TWI335434B - - Google Patents

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九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 一種拉伸式摺 本發明係與探針有關，更詳而言之是指 疊探針。 曰 【先前技術】 按，於半導體工業中，當製出—積體電路曰曰 進行封難程之前，必須先經過—檢測程尚未 路功能；-般係利用-探針卡設於測試機台與待：曰：電 間，探針卡則藉由各種型式之探針，如垂直式、縣:日之 ㈣式探針…等作為與待測晶片間之：二 測試機台與待測晶片。 以傳送峨於 惟，以目前市場上絕大多數的探針而言，主 懸臂樑結構，其賴在於結構單純，針尖可逼近至較: 15 距，且製造成本較低廉；但因材t強度與針職制 提供足夠之彈性變形量與針重，往往需具備—足夠^ 長’而過長之針長將無法因應佈局越來越緊密之半導體 試需求。 為避免上述之缺失，遂有業者研發一種多葉探針，如 美國專利第6672875號，如第一圖所示，其具有一固定部 2〇 (1)、多數之懸臂(2)及一針尖(3)，而該等懸臂(2)係呈並列而 以其一端連接於該固定部（1)一側，該針尖(3)則連接至最上 層之其一懸臂(2)鄰近自由端之頂面上；雖然此種結構可藉 由降低各懸臂(2)之剛性進而降低最大應力以提供較單一懸 臂樑更高之整體彈性變形，但各懸臂(2)間易產生相互之摩 1335434

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20 擦而造成損耗，使其可靠度較差，況且若欲提供足夠之針 重則需增加懸臂(2)之數量，使其複雜度更高；反之，在避 免過多層懸臂數目並提供足夠之懸臂剛性之考量下，其懸 臂針長將無法有效縮減，不能滿足高密度、低針尖距的佈 針需求。簡而言之，美國專利第6672875號所揭露之多葉 探針無法同時兼顧降低結構最大應力以及提高佈針密度的 需要。 有鑑於此，此美國專利案第6672875號亦揭示有其它 類型之多葉壓縮探針可克服前述之多葉探針之缺點，如第 二圖所示，因此類多葉壓縮探針之折疊彈性結構其剛性等 效於多組並聯之懸臂結構，其整體剛性相較於單一懸臂結 構降低，在此同時即可縮短該針長以提供足夠之針體剛性; ^此同時，經由適當之設計，多折之結構可將應力均勻分 散在各水平樑件，即可同時兼顧降低最大應力以及提高佈 針密度(縮短針長)的需要。 然而此美國專利案第的而5號所揭示之多葉壓縮探 針仍有以下缺失： :頰整細式彈性體設計受限於壓縮針寬高比之限 J田C縮式彈性體之寬度與高度比過大時(傳統彈箸設計 播制為5)，壓縮式彈性體容易產生側向崩潰，造成結 誃=不佳之狀況。有鑑於此’面對微小針距需求時， 縮探針之針體寬度也必須隨之縮減，然而因受限 高比設計原則，其針高較無法過高，即無 ^夕s之多葉結構，加上各葉片（4)之間必須預留足夠 5 之彈性壓縮變形办 進而造成In: B ’將使進多葉結構的數目更為受限， 限。’’’“揮降低最大應力的目的，使本設計效能受 於同钱酬設計之針尖(5)與其蚊部⑹位 設計，“卻=要針㈣直作狀賴探針所 移，藉足對於-些詩針尖具備小幅側向位 增進電性針痕劃破待測晶片表面氧化物以 顧降出-拉伸式摺疊探針，非但可兼 求，同時t、f 及提高佈針密度(縮短針長）的需 縮探針之缺t。、果國專利案第6672875號所揭示之多葉壓 【發明内容】 15 摺疊探:於:可乃在於提供-種拉伸式 ^係了有政降低最大應力以提供較大之彈性變來 範圍者。 