TWI438440B - Flat probe structure for point measuring device and its making method - Google Patents

Description

應用於點測裝置的平板探針結構及其製作方法

本發明係有關一種探針結構，尤指一種應用於點測裝置的平板探針結構及其製作方法。

就半導體元件(如發光二極體)之檢測分析而言，係透過探針檢測其電氣性質而得知品質優劣，習知探針測試裝置如中華民國新型專利公告第M345241號所示，其揭示之點測裝置包括一彎探針、一邊緣感測器與一探針固著裝置，該邊緣感測器具有一擺臂與一感應器，其中，該擺臂可相對一支點進行擺動，令該感應器的接點跳脫或接觸，而該探針固著裝置供該彎探針固定於該擺臂。由於該點測裝置為使用呈彎曲結構的該彎探針，使得該探針固著裝置的厚度可相應降低，藉此達成該點測裝置的薄型化。其中，發光二極體檢測過程的準確度係與探針的性能有很大之關聯性。

此種探針結構如美國專利公告第US 6,774,652號所示，揭示一種懸臂式探針卡及其製造方法，包括一主體與複數個設於該主體的探針，該探針分別包括一彎曲部及一尖針，該彎曲部上係形成有一低反射加工部，藉此可抑制光反射。就實際應用而言，該探針的材質通常為鈹銅合金、鈀或鎢之金屬或其合金等，若使用單一材質，不僅在加工上具有困難度，且難以獲得同時具較低材料成本及優異檢測特性之探針。

有鑿於此，日本專利公開第2003-177143號專利，揭露一種應用於探針卡上的鉛筆型探針及其製作方法，先對一直徑介於40μm至150μm的鎢線之徑向進行穿孔，於該鎢線上形成複數個連續相接的孔洞，該孔洞的直徑介於20μm至100μm之間，接著，於熔融態將一貴金屬線埋入該孔洞，待其固化後再進行拋光，令該貴金屬線可形成一尖端，其中，該貴金屬線可為鈀金屬或其合金。如此，透過將成本較低但具有高硬度之鎢金屬，與成本較高而擁有良好電性及抗氧化性之貴金屬相結合，可得到符合經濟效益與優異檢測性能之探針。

惟，前述之探針結構在實際使用上，仍具有在半導體元件之表層產生較大刮痕（Scrub Mark）的問題，因此，不僅容易造成半導體元件之損壞，更將嚴重影響檢測之結果及精確度。此外，現今探針之尖端尺寸均要求小於25μm，而前述之探針結構均是以機械加工方式分批製造，其本有成形之精準度不佳的問題，因此，各探針之間的尺寸常發生較大的誤差範圍，係影響探針之收光。

本發明之主要目的，在於解決習知探針容易對半導體元件產生較大之刮痕，導致破壞半導體元件及檢測效果不佳問題。

本發明之另一目的，在於解決習知探針由於採機械加工方式製造得到，而造成探針結構尺寸一致性不佳的問題。

為達上述目的，本發明提供一種應用於點測裝置的平板探針結構，包括一探針主體以及一平板針，該探針主體具有一延伸段、一固定段及一設於該延伸段與該固定段之間的樑柱段，該延伸段及該固定段分別與該樑柱段相夾一第一夾角及一第二夾角。該平板針具有一針身以及一針尖，該針身具有一與該延伸段結合的第一端以及一相對該第一端的第二端，該第二端具有一包括一底面的容置槽，該針尖以微機電製程形成於該容置槽，該針尖具有一附著於該底面的接合面、一相對該接合面且設於該容置槽外的點測端面以及設於該接合面與該點測端面之間且彼此相對的一第一側壁及一第二側壁，該接合面具有兩分別與該第一側壁及該第二側壁相交的長邊緣及兩與該長邊緣垂直的短邊緣，且該點測端面與該第一側壁及該第二側壁間分別形成一傾斜角。

由上述說明可知，本發明應用於點測裝置的平板探針結構相較於習知技術達到的有益效果在於：

一、由於本發明之探針尖端呈平板狀，即透過該接合面之長邊緣及短邊緣之設計，可在檢測半導體元件時大幅減輕刮痕的生成，因此，較不易破壞半導體元件，且可提升檢測的準確性；

