专利名称：测试用探针卡及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种探针卡及其制造方法，所述探针卡包括用来电性 测试形成在半导体晶片上的半导体集成电路装置是否正常的探针(probe)。
背景技术：
通常，经过一 系列的半导体制造工序制得半导体集成电路装置等 半导体产品，并且在其制造过程中或者制造完成后，用电性测试方式 筛选正品和次品。这种电性测试过程中，一4殳4吏用从外部输入各种电 信号后，检测及分析半导体集成电路反馈信号的测试设备。而为了电 连接该测试设备与半导体集成电路，需要形成有探针(probe)等电接触 体的装置。在液晶显示装置(Liquid Crystal Display)等平板显示器(Flal Panel Display)的制造过程中或者制造完成后，也进行与上述测试相似 的过程，在此过程中也需要用来电连接测试设备与元件的形成有探针 的装置。上述形成有探针的装置称为探针卡，其由探针模块、多层陶瓷基 板(Multi Layer Ceramic substrate, MLC)、印刷电路板构成，用于测试 工序。所述探针模块(probe module)由多个探针构成，且所述多个探针 模块通过焊球(solder ball)贴装在多层陶瓷基板上，并且所述多层陶瓷基 板夹着弹性块(pogo block)与印刷电路板相连接。但是，如果多层陶资基板的平整度不一致，则布设于其上面的探 针模块的探针高度将会不一致。因此，容易降低测试工序的精确度。发明内容本发明的目的在于提供一种提高探针平整度的探针卡及其制造方法。本发明的一实施例所涉及的探针卡，优选包括探针模块；位于 所述探针模块下方的陶瓷基板；连接所述探针模块与所述陶瓷基板的 焊球，并且所述焊球的高度，最好按其位置而异。 .此外，对于各探针模块，其焊球高度最好各不相同。而且，所述焊球高度，最好从所述陶瓷基板的中心部向周缘部逐渐变高。另外，所述焊球高度，最好从所述陶瓷基板的中心部向周缘部逐 渐变低。而且，所述各探针模块的高度最好相互一致。此外，所述探针模块优选包括基片(Base substrate )、形成于所述 基片上的多个探针，且所述探针模块的高度最好为所述探针上部最顶 端的高度。而且，本发明的探针卡，优选进一步包括电路部，其形成于所 述基片下方，且具有第一焊垫；第一阻焊层，覆盖所述电路部，且具 有露出所述第一焊垫的第一接触部；第一中间层，其形成于所述第一 阻焊层上，而所述焊5求，最好附着在所述第一中间层上。此外，本发明的探针卡，优选进一步包括第二焊垫，其形成于 所述陶瓷基板上；第二阻焊层，其具有露出所述第二焊垫的第二接触部；第二中间层，其形成于所述第二阻焊层上，而所述焊^^最好附着在所述第二中间层上。另外，本发明的一实施例所涉及的探针卡的制造方法，优选包括以下步骤预备附着有焊球的多个探针模块；利用检拾装置，检拾至 少一个探针模块，并将其贴装在陶瓷基板的预定位置上；通过提升或 降低把住探针模块的检拾装置，来调整所述焊球高度，进而调整所述 探针模块的高度。而且，所述利用检拾装置检拾至少一个探针模块，并将其贴装在 陶瓷基板的预定位置上的步骤，优选包括将所拾探针模块的焊球置 于陶f:基板预定位置上的步骤，以及加热所述焊球的步骤。而且，所述加热焊球的步骤，最好通过检拾装置内部，对所检拾 的探针模块照射激光或者利用热源来进行。此外，所述预备附着有焊球的多个探针^t块的步骤，优选包括 在形成有多个探针模块的晶片上的各探针模块焊垫上附着焊球的步 骤；从晶片分离附着有焊球的所述探针模块，并将其装于模块托盘中 的步骤。而且，上述通过提升或降低把住探针模块的检拾装置，来调整所 述焊球高度，进而调整所述探针模块高度的步骤中，最好按照所述探 针模块在陶瓷基板上的位置来调整焊球高度，使其具有不同高度。此外，最好调整所述焊球高度，使其从所述陶瓷基板的中心部向 周缘部逐渐变高。另外，最好调整所述焊球高度，使其从所述陶瓷基板的中心部向 周缘部逐渐变低。而且，所述检拾装置，最好通过与所述探针模块的上表面接触， 利用真空检拾所述探针模块。本发明所涉及的探针卡及其制造方法，即使陶瓷基板的平整度不 一致，或者在探针卡的组装过程中陶瓷基板的平整度发生变化，也能 使布设于陶瓷基板上的探针模块的探针高度与平整度基准线一致，因 此可提高测试工序的精确度。