又7^ 〇本發明之另一目的乃在於提供一種拉伸式摺疊探針， 可有效縮減針長之長度，以提高探針擺置密度。 处本發明之另一目的乃在於提供一種拉伸式摺疊探針， 係能有效對待測物劃出針痕，改善測試品質。 ， 緣此，本發明乃提供一種拉伸式摺疊探針，包含有一 固定部、一摺疊部及一針尖部；該摺疊部，具有一自該* 定部一側以水平方向延伸一預定距離之第一水平段，」口 20 1第-水平段自由端垂直方向延伸—狀距離之第一垂直 2、-自該第-垂直段自由端往固定部方向水平延伸—預 定距離之第二水平段、-自該第二水平段自由端往固定部 反方向垂直延伸一預定距離之第二垂直段、及一自該第二 5垂直段自由端往固定部反方向水平延伸一預定距離之第三 水平段；該針尖部，係由第三水平段之自由端往固定部^ 向垂直延伸一預定距離而成。 【實施方式】 10 為使#冑查委員㈣本發明之賴與特點有更進_ 步之了解與認同，兹列舉以下較佳實施例並配合圖式 如下： 請配合參閱第三圖’係本發明一較佳實施例所提供— 種拉伸式摺疊探針（10)，其包含有一體製成之一固定部 I5 (11)、一摺疊部（12)及一針尖部（13);該摺疊部（12)具有一自 該固定部（11)一侧水平方向延伸一預定距離之第一水平段 (121)，-自該第-水平段自由端往垂直方向延伸一預定距 離之第一垂直段(122)、一自該第一垂直段(122)自由端往固 定部（11)方向水平延伸一預定距離之第二水平段(123)、一自 20該第二水平段(123)自由端往固定部（11)反方向垂直延伸一 預定距離之第二垂直段(124)、及一自該第二垂直段(124)自 由端往固定部反方水平延伸一預定距離之第三水平段 (125)，該針尖部（13)係由該第三水平段(125)之自由端往固 定部方向垂直延伸一預定距離而成；該針尖部（13)上延伸有 7 1335434 -衍樑(15) ’並於該衍樑上設有—針尖(14); 與该固定部（11)係位於不同軸線上。 由於針尖受壓所晝出的針痕長度和針 部⑼之間的距離有關，如同損桿放大效應，^離^ 5 定部(11)之間的適當尺寸進而調整合 適之針痕長度，以使測試效果更佳。 邱rntr定Λ(11)固定於—基細中未示)上，而由該針尖 k供較佳而適當之彈性變形（如第四圖所示），^簡最部 ，並可有效地將應力分散至各水平段(i2i)(i23)⑽ =持相同的佈針密度與同樣材料強度限制下 ，非f疊式針體設計，式針體可提供更大的彈性變形 15 2或者’在相同之針重規格要求與使用相同針體材質時， =於其他非擅疊式針體設計’折疊式針體可將摺疊部⑽ 之各水平段長度加崎減，*更適胁陣列式之擺置。 蘇aHi其他已揭露之壓縮式摺疊針體最大不同點在於，本 =為拉伸式㈣體結構，可避免壓縮式雜體寬高比 20 ^時所造成結構穩定性不佳，料側向崩潰的問題，更 20適用於微小針間距測試。 此外’貫際運用本發明之拉伸式摺疊探針⑽時，可於 =尖部（13)上設置至少一絕緣凸塊〇8)，以防止受到不正 二夕在干擾時’相鄰之拉伸式摺疊探針⑽有相互碰觸而短 之清形發生(如第十六、十七圖所示）；經由有限單元法模 8 擬結果證明，由於針尖部（13)所承受之應力較低，因此絕緣 凸塊(18)的増置不會影響針體彈性變形表現或造成破壞性 的應力集中等問題；此種絕緣凸塊(18)可於製程中與針體整 體的製作，相較塗佈絕緣薄膜方式更容易實施，且不會因 5薄膜應力影響針體剛性，也更具耐磨性。 當然該針尖亦可直接形成於該針尖部上。 