TWI539164B - 塗佈探針及其製作方法 - Google Patents

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TWI539164B TW102142671A TW102142671A TWI539164B TW I539164 B TWI539164 B TW I539164B TW 102142671 A TW102142671 A TW 102142671A TW 102142671 A TW102142671 A TW 102142671A TW I539164 B TWI539164 B TW I539164B
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Description

塗佈探針及其製作方法
本揭露是有關於一種塗佈探針及其製作方法。
隨著半導體技術的提升，3C電子技術不斷推出輕薄短小以及結合許多功能(combo)的產品，例如智慧型手機包括了觸控面板與無線網路等功能。眾多功能主要是由IC晶片(chip)驅動進行運算，而運算並作出反應的時間決定了消費者在使用上的速度，反應速度對於生活步調加快的現代社會而言，是相當重要的需求。因此，如何確定IC晶片在經過設計、光罩、晶圓製作、封裝以及測試等上百道的半導體製程後仍為合格的產品，是非常關鍵的。
傳統上是先將晶圓上的元件切割後，再進行封裝。而目前晶圓封測的技術已提升到晶圓級封裝(wafer level chip scale package,WLCSP)，做法是直接先於晶圓上長錫球(solder ball)封裝，最後再切割形成IC晶片。兩者之間最大的差異在於IC檢測頻率的控制，前者可以調整檢測頻率，而後者則無法調整。在此 情況下，對於較高頻的元件而言，其測試難度即相對較高，原因是頻率的增加於IC訊號測試時，所產生的電阻會相對較高而降低測試的準確度，甚至無法進行測試。此外，目前的金屬探針在測試過程中容易沾黏錫球而導致導電度下降，且高測試頻率則易導致針尖磨損，降低探針的使用壽命。因此，亟需一種使用壽命長且測試可靠度高的探針，降低半導體封測產業的成本。
本揭露提供一種塗佈探針，所述探針具有良好的導電性與機械強度。
本揭露提供一種塗佈探針的製作方法，藉由將奈米碳材塗佈於探針表面，可提高探針的導電性，並可降低錫球沾黏與針尖磨損，以提高探針的使用壽命。
本揭露的塗佈探針，其包括探針本體以及披覆層。探針本體具有一末端。披覆層覆蓋探針本體之末端的表面，其中披覆層包括奈米碳材層，而奈米碳材層包括奈米碳材(carbon nano-materials)，此奈米碳材包括：奈米碳簇(例如巴克球(Bucky ball)(C60)的奈米碳球)；奈米碳管(例如單壁奈米碳管(SWCNT)與多壁奈米管(MWCNT))；石墨烯(例如單層石墨烯與多層石墨烯)；類鑽石碳材等。
本揭露的塗佈探針的製作方法包括以下步驟。提供具有一末端的探針本體，其中探針本體的材料包括金屬、合金或其組 合。將奈米碳材改質，使奈米碳材之表面含有-COOH基。將表面含有-COOH基的奈米碳材與硫醇進行反應，使奈米碳材之表面含有巰基(-SH)。將探針本體之末端置於表面含有-SH基的奈米碳材溶液中進行反應，以於探針本體之末端的表面形成奈米碳材層。
本揭露的另一塗佈探針的製作方法包括以下步驟。提供具有一末端的探針本體，其中探針本體的材料包括金屬、合金或其組合。藉由蒸鍍，將奈米碳材沉積於末端的表面，以於探針本體之末端的表面形成奈米碳材層。
本揭露的另一塗佈探針，其包括探針本體以及披覆層。探針本體具有一末端。披覆層覆蓋探針本體之末端的表面，其中披覆層包括金屬氮化物層，而金屬氮化物層包括金屬氮化物，此金屬氮化物包括TiN或CrN。
本揭露的又另一塗佈探針的製作方法包括以下步驟。提供具有一末端的探針本體，其中探針本體的材料包括金屬、合金或其組合。藉由蒸鍍，將金屬氮化物沉積於末端的表面，以於探針本體之末端的表面形成金屬氮化物層。
基於上述，本揭露的實施例所提供的塗佈探針可降低錫球沾黏，並具有良好的導電性與的測試可靠度，進而降低測試成本。
為讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
10、20、30‧‧‧塗佈探針
110‧‧‧探針本體
110a‧‧‧末端
112、114、116、118‧‧‧凸部
120、220、320‧‧‧披覆層
122、222‧‧‧奈米碳材層
122a‧‧‧奈米碳材
