TW201804160A - 具有懸臂式微機電探針之探針模組及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種具有懸臂式微機電探針之探針模組的製造方法，係提供一電路基板，該電路基板具有朝向相反方向之第一、二表面，先利用微機電製程在該第一表面形成一懸臂式微機電探針，該懸臂式微機電探針具有一與該第一表面的一電性接點電性連接之支撐部、一與該支撐部連接之懸臂，以及一與該懸臂連接之針頭，然後利用一刀具以從該第二表面朝該第一表面之方向在該電路基板加工出一穿孔，使得該穿孔之位置對應於該針頭及該懸臂；藉此，本發明係能以較簡便、較省時且成本較低之方式使懸臂式微機電探針具有較短之支撐部但仍可避免碰撞電路基板。

Description

具有懸臂式微機電探針之探針模組及其製造方法

本發明係與探針卡之探針模組有關，特別是關於一種具有懸臂式微機電探針之探針模組及其製造方法。

習知具有懸臂式探針之探針模組主要包含有一電路基板，以及設於該電路基板之一下表面的複數懸臂式探針，各該懸臂式探針通常包含有一懸臂、一自該懸臂一端向下延伸之針頭，以及一自該懸臂另一端向上延伸之支撐部，該支撐部係電性連接於該電路板之下表面的一電性接點。該支撐部使得該懸臂與該電路基板之下表面有一段距離，可避免該懸臂在受力而彎曲變形時碰撞該電路基板，可想而知，為達到此功能，該支撐部需具有相當長度。

對於具有懸臂式微機電探針之探針模組，其懸臂式微機電探針係藉由微機電製程而形成於該電路基板之下表面，亦即，該電路基板之下表面需一層一層地形成出犧牲層，藉以在該等犧牲層內一層一層地電鍍出該探針之支撐部、懸臂及針頭，因此該電路基板之下表面需概呈完整且平坦狀，而無法讓出空間給受力變形之懸臂式微機電探針，在此狀況下，該支撐部之長度需大於該探針之最大針測行程(over drive)，才可確保該懸臂在達到最大變形量時仍不會碰撞該電路基板，因此懸臂式微機電探針製程複雜且費時、成本高，並且製作品質不穩定。

雖然在先前技術中也有相關製程，係在電路基板上設有凹槽以容置彎曲變形之懸臂式微機電探針，例如我國專利編號為I413775所提供之製程，然而，在該製程中，需先在電路基板上依序形成出一導電層及一犧牲層，以利用該導電層及該犧牲層填補該凹槽，才可在該電路基板之下表面及該犧牲層上一層一層地形成出懸臂式微機電探針，且在探針形成後，還需將該凹槽中之導電層及犧牲層去除，如此之製程過於繁複。

有鑑於上述缺失，本發明之主要目的在於提供一種具有懸臂式微機電探針之探針模組的製造方法，係能以較簡便、較省時且成本較低之方式使懸臂式微機電探針具有較短之支撐部但仍可避免碰撞電路基板。

本發明之另一目的在於提供一種具有懸臂式微機電探針之探針模組的製造方法，係能製造出適用於影像感測器(例如CMOS Image Sensor；簡稱CIS)之探針模組。

為達成上述目的，本發明所提供之具有懸臂式微機電探針之探針模組的製造方法包含有下列步驟：a)提供一電路基板，該電路基板具有朝向相反方向之一第一表面及一第二表面，且該第一表面具有一電性接點；b)利用微機電製程在該電路基板之第一表面形成一懸臂式微機電探針，該懸臂式微機電探針具有一與該第一表面的電性接點電性連接之支撐部、一與該支撐部連接之懸臂，以及一與該懸臂連接之針頭；以及c)利用一刀具以從該第二表面朝該第一表面之方向在該電路基板加工出一穿孔，使得該穿孔之位置對應於該針頭及該懸臂。

