专利名称：探针卡的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种探针卡，更特定而言，是有关于一种利用透镜及扩散板以提升测试效率及测试质量的探针卡。
背景技术：
探针卡是为一电子测试系统与待测半导体晶圆间的接口，以利于执行晶圆测试 (Wafer Sort)。其目的在于提供测试系统与待测晶圆间的电信号路径，以利于晶粒于切割与封装前进行晶圆级电路的测试与验证。一般而言，探针卡包括印刷电路板与接触组件 (探针)，用以接触晶圆上的晶粒(电路)焊垫。传统探针卡亦可应用于晶圆上的影像传感器测试。于进行晶圆级测试时，为了将测试设备所输出的测试信号传送至半导体晶圆，而采用收纳有多个具有导电性探针的探针卡。一般于晶圆级测试中，是利用探针卡侦测半导体晶圆上的晶粒，使探针个别接触每个晶粒的焊垫。由将具有导电性的探针接触后，进而输入测试信号以利执行检查，并侦测出不良品。然而由于在半导体晶圆上形成有数百个至数万个晶粒，因此对1片半导体晶圆进行测试时，需花费极长的时间，且随着晶粒数目的增加而导致测试成本的上升。为了解决上述问题，业界逐渐采用一次将探针接触于半导体晶圆上的所有晶粒或是至少一区块晶粒的晶圆级测试方法。于此方法中，必须将探针的前端接触于半导体晶圆的极为精细的电极垫，因此探针前端必需精准对位，以利于将探针卡与半导体晶圆上晶粒接触。基于探针卡的探针与集成电路测试焊垫直接接触，配合电测设备与软件控制将测试信号通过探针卡上电路板传输至探针以至芯片，达到自动化的晶圆级测试目的。探针的排列密度需要细微到可以对应于芯片上相邻测试焊垫的间隙，且单一探针卡为了可广泛应用于不同工艺技术的集成电路晶圆。然而，将传输线与细微尺寸的探针结构相较之下，传输线的线径约略大了两个级数以上，若要将各传输线对应连接至一探针，越接近探针处则传输线的设置越密集。为能快速量测多种电路组件特性以符合晶圆级测试的要求，探针卡上必须设有更多的探针与各电路组件对应。传输线的设置密度要求越高才能确切连接至探针。悬臂式探针卡(cantilever probecard)的结构，往往造成传输线�？楣こ痰姆痹蛹袄讯�。此外，垂直式探针结构的空间转换器不但须以微机电或薄膜工艺方式制作，甚至需利用特定的绝缘介质作为基底材料，使得光空间转换器的材料与工艺成本耗费远大于探针卡电路板的制造成本。因此，探针卡如何能以最经济实惠的线路传输结构，快速并全面的对高密集的电子组件作高频电测，同时兼顾维持高频信号传输的特性阻抗，使具有最佳的高频电测质量，实为现今探针卡制造者所面临的一大考验。因此，鉴于传统探针卡的上述缺点，本发明提供一种优于已知的结构的探针卡以克服上述缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种探针卡，其是利用透镜及扩散板以提升影像测试品质。本发明的另一目的在于提供一种探针卡，其中使待测影像传感器得以矩阵排列方式配置以进行其电路的有效性测试，如此即可测试更多的晶粒而提升测试效率。本发明的再一目的在于提供一种探针卡，以配合半导体集成电路的设计规则以及晶粒大小小型化趋势之下的晶粒测试。本发明的又一目的就是在提供一种探针卡，利用低成本的导电(橡)胶以大幅降低整个探针卡的成本。此外，利用弹簧探针及悬臂式探针的组合可以满足集成电路的电极垫之间越来越靠近的细节(针)距(fine pitch)的要求，并且达到测试多个待测组件。综上所述，依据本发明的一观点，提出一种探针卡，包括一印刷电路板，具有第一开口 ；一透镜，配置于第一开口中；一扩散板，位于第一开口中，配置于透镜之上；以及一探针，耦接印刷电路板。本发明的探针卡还包括一透镜架，配置于印刷电路板之上用以承载透镜。透镜及扩散板配置于透镜架的开口中，透镜架的一表面具有一斜度，与扩散板之间呈一夹角。本发明的探针配置于印刷电路板的第二开口之中，此探针得为弹簧探针。再另一实施例中，本发明的探针卡还包括一三重板配置于印刷电路板之下，上述三重板包括上板、中板及下板，上板、中板及下板具有开口形成于其中，以利于探针配置于开口中，其中探针为弹簧探针结合悬臂式探针。在一实施例中，本发明的探针可为微机电系统探测端。例如，探针卡包括一探测头配置于印刷电路板之下，用于电性连接微机电系统探测端，探测头具有一开口以利于透镜及扩散板配置于开口中。