122b‧‧‧連接基
124‧‧‧疏水層
322‧‧‧金屬氮化物層
322a‧‧‧金屬氮化物
A、B、C、D‧‧‧曲線
R‧‧‧區域
S502、S504、S506、S508、S510、S802、S804、S806、S1102、S1104、S1106‧‧‧步驟
圖1是本揭露一實施例之無塗佈探針的側視示意圖。
圖2是本揭露一實施例之無塗佈探針的末端俯視示意圖。
圖3是依照本揭露之第一實施例之塗佈探針的側視示意圖。
圖4是圖3中虛線區域的局部放大圖。
圖5是依照本揭露之第一實施例之塗佈探針的製作方法流程圖。
圖6是依照本揭露之第二實施例之塗佈探針的側視示意圖。
圖7是圖6中虛線區域的局部放大圖。
圖8是依照本揭露之第二實施例之塗佈探針的製作方法流程圖。
圖9是依照本揭露之第三實施例之塗佈探針的側視示意圖。
圖10是圖9中虛線區域的局部放大圖。
圖11是依照本揭露之第三實施例之塗佈探針的製作方法流程圖。
圖12是依照本揭露之一實施例之塗佈探針與習知探針的電流-電壓測試曲線圖。
圖13是依照本揭露另一實施例之塗佈探針與習知探針的電流-電壓測試曲線圖。
圖1是本揭露一實施例之無塗佈探針的側視示意圖。圖2是本揭露一實施例之無塗佈探針的末端俯視示意圖。請同時參照圖1與圖2。無塗佈探針包括探針本體110，而探針本體110具有一個末端110a，如圖2所示，探針本體110之末端110a包括四個凸部(protrusion)112、114、116與118，且末端110a呈蓮花形(lotus-shaped)，然本揭露不限於此，探針本體110之末端110a只要可使探針與測試樣品接觸即可。探針本體110的材料例如是金屬、合金或其組合，更具體地說，上述金屬是選自由Cu、Pd、Ag、Au、Re以及W所組成的族群，然本揭露亦不限制探針本體110的材料，只要可使探針具有導電性即可。
圖3是依照本揭露之第一實施例之塗佈探針的側視示意圖。圖4是圖3中虛線區域R的局部放大圖。請同時參照圖3與圖4。依照本揭露之第一實施例之塗佈探針10包括探針本體110以及披覆層120。探針本體110具有一個末端110a。披覆層120覆蓋探針本體110之末端110a的表面。在本實施例中，如圖4所示，披覆層120包括奈米碳材層122以及疏水層124。披覆層120的厚度例如是50nm至1μm，較佳為50nm至0.5μm，然本揭露不限於此。奈米碳材層122包括奈米碳材122a以及連接基(linking group)122b。以下將參照圖式，詳細說明本實施例之塗佈探針10。
在本實施例中，奈米碳材層122的奈米碳材122a例如是奈米碳球(carbon nano-capsules)、奈米碳管(carbon nanotube, CNT)、石墨烯(graphene)、類鑽石碳材(diamond like carbon,DLC)或其類似材料。由於奈米碳球的結構穩定且易分散於溶劑，從提高探針的導電性與降低磨耗程度之觀點而言，奈米碳材122a較佳為奈米碳球，其中奈米碳球的粒徑例如是100nm至10nm，然本揭露不限於此。在本實施例中，奈米碳材層122更包括連接基122b，其中連接基122b包括醯胺鍵(amide bond)以及巰基(mercapto group)，且奈米碳材122a藉由連接基122b的巰基與探針本體110的末端110a鍵結在一起。應注意，在圖4中，連接基122b的-(CH2)n-的n為正整數，且1n4，然本揭露不限於此。在其他實施例中，奈米碳材122a也可以不透過連接基122b而直接披覆於末端110a表面。由於本實施例之塗佈探針10的末端110a表面具有奈米碳材層122，因此可提高探針本體110之末端110a的耐磨性，並增加探針的導電性。
此外，在本實施例中，披覆層120更可以包括疏水層124，其中奈米碳材層122位於探針本體110之末端110a與疏水層124之間。更具體而言，疏水層124包括含氟矽烷基，含氟矽烷基可由-Si(CHF)nF表示，其中n為正整數，且1n10。值得注意的是，由於本實施例之塗佈探針10的末端110a表面具有疏水層124，因此可降低錫球沾黏於探針本體110之末端110a，進而可提高IC測試的準確度。
