TWI421502B - 探針卡 - Google Patents

Description

探針卡

本發明係有關於一種探針卡，更特定而言，是有關於一種利用透鏡及擴散板以提升測試效率及測試品質之探針卡。

探針卡係為一電子測試系統與待測半導體晶圓間之介面，以利於執行晶圓測試(Wafer Sort)。其目的在於提供測試系統與待測晶圓間之電訊號路徑，以利於晶粒於切割與封裝前進行晶圓級電路之測試與驗證。一般而言，探針卡包括印刷電路板與接觸元件(探針)，用以接觸晶圓上的晶粒(電路)焊墊。傳統探針卡亦可應用於晶圓上之影像感測器測試。

於進行晶圓級測試時，為了將測試設備所輸出之測試信號傳送至半導體晶圓，而採用收納有複數個具有導電性探針之探針卡。一般於晶圓級測試中，係利用探針卡偵測半導體晶圓上的晶粒，使探針個別接觸每個晶粒之焊墊。藉由將具有導電性的探針接觸後，進而輸入測試訊號以利執行檢查，並偵測出不良品。然而由於在半導體晶圓上形成有數百個至數萬個晶粒，因此對1片半導體晶圓進行測試時，需花費極長的時間，且隨著晶粒數目的增加而導致測試成本的上升。

為了解決上述問題，業界逐漸採用一次將探針接觸於半導體晶圓上的所有晶粒或是至少一區塊晶粒之晶圓級測試方法。於此方法中，必須將探針的前端接觸於半導體晶圓之極為精細的電極墊，因此探針前端必需精準對位，以利於將探針卡與半導體晶圓上晶粒接觸。

基於探針卡的探針與積體電路測試銲墊直接接觸，配合電測設備與軟體控制將測試訊號透過探針卡上電路板傳輸至探針以至晶片，達到自動化的晶圓級測試目的。探針的排列密度需要細微到可以對應於晶片上相鄰測試銲墊之間隙，且單一探針卡為了可廣泛應用於不同製程技術的積體電路晶圓。

然而，將傳輸線與細微尺寸的探針結構相較之下，傳輸線的線徑約略大了兩個級數以上，若要將各傳輸線對應連接至一探針，越接近探針處則傳輸線的設置越密集。為能快速量測多種電路元件特性以符合晶圓級測試的要求，探針卡上必須設有更多的探針與各電路元件對應。傳輸線的設置密度要求越高才能確切連接至探針。懸臂式探針卡(cantilever probe card)之結構，往往造成傳輸線模組工程的繁雜及困難度。

此外，垂直式探針結構之空間轉換器不但須以微機電或薄膜製程方式製作，甚至需利用特定的絕緣介質作為基底材料，使得光空間轉換器的材料與製程成本耗費遠大於探針卡電路板的製造成本。因此，探針卡如何能以最經濟實惠的線路傳輸結構，快速並全面的對高密集的電子元件作高頻電測，同時兼顧維持高頻訊號傳輸的特性阻抗，使具有最佳的高頻電測品質，實為現今探針卡製造者所面臨的一大考驗。

因此，鑑於傳統探針卡之上述缺點，本發明提供一種優於習知的結構之探針卡以克服上述缺點。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種探針卡，其係利用透鏡及擴散板以提升影像測試品質。

本發明之另一目的在於提供一種探針卡，其中使待測影像感測器得以矩陣排列方式配置以進行其電路的有效性測試，如此即可測試更多的晶粒而提升測試效率。

本發明之再一目的在於提供一種探針卡，以配合半導體積體電路的設計規則以及晶粒大小小型化趨勢之下的晶粒測試。

本發明之又一目的就是在提供一種探針卡，利用低成本的導電(橡)膠以大幅降低整個探針卡的成本。

此外，利用彈簧探針及懸臂式探針之組合可以滿足積體電路之電極墊之間越來越靠近的細節(針)距(fine pitch)之要求，並且達到測試多個待測元件。

綜上所述，依據本發明之一觀點，提出一種探針卡，包括一印刷電路板，具有第一開口；一透鏡，配置於第一開口中；一擴散板，位於第一開口中，配置於透鏡之上；以及一探針，耦接印刷電路板。本發明之探針卡更包括一透鏡架，配置於印刷電路板之上用以承載透鏡。透鏡及擴散板配置於透鏡架之開口中，透鏡架之一表面具有一斜度，與擴散板之間呈一夾角。本發明之探針配置於印刷電路板之第二開口之中，此探針得為彈簧探針。

