CN106990271A - 微机电探针及其制造方法以及探针组结构 - Google Patents

微机电探针及其制造方法以及探针组结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种微机电探针，探针的制造方法为先利用微机电制程成型，再通过切削加工在一针尖部形成一切削面，探针具有一上表面、一身部以及实质上自身部朝一点触方向延伸的针尖部，针尖部具有第一、二侧面以及一实质上朝向点触方向的点触端，切削面于上表面呈下倾状、与第一、二侧面及点触端邻接，且具有由切削加工所形成的至少一切痕，切痕实质上自第一侧面延伸至第二侧面且非平行于点触方向，且切削面自一边缘切痕下倾至点触端；由此，点触端面积小，因此探针针痕小、易划破待测物的钝化层，且影像辨识度高。

Description

微机电探针及其制造方法以及探针组结构
技术领域
本发明与设置于探针卡用于点触待测物的探针有关，特别是指一种微机电探针及其制造方法，以及一种探针组结构。
背景技术
请参阅图1，图1所示为习知通过微机电制程(MEMS manufacturing process)所制造的挫曲式探针10(Cobra probe)，挫曲式探针10在制造的过程中以横躺的姿态在一基板(图中未示)上成型，详而言之，该基板上通过光微影技术(photolithography)形成出光阻层，该光阻层受光罩定义出对应探针10的前、后表面11、12的形状，探针10通过电镀成型于该光阻层内，探针10成型完成时以其前、后表面11、12平行于该基板而呈横躺的姿态。
相较于传统的机械加工方式，前述的微机电制程可较快速地、整批大量制造地且精准地制造出探针10，然而，探针10的形状却也受限于微机电制程，其针尖部13仅有左、右侧面131、132可倾斜内缩，前、后侧面133、134则难以制成倾斜内缩状，因此针尖部13用于点触待侧物的点触端135呈长条形且具有相当面积(图式中点触端135以直线状示意，实际上会略有宽度而呈细长弧面)，如此不但有针痕较大的缺点，在进行针尖自动辨识时的影像辨识度也较差，此外，点触端135也因形状不够尖锐而恐有难以划破待测物上的钝化层进而造成检测失误的问题，而必需施加较大针压进行点触，如此，易加速探针磨耗影响探针寿命。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种微机电探针，其针尖部的点触端面积较小，可产生较小的针痕、易划破待测物的钝化层，且在进行针尖自动辨识时的辨识度较高。
为达到上述目的，本发明所提供的一种微机电探针，具有一上表面、一身部以及一实质上自所述身部朝一点触方向延伸的针尖部，所述针尖部具有一第一侧面、一第二侧面以及一实质上朝向所述点触方向的点触端，所述微机电探针用于朝所述点触方向移动而以所述点触端点触一待测物；所述微机电探针的特征在于：所述针尖部具有一于所述上表面呈下倾状的切削面，所述切削面与所述第一侧面、所述第二侧面及所述点触端邻接且具有由切削加工所形成的至少一切痕，所述至少一切痕实质上自所述第一侧面延伸至所述第二侧面且非平行于所述点触方向，所述至少一切痕中包含有一形成所述切削面的一边缘的边缘切痕，所述切削面自所述边缘切痕下倾至所述点触端。
其中，所述切削面能定义出一最小长度及一下倾高度，所述最小长度为所述边缘切痕与所述点触端在与所述点触方向平行的方向上的最小距离，所述下倾高度为所述边缘切痕与所述点触端在与所述点触方向垂直的方向上的最小距离，所述最小长度大于或等于所述下倾高度的1.5倍。
所述切削面实质上呈一平面，且所述切削面相对于所述点触方向倾斜一小于33度的角度。
所述切削面实质上呈一平面、一曲面及多个曲面三者其中之一。
所述至少一切痕实质上垂直于所述点触方向。
所述至少一切痕相对于所述点触方向倾斜一角度。