二、本發明之針尖係使用微機電製程沉積於該針身的容置槽，藉由微機電製程在小尺寸元件成形可達到的高精準度，可有效提升各個針尖之間尺寸的一致性；

三、於本發明中，該探針主體及該平板針之結合，可以透過將多個該探針主體與多個該平板針相應置放於單一治具而進行回銲得到，因此，係具有批量生產之優點。

有關本發明應用於點測裝置的平板探針結構之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：

請參閱『圖1A』、『圖1B』、『圖2』及『圖3』，分別為本發明應用於點測裝置的平板探針結構第一實施例的立體分解示意圖、『圖1A』的部分放大示意圖、立體組合示意圖及側視圖。該平板探針結構包含一探針主體10以及一平板針2，該探針主體10具有一延伸段12、一固定段13及一設於該延伸段12與該固定段13之間的樑柱段11，該延伸段12及該固定段13分別與該樑柱段11相夾一第一夾角121及一第二夾角131，該第一夾角121介於110°至130°之間，該第二夾角131介於80°至100°之間。此外，於本實施例中，該探針主體10之固定段13為夾持固定於一點測裝置的治具溝槽，而該延伸段12則與該平板針2結合。其中，若該第一夾角121過大，則在進行檢測時容易造成刮痕過大或過長；反之，假使該第一夾角121過小，則觀測者容易因該樑柱段11阻擋其視線，產生對位上之困難。

如『圖1A』所示，該延伸段12具有一凹穴122，且該平板針2具有一針身20及針尖30，該針身20具有一第一端21以及一第二端22，該針身20之該第一端21係與該延伸段12之該凹穴122透過一銲料相互結合，而該針身20之該第二端22具有一容置槽221，該容置槽221包括一底面222。於本實施例中，該針身20之第一端21具有一大於該第二端22之外徑，令該針身20朝相對該探針主體10的方向呈一漸縮狀。

如『圖1B』所示，該針尖30具有一接合面32以及一相對該接合面32且設於該容置槽221外的點測端面31，且該針尖30更包括一第一側壁33及一第二側壁34，該第一側壁33與該第二側壁34設於該接合面32與該點測端面31之間且為彼此相對。此外，該接合面32具有兩長邊緣321及兩與該長邊緣321垂直的短邊緣322，該長邊緣321分別相交於該接合面32與該第一側壁33及該第二側壁34。於本發明中，該點測端面31與該第一側壁33及該第二側壁34之間分別形成一傾斜角，該傾斜角的範圍介於85°至150°之間。

進一步說明，於此實施例中，該第一側壁33包括一第一傾斜面331與一第一平直面332，且該第二側壁34包括一第二傾斜面341與一第二平直面342，該第一傾斜面331與該第二傾斜面341分別與該點測端面31的二側鄰接，而該第一平直面332與該第二平直面342分別自該第一傾斜面331與該第二傾斜面341延伸至該接合面32的二側，即與該短邊緣322鄰接，此外，該第一傾斜面331、該第二傾斜面341與該第一平直面332、該第二平直面342彼此間的夾角大於90°，且該接合面32之面積大於該點測端面31之面積，而該點測端面31的尺寸介於10μm至100μm之間。請繼續參閱『圖3』，該延伸段12及該固定段13均朝向該樑柱段11之一側彎折，該樑柱段11係沿一軸向延伸而呈一圓柱狀，該軸向平行於該針尖30之該點測端面31的該長邊緣321一長度方向。

接著，請參閱『圖4A』至『圖4G』，為本發明應用於點測裝置的平板探針結構的製造流程示意圖，首先，利用機械加工方式形成一探針主體10，在本實施例中，該探針主體10包括一樑柱段11、一延伸段12及一固定段13，如『圖3』所示，其中，該樑柱段11與該延伸段12之間的夾角介於110°至130°，該樑柱段11與該固定段13之間的夾角介於80°至100°。請參閱『圖4B』，接著，對該延伸段12遠離該樑柱段11之一端進行鑽孔，以於該端形成一凹穴122。