再另一實施例中，本發明之探針卡更包括一三重板配置於印刷電路板之下，上述三重板包括上板、中板及下板，上板、中板及下板具有開口形成於其中，以利於探針配置於開口中，其中探針為彈簧探針結合懸臂式探針。

在一實施例中，本發明之探針可為微機電系統探測端。例如，探針卡包括一探測頭配置於印刷電路板之下，用於電性連接微機電系統探測端，探測頭具有一開口以利於透鏡及擴散板配置於開口中。

本發明之探針卡得包括一黏膠配置於印刷電路板上，以利於電性連接探針。

依據本發明之另一觀點，提出一種探針卡，其包括一印刷電路板，具有一開口；一透鏡，配置於開口中；導電膠，配置於印刷電路板之下；以及一探針，耦接導電膠。本發明之探針卡更包括一探測架配置於導電膠之下，電性連接探針。透鏡配置於探測架之第二開口中，透鏡配置於導電膠之第三開口中。

依據本發明之又一觀點，提出一種探針卡，包含：一印刷電路板，具有第一開口與第二開口；一第一透鏡，配置於第一開口中；一第二透鏡，配置於第二開口中；一擴散板，位於第一開口中，配置於第一透鏡之上；以及複數個探針，耦接印刷電路板。

本發明之探針卡不但克服先前技術之缺點，且可有效增加探針卡之效率及可靠度與壽命，並可大幅降低成本。

本發明將配合其較佳實施例與隨附之圖示詳述於下。應可理解者為本發明中所有之較佳實施例僅為例示之用，並非用以限制。因此除文中之較佳實施例外，本發明亦可廣泛地應用在其他實施例中。且本發明並不受限於任何實施例，應以隨附之申請專利範圍及其同等領域而定。

以下，將搭配參照相應之圖式，詳細說明依照本發明之較佳實施例。關於本發明新穎概念之更多觀點以及優點，將在以下的說明提出，並且使熟知或具有此領域通常知識者可瞭解其內容並且據以實施。

