CN101315391B - 拉伸式折叠探针 - Google Patents

Abstract

本发明一种拉伸式折叠探针，包含有一固定部、一折叠部及一针尖部；该折叠部，具有自该固定部一侧延伸而呈连续性反向弯折相接的若干水平段及垂直段；该针尖部，是由该折叠部最末段的水平段自由端往固定部方向垂直延伸一预定距离而成，且该针尖部与该固定部位于不同的轴在线；当针尖部接触待测物时带动使折叠部拉伸，以提供一拉伸弹性力使针尖与待测物保持电性接触；该各水平段可分散应力以增加弹性变形量；同时拉伸式折叠探针将提供较佳的结构稳定性，以因应微小针尖距的高密度布针需求。

Description

拉伸式折叠探针

技术领域

本发明涉及探针，更详而言之是指一种拉伸式折叠探针。

背景技术

在半导体工业中，当制出一集成电路芯片但尚未进行封装制程的前，必须先经过一检测程序测试芯片的电路功能；一般是利用一探针卡设于测试机台与待测芯片之间，探针卡则通过由各种型式的探针，如垂直式、悬臂式、弹簧式探针…等作为与待测芯片间的接触，以传送讯号于测试机台与待测芯片。

但，以目前市场上绝大多数的探针而言，主要为单一悬臂梁结构，其优点在于结构单纯，针尖可逼近至较小针距，且制造成本较低廉；但因材质强度与针距限制，为能提供足够的弹性变形量与针重，往往需具备一足够的针长，而过长的针长将无法因应布局越来越紧密的半导体测试需求。

为避免上述的缺失，遂有业者研发一种多叶探针，如美国专利第6672875号，如图1所示，其具有一固定部1、多数的悬臂2及一针尖3，而该等悬臂2是呈并列而以其一端连接于该固定部1一侧，该针尖3则连接至最上层的其一悬臂2邻近自由端的顶面上；虽然此种结构可通过由降低各悬臂2的刚性进而降低最大应力以提供较单一悬臂梁更高的整体弹性变形，但各悬臂2间易产生相互的摩擦而造成损耗，使其可靠度较差，况且若欲提供足够的针重则需增加悬臂2的数量，使其复杂度更高；反之，在避免过多层悬臂数目并提供足够的悬臂刚性的考虑下，其悬臂针长将无法有效缩减，不能满足高密度、低针尖距的布针需求。简而言之，美国专利第6672875号所揭露的多叶探针无法同时兼顾降低结构最大应力以及提高布针密度的需要。

有鉴于此，此美国专利案第6672875号亦揭示有其它类型的多叶压缩探针可克服前述的多叶探针的缺点，如图2所示，因此类多叶压缩探针的折叠弹性结构其刚性等效于多组并联的悬臂结构，其整体刚性相较于单一悬臂结构降低，在此同时即可缩短该针长以提供足够的针体刚性；再此同时，经由适当的设计，多折的结构可将应力均匀分散在各水平梁件，即可同时兼顾降低最大应力以及提高布针密度缩短针长的需要。

然而此美国专利案第6672875号所揭示的多叶压缩探针仍有以下缺失：

1.此类压缩式弹性体设计受限于压缩针宽高比的限制，当压缩式弹性体的宽度与高度比过大时传统弹簧设计参考限制为5，压缩式弹性体容易产生侧向崩溃，造成结构稳定性不佳的状况。有鉴于此，面对微小针距需求时，该多叶压缩探针的针体宽度也必须随的缩减，然而因受限压缩式弹性体宽高比设计原则，其针高较无法过高，即无法有过多层的多叶结构，加上各叶片4之间必须预留足够的弹性压缩变形空间，将使进多叶结构的数目更为受限，进而造成无法发挥降低最大应力的目的，使本设计效能受限。

2.同时本前案强调所设计的针尖5与其固定部6位于同一垂直轴上，其应用主要针对垂直作动的测试探针所设计，然而却无法满足对于一些需要针尖具备小幅侧向位移，通过此以该针尖画出一针痕划破待测芯片表面氧化物以增进电性接触的需求。

