TWI426272B - 扭力彈簧探針接觸器設計 - Google Patents

Description

扭力彈簧探針接觸器設計

本發明一般係和半導體晶片測試有關，更明確地說，本發明和封裝之前進行此測試的探針接觸器之設計有關。

一般而言，半導體晶片必須經過測試以驗證它們能否正確且可靠地運作。通常係在該等半導體裝置仍為晶圓形式的時候來進行測試，也就是，在從晶圓中被切割下來且進行封裝以前便對它們進行測試。如此便可一次同時測試許多晶片，相較於在封裝之後才針對個別晶片進行測試的方式，在成本與製程時間上具有顯著的優勢。倘若發現到某些晶片有缺陷的話，那麼在從晶圓中將該等晶片切割下來時便可丟棄該等有缺陷的晶片而僅封裝可靠的晶片。所以，有項定律如下：每次經過可靠測試的晶圓越大，可節省的成本與製程時間便越顯著。

一般而言，當實施晶圓測試時，必須將一攜載一晶圓的夾盤上拉至一探針卡，於該探針卡中電耦接著數千個探針。為測試較大型的晶圓，便必須用到小型且高效能的探針。該等探針必須能夠穿透該晶圓上該等晶片之接觸觸點表面上的氧化物層與殘餘層(debris layer)，方能可靠地電接觸到每個觸點。此外，該等探針均必須能夠補償該等接觸觸點可能具有不同高度的現象(也就是，一晶圓上的所有接觸觸點並非落在相同的平面上)。再者，該夾盤與探針卡機械底座亦可能未確實平行且並未非常平坦，所以，會進一步造成高度變異，而該等探針同樣必須適應此等現象。

習知技術中，均係利用懸臂式電線探針(cantilever wire probe)來測試晶圓。然而，懸臂式電線探針的長度太長，且難以精確地組裝使其得以同時可靠地接觸到一習知晶圓上的所有晶片。此外，懸臂式電線探針本身的高度以及互感應等問題均使其無法成為用來測試高速裝置的適當候選對象。懸臂式(或彎曲式(bending))探針亦可利用本技術中已知的各種微製作技術製作成非常小型的實體尺寸。該些懸臂式彈簧缺乏機械能量密度(針對氧化物層之受控定位(controiled scrubbing)而言)以及空間效率，所以並非係用來可靠測試大型晶圓的最有效裝置。

已經有人試圖克服懸臂式探針的前述缺點，各具有不同的功效。舉例來說，美國專利案第5,962,951號(該案已受讓予Form Factor Inc.)便說明藉由(如圖4中所示者)來塗佈一可延展的金屬於一彈簧金屬(spring metal)上以製造彈簧探針的方法。該些彈簧均類似於懸臂式彈簧的彎曲型彈簧。再者，該等探針呈細長狀且無法在橫向方向中受到該接觸器妥善的固定，所以在受控定位該等接觸器觸點時便會發生問題。再者，凡是需要很長彈簧長度的探針，其電效能均非常地差。

美國專利案第6,426,638號(該案已受讓予Decision Track)便說明一種扭力彈簧(torsion spring)design，參見圖1，其機械效率高於其它的彈簧設計，且比懸臂式設計更為有效。美國專利案第6,771,084號(該案同樣已受讓予Decision Track)則說明一種單腳式扭力彈簧探針接觸器的基本原理，參見圖2A與2B。不過，上述設計均有其限制。前述專利案所討論與設計的特殊範例並無法滿足或解決一彈簧探針接觸器的實際需求，例如：運動範圍、視覺辨識所需的光學特徵、實用的生產構件、因應定位作用力而產生的該接觸尖端的高橫向穩定性需求、...等。

隨著光微影術以及相關微加工技術的演進，探針接觸器之設計已獲得改良。Wisconsin Alumni Research Foundation所擁有的美國專利案第5,190,637號便說明經由三維金屬結構(包含彈簧與彈簧接觸器在內)的微影電鑄技術為主的多層建構製作方式。本申請案已經創造出一種微構形扭桿探針接觸器(micro－formed torsion bar probe contactor)，其可克服先前技術中的眾多缺點且係本申請案的主要內容。

本申請案的另一項觀點係，會在該探針末端處形成該尖端。較早的接針型接觸器(如懸臂式針型探針(cantilever needle probe)或垂直曲束型探針(vertically buckling beam probe))係由一尖銳或具有合宜形狀之尖端的電線建構而成。此種幾何類型僅在施加足夠的接觸作用力時方能提供充份的電接觸。過高的接觸作用力不利於測試中的半導體裝置，因為其通常在該等I/O觸點下含有主動裝置。再者，現代的大型晶圓測試均要求非常細小的間距及很高的接針數，但是於此情況中卻無法建構接針型接觸器。基於前述與其它理由，微製作的探針接觸器便成為引人注目的接針型探針卡替代例。

本技術中已經有人提出各種配置之用於接觸器探針上的微製作探針接觸尖端，且種類繁多。於大部份的配置中，均以創造一具有良好定義且良好控制之表面形狀、尺寸、材料、以及構造的尖端為前提。為與常見的IC觸點金屬(如Al、AlSiCu、Cu、Cu合金、Au、或焊劑)達到必要的穩固電氣接觸效果，該些要素中每一者均非常重要。該些參數中每一者均和接觸效果有關，但是，幾何控制則係其中最重要者且和所運用的製作技術有關。