如第一圖所示，其顯示依照本發明之第一實施例之探針卡示意圖。探針卡包括探針103、黏膠110、印刷電路板106、透鏡104、擴散板(diffuser)105以及透鏡架108。值得注意者乃本發明之探針卡包括透鏡104與擴散板105以利於應用於影像感測器晶片之測試。在本實施例中，黏膠110，例如為環氧樹脂(epoxy)，配置或形成於印刷電路板106之上(下方)，以利於黏著與固定探針103。探針103電性連接印刷電路板106上之導線，以利於測試一待測元件。參考第一圖，待測元件，例如影像感測器100包含電極墊101，其一上表面具有一感測區域102，用以接收影像光束，電極墊101係為感測區域102將信號輸出(入)至(自)外界之介面。感測區域102上方可以設置一透光保護膜(未圖示)，以保護感測區域102免於粒子的汙染。探針103係用於電性連接影像感測器100上之電極墊101。個別的透鏡104配置於每一影像感測器100之上，達到固定的主光線角(Chief Ray Angle)，得以模擬較接近真實的應用情境。相較於先前技術，其無法達到本發明相同之擬真效果。本發明之具有透鏡104之探針卡，基於透鏡104之配置，相較於平行光源可得更為均勻的影像，可以更容易地檢測出影像感測區域102角落上的電路缺陷。點光源或直下式光源經過擴散板105後可以達到均勻光擴散。擴散板105之功能在於使入射光擴散，使其獲得亮度均勻之擴散。舉例而言，擴散板105可以為薄的塑膠薄膜，其材料選定可以依透光度而考量其種類，例如為無機型光擴散層形成劑、高分子型光擴散層形成劑、球型光擴散層形成劑等，或者例如為丙稀酸系樹脂中使用MS系樹脂、苯乙烯系樹脂、聚碳酸酯樹脂。為利於整合所述之透鏡104與擴散板105，一透鏡架108配置於印刷電路板106之上，用於承載透鏡104與擴散板105，透鏡架108具有一開口(window)用以曝露所述之透鏡104與擴散板105，俾利入射光線之入射。穿孔側壁剖面為一具斜度表面(非垂直)107，且表面107與擴散板105之上表面間夾角為Θ，使得透鏡104得有更廣的立體角以利光收集量。因此，上述之具有透鏡104、擴散板105之探針卡包含擴散板105配置於透鏡104之上，擴散板105與透鏡104配置於印刷電路板106之第一開口中，此開口實質上需與透鏡架108之穿孔對位。基於光源經由透鏡架108之斜角後達至擴散板105以得到更寬廣光收集量的均勻光擴散，然後再經由透鏡104之作用，光源經過影像感測器100之感測區102之後，可以得到較佳的影像品質。尤其是當較厚的印刷電路板中的窗(開)口具有高的深寬比(aspect ratio)時，透過擴散板105的尺寸設計，使得其仍然具有非常良好的影像品質。舉一實施例而言，透鏡104嵌於電極墊101之上方，仍然可以於利用懸臂式探針(cantilever needles)103(第一圖之舉例)以探測電極墊101。以本發明之架構而言，其亦利於改良式垂直式探針(即彈簧針和懸臂針之結合)之配置。

如第二圖所示，其顯示依照本發明之第二實施例之探針卡之示意圖。在本實施例中，探針卡之結構可包括有或無擴散板之結構，並且利用彈簧探針(spring pogo pins)搭配懸臂式探針以形成探針卡之接觸結構。在左側的探針卡結構中，探針卡包括彈簧探針207及懸臂式探針203、上板206a、中板206b、下板206c、206d、印刷電路板206、透鏡204、擴散板205。在一實施例中，印刷電路板206可以與四個具有不同開口口徑的上板206a、中板206b及下板206c、206d一起形成，以利於夾持彈簧探針207、透鏡204、214及連接懸臂式探針203。舉一實施例而言，上板206a、中板206b、下板206c、206d可以作為探針頭(probe head)之用。印刷電路板206配置於上板206a之上。彈簧探針207配置於上板206a的第一開口中，使得彈簧探針207之上方得以電性連接印刷電路板206上之電路，印刷電路板206再電性連接外部的一測試裝置(未圖示)。彈簧探針207之下方可以於下板206d的第一開口中電性連接懸臂式探針203之上部。參考第二圖，影像感測器200包含電極墊202，其一上表面具有一感測區域201，用以接收影像光束，電極墊202係用以將感測區域201所測得的影像信號傳送至外界。懸臂式探針203之延伸針頭得以電性連接電極墊202。個別的透鏡204嵌入於上板206a、中板206b及下板206c、206d之第二開口之中，並配置於每一影像感測器200之上，達到固定的主光線角，得以模擬較接近真實的應用情況。本發明之具有透鏡204之探針卡具有較佳的均勻影像，可以更容易地檢測出影像感測區域201角落上的電路缺陷。舉一實施例而言，一透鏡架(未圖示)可以承載透鏡204。本發明之具有擴散板205之探針卡，擴散板205配置於透鏡204及四層板(包括上板206a、中板206b、下板206c、206d)之上與印刷電路板206的開口之中。因此光源射向印刷電路板206的開口中之擴散板205時，由於擴散板205佔據了印刷電路板206開口的部份深度，使得開口的深寬比變小。基於較小的深寬比，光源經由擴散板205可以得到更均勻的光擴散，然後再經由透鏡204之作用，光源經過影像感測器200之感測區201之後，可以得到較佳的影像品質。尤其是當較厚的印刷電路板中的窗(開)口具有高的深寬比時，可以透過擴散板205的尺寸設計，使得其仍然具有非常良好的影像品質。為了滿足電子產品輕薄短小的目的，半導體積體電路的設計規則(design rule)以及晶粒大小都有朝向小型化的趨勢，在本實施例中，利用彈簧探針207及懸臂式探針203之組合可以支持越來越靠近的電極墊202之間的細節(針)距要求，並且可以測試多個待測元件。舉一實施例而言，透鏡204嵌於電極墊202之上方，仍然可以於利用探針203以探測電極墊202。再者，相較於傳統的懸臂式探針，因為其懸臂長度較短，而基於電訊號變短，所以本實施例適用於更高速(頻率)的元件測試，並且其阻抗較容易控制。

