TWI564569B - 探針結構及其製造方法 - Google Patents

Description

探針結構及其製造方法

本發明是關於一種探針結構及其製造方法，特別是一種應用於積體電路測試之探針結構及其製造方法。

近年來，積體電路（integrated circuit）的應用已逐漸普及，在積體電路製作完成後，為了能篩選出不良品，通常會透過測試裝置將測試訊號傳送至積體電路來測試其功能是否符合預期，以控管積體電路的出廠良率。於此，習知的測試技術可藉由探針裝置直接與待測積體電路上的銲墊或是輸出入墊（I/O pad）直接接觸，藉由測試裝置經探針發送測試訊號至積體電路進行檢測，再由探針將測試結果回送至測試裝置進行分析。

探針本身係由低電阻率的合金所製成，因此其電阻值一般而言非常小。因此當測試電流流過的時候，電流通過探針時所仍會產生的相當的熱能，在一般情況下，測試電流流過探針所產生的熱能並不會損害探針或者積體電路本身。然而一旦通過探針的電流超過探針本身所設計的耐受值時，並不至於對則探針本身將被加熱到高溫，導致探針本身或是待測元件積體電路因此受到熱傷害。傳統探針僅具有一針尖端，當測試電流流過時，所有電流均集中在探針之針尖端，此時探針之針尖端附近容易成為局部產生的高溫區容易而在測試過程中損壞探針本身，甚至是損壞積體電路。

有鑑於此，本發明提出一種探針結構，其包含一探針本體，探針本體包含一針尖部，針尖部包含一端面、二坡面與至少三凸塊，二坡面分別自端面之二側朝遠離端面之方向延伸，至少三凸塊係凸設於端面，各凸塊與端面之連接處形成有導角，且相鄰二凸塊之間的間距大於或等於150微米。

本發明另提出一種探針結構，包含一探針本體與一金屬片。探針本體包含一針尖部，針尖部包含一端面與二坡面，二坡面分別自端面之二側朝遠離端面之方向延伸。金屬片包含一側表面與至少三凸塊，至少三凸塊係凸設於側表面，各凸塊與側表面之連接處形成有導角，且相鄰二凸塊之間的間距係大於或等於150微米。其中金屬片係固接於針尖部之其中一坡面，且所述至少三凸塊均凸出於端面。

本發明更提出一種探針結構的製造方法，包含：提供一金屬棒體，該金屬棒體係為實心且具有一第一端與一第二端；以線切割方式斜切該第一端，而於該第一端形成相對之二坡面；及以線切割方式沿該二坡面之交會處進行切割，而於該二坡面之交會處形成至少三凸塊，各該凸塊之底部形成有導角，且相鄰二該凸塊之間的間距係大於或等於150微米。

本發明另提出一種探針結構的製造方法，包含：提供一金屬棒體，金屬棒體係為實心且具有一第一端與一第二端；以線切割方式斜切第一端，而於第一端形成相對之二坡面；焊接一金屬片於其中一坡面，且金屬片之一部分凸出於第一端；以線切割方式對金屬片凸出於第一端之部分進行切割，而於金屬片之該部分形成朝金屬棒體之軸向凸出之至少三個凸塊，各凸塊之底部形成有導角，且相鄰二凸塊之間的間距係大於或等於150微米。

綜上所述，本發明之探針結構及探針結構的製造方法可透過凸塊分流的方式，解決先前技術之探針在進行測試時容易過熱的問題。

請參照第1A圖，為本發明之探針結構示意圖，所揭露之探針結構10包含探針本體11，探針本體11包含針尖部111、針尾部112、第一區段113與第二區段114。針尾部112係直接連接於針尖部111，第一區段113之二端則分別連接於針尾部112與第二區段114。針尾部112與第一區段113定義了一第一夾角θ1，其係在150度至175度之範圍間。第一區段113與第二區段114定義了一第二夾角θ2，其係在75度至105度之範圍間。本實施例之針尖部111、針尾部112、第一區段113與第二區段114係為一體成形的實心結構。另請參照第1B圖，為本發明之另一探針結構的示意圖，所揭露之探針結構90包含探針本體91，探針本體91包含針尖部911、針尾部912及第一區段913。針尾部912之一端直接連接於針尖部911，另一端係連接於第一區段913。針尾部912與第一區段913定義了一第三夾角θ3，其係在110度至135度之範圍間。此外，針尖部911、針尾部912與第一區段913係為一體成形的實心結構。為方便陳述，以下各實施例係以探針結構10為基礎來說明，在此需特別說明，以下各實施例同樣亦可實現於探針結構90上。