經常被忽略的另一項因素則係該尖端與鄰近結構的光學特徵。一般而言，探針卡會搭配裝配有機械視覺系統的晶圓探針測試機(wafer prober)來自動辨識探針尖端的位置以及該些探針尖端位置和該晶圓上該等I/O觸點的對齊情形，如已受讓予Tokyo Electron Labs.的美國專利案第5,321,352號中所述者。基本上，一機械視覺系統包含一可定位且注視著該等探針針狀體尖端的相機。該相機具有適合用來檢視該尖端之幾何形狀的放大倍數。該機械視覺系統還包含一光源，如LED環狀光或同軸光。源自該相機的影像會經過電腦處理，用以決定該尖端在該相機之影像區中的位置。探針測試機的電腦可利用此位置資訊來控制演算法，用以將測試中裝置(device－under－test，DUT)焊接觸點精確地置放在該等探針尖端的下方。因此，必須牢記該等視覺系統規格以設計該探針尖端。明確地說，視覺系統會要求該等尖端與鄰近結構之間有良好的光學對比度，尤其是在位於各鄰近表面之間具有小物理尺寸的微製作接觸器的情況中。典型的微製作彈簧接觸器在靠近該接觸尖端表面處均具有平滑的平坦表面，從而會因為該尖端以外之表面發生反射的關係而導致該視覺辨識系統的效果不彰，參見圖5A。因此，該些視覺系統通常會將不相關的結構誤認為係該尖端，從而在所捕捉到的尖端位置中造成視覺排斥(vision rejection)或誤差。

已經有人提出克服此項問題的各種嘗試作法，不過各有其問題。舉例來說，在已受讓予Form Factor Inc.且如圖3A與3B中所示之美國專利案第6,255,126號中便揭示一種配合懸臂式探針結構來使用的角錐狀接觸器尖端。該角錐係藉由於矽材中複製一經各向異性蝕刻的凹窩並且將該經複製的尖端焊接至一彈簧結構中。雖然此項技術因其寬底部的關係而可產生一具有良好機械強度的尖端且該角錐的各面均會將光反射使其偏離軸線且在機械視覺辨識所運用的正常照明下呈現黑暗效果，不過，此種設計具有至少兩項重大缺點。製作序列係依照鑄模複製技術來施行，且需要一道分離的焊接步驟方能將該尖端裝配到該彈簧上。此道額外的焊接步驟會增加顯著的複雜度、提高產量損失、以及增加該製程的成本。再者，該角錐形狀所產生的接觸幾何形狀會受限在正方形或矩形接觸表面，當因實際應用中經常進行的磨蝕清潔作業的關係而被磨蝕或表面重製時，其表面尺寸通常會增大。表面形狀或尺寸若有任何變化均會造成接觸面積的改變，因而便會改變電接觸特徵與定位記號。

解決機械視覺問題的另一種方式便係產生很高的尖端(約50 μ m高)。於本實施例中，次一下方平坦表面(支柱)與該視覺顯微鏡的聚焦平面的相隔距離足以讓該支柱表面失焦且僅有該尖端會處於聚焦狀態。然而，就以微影成像法與電鑄法所製成的尖端來說，此種作法並非係實用的解決方式。此等方法的高寬比(高度與寬度的比值)均有其實際限制。再者，即使一較高尖端的高寬比係實際可用者(典型尖端的高度的最小尺寸會略大於或等於5 μ m至20 μ m)，不過，一較高尖端卻容易因使用中的橫向定位作用力而產生斷裂。

已提出的另一種替代例係移除一部份的支柱結構，從而於該尖端附近產生一無法將照明反射回該視覺系統中的斜表面，參見圖5B。然而，此種設計的問題係，很難對齊該漸細支柱之平坦頂端上的尖端。只要有任何輕微的不對齊結果，便會於該尖端底部附近產生一平坦的反射表面並且導致會在該尖端附近出現一明亮的「弦月體(crescent)」。該弦月體會干擾正確的尖端位置辨識效果，從而在所捕捉到的視覺中心中造成視覺「排斥」或誤差。

因此，本技術領域需要一種新的設計，用以產生一尖端與支柱結構，解決利用微影方式在一探針結構上形成一尖端時所產生的視覺誤差問題。

美國專利申請案序號第11/019912號及第11/102982號的主要內容係改良美國專利案第5,190,637號中所述之微影技術，前述二申請案均為本案申請人所共同擁有，因此本文同樣以引用的方式將其併入。前述二申請案說明的係使用一般的光微影圖案電鍍技術，結合運用由犧牲材料所組成之島狀體，用以進一步產生各種微結構，如探針接觸器。本發明利用上面的技術來製造一微構形扭桿探針接觸器(micro－formed torsion bar probe contactor)，其可克服先前技術中的眾多缺點且係本申請案的主要內容。

本發明係關於一種探針，其以扭桿作為彈簧元件；且關於一種尖端與支柱結構，其可解決自動視覺機制現有的問題。本發明的扭桿探針係形成於一基板之上，該基板最後會固定數百個，甚至數千個探針元件。該探針會藉由一足部連接至該基板。附屬在該足部其中一端上的係一線路，該線路會將該足部電連接至該基板中的通道；而附屬在該足部另一端上的則係依扭桿。於該扭桿的另一端上則附屬著一分隔體，該分隔體高於該扭桿。於該分隔體的頂端上則附屬著一臂部。該臂部的堅硬度大於該扭桿，此意謂著於使用中其並不會大幅彎曲來儲存能量。於該臂部的頂端上，和該分隔體相反的一端處，則附屬著一支柱(或複數根支柱)，於該(等)支柱的頂端上則係一尖端，該尖端的結構將在下文中作進一步說明。於該基板的頂端處，位在該分隔體與扭桿接合處附近且在該接合處下方處則會建構一止動部。當該探針處於未啟用狀態中時(也就是，未壓觸一半導體裝置的接觸觸點)，於該扭桿與該止動部之間會存在一間隔或間隙。