明參閱第五至八圖，係一種本發明拉伸式摺疊探針之 製造方法，其包含有下列步驟： 步驟(a):如第五圖所示，將一由高分子材質所製成之 10介電層（21)佈設於一基座(22)之一表面上，且該介電層 並以微影製程形成出一容槽(211)及若干之連接槽(212);該 容槽(211)與該連接槽(212)亦可以由雷射加工、熱壓成形、 機械加工等其他加工方式實現。 步驟(b):如第六圖所示，於該容槽(211)中佈設一第一 15犧牲層(23)，於該連接槽(212)中佈設部份之探針針體(241); 該第一犧牲層(23)可以習知之半導體製程沉積犧牲材質、電 鑄、化學鍍、或填塞犧牲材質成形；該探針針體(241)可以 電鑄、化學鍍、填入導電材質、濺鍍、蒸鍍等方式成形。 步驟(c):如第七圖所示，連續地於預定位置定義出一 20第二犧牲層(25)、及連續地於各第二犧牲層(25)中佈設其餘 之探針針體(242);該第二犧牲層（25)可以微影製裎、雷射 力:、熱壓成形、機械加王等加卫方式實現；該探針:體 (242)可以電鑄、化學鍍、填塞導電材質、濺鍍、蒸鍍等方 式成形；若有需要於製作各第二犧牲層(25)並佈設之探 =體(242)之後，可平坦化各第二犧牲層(25)與該探針針 =(242)使兩者其齊平，以便於後續堆疊製程控制或尺寸押 ★步驟(d):如第八圖所示，去除該第二犧牲層（25)及該 第犧牲層(23)，即得本發明之拉伸式摺疊探針盘 (22)及該介電層(21)之結合體。 基座 上述之该基座（22)之内部或表面具備電路佈線 點，且與該拉伸式摺疊探針連接，且該基座更可進一牛盥 另一探針卡元件組裝連接。 /〃 上述之該介電層（21)之表面亦可以習知之半導體製 或印刷等方式形成-導電層，該導電層與該該拉伸 : 探針連接’並啊以-連接線與絲座或外部元件$ 性連接。 ’ 如第七圖所*，該拉伸式摺疊探針部分探針針體 被該介電層(21)包覆，對於低針距應用而言可增進拉伸 興針與基紅間的接合性，對於反覆作動之探針結^而 言，可避免針體與該基座(22)之間的接點疲勞斷裂， 虞品之可靠度^ 托开 凊參閱第九及第十圖，係另一種本發明拉伸式擅疊探 針之製造方法’其如第九圖所示，直接於—基座叫上連續 定義出具有探針圖型之多層犧牲層（32)，並於每層犧牲層 (32)中佈設部份之探針針體(33)，最後再去除該曰犧“ (32)，即得本發明拉伸式摺疊探針與基座之結構(如第十^ 户斤示）。該犧牲層(32)可以微影製程、雷射加工、熱壓成形θ、 1335434 工等加工方式實現；該探針針 予鍵、填人導電材f、濺鍍、基 (^了以電鎊、化 =:==並—針二 ;==:=(:，者其齊平，丄 如第十圖所示’該拉伸式摺 示使部分針體鑲嵌於介電層中，製^針，又有如第十二圖所 過小），以避免接點疲勞斷備裂較強之…合力（或接點面積不可 1〇 請參閱第十一圖至第+ W fi你口 摺探針之製造方法，其步驟包^有：“另一種本發明拉伸式 步驟⑷：如第十—圖所示，取 層⑼之基材⑽上，於該第-犧牲層(:)= 層(43)定義出具備拉伸式摺疊探針之 、又化鍍等方式製作-至多層薄膜結 層(43)可以微影製程、雷射加工 ^成 工方式實現。 ‘，，、④杨、機械加工等加 步驟(b).如第十二圖所示，於該 π之半導體製程>儿積導電㈣、電鑄 材質、麟、蒸鍍等方式形t 干锻真塞¥電 上述該第二犧牲層(句與該針體金屬(4々可重複堆疊 到達到目標尺寸，若有需要可於製作該第二犧牲層⑽ 11 2設該針體金屬（44)之後，平 針體金屬(44)使兩者其齊平 '弟犧牲層(43)與該 寸控制。 乂便於堆豐製程控制或針體尺 声十三圖及第十四圖所示，去除第二犧牲 ϋ-犧牲層(41)，即得本發明拉伸式摺疊探針㈣。 