如上文所述，奈米碳材122a藉由連接基122b的巰基與探針本體110之末端110a鍵結在一起。更詳細而言，在探針本體 110的材料為金屬的情況下，連接基122b可與探針本體110的末端110a形成硫-金屬鍵，由於此鍵的鍵結力強，因此能牢固地將奈米碳材122a披覆於探針本體110之末端110a表面，進而於末端110a表面形成奈米碳材層122。此外，奈米碳材122a並藉由其表面的氧原子與氟矽烷高分子的矽原子形成-O-Si鍵，使氟矽烷高分子可以牢固地接著於奈米碳材層122表面而形成疏水層124，從而與奈米碳材層122一起構成披覆層120的雙層結構。然本揭露不限於此，在其他實施例中，披覆層120亦可以是單層結構，亦即，僅包括奈米碳材層122。值得注意的是，在本實施例中，由於塗佈探針10的末端110a表面的披覆層120為包括奈米碳材層122與疏水層124的雙層結構，因此塗佈探針10除了可同時具備良好的耐磨性與導電性之外，還可降低錫球沾黏於探針本體110之末端110a，進而可提高IC測試的準確度。
在本實施例中，披覆層120更可以包括反應性交聯物質(reactive cross-linking substance)(未繪示)。其中反應性交聯物質可與奈米碳材122a構成網狀結構。具體而言，反應性交聯物質可以使奈米碳材122a與探針本體110之末端110a交聯在一起，或可以使奈米碳材122a彼此交聯在一起。透過上述反應性交聯物質的交聯反應，可強化奈米碳材層122的機械強度以及奈米碳材層122與探針本體110之末端110a的接著強度，進而增加塗佈探針10的使用壽命。
在本實施例中，反應性交聯物質可以包括兩種以上的反 應性官能基，其中，反應性官能基例如選自由-OH、-SH、-COOH、-SiH、-SiOR及-NH2所組成的族群。更具體而言，反應性交聯物質例如是1,2-雙(三氯甲矽烷基)乙烷(1,2-bis(trichlorosilyl)ethane)或1,6-雙(三氯甲矽烷基)己烷(1,6-bis(trichlorosilyl)hexane)。以下將參照圖式詳細說明本實施例之塗佈探針10的製作方法。
圖5是依照本揭露第一實施例之塗佈探針的製作方法流程圖。應注意，本實施例是以浸漬鍍膜為例作說明，然本揭露不限於此，亦可使用電鍍或其類似方式來製作塗佈探針。首先，在步驟S502中，提供具有末端110a的探針本體100，探針本體110的材料例如包括金屬、合金或其組合。接著，在步驟S504中，將奈米碳材122a酸化改質，使奈米碳材122a之表面含有-COOH基，奈米碳材122a例如是奈米碳球、奈米碳管、石墨烯、類鑽石碳材或其類似材料。接著，在步驟S506中，將表面含有-COOH基的奈米碳材122a與帶有胺基(-NH2)的硫醇(R-SH)加入N,N-二甲基甲醯胺(N,N-dimethylformamide,DMF)中，並於60℃下進行脫水反應24小時。於反應後，硫醇藉由醯胺鍵(amide bond)與奈米碳材122a鍵結，而使奈米碳材122a的表面露出巰基(-SH)，從而在奈米碳材122a的表面形成多個連接基112b。應注意，此處的連接基112b是指在奈米碳材122a之表面與露出的巰基之間的化學部分(moiety)。之後，在步驟S508中，將探針本體110之末端110a置於表面具有連接基112b的奈米碳材122a溶液中，使連接基112b露出的巰基(-SH)與探針的末端110a進行化學吸附約5至10分 鐘，以形成硫-金屬鍵，從而於探針本體110之末端110a表面形成奈米碳材層122。
最後，在本實施例中，為了降低錫球沾黏於探針本體110之末端110a上，可在步驟S510中進一步地對奈米碳材層122表面進行疏水處理。更具體而言，將形成於探針本體110之末端110a表面的奈米碳材層122與氟矽烷高分子進行反應約30分鐘，使奈米碳材層122表面的氧原子與氟矽烷高分子的矽原子形成-O-Si鍵，而於奈米碳材層122之表面形成疏水層124，其中，奈米碳材層122位於探針本體110之末端110a與疏水層124之間。雖然在本實施例中，疏水層124是於奈米碳材層122形成之後才形成，然而，也可以視需要，先對奈米碳材122a的表面進行疏水處裡，形成疏水層124，再將表面有疏水層124的奈米碳材122a與探針本體110之末端110a進行反應。值得注意的是，在本實施例中，由於塗佈探針10的末端110a表面的披覆層120是包括奈米碳材層122與疏水層124的雙層結構，因此塗佈探針10除了可同時具備良好的耐磨性與導電性之外，還可降低錫球沾黏，進而可提高IC測試的準確度。