運作中，該尖端會接觸一晶圓上的I/O接觸觸點且朝該基板向下(於大部份圖式的空間方向中)施力。當該尖端向下推時，該臂部(其係被設計成最堅硬的部件)便會偏斜，從而使得該扭桿產生扭折。該扭桿係牢勞地固定在該基板上的足部端處，雖然在該止動端處於垂直向及橫向上均受到固定，不過卻可自由地旋轉。於該止動端處進行旋轉牽涉到讓該扭桿產生些微運動(經過數微米的間隙距離)直到其接觸到該止動部為止，而後該扭桿便會以該止動部為中心進行旋轉。該探針的整個幾何形狀(包含分隔體高度、臂部長度、支柱高度、...等)會規定該探針在向下移動時其尖端在空間中的運動方式。該運動的形式大部份呈弧形，當該尖端朝下運動時便會提供一正向分量(在約略正交於該扭桿之軸線的方向中)。此尖端的正向運動會提供「定位作用(scrub)」，其為實務上達成該I/O觸點之可靠且可重覆接觸阻值的必要作用。

利用美國專利申請案序號第11/019912號及第11/102982號中所述之製程，本發明包含先前技術中所沒有的數項新穎特徵。本發明的其中一項新穎特徵係，該臂部係一不同於該扭桿的平坦層且可與該扭桿隔著一分隔體。加入此兩層附加層之後，當對一裝置進行測試時以極大的垂直作用力來啟用時，便會具備更大的設計靈活性來控制該尖端的運動路徑。利用上述專利申請案中所述的新式製程便可製造此項觀點中的附加層。實際上，如前述，該扭桿探針運用至少八層平坦層來建構該扭桿接觸器彈簧，且該些層可提供設計靈活性來最佳化該接觸器的運作特性，同時適應於商用光微影微電構形技術(photolithographic micro－electro－forming techniques)所加諸的製程限制。該扭桿探針的層數亦可能多於或少於八層，並未脫離本發明的精神。

該探針的臂部的堅硬度亦大於該扭桿，所以，其並不會成為一彈簧(如懸臂式束型彈簧(cantilever beam spring)中的情形般)。倘若該桿體的堅硬度不夠的話，那麼其變形便會增加該定位長度，使其超出預期的長度。該臂部會提供一槓桿，其會配合該止動部用以將該尖端大部份的直線弧形轉換成該扭桿的近乎純扭動旋轉。於另一實施例中，該臂部係由兩個子臂部所組成，其中一子臂部係延伸自另一子臂部之末端的頂點處。此方式可使得該彈簧結構的最近部與該測試中的晶圓之間具有更大的空隙。額外的空隙有助於防止該晶圓於接觸狀態中遭到該探針結構與該晶圓之間所捕獲的外部粒子的破壞。

本發明的另一項新穎觀點係，於該基板處會附著一止動部，並且併入一橫向固定體，用以在其嚙合該止動部時來橫向固定該扭桿。該止動部的基本功能係作為該扭桿的支點或樞軸。該橫向固定體則可提高橫向穩定性且增加該尖端之定位圖案的控制效果。

本發明的另一項新穎觀點係，尖端與支柱結構的設計。當尖端與支柱均具有平坦表面時，為確保機械視覺系統能夠精確地區分兩者，必須對該支柱的頂端(該尖端的耦接處)進行處理，使其能夠擴散或吸收入射光。有數種方式能夠達成此目的，如粗糙電鍍法(例如藉由添加或不添加晶粒細化劑(grain refiner)的方式以高電流電鍍方式來進行)或金相裝飾蝕刻法(metallographic decorative etching)。

進一步的改進作業則可提供一粗糙的電鍍裙部(rough plated skirt)，其不僅覆蓋該固定支柱的頂端表面，還會包覆該尖端基底的周遭部份。此種構造不僅可於該尖端表面與該支柱之間產生極高的對比度；而且還可於該尖端基底附近以增厚板(thicking)或三角襯板(gusset)的方式來機械固定該尖端。該三角襯板會進一步保護該尖端，避免其在使用期間因橫向作用力的關係於其基底產生機械性破壞；當該尖端具有很高的高寬比(高度與寬度或直徑的比值)時，此作法特別有用。此裙部亦可被電鍍成具有略突出於該支柱結構之上的圖案，俾使輕微的不對齊結果(舉例來說，因微影術誤差所造成)不會導致於該支柱周圍的其中一側處露出具有弦月或邊脊形狀之平滑反射表面。

圖6A所示的係根據本發明一實施例用於測試一電子裝置的探針的示意圖。本探針實施例含有一基板600、一線路層610、一足部元件620、一扭桿630、一分隔元件640、一臂部650、一支柱660、一輔助支柱670、一尖端680、以及一止動元件690。電鍍在基板600之上的係一線路層610，用以提供一條從該足部620至該基板600中之通道900(參見圖9)的導電路徑。此線路層610可電鍍上一金質材料，其標稱高度(亦稱為厚度)為16um。足部620可為該探針提供機械固定器(mechanical anchor)。足部620具有一近端(最靠近通道900的一端)以及一遠端(最遠離通道900的一端)。足部620會於其遠端處被連接至扭桿630。該扭桿630係一可讓該探針具備類彈簧性質(或與彈簧一致之性質)的元件，因為當其處於啟用狀態中時(也就是，當該探針接觸到一半導體裝置的I/O觸點時)，該扭桿630將會如圖14A至14E所示般地扭轉。於其中一實施例中，該扭桿630會非軸向對齊該足部620。於其中一實施例中，該扭桿630會與該足部620形成約10度至約90度的角度，不過較佳的係，形成約20度的角度。此種非軸向設置方式可藉由增長足部620與基板600間之附著的力矩臂而提高其附著強度，並且從而減低該扭桿630於運作期間加諸於該足部/基板介面之上的剝離作用力。該扭桿630會被抬離該基板600，所以並不會碰觸到該基板。於其遠端處，該扭桿630可能具有一橫向固定元件920(參見圖9與10)，該橫向固定元件可配合該止動部690來使用，用以在啟用期間防止該扭桿630產生橫向位移。