图l是本发明一个实施例所涉及的探针卡的立体图；图2是图i的n-n线剖视图；图3是图2所示探针模块的俯视放大图； 图4是图3的IV-IV线剖视图；图5是表示平整度基准线之中心部高于其两边的一实施例的示意图；图6是表示平整度基准线的两边高于其中心部的一实施例的示意图；图7是本发明一实施例所涉及的探针基板制造方法的示意图，表 示从晶片分离探针模块的步骤；图8表示利用检拾装置检拾分离出的探针模块，并将其移到多层 陶瓷基板上的步骤；图9表示利用检拾装置将探针模块的焊球焊接在多层陶瓷基板周缘上的步骤；图IO表示利用检拾装置加高焊球高度，使探针模块的高度与平整 度基准线一致的步骤；图11表示将另 一探针模块焊接在多层陶瓷基板上的中央部，并使 探针模块的高度与平整度基准线一致的步骤。图中50:内部电路 80:模块托盘 90:检拾装置 100:基片 101:孩i小沟渠 102:通孔 111:沟渠氧化膜 120:绝缘膜 130:连"l妻部件 140:籽晶层 150:横杆 160:接触体61:第一顶端162:第二顶端 163:第三顶端 170:电^各部 183:焊球 200:探针 1000:探针模块 2000:多层陶瓷基板 3000:印刷电路板具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施例所涉及的探针卡及其制 造方法。并且在本领域的技术人员能够简单实施本发明实施例的范围 内进行说明。由于本发明的实施例能够以多种形式实施，因此本发明 的权利要求范围并不限于下述实施例。图中，为清楚地显示各层及区域，放大显示了厚度。而且，说明 书中对相同部分均使用了相同符号。图1是本发明的一实施例所涉及探针卡的立体图，图2是图]的 线剖视图，图3是图2所示探针模块的俯视放大图，图4是图3 的IV-IV线剖一见图。如图l及图2所示，探针卡由多个探针模块1000、位于所述探针 模块1000下方的多层陶瓷基板2000、以及位于多层陶瓷基板2000下 方的印刷电路板3000构成。其中，多层陶瓷基板2000隔着弹性块2500 与印刷电路板3000相连接。如图3及图4所示，探针模块1000包括基片100、形成在基片100 上的多个探针200。基片IOO最好是单晶硅晶片，且所述基片100的部 分表面上形成有绝缘膜120。在基片100的上表面附近形成有沟渠氧化膜(trench oxidc ) 11 j, 与沟渠氧化膜111相隔预定距离的位置上形成有通孔102,且通孔02 的内部由连接部件130占据。沟渠氧化膜111由热氧化膜形成，且其 电绝缘性及硬度非常优良。探针200包括，与基片100的连接部件130电连接的横杆(beam ) 150，以及形成于一黄杆150的一端上且垂直方向附着在一黄杆150上的4娄 触体160。 4黄杆150由选自镍(Ni)、铜(Cu)、柏(Pt)、钇(Pd)、 4老 (Rh)、金(Au)、铝(Al)中的任何一种金属或者以上述一种金属为 主要成分的合金构成。构成探针模块1000的多个探针200，由第一探 针组210及与其相对置的第二探针组220构成。形成有接触体60且 属于第一探针组210的各探针200的一端，与形成有接触体160且属 于第二探针组220的各^^笨针200的一端相面对。据此，形成于一个4笨 针模块1000内的多个接触体160,沿Y方向配置成两列。接触体160，其侧壁为阶梯状，且上部直径小于下部直径。接触体 160由与横杆150相接触的第一顶端161、形成于第一顶端上面且直径 小于第一顶端161直径的第二顶端162、形成于第二顶端162上面且直径小于第二顶端162直径的第三顶端163构成。在此，第一顶端161、 第二顶端162、第三顶端163的横截面可以是圆形、椭圆形、多角形等 各种形状。所述接触体160,在电性测试过程中将电连接测试设备即探 针基板与半导体集成电路。本发明一实施例中，虽然接触体160由3个端部，即第一顶端161 、 第二顶端162、第三顶端163构成，^旦也可以具有更多的端部。并且，横杆150的下面附着有籽晶层(seed layer) 140，所述籽晶 层140由选自4臬(Ni)、 4同(Cu)、鉑(Pt)、 4巴(Pd)、 4老(Rh)、金(Au)、 铝(Al)中的任何一种金属或者以上述一种金属为主要成分的合金构成。