所述角度大于或等于45度且小于或等于75度。
换言之，本发明所提供的微机电探针在经由微机电制程成型后，更通过切削加工去除针尖部的一部分，进而形成出切削面，同时也切削掉原先成型出的点触端的一部分。由此，本发明的微机电探针的点触端面积较小，因此其针痕较小、易划破待测物的钝化层，且在进行针尖自动辨识时的辨识度较高。此外，切削加工自第一侧面切削至第二侧面，且加工方向非平行于点触方向，因而产生至少一切痕，如此的切削加工方式可在同一切削行程中对多数个探针进行如前述的切削加工，因此适用于整批大量制造的微机电探针。
本发明的另一目的在于提供一种微机电探针的制造方法，其可制造出如前述的微机电探针。
为达到上述目的，本发明所提供的其特征在于包含有下列步骤：
a)利用微机电制程在一基板上制造出一针体，所述针体具有一朝向所述基板的下表面、一与所述下表面朝向相反方向的上表面、一身部以及一实质上自所述身部朝一点触方向延伸的针尖部，所述针尖部具有一第一侧面、一与所述第一侧面相对的第二侧面以及一实质上朝向所述点触方向的点触端；
b)利用一切削工具沿一非平行于所述点触方向的加工方向而自所述针体的针尖部的第一侧面切削至第二侧面，以在所述针尖部切削出一于所述上表面呈下倾状的切削面并同时缩减所述接触端的面积，所述切削面具有一由切削加工形成于其一边缘的边缘切痕，所述切削面自所述边缘切痕下倾至所述点触端。如此的切削加工方式可于同一切削行程中对多数探针进行如前述的切削加工，因此适用于整批大量制造的微机电探针。
上述本发明的微机电探针的制造方法中，所述步骤a)的微机电制程中形成一牺牲层，且所述针体受所述牺牲层固定于所述基板上，所述牺牲层在所述步骤b)之后去除而使得所述针体脱离所述基板。由此，所述牺牲层可在步骤b)进行的过程中将所述针体稳固地固定在所述基板上，避免所述针体在切削加工过程中产生位移、变形等问题，尤其在如前述的整批大量制造的切削加工过程中效果更为显著。
所述步骤a)的微机电制程是在所述基板上制造出多个所述针体，各所述针体实质上以相同的姿态排列且其点触端沿所述加工方向排列；所述步骤b)中，所述切削工具在同一切削行程中切削过沿所述加工方向排列成一直线的多个所述针体。
所述切削工具为一球铣刀、一砂轮、一成型磨轮、一单刃铣刀及一多刃铣刀其中之一。
所述加工方向为实质上垂直于所述点触方向。
所述加工方向相对于所述点触方向倾斜一角度。
所述角度大于或等于45度且小于或等于75度。
所述切削面实质上呈一平面、一曲面及多个曲面三者其中之一。
所述切削面能定义出一最小长度及一下倾高度，所述最小长度为所述边缘切痕与所述点触端在与所述点触方向平行的方向上的最小距离，所述下倾高度为所述边缘切痕与所述点触端在与所述点触方向垂直的方向上的最小距离，所述最小长度大于或等于所述下倾高度的1.5倍。
所述切削面实质上呈一平面，且所述切削面相对于所述点触方向倾斜一小于33度的角度。
即，在前述的制造方法中，加工方向相对于点触方向倾斜一角度；换言之，至少一切痕为相对于点触方向倾斜角度；如此一来，在影像辨识时，光线平行于点触方向地朝针尖部入射后，可避免因受到切削面的切痕反射而产生也平行于点触方向的反射光，换言之，如前述的倾斜切痕可使反射光非平行于入射光，以产生消光作用而提高针尖自动辨识效果。更佳地，该角度为大于或等于45度且小于或等于75度。然而，本发明的微机电探针及其制造方法不限制有前述的特征，加工方向可实质上垂直于点触方向，即，至少一切痕可实质上垂直于点触方向。
本发明的微机电探针可(但不限于)为呈直线状或挫曲状的垂直式探针(verticalprobe)或者悬臂式探针(cantilever probe；又称N形探针)，并以横躺的姿态成型及进行切削加工。