板(49)連接，連接方式可探針⑽可與一電路基 , _ 蛉包膠接合4 ;亦可以機構插 ίΓΓΙ探針㈣與該電路基板(49)組裝接合。 料Μ 之所有實施例之針财由—種以上之導電材 ’如針尖材質可能需選擇耐磨性佳、低 伽ngth)之^針體結構必須選用高降服強度(yield strength)之導電材質或導電複合材質。 15 兮拉該拉伸式摺4探針高度，可縮減或捨去 並在基座上對應該拉伸式 留施例描述）’更可在製作基版時即預先預 接在且借^表面加H·雜伸式摺疊探針可以直 20 法直i致二ίί板上以本案實施例所揭露之探針製作方 法直接正體的1作’或者將餘伸式 與該具備容槽之基板組裝。 方式 12 1335434 - 【圖式簡單說明】 第一圖係習用一種探針之結構示意圖。 第二圖係習用另一種探針之結構示意圖。 第三圖係本發明一較佳實施例之結構立體圖。 .5 第四圖係第三圖所示較佳實施例之受力變形示意圖。 第五圖至第八圖係本發明一較佳實施例之製程示意 圖。 • 第九圖及第十圖係本發明另一較佳實施例之製程示意 圖。 10 第十一圖至第十五圖係本發明再一較佳實施例之製程 示意圖。 第十六圖及第十七圖係本發明其它之實施態樣。

13 1335434 【主要元件符號說明】 「習用,

固定部（1) 懸臂(2) 針尖(3) 葉片（4) 本發明」 針尖(5) 固定部(6) 拉伸式摺疊探針(10) 固定部（11) 摺疊部（12) 針尖部（13) 針尖(14) 衍樑(15) 第一水平段(121) 第一垂直段(122) 第二水平段(123) 第三水平段(125) 第二垂直段(124) 絕緣凸塊(18) 待測物(19) 介電層(21) 容槽(211) 連接槽(212) 丞座(22) 探針針體(242) 第一犧牲層(23) 探針針體(241) 第二犧牲層(25) 基座(31) 犧牲層(32) 探針針體(33) &伸式摺疊探針(40) 基材(42) 針體金屬(44) $二犧牲層(43) 電路基板(49) 犧牲層(41) 14

Claims (1)

1. 、申請專利範圍 卜-種拉伸式摺疊探針，包含有： 一固定部； —摺疊部，具有_自袖定部一_水平方向延伸一 3定距離之第-水平段，—自該第一水平段自由端垂直方 °山^伸預定距離之第一垂直段，一自該第一垂直段自由 固疋部方向水平延伸-預定距離之第二水平段，-自 U第，水平段自由端往固定部反方向垂直延伸—預定距離 10 之第一垂直&、及一自該第二垂直段自由端往固定部反方 水平延伸一預定距離之第三水平段； 針1部’係由第三水平段之自由端往固定部方向垂 直I伸預疋距離而成；且該固定部與該針尖部位於不同 軸線上。 15 2依據申请專利範圍第丨項所述之拉伸式摺疊探針， 其^該水平段與該垂直段可依需求錢增加數段，最末端 之”亥水平段之自由端再與該針尖部連接。 3·依據申請專利範圍第1項所述之拉伸式摺疊探針， /、中更包含有一絕緣凸塊，係設置於該針尖部上。 20 依據申請專利範圍第1項所述之拉伸式摺疊探針， 其中忒針尖部延伸一衍樑，該衍樑上設有一針尖。 5依據申請專利範圍第4項所述之拉伸式摺聶探針， 其中該針尖與該固^部兩者之間的距離可經由設 樑長度加以調整，以使該針尖得以產生適當之針痕長// 其二：二=。1項所述之拉伸式摺4探： 15 1335434 7·依據申請專利範圍第6項所述之拉伸式摺疊探針， 其中該針尖與該固定部兩者之間的距離可經由設計調敕， 以使該針尖得以產生適當之針痕長度。 正 8·依據申請專利範圍第1項所述之拉伸式摺疊探針， 5係直接於一基座上整體批次製作。 9 ·依據申請專利範圍第1項所述之拉伸式摺疊掇4+ 係與一基座接合組裝。 ’十’ 10依據申凊專利範圍第1項所述之拉伸式摺疊探針， 其中該固定部係與一基座連接該基座表面具備一容 10為4拉伸式摺疊探針之彈性變形空間。 11依據申請專利範圍第10項所述之拉伸式摺疊探 針，其中該容槽係以習知之半導體製程或直接於基座二 工成形所製作。 加 12依據申請專利範圍第1項所述之拉伸式摺疊探針， 15其中该固定部與一基座連接，該基座具備多數電路， 少部分電路與該固定部連接。 U·依據申請專利範圍第1項所述之拉伸式摺疊探針， 其中該固定部與一基座連接，該基座表面具備一介電層， 該介電層部分包覆該固定部。 " 20 14 ·依據申請專利範圍第1項所述之拉伸式摺疊探針， 其中該固定部與一基座連接，且該基座之表面具備一插 槽，以供該岐部插人組裝使用。 15種拉伸式摺疊探針之製造方法，其包含有 步驟： 卜 16 丄JJ：)仔J4 步驟(a) 步驟(b) 步骤(C) 層 10 反覆實施上述步驟(b)〜(d) 一至數 步驟(e):去除該第一、二犧牲只即1到達成目標尺寸； 針；該拉伸式摺疊探針，包含有=該拉伸式摺_ 針尖部，冑㈣自 ，部及一 向彎折相接之若干水平段及垂直段二:伸而呈連續性反 15 備一基版; 於該基版上舖設-第 …於該第一犧牲層上漣姨牲層； 摺疊，輪靡之一第二犧牲層曰;上連，定義出具有一拉伸式 乂驟以）··於該拉伸式摺疊探針輪 邪内佈設一針體金屬 固定部方向垂直延伸―預定距離而成。 6.依據中U利範圍第15項所述—種拉伸式指 針之製造方法’更可於步_後加人平坦倾第二犧ς層 與針體金屬層之步驟使兩者齊平。 曰 17·依據申請專利範圍第15項所述一種拉伸式摺疊探 針之製造方法，該第一犧牲層為至少一層之薄膜結構。 20膜製成 18·依據申請專利範圍第15項所述一種拉伸式摺疊探 針之製造方法，該第一犧牲層係由半導體製程沉積導電 19·依據申請專利範圍第15項所述一種拉伸式摺疊探 針之製造方法，該第一犧牲層係由塗佈、化學鍍、雷二 其一方式製作。 等 20*依據申請專利範圍第15項所述一種拉伸式摺疊探 17 1335434 針之製造方法，該第-犧 以微影製程定義。犧牲層及該拉伸式摺疊探針輪廓係 21 .依據申請專利範圍第 針之製造方法，雜伸式 ^所述-錄伸式摺疊探 械加工、模具埶壓加等1二采針輪廓係由雷射加工、機 99仿姑: 其—方式成形。 22.依據申請專利範圍第 針之製造方法，其中步驟( /斤述一種拉伸式摺疊探 製程、電鍍、化學鍍等其—之邊針體金屬層係以半導體 n 、乃式製成。 23·依據申請專利範圍 針之製造方法，豆中牛驟項所遂一種拉伸式摺疊探 伸式摺㈣針輪射填塞金屬祕以於該抵 4依據申请專利範圍第1 $ 一 :十之製造方法，其中該針c習疊探 材質取代。 蜀增係可以一種以上之導電 15 25依據申請專利範圍第15項 一 =製造方法’其中該拉一 方法，其包含有衣作之拉伸式指疊探針之製造 步驟(a):製備一基座； 犧牲声於該基座表面定義一第—犧牲層，使該第〜 犧牲層具W分拉伸式财探針之—針體輪廊； 步驟(c):於該針體輪廓内佈設—針體金屬層. 重複施作上述步驟⑻〜⑷以多層該針體金i層構成〜 20 拉伸式摺疊探針； 今把#去除财犧牲層以釋放錄伸^摺疊探針； 二+式摺疊探針，包含有—固定部、-摺疊部及一針尖 二目==有自該固定部一側延伸而呈連續性反向f :平段及垂直段;該針尖部係由最末段之水 又&往固定部方向垂直延伸-預定距離而成。 1依射請專利範圍第26項所述拉伸式摺針之 Ik方法，該基座具備電路。 =、·依據中請專利範㈣26項所述拉伸式㈣探針之 仏方法，該第一犧牲層係以微影製程製作。 