本发明的探针卡得包括一粘胶配置于印刷电路板上，以利于电性连接探针。依据本发明的另一观点，提出一种探针卡，其包括一印刷电路板，具有一开口 ；一透镜，配置于开口中；导电胶，配置于印刷电路板之下；以及一探针，耦接导电胶。本发明的探针卡还包括一探测架配置于导电胶之下，电性连接探针。透镜配置于探测架的第二开口中，透镜配置于导电胶的第三开口中。依据本发明的又一观点，提出一种探针卡，包含一印刷电路板，具有第一开口与第二开口 ；一第一透镜，配置于第一开口中；一第二透镜，配置于第二开口中；一扩散板，位于第一开口中，配置于第一透镜之上；以及多个探针，耦接印刷电路板。本发明的探针卡不但克服先前技术的缺点，且可有效增加探针卡的效率及可靠度与寿命，并可大幅降低成本。
为了进一步说明本发明的结构和特征，以下结合实例及附图对本发明做进一步的说明，其中图1是根据本发明的第一实施例的探针卡的示意图。
图2是根据本发明的第二实施例的探针卡的示意图。图3是根据本发明的第三实施例的探针卡的示意图。图4是根据本发明的第四实施例的探针卡的示意图。图5是根据本发明的第五实施例的探针卡的示意图。图6是根据本发明的透镜对应影像传感器的感测区的示意图。图7是根据本发明的多点配置待测组件系统的示意图。
具体实施例方式本发明将配合其较佳实施例与随附的附图详述于下。应可理解者为本发明中所有的较佳实施例仅为例示之用，并非用以限制。因此除文中的较佳实施例外，本发明亦可广泛地应用在其它实施例中。且本发明并不受限于任何实施例，应以随附的权利要求及其同等领域而定。以下，将搭配参照相应的附图，详细说明依照本发明的较佳实施例。关于本发明新颖概念的更多观点以及优点，将在以下的说明提出，并且使熟知或具有此领域通常知识者可了解其内容并且据以实施。如图1所示，其显示依照本发明的第一实施例的探针卡示意图。探针卡包括探针
103、粘胶110、印刷电路板106、透镜104、扩散板(diffuser)105以及透镜架108。值得注意者乃本发明的探针卡包括透镜104与扩散板105以利于应用于影像传感器芯片的测试。 在本实施例中，粘胶110，例如为环氧树脂(印oxy)，配置或形成于印刷电路板106之上(下方)，以利于粘着与固定探针103。探针103电性连接印刷电路板106上的导线，以利于测试一待测组件。参考图1，待测组件，例如影像传感器100包含电极垫101，其一上表面具有一感测区域102，用以接收影像光束，电极垫101是为感测区域102将信号输出(入)至 (自)外界的接口。感测区域102上方可以设置一透光保护膜(未图示)，以保护感测区域 102免于粒子的污染。探针103是用于电性连接影像传感器100上的电极垫101。个别的透镜104配置于每一影像传感器100之上，达到固定的主光线角(Chief Ray Angle)，得以模拟较接近真实的应用情境。相较于先前技术，其无法达到本发明相同的拟真效果。本发明的具有透镜104的探针卡，基于透镜104的配置，相较于平行光源可得更为均勻的影像， 可以更容易地检测出影像传感器100角落上的电路缺陷。点光源或直下式光源经过扩散板 105后可以达到均勻光扩散。扩散板105的功能在于使入射光扩散，使其获得亮度均勻的扩散。举例而言，扩散板105可以为薄的塑料薄膜，其材料选定可以依透光度而考虑其种类， 例如为无机型光扩散层形成剂、高分子型光扩散层形成剂、球型光扩散层形成剂等，或者例如为丙稀酸是树脂中使用MS是树脂、苯乙烯是树脂、聚碳酸酯树脂。为利于整合所述的透镜104与扩散板105，一透镜架108配置于印刷电路板106之上，用于承载透镜104与扩散板105，透镜架108具有一开口(window)用以曝露所述的透镜104与扩散板105，以利入射光线的入射。穿孔侧壁剖面为一具斜度表面(非垂直)107，且表面107与扩散板105的上表面间夹角为Θ，使得透镜104得有更广的立体角以利光收集量。因此，上述的具有透镜
104、扩散板105的探针卡包含扩散板105配置于透镜104之上，扩散板105与透镜104配置于印刷电路板106的第一开口中，此开口实质上需与透镜架108的穿孔对位。基于光源经由透镜架108的斜角后达至扩散板105以得到更宽广光收集量的均勻光扩散，然后再经由