除了上述圖5的步驟S502至S510之外，為了強化奈米碳材層122的機械強度以及其與探針的末端110a之間的接著強度，還可以添加反應性交聯物質(未繪示)，使奈米碳材122a與探針本體110之末端110a交聯在一起，或使奈米碳材122a彼此交聯在一起。在本實施例中，反應性交聯物質可以包括兩種以上的反 應性官能基，其中，反應性官能基例如選自由-OH、-SH、-COOH、-SiH、-SiOR及-NH2所組成的族群。更具體而言，反應性交聯物質例如是1,2-雙(三氯甲矽烷基)乙烷(1,2-bis(trichlorosilyl)ethane)或1,6-雙(三氯甲矽烷基)己烷(1,6-bis(trichlorosilyl)hexane)。
圖6是依照本揭露之第二實施例之塗佈探針的側視示意圖。圖7是圖6中虛線區域R的局部放大圖。本實施例的塗佈探針20與圖2的實施例的塗佈探針10相似，其主要差異在於披覆層220中的奈米碳材層222的結構，更具體地說，相較於奈米碳材層122而言，奈米碳材層222不包括連接基122b，而僅由奈米碳材122a所構成，以下將參照圖式詳細說明本實施例。首先，請回去參照圖1與圖2，類似地，本實施例的無塗佈探針包括探針本體110，而探針本體110具有一個末端110a，如圖2所示，探針本體110之末端110a包括四個凸部112、114、116與118，且末端110a呈蓮花形，然本揭露不限於此，探針本體110之末端110a只要可使探針與測試樣品接觸即可。探針本體110的材料例如是金屬、合金或其組合，更具體地說，上述金屬是選自由Cu、Pd、Ag、Au、Re以及W所組成的族群，然本揭露亦不限制探針本體110的材料，只要可使探針具有導電性即可。
接著，請同時參照圖6與圖7，依照本揭露之第二實施例之塗佈探針20包括探針本體110以及披覆層220。探針本體110具有一個末端110a。披覆層220覆蓋探針本體110之末端110a的表面。在本實施例中，如圖7所示，披覆層220包括奈米碳材層 222以及疏水層124。披覆層220的厚度例如是50nm至1μm，較佳為50nm至0.5μm，然本揭露不限於此。值得注意的是，在本實施例中，奈米碳材層222僅包括奈米碳材122a，而不具有連接基122b。以下將參照圖式，詳細說明本實施例之塗佈探針20。
在本實施例中，奈米碳材層222的奈米碳材122a例如是奈米碳球、奈米碳管、石墨烯、類鑽石碳材或其類似材料。類似地，由於奈米碳球的結構穩定以及與探針本體110之末端110a有強的附著力，從提高探針的導電性與降低磨耗程度之觀點而言，奈米碳材122a較佳為奈米碳球，其中奈米碳球的粒徑例如是100nm至10nm，然本揭露不限於此。
值得注意的是，相較於塗佈探針10的奈米碳材122a是透過連接基122b鍵結於探針本體110之末端110a表面，本實施例的塗佈探針20的奈米碳材122a則可以藉由蒸鍍方式而直接沉積於探針本體110之末端110a的表面。由於本實施例中的奈米碳材122a與探針本體110之末端110a直接接觸，因此作用力較強而可以更牢固地披覆於探針本體110之末端110a的表面。此外，本實施例之塗佈探針10的表面具有奈米碳材層122，因此可提高探針的耐磨性，並增加其導電性。
類似地，在本實施例中，披覆層220更可以包括疏水層124，其中奈米碳材層222位於探針本體110之末端110a與疏水層124之間。類似地，披覆層220的疏水層124包括含氟矽烷基，含氟矽烷基可由-Si(CHF)nF表示，其中n為正整數，且1n10。 值得注意的是，由於本實施例之塗佈探針20的表面具有疏水層124，因此可降低錫球沾黏，進而可提高IC測試的準確度。
如上文所述，可藉由蒸鍍的方式，使奈米碳材122a直接沉積於探針本體110之末端110a表面，且由於奈米碳材122a與探針本體110之末端110a表面直接接觸，因此能於探針本體110之末端110a表面形成不易脫落的奈米碳材層222。本揭露不限定蒸鍍的方式，其可以例如是電子束蒸鍍(E-gun)、電漿蒸鍍(sputtering)或其類似方式。此外，奈米碳材122a藉由其表面的氧原子與氟矽烷高分子的矽原子形成-O-Si鍵，使氟矽烷高分子可以牢固地接著於奈米碳材層222表面而形成疏水層124，從而與奈米碳材層222一起構成披覆層220的雙層結構。然本揭露不限於此，在其他實施例中，披覆層220亦可以是單層結構，亦即，僅包括奈米碳材層222。值得注意的是，在本實施例中，由於塗佈探針20的末端110a表面的披覆層220為包括奈米碳材層222與疏水層124的雙層結構，因此塗佈探針20除了可同時具備良好的耐磨性與導電性之外，還可降低錫球沾黏於探針本體110之末端110a，進而可提高測試的準確度。
