CN107656107A - 具有悬臂式微机电探针的探针模块及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有悬臂式微机电探针的探针模块的制造方法，其提供一电路基板，所述电路基板具有朝向相反方向的第一、二表面，先利用微机电制程在所述第一表面形成一悬臂式微机电探针，所述悬臂式微机电探针具有一与所述第一表面的一电性接点电性连接的支撑部、一与所述支撑部连接的悬臂，以及一与所述悬臂连接的针头，然后利用一刀具以从所述第二表面朝所述第一表面的方向在所述电路基板加工出一穿孔，使得所述穿孔的位置对应于所述针头及所述悬臂；由此，本发明能以较简便、较省时且成本较低的方式使悬臂式微机电探针具有较短的支撑部但仍可避免碰撞电路基板。

Description

具有悬臂式微机电探针的探针模块及其制造方法

技术领域

本发明与探针卡的探针模块有关，特别是指一种具有悬臂式微机电探针的探针模块及其制造方法。

背景技术

习知具有悬臂式探针的探针模块主要包含有一电路基板，以及设于所述电路基板的一下表面的复数个悬臂式探针，各所述悬臂式探针通常包含有一悬臂、一自所述悬臂一端向下延伸的针头，以及一自所述悬臂另一端向上延伸的支撑部，所述支撑部电性连接于所述电路板的下表面的一电性接点。所述支撑部使得所述悬臂与所述电路基板的下表面有一段距离，可避免所述悬臂在受力而弯曲变形时碰撞所述电路基板，可想而知，为达到此功能，所述支撑部需具有相当长度。

对于具有悬臂式微机电探针的探针模块，其悬臂式微机电探针为通过微机电制程形成于电路基板的下表面，即，所述电路基板的下表面需一层一层地形成出牺牲层，以在各所述牺牲层内一层一层地电镀出所述探针的支撑部、悬臂及针头，因此所述电路基板的下表面需概呈完整且平坦状，而无法让出空间给受力变形的悬臂式微机电探针，在此状况下，所述支撑部的长度需大于所述探针的最大针测行程(over drive)，才可确保所述悬臂在达到最大变形量时仍不会碰撞所述电路基板，因此悬臂式微机电探针制程复杂且费时、成本高，并且制作质量不稳定。

虽然在先前技术中也有相关制程，在电路基板上设有凹槽以容置弯曲变形的悬臂式微机电探针，例如中国台湾专利编号为I413775所提供的制程，然而，在所述制程中，需先在电路基板上依序形成出一导电层及一牺牲层，以利用所述导电层及所述牺牲层填补所述凹槽，才可在所述电路基板的下表面及所述牺牲层上一层一层地形成出悬臂式微机电探针，且在探针形成后，还需将所述凹槽中的导电层及牺牲层去除，如此的制程过于繁复。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种具有悬臂式微机电探针的探针模块的制造方法，其能以较简便、较省时且成本较低的方式使悬臂式微机电探针具有较短的支撑部但仍可避免碰撞电路基板。

本发明的另一目的在于提供一种具有悬臂式微机电探针的探针模块的制造方法，其能制造出适用于影像传感器(例如CMOS Image Sensor；简称CIS)的探针模块。

为达到上述目的，本发明所提供的一种具有悬臂式微机电探针的探针模块的制造方法，包含有下列步骤：

a)提供一电路基板，所述电路基板具有朝向相反方向的一第一表面及一第二表面，且所述第一表面具有一电性接点；b)利用微机电制程在所述电路基板的第一表面形成一悬臂式微机电探针，所述悬臂式微机电探针具有一与所述第一表面的电性接点电性连接的支撑部、一与所述支撑部连接的悬臂，以及一与所述悬臂连接的针头；c)利用一刀具以从所述第二表面朝所述第一表面的方向在所述电路基板加工出一贯穿所述电路基板的第一表面及第二表面的穿孔，使得所述穿孔的位置对应于所述针头及所述悬臂。

由此，在步骤c)进行之前，电路基板的第一表面可维持完整且平坦状，以利步骤b)的微机电制程进行，而在步骤c)完成之后，穿孔可容置因受力而弯曲变形的悬臂，因此，本发明不需采用在电路基板的第一表面形成凹槽、填补凹槽，以及在探针形成后去除凹槽内的填补物等繁复程序，而能以较简便、较省时且成本较低的方式使悬臂式微机电探针具有较短的支撑部但仍可避免碰撞电路基板。此外，穿孔可供光线通过而照射于针头，因此所述探针模块适用于影像传感器。