請繼續參閱『圖4C』，利用微機電製程形成一針身20，該針身20具有一第一端21與一第二端22，該第一端21具有一大於該第二端22之外徑，故該針身20呈一漸縮狀，其中，該針身20之第二端22具有一容置槽221，該容置槽221包括一底面222。之後，請參閱『圖4D』及『圖4E』，係使用微機電製程於該容置槽221形成一針尖30，該針尖30需選取耐磨耗、導電性良好，且抗沾黏的材質。

同『圖1A』與『圖1B』所示，該針尖30具有一點測端面31、一接合面32、一第一側壁33與一第二側壁34，該接合面32包括兩長邊緣321及兩與該長邊緣321垂直的短邊緣322，該第一側壁33及一第二側壁34設於該點測端面31與該接合面32之間，且該點測端面31與該第一側壁33及該第二側壁34之間分別形成一傾斜角，該傾斜角的範圍介於85°至150°之間。在本實施例中，該第一側壁33包括一第一傾斜面331與一第一平直面332，且該第二側壁34包括一第二傾斜面341與一第二平直面342，該第一傾斜面331與該第二傾斜面341分別與該點測端面31的二側鄰接，而該第一平直面332與該第二平直面342分別自該第一傾斜面331與該第二傾斜面341延伸至該接合面32的短邊緣322。

上述實施例係以先製作該探針主體10，再製作該針身20及該針尖30做為舉例說明，然本發明並不限於此，依實際製程需求，亦可先作該針身20及該針尖30，再製作該探針主體10。接下來，請參閱『圖4F』與『圖4G』，於得到該探針主體10、該針身20與該針尖30後，對該探針主體10以及該平板針2進行接合，本實施例中係採回銲(reflow soldering)製程，該製程為搭配使用一治具40，該治具40包括一與該探針主體10對應的第一模穴41、一與該平板針2對應的第二模穴42以及一設於該第一模穴41與該第二模穴42之間的溝槽43。

此步驟可先於該針身20的表面鍍金，並將銲料填充於該探針主體10的凹穴122，再將該針身20的第一端21置入該凹穴122，之後，把多個該探針主體10與該平板針2擺放於該第一模穴41與該第二模穴42內，再將其送入一回銲爐中，令該探針主體10與該平板針2可相互結合。

請參閱『圖5』，為本發明第二實施例的局部放大示意圖，於此實施例中，該第一側壁33包括一第一彎曲面333與一第一平直面332，該第二側壁34包括一第二彎曲面343與一第二平直面342，該第一彎曲面333與該第二彎曲面343分別與該點測端面31二側連接，該第一平直面332與該第二平直面342分別自該第一彎曲面333及該第二彎曲面343延伸至該接合面32（示於『圖1A』）的二側。其中，該傾斜角的範圍介於85°至150°之間，而本實施例中，該傾斜角係接近90°。請繼續參閱『圖6』，為本發明第三實施例的局部放大示意圖，於此實施例中，該針身20的第二端22係成形為一第一倒角部23與一第二倒角部24，該第一倒角部23與該第二倒角部24設於該第二端22與該針尖30的該第一側壁33與該第二側壁34相對應的兩側，且為彼此相對。

請配合參閱『圖7』所示，為了加強『圖1A』中該針尖30與該針身20的連接穩固性，該針尖30與該針身20可以一針尖30a與ㄧ針身20a取代，其中該針尖30a具有垂直該第一側壁33與該第二側壁34且彼此相對的兩頂壁35，一容置槽221a具有與該兩頂壁35相接觸以夾持該針尖30a的兩夾壁223，ㄧ固定銷50穿透該兩夾壁223以及該兩頂壁35而固定該針尖30a於該容置槽221a內，藉此避免該針尖30a自該針身20a上脫落的問題。除此之外，請配合參閱『圖8A』及『圖8B』所示，其係設計一針尖30b、30c之第一平直面331以及第二平直面332的形狀為L字型或T字型的方式，配合一容置槽221b、221c以加強該針尖30b、30c與該針身20b、20c的固定來取代『圖1A』的該針尖30與該針身20。