類似地，在本實施例中，披覆層220更可以包括反應性交聯物質(未繪示)，其中反應性交聯物質與奈米碳材122a之間構成網狀結構。具體而言，反應性交聯物質可以使奈米碳材122a與探針本體110之末端110a交聯在一起，或可以使奈米碳材122a彼此交聯在一起。透過反應性交聯物質，可強化奈米碳材層222 的機械強度以及奈米碳材層222與探針本體110之末端110a的接著強度，進而增加本揭露的塗佈探針20的使用壽命。
在本實施例中，反應性交聯物質可以包括兩種以上的反應性官能基，其中反應性官能基例如選自由-OH、-SH、-COOH、-SiH、-SiOR及-NH2所組成的族群。更具體而言，反應性交聯物質例如是1,2-雙(三氯甲矽烷基)乙烷(1,2-bis(trichlorosilyl)ethane)或1,6-雙(三氯甲矽烷基)己烷(1,6-bis(trichlorosilyl)hexane)。以下將參照圖式詳細說明本實施例之塗佈探針20的製作方法。
圖8是依照本揭露之第二實施例之塗佈探針的製作方法流程圖。應注意，本實施例是以蒸鍍的方式為例作說明，然本揭露不限於此。首先，在步驟S802中，提供具有末端110a的探針本體110，探針本體100的材料例如包括金屬、合金或其組合。接著，在步驟S804中，藉由蒸鍍的方式，將奈米碳材122a直接沉積於探針本體110之末端110a的表面，以於探針本體110之末端110a的表面形成奈米碳材層222。蒸鍍的方式例如是電子束蒸鍍、電漿蒸鍍或其類似方式，然本揭露不限於此。此外，本揭露亦不限定蒸鍍的時間，視需要，可調整蒸鍍的時間，來決定所沉積的奈米碳材層222之厚度。
最後，在本實施例中，為了降低錫球沾黏於探針本體110之末端110a上，可在步驟S806中進一步地對奈米碳材層222表面進行疏水處理。更具體而言，將形成於探針本體110之末端110a表面的奈米碳材層222與氟矽烷高分子進行反應約30分鐘，使奈 米碳材層222表面的氧原子與氟矽烷高分子的矽原子形成-O-Si鍵，而於奈米碳材層222之表面形成疏水層124，其中，奈米碳材層222位於探針本體110之末端110a與疏水層124之間。雖然在本實施例中，疏水層124是於奈米碳材層122形成之後才形成，然而，也可以視需要，先對奈米碳材122a的表面進行疏水處裡，形成疏水層124，再將表面有疏水層124的奈米碳材122a與探針本體110之末端110a進行反應。值得注意的是，在本實施例中，由於塗佈探針20的末端110a表面的披覆層220是包括奈米碳材層222與疏水層124的雙層結構，因此塗佈探針20除了可同時具備良好的耐磨性與導電性之外，還可降低錫球沾黏，進而可提高IC測試的準確度。
類似地，除了上述圖8的步驟S802至S806之外，為了強化奈米碳材層222的機械強度以及其與探針本體110之末端110a之間的接著強度，還可以添加反應性交聯物質(未繪示)，使奈米碳材122a與探針本體110之末端110a交聯在一起，或使奈米碳材122a彼此交聯在一起。在本實施例中，反應性交聯物質可以包括兩種以上的反應性官能基，其中，反應性官能基例如選自由-OH、-SH、-COOH、-SiH、-SiOR及-NH2所組成的族群。更具體而言，反應性交聯物質例如是1,2-雙(三氯甲矽烷基)乙烷(1,2-bis(trichlorosilyl)ethane)或1,6-雙(三氯甲矽烷基)己烷(1,6-bis(trichlorosilyl)hexane)。
圖9是依照本揭露之第三實施例之塗佈探針的側視示意 圖。圖10是圖9中虛線區域的局部放大圖。本實施例的塗佈探針30與圖6的實施例的塗佈探針20相似，其主要差異在於披覆層320的組成，更具體地說，相較於披覆層220具有奈米碳材層222，披覆層320則是包括金屬氮化物層322，以下將參照圖式詳細說明本實施例。首先，請回去參照圖1與圖2，類似地，本實施例的無塗佈探針包括探針本體110，而探針本體110具有一個末端110a，如圖2所示，探針本體110之末端110a包括四個凸部112、114、116與118，且末端110a呈蓮花形，然本揭露不限於此，探針本體110之末端110a只要可使探針與測試樣品接觸即可。探針本體110的材料例如是金屬、合金或其組合，更具體地說，上述金屬是選自由Cu、Pd、Ag、Au、Re以及W所組成的族群，然本揭露亦不限制探針本體110的材料，只要可使探針具有導電性即可。
接著，請同時參照圖9與圖10，依照本揭露之第三實施例之塗佈探針30包括探針本體110以及披覆層320。探針本體110具有一個末端110a。披覆層320覆蓋探針本體110之末端110a的表面。在本實施例中，如圖10所示，披覆層320包括金屬氮化物層322以及疏水層124。披覆層320的厚度例如是50nm至1μm，較佳為50nm至0.5μm，然本揭露不限於此。以下將參照圖式，詳細說明本實施例之塗佈探針30。