該扭桿630會於其遠端處(同樣係最遠離通道900的一側)耦接至一分隔元件640。該分隔元件會將該臂部元件650抬離該扭桿630的平面。該分隔元件640可提供更大的設計靈活性來控制該尖端680的運動路徑，其還會提供臂部650及基板600之間必要的空隙，以便適應於完整的容限範圍。於該分隔體640的頂端上便係該臂部元件650。該臂部元件650通常會以非軸向的方式被電鍍至該扭桿630之上。於其中一實施例中，該臂部650會與該扭桿630形成約20度至約160度的角度，較佳的係形成約120度的角度。該臂部650會被設計成一剛體，使其不會變成一彈簧。倘若該臂部650的伸縮性特別大的話，那麼其變形將會增加該定位，使其超出預期的上限，就此方面來說，該臂部650可能係由模數高於該扭桿630(舉例來說，該扭桿630可能係由NiMn所構成)的金屬所製成(舉例來說，該臂部650可能係由W所製成)。或者，如該較佳實施例中所示者，其可能短於、厚於(高度較高)、或是寬於該扭桿630，或是上述情形之組合，就此方面來說，可於三維笛卡兒座標的三個軸線中來表示其長度、厚度、以及寬度(慣例上會以x軸、y軸、以及z軸來表示)。x軸代表的係長度、y軸代表的係寬度、而z軸代表的則係厚度。

臂部650位在不同於該扭桿630的平面上係本發明的新穎特徵。利用美國專利申請案序號第11/019912號及第11/102982號中所述的光微影製程便可達成此項特徵。

於臂部650的遠端頂端處會電鍍一第一支柱660。該第一支柱元件660同樣可提供設計靈活性用以於啟用期間來控制該尖端680的運動路徑。該第一支柱660於其頂端上電鍍一尖端680，或者在該第一支柱660與該尖端680之間可能會電鍍一第二(甚至更多)支柱元件670，視情況，其表面積會小於該第一支柱660的表面積。該支柱元件(可能係該第一支柱660或是與該輔助支柱元件670的組合體)會垂直延伸該尖端680，使其遠離該臂部650，以允許該尖端有完整的目標偏離範圍。可將該輔助支柱670附加至該第一支柱660，以允許產生合宜的尖端定位幾何形狀，同時又可保有製造能力。該第一支柱660可能會被大幅地電鍍以允許進行微影作業，且被電鍍成約(或略大於)1：1的寬高比(寬度高度比)。該輔助支柱670理想上要比較小，以便可更能夠適應於正確的定位作業。較小的輔助支柱670還可適應於該等兩層支柱層之間的微影對齊誤差。

尖端680並不需要同心於其上所電鍍的任一支柱(660或670)。在偏離其上所電鍍的支柱(660或670)的中心處來電鍍該尖端680可能比較有利，如此方能消弭因該偏離角度的關係於該支柱(660或670)與該測試中裝置之間所造成的任何干擾。該尖端680可能係圓形、矩形、葉片狀、橢圓形、淚珠狀、或是可利用微影方式來形成的任何其它形狀。

於該臂部650的下方便係止動元件690。該止動元件690係被電鍍於基板600之上，且於該臂部650與該止動部690之間會有一間隙910(參見圖9與10)。該間隙910係藉由在製造期間於該止動部690與該扭桿630之間電鍍約1um至約20um的犧牲銅材而構成者，且較佳的係電鍍約6um的犧牲銅材。接著，便可於該探針的最後製造階段中移除該犧牲金屬。該止動部690係被設計成用以在該探針處於啟用狀態中時來垂直與橫向固定該扭桿630。該止動部690的基本功能係充當該扭桿630的支點或樞軸。於其中一種施行方式中，該止動部690會被部份埋植在該扭桿630下方的淺袋體中，該袋體係由該扭桿630的橫向固定元件920所構成(參見圖9與10)。於另一實施例中，該止動部690則係完全設置在該扭桿630之遠端的下方(參見圖11)。於後者的實施例中，該止動部690可能會併入一橫向固定元件1100，而該扭桿630則可能會在該止動橫向固定元件1100的兩側之上併入兩個橫向固定元件920。此實施例可於正x方向與負x方向中來橫向固定該扭桿630，從而提供較佳的橫向穩定性與較佳的定位標記位置精確性。圖12則另外顯示該止動元件690的另一實施例。於此實施例中，該扭桿630具有一橫向固定元件920，而該止動部690則於兩側上具有兩個橫向固定元件1100。在不脫離本發明的精神下，亦可設計出其它的止動配置，用來提供樞軸且同時限制橫向運動。

圖6B所示的係本發明的替代實施例。於此替代實施例中，會另外在止動部690的下方電鍍一第二線路層695(其可能會連接至線路層610)。此第二線路層695的用途係讓該止動層690可被電鍍在和足部620相同的平面中。此項特徵還可縮減分隔元件640的厚度。