5透镜104的作用，光源经过影像传感器100的感测区102之后，可以得到较佳的影像品质。 尤其是当较厚的印刷电路板中的窗(开)口具有高的深宽比(aspect ratio)时，通过扩散板105的尺寸设计，使得其仍然具有非常良好的影像品质。举一实施例而言，透镜104嵌于电极垫101的上方，仍然可以于利用悬臂式探针(cantilever needles) 103(图1的举例) 以探测电极垫101。以本发明的架构而言，其亦利于改良式垂直式探针(即弹簧针和悬臂针的结合)的配置。如图2所示，其显示依照本发明的第二实施例的探针卡的示意图。在本实施例中， 探针卡的结构可包括有或无扩散板的结构，并且利用弹簧探针(spring pogo pins)搭配悬臂式探针以形成探针卡的接触结构。在左侧的探针卡结构中，探针卡包括弹簧探针207及悬臂式探针203、上板206a、中板20乩、下板206c、206d、印刷电路板206、透镜204、扩散板 205。在一实施例中，印刷电路板206可以与四个具有不同开口口径的上板206a、中板206b 及下板206c、206d —起形成，以利于夹持弹簧探针207、透镜204、214及连接悬臂式探针 203。举一实施例而言，上板206a、中板206b、下板206c、206d可以作为探针头(probe head) 之用。印刷电路板206配置于上板206a之上。弹簧探针207配置于上板206a的第一开口中，使得弹簧探针207的上方得以电性连接印刷电路板206上的电路，印刷电路板206再电性连接外部的一测试装置(未图标)。弹簧探针207的下方可以于下板206d的第一开口中电性连接悬臂式探针203的上部。参考图2，影像传感器200包含电极垫202，其一上表面具有一感测区域201，用以接收影像光束，电极垫202是用以将感测区域201所测得的影像信号传送至外界。悬臂式探针203的延伸针头得以电性连接电极垫202。个别的透镜204嵌入于上板206a、中板206b及下板206c、206d的第二开口之中，并配置于每一影像传感器200 之上，达到固定的主光线角，得以模拟较接近真实的应用情况。本发明的具有透镜204的探针卡具有较佳的均勻影像，可以更容易地检测出影像传感器200角落上的电路缺陷。举一实施例而言，一透镜架(未图示)可以承载透镜204。本发明的具有扩散板205的探针卡， 扩散板205配置于透镜204及四层板(包括上板206a、中板206b、下板206c、206d)之上与印刷电路板206的开口之中。因此光源射向印刷电路板206的开口中的扩散板205时，由于扩散板205占据了印刷电路板206开口的部份深度，使得开口的深宽比变小。基于较小的深宽比，光源经由扩散板205可以得到更均勻的光扩散，然后再经由透镜204的作用，光源经过影像传感器200的感测区201之后，可以得到较佳的影像品质。尤其是当较厚的印刷电路板中的窗(开)口具有高的深宽比时，可以通过扩散板205的尺寸设计，使得其仍然具有非常良好的影像品质。为了满足电子产品轻薄短小的目的，半导体集成电路的设计规则(design rule)以及晶粒大小都有朝向小型化的趋势，在本实施例中，利用弹簧探针207 及悬臂式探针203的组合可以支持越来越靠近的电极垫202之间的细节(针)距要求，并且可以测试多个待测组件。举一实施例而言，透镜204嵌于电极垫202的上方，仍然可以于利用探针203以探测电极垫202。再者，相较于传统的悬臂式探针，因为其悬臂长度较短， 而基于电信号变短，所以本实施例适用于更高速(频率)的组件测试，并且其阻抗较容易控制。如图2所示，在右侧的探针卡结构中，探针卡包括弹簧探针216及悬臂式探针213、 上板206a、中板206b、下板206c、206d、印刷电路板206、透镜214。上板206a、中板206b、 下板206c、206d构成一四层板，印刷电路板206配置于上板206a之上。弹簧探针216配置于上板206a的第一开口中，使得弹簧探针216的上方得以电性连接印刷电路板206上的电路，印刷电路板206再电性连接外部的一测试装置(未图标)。弹簧探针216的下方可以于下板206d的第一开口中电性连接悬臂式探针213的上部。参考图2，影像传感器210包含电极垫212，其一上表面具有一感测区域211，用以接收影像光束，电极垫212是用以将感测区域211所测得的影像信号传送至外界。悬臂式探针213的延伸针头得以电性连接电极垫 212。