另外，位于横杆150下方的基片100的一部分被去掉，形成弯曲 空间(bending space ) A，以使^黄杆150能够沿上下方向弯曲。由于形 成有弯曲空间A，横杆150与基片100的一部分相隔一定距离。由此， 横杆150在弯曲空间A内，沿上下方向能够弹性^:动。此时，弯曲空间A的侧壁106向外倾斜，并且所述侧壁106的上 端部与横杆150相接触，且与横杆150形成预定角度0。沟渠氧化膜111形成在横杆150与弯曲空间A侧壁106的边界， 即横杆150与基片IOO之间的边界B上。即，在与弯曲空间A的侧壁 106邻接的位置上形成有沟渠氧化膜111。由此，沟渠氧化膜lll可防 止由于横杆150的连续弯曲动作而集中在横杆150与基片100边界B 的应力所导致的界面B的损坏，且维持横杆150与基片IOO之间电绝 缘性，从而防止漏电。如图3所示，所述沟渠氧化膜111沿横杆150长度方向X的垂直方向Y延伸。而且，连接部件130的周围形成有辅助沟渠氧化膜112。所述辅助 沟渠氧化膜112沿沟渠氧化膜111长度方向Y的垂直方向X延伸，以 防止由于沟渠氧化膜111的作用，基片100向Y方向弯曲而损坏连接 部件130。弯曲空间A的表面没有形成绝缘膜120,而为了绝缘，基片100 与籽晶层140之间形成有绝缘膜120,而且连接部件130与横杆150通 过籽晶层140相4妻触。横杆150的另一端通过连接部件130与形成在基片100下方的电 路部170相连接。电路部170的一端形成有第一焊垫(solder pad) 179， 且第一阻焊层(solder resist) 181覆盖所述电路部170。所述第一阻焊 层181具有用于露出第 一焊垫179的第 一接触区187。通过第 一接触区 187而被露出的第一焊垫179上形成有第一中间层182，且在所述第一 中间层182上附着有焊球(solder ball )183。第 一 中间层(Under Bump Metallurgy, UBM)182，由能够防止焊球183扩散的防扩散层即如钛 (Ti)等金属层，以及用于提高焊球183润湿性的浸润层即如金(Au ) 或铜(Cu)等金属层构成。焊球183由金(Au)和锡(Sn)的合金， 或者锡(Sn)、铂(Ag)及铜(Cu)的合金构成。焊球183大小最好为数 十〃m至数百〃m 。如图2所示，在多层陶瓷基板2000上布置有内部电路50。并且， 多层陶瓷基板2000上还形成有与内部电路50相连接的第二焊垫53。 所述多层陶瓷基板2000上形成有第二阻焊层54，其具有用于露出第二焊垫53的第二接触区57。通过第二接触区57而被露出的第二焊垫53 上，形成有第二中间层55,而第二中间层55上附着有焊球83。第二 中间层55，由能够防止焊球183扩散的防扩散层即如镍(Ni)等金属 层，以及用于提高焊球183润湿性的浸润层即如金(Au )或者铜(Cu ) 等金属层构成。而且，焊球183的一面附着在第二焊垫53上，另一面 则附着在探针模块1000的第一焊垫179上，通过所述焊球183电连接 第一焊垫179及第二焊垫53。多个探针模块1000贴装在多层陶瓷基板2000上，且根据多层陶 瓷基板2000的平整度，探针模块1000之焊球183的形成高度H有所 不同。即，当多层陶瓷基板2000的中心部为凸出形状时，所述探针模块 1000中位于多层陶瓷基板2000中心部的探针模块1000的焊球183高 度H低，而探针模块1000的焊球183越靠近多层陶瓷基板2000周缘， 其高度H越高。在此，焊球183的高度H是指影响高度的纵向直径。 如此，根据多层陶资基板2000的平整度，以不同高度H形成探针模块 1000的焊球183,从而能够使所有探针模块1000的探针200高度与平 整度基准线PL1 —致。另外，如图2所示，所述平整度基准线PL1可以是一水平线，但 也可以如图5及图6所示，平整度基准线PL1的一部分或高或低。图5所示的是平整度基准线PL2的中心部高于两边的一实施例， 图6所示的是平整度基准线PL3的两边高于中心部一实施例。