請進一步參照第2圖至第4圖，分別為本發明第一實施例之針尖部立體示意圖、側視示意圖與前視示意圖。本實施例之針尖部111包含一端面111a、坡面111b、坡面111c與至少三個凸塊1111。坡面111b與坡面111c係分別自端面111a之二側朝遠離端面111a之方向延伸。至少三凸塊1111係凸設於端面111a，且各個凸塊1111與端面111a之連接處形成有導角R1。相鄰二凸塊1111之間的間距W1係大於或等於150微米。

當探針結構10應用於積體電路的測試時，凸塊1111必須插入金屬焊墊中。由於金屬焊墊表面常常形成有氧化層，因此凸塊1111的抗壓強度必須夠高始足以令其穿過硬度較高的氧化層。本實施例之各個凸塊1111與端面111a之連接處均行成有導角R1，如此一來，在凸塊1111穿透金屬焊墊表面的過程中，凸塊1111與端面111a之連接處便不容易因為應力集中而發生破壞。進一步來說，本案的一根探針結構10是對應單一個金屬焊墊，因此探針結構10的所有凸塊1111是同時對應單一個金屬焊墊。

此外，探針結構10於積體電路測試過程中，電流縱使會先被各個凸塊1111分流，然後再自端面111a匯入探針本體11。然而電流流經凸塊1111時仍會因歐姆定律而發熱，倘若凸塊1111彼此間的間距W1過近，則凸塊1111之間可能會有散熱不良的現象產生。以黃銅合金製成之探針本體11為例，經由實驗驗證，各個凸塊1111之間的間距W1須大於或等於150微米，方能避免因凸塊1111之間間距W1過近所可能導致的散熱不良現象。

如第2圖至第4圖所示，本實施例之各凸塊1111之沿垂直於端面111a之截面形狀為矩形，而凸塊1111之截面積係沿垂直於端面111a之方向漸變，也就是朝遠離端面111a的方向漸縮。因此，若是從第3圖來看，凸塊1111之外觀將呈現上窄下寬之梯形結構，而從第2圖來看，凸塊1111之整體外觀為矩形錐狀，即各凸塊1111之截面積朝遠離端面111a的方向漸縮，此種上窄下寬的結構也可提高凸塊1111的抗壓強度，使凸塊1111在穿透金屬焊墊表面的過程中更不容易發生破壞。

然而，若是對於凸塊1111的抗壓強度要求不甚高，亦可以讓各凸塊1111沿垂直於端面111a之方向的截面積保持不變。凸塊1111之整體外觀為矩形柱狀。

本實施例的坡面111b為平面，坡面111c為曲面。坡面111c設計為曲面的原因在於，當測試人員控制探針本體11之針尖部111逐漸靠近積體電路之金屬焊墊表面時，由於觀測用的影像擷取裝置係位於探針本體11的正上方，雖然針尖部111與金屬焊墊表面並非相互垂直，但過於粗胖的針尖部111可能會讓凸塊1111難以出現在影像擷取裝置的視野範圍中。倘若我們讓針尖部111的其中一坡面111c成為曲面，則只要針尖部111相對於金屬焊墊表面有傾斜，很容易便可令凸塊1111出現在影像擷取裝置的視野範圍中。然而本發明並不以此為限，坡面111b與坡面111c也可以均是平面。

在本實施例之另一態樣中，還可以進一步在各凸塊1111的表面鍍上一金、銀、石墨烯、銥、鈀或鈷之低電阻層，以提高其導電性與抗氧化性。

請參照第5圖至第7圖，分別為本發明第二實施例之針尖部立體示意圖、側視示意圖與前視示意圖。本實施例與第一實施例之主要差異在於針尖部211包含七個凸塊2111，且坡面211b與坡面211c均為平面。同樣地，每個凸塊2111與端面211a之連接處均形成有導角R1，且相鄰二凸塊2111之間的間距W2大於或等於150微米。

上述實施例旨在說明凸塊的功用主要作為電流分流及針尖部的散熱，因此凸塊數量可依據實際測試環境需求而做調整，只要相鄰二凸塊之間的間距大於或等於150微米即可。當然如果凸塊數量增加，為了讓二凸塊之間的間距大於或等於150微米，則探針本體本身的直徑也會需要增加。