上述本发明的技术方案中，在所述步骤c)中，所述刀具在所述穿孔的一内壁形成出一邻接于所述第一表面的尖端，以及一自所述尖端朝所述第二表面的方向延伸的导引面，使得所述穿孔的孔径自所述尖端沿所述导引面渐增。

所述导引面为一弧面及一平面二者其中之一。

所述步骤b)的微机电制程在所述电路基板的第一表面形成一牺牲层，所述悬臂式微机电探针在所述步骤c)进行的过程中位于所述牺牲层内，所述牺牲层在所述步骤c)完成后去除。

所述步骤b)的微机电制程在所述电路基板的第一表面形成复数个所述悬臂式微机电探针，所述电路基板在所述步骤c)之后被切割成复数个区块，且各所述区块上附有至少一所述悬臂式微机电探针。

较佳地，在所述步骤c)中，所述刀具可在所述穿孔的一内壁形成出一邻接于所述第一表面的尖端，以及一自所述尖端朝所述第二表面的方向延伸的导引面，使得所述穿孔的孔径自所述尖端沿所述导引面渐增。更佳地，所述导引面可为一弧面及一平面二者其中之一。由此，在进行清针作业时，气流可通过所述穿孔以清理所述针头，且所述导引面可将气流朝针头的方向导引，以增进清针的效果。所述牺牲层可在步骤c)进行的过程中将所述悬臂式微机电探针稳固的固定在所述电路基板上，且不同的探针模块可同时通过前述的步骤a)至c)而制成，再通过此切割步骤相互分离，以提高制造效率。

本发明的又一目的在于提供一种具有悬臂式微机电探针的探针模块，其适用于影像传感器，且其悬臂式微机电探针具有较短的支撑部但仍可避免碰撞电路基板，且制程较简便、省时且成本较低。

为达到上述目的，本发明所提供的一种具有悬臂式微机电探针的探针模块，其特征在于包含有：一电路基板，具有朝向相反方向的一第一表面及一第二表面，以及一贯穿所述第一表面及所述第二表面的穿孔，且所述第一表面具有一电性接点；一悬臂式微机电探针，利用微机电制程形成于所述电路基板的第一表面，所述悬臂式微机电探针具有一与所述第一表面的电性接点电性连接的支撑部、一与所述支撑部连接的悬臂，以及一与所述悬臂连接的针头；其中，所述穿孔的位置对应于所述针头及所述悬臂，所述悬臂受力时有一弯曲变形量，所述弯曲变形量为所述悬臂一端自未受力的位置朝所述穿孔的方向移动的距离，所述悬臂因受力弯曲变形能部份容置于所述穿孔内。

上述本发明的技术方案中，所述穿孔的一内壁具有一邻接于所述第一表面的尖端，以及一自所述尖端朝所述第二表面的方向延伸的导引面，所述穿孔的孔径自所述尖端沿所述导引面渐增。由此，在进行清针作业时，气流可通过所述穿孔清理所述针头，且所述导引面可将气流朝针头的方向导引，以增进清针的效果。

所述导引面为一弧面及一平面二者其中之一。

所述穿孔的内壁具有一邻接于所述第二表面的平坦部，所述穿孔的孔径在所述平坦部维持一致，所述导引面为一自所述尖端延伸至所述平坦部的弧面。

所述导引面为一自所述尖端延伸至所述第二表面的平面。

所述穿孔的最大半径与最小半径的差值大于40微米且小于200微米。

所述尖端与所述支撑部的距离小于600微米。

所述悬臂在未受力变形时与所述第一表面的距离小于所述悬臂式微机电探针的最大针测行程。

所述悬臂在未受力变形时与所述第一表面的距离小于100微米。

采用上述技术方案，穿孔可供光线通过而照射于所述针头，因此所述探针模块适用于影像传感器。此外，所述探针模块的制程，不需包含在所述电路基板的第一表面形成凹槽、填补凹槽，以及在探针形成后去除凹槽内的填补物等繁复程序，而能以较简便、较省时且成本较低的方式使悬臂式微机电探针具有较短的支撑部但仍可避免碰撞电路基板。