藉此，在該步驟c)進行之前，該電路基板之第一表面可維持完整且平坦狀，以利步驟b)之微機電製程進行，而在該步驟c)完成之後，該穿孔可容置因受力而彎曲變形之懸臂，因此，本發明不需採用在該電路基板之第一表面形成凹槽、填補凹槽，以及在探針形成後去除凹槽內之填補物等繁複程序，而能以較簡便、較省時且成本較低之方式使懸臂式微機電探針具有較短之支撐部但仍可避免碰撞電路基板。此外，該穿孔可供光線通過而照射於該針頭，因此該探針模組適用於影像感測器。

較佳地，在該步驟c)中，該刀具可在該穿孔之一內壁形成出一鄰接於該第一表面之尖端，以及一自該尖端朝該第二表面之方向延伸之導引面，使得該穿孔之孔徑係自該尖端沿該導引面漸增。更佳地，該導引面可為一弧面及一平面二者其中之一。藉此，在進行清針作業時，氣流可通過該穿孔以清理該針頭，且該導引面可將氣流朝針頭之方向導引，以 增進清針之效果。

較佳地，該步驟b)之微機電製程在該電路基板之第一表面形成一犧牲層，該懸臂式微機電探針在該步驟c)進行的過程中可位於該犧牲層內，該犧牲層可在該步驟c)完成後去除。藉此，該犧牲層可在該步驟c)進行的過程中將該懸臂式微機電探針穩固地固定在該電路基板上。

較佳地，該步驟b)之微機電製程可在該電路基板之第一表面形成複數該懸臂式微機電探針，該電路基板在該步驟c)之後可被切割成複數區塊，且各該區塊上附有至少一該懸臂式微機電探針。藉此，不同的探針模組可同時藉由前述之步驟a)至c)而製成，再藉由此切割步驟而相互分離，以提高製造效率。

本發明之又一目的在於提供一種具有懸臂式微機電探針之探針模組，係適用於影像感測器，且其懸臂式微機電探針具有較短之支撐部但仍可避免碰撞電路基板，且製程較簡便、省時且成本較低。

為達成上述目的，本發明所提供之具有懸臂式微機電探針之探針模組包含有一電路基板，以及一懸臂式微機電探針。該電路基板具有朝向相反方向之一第一表面及一第二表面，以及一貫穿該第一表面及該第二表面之穿孔，且該第一表面具有一電性接點。該懸臂式微機電探針係利用微機電製程形成於該電路基板之第一表面，該懸臂式微機電探針具有一與該第一表面的電性接點電性連接之支撐部、一與該支撐部連接之懸臂，以及一與該懸臂連接之針頭。其中，該穿孔之位置係對應於該針頭及該懸臂，該懸臂受力時有一彎曲變形量，該彎曲變形量為該懸臂一端自未受力之位置朝該穿孔之方向移動的距離，該懸臂因受力彎曲變形可部份容置於該穿孔內。

藉此，該穿孔可供光線通過而照射於該針頭，因此該探針模組適用於影像感測器。此外，該探針模組之製程，不需包含在該電路基板之第一表面形成凹槽、填補凹槽，以及在探針形成後去除凹槽內之填補物等繁複程序，而能以較簡便、較省時且成本較低之方式使懸臂式微機電探針具有較短之支撐部但仍可避免碰撞電路基板。

較佳地，該穿孔之一內壁可具有一鄰接於該第一表面之尖端，以及一自該尖端朝該第二表面之方向延伸之導引面，該穿孔之孔徑係 自該尖端沿該導引面漸增。藉此，在進行清針作業時，氣流可通過該穿孔以清理該針頭，且該導引面可將氣流朝針頭之方向導引，以增進清針之效果。更佳地，該導引面可為一弧面及一平面二者其中之一。在本發明之一實施例中，該穿孔之內壁具有一鄰接於該第二表面之平坦部，該穿孔之孔徑在該平坦部係實質上維持一致，該導引面係為一自該尖端延伸至該平坦部之弧面。在本發明之另一實施例中，該導引面係為一自該尖端延伸至該第二表面之平面。