請參照第8圖與第9圖，分別為本發明第三實施例之針尖部的側視示意圖與前視示意圖。本實施例之探針結構之外觀大致如第1A圖或第1B圖所示，本實施例相較於前述第一與第二實施例的主要差異在於探針結構更包含一金屬片33，且凸塊3111係位於金屬片33之側表面331a上，茲詳細說明如下。

本實施例之針尖部311包含一端面311a、一坡面311b以及另一坡面311c。坡面311b以及坡面311c係分別自端面311a的二側朝遠離端面311a之方向延伸。金屬片33係以焊接的方式固接於針尖部311之坡面311c上，金屬片33包含一側表面331a與至少三個凸塊3111，第9圖係繪示了七個凸塊3111。凸塊3111係凸設於金屬片33之側表面331a，且同時也凸出於端面311a。各個凸塊3111與側表面331a之相連接處形成有導角R1，且相鄰二凸塊3111之間的間距W3係大於或等於150微米。

由於本實施例之金屬片33係焊接於針尖部之坡面311c上，當凸塊3111因執行多次測試而磨耗時，可將已不堪用的金屬片33解焊，然後改焊接另一片全新的金屬片於坡面311c上，如此一來便無需更換整根探針結構，可達到節省成本的功效。此外，由於材料本身物理性質的限制，具高導電率的材料往往不具有高硬度，透過本實施例，探針本體可以選擇具有相對高導電率之材料（例如銅合金），而金屬片33則選擇具有高硬度的材料。

請參照第10圖，為本發明之探針結構的製造方法流程圖，其適用於製造前述第一實施例與第二實施例之探針結構，茲說明如下。

步驟S01：提供一金屬棒體。 所提供之金屬棒體為實心構造，且具有第一端與第二端，其用來作為前述實施例所述的探針本體。金屬棒體的材質可以是黃銅合金。

步驟S02：以線切割或精密沖壓方式於金屬棒體之一端形成二坡面。 以線切割的方式斜切金屬棒體的第一端，而於第一端形成相對之二坡面。如前揭第一實施例與第二實施例所述，二坡面可以是一平面與一曲面，也可以都是平面。

步驟S03：以線切割方式於二坡面交會處形成至少三凸塊。 形成二坡面之後，再以線切割的方式沿著二坡面交會處進行切割，而於二坡面之交會處形成至少三個凸塊，凸塊之底部均會有因為線切割製程所留下的導角，且相鄰二凸塊之間的間距係大於或等於150微米，以避免積體電路測試過程當中凸塊發生過熱的問題，凸塊外表面也可以再鍍覆一層低電阻層，例如金、銀、石墨烯、銥、鈀或鈷，以提高其抗氧化性、導電性與使用壽命。

透過上述步驟S01至步驟S03即可形成應用於積體電路測試之探針結構。此外，本方法更包含將金屬棒體予以彎折的步驟，以使其能夠安裝於測試裝置中。為了方便說明，請參照第1A圖，彎折的步驟係先將金屬棒體自其第一端至第二端依序區分為一針尖部111、一針尾部112、一第一區段113與一第二區段114。線切割所形成的二坡面位於針尖部111，針尾部112連接於針尖部111，第一區段113之二端分別連接於針尾部112與第二區段114。然後彎折金屬棒體，使針尾部112與第一區段113之夾角θ1位於150度至175度之範圍間，並且使第一區段與第二區段之夾角θ2位於75度至105度之範圍間。

隨著所欲製造的探針結構的不同，彎折的步驟也可以不同。若所欲製造的探針結構係如第1B圖所示，則彎折的步驟係先將金屬棒體自其第一端至第二端依序區分為一針尖部911（對應第三實施例的311）、一針尾部912與一第一區段913。線切割所形成的二坡面位於針尖部911，針尾部912之二端分別連接於針尖部911與第一區段913。然後彎折金屬棒體，使針尾部912與第一區段913之夾角θ3位於110度至135度之範圍間。