本发明还提供一种探针组结构，包含有二如前所述的微机电探针，各所述微机电探针的针尖部具有一实质上与所述切削面朝向相反方向的背面，所述二微机电探针的针尖部的背面为相面对。如此的探针组结构可使得相邻二探针的点触端距离较小，以达到微小针距(fine pitch)的使用需求。
附图说明
图1是习用的微机电探针的立体示意图；
图2是本发明一第一较佳实施例所提供的微机电探针的立体示意图；
图3及图4是剖视示意图，分别显示本发明该第一较佳实施例所提供的微机电探针的制造方法的步骤a)及步骤b)；
图5是本发明该第一较佳实施例所提供的微机电探针的局部顶视示意图；
图6是本发明该第一较佳实施例所提供的微机电探针的局部侧视示意图；
图7是顶视示意图，显示本发明该第一较佳实施例所提供的微机电探针的制造方法的步骤b)；
图8是本发明一第二较佳实施例所提供的微机电探针的局部侧视示意图；
图9是剖视示意图，显示本发明一第三较佳实施例所提供的微机电探针的制造方法的步骤b)；
图10是本发明该第三较佳实施例所提供的微机电探针的局部顶视示意图；
图11是本发明一第四较佳实施例所提供的微机电探针的局部顶视示意图；
图12是顶视示意图，显示本发明该第四较佳实施例所提供的微机电探针的制造方法的步骤b)；
图13是本发明一第五较佳实施例所提供的微机电探针的局部顶视示意图；
图14是本发明一第六较佳实施例所提供的微机电探针的局部侧视示意图；
图15及图16是剖视示意图，显示本发明该第六较佳实施例所提供的微机电探针的制造方法的步骤b)；
图17是本发明一第七较佳实施例所提供的微机电探针的立体示意图；
图18是本发明一第八较佳实施例所提供的微机电探针的立体示意图；
图19是本发明一第九较佳实施例所提供的探针组结构的示意图。
具体实施方式
现举以下实施例并结合附图对本发明的结构及功效进行详细说明。
申请人首先在此说明，在以下将要介绍的实施例以及图式中，相同的参考号码，表示相同或类似的元件或其结构特征。
请参阅图2，本发明一第一较佳实施例所提供的微机电探针20类同于图1所示的习知通过微机电制程所制造的挫曲式探针10，但在针尖部的设计有所差异，以下将说明微机电探针20的制造方法，并同时说明微机电探针20的结构特征。微机电探针20的制造方法包含有下列步骤：
a)如图3所示，利用微机电制程在一基板32上制造出一针体40(如同图1所示的探针10)，针体40具有一朝向基板32的下表面41(如同探针10的后表面12)、一与下表面41朝向相反方向的上表面42(如同探针10的前表面11)、一身部43以及一实质上自身部43朝一点触方向D1延伸的针尖部50(如同探针10的针尖部13)，针尖部50具有一第一侧面51(如同探针10的针尖部13的左侧面131)、一与第一侧面51相对的第二侧面52(如同探针10的针尖部13的右侧面132)，以及一实质上朝向点触方向D1的点触端53。
本发明所述的上表面42及下表面41，其方向对应在制造过程中的状态，而非对应使用状态。点触方向D1的定义方式为，微机电探针在使用时朝点触方向D1移动而以点触端53点触一待测物(图中未示)。此外，本实施例的微机电探针20的身部43包含有宽度及厚度较大的上区段432，以及宽度及厚度较小的下区段434，而针尖部50为自下区段434下端宽度渐缩地延伸；然而，身部43的设计不以此为限。
此步骤a)中所述的微机电制程，利用光微影技术在基板上32形成一牺牲层34(例如容易去除的金属或光阻)，并可(但不限于)采用钴合金(例如钯钴合金、镍钴合金等等)在牺牲层34内进行电镀而成型出针体40，此部分属于习知技术，容申请人在此不详加叙述。
b)如图4所示，利用一切削工具36，例如铣刀，沿一非平行于点触方向D1的加工方向D2(如图5及图7所示)而自针体40的针尖部50的第一侧面51切削至第二侧面52，以在针尖部50切削出一在上表面42呈下倾状的切削面54(如图2及图6所示)并同时缩减接触端53的面积。