在本實施例中，金屬氮化物層322的金屬氮化物322a例如是TiN或CrN，然本揭露不限於此。值得注意的是，本實施例的塗佈探針30的金屬氮化物322a可以藉由蒸鍍方式而直接沉積 於探針本體110之末端110a的表面。由於本實施例中的金屬氮化物322a與探探針本體110之末端110a之間直接接觸，因此作用力較強而可以牢固地披覆於探針本體110之末端110a的表面。此外，本實施例之塗佈探針30的表面具有金屬氮化物層322，因此可提高探針的耐磨性，並增加其導電性。
類似地，在本實施例中，披覆層320更可以包括疏水層124，其中金屬氮化物層322位於探針本體110之末端110a與疏水層124之間。類似地，披覆層320的疏水層124包括含氟矽烷基，含氟矽烷基可由-Si(CHF)nF表示，其中n為正整數，且1n10。值得注意的是，由於本實施例之塗佈探針30的表面具有疏水層124，因此可降低錫球沾黏，進而可提高IC測試的準確度。
如上文所述，可藉由蒸鍍的方式，使金屬氮化物322a直接沉積於探針本體110之末端110a表面，且由於金屬氮化物322a與探針本體110之末端110a表面直接接觸，因此能於探針本體110之末端110a表面形成不易脫落的金屬氮化物層322。本揭露不限定蒸鍍的方式，其可以例如是電子束蒸鍍、電漿蒸鍍或其類似方式。此外，金屬氮化物322a藉由其表面的金屬氮氧化物的氧原子與氟矽烷高分子的矽原子形成-O-Si鍵，使氟矽烷高分子可以牢固地接著於金屬氮化物層322表面而形成疏水層124，從而與金屬氮化物層322一起構成披覆層320的雙層結構。然本揭露不限於此，在其他實施例中，披覆層320亦可以是單層結構，亦即，僅包括金屬氮化物層322。值得注意的是，在本實施例中，由於塗佈探針 30的末端110a表面的披覆層320為包括金屬氮化物層322與疏水層124的雙層結構，因此塗佈探針30除了可同時具備良好的耐磨性與導電性之外，還可降低錫球沾黏於探針本體110之末端110a，進而可提高測試的準確度。
類似地，在本實施例中，披覆層320更可以包括反應性交聯物質(未繪示)，其中反應性交聯物質與金屬氮化物322a之間構成網狀結構。具體而言，反應性交聯物質可以使金屬氮化物322a與探針本體110之末端110a交聯在一起，或可以使金屬氮化物322a彼此交聯在一起。透過反應性交聯物質，可強化金屬氮化物層322的機械強度以及金屬氮化物層322與探針本體110之末端110a的接著強度，進而增加本揭露的塗佈探針30的使用壽命。
在本實施例中，反應性交聯物質可以包括兩種以上的反應性官能基，其中反應性官能基例如選自由-OH、-SH、-COOH、-SiH、-SiOR及-NH2所組成的族群。更具體而言，反應性交聯物質例如是1,2-雙(三氯甲矽烷基)乙烷(1,2-bis(trichlorosilyl)ethane)或1,6-雙(三氯甲矽烷基)己烷(1,6-bis(trichlorosilyl)hexane)。以下將參照圖式詳細說明本實施例之塗佈探針30的製作方法。
圖11是依照本揭露之第三實施例之塗佈探針的製作方法流程圖。應注意，本實施例是以蒸鍍的方式為例作說明，然本揭露不限於此。首先，在步驟S1102中，提供具有末端110a的探針本體110，探針本體100的材料例如包括金屬、合金或其組合。接著，在步驟S1104中，藉由蒸鍍的方式，將金屬氮化物322a直接 沉積於探針本體110之末端110a的表面，以於探針本體110之末端110a的表面形成金屬氮化物層322。蒸鍍的方式例如是電子束蒸鍍、電漿蒸鍍或其類似方式，然本揭露不限於此。此外，本揭露亦不限定蒸鍍的時間，視需要，可調整蒸鍍的時間，來決定所沉積的金屬氮化物層322之厚度。
最後，在本實施例中，為了降低錫球沾黏於探針本體110之末端110a上，可在步驟S1106中進一步地對金屬氮化物層322表面進行疏水處理。更具體而言，將形成於探針本體110之末端110a表面的金屬氮化物層322與氟矽烷高分子進行反應約30分鐘，使金屬氮化物層322表面的氮原子與氟矽烷高分子的矽原子形成-N-Si鍵，而於金屬氮化物層322之表面形成疏水層124，其中，金屬氮化物層322位於探針本體110之末端110a與疏水層124之間。雖然在本實施例中，疏水層124是於奈米碳材層122形成之後才形成，然而，也可以視需要，先對金屬氮化物322a的表面進行疏水處裡，形成疏水層124，再將表面有疏水層124的金屬氮化物322a與探針本體110之末端110a進行反應。值得注意的是，在本實施例中，由於塗佈探針30的末端110a表面的披覆層320是包括金屬氮化物層322與疏水層124的雙層結構，因此塗佈探針30除了可同時具備良好的耐磨性與導電性之外，還可降低錫球沾黏，進而可提高IC測試的準確度。