个别的透镜214嵌入于上板206a、中板206b及下板206c、206d的第二开口之中，并配置于每一影像传感器210之上。同样地，具有透镜214的探针卡具有较佳的均勻影像，可以更容易地检测出影像传感器210角落上的电路缺陷。举一实施例而言，一透镜架(未图示)可以承载透镜214。在右边的探针卡结构中，并无扩散板配置于其中。因此光源射向印刷电路板206的开口中的扩散板205时，其开口的深宽比大于左边的探针卡结构的开口深宽比。基于扩散板的有无，经由扩散板205的光路径217与无扩散板配置的光路径218有其差异。经由透镜214的作用，光源经过影像传感器210的感测区211之后，可以得到较佳的影像品质。在本实施例中，利用弹簧探针216及悬臂式探针213的组合可以满足集成电路的电极垫212之间越来越靠近的细节(针)距(fine pitch)的要求，并且达到测试多个待测组件的目的。举一实施例而言，透镜214嵌于电极垫212的上方，仍然可以于利用探针 213以探测电极垫212。如图3所示，其显示依照本发明的第三实施例的探针卡的示意图。在本实施例中， 探针卡包括微机电系统探测端(MEMS probe tip) 303、探测头307、印刷电路板306、透镜 304、扩散板305以及透镜架308。参考图3，影像传感器300包含电极垫301，其一上表面具有一感测区域302，用以接收影像光束，电极垫301是用以将信号输出/入至/自外界。探测端303的延伸针头得以电性连接电极垫301。个别的透镜304嵌入于探测头307及印刷电路板306的开口中，并配置于每一影像传感器300之上，固定的主光线角较接近真实的应用情况。如上各实施例所云，本实施例的具有透镜304的探针卡具有较佳的均勻影像，可以更容易地检测出影像传感器300角落上的电路缺陷。透镜架308配置于印刷电路板306之上，用于承载透镜304。探测头307配置于印刷电路板306之下，用于电性连(承)接探测端303。扩散板305配置于透镜304之上及透镜架308的开口之中。因此，光源射向透镜架 308的开口中的扩散板305时，由于扩散板305占据了透镜架308开口的部份深度，使得开口的深宽比变小。基于较小的深宽比，光源经由扩散板305可以得到更均勻的光扩散，然后再经由透镜304的作用，光源经过影像传感器300的感测区302之后，可以得到较佳的影像品质。尤其是当较厚的印刷电路板中的窗(开)口具有高的深宽比时，通过扩散板305的尺寸设计，使得其仍然具有非常良好的影像品质。在本实施例中，利用微机电系统探测端303 可以支持越来越靠近的电极垫301之间的细节(针)距要求，并且可以测试多个待测组件。 举一实施例而言，透镜304嵌于电极垫301的上方，仍然可以于利用探测端303以探测电极垫301。再者，相较于传统的悬臂式探针，基于电传递(信号)路径变短，所以本实施例适用于更高速(频率)的组件测试，并且其阻抗较容易控制。在一实施例中，透镜601的尺寸可以完全覆盖影像传感器600的感测区602的大小，如图6所示。当透镜601覆盖于电极垫603上方，则传统垂直式探针无法接触到电极垫 603，而本发明的悬臂式探针、改良垂直式探针、微机电系统(MEMQ探测端，可以避过透镜 601以接触电极垫603。在多点配置待测组件系统700中，多个影像传感器702以矩阵排列方式配置，使得其比对角式(Diagonal)排列有较多的待测物，其搭配周边的信号接触连接器(signal channel contact connector) 701，以利于进行晶圆级测试，如图7所示。图4所示为依照本发明的第四实施例的探针卡的示意图。在本实施例中，探针卡包括弹簧探针403、上板406a、中板40乩、下板406c、印刷电路板406、透镜404、扩散板405。 在一实施例中，印刷电路板406可以与三个具有不同开口口径的上板406a、中板406b及下板406c—起形成。印刷电路板406配置于上板406a之上。弹簧探针403配置于上板406a、 中板406b及下板406c的第一开口中，使得弹簧探针403的上方得以电性连接印刷电路板 406上的电路，印刷电路板406再电性连接外部的一测试装置(未图标)。参考图4，影像传感器400包含电极垫401、感测区域402，弹簧探针403、透镜404的功能、目的与上述诸实施例相仿，故不赘述在本实施例中。