較佳地，該穿孔之最大半徑與最小半徑之差值可大於40微米且小於200微米。

較佳地，該尖端與該支撐部之距離可小於600微米。

較佳地，該懸臂在未受力變形時與該第一表面之距離可小於該懸臂式微機電探針之最大針測行程。更佳地，該懸臂在未受力變形時與該第一表面之距離可小於100微米。

有關本發明所提供之具有懸臂式微機電探針之探針模組及其製造方法的詳細構造、特點、組裝或使用方式，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。

10‧‧‧探針模組

20‧‧‧電路基板

21‧‧‧第一表面

212‧‧‧電性接點

22‧‧‧第二表面

222‧‧‧電性接點

23‧‧‧連接線路

24‧‧‧穿孔

26‧‧‧區塊

27‧‧‧內壁

28‧‧‧平坦部

29‧‧‧凸出部

292‧‧‧尖端

294‧‧‧導引面

30‧‧‧懸臂式微機電探針

31‧‧‧針頭

32‧‧‧支撐部

34‧‧‧懸臂

40‧‧‧犧牲層

50‧‧‧刀具

60‧‧‧電路板

62‧‧‧穿孔

d、D1、D2‧‧‧距離

OD‧‧‧最大針測行程

第1圖為本發明一第一較佳實施例所提供之具有懸臂式微機電探針之探針模組的底視圖；第2圖為第1圖沿剖線2-2之剖視圖；第3圖係類同於第2圖，惟該探針模組之一電路基板的電性接點及連接線路形狀不同；第4圖至第6圖為類同於第2圖之剖視圖，係顯示該探針模組的製造過程；第7圖為第2圖之左半部的放大圖； 第8圖係類同於第7圖，惟顯示該懸臂式微機電探針彎曲變形之態樣；第9圖為一剖視示意圖，係顯示該探針模組應用於影像感測器之態樣；第10圖係類同於第1圖，惟該電路基板係分割成四區塊；第11圖係類同於第5圖，惟顯示本發明一第二較佳實施例所提供之具有懸臂式微機電探針之探針模組的製造方法之步驟c)；以及第12圖係類同於第7圖，惟顯示本發明該第二較佳實施例所提供之具有懸臂式微機電探針之探針模組。

申請人首先在此說明，在以下將要介紹之實施例以及圖式中，相同之參考號碼，表示相同或類似之元件或其結構特徵。

請先參閱第1圖及第2圖，本發明一第一較佳實施例所提供之具有懸臂式微機電探針之探針模組10包含有一電路基板20，以及十一個設於該電路基板20上的懸臂式微機電探針30。本發明之探針模組的探針數量並無限制，只要有至少一懸臂式微機電探針即可。以下將說明該探針模組10的製造方法，並同時說明該探針模組10之結構特徵。該探針模組10的製造方法包含有下列步驟：

a)提供該電路基板20，該電路基板20具有朝向相反方向之一第一表面21及一第二表面22，且該第一表面21具有一電性接點212。

在本發明之圖式中，該第一表面21係朝上而該第二表面22係朝下，此方向係對應在製造過程中的狀態，而非對應使用狀態。一般而言，供探針30形成之第一表面21在使用狀態時係朝下，以使探針30之針頭31可向下點觸待測物(圖中未示)，而在製造過程中該第一表面21係朝上，以便將探針30形成於該第一表面21上。為簡化圖式，第1圖中針頭31之形狀並未對應第2圖中針頭31之形狀，該針頭31之形狀並無限制。

