TWI834270B - 探針卡結構及其製作方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種探針卡結構及其製作方法。探針卡結構包括一連結板及多個同軸傳輸結構。連結板包括設有多個導電通孔的第一基板,及第二基板。每一同軸傳輸結構包括一嵌入段及一自嵌入段延伸的延伸段。嵌入段埋設於相應的導電通孔,並電性接觸導電通孔的導電層,且嵌入段在一水平方向的寬度小於延伸段在該水平方向的寬,以及延伸段的一端固持於第二基板,藉此優化探針卡的傳輸路徑。

Description

探針卡結構及其製作方法
本發明是有關一種電性測試技術領域,特別是指一種探針卡結構及其製作方法。
積體電路(integrated circuit,IC)無論在封裝前或封裝後都需經過測試系統測試,除了用以進行良品篩選,還能獲取各種電氣特性參數,建立用於電路設計的器件模型,進而提升產品的市場競爭力。探針卡即是作為待測電子元件與測試系統之間的連接媒介,以使得測試系統可通過探針卡將測試信號傳遞至電子元件。
現行探針卡包括上板、下板及設在上、下板之間的多個同軸纜線,其中該上板為電路板,並形成有多個過孔,用以埋設導電柱,該下板支撐該多個同軸纜線。每一同軸纜線的一端焊接於相應的導電柱的一端,另一端焊接於該下板,其中該導電柱的另一端電連接於自動測試機台。換句話說,傳統探針卡的訊號傳輸路徑是由自動測試機台先接觸上板內的導電柱,再藉由導電柱連接上板外的同軸纜線,最後透過同軸纜線以焊接方式連接上板內的導電柱及下板。由此可見,上述的訊號傳輸路徑歷經多次介面轉換而造成多處阻抗的不連續。進一步說,同軸纜線及導電柱為不同的物件,且同軸纜線兩端的焊錫以及上板內的導電柱皆是不連續的傳輸路徑,使同軸纜線的訊號傳輸路徑因拆分成接地-信號線-接地(GSG)三點焊接在上板與下板,進而導致傳輸特性變差、增加訊號傳輸路徑的損耗,且產生多個阻抗不連續點。
本發明之一目的在於提供一種探針卡結構及其製作方法,用以改善傳統探針卡的訊號路徑的損耗、減少阻抗不連續點,進而優化訊號的傳輸品質。
為達到前述目的,本發明提供一種探針卡的結構,包括一連結板及多個同軸傳輸結構。該連結板包括一第一基板及一第二基板。 該第一基板包括多個導電通孔,分別穿透該第一基板的相對兩表面,且每一該導電通孔的壁面設有一導電層。每一同軸傳輸結構包括一嵌入段及一自該嵌入段延伸的延伸段。該嵌入段埋設於相應的該導電通孔,並電性接觸該導電層,且該嵌入段在一水平方向的寬度小於該延伸段在該水平方向的寬度,該延伸段的一端固持於該第二基板。
較佳地,該同軸傳輸結構還包括一中心導體、一絕緣管,包覆該中心導體,及一金屬層,包覆該絕緣管,其中該中心導體、該絕緣管及該金屬層分別沿該嵌入段及該延伸段設置,且該延伸段還包括一外軸套,該外軸套的一端封閉該導電通孔的一端,並緊靠該第一基板的一該表面。。
較佳地,該導電通孔遠離該第二基板的一端設有設有一第一金屬焊墊,該第一金屬焊墊連接該同軸傳輸結構的金屬層及該導電通孔的導電層,用以電性連接該同軸傳輸結構與一測試設備。
較佳地,該導電通孔遠離該第二基板的該端還設有一環形凹槽,該環形凹槽沿該導電通孔的孔緣設置,且該導電層延伸至該環形凹槽內,其中該第一金屬焊墊設於該環形凹槽內,且該嵌入段的部分暴露於該環形凹槽及該第一基板的一該表面,並連接於該第一金屬焊墊。
較佳地,該導電通孔的導電層沿該導電通孔的全部壁面設置。
較佳地,該第二基板包括一固持面,該固持面設有多個第二金屬焊墊,用以電性連接該多個同軸傳輸結構的延伸段。
較佳地,該導電通孔的孔徑小於該延伸段在該水平方向的寬度。