請參照第11圖，為本發明之另一探針結構的製造方法流程圖，其適用於製造前述第三實施例之探針結構，因此同步參照第8圖與第9圖說明如下。

步驟T01：提供一金屬棒體。 所提供之金屬棒體為實心構造，且具有第一端與第二端，其用來作為第三實施例所述的探針本體。其材質可以是黃銅合金。

步驟T02：以線切割方式於金屬棒體之一端形成二坡面。 以線切割的方式斜切金屬棒體的第一端，而於第一端形成相對之二坡面。如前揭第三實施例所述，二坡面可以是一平面與一曲面，也可以都是平面。

步驟T03：焊接一金屬片於其中一坡面。 將一金屬片焊接於其中一坡面，且必須令金屬片之邊緣的一部分凸出於金屬棒體的第一端，金屬片的材質可以選用鎢或者錸鎢合金。

步驟T04：以線切割方式於金屬片之邊緣形成至少三凸塊。 接著以線切割方式對金屬片凸出於第一端之部分進行切割，而於金屬片之凸出於第一端之部分形成至少三個截面為矩形的凸塊，每一凸塊係沿金屬棒體之軸向凸出於金屬棒體的第一端，各個凸塊之底部形成有因為線切割加工所形成的導角，且相鄰二凸塊之間的間距係大於或等於150微米，凸塊外表面也可以再鍍覆一層低電阻層，例如金、銀、石墨烯、銥、鈀或鈷，以提高其抗氧化性、導電性與使用壽命。

透過上述步驟T01至步驟T04即可形成可應用於積體電路測試之的探針結構。此外，本方法更包含將金屬棒體予以彎折的步驟，以使其能夠安裝於測試裝置中。為了方便說明，請參照第1A圖，彎折的步驟係先將金屬棒體自其第一端至第二端依序區分為一針尖部111（對應第三實施例的311）、一針尾部112、一第一區段113與一第二區段114。線切割所形成的二坡面位於針尖部111，針尾部112連接於針尖部111，第一區段113之二端分別連接於針尾部112與第二區段114。然後彎折金屬棒體，使針尾部112與第一區段113之夾角θ1位於150度至175度之範圍間，並且使第一區段與第二區段之夾角θ2位於75度至105度之範圍間。

隨著所欲製造的探針結構的不同，彎折的步驟也可以不同。若所欲製造的探針結構係如第1B圖所示，則彎折的步驟係先將金屬棒體自其第一端至第二端依序區分為一針尖部911（對應第三實施例的311）、一針尾部912與一第一區段913。線切割所形成的二坡面位於針尖部911，針尾部912之二端分別連接於針尖部911與第一區段913。然後彎折金屬棒體，使針尾部912與第一區段913之夾角θ3位於110度至135度之範圍間。

綜上所述，上述實施例具體地提出一種可應用於積體電路測試之探針結構的各種實施態樣，同時也說明了如何以線切割的方式來加工出本發明之探針結構。本發明之探針結構透過複數凸塊之設計以及讓相鄰二凸塊之間保持適當間距，而可以在積體電路測試過程中不會過熱，不僅提高使用壽命，也避免積體電路在測試過程中受到熱損傷，有效解決習知技術的種種問題。

雖然本發明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專利申請範圍所界定者為準。

10、90‧‧‧探針結構
11、91‧‧‧探針本體
111、211、311、911‧‧‧針尖部
111a  、211a、311a‧‧‧端面
111b、211b、311b‧‧‧坡面
111c、211c、311c‧‧‧坡面
1111、2111、3111‧‧‧凸塊
112、912‧‧‧針尾部
113、913‧‧‧第一區段
114‧‧‧第二區段
33‧‧‧金屬片
331a‧‧‧側表面
W1、W2、W3‧‧‧間距
R1‧‧‧導角
θ1‧‧‧第一夾角
θ2‧‧‧第二夾角
θ3‧‧‧第三夾角
步驟S01‧‧‧提供一金屬棒體
步驟S02‧‧‧以線切割方式於金屬棒體之一端形成二坡面
步驟S03‧‧‧以線切割方式於二坡面交會處形成至少三凸塊
步驟T01‧‧‧提供一金屬棒體
步驟T02‧‧‧以線切割方式於金屬棒體之一端形成二坡面
步驟T03‧‧‧焊接一金屬片於其中一坡面
步驟T04‧‧‧以線切割方式於金屬片之邊緣形成至少三凸塊