類似地，除了上述圖11的步驟S1102至S1106之外，為了強化金屬氮化物層322的機械強度以及其與探針本體110之末 端110a之間的接著強度，還可以添加反應性交聯物質(未繪示)，使金屬氮化物322a與探針本體110之末端110a交聯在一起，或使金屬氮化物322a彼此交聯在一起。在本實施例中，反應性交聯物質可以包括兩種以上的反應性官能基，其中，反應性官能基例如選自由-OH、-SH、-COOH、-SiH、-SiOR及-NH2所組成的族群。更具體而言，反應性交聯物質例如是1,2-雙(三氯甲矽烷基)乙烷(1,2-bis(trichlorosilyl)ethane)或1,6-雙(三氯甲矽烷基)己烷(1,6-bis(trichlorosilyl)hexane)。
以下是藉由實驗例進一步說明本揭露之特點與功效，但非用於限制本揭露之範疇。
實驗例一 <多壁奈米碳管塗佈探針的製作>
此實驗例是根據本揭露第一實施例之探針的製作方法(請參照圖5)所進行。首先，對多壁奈米碳管(multiwall carbon nanotube,MWCNT)進行酸化改質後，將適量的經酸化改質的多壁奈米碳管與2-胺基乙硫醇(2-aminoethanethiol)加入N,N-二甲基甲醯胺(DMF)溶劑中，並置於超音波震盪器中，於60℃下進行脫水反應24小時。接著，將鎢針的末端置於上述混合溶液中進行反應5分鐘，並抽真空乾燥，從而於鎢針的末端表面形成奈米碳材層。最後，進一步使奈米碳材層與氟矽烷高分子進行反應，以於奈米碳材層表面鍍上一層包括含氟矽烷基的疏水層，以降低探針的錫球沾黏。
<多壁奈米碳管塗佈探針的電性與壽命分析>
探針的電性分析：利用奈米探針量測系統進行單一探針的電阻測試，此電性分析中所使用的原探針是鎢針。分析結果示於圖9。圖9是依照本揭露之一實施例之探針與習知探針的電流-電壓測試曲線圖。橫軸表示為電壓(伏特)，縱軸表示為電流(安培)。圖9的結果顯示，根據本揭露的實施例的多壁奈米碳管塗佈探針(曲線A)與原探針(曲線B)在相同的電壓(5x10-1伏特)下，其電阻值分別為5.00Ω與6.11Ω。由此可知，將奈米碳材塗佈於探針表面，確實可提高探針的導電性。
探針的壽命分析：以連續測試中的清針頻率作為探針壽命的指標。分析結果顯示，根據本揭露的實施例的多壁奈米碳管塗佈探針的清針頻率(5天/次)遠優於原探針的清針頻率(平均約4小時/次)。由此可知，將奈米碳材塗佈於探針表面，並於奈米碳材層上形成疏水層，確實可降低錫球沾黏，降低清針頻率，進而降低IC測試成本。
實施例二 <奈米碳球塗佈探針的製作>
此實驗例是根據本揭露第二實施例之探針的製作方法(請參照圖8)所進行。首先，利用電子束蒸鍍方式(E-gun)，於探針的末端表面沉積奈米碳球。最後，進一步使奈米碳材層與氟矽烷高分子進行反應，以於奈米碳材層表面鍍上一層包括含氟矽烷基的 疏水層，以降低探針的錫球沾黏。
<奈米碳球塗佈探針的電性與壽命分析>
探針的電性分析：利用奈米探針量測系統進行單一探針的電阻測試。此電性分析中所使用的原探針是鎢針。測試結果示於圖10。圖10是依照本揭露另一實施例之探針與習知探針的電流-電壓測試曲線圖。橫軸表示為電壓(伏特)，縱軸表示為電流(安培)。圖10的結果顯示，根據本揭露的實施例的奈米碳球塗佈探針(曲線C)與原探針(曲線D)在相同的電壓(5x10-1伏特)下，其電阻值分別為5.05Ω與6.11Ω，由此可知，將奈米碳材塗佈於探針表面，確實可提高探針的導電性。
探針的壽命分析：以磨耗速度以及清針頻率作為探針壽命的指標。經由連續15000次測試次數後發現，根據本揭露的實施例的奈米碳球塗佈探針之磨耗速度(3%)遠低於原探針(30%)，此外，奈米碳球塗佈探針的清針頻率約12天/次，而原探針的清針頻率約4小時/次。由此可知，將奈米碳材塗佈於探針表面，並於奈米碳材層上形成疏水層，除了可降低錫球沾黏而降低清針頻率之外，還可以減少針尖磨損，提高探針的使用壽命。