如第二圖所示，在右側的探針卡結構中，探針卡包括彈簧探針216及懸臂式探針213、上板206a、中板206b、下板206c、206d、印刷電路板206、透鏡214。上板206a、中板206b、下板206c、206d構成一四層板，印刷電路板206配置於上板206a之上。彈簧探針216配置於上板206a的第一開口中，使得彈簧探針216之上方得以電性連接印刷電路板206上之電路，印刷電路板206再電性連接外部的一測試裝置(未圖示)。彈簧探針216之下方可以於下板206d的第一開口中電性連接懸臂式探針213之上部。參考第二圖，影像感測器210包含電極墊212，其一上表面具有一感測區域211，用以接收影像光束，電極墊212係用以將感測區域211所測得的影像信號傳送至外界。懸臂式探針213之延伸針頭得以電性連接電極墊212。個別的透鏡214嵌入於上板206a、中板206b及下板206c、206d之第二開口之中，並配置於每一影像感測器210之上。同樣地，具有透鏡214之探針卡具有較佳的均勻影像，可以更容易地檢測出影像感測器210角落上的電路缺陷。舉一實施例而言，一透鏡架(未圖示)可以承載透鏡214。在右邊的探針卡結構中，並無擴散板配置於其中。因此光源射向印刷電路板206的開口中之擴散板205時，其開口的深寬比大於左邊的探針卡結構的開口深寬比。基於擴散板的有無，經由擴散板205的光路徑217與無擴散板配置之光路徑218有其差異。經由透鏡214之作用，光源經過影像感測器210之感測區211之後，可以得到較佳的影像品質。在本實施例中，利用彈簧探針216及懸臂式探針213之組合可以滿足積體電路之電極墊212之間越來越靠近的細節(針)距(fine pitch)之要求，並且達到測試多個待測元件之目的。舉一實施例而言，透鏡214嵌於電極墊212之上方，仍然可以於利用探針213以探測電極墊212。

如第三圖所示，其顯示依照本發明之第三實施例之探針卡之示意圖。在本實施例中，探針卡包括微機電系統探測端(MEMS probe tip)303、探測頭307、印刷電路板306、透鏡304、擴散板305以及透鏡架308。參考第三圖，影像感測器300包含電極墊301，其一上表面具有一感測區域302，用以接收影像光束，電極墊301係用以將訊號輸出/入至/自外界。探測端303之延伸針頭得以電性連接電極墊301。個別的透鏡304嵌入於探測頭307及印刷電路板306之開口中，並配置於每一影像感測器300之上，固定的主光線角較接近真實的應用情況。如上各實施例所云，本實施例之具有透鏡304之探針卡具有較佳的均勻影像，可以更容易地檢測出影像感測區域302角落上的電路缺陷。透鏡架308配置於印刷電路板306之上，用於承載透鏡304。探測頭307配置於印刷電路板306之下，用於電性連(承)接探測端303。擴散板305配置於透鏡304之上及透鏡架308的開口之中。因此，光源射向透鏡架308的開口中之擴散板305時，由於擴散板305佔據了透鏡架308開口的部份深度，使得開口的深寬比變小。基於較小的深寬比，光源經由擴散板305可以得到更均勻的光擴散，然後再經由透鏡304之作用，光源經過影像感測器300之感測區302之後，可以得到較佳的影像品質。尤其是當較厚的印刷電路板中的窗(開)口具有高的深寬比時，透過擴散板305的尺寸設計，使得其仍然具有非常良好的影像品質。在本實施例中，利用微機電系統探測端303可以支持越來越靠近的電極墊301之間的細節(針)距要求，並且可以測試多個待測元件。舉一實施例而言，透鏡304嵌於電極墊301之上方，仍然可以於利用探測端303以探測電極墊301。再者，相較於傳統的懸臂式探針，基於電傳遞(訊號)路徑變短，所以本實施例適用於更高速(頻率)的元件測試，並且其阻抗較容易控制。