附图说明

图1是本发明一第一较佳实施例所提供的具有悬臂式微机电探针的探针模块的底视图；

图2是沿图1中剖线2-2的剖视图；

图3类同于图2，但探针模块的一电路基板的电性接点及连接线路形状不同；

图4至图6是类同于图2的剖视图，显示探针模块的制造过程；

图7是图2的左半部的放大图；

图8类同于图7，但显示悬臂式微机电探针弯曲变形的形态；

图9是一剖视示意图，显示探针模块应用于影像传感器的形态；

图10类同于图1，但是电路基板分割成四区块；

图11类同于图5，但显示本发明一第二较佳实施例所提供的具有悬臂式微机电探针的探针模块的制造方法的步骤c)；

图12类同于图7，但显示本发明第二较佳实施例所提供的具有悬臂式微机电探针的探针模块。

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。

请先参阅图1及图2所示，本发明一第一较佳实施例所提供的具有悬臂式微机电探针的探针模块10包含有一电路基板20，以及十一个设于电路基板20上的悬臂式微机电探针30。本发明的探针模块的探针数量并无限制，只要有至少一悬臂式微机电探针即可。以下将说明探针模块10的制造方法，并同时说明探针模块10的结构特征。探针模块10的制造方法包含有下列步骤：

a)提供电路基板20，电路基板20具有朝向相反方向的一第一表面21及一第二表面22，且第一表面21具有一电性接点212。

在本发明的图式中，第一表面21朝上而第二表面22朝下，此方向对应制造过程中的状态，而非对应使用状态。一般而言，供探针30形成的第一表面21在使用状态时为朝下，以使探针30的针头31可向下点触待测物(图中未示)，而在制造过程中第一表面21为朝上，以便将探针30形成于第一表面21上。为简化图式，图1中针头31的形状并未对应图2中针头31的形状，针头31的形状并无限制。

事实上，电路基板20的第一、二表面21、22均设有多个电性接点212、222，且第一、二表面21、22之间设有多个连接线路23，在本发明的图式中，各电性接点212、222及连接线路23绘制得较大，以便说明，各电性接点212、222事实上相当薄而几乎不会呈凸出状，因此第一、二表面21、22实质上呈平坦状。第一表面21的电性接点212可(但不限于)通过连接线路23与第二表面22的电性接点222电性连接。电路基板20可采用习知多层陶瓷板(Multi-layer Ceramic board；简称MLC)、多层有机板(Multi-layer Organic board；简称MLO)或印刷电路板(Printed Circuit Board；简称PCB)，其电性接点212、222及连接线路23的形状并无限制，例如也可呈现图3所示的形状。此外，电路基板20在此步骤a)时呈现如图4所示的形状，其第一、二表面21、22概呈完整且平坦状。

b)利用微机电制程在电路基板20的第一表面21形成悬臂式微机电探针30，悬臂式微机电探针30具有一与第一表面21的电性接点212电性连接的支撑部32、一与支撑部32连接的悬臂34，以及与悬臂34连接的针头31。

如图4所示，由于第一表面21概呈完整且平坦状，在步骤a)之后可直接进行此步骤b)的微机电制程，即，利用光微影技术(photolithography)在电路基板20的第一表面21形成出一层又一层在特定位置具有开口的牺牲层40(材质可为容易去除的金属或光阻)，并在各个牺牲层40的开口内进行电镀而成型出金属材质(例如镍钴合金)的悬臂式微机电探针30的各个部分，即支撑部32、悬臂34以及针头31部分。此部分的微机电制程属于习知技术，可参考前述的中国台湾专利编号为I413775的专利说明书，容申请人在此不详加叙述。

值得一提的是，支撑部32主要用于将悬臂34垫高，以使悬臂34与第一表面21有一段距离，支撑部32的形状不以本实施例所提供的为限，可配合与支撑部32连接的电性接点212形状而变化，例如支撑部32可如图3中所示的阶梯状。

c)如图5及图6所示，利用一刀具50(例如铣刀)从第二表面22朝第一表面21的方向在电路基板20加工出一穿孔24，使得穿孔24的位置对应于针头31及悬臂34。

在本实施例中，悬臂式微机电探针30在此步骤c)进行的过程中位于牺牲层40内，而牺牲层40在此步骤c)完成后去除，使得探针模块10呈现图2所示的形态。由此，牺牲层40可在此步骤c)进行的过程中将悬臂式微机电探针30稳固地固定在电路基板20上，以利加工程序的进行并避免悬臂式微机电探针30变形。然而，牺牲层40也可在此步骤c)进行之前去除。