綜上所述，根據本揭露之實施例的塗佈探針是於探針的末端表面形成披覆層，其中披覆層是由奈米碳材層或金屬氮化物層與疏水層所構成的雙層結構，因此，根據本揭露之實施例的塗佈探針除了可同時具備良好的耐磨性與導電性之外，還可降低錫 球沾黏，進而可提高IC測試的準確度。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
110a‧‧‧末端
120‧‧‧披覆層
122‧‧‧奈米碳材層
122a‧‧‧奈米碳材
122b‧‧‧連接基
124‧‧‧疏水層

Claims (13)

  1. 一種塗佈探針，包括：一探針本體，具有一末端；一披覆層，覆蓋所述探針本體之末端的表面，其中所述披覆層包括一奈米碳材層以及一疏水層，其中所述奈米碳材層位於所述探針本體之末端與所述疏水層之間，且所述奈米碳材層包括奈米碳球。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之塗佈探針，其中所述探針本體的材料包括金屬、合金或其組合。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之塗佈探針，其中所述金屬是選自由Cu、Pd、Ag、Au、Re以及W所組成的族群。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之塗佈探針，其中所述披覆層的厚度為50nm至1μm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之塗佈探針，其中所述奈米碳球的粒徑為100nm至10nm。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之塗佈探針，其中所述奈米碳材層包括：一連接基，包括醯胺鍵以及巰基；以及所述奈米碳材，藉由所述連接基的所述巰基與所述探針本體之末端鍵結在一起。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之塗佈探針，其中所述疏水層包括含氟矽烷基，所述含氟矽烷基由-Si(CHF)nF表示，其中n為 正整數，且1n10。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之塗佈探針，其中所述披覆層更包括一反應性交聯物質，其中所述反應性交聯物質使所述探針本體之末端與所述奈米碳材交聯在一起，或使所述奈米碳材交聯在一起，以使得所述反應性交聯物質與所述奈米碳材構成網狀結構。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之塗佈探針，其中所述反應性交聯物質包括1,2-雙(三氯甲矽烷基)乙烷(1,2-bis(trichlorosilyl)ethane)以及1,6-雙(三氯甲矽烷基)己烷(1,6-bis(trichlorosilyl)hexane)。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之塗佈探針，其中所述反應性交聯物質包括兩種以上的反應性官能基。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之塗佈探針，其中所述反應性官能基是選自由-OH、-SH、-COOH、-SiH、-SiOR及-NH2所組成的族群。
  12. 一種塗佈探針的製作方法包括：提供一探針本體，所述探針本體具有一末端，其中所述探針本體的材料包括金屬、合金或其組合；將一奈米碳材改質，使所述奈米碳材之表面含有-COOH基，其中所述奈米碳材包括奈米碳球；將所述表面含有-COOH基的奈米碳材與帶有胺基的硫醇進行反應，使所述奈米碳材之表面含有巰基(-SH)； 將所述探針本體之末端置於所述表面含有巰基的奈米碳材溶液中進行反應，以於所述探針本體之末端的表面形成一奈米碳材層；以及將形成於所述探針本體之末端的表面上的所述奈米碳材層與一氟矽烷高分子進行反應，以形成一疏水層，其中所述奈米碳材層位於所述末端與所述疏水層之間。
  13. 一種塗佈探針的製作方法包括：提供一探針本體，所述探針本體具有一末端，其中所述探針本體的材料包括金屬、合金或其組合；將一奈米碳材沉積於所述末端的表面，以於所述探針本體之末端的表面形成一奈米碳材層，其中所述奈米碳材包括奈米碳球；以及將形成於所述末端表面上的所述奈米碳材層與一氟矽烷高分子進行反應，以形成一疏水層，其中所述奈米碳材層位於所述末端與所述疏水層之間。
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