再者，請參閱『圖9』並一併參閱『圖3』所示，另外一種加強穩固的結構如下：該平板探針結構包含有一探針主體10以及一平板針2a，該探針主體10具有一延伸段12、一固定段13及一設於該延伸段12與該固定段13之間的樑柱段11，該延伸段12及該固定段13分別與該樑柱段11相夾一第一夾角121及一第二夾角131；該平板針2a具有一第一針身25、一第二針身26以及一設置於該第一針身25及該第二針身26之間的針片36，該第一針身25及該第二針身26分別具有一與該延伸段12結合的第一端21a以及一相對該第一端21a的第二端22a，該針片36具有分別與該第一針身25及該第二針身26連接的一第一連接壁361及一第二連接壁362、垂直並連接該第一連接壁361及該第二連接壁362且彼此相對的一第一側壁33a及一第二側壁34a，以及一設於該第一針身25及該第二針身26外的點測端面31a，該第一側壁33a具有一第一傾斜面331a及一第一平直面332a，該第二側壁34a具有一第二傾斜面341a及一第二平直面342a，該第一傾斜面331a與該第二傾斜面341a分別與該點測端面31a的二側鄰接，而該第一平直面332a與該第二平直面342a分別自該第一傾斜面331a與該第二傾斜面341a延伸至對應該第一端21a之位置，該點測端面31a與該第一傾斜面331a及該第二傾斜面341a間分別形成一傾斜角，利用該第一連接壁361與該第二連接壁362與該第一針身25及該第二針身26之大面積連接，而加強該針片36與該第一針身25及該第二針身26之穩固連接。而於此實施例中，該傾斜角的範圍介於85°至150°之間，且該探針主體10與上述實施例相同，其第一夾角121介於110°至130°之間，該第二夾角131介於80°至100°之間。而該平板針2a之結構可如前一實施例設計以減少應力產生之問題或者增加連接結構穩定性等，舉例來說，如該針片36於該第一側壁33a及該第二側壁34a設置彎曲面結構，而減少應力產生的問題，其他部分便不再重複說明。

請一併參閱『圖3』、『圖4A』至『圖4G』以及『圖9』所示，具有該針片36的該平板針2a之製作方法包含有以下步驟：

S1：利用機械加工方式進行探針主體10之製作，該探針主體10具有延伸段11、固定段12及設於該延伸段11與該固定段12之間的樑柱段13；

S2：利用微機電製程的方式形成平板針2a，其中平板針2a的結構可以是利用微機電製程的方式形成該第一針身25、該第二針身26以及設置於該第一針身25及該第二針身26之間的針片36而形成該平板針2a或者是利用微機電製程的方式形成該平板針2，該平板針2具有該針身20及該針尖30，而該針身20具有一與該延伸段結合的第一端21以及一相對該第一端21的第二端22，該第二端22具有一包括一底面222的容置槽221，該針尖30以微機電製程形成於該容置槽221；及

S3：將該平板針2a以遠離該點測端面31a之一端與該探針主體10之延伸段12進行連接，於此實施例中，其係以焊接的方式進行該平板針2a及該探針主體10之連接，且如欲進行批次製造時，可將複數該平板針2a及複數該探針主體10分別放置於治具40之複數第一模穴41及複數第二模穴42中，該第一模穴41與該第二模穴42之間具有對應該平板針2a及複數探針主體10之連接處的溝槽43，藉此對該平板針2a及該探針主體10進行焊接作業，即回銲製程。