在一實施例中，透鏡601之尺寸可以完全覆蓋影像感測器600之感測區602的大小，如第六圖所示。當透鏡601覆蓋於電極墊603上方，則傳統垂直式探針無法接觸到電極墊603，而本發明之懸臂式探針、改良垂直式探針、微機電系統(MEMS)探測端，可以避過透鏡601以接觸電極墊603。在多點配置待測元件系統700中，複數個影像感測器702以矩陣排列方式配置，使得其比對角式(Diagonal)排列有較多的待測物，其搭配周邊的信號接觸連接器(signal channel contact connector)701，以利於進行晶圓級測試，如第七圖所示。

第四圖所示為依照本發明之第四實施例之探針卡之示意圖。在本實施例中，探針卡包括彈簧探針403、上板406a、中板406b、下板406c、印刷電路板406、透鏡404、擴散板405。在一實施例中，印刷電路板406可以與三個具有不同開口口徑的上板406a、中板406b及下板406c一起形成。印刷電路板406配置於上板406a之上。彈簧探針403配置於上板406a、中板406b及下板406c的第一開口中，使得彈簧探針403之上方得以電性連接印刷電路板406上之電路，印刷電路板406再電性連接外部的一測試裝置(未圖示)。參考第四圖，影像感測器400包含電極墊401、感測區域402，彈簧探針403、透鏡404之功能、目的與上述諸實施例相仿，故不贅述在本實施例中。採用彈簧探針403，非懸臂式，可符越來越靠近的電極墊401之間的細節(針)距要求，並且可以測試多個待測元件。舉一實施例而言，透鏡404嵌於影像感測器400之上方而未覆蓋電極墊401，因此仍然可以於利用探針403以接觸及探測電極墊401。再者，相較於傳統的懸臂式探針，基於電傳遞路徑變短，所以本實施例適用於更高速(頻率)的元件測試，並且其阻抗較容易控制。

如第五圖所示，其顯示依照本發明之第五實施例之探針卡之示意圖。在本實施例中，探針卡包括探測端(probe tip)503、探測架505、導電膠506、印刷電路板507、透鏡504。參考第五圖，影像感測器500包含電極墊501，其一上表面具有一感測區域502，用以接收影像光束，電極墊501係用以將感測區域502所測得的影像信號傳送至外界。其功能、目的與第四圖之實施例相仿，除不具擴散板外，第四圖之接觸探針403與本實施例之探測端503亦不相同。探測端503之下方的針頭得以電性連接電極墊501。個別的透鏡504嵌入於探測架505、導電膠506及印刷電路板507之開口中，並配置於每一影像感測器500之上，固定的主光線角較接近真實的應用情況。本實施例中，導電膠506與探測端503的厚度很小，沒有高深寬比的問題，因此無須擴散板。導電膠506形成於印刷電路板507與探測架505之間。舉例而言，導電膠506與探測架505可以構成探針頭(probe head)。導電膠506中之導電條506a電性連接探測端503。光源經由透鏡504之作用，經過影像感測器500之感測區502之後，可以得到較佳的影像品質。在本實施例中，利用導電膠506與探測端503可以支持越來越靠近的電極墊501之間的細節(針)距要求，並且可以測試多個待測元件。基於電傳遞路徑變短，所以本實施例適用於更高速(頻率)的元件測試，並且其阻抗較容易控制。本實施例之探針卡製作成本比任何種類的垂直式探針卡相較來得便宜。