本發明另外提供一種探針卡結構的製作方法,在一第一基板上形成至少一導電通孔,其中該導電通孔穿透該第一基板的相對表面;在該導電通孔內形成一導電層;提供至少一同軸傳輸結構,其中該同軸傳輸結構包括同軸設置的一中心導體、一絕緣管、一金屬層,及一外軸套,並將該同軸傳輸結構的部分外軸套除去,用以形成一嵌入段,使該金屬層顯露於外,且該同軸傳輸結構的其他部分形成一具有該外軸套的延伸段;將該同軸傳輸結構的嵌入段埋設於該導電通孔內,使位於該嵌入段的金屬層接觸該導電通孔的導電層,該延伸段顯露於該第一基板外;在該導電通孔的一端形成一第一金屬焊墊;以及提供一第二基板,其中該第二基板包括一固持面,並在該固持面上形成一第二金屬焊墊,將該延伸段遠離該導電通孔的一端連接於該第二金屬焊墊,使該第二基板固持該同軸傳輸結構。
較佳地,在形成該第一金屬焊墊的步驟前,還包括在該導電通孔遠離該第二基板的該端處形成一環形凹槽,該環形凹槽沿該導電通孔的孔緣設置,且該導電層延伸至該環形凹槽內。該第一金屬焊墊設於該環形凹槽內,使該位於該探針卡結構之嵌入段的金屬層與該導電通孔的導電層互相嵌合固定。
較佳地,該嵌入段在一水平方向的寬度小於該延伸段在該水平方向的寬度,且該導電通孔的孔徑小於該延伸段在該水平方向的寬度。
在本發明提供的探針卡結構及其製作方法中,將同軸傳輸結構的嵌入段去除了外軸套,並直接埋設於導電通孔內,並與第一金屬焊墊接觸,而同軸傳輸結構的延伸段的一端固接於第二基板的第二金屬焊墊,使同軸傳輸結構在測試設備及待測物之間形成直接連續的訊號傳輸路徑,且該訊號傳輸路徑中間不再經過另一介面的轉換,減少阻抗不連續點,進而優化整體電氣特性及提升訊號傳輸效率,有效解決傳統探針的訊號傳輸路徑因拆分成接地-信號線-接地(GSG)三點焊接在上板及下板,進而導致傳輸特性變差、增加訊號傳輸路徑的損耗,及產生多個阻抗不連續點的問題。
為使本發明的目的、技術手段及效果更加清楚、明確,以下參照圖式並舉實施例對本發明進一步詳細說明。應當理解,此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明,本發明說明書所使用的詞語“實施例”意指用作實例、示例或例證,並不用於限定本發明。此外,本發明說明書和所附申請專利範圍中所使用的冠詞“一”,一般地可以被解釋為意指“一個或多個”,除非另外指定或從上下文可以清楚確定單數形式。並且,在所附圖式中,結構、功能相似或相同的元件是以相同元件標號來表示。
本發明為一種探針卡結構,作為待測電子元件(例如晶圓或晶片等)與測試設備之間的連接媒介,以使得測試設備可透過探針卡結構將測試訊號傳遞至微小的電子元件,進而測試並提取該電子元件的電性特性 。具體地,本發明的探針卡結構可在未封裝IC或已封裝IC的階段,針對5G通訊器件或高頻高速等相關器件進行初步測試或最終測試。
請參閱圖1及圖2,圖1為本發明之探針卡結構100的立體結構示意圖,圖2為本發明之探針卡結構的使用狀態示意圖。如圖1及圖2所示,本發明的探針卡結構100包括一連結板1及多個同軸傳輸結構2。連結板1包括一第一基板11及一第二基板12。第一基板11具體為一電路板,包括多個間隔排列的導電通孔110 (圖1僅以單一導電通孔及單一同軸傳輸結構作為示例)。每一導電通孔110分別穿透第一基板11的相對的頂表面11a及底表面11b。特別說明的是,導電通孔110的壁面形成由一層導電層111。較佳地,導電層111沿整面導電通孔110的壁面設置,以增大接觸面積,且是由導電性佳的金屬(例如銅、鎳、金或鈀等)所製。第一基板11遠離第二基板12的一側電性連接於一測試設備3(如圖2所示)。第二基板12包括一固持面121,用於固持多個同軸傳輸結構2,而第二基板12相對固持面121的一側用於接觸一待測物4 (例如晶圓或晶片等)以進行測試(如圖2所示)。