圖6C所示的係本發明的替代實施例。本替代實施例實質上和圖6B所示者相同，不過，圖6C中的探針元件具有一附著至該扭桿630的第一臂部650以及一坐落在該第一臂部650之遠端處的第二臂部655。由於雙臂部結構的關係，便不需要有分隔體640。該雙臂部結構允許於該探針結構的最靠近部與該測試中晶圓之間具有更大的空隙。額外的空隙有助於防止該晶圓表面於啟用狀態中受到該探針結構與該晶圓表面間所捕獲的外部粒子的破壞。此情形圖示在圖13A與13B之中。圖13所示的係和圖6A或6B相同的實施例。於其中一實施例中，該臂部650的近端(最遠離該尖端680的一端)與測試中晶圓1300的相隔距離可能小於20um。於圖13B中，第二臂部655的最下方部與該測試中晶圓1300的相隔距離可能約為45um，而臂部650的最下方部與該測試中晶圓1300的相隔距離可能約為56um。於圖13A與13B二圖之中假設該探針結構已移動100um，其為介於該基板600與臂部(或第一臂部)650的最下方部之間的距離。

任何人均可提高該等支柱660、670的高度，以便於該晶圓表面與該探針結構之間產生更大的空隙，不過，此作法並不合宜，因為其會增長定位長度並且增添製程複雜度且會提高成本。雖然圖6C中所示的實施例係一雙臂結構，不過，亦可將一探針建構成具有更多的臂部，此作法並未脫離本發明的精神。另外，亦可利用一短臂部來取代該支柱，其差異處在於一支柱具有約略相等的長度與寬度，或是兩者近似；而一臂部的長度則實質上大於其寬度。

圖7A所示的係從圖6A實施例中某個角度看去的示意圖，圖中顯示出該扭桿630非軸向對齊該足部620，且該臂部650非軸向對齊該扭桿630。

圖7B所示的係從圖6C實施例中某個角度看去的示意圖，圖中顯示出該扭桿630非軸向對齊該足部620，且該臂部650與655非軸向對齊該扭桿630。

圖8所示的係圖6A中所示之本發明實施例的俯視圖。

圖9所示的係圖6A的透視圖。本圖係從圖6A中止動部690的正面看去所獲得的示意圖，圖中的扭桿630係位於止動部690的後面。

在圖6A中所示之本發明的實施例中，該線路層610可能係一鍍有25um高之Ni或NiMn的層，接著其還會被電鍍在一導體基層之上，該導體基層可能係2000A的Cr層，位於15um電鍍Au層下方的5000A之Au層的下方。止動部690可能係一鍍有Ni或NiMn的層，高度為28um。而足部620則會分兩部份來電鍍：其中一部份和止動部690同時進行電鍍，另一部份則和扭桿630同時進行電鍍。整體而言，足部620可能係一鍍有Ni或NiMn(甚至兩者的組合)的層，高度為67um。該扭桿630可能係由39um高的NiMn所組成。應該瞭解的係，此為扭桿630的厚度(於高度方向中)，而非該扭桿從基板600平面處起算的高度。該扭桿630亦可能厚度為40um而長度為804um。就製造扭桿630而言，NiMn係一種實用的合金，因為其具有類彈簧的性質。臂部650可能鍍有NiMn或Ni，高度為60um、寬度為55um、而長度為473um。第一支柱660可能鍍有Ni或NiMn，高度為68um；而第二支柱670可能鍍有Ni或NiMn，高度為28um。尖端680可能鍍有PdCo或Rh，厚度為11um，或者其亦可能係Ni或NiMn以及PdCo或Rh的組合體，總厚度為11um。

於圖6A的實施例中，從臂部650的頂端平面至尖端680的頂端平面間的距離可能為100um。從基板600的頂端平面至臂部650的底部平面間的距離亦可能為110um。從尖端680的頂端平面至基板600的頂端平面間的總距離可能為270um。

於圖6C的實施例中，介於第一臂部650的頂端平面與尖端680的頂端平面間的距離可能為148um，而介於第二臂部655的頂端平面與尖端680的頂端平面間的距離可能為93um。介於基板600的頂端平面與第二臂部655的底部平面間的距離則可能為125um。

雖然前述尺寸為本發明的示範實施例提出概略尺寸，不過，在不明顯變更本文所運用之設計原理的情況下，其實際尺寸可能會相差十倍。雖然上述範例中利用Ni來製作大部份的探針元件，不過，亦可使用其它的金屬與金屬合金，如NiMn、鎢合金、以及鈷合金。一般而言，吾人希望使用能夠進行電鑄且可提供良好機械強度、堅硬度、以及熱穩定性的金屬。

基板600可為任何類型的基板，其包含半導體材料，如矽、鍺、以及神化鎵；陶瓷材料，如氧化鋁、氮化鋁、玻璃黏著陶瓷、低溫共燒陶瓷(LTCC)以及高溫共燒陶瓷(HTCC)、介電塗佈金屬或玻璃。基板600以內建有通道900的低溫共燒陶瓷(LTCC)基板為宜，俾使可藉由該等通道900將電力從該基板600的其中一面600a傳導至該基板600的另一面600b。於本發明的一實施例中，該等通道900雖然係由金所製成，不過，亦可利用任何其它的導體材料，如銅、鎢、或是鉑。該陶瓷材料可能還含有電氣再分配導體，使其成為本技術中所熟知的電氣繞線板或「空間變壓器(space transformer)」。