如图7及图8所示，探针模块10在使用状态下，针头31会受到来自待测物的作用力，而使得悬臂34朝电路基板20的方向弯曲变形，由于本发明的制造方法在步骤c)中将电路基板20加工出穿孔24，因受力而弯曲变形的悬臂34可部份容置于穿孔24内，因此，支撑部32可制造得较短而仍可避免探针30碰撞电路基板20。详而言之，悬臂34受力时有一弯曲变形量，弯曲变形量为悬臂34一端自未受力的位置(如图7所示)朝穿孔24的方向移动的距离(例如图8所示的OD)，悬臂34未受力时则会回复如图7所示的状态；悬臂34在受力达一临界值时因弯曲变形而部份容置于穿孔24内，此时悬臂34的弯曲变形量小于悬臂式微机电探针30的一最大针测行程OD。悬臂34在未受力变形时与第一表面21的距离d(如图7所示)可小于悬臂式微机电探针30的最大针测行程OD(如图8所示)，更佳地，距离d可小于100微米。探针30达到最大针测行程OD时，悬臂34的弯曲变形量(即最大针测行程OD)大于1/2的支撑部32高度，甚至在本实施例中大于整个支撑部32高度。

由于步骤b)的微机电制程进行时，需依照探针30形状而一层一层地形成出牺牲层(即牺牲层40由多层牺牲层构成)，并在每层牺牲层形成后先电镀出探针30的局部再形成下一层牺牲层，可想而知，本发明的探针30的支撑部32较短，可使得前述的微机电制程的过程较短，实际上，本发明的制造方法可使制作工时缩减将近一半。而且，本发明的制造方法不需在步骤b)的微机电制程进行之前先在电路基板20的第一表面21形成凹槽并填补凹槽，也不需在探针30形成后去除凹槽内的填补物。因此，本发明能以较简便、较省时且成本较低的方式使悬臂式微机电探针30具有较短的支撑部32但仍可避免碰撞电路基板20。

此外，如图9所示，探针模块10与一电路板60连接而组成一探针卡时，只要电路板60设有一穿孔62以对应探针模块10的穿孔24，各穿孔62、24即可供光线通过而照射于针头31，因此探针模块10适用于影像传感器的测试。

再者，由于本实施例的探针模块10具有多个悬臂式微机电探针30，各悬臂式微机电探针30同时在步骤b)的微机电制程中形成，如图10所示，电路基板20在步骤c)之后可被切割成复数个区块26，且各区块26上可附有至少一悬臂式微机电探针30，如此一来，探针模块10即分割成复数个较小的探针模块，各较小的探针模块实际上同时通过前述的步骤a)至c)而形成，再通过此切割步骤而相互分离，如此可大幅提高制造效率。

如图5至图7所示，在本实施例的步骤c)中，刀具50在穿孔24的一内壁27形成出一邻接于第二表面22的平坦部28，以及一相对于平坦部28呈凸出状的凸出部29，凸出部29具有一邻接于第一表面21的尖端292，以及一自尖端292延伸至平坦部28的导引面294，穿孔24的孔径为自尖端292沿导引面294渐增并在平坦部28实质上维持一致。在本实施例中，导引面294为一弧面，但导引面294的形状不以此为限，只要穿孔24的孔径自尖端292沿导引面294渐增即可。由此，在进行清针作业时，气流可通过穿孔24以清理针头31，导引面294可将气流朝针头31的方向导引，以增进清针的效果。

穿孔24也可通过其他形状的刀具50加工而成，使得穿孔24的内壁27呈其他可导引气流至针头31的形状，例如图11及图12所示的本发明一第二较佳实施例，刀具50在穿孔24的内壁27形成出一邻接于第一表面21的尖端292，以及一自尖端292倾斜延伸至第二表面22的平面，平面即为如前述的可导引气流以增进清针效果的导引面294，穿孔24的孔径自尖端292沿导引面294渐增。

请参阅图7及图12，穿孔24的较佳设计，尖端292与支撑部32的距离D1小于600微米，穿孔24的最大半径与最小半径的差值(即图式中标示的距离D2)大于40微米且小于200微米。