事實上，該電路基板20之第一、二表面21、22皆設有多數電性接點212、222，且第一、二表面21、22之間設有多數連接線路23，在本發明之圖式中，該等電性接點212、222及連接線路23係繪製得較大，以便說明，該等電性接點212、222事實上相當薄而幾乎不會呈凸出狀，因此 第一、二表面21、22實質上呈平坦狀。該第一表面21之電性接點212可(但不限於)藉由連接線路23而與該第二表面22之電性接點222電性連接。該電路基板20可採用習知多層陶瓷板(Multi-layer Ceramic board；簡稱MLC)、多層有機板(Multi-layer Organic board；簡稱MLO)或印刷電路板(Printed Circuit Board；簡稱PCB)，其電性接點212、222及連接線路23之形狀並無限制，例如亦可呈第3圖所示者。此外，該電路基板20在此步驟a)時係呈如第4圖所示之形狀，其第一、二表面21、22係概呈完整且平坦狀。

b)利用微機電製程在該電路基板20之第一表面21形成該懸臂式微機電探針30，該懸臂式微機電探針30具有一與該第一表面21的電性接點212電性連接之支撐部32、一與該支撐部32連接之懸臂34，以及與該懸臂34連接之該針頭31。

如第4圖所示，由於該第一表面21係概呈完整且平坦狀，在該步驟a)之後可直接進行此步驟b)之微機電製程，亦即，利用光微影技術(photolithography)在該電路基板20之第一表面21形成出一層又一層在特定位置具有開口的犧牲層40(材質可為容易去除之金屬或光阻)，並在各個犧牲層40之開口內進行電鍍而成型出金屬材質(例如鎳鈷合金)之懸臂式微機電探針30之各個部分，亦即支撐部32、懸臂34以及針頭31部分。此部分的微機電製程係屬於習知技術，可參考前述之我國專利編號為I413775之專利說明書，容申請人在此不詳加敘述。

值得一提的是，該支撐部32主要係用以將該懸臂34墊高，以使該懸臂34與該第一表面21有一段距離，該支撐部32之形狀不以本實施例所提供者為限，可配合與該支撐部32連接之電性接點212形狀而變化，例如該支撐部32可如第3圖中所示之階梯狀。

c)如第5圖及第6圖所示，利用一刀具50(例如銑刀)以從該第二表面22朝該第一表面21之方向在該電路基板20加工出一穿孔24，使得該穿孔24之位置對應於該針頭31及該懸臂34。

在本實施例中，該懸臂式微機電探針30在此步驟c)進行的過程中係位於該犧牲層40內，而該犧牲層40係在此步驟c)完成後去除，使得該探針模組10呈第2圖所示之態樣。藉此，該犧牲層40可在此步驟c)進行的過程中將該懸臂式微機電探針30穩固地固定在該電路基板20上，以 利加工程序之進行並避免該懸臂式微機電探針30變形。然而，該犧牲層40亦可在此步驟c)進行之前去除。

如第7圖及第8圖所示，該探針模組10在使用狀態下，該針頭31會受到來自待測物之作用力，而使得該懸臂34朝該電路基板20之方向彎曲變形，由於本發明之製造方法在該步驟c)中將該電路基板20加工出該穿孔24，因受力而彎曲變形之該懸臂34可部份容置於該穿孔24內，因此，該支撐部32可製造得較短而仍可避免該探針30碰撞該電路基板20。詳而言之，該懸臂34受力時有一彎曲變形量，該彎曲變形量為該懸臂34一端自未受力之位置(如第7圖所示)朝該穿孔24之方向移動的距離(例如第8圖所示之OD)，該懸臂34未受力時則會回復如第7圖所示之狀態；該懸臂34在受力達一臨界值時係因彎曲變形而部份容置於該穿孔24內，此時該懸臂34之彎曲變形量小於該懸臂式微機電探針30之一最大針測行程OD。該懸臂34在未受力變形時與該第一表面21之距離d(如第7圖所示)可小於該懸臂式微機電探針30之最大針測行程OD(如第8圖所示)，更佳地，該距離d可小於100微米。該探針30達到最大針測行程OD時，該懸臂34之彎曲變形量(亦即最大針測行程OD)係大於1/2的支撐部32高度，甚至在本實施例中係大於整個支撐部32高度。