本發明的另一項新穎觀點係該探針上之尖端與支柱結構的設計。與半導體I/O觸點的電接觸品質與可靠度係相依於尖端材料、尖端尺寸、尖端幾何形狀、定位運動、以及接觸作用力。前述參數中每一參數均和接觸效果有關，但是，尖端幾何形狀則係其中最重要者且和所運用的製作技術有關。較早的接觸器，如懸臂式針型探針(cantilever needle probe)或垂直曲束型探針(vertically buckling beam probe)均係由一尖銳或具有合宜形狀之尖端的電線建構而成。不過，此種類型的尖端幾何形狀難以在微米尺寸下進行控制，且還需要很高的接觸作用力，其會不利於測試中的半導體裝置。再者，現代的晶圓測試均要求非常細小的間距及很高的接針數，但是於此情況中卻無法建構接針型接觸器。基於前述與其它理由，微製作的探針接觸器便成為引人注目的替代例。新型的微製作彈簧接觸器通常會在靠近該接觸表面處具有平滑的平坦表面，從而會因為該尖端以外之表面發生反射的關係而導致該自動視覺系統無法輕易地辨識該尖端。本發明的新穎支柱與尖端設計則可克服此項常見的問題。

圖15所示的係本發明的尖端與支柱設計的一實施例。於圖15中，支柱670的底部(如圖中所示)具有一粗糙表面1500。在以微影方式將尖端680圖案電晶體鍍至支柱670之上以前會先對該表面進行粗糙化處理，以便可將該尖端680直接電鍍於該粗糙表面1500之上。該粗糙表面1500可於高電流下藉由電鍍下面的金屬與合金來構成，舉例來說，Ni；Ni合金，如NiMn、NiCo、NiW、或NiFe；W合金，如CoW；Cr；或類似的金屬。該粗糙表面1500亦可藉由於Ni Sufamate反應桶之中添加晶粒細化劑或其它添加劑(如Mn鹽)來構成，或者亦可以電鍍與電鑄技術中已知的任何其它方式來產生一粗糙表面。如圖18中所示(圖中並未依比例進行繪製)，該粗糙表面1500可能具有複數個尖峰1510以及複數個谷部1520，且每一尖峰1510均可從一谷部1520向上隆起約1um至約5um，較佳的係，從尖峰1510至谷部1520的高度約為1um。圖15中的箭頭代表的係光(實線代表的係強光；而虛線代表的則係擴散光、繞射光、吸收光、或是其它強度較小的光)。因此，圖15所示的便係從粗糙表面1500處反射回來的光被擴散與散射的示意圖。此方式可在該尖端與該(等)支柱表面之間提供大幅改良的對比度，有助於該自動視覺系統更清晰地解析出該尖端680。

圖16中所示的係此概念的進一步改進方式。圖16中係在支柱670的底部部份之上以及尖端680的基底附近電鍍一粗糙的電鍍裙部1720。此種構造不僅可於該尖端680的表面與該支柱670之間產生極高的對比度；而且還可於該尖端680的基底附近以增厚板(thicking)或三角襯板(gusset)的方式來機械固定該尖端680。該三角襯板會進一步保護該尖端680，避免其在使用期間因橫向作用力的關係於其基底產生機械性破壞；當該尖端680具有很高的高寬比(高度與寬度或直徑的比值)時，此作法特別有用。

圖17A與17B所示的係本發明的的尖端與支柱設計的另一實施例。於圖17A與17B中，會在支柱670、660上的帽部1710、1700中電鍍一粗糙金屬，從而讓該金屬突出於該等支柱結構之上。此製作方法可確保輕微的不對齊結果(舉例來說，因微影術誤差所造成)不會導致露出該等支柱660、670之平滑反射表面從而於該等支柱660、670之周圍的其中一側處造成弦月體或是邊脊。

雖然上述係參考本發明的特殊實施例來作說明，不過，熟習本技術的人士便應該很容易明白，在不脫離本發明的精神下可對本發明進行各項修正。下文中的申請專利範圍的目的希望涵蓋落在本發明之真實精神與範疇內的所有此等修正例。所以，本文中所揭示的實施例應被視為解釋例，而不具任何限制意義；而且本發明的範疇係受限於下文中的申請專利範圍而非前述說明。本案的專利範圍涵蓋符合下文申請專利範圍之等效意義及等效範圍的所有變化例。

80．．．(未定義)

81．．．(未定義)

82．．．(未定義)

83．．．(未定義)

84．．．(未定義)

85．．．(未定義)

86．．．(未定義)

87．．．(未定義)

88．．．(未定義)

89．．．(未定義)

90．．．(未定義)

91．．．(未定義)

92．．．(未定義)

93．．．(未定義)

94．．．(未定義)

95．．．(未定義)

96．．．(未定義)

97．．．(未定義)

98．．．(未定義)

99．．．(未定義)

705．．．(未定義)

730A．．．(未定義)

730B．．．(未定義)

731A．．．(未定義)

732A．．．(未定義)

732B．．．(未定義)

733B．．．(未定義)

740A．．．(未定義)

745A．．．(未定義)

745B．．．(未定義)

760A．．．(未定義)

760B．．．(未定義)

136．．．(未定義)

137．．．(未定義)

137a．．．(未定義)

137b．．．(未定義)

138．．．(未定義)

139．．．(未定義)

141．．．(未定義)

142．．．(未定義)

143．．．(未定義)