[第1A圖] 為本發明之探針結構示意圖。 [第1B圖] 為本發明之另一探針結構示意圖。 [第2圖] 為本發明第一實施例之針尖部的立體示意圖。 [第3圖] 為本發明第一實施例之針尖部的側視示意圖。 [第4圖] 為本發明第一實施例之針尖部的前視示意圖。 [第5圖] 為本發明第二實施例之針尖部的立體示意圖。 [第6圖] 為本發明第二實施例之針尖部的側視示意圖。 [第7圖] 為本發明第二實施例之針尖部的前視示意圖。 [第8圖] 為本發明第三實施例之針尖部的側視示意圖。 [第9圖] 為本發明第三實施例之針尖部的前視示意圖。 [第10圖] 為根據本發明之探針結構的製造方法流程圖。 [第11圖] 為根據本發明之另一探針結構的製造方法流程圖。

111‧‧‧針尖部

111a‧‧‧端面

111b‧‧‧坡面

111c‧‧‧坡面

1111‧‧‧凸塊

R1‧‧‧導角

W1‧‧‧間距

Claims (13)

1. 一種探針結構，包含： 一探針本體，包含一針尖部，該針尖部包含一端面、二坡面與至少三凸塊，該二坡面分別自該端面之二側朝遠離該端面之方向延伸，該至少三凸塊係凸設於該端面，各該凸塊與該端面之連接處形成有導角，且相鄰二該凸塊之間的間距係大於或等於150微米。
2. 一種探針結構，包含： 一探針本體，包含一針尖部，該針尖部包含一端面與二坡面，該二坡面分別自該端面之二側朝遠離該端面之方向延伸；及 一金屬片，該金屬片包含一側表面與至少三凸塊，該至少三凸塊係凸設於該側表面，各該凸塊與該端面之連接處形成有導角，且相鄰二凸塊之間的間距係大於或等於150微米； 其中該金屬片固接於該針尖部之其中一該坡面，且該至少三凸塊凸出於該端面。
3. 如請求項1或2所述之探針結構，其中各該凸塊之整體外觀為矩形錐狀。
4. 如請求項1或2所述之探針結構，其中各該凸塊之整體外觀為矩形柱狀。
5. 如請求項1或2所述之探針結構，其中該二坡面係分別為二平面。
6. 如請求項1或2所述之探針結構，其中該二坡面係分別為一平面與一曲面。
7. 如請求項1或2所述之探針結構，其中各該凸塊之外表面鍍有一低電阻層，該低電阻層之材質係為金、銀、石墨烯、銥、鈀或鈷。
8. 如請求項1或2所述之探針結構，其中該探針本體更包含一針尾部、一第一區段與一第二區段，該針尾部連接於該針尖部，該第一區段之二端分別連接於該針尾部與該第二區段，該針尾部與該第一區段定義一第一夾角，該第一區段與該第二區段定義一第二夾角，該第一夾角係在150度至175度之範圍間，該第二夾角係在75度至105度之範圍間。
9. 如請求項1或2所述之探針結構，其中該探針本體更包含一針尾部與一第一區段，該針尾部之二端分別連接於該針尖部與該第一區段，該針尾部與該第一區段定義一第三夾角，該第三夾角係在110度至135度之範圍間。
10. 如請求項6所述之探針結構，其中該金屬片係焊接於該曲面上。
11. 一種探針結構的製造方法，包含： 提供一金屬棒體，該金屬棒體係為實心且具有一第一端與一第二端； 以線切割方式斜切該第一端，而於該第一端形成相對之二坡面；及 以線切割方式沿該二坡面之交會處進行切割，而於該第二坡面之交會處形成至少三凸塊，各該凸塊之底部形成有導角，且相鄰二該凸塊之間的間距係大於或等於150微米。
12. 一種探針結構的製造方法，包含： 提供一金屬棒體，該金屬棒體係為實心且具有一第一端與一第二端； 以線切割方式斜切該第一端，而於該第一端形成相對之二坡面； 提供一金屬片： 焊接該金屬片於其中一該坡面，且該金屬片之一部分凸出於該第一端；及 以線切割方式對該金屬片凸出於該第一端之該部分進行切割，而於該金屬片之該部分形成朝金屬棒體之軸向凸出之至少三凸塊，各該凸塊之底部形成有導角，且相鄰二該凸塊之間的間距係大於或等於150微米。
13. 如請求項11或12所述之探針結構的製造方法，其中各該凸塊之整體外觀為矩形錐狀。