傳統式探針卡存在諸多缺點，本發明之探針卡優於傳統式探針卡，並且具有傳統式探針卡無法預期的效果。

對熟悉此領域技藝者，本發明雖以較佳實例闡明如上，然其並非用以限定本發明之精神。在不脫離本發明之精神與範圍內所作之修改與類似的配置，均應包含在下述之申請專利範圍內，此範圍應覆蓋所有類似修改與類似結構，且應做最寬廣的詮釋。

100．．．影像感測器

101．．．電極墊

102．．．感測區域

103．．．探針

104．．．透鏡

105．．．擴散板

110．．．黏膠

106．．．印刷電路板

107．．．表面

108．．．透鏡架

200、210．．．影像感測器

201、211．．．感測區域

202、212．．．電極墊

203、213．．．懸臂式探針

204、214．．．透鏡

205．．．擴散板

206a．．．上板

206b．．．中板

206c、206d．．．下板

206．．．印刷電路板

207、216．．．彈簧探針

217、218．．．光路徑

300．．．感測器

301．．．電極墊

302．．．感測區域

303．．．微機電系統探測端

304．．．透鏡

305．．．擴散板

306．．．印刷電路板

307．．．探測頭

308．．．透鏡架

400．．．影像感測器

401．．．電極墊

402．．．感測區域

403．．．彈簧探針

404．．．透鏡

405．．．擴散板

406a．．．上板

406b．．．中板

406c．．．下板

406．．．印刷電路板

500．．．影像感測器

501．．．電極墊

502．．．感測區域

503．．．探測端

504．．．透鏡

505．．．探測架

506．．．導電膠

506a．．．導電條

507．．．印刷電路板

600．．．影像感測器

601．．．透鏡

602．．．感測區

603．．．電極墊

700．．．多點配置待測元件系統

701．．．信號接觸連接器

702．．．影像感測器

上述元件，以及本發明其他特徵與優點，藉由閱讀實施方式之內容及其圖式後，將更為明顯：

第一圖係根據本發明之第一實施例之探針卡之示意圖。

第二圖係根據本發明之第二實施例之探針卡之示意圖。

第三圖係根據本發明之第三實施例之探針卡之示意圖。

第四圖係根據本發明之第四實施例之探針卡之示意圖。

第五圖係根據本發明之第五實施例之探針卡之示意圖。

第六圖係根據本發明之透鏡對應影像感測器之感測區之示意圖。

第七圖係根據本發明之多點配置待測元件系統之示意圖。

100．．．影像感測器

101．．．電極墊

102．．．感測區域

103．．．探針

104．．．透鏡

105．．．擴散板

110．．．黏膠

106．．．印刷電路板

107．．．表面

108．．．透鏡架

Claims (6)

1. 一種探針卡，包含：一印刷電路板，具有第一開口；一透鏡，配置於該第一開口中；一擴散板，位於該第一開口中，配置於該透鏡之上；以及一探針，耦接該印刷電路板，其中該探針為彈簧探針結合懸臂式探針。
2. 如請求項1之探針卡，更包括一透鏡架，配置於該印刷電路板之上用以承載該透鏡。
3. 如請求項1之探針卡，其中該探針為彈簧探針。
4. 如請求項1之探針卡，其中該探針為微機電系統探測端，一探測頭配置於該印刷電路板之下，用於電性連接該微機電系統探測端，該探測頭具有第二開口，該透鏡配置於該第二開口中。
5. 一種探針卡，包含：一印刷電路板，具有一第一開口；一透鏡，配置於該第一開口中；一擴散板，位於該第一開口中，配置於該透鏡之上；一懸臂式探針；以及 導電膠，配置於該印刷電路板之下，以利於黏著與固定該懸臂式探針。
6. 如請求項5之探針卡，更包括一探測架配置於該導電黏膠之下，電性連接該懸臂式探針。