29、·依據申請專利範圍第％項所述拉伸式摺疊探針之 &方法，該針體輪廓係以模具熱壓成形、雷射加工、 械加工等其一方式製作。 =、·依據中請專利範圍第2 6項所述拉伸式摺疊探針之 =法，該針體金屬層仙半導體技術沉料電物質、 電％成形、化學鍍成形等其一方式加以製作。 31、._申請專利範圍第％賴述拉伸式指疊探針之 質^方法，其中各§玄針體金屬層係可以一種以上之導電材 疊探針之 32 ·依據申請專利範圍第26項所述拉伸式指 製造方法’該基座之製作方法包含： 步驟(a):備一基版，該基版表面具備電路接點 接槽步驟(b):佈設一介電層，該介電層具備一容槽’及一連 1335434 步驟(C):於該容槽内佈置一犧牲層； 步驟(d):於該連接槽内佈置一金屬層； 反複施作步驟(b)〜⑷-至數次直到該介電層達到目桿 尺寸。 5 33:依據申請專利範圍第32項所述拉伸式摺疊探針之 製造方法，其中步驟(C)與步驟(d)順序可顛倒。 34 ·依據申請專利範圍帛32項所述拉伸式摺疊探針之 製造方法，其中於步驟⑷後加人平坦化該介電層、犧牲層 與金屬層之步驟使三者齊平。 曰 10 35 ·依據申請專利範圍第32項所述拉伸式摺疊探針之 製造方法，更可於介電層表面鋪設一導電層。 36·依據申請專利範圍第32項所述拉伸式摺疊探針之 製造方法’該介電層之該容槽與該連接槽係以微影製程、 模具熱壓成形、雷射加工、機械加工等其—方式製作。 15 , 37·依據申請專利範圍第32項所述拉伸式摺疊探針之 $造方法’該犧牲層係以半導體技術沉積犧牲材^、填塞 牲材料、f鍍成形、化學鍍成形等其—方式製作。 38 ·依據巾請專利範圍第32項所述拉伸式摺疊探針之 % 造方法，該金屬層可以其他導電材料取代。 2〇 ·、/9、·依據㈣專利範圍第32項所述拉伸切疊探針之 •這方法，該金屬層以半導體技術沉積導電材料、窠 電材料、電鑄、化學鍍等其一方式製作。 、土 40.依據申請專利範圍第32項所述拉伸式摺疊探針之 •造方法’更可進-步於該介電層表面設置—導電層。 20 丄 3:0434 99年7月02曰修正替換頁 ^ ·依據申請專利範圍第4〇項所述拉伸式指疊探針之 電其中該導電層可接合—㈣線與該基板表面之 5心1土依，請專利範圍第4〇項所述拉伸式指疊探針之 = 中料電層可接合—連接線與另—外部電路 連接。 製、請專利範圍第4G項所述拉伸式擅疊探針之 k方法，其中该導電層與該針體金屬層連接。 44 · 一種拉伸式摺疊探針，包含有： 10 一固定部； 彎折相接之若干二!及伸而呈連續性反向 -針尖部，係由最末段之水平段自由端往㈣部方向 延伸-預定距離而成；且該固定部與該 15同之軸線上； π + 當固定該固定部使該針尖部加以抵觸於 時，該摺疊部為拉伸變形。 、』物上 4甘5 2據申請專利範圍第44項所述之拉伸式摺叠探 針，其中更可自該針尖部延伸一衍樑，該衍樑上包含有_! 20針尖。 啕 針，其中該針尖針 1項所述之拉伸式摺疊探 針：二:=== 21 1335434 48 ·依據申請專利範圍第44項所述之拉伸式摺疊探 針，其中該固定部與一基座連接，該基座表面具備一容槽。 49 ·依據申請專利範圍第44項所述之拉伸式摺疊探 針，其中該固定部與一基座連接，該基座表面具備一介電 5層，該介電層局部包覆該固定部。 50 ·依據申請專利範圍第44項所述之拉伸式摺疊探 針，其中該固定部與一基座連接，且該基座之表面具備一 插槽，以供該固定部插入組裝使用。

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