由於該步驟b)之微機電製程進行時，需依照探針30形狀而一層一層地形成出犧牲層(亦即該犧牲層40係由多層犧牲層構成)，並在每層犧牲層形成後先電鍍出該探針30之局部再形成下一層犧牲層，可想而知，本發明之探針30的支撐部32較短，可使得前述之微機電製程的過程較短，實際上，本發明之製造方法可使製作工時縮減將近一半。而且，本發明之製造方法不需在該步驟b)之微機電製程進行之前先在該電路基板20之第一表面21形成凹槽並填補凹槽，也不需在探針30形成後去除凹槽內之填補物。因此，本發明係能以較簡便、較省時且成本較低之方式使懸臂式微機電探針30具有較短之支撐部32但仍可避免碰撞電路基板20。

此外，如第9圖所示，該探針模組10與一電路板60連接而組成一探針卡時，只要該電路板60設有一穿孔62以對應該探針模組10之穿孔24，該等該穿孔62、24即可供光線通過而照射於該針頭31，因此該探針模組10適用於影像感測器的測試。

再者，由於本實施例之探針模組10具有多數懸臂式微機電探針30，該等懸臂式微機電探針30係同時在該步驟b)之微機電製程中形成，如第10圖所示，該電路基板20在該步驟c)之後可被切割成複數區塊26，且各該區塊26上可附有至少一該懸臂式微機電探針30，如此一來，該探針模組10即分割成複數個較小之探針模組，該等較小之探針模組實際上係同時藉由前述之步驟a)至c)而形成，再藉由此切割步驟而相互分離，如此可大幅提高製造效率。

如第5圖至第7圖所示，在本實施例之步驟c)中，該刀具50在該穿孔24之一內壁27形成出一鄰接於該第二表面22之平坦部28，以及一相對於該平坦部28呈凸出狀之凸出部29，該凸出部29具有一鄰接於該第一表面21之尖端292，以及一自該尖端292延伸至該平坦部28之導引面294，該穿孔24之孔徑係自該尖端292沿該導引面294漸增並在該平坦部28實質上維持一致。在本實施例中，該導引面294為一弧面，但該導引面294之形狀不以此為限，只要該穿孔24之孔徑係自該尖端292沿該導引面294漸增即可。藉此，在進行清針作業時，氣流可通過該穿孔24以清理該針頭31，該導引面294可將氣流朝針頭31之方向導引，以增進清針之效果。

該穿孔24亦可藉由其他形狀之刀具50加工而成，使得該穿孔24之內壁27呈其他可導引氣流至針頭31之形狀，例如第11圖及第12圖所示之本發明一第二較佳實施例，該刀具50在該穿孔24之內壁27形成出一鄰接於該第一表面21之尖端292，以及一自該尖端292傾斜延伸至該第二表面22之平面，該平面即為如前述之可導引氣流以增進清針效果之導引面294，該穿孔24之孔徑係自該尖端292沿該導引面294漸增。

請參閱第7圖及第12圖，該穿孔24之較佳設計，係該尖端292與該支撐部32之距離D1小於600微米，該穿孔24之最大半徑與最小半徑之差值(亦即圖式中標示的距離D2)大於40微米且小於200微米。

最後，必須再次說明，本發明於前揭實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。

10‧‧‧探針模組

20‧‧‧電路基板

21‧‧‧第一表面

212‧‧‧電性接點

22‧‧‧第二表面

222‧‧‧電性接點

23‧‧‧連接線路

24‧‧‧穿孔

30‧‧‧懸臂式微機電探針

31‧‧‧針頭

32‧‧‧支撐部

34‧‧‧懸臂

Claims (14)