續請參閱圖1,同軸傳輸結構2對應導電通孔110設置,且每一同軸傳輸結構2劃分成嵌入段201及一自該嵌入段201延伸的延伸段202。具體地,在嵌入段201及延伸段202內,每一同軸傳輸結構2包括一中心導體21、一包覆中心導體21的絕緣管22,及一包覆絕緣管22的金屬層23,且延伸段202還包括一外軸套24。如圖1所示,本發明的同軸傳輸結構2為一種同軸探針結構,中心導體21為金屬探針,可為一桿狀結構,並可由導電性佳及具可撓性的金屬所製。絕緣管22可由絕緣性佳(或是介電常數低)的材料所製,且絕緣管22易於撓曲。金屬層23由導電性佳的金屬(例如銅、鎳、金或鈀等)所製,並塗布於絕緣管22的一外緣面,形成一網狀金屬層,且與中心導體21互相電性隔離。
如圖1及圖2所示,本發明的外軸套24僅沿著延伸段202設置,同軸傳輸結構2在嵌入段201的部分並未設有外軸套24。亦即,在橫向斷面中,嵌入段201在一水平方向的寬度小於延伸段202在該水平方向的寬度,且導電通孔110的孔徑小於延伸段202在該水平方向的寬度,以利後續同軸傳輸結構2與第一基板11的組配。外軸套24可由絕緣性佳(或是介電常數低)的材料所製,用以保護同軸傳輸結構2,並對內部金屬層23提供遮蔽效果,防止訊號傳輸受到外界干擾。
續請參閱圖1及圖2,特別說明的是,同軸傳輸結構2的嵌入段201埋設於相應的導電通孔110,使位在嵌入段201的金屬層23直接接觸導電通孔110內的導電層111而達到電性連接,且中心導體21延伸出導電通孔110。如圖1所示,外軸套24的一端封閉導電通孔110的一端,並緊靠第一基板11的底表面11b,使嵌入段201被延伸段202的外軸套24妥善的支撐,更確保同軸傳輸結構2在導電通孔110內的訊號傳輸不受外界因素干擾。此外,延伸段202遠離導電通孔110的一端固持於第二基板12的固持面121上(如圖2所示)。
如圖1所示,導電通孔110遠離第二基板12的一端設有設有一第一金屬焊墊113。具體地,第一金屬焊墊113設置於第一基板11的頂表面11a,並連接同軸傳輸結構2的金屬層23及導電通孔110的導電層111,用以電性連接同軸傳輸結構2與測試設備3(如圖2所示)。此外,第二基板12的固持面121設有多個第二金屬焊墊122,用以電性連接該多個同軸傳輸結構2的延伸段202。值得一提的是,導電通孔110的導電層111可作為中心導體21對應的外層導體,且可與第一基板11的接地平面共地。此外,導電通孔110結合中心導體21的外圍網狀金屬層23,使第一基板11內能夠以同軸傳輸的形式達到良好傳導,不只縮短整體訊號路徑也減少了阻抗不連續點。
續請參閱圖1及圖2,本發明同軸傳輸結構2的嵌入段201去除了外軸套24,直接埋設於導電通孔110內,並與第一金屬焊墊113接觸,而延伸段202的一端固接於第二基板12的第二金屬焊墊122,使同軸傳輸結構2在測試設備3及待測物4之間形成直接連續的訊號傳輸路徑,且該訊號傳輸路徑中間不再經過另一介面的轉換,不會造成阻抗的不連續,進而有效優化整體的傳輸路徑,提升訊號傳輸效率及品質。
請先參閱圖4D,值得注意的是,為了確保同軸傳輸結構2與第一基板11之間的穩固連接,在導電通孔110遠離第二基板12的頂表面11a還設有一環形凹槽112。具體地,環形凹槽112沿導電通孔110的孔緣設置,並且朝第二基板12的方向內凹形成,使同軸傳輸結構2的嵌入段201的部分暴露於環形凹槽112及第一基板11的頂表面11a,且導電層111延伸至環形凹槽112內。如圖4D所示,環形凹槽112內以金屬材料 113a(例如錫) 焊接,以填滿環形凹槽112,進而形成一部分的第一金屬焊墊113於環形凹槽112內,另一部分的第一金屬焊墊113顯露於第一基板11的該頂表面11a。利用環形凹槽112與第一金屬焊墊113的配合,使同軸傳輸結構2位於嵌入段201的金屬層23與導電通孔110的導電層111互相嵌合固定。
請參閱圖3及圖4A-4E,圖3為本發明之探針卡結構的製作方法流程圖,圖4A-圖4E為對應本發明探針卡結構的中間產品的製作流程示意圖。如圖3所示,本發明之探針卡結構的製作方法包括步驟S10至步驟S60,惟該步驟S10至S60係用以說明本發明的製作方法,並不代表本發明探針卡結構的製作方法的固定順序。