如此一来，切削面54与第一侧面51、第二侧面52及点触端53邻接，且具有由切削加工所形成的至少一切痕542，至少一切痕542实质上自第一侧面51延伸至第二侧面52，且沿加工方向D2形成因而也非平行于点触方向D1。在本实施例中，切削工具36为一球铣刀，其所产生的较明显的切痕仅有一形成切削面54的一边缘的边缘切痕542，切削面54自边缘切痕542下倾至点触端53。此外，本实施例的加工方向D2实质上垂直于点触方向D1，因此切痕542实质上垂直于点触方向D1。
换言之，本发明所提供的微机电探针在经由微机电制程成型后，更通过切削加工去除针尖部50的一部分，进而形成出切削面54，同时也切削掉原先成型出的点触端53的一部分，因此本发明的微机电探针的点触端53面积较小，可产生较小的针痕、易划破待测物的钝化层，且在进行针尖自动辨识时的影像辨识度较高。本发明中所述的切削加工包含任何以切削工具直接接触工件而产生除料作用的加工方式，包含铣削(milling)、磨削(grinding)、砂轮切割(abrasive cutting)等等。
此外，该切削加工自第一侧面51切削至第二侧面52，加工方向D2非平行于点触方向D1，因此可于同一切削行程中对多数个探针进行如前述的切削加工，即，如图7所示，步骤a)的微机电制程是在基板32上制造出多个针体40，各针体40实质上以相同的姿态排列且其点触端53沿加工方向D2排列；步骤b)中，切削工具36在同一切削行程中切削过沿加工方向D2排列成一直线的多个针体40；因此，本发明适用于整批大量制造的微机电探针。为了简化图式并便于说明，牺牲层34及切削工具36未显示于图7中。
在第一较佳实施例中，切削面54由一次加工行程所形成，因此切削面54呈单一曲面。然而，切削面54也可由多次加工行程所形成，进而呈多个曲面，例如图8所示的本发明一第二较佳实施例所提供的微机电探针21，其切削面54呈二曲面。
如图3及图4所示，在前述的制造方法的过程中，针体40受步骤a)中所形成的牺牲层34固定于基板32上，且牺牲层34在步骤b)的后才去除而使得针体40脱离基板32。由此，牺牲层34可在步骤b)进行的过程中将针体40稳固地固定在基板32上，避免针体40在切削加工过程中产生位移、变形等问题，尤其在如前述的整批大量制造的切削加工过程中效果更为显著。然而，本发明不以前述的特征为限，牺牲层34可在步骤a)之后即去除，即，步骤b)进行时，针体40不限制于受到牺牲层34固定，也不限制于设置在基板32上。
请参阅图9及图10，本发明一第三较佳实施例所提供的微机电探针22类同于前述第一较佳实施例的探针20，但微机电探针22的制造方法的步骤b)中，切削工具36为如图9所示的砂轮，其产生的切削面54也呈一曲面，但切削面54除了边缘切痕542以外，也有其他切痕544，甚至切痕544可能规则地遍布在切削面54上。
然而，前述的微机电探针22在进行针尖自动辨识时，由于光线为平行于点触方向D1地朝针尖部50入射，而各切痕542、544位实质上垂直于点触方向D1因而与光线相互垂直，因此各切痕542、544会将光线平行于其入射方向地反射回去，如此容易降低影像辨识度。为改善此问题，如图11所示的本发明一第四较佳实施例所提供的微机电探针23以及图12所示的探针23的切削加工方式，加工方向D2也可相对于点触方向D1倾斜一角度θ1，使得切削面54的切痕542、544相对于点触方向D1倾斜角度θ1，如此一来，在进行针尖自动辨识时，如前述的倾斜切痕可使反射光非平行于入射光，以产生消光作用而提高影像辨识度。角度θ1以大于或等于45度且小于或等于75度为较佳设计，在本实施例中，角度θ1为75度。为了简化图式并便于说明，牺牲层34及切削工具36未显示于图12中。