綜上所述，本發明應用於點測裝置的平板探針結構主要是將探針的尖端處設計為兼具平板狀及與梯形類似之形狀，藉此，可降低探針接觸待檢測之半導體元件時產生的應力，以減少刮痕的生成，使半導體元件被破壞之機會下降，且提升檢測的準確性，同時，其設計亦可延長該針尖本身的使用壽命。其次，由於該探針主體及該針身與該針尖為分別以成本較低的機械加工方式以及高精準度的微機電技術製作，故本發明係以較經濟之製程成本得到具良好一致性及低尺寸誤差之探針。再者，又由於該探針主體及該平板針最終是使用回銲製程以批次量產之方式結合，相較於習知探針採各別加工製造，本發明更可提升探針之產能。此外，當於該針身之第二端設置該第一倒角部及該第二倒角部時，除可進一步降低該針尖所產生之應力外，更可以有效增加收光效率。因此，本發明極具進步性及符合申請發明專利之要件，爰依法提出申請，祈　鈞局早日賜准專利，實感德便。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明之一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。

10．．．探針主體

11．．．樑柱段

12．．．延伸段

121．．．第一夾角

122．．．凹穴

13．．．固定段

131．．．第二夾角

2、2a．．．平板針

20、20a．．．針身

21、21a．．．第一端

22、22a．．．第二端

221、221a、221b、221c．．．容置槽

222．．．底面

223．．．夾壁

23．．．第一倒角部

24．．．第二倒角部

25．．．第一針身

26．．．第二針身

30、30a、30b、30c．．．針尖

31、31a．．．點測端面

32．．．接合面

321．．．長邊緣

322．．．短邊緣

33、33a．．．第一側壁

331、331a．．．第一傾斜面

332、332a．．．第一平直面

333．．．第一彎曲面

34、34a．．．第二側壁

341、341a．．．第二傾斜面

342、342a‧‧‧第二平直面

343‧‧‧第二彎曲面

35‧‧‧頂壁

36‧‧‧針片

361‧‧‧第一連接壁

362‧‧‧第二連接壁

40‧‧‧治具

41‧‧‧第一模穴

42‧‧‧第二模穴

43‧‧‧溝槽

50‧‧‧固定銷

圖1A，為本發明第一實施例的立體分解示意圖。

圖1B，為圖1A的部分放大示意圖。

圖2，係本發明第一實施例的立體組合示意圖。

圖3，為本發明第一實施例的側視圖。

圖4A至圖4G，為本發明第一實施例的製造流程示意圖。

圖5，為本發明第二實施例的局部放大示意圖。

圖6，為本發明第三實施例的局部放大示意圖。

圖7，為本發明第四實施例的局部放大示意圖。

圖8A，為本發明第五實施例的局部放大示意圖。

圖8B，為本發明第六實施例的局部放大示意圖。

圖9，為本發明第七實施例的部分立體分解示意圖。

10．．．探針主體

11．．．樑柱段

12．．．延伸段

122．．．凹穴

13．．．固定段

2．．．平板針

20．．．針身

21．．．第一端

22．．．第二端

221．．．容置槽

222．．．底面

30．．．針尖

31．．．點測端面

32．．．接合面

33．．．第一側壁

34．．．第二側壁

Claims (18)