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 (14)

1.一种具有悬臂式微机电探针的探针模块的制造方法，包含有下列步骤：

a)提供一电路基板，所述电路基板具有朝向相反方向的一第一表面及一第二表面，且所述第一表面具有一电性接点；

b)利用微机电制程在所述电路基板的第一表面形成一悬臂式微机电探针，所述悬臂式微机电探针具有一与所述第一表面的电性接点电性连接的支撑部、一与所述支撑部连接的悬臂，以及一与所述悬臂连接的针头；

c)利用一刀具以从所述第二表面朝所述第一表面的方向在所述电路基板加工出一贯穿所述电路基板的第一表面及第二表面的穿孔，使得所述穿孔的位置对应于所述针头及所述悬臂。

2.如权利要求1所述的具有悬臂式微机电探针的探针模块的制造方法，其特征在于：在所述步骤c)中，所述刀具在所述穿孔的一内壁形成出一邻接于所述第一表面的尖端，以及一自所述尖端朝所述第二表面的方向延伸的导引面，使得所述穿孔的孔径自所述尖端沿所述导引面渐增。

3.如权利要求2所述的具有悬臂式微机电探针的探针模块的制造方法，其特征在于：所述导引面为一弧面及一平面二者其中之一。

4.如权利要求1所述的具有悬臂式微机电探针的探针模块的制造方法，其特征在于：所述步骤b)的微机电制程在所述电路基板的第一表面形成一牺牲层，所述悬臂式微机电探针在所述步骤c)进行的过程中位于所述牺牲层内，所述牺牲层在所述步骤c)完成后去除。

5.如权利要求1所述的具有悬臂式微机电探针的探针模块的制造方法，其特征在于：所述步骤b)的微机电制程在所述电路基板的第一表面形成复数个所述悬臂式微机电探针，所述电路基板在所述步骤c)之后被切割成复数个区块，且各所述区块上附有至少一所述悬臂式微机电探针。

6.一种具有悬臂式微机电探针的探针模块，其特征在于包含有：

一电路基板，具有朝向相反方向的一第一表面及一第二表面，以及一贯穿所述第一表面及所述第二表面的穿孔，且所述第一表面具有一电性接点；

一悬臂式微机电探针，利用微机电制程形成于所述电路基板的第一表面，所述悬臂式微机电探针具有一与所述第一表面的电性接点电性连接的支撑部、一与所述支撑部连接的悬臂，以及一与所述悬臂连接的针头；

其中，所述穿孔的位置对应于所述针头及所述悬臂，所述悬臂受力时有一弯曲变形量，所述弯曲变形量为所述悬臂一端自未受力的位置朝所述穿孔的方向移动的距离，所述悬臂因受力弯曲变形能部份容置于所述穿孔内。

7.如权利要求6所述的具有悬臂式微机电探针的探针模块，其特征在于：所述穿孔的一内壁具有一邻接于所述第一表面的尖端，以及一自所述尖端朝所述第二表面的方向延伸的导引面，所述穿孔的孔径自所述尖端沿所述导引面渐增。

8.如权利要求7所述的具有悬臂式微机电探针的探针模块，其特征在于：所述导引面为一弧面及一平面二者其中之一。

9.如权利要求7所述的具有悬臂式微机电探针的探针模块，其特征在于：所述穿孔的内壁具有一邻接于所述第二表面的平坦部，所述穿孔的孔径在所述平坦部维持一致，所述导引面为一自所述尖端延伸至所述平坦部的弧面。

10.如权利要求7所述的具有悬臂式微机电探针的探针模块，其特征在于：所述导引面为一自所述尖端延伸至所述第二表面的平面。

11.如权利要求7所述的具有悬臂式微机电探针的探针模块，其特征在于：所述穿孔的最大半径与最小半径的差值大于40微米且小于200微米。

12.如权利要求7所述的具有悬臂式微机电探针的探针模块，其特征在于：所述尖端与所述支撑部的距离小于600微米。

13.如权利要求6所述的具有悬臂式微机电探针的探针模块，其特征在于：所述悬臂在未受力变形时与所述第一表面的距离小于所述悬臂式微机电探针的最大针测行程。

14.如权利要求13所述的具有悬臂式微机电探针的探针模块，其特征在于：所述悬臂在未受力变形时与所述第一表面的距离小于100微米。