在步驟S10:在一第一基板上形成至少一導電通孔,其中該導電通孔穿透該第一基板的相對表面。具體地,如圖4A所示,在第一基板11上利用成孔工藝形成多個導電通孔110(圖4A僅以一個導電通孔為示例),其中導電通孔110穿透第一基板11的相對頂表面11a及底表面11b。
在步驟S20:在該導電通孔內形成一導電層。具體地,如圖4A所示,利用電鍍、化鍍、蒸鍍等方式在導電通孔110的壁面形成導電層111。
在步驟S30:提供至少一同軸傳輸結構,其中該同軸傳輸結構包括同軸設置的一中心導體、一絕緣管、一金屬層,及一外軸套,並將該同軸傳輸結構的部分外軸套除去,用以形成一嵌入段,使該金屬層顯露於外,且該同軸傳輸結構的其他部分形成一具有該外軸套的延伸段。具體地,如圖4B所示,提供多個同軸傳輸結構2,每一同軸傳輸結構2包括一中心導體21、一包覆中心導體21的絕緣管22、一包覆絕緣管22之金屬層23,及一包覆金屬層23的外軸套24,並將同軸傳輸結構2的部分外軸套24除去用以形成一嵌入段201,使金屬層23顯露於外,且同軸傳輸結構2的其他部分形成一具有外軸套24的延伸段202。具體地,嵌入段201在一水平方向的寬度小於延伸段202在該水平方向的寬度,且導電通孔110的孔徑小於延伸段202在該水平方向的寬度。
在步驟S40:將該同軸傳輸結構的嵌入段埋設於該導電通孔內,使位於該嵌入段的金屬層接觸該導電通孔的導電層,該延伸段顯露於該第一基板外。具體地,如圖4C所示,將除去外軸套24的嵌入段201埋設於導電通孔110內,使包覆絕緣管22的金屬層23接觸導電通孔110的導電層111,且延伸段202顯露於第一基板11的底表面11b外。
在步驟S50:在該導電通孔的一端形成一第一金屬焊墊。特別說明的是,在形成第一金屬焊墊113的步驟前,並在形成導電通孔110後,還包括在導電通孔110遠離第二基板12的該端處形成一環形凹槽112 (如圖4A所示)。具體地,環形凹槽112沿導電通孔110的孔緣設置,且導電層111延伸至環形凹槽112內。請參閱圖4D,在環形凹槽112內以金屬材料113a (例如錫)焊接以填滿環形凹槽112,進而形成一部分的第一金屬焊墊113於環形凹槽112內,另一部分的第一金屬焊墊113顯露於第一基板11的該頂表面11a。
在步驟S60:提供一第二基板,其中該第二基板包括一固持面,並在該固持面上形成一第二金屬焊墊,將該延伸段遠離該導電通孔的一端連接於該第二金屬焊墊,使該第二基板固持該同軸傳輸結構。具體地,如圖4E所示,提供一第二基板12作為一種承載基板,第二基板12包括一固持面121。在固持面121上形成第二金屬焊墊122,並將同軸傳輸結構2的延伸段202的一端連接於固持面121,使第二基板12固持同軸傳輸結構2。
綜上所述,在本發明提供的探針卡結構及其製作方法中,將同軸傳輸結構的嵌入段去除了外軸套,並直接埋設於導電通孔內,並與第一金屬焊墊接觸,而同軸傳輸結構的延伸段的一端固接於第二基板的第二金屬焊墊,使同軸傳輸結構在測試設備及待測物之間形成直接連續的訊號傳輸路徑,且該訊號傳輸路徑中間不再經過另一介面的轉換,減少阻抗不連續點,進而優化整體電氣特性及提升訊號傳輸效率,有效解決傳統探針的訊號傳輸路徑因拆分成接地-信號線-接地(GSG)三點焊接在上板及下板,進而導致傳輸特性變差、增加訊號傳輸路徑的損耗,及產生多個阻抗不連續點的問題。
上述實施例用以說明本發明的技術思想,而並非用以限定本發明的技術思想,因此本發明的權利範圍並不限定於本實施例。本發明的保護範圍應由權利要求書解釋,應解釋為與上述保護範圍相同或等同的所有技術思想均包括在本發明的權利範圍內。