600．．．基板

600A．．．基板600的其中一面

600B．．．基板600的另一面

610．．．線路層

620．．．足部元件

630．．．扭桿

640．．．分隔元件

650．．．臂部

655．．．臂部

660．．．支柱

670．．．輔助支柱

680．．．尖端

690．．．止動元件

695．．．線路層

900．．．通道

910．．．間隙

920．．．橫向固定元件

1100．．．橫向固定元件

1300．．．測試中晶圓

1500．．．粗糙表面

1510．．．尖峰

1520．．．谷部

1700．．．帽部

1710．．．帽部

1720．．．粗糙的電鍍裙部

圖1至5B所示的係先前技術的實施例範例。

圖6A所示的係本發明之實施例的側面圖。

圖6B所示的係本發明另一實施例的側面圖。

圖6C所示的係本發明另一實施例的側面圖。

圖7A所示的係圖6B中所示之本發明實施例的透視圖。

圖7B所示的係圖6C中所示之本發明實施例的透視圖。

圖8所示的係圖6A中所示之實施例的俯視圖。

圖9所示的係圖6A中所示之本發明實施例從止動元件正面看去所獲得的示意圖。

圖10所示的係本發明之止動元件的實施例。

圖11所示的係本發明之止動元件的另一實施例。

圖12所示的係本發明之止動元件的另一實施例。

圖13A所示的係圖6A之實施例處於啟用狀態中的側面圖。

圖13B所示的係圖6C之實施例處於啟用狀態中的側面圖。

圖14A至14E所示的係當本發明之實施例處於啟用狀態中時該扭桿的扭轉情形。

圖15所示的係本發明之尖端設計的實施例。

圖16所示的係本發明之尖端設計的另一實施例。

圖17A所示的係本發明之尖端設計的另一實施例的透視圖。

圖17B所示的係圖17A的切面圖。

圖18所示的係本發明之尖端設計的實施例的特寫放大圖。

600．．．基板

610．．．線路層

620．．．足部元件

630．．．扭桿

640．．．分隔元件

650．．．臂部

655．．．臂部

660．．．支柱

670．．．輔助支柱

680．．．尖端

690．．．止動元件

695．．．線路層

1700．．．帽部

1710．．．帽部

Claims (56)