如前述的用于产生倾斜切痕的倾斜加工方式不限于应用在砂轮加工，例如图13所示的本发明一第五较佳实施例所提供的微机电探针24，其切削面54即为通过球铣刀进行如图12所示的倾斜切削加工所形成。
如图14所示的本发明一第六较佳实施例所提供的微机电探针25，切削面54也可呈一平面，即，切削面54可为自如前述的边缘切痕542延伸至点触端53的斜面，切削面54可(但不限于)利用单斜边砂轮切削而成(如图15所示)，也可利用特殊的单刃或多刃铣刀切削而成(如图16所示)，或者，也可利用曲率较大的球铣刀进行切削加工而使切削面54实质上呈平面。
请参阅图17，本发明一第七较佳实施例所提供的微机电探针26，类同于前述第一较佳实施例的微机电探针20，但本实施例的微机电探针26的身部43呈直线状而非弯曲状，前述各实施例的技术特征均可应用于如本实施例的呈直线状的垂直式探针。
此外，前述各实施例的技术特征也均可应用于如图18所示的本发明一第八较佳实施例所提供的微机电探针27，其制造方法类同于前述方法，但在步骤a)中通过微机电制程制造出的针体呈N字形，针体的形状类同于习用的悬臂式探针(又称N形探针)，其身部43具有一呈纵长状的悬臂436，如此的悬臂式探针在步骤a)成型完成后，以及在步骤b)的切削过程中，以呈N字形的下表面41贴接于如前述的基板32，而步骤b)的切削加工在针体的针尖部50形成出切削面54，且切削面54于呈N字形的上表面42呈下倾状。
在前述各实施例所提供的态样中，切削面54以满足下列条件为较佳设计：
L≧1.5H
其中，L为切削面54的最小长度，即边缘切痕542与点触端53在与点触方向D1平行的方向上的最小距离；在如图5所示的切痕垂直于点触方向D1的情况下，切削面54仅有单一长度，因此该长度即为最小长度L；在如图13所示的切痕相对于点触方向D1倾斜θ1的情况下，切削面54的长度呈线性变化，最小长度L如图13所标示。H为切削面54的下倾高度，即边缘切痕542与点触端53在与点触方向D1垂直的方向上的最小距离，如图6所示。
此外，在切削面54实质上呈一平面的形态中，如图14所示，切削面54相对于点触方向D1倾斜的角度θ2以小于33度为较佳的设计。
请参阅图19，本发明还提供一种探针组结构60，包含有二微机电探针，在本实施例中，各该微机电探针为如前述第一较佳实施例所提供的微机电探针20，但各该微机电探针也可为前述的其他实施例所提供的微机电探针。各微机电探针20的针尖部50具有一实质上与切削面54朝向相反方向的背面57，例如图19中左侧的探针20的切削面54实质上朝左，而其背面57朝右。在探针组结构60中，二微机电探针20的针尖部50的背面57为相面对。本发明的微机电探针依照如前述的设置方向而应用于探针卡以形成探针组结构60，可使得相邻二探针的点触端53距离较小，以达到微小针距(fine pitch)的使用需求。必须加以说明的是，图19中仅仅绘制二根微机电探针20，实际上，图中所示的探针组结构60可以包含相当多的微机电探针20，并不以此实施例中所示的二根为限。
最后，必须再次说明，本发明在前述实施例中所揭示的构成元件，仅为举例说明，并非用来限制本案的专利保护范围，其他等效元件的替代或变化，也应被本案的专利保护范围所涵盖。

Claims (18)

1.一种微机电探针，具有一上表面、一身部以及一实质上自所述身部朝一点触方向延伸的针尖部，所述针尖部具有一第一侧面、一第二侧面以及一实质上朝向所述点触方向的点触端，所述微机电探针用于朝所述点触方向移动而以所述点触端点触一待测物；所述微机电探针的特征在于：
所述针尖部具有一于所述上表面呈下倾状的切削面，所述切削面与所述第一侧面、所述第二侧面及所述点触端邻接且具有由切削加工所形成的至少一切痕，所述至少一切痕实质上自所述第一侧面延伸至所述第二侧面且非平行于所述点触方向，所述至少一切痕中包含有一形成所述切削面的一边缘的边缘切痕，所述切削面自所述边缘切痕下倾至所述点触端。