100:探針卡結構 1:連結板 11:第一基板 11a:頂表面 11b:底表面 110:導電通孔 111:導電層 112:環形凹槽 113:第一金屬焊墊 113a:金屬材料 12:第二基板 121:固持面 122:第二金屬焊墊 2:同軸傳輸結構 21:中心導體 22:絕緣管 23:金屬層 24:外軸套 201:嵌入段 202:延伸段 3:測試設備 4:待測物 S10:步驟 S20:步驟 S30:步驟 S40:步驟 S50:步驟 S60:步驟
圖1為本發明之探針卡結構的立體結構示意圖。 圖2為本發明之探針卡結構的使用狀態示意圖。 圖3為本發明之探針卡結構的製作方法流程圖。 圖4A-圖4E為本發明之探針卡結構的製作流程示意圖。
100:探針卡結構
1:連結板
11:第一基板
11a:頂表面
11b:底表面
110:導電通孔
111:導電層
113:第一金屬焊墊
12:第二基板
121:固持面
122:第二金屬焊墊
2:同軸傳輸結構
21:中心導體
22:絕緣管
23:金屬層
24:外軸套
201:嵌入段
202:延伸段

Claims (6)

  1. 一種探針卡結構,包括:一連結板,包括一第一基板及一第二基板,其中該第一基板包括多個導電通孔,分別穿透該第一基板的相對兩表面,且每一該導電通孔的壁面設有一導電層,並且該導電通孔遠離該第二基板的一端設有設有一第一金屬焊墊及一環形凹槽,該環形凹槽沿該導電通孔的孔緣設置,且該導電層延伸至該環形凹槽內;以及多個同軸傳輸結構,每一同軸傳輸結構包括一嵌入段、一自該嵌入段延伸的延伸段,及同軸設置的一中心導體、一絕緣管、一金屬層,及一外軸套,其中該嵌入段埋設於相應的該導電通孔,並電性接觸該導電層,且該嵌入段在一水平方向的寬度小於該延伸段在該水平方向的寬度,該延伸段的一端固持於該第二基板,其中該中心導體、該絕緣管及該金屬層分別沿該嵌入段及該延伸段設置,該延伸段還包括一外軸套,該外軸套的一端封閉該導電通孔的一端,並緊靠該第一基板的一該表面;其中該第一金屬焊墊連接該同軸傳輸結構的金屬層及該導電通孔的導電層,用以電性連接該同軸傳輸結構與一測試設備,且該第一金屬焊墊設於該環形凹槽內,該嵌入段的部分暴露於該環形凹槽及該第一基板的另一該表面,並連接於該第一金屬焊墊。
  2. 如請求項1所述的探針卡結構,其中該導電通孔的導電層沿該導電通孔的全部壁面設置。
  3. 如請求項1所述的探針卡結構,其中該第二基板包括一固持面,該固持面設有多個第二金屬焊墊,用以電性連接該多個同軸傳輸結構的延伸段。
  4. 如請求項1所述的探針卡結構,其中該導電通孔的孔徑小於該延伸段在該水平方向的寬度。
  5. 一種探針卡結構的製作方法,包括:在一第一基板上形成至少一導電通孔,其中該導電通孔穿透該第一基板的相對兩表面;在該導電通孔內形成一導電層;提供至少一同軸傳輸結構,其中該同軸傳輸結構包括同軸設置的一中心導體、一絕緣管、一金屬層,及一外軸套,並將該同軸傳輸結構的部分外軸套除去,用以形成一嵌入段,使該金屬層顯露於外,且該同軸傳輸結構的其他部分形成一具有該外軸套的延伸段;將該同軸傳輸結構的嵌入段埋設於該導電通孔內,使位於該嵌入段的金屬層接觸該導電通孔的導電層,該延伸段顯露於該第一基板外;在該導電通孔的一端形成一第一金屬焊墊;以及提供一第二基板,其中該第二基板包括一固持面,並在該固持面上形成一第二金屬焊墊,將該延伸段遠離該導電通孔的一端連接於該第二金屬焊墊,使該第二基板固持該同軸傳輸結構;其中在形成該第一金屬焊墊的步驟前,還包括在該導電通孔遠離該第二基板的該端處形成一環形凹槽,該環形凹槽沿該導電通孔的孔緣設置,且該導電層延伸至該環形凹槽內,其中該第一金屬焊墊設於該環形 凹槽內,使該位於該探針卡結構之嵌入段的金屬層與該導電通孔的導電層互相嵌合固定。
  6. 如請求項5所述的探針卡結構的製作方法,其中該嵌入段在一水平方向的寬度小於該延伸段在該水平方向的寬度,且該導電通孔的孔徑小於該延伸段在該水平方向的寬度。
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