如图5所示，当平整度基准线PL2的中心部高于两边时，在多层 陶瓷基板2000的上表面2001平整的条件下，所述多个探针模块1000中位于多层陶瓷基板2000中心部的探针模块1000的焊球183高度II 较高，而越靠近多层陶瓷基板2000周缘部，探针模块1000的焊球]83 高度H就越低。而且，如图6所示，当平整度基准线PL3的中心部低于两边时， 在多层陶瓷基板2000的上表面2001平整的条件下，所述多个探针模 块1000中位于多层陶瓷基板2000中心部的探针模块1000的焊球183高度n较低，而越靠近多层陶瓷基板20oo周缘部，探针模块ooo的焊球183高度就越高。图5及图6只是用以说明根据相应位置可以调整焊球183高度II 的示例。即，根据需要各探针模块IOOO可形成不同高度H的焊球183。图7至图ll按制造顺序图示了本发明一实施例所涉及的探针基板 的制造方法。图7表示本发明一实施例所涉及的探针基板制造方法的第一步骤， 即从晶片分离探针模块的步骤。图8表示利用检拾装置检拾分离出的 探针模块，并将其移到多层陶瓷基板上的步骤。图9表示利用检拾装 置将探针模块的焊球贴装在多层陶瓷基板周缘上的步骤。图IO表示示 利用检拾装置加高焊球高度，使探针模块的高度与平整度基准线齐平 的步骤。图ll表示将另一探针模块贴装在多层陶瓷基板上的中央部， 并使探针模块的高度与平整度基准线齐平的步骤。首先，如图7所示，使用焊料夹压机(SolderBumper)(未图示) 将多个球形焊球183置于探针模块1000的第一焊垫179上，并利用激 光或者其他热源进行回流焊接(reflow)工序，使焊球183通过第一中间层182坚固地焊接在第一焊垫179上。接着，沿切割线切割形成有 多个探针模块1000的晶片10，并逐次分离多个探针模块000。其次，如图8所示，在模块托盘(Module Tray) 80上排列多个探 针模块1000后，利用检拾装置90从模块托盘80中检拾(Pick-up ) — 个探针模块1000，并将所拾取的探针模块1000放置于多层陶瓷基板 2000的预定位置上。本发明的一实施例中，首先进行在多层陶瓷基板 2000的周缘部贴装探针模块1000的步骤。检拾装置90，通过与探针 模块1000上表面的周缘部S接触，利用真空方式检拾探针模块1000。接着，如图9所示，利用检拾装置90,使探针模块1000与多层陶 瓷基板2000接触并施加压力，同时通过检拾装置90的内部空间，对 探针模块1000照射激光，以加热溶化焊球183,从而使探针模块1000 被焊接在陶瓷基板2000上。此时，探针模块1000的焊球183被焊接 在第二焊垫53上的第二中间层55上。在此，所述多层陶瓷基板2000 在制造工序中会成型为其上表面2001的中央部呈凸出状、具有不良平 整度的产品。因此，通过本步骤附着在多层陶瓷基板2000周缘部的探 针模块IOOO,其高度将低于平整度基准线PL1。在此，探针模块IOOO 的高度是指探针模块1000之探针200上部最顶端的高度。接着，如图IO所示，为防止探针模块1000的高度低于平整度基 准线PL1 ，向上提升把持探针模块1000的检拾装置90，加高焊球183 的高度H，使探针模块1000与平整度基准线PL1齐平。此时，焊球 183呈长椭圓形，其长轴大致纵向平行。接着，如图ll所示，利用检拾装置90在多层陶瓷基板2000的中 央部贴装另一探针模块1000,并使探针模块1000的高度与平整度基准线PL1齐平。而且，反复进行图8至图IO所示工序，将所有探针模块1000贴装在多层陶瓷基板2000上，并使所有探针模块1000的高度与 平整度基准线PL1 —致。以上，说明了在不平整的多层陶瓷基板2000上贴装探针模块1000， 并使探针模块1000的高度与平整度基准线PL1 —致的情况。另一方面， 即便多层陶瓷基板2000当前的平整度良好，但在后续的探针卡组装过 程中预期会受到压力而导致多层陶瓷基板2000平整度的变化时，可将 探针模块1000的高度设成高于平整度基准线PL1预定高度。从而，在 组装完探针卡的状态下，可使探针模块1000与平整度基准线Pll齐平。通过预先在用于控制检拾装置90的计算机中设置焊球在每一位置 上的相应高度，从而可自动调节每一探针模块1000的高度。另外，当贴装在多层陶瓷基板2000上的多个探针模块1000中的 某一个破损而需要更换时，可从多层陶瓷基板2000中取出该探针模块 1000,重新把同一规格的探针模块1000贴装在多层陶瓷基板2000上。 因此本发明的探针卡易于维修。从多层陶瓷基板2000中取出探针模块 1000时，用检拾装置90把持住该探针模块1000的状态下，用激光熔 化焊球183,之后再提升检拾装置90。虽然在上面详细说明了本发明的较佳实施例，但本发明所要求保 护的范围并不局限于此，在本发明技术思想的基础上所作的各种修饰 及变更，均属于本发明的保护范围。