2.如权利要求1所述的微机电探针，其特征在于：所述切削面能定义出一最小长度及一下倾高度，所述最小长度为所述边缘切痕与所述点触端在与所述点触方向平行的方向上的最小距离，所述下倾高度为所述边缘切痕与所述点触端在与所述点触方向垂直的方向上的最小距离，所述最小长度大于或等于所述下倾高度的1.5倍。
3.如权利要求1所述的微机电探针，其特征在于：所述切削面实质上呈一平面，且所述切削面相对于所述点触方向倾斜一小于33度的角度。
4.如权利要求1所述的微机电探针，其特征在于：所述切削面实质上呈一平面、一曲面及多个曲面三者其中之一。
5.如权利要求1所述的微机电探针，其特征在于：所述至少一切痕实质上垂直于所述点触方向。
6.如权利要求1所述的微机电探针，其特征在于：所述至少一切痕相对于所述点触方向倾斜一角度。
7.如权利要求6所述的微机电探针，其特征在于：所述角度大于或等于45度且小于或等于75度。
8.一种探针组结构，其特征在于包含有至少二如权利要求1至7中任一项所述的微机电探针，各所述微机电探针的针尖部具有一实质上与所述切削面朝向相反方向的背面，所述二微机电探针的针尖部的背面为相面对。
9.一种微机电探针的制造方法，其特征在于包含有下列步骤：
a)利用微机电制程在一基板上制造出一针体，所述针体具有一朝向所述基板的下表面、一与所述下表面朝向相反方向的上表面、一身部以及一实质上自所述身部朝一点触方向延伸的针尖部，所述针尖部具有一第一侧面、一与所述第一侧面相对的第二侧面以及一实质上朝向所述点触方向的点触端；
b)利用一切削工具沿一非平行于所述点触方向的加工方向而自所述针体的针尖部的第一侧面切削至第二侧面，以在所述针尖部切削出一于所述上表面呈下倾状的切削面并同时缩减所述接触端的面积，所述切削面具有一由切削加工形成于其一边缘的边缘切痕，所述切削面自所述边缘切痕下倾至所述点触端。
10.如权利要求9所述的微机电探针的制造方法，其特征在于：所述步骤a)的微机电制程中形成一牺牲层，且所述针体受所述牺牲层固定于所述基板上，所述牺牲层在所述步骤b)之后去除而使得所述针体脱离所述基板。
11.如权利要求9所述的微机电探针的制造方法，其特征在于：所述步骤a)的微机电制程是在所述基板上制造出多个所述针体，各所述针体实质上以相同的姿态排列且其点触端沿所述加工方向排列；所述步骤b)中，所述切削工具在同一切削行程中切削过沿所述加工方向排列成一直线的多个所述针体。
12.如权利要求9所述的微机电探针的制造方法，其特征在于：所述切削工具为一球铣刀、一砂轮、一成型磨轮、一单刃铣刀及一多刃铣刀其中之一。
13.如权利要求9所述的微机电探针的制造方法，其特征在于：所述加工方向为实质上垂直于所述点触方向。
14.如权利要求9所述的微机电探针的制造方法，其特征在于：所述加工方向相对于所述点触方向倾斜一角度。
15.如权利要求14所述的微机电探针的制造方法，其特征在于：所述角度大于或等于45度且小于或等于75度。
16.如权利要求9所述的微机电探针的制造方法，其特征在于：所述切削面实质上呈一平面、一曲面及多个曲面三者其中之一。
17.如权利要求9所述的微机电探针的制造方法，其特征在于：所述切削面能定义出一最小长度及一下倾高度，所述最小长度为所述边缘切痕与所述点触端在与所述点触方向平行的方向上的最小距离，所述下倾高度为所述边缘切痕与所述点触端在与所述点触方向垂直的方向上的最小距离，所述最小长度大于或等于所述下倾高度的1.5倍。
18.如权利要求9所述的微机电探针的制造方法，其特征在于：所述切削面实质上呈一平面，且所述切削面相对于所述点触方向倾斜一小于33度的角度。
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