1. 一種具有懸臂式微機電探針之探針模組的製造方法，包含有下列步驟：a)提供一電路基板(20)，該電路基板具有朝向相反方向之一第一表面(21)及一第二表面(22)，且該第一表面具有一電性接點(212)；b)利用微機電製程在該電路基板之第一表面形成一懸臂式微機電探針(30)，該懸臂式微機電探針具有一與該第一表面的電性接點電性連接之支撐部(32)、一與該支撐部連接之懸臂(34)，以及一與該懸臂連接之針頭(31)；以及c)利用一刀具(50)以從該第二表面朝該第一表面之方向在該電路基板加工出一穿孔(24)，使得該穿孔之位置對應於該針頭及該懸臂。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有懸臂式微機電探針之探針模組的製造方法，其中在該步驟c)中，該刀具在該穿孔之一內壁(27)形成出一鄰接於該第一表面之尖端(292)，以及一自該尖端朝該第二表面之方向延伸之導引面(294)，使得該穿孔之孔徑係自該尖端沿該導引面漸增。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具有懸臂式微機電探針之探針模組的製造方法，其中該導引面係為一弧面及一平面二者其中之一。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具有懸臂式微機電探針之探針模組的製造方法，其中該步驟b)之微機電製程在該電路基板之第一表面形成一犧牲層(40)，該懸臂式微機電探針 在該步驟c)進行的過程中係位於該犧牲層內，該犧牲層係在該步驟c)完成後去除。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具有懸臂式微機電探針之探針模組的製造方法，其中該步驟b)之微機電製程在該電路基板之第一表面形成複數該懸臂式微機電探針，該電路基板在該步驟c)之後被切割成複數區塊(26)，且各該區塊上附有至少一該懸臂式微機電探針。
6. 一種具有懸臂式微機電探針之探針模組(10)，包含有：一電路基板(20)，具有朝向相反方向之一第一表面(21)及一第二表面(22)，以及一貫穿該第一表面及該第二表面之穿孔(24)，且該第一表面具有一電性接點(212)；以及一懸臂式微機電探針(30)，係利用微機電製程形成於該電路基板之第一表面，該懸臂式微機電探針具有一與該第一表面的電性接點電性連接之支撐部(32)、一與該支撐部連接之懸臂(34)，以及一與該懸臂連接之針頭(31)；其中，該穿孔之位置係對應於該針頭及該懸臂，該懸臂受力時有一彎曲變形量，該彎曲變形量為該懸臂一端自未受力之位置朝該穿孔之方向移動的距離，該懸臂因受力彎曲變形可部份容置於該穿孔內。
7. 如申請專利範圍第6項所述之具有懸臂式微機電探針之探針模組，其中該穿孔之一內壁(27)具有一鄰接於該第一表面之尖端(292)，以及一自該尖端朝該第二表面之方向延伸之導引面(294)，該穿孔之孔徑係自該尖端沿該導引面漸增。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具有懸臂式微機電探針之探針模組，其中該導引面係為一弧面及一平面二者其中之一。
9. 如申請專利範圍第7項所述之具有懸臂式微機電探針之探針模組，其中該穿孔之內壁具有一鄰接於該第二表面之平坦部(28)，該穿孔之孔徑在該平坦部係實質上維持一致，該導引面係為一自該尖端延伸至該平坦部之弧面。
10. 如申請專利範圍第7項所述之具有懸臂式微機電探針之探針模組，其中該導引面係為一自該尖端延伸至該第二表面之平面。
11. 如申請專利範圍第7項所述之具有懸臂式微機電探針之探針模組，其中該穿孔之最大半徑與最小半徑之差值(D2)大於40微米且小於200微米。
12. 如申請專利範圍第7項所述之具有懸臂式微機電探針之探針模組，其中該尖端與該支撐部之距離(D1)小於600微米。
13. 如申請專利範圍第6項所述之具有懸臂式微機電探針之探針模組，其中該懸臂在未受力變形時與該第一表面之距離(d)係小於該懸臂式微機電探針之最大針測行程(OD)。
14. 如申請專利範圍第13項所述之具有懸臂式微機電探針之探針模組，其中該懸臂在未受力變形時與該第一表面之距離(d)係小於100微米。