采用弹簧探针403，非悬臂式，可符越来越靠近的电极垫 401之间的细节(针)距要求，并且可以测试多个待测组件。举一实施例而言，透镜404嵌于影像传感器400的上方而未覆盖电极垫401，因此仍然可以于利用探针403以接触及探测电极垫401。再者，相较于传统的悬臂式探针，基于电传递路径变短，所以本实施例适用于更高速(频率)的组件测试，并且其阻抗较容易控制。如图5所示，其显示依照本发明的第五实施例的探针卡的示意图。在本实施例中， 探针卡包括探测端(probe tip) 503、探测架505、导电胶506、印刷电路板507、透镜504。参考图5，影像传感器500包含电极垫501，其一上表面具有一感测区域502，用以接收影像光束，电极垫501是用以将感测区域502所测得的影像信号传送至外界。其功能、目的与图4 的实施例相仿，除不具扩散板外，图4的接触探针403与本实施例的探测端503亦不相同。 探测端503的下方的针头得以电性连接电极垫501。个别的透镜504嵌入于探测架505、导电胶506及印刷电路板507的开口中，并配置于每一影像传感器500之上，固定的主光线角较接近真实的应用情况。本实施例中，导电胶506与探测端503的厚度很�。挥懈呱羁肀鹊奈侍猓虼宋扌肜┥�。导电胶506形成于印刷电路板507与探测架505之间。举例而言，导电胶506与探测架505可以构成探针头(probe head)。导电胶506中的导电条506a 电性连接探测端503。光源经由透镜504的作用，经过影像传感器500的感测区502之后， 可以得到较佳的影像品质。在本实施例中，利用导电胶506与探测端503可以支持越来越靠近的电极垫501之间的细节(针)距要求，并且可以测试多个待测组件。基于电传递路径变短，所以本实施例适用于更高速(频率)的组件测试，并且其阻抗较容易控制。本实施例的探针卡制作成本比任何种类的垂直式探针卡相较来得便宜。传统式探针卡存在诸多缺点，本发明的探针卡优于传统式探针卡，并且具有传统式探针卡无法预期的效果。对熟悉此领域技艺者，本发明虽以较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明的精神。在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改与类似的配置，均应包含在权利要求内，此范围应覆盖所有类似修改与类似结构，且应做最宽广的诠释。
权利要求
1.一种探针卡，包含一印刷电路板，具有第一开口 ； 一透镜，配置于该第一开口中；一扩散板，位于该第一开口中，配置于该透镜之上；以及一探针，耦接该印刷电路板。
2.如权利要求1的探针卡，其中还包括一透镜架，配置于该印刷电路板之上，用以承载该透镜。
3.如权利要求1的探针卡，其中该探针为弹簧探针。
4.如权利要求1的探针卡，其中该探针为弹簧探针结合悬臂式探针。
5.如权利要求1的探针卡，其中该探针为微机电系统探测端。
6.如权利要求5的探针卡，其中还包括一探测头配置于该印刷电路板之下，用于电性连接该微机电系统探测端。
7.如权利要求1的探针卡，其中该探针为悬臂式探针。
8.一种探针卡，包含一印刷电路板，具有一第一开口 ； 一透镜，配置于该第一开口中； 导电胶，配置于该印刷电路板之下；以及一探针，耦接该导电胶。
9.如权利要求8的探针卡，其中还包括一探测架配置于该导电胶之下，电性连接该探针。
10.一种探针卡，包含一印刷电路板，具有第一开口与第二开口 ； 一第一透镜，配置于该第一开口中； 一第二透镜，配置于该第二开口中；一扩散板，位于该第一开口中，配置于该第一透镜之上；以及多个探针，耦接该印刷电路板。
全文摘要
本发明是提供一种探针卡，包括一印刷电路板，具有一开口；一透镜，配置于开口中；一扩散板，位于开口中，配置于透镜之上；以及一探针，耦接印刷电路板。
文档编号G01R1/067GK102313826SQ20101022444
公开日2012年1月11日 申请日期2010年7月6日 优先权日2010年7月6日
发明者任志彬, 谢宜璋 申请人:美商豪威科技股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
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