权利要求
1. 一种探针卡，其特征在于，包括多个探针模块；位于所述探针模块下方的陶瓷基板；用于电性连接所述探针模块与所述陶瓷基板的焊球，其中，所述焊球高度按其位置而异。
2、 根据权利要求1所述的探针卡，其特征在于 所述各探针模块的焊球高度各不相同。
3、 根据权利要求2所述的探针卡，其特征在于 所述焊球高度，从所述陶瓷基板的中心部向周缘部逐渐变高。
4、 根据权利要求2所述的探针卡，其特征在于 所述焊球高度，从所述陶瓷基板的中心部向周缘部逐渐变低。
5、 根据权利要求2所述的探针卡，其特征在于 所述多个探针模块的高度相互一致。
6、 根据权利要求5所述的探针卡，其特征在于 所述探针模块包括基片及形成于所述基片上的多个探针；所述探针模块的高度为所述探针模块之探针上部最顶端的高度。
7、 根据权利要求6所述的探针卡，其特征在于，进一步包括 电路部，其形成于基片下方，且具有第一焊垫；第一阻焊层，其覆盖所述电路部，且具有露出所述第一焊垫的第一才妻触部；第一中间层，其形成于所述第一阻焊层上； 其中，所述焊球被附着在所述第一中间层上。
8、 根据权利要求7所述的探针卡，其特征在于，进一步包括 第二焊垫，其形成于所述陶资基板上；第二阻焊层，其具有露出所述第二焊垫的第二接触部； 第二中间层，其形成于所述第二阻焊层上， 其中，所述焊球被附着在所述第二中间层上。
9、 一种探针卡制造方法，其特征在于，包括以下步骤 预备附着有焊球的多个探针模块；利用检拾装置检拾至少一个所述探针模块，并将其贴装在陶瓷基 板的预定位置上；通过提升或降低把住探针模块的检拾装置，来调整焊球的高度， 进而调整所述探针模块的高度。
10、 根据权利要求9所述的探针卡制造方法，其特征在于所述利用检拾装置检拾至少一个探针模块，并将其贴装在陶瓷基 板的预定位置上的步骤包括，将所拾探针模块的焊球置于陶瓷基板预 定位置上的步骤，以及加热所述焊球的步骤。
11、 根据权利要求IO所述的探针卡制造方法，其特征在于所述加热焊球的步骤是，通过贯通所述检拾装置内部，对所拾探 针模块照射激光，或者利用热源来进行的。
12、 根据权利要求9所述的探针卡制造方法，其特征在于所述预备附着有焊球的多个探针模块的步骤包括，在形成有多个 探针模块的晶片上的各探针模块焊垫上附着焊球的步骤；从晶片分离 附着有焊球的所述探针模块，并将其装在模块托盘中的步骤。
13、 根据权利要求9所述的探针卡制造方法，其特征在于所述通过降低把住探针模块的检拾装置，来调整焊球高度，进而 调整所述探针模块高度的步骤中，按照所述探针模块在所述陶瓷基板 上的位置来调整焊球高度以使其具有不同的高度。
14、 根据权利要求13所述的探针卡制造方法，其特征在于 调整所述焊球高度，使其从所述陶瓷基板的中心部向周缘部逐渐沐古 又问。
15、 根据权利要求13所述的探针卡制造方法，其特征在于调整所述焊球高度，使其从所述陶瓷基板的中心部向周缘部逐渐 变低。
16、 根据权利要求13所述的探针卡制造方法，其特征在于所述检拾装置，通过与所述探针模块的上表面接触，利用真空检 拾所述探针模块。
全文摘要
本发明涉及一种探针卡，其包括多个探针模块、位于探针模块下方的多层陶瓷基板、用于电性连接探针模块与多层陶瓷基板的焊球。其中，焊球高度按其位置而异。采用本发明的探针卡及其制造方法，即使多层陶瓷基板的平整度不一致，或者在组装探针卡过程中多层陶瓷基板的平整度发生变化，也能使布设于多层陶瓷基板上的探针模块的探针高度与平整度基准面一致，因此可提高测试工序的精确度。
文档编号G01R1/067GK101221195SQ200710110928
公开日2008年7月16日 申请日期2007年6月8日 优先权日2007年1月12日
发明者柳达来 申请人:艾佩思有限公司