用以控制微弹性接触器结构200的变形量。更详细地说，假设当微接触结构230接触待测体的接触垫时，水平梁体220会产生一朝向基板100的下压力，可通过停止件240阻止基板100的动作，以避免微弹性接触器结构200因过度形变而损毁。当然，本领域的技术人员应该知道，本实用新型的停止件240的设计，并无须如图4所示，需在水平梁体220为多数个的情况下实施，换言之，水平梁体的数量仅为单一个的情况下也可单独实施。

综上所述，本实用新型所公开的微弹性接触器的结构除可保有测试频宽(bandwidth)、缩小间距、及提升并排测试能力的优点外，还具有控制想要达到的弹性常数、接触力及偏转距离的能力。此外，本实用新型的微弹性接触器结构还可应用于许多用途，包括各种接触元件。如对单或多晶粒的功能探测(probing)或预烧(burn-in)其上接触垫形成临时的接触，而这微弹性接触器还与一些***元件形成一些接合(如印刷电路板、机构零件等)以构成一完整的测试元件，或如该微弹性接触器可作为单或多晶粒在封装上的弹簧接触元件。换言之，即，本实用新型的微弹性接触器结构可运用在半导体测试的前制程(封装前的半成品测试)或后制程(封装后的产品测试)中，或可作为封装后的产品的电连接弹性元件。当然，本实用新型的微弹性接触器结构并不局限于对晶圆或晶粒进行的测试，还可针对如印刷电路板(PCB)等电子元件或其它电子产品进行电气测试。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种微弹性接触器(200)结构，其特征在于，所述微弹性接触器(200)结构包括：

至少一支撑体(210)；

多个水平梁体(220)，所述这些水平梁体(220)相互堆叠连接，且在所述这些水平梁体(220)中的最底部的水平梁体(220)与所述支撑体(210)的一端连接；以及

一微接触结构(230)，与所述这些水平梁体(220)中的最顶部的水平梁体(220)连接，且所述微接触结构(230)与所述支撑体(210)位于所述这些水平梁体(220)的两相对端上，其特征在于，通过所述这些水平梁体(220)堆叠后的厚度关系，而具有想要达到的弹性常数、接触力、及偏转距离。

2.根据权利要求1所述的微弹性接触器(200)结构，其特征在于，所述这些水平梁体(220)为阶梯状的排列。

3.根据权利要求1所述的微弹性接触器(200)结构，其特征在于，所述微弹性接触器(200)的结构适于与一基板(100)上的一接触垫(102)电性连接，且由所述支撑体(210)的另一端与所述接触垫(102)电性连接。

4.根据权利要求3所述的微弹性接触器(200)结构，其特征在于，当所述支撑体(210)的数量为多个时，至少一所述支撑体(210)与所述基板(100)的所述接触垫(102)电性连接，而其它所述支撑体(210)与所述基板(100)机械性连接。

5.根据权利要求1所述的微弹性接触器(200)结构，其特征在于，所述微接触结构(230)的特征尺寸具有适合直接与一集成电路的接触垫接触的尺寸。

6.根据权利要求1所述的微弹性接触器(200)结构，其特征在于，所述微弹性接触器(200)的结构可通过电镀技术制成。

7.根据权利要求1所述的微弹性接触器(200)结构，其特征在于，所述微弹性接触器(200)的结构可通过电铸技术制成。

8.根据权利要求1所述的微弹性接触器(200)结构，其特征在于，所述微弹性接触器(200)的结构可通过无电镀技术制成。

9.根据权利要求1所述的微弹性接触器(200)结构，其特征在于，所述微弹性接触器(200)的结构的材质包括镍合金。

10.根据权利要求1所述的微弹性接触器(200)结构，其特征在于，所述微弹性接触器(200)的结构的材质包括镍。

11.一种微弹性接触器(200)结构，其特征在于，所述微弹性接触器(200)结构包括：

至少一支撑体(210)；

至少一水平梁体(220)，所述水平梁体(220)与所述支撑体(210)的一端连接；

一微接触结构(230)，与所述水平梁体(220)连接，且所述微接触结构(230)与所述支撑体(210)位于所述水平梁体(220)的两相对端上；以及

一停止件(240)，所述停止件(240)的一端与所述水平梁体(220)连接，且所述停止件(240)位于所述支撑体(210)的同侧，并位于所述支撑体(210)与所述微接触结构(230)之间，用以控制所述微弹性接触器(200)结构的变形量。

12.根据权利要求11所述的微弹性接触器(200)结构，其特征在于，所述微弹性接触器(200)结构适于与一基板(100)上的一接触垫(102)电性连接，且由所述支撑体(210)的另一端与所述接触垫(102)电性连接。

13.根据权利要求12所述的微弹性接触器(200)结构，其特征在于，所述支撑体(210)的数量为多个时，至少一所述支撑体(210)与所述基板(100)的所述接触垫(102)电性连接，而其它所述支撑体(210)与所述基板(100)机械性连接。

14.根据权利要求11所述的微弹性接触器(200)结构，其特征在于，所述微接触结构(230)的特征尺寸具有适合直接与一集成电路的接触垫接触的尺寸。

15.根据权利要求11所述的微弹性接触器(200)结构，其特征在于，所述微弹性接触器(200)的结构可通过电镀技术制成。

16.根据权利要求11所述的微弹性接触器(200)结构，其特征在于，所述微弹性接触器(200)的结构可通过电铸技术制成。

17.根据权利要求11所述的微弹性接触器(200)结构，其特征在于，所述微弹性接触器(200)的结构可通过无电镀技术制成。

18.根据权利要求11所述的微弹性接触器(200)结构，其特征在于，所述微弹性接触器(200)的结构的材质包括镍合金。

19.根据权利要求11所述的微弹性接触器(200)结构，其特征在于，所述微弹性接触器(200)的结构的材质包括镍。