1. 一種應用於點測裝置的平板探針結構，包含有:
   　　一探針主體，具有一延伸段、一固定段及一設於該延伸段與該固定段之間的樑柱段，該延伸段及該固定段分別與該樑柱段相夾一第一夾角及一第二夾角；
   　　一平板針，具有一針身以及一針尖，該針身具有一與該延伸段結合的第一端以及一相對該第一端的第二端，該第二端具有一包括一底面的容置槽，該針尖以微機電製程形成於該容置槽，該針尖具有一附著於該底面的接合面、一相對該接合面且設於該容置槽外的點測端面以及設於該接合面與該點測端面之間且彼此相對的一第一側壁及一第二側壁，該接合面具有兩分別與該第一側壁及該第二側壁相交的長邊緣及兩與該長邊緣垂直的短邊緣，且該點測端面與該第一側壁及該第二側壁間分別形成一傾斜角。
2. 如申請專利範圍第1項所述之應用於點測裝置的平板探針結構，其中該傾斜角的範圍介於85°至150°之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之應用於點測裝置的平板探針結構，其中該接合面具有一大於該點測端面的面積。
4. 如申請專利範圍第1項所述之應用於點測裝置的平板探針結構，其中該第一夾角介於110°至130°之間，該第二夾角介於80°至100°之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之應用於點測裝置的平板探針結構，其中該針尖具有垂直該第一側壁與該第二側壁且彼此相對的兩頂壁，該容置槽具有與該兩頂壁相接觸以夾持該針尖的兩夾壁，一固定銷穿透該兩夾壁以及該兩頂壁而固定該針尖於該容置槽內。
6. 一種應用於點測裝置的平板探針結構，包含有:
   　　一探針主體，具有一延伸段、一固定段及一設於該延伸段與該固定段之間的樑柱段，該延伸段及該固定段分別與該樑柱段相夾一第一夾角及一第二夾角；
   　　一平板針，具有一第一針身、一第二針身以及一設置於該第一針身及該第二針身之間的針片，該第一針身及該第二針身分別具有一與該延伸段結合的第一端以及一相對該第一端的第二端，該針片具有分別與該第一針身及該第二針身連接的一第一連接壁及一第二連接壁、垂直並連接該第一連接壁及該第二連接壁且彼此相對的一第一側壁及一第二側壁，以及一設於該第一針身及該第二針身外的點測端面，該點測端面與該第一側壁及該第二側壁間分別形成一傾斜角。
7. 如申請專利範圍第6項所述之應用於點測裝置的平板探針結構，其中該第一側壁及該第二側壁各包括分別與該點測端面二側相連接的一第一傾斜面與一第二傾斜面。
8. 如申請專利範圍第7項所述之應用於點測裝置的平板探針結構，其中該第一側壁更包括一自該第一傾斜面延伸且與該接合面之短邊緣相接的第一平直面，且該第二側壁更包括一自該第二傾斜面延伸且與該接合面之短邊緣相接的第二平直面。
9. 如申請專利範圍第6項所述之應用於點測裝置的平板探針結構，其中該第一側壁及該第二側壁各包括分別與該點測端面二側相連接的一第一彎曲面及一第二彎曲面。
10. 如申請專利範圍第9項所述之應用於點測裝置的平板探針結構，其中該第一側壁更包括一自該第一彎曲面延伸且與該接合面之短邊緣相接的第一平直面，且該第二側壁更包括一自該第二彎曲面延伸且與該接合面之短邊緣相接的第二平直面。
11. 如申請專利範圍第6項所述之應用於點測裝置的平板探針結構，其中該延伸段與該第一針身及該第二針身的第一端之間填充有一銲料。
12. 如申請專利範圍第6項所述之應用於點測裝置的平板探針結構，其中該傾斜角的範圍介於85°至150°之間。
13. 如申請專利範圍第6項所述之應用於點測裝置的平板探針結構，其中該第一針身及該第二針身分別之第一端具有一大於其第二端之外徑。
14. 如申請專利範圍第6項所述之應用於點測裝置的平板探針結構，其中該樑柱段係沿一平行於該針片的一片體方向延伸。
15. 如申請專利範圍第6項所述之應用於點測裝置的平板探針結構，其中該第一針身以及該第二針身之第二端形成有彼此相對的一第一倒角部與一第二倒角部。
16. 如申請專利範圍第6項所述之應用於點測裝置的平板探針結構，其中該第一夾角介於110°至130°之間，該第二夾角介於80°至100°之間。
17. 一種應用於點測裝置的平板探針製作方法，包含有以下步驟：
    　　 S1：利用機械加工方式進行一探針主體之製作，該探針主體具有一延伸段、一固定段及一設於該延伸段與該固定段之間的樑柱段，該延伸段及該固定段分別與該樑柱段相夾一第一夾角及一第二夾角；
    　　 S2：利用微機電製程的方式形成一平板針；及
    　　 S3：將該平板針以遠離該點測端面之一端與該探針主體之延伸段進行連接。
18. 如申請專利範圍第17項所述之應用於點測裝置的平板探針製作方法，其中於步驟S3中，其係將複數平板針及複數探針主體分別放置於一治具之複數第一模穴及複數第二模穴中，該第一模穴與該第二模穴之間具有一對應該平板針及複數探針主體之連接處的溝槽，藉此對該平板針及該探針主體進行焊接作業。