1. 一種用以和一微電子裝置上之接觸觸點產生電連接的探針，其包括：一足部，其係被連接至一基板，該足部具有一長度、一厚度、一寬度、一近端、以及一遠端；一扭桿，其具有一長度、一寬度、一厚度、一近端、以及一遠端，該扭桿的該近端會被連接至該足部的該遠端，且該扭桿係座落在第一平面中；一分隔體，其有一長度、一寬度、以及一厚度，該分隔體會被連接至該扭桿的該遠端；一臂部，其具有一長度、一寬度、一厚度、一近端、以及一遠端，且該臂部係座落在第二平面中，該臂部的該近端會被連接至該分隔體，且該第二平面係位在不同於該第一平面的平面中；一第一支柱，其具有一頂端側與一底部側，該底部側會在該臂部的該遠端處或在其附近被連接至該臂部；以及一尖端，其會被電耦接至該第一支柱的該頂端側。
2. 如申請專利範圍第1項之探針，其中該足部與該扭桿具有不同的軸。
3. 如申請專利範圍第2項之探針，其中該足部會與該扭桿形成約20度的角度。
4. 如申請專利範圍第2項之探針，其中該足部會與該扭桿形成一角度，其中該角度介於約10度至約90度之間。
5. 如申請專利範圍第1項之探針，其中該臂部的寬度大於該扭桿的寬度。
6. 如申請專利範圍第1項之探針，其進一步包含一止動部，該止動部會被連接至位於下方的基板，但不會被連接至該扭桿的該遠端。
7. 如申請專利範圍第6項之探針，其中當該探針處於一非啟用位置中時，該止動部與該扭桿之間會存在一間隔。
8. 如申請專利範圍第6項之探針，其中一橫向支撐結構係連接至該止動部。
9. 如申請專利範圍第1項之探針，其中該足部會被電耦接至一線路，該線路則會被電連接至該基板中的通道(via)。
10. 如申請專利範圍第6項之探針，其中一橫向支撐結構係連接至該扭桿的一底部側。
11. 如申請專利範圍第1項之探針，其中該臂部的堅硬度大於該扭桿的堅硬度。
12. 如申請專利範圍第1項之探針，其中該尖端並非置中於該第一支柱之上。
13. 如申請專利範圍第6項之探針，其中當從該止動部下方的基板看去時，該止動部像一上下倒轉的擠出式T型結構。
14. 如申請專利範圍第6項之探針，其中當該探針處於啟用狀態中時，該止動部會同時提供橫向與垂直向支撐至該扭桿。
15. 如申請專利範圍第1項之探針，其中於該第一支柱與該尖端之間會設置一第二支柱，其中該第二支柱的一體積小於該第一支柱的一體積。
16. 如申請專利範圍第1項之探針，其中該臂部與該扭桿具有不同的軸。
17. 如申請專利範圍第16項之探針，其中該臂部會與該扭桿間形成約120度的角度。
18. 如申請專利範圍第16項之探針，其中該臂部會與該扭桿形成一角度，該角度介於約20度至約160度之間。
19. 一種用以和一微電子裝置上之接觸觸點產生電連接之探針，其包括：一足部，其連接至一基板，該足部具有一長度、一厚度、一寬度、一近端、以及一遠端，其中該長度大於該寬度；一扭桿，其具有一長度、一寬度、一厚度、一近端、以及一遠端，該扭桿的該近端會被連接至該足部的該遠端，且該扭桿係座落在第一平面中；一第一臂部，其具有一長度、一寬度、一厚度、一近端、以及一遠端，且該第一臂部係座落在第二平面中，該第一臂部的該近端會被連接至該扭桿的該遠端之頂端，且該第二平面係位在不同於該第一平面的平面中；一第二臂部，其具有一長度、一寬度、一厚度、一近端、以及一遠端，且該第二臂部係座落在第三平面中，該第二臂部的該近端連接至該第一臂部的該遠端，且該 第三平面係位在不同於該第二平面的平面中；一第一支柱，其具有一頂端側與一底部側，該底部側會在該臂部的該遠端處或在其附近被連接至該臂部；以及一尖端，其會被電耦接至該第一支柱的該頂端側。
20. 如申請專利範圍第19項之探針，其中該足部與該扭桿具有不同的軸。
21. 如申請專利範圍第19項之探針，其中該第一臂部的寬度大於該扭桿的寬度。
22. 如申請專利範閏第19項之探針，其進一步包含一止動部，該止動部連接至位於下方的基板，但不會被連接至該扭桿的該遠端。
23. 如申請專利範圍第22項之探針，其中當該探針處於非啟用位置中時，該止動部與該扭桿之間會存在一間隔。
24. 如申請專利範圍第22項之探針，其中一橫向支撐結構係連接至該止動部。
25. 如申請專利範圍第19項之探針，其中該足部會被電耦接至一線路，該線路則會被電連接至該基板中的通道。
26. 如申請專利範圍第22項之探針，其中會有一橫向支撐結構被連接至該扭桿的一底部側。
27. 如申請專利範圍第19項之探針，其中該第一臂部的堅硬度大於該扭桿的堅硬度。
28. 如申請專利範圍第19項之探針，其中該尖端並非與該第一支柱同中心。
29. 如申請專利範圍第19項之探針，其中於該第一支柱與該尖端之間係設置一第二支柱，該第二支柱的一體積小於該第一支柱的一體積。
30. 如申請專利範圍第22項之探針，其中當從該止動部下方的基板看去時，該止動部像一上下倒轉的T型結構。
31. 如申請專利範固第22項之探針，其中當該探針處於啟用狀態中時，該止動部會同時提供橫向與垂直向支撐於該扭桿。
32. 如申請專利範圍第21項之探針，其中該第一臂部的寬度與該第二臂部的寬度實質上相同。
33. 如申請專利範圍第1項之探針，其中該扭桿係由NiMn所製成。
34. 如申請專利範圍第19項之探針，其中該扭桿係由NiMn所製成。
35. 一種用以和一微電子裝置上之接觸點產生電連接之探針，其包括：一扭桿，座落於第一平面中；以及一臂部，座落於第二平面中，且該第二平面係位在不同於該第一平面的平面中，其中該第二平面係實質平行於該第一平面。
36. 如申請專利範圍第35項之探針，其中該臂部的堅硬度大於該扭桿的堅硬度。
37. 如申請專利範圍第35項之探針，其中該扭桿係主要能量儲存元件。
38. 如申請專利範圍第35項之探針，其中該扭桿與該臂部具有不同的軸。
39. 如申請專利範圍第38項之探針，其中該扭桿會與該臂部形成約120度的角度。
40. 一種用以和一微電子裝置上之接觸觸點產生電連接的探針，其包括一種設計用以將一尖端的弧形運動轉換成一扭桿的扭轉運動，其中該扭桿係座落於第一平面中，且該尖端會被電連接至一臂部，該臂部係座落於第二平面中，而該第一平面則係位在不同於該第二平面的平面中，其中該第一平面係實質平行於該第二平面。
41. 如申請專利範圍第1項之探針，其中該足部的厚度約為67um。
42. 如申請專利範圍第1項之探針，其中該扭桿的長度約為804um。
43. 如申請專利範圍第1項之探針，其中該臂部的厚度約為55um。
44. 如申請專利範圍第1項之探針，其中該臂部的厚度約比該扭桿厚約15um。
45. 如申請專利範圍第19項之探針，其中該足部的厚度約為67um。
46. 如申請專利範圍第19項之探針，其中介於該基板的一頂端平面與該第二臂部的一底部平面之間的距離約為125um。
47. 如申請專利範圍第1項之探針，其中該臂部的厚度大於 該扭桿的厚度。
48. 如申請專利範圍第6項之探針，其中一第一橫向支撐結構係連接至該扭桿的一底部側並且匹配於一連接至該止動部的第二橫向支撐結構。
49. 如申請專利範圍第1項之探針，其中該扭桿係由NiW或NiCo其中一者所製成。
50. 如申請專利範圍第19項之探針，其中該扭桿係由NiW或NiCo其中一者所製成。
51. 如申請專利範圍第19項之探針，其中該第一臂部的厚度大於該扭桿的厚度。
52. 如申請專利範圍第19項之探針，其中該第一臂部的厚度實質上等於該第二臂部的厚度。
53. 一種探針接觸器，其包括：一足部，其連接至一基板；一扭桿，座落於第一平面中，該扭桿會於其一第一端處連接至該足部且受到該足部的支撐；一支撐器，其會於該扭桿的一第二端處連接至該基板，其中該第二端係位於該扭桿的縱向反向端處，該支撐器僅會在該扭桿進行平移時提供支撐至該扭桿；一剛性臂部，座落於第二平面中，其於該扭桿的第二端處連接至該扭桿，其中該第一平面係位在不同於該第二平面的平面中；以及一尖端，其電連接至該剛性臂部。
54. 如申請專利範圍第53項之探針接觸器，其中該支撐器會 在一垂直該基板的方向上支撐該扭桿的該第二端。
55. 如申請專利範圍第54項之探針接觸器，其中該支撐器會將該扭桿的運動侷限在一正交於該扭桿之縱軸的方向中。
56. 如申請專利範圍第55項之探針接觸器，其中該支撐器會支撐該扭桿，同時又可允許該扭桿的該第二端沿著該扭桿之該縱軸進行旋轉。