因此，本发明案将提出一拉伸式折叠探针，非但可兼顾降低最大结构应力以及提高布针密度缩短针长的需求，同时也解决美国专利案第6672875号所揭示的多叶压缩探针的缺失。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种拉伸式折叠探针，是可有效降低最大应力以提供较大的弹性变形范围。

本发明的另一目的乃在于提供一种拉伸式折叠探针，可有效缩减针长的长度，以提高探针摆置密度。

本发明的另一目的在于提供一种拉伸式折叠探针，是能有效对待测物划出针痕，改善测试质量。

缘此，本发明提供一种拉伸式折叠探针，包含有一固定部、一折叠部及一针尖部；该折叠部，具有一自该固定部一侧以水平方向延伸一预定距离的第一水平段，一自该第一水平段自由端垂直方向延伸一预定距离的第一垂直段、一自该第一垂直段自由端往固定部方向水平延伸一预定距离的第二水平段、一自该第二水平段自由端往固定部反方向垂直延伸一预定距离的第二垂直段、及一自该第二垂直段自由端往固定部反方向水平延伸一预定距离的第三水平段；该针尖部，是由第三水平段的自由端往固定部方向垂直延伸一预定距离而成。

为能对本发明的特征与特点有更进一步的了解与认同，兹列举以下较佳实施例并配合图式说明如下：

附图说明

图1是现有一种探针的结构示意图；

图2是现有另一种探针的结构示意图；

图3是本发明一较佳实施例的结构立体图；

图4是图3所示较佳实施例的受力变形示意图；

图5至图8是本发明一较佳实施例的制程示意图；

图9及图10是本发明另一较佳实施例的制程示意图；

图11至图15是本发明再一较佳实施例的制程示意图；

图16及图17是本发明其它的实施态样。

【主要组件符号说明】

「现有」

固定部1          悬臂2        针尖3

叶片4            针尖5        固定部6

「本发明」

拉伸式折叠探针10

固定部11         折叠部12     针尖部13

针尖14           衍梁15

第一水平段121    第一垂直段122

第二水平段123    第二垂直段124

第三水平段125

绝缘凸块18       待测物19

介电层21         容槽211      连接槽212

基座22           第一牺牲层23 探针针体241

探针针体242      第二牺牲层25

基座31           牺牲层32     探针针体33

拉伸式折叠探针40

基材42        针体金属44    第一牺牲层41

第二牺牲层43  电路基板49

具体实施方式

请配合参阅图3，是本发明一较佳实施例所提供一种拉伸式折叠探针10，其包含有一体制成的一固定部11、一折叠部12及一针尖部13；该折叠部12具有一自该固定部11一侧水平方向延伸一预定距离的第一水平段121，一自该第一水平段自由端往垂直方向延伸一预定距离的第一垂直段122、一自该第一垂直段122自由端往固定部11方向水平延伸一预定距离的第二水平段123、一自该第二水平段123自由端往固定部11反方向垂直延伸一预定距离的第二垂直段124、及一自该第二垂直段124自由端往固定部反方水平延伸一预定距离的第三水平段125，该针尖部13是由该第三水平段125的自由端往固定部方向垂直延伸一预定距离而成；该针尖部13上延伸有一衍梁15，并于该衍梁上设有一针尖14；该针尖部13与该固定部11是位于不同轴在线。

由于针尖受压所画出的针痕长度和针尖14与该固定部11之间的距离有关，如同杠杆放大效应，其距离越长则针尖14所画出的针痕长度越长，因此可经由有限单元法仿真设计针尖14与该固定部11之间的适当尺寸进而调整合适的针痕长度，以使测试效果更佳。

当固定部11固定于一基座(图中未示)上，而由该针尖部13加以抵触于一待测物19上时，则可由该折叠部12提供较佳而适当的弹性变形如图4所示，且该折叠部12并可有效地将应力分散至各水平段121、123、125上，若维持相同的布针密度与同样材料强度限制下，相较于其它非折叠式针体设计，折叠式针体可提供更大的弹性变形量；或者，在相同的针重规格要求与使用相同针体材质时，相较于其它非折叠式针体设计，折叠式针体可将折叠部12的各水平段长度加以缩减，而更适用于数组式的摆置。

与其它已揭露的压缩式折叠针体最大不同点在于，本发明为拉伸式弹性体结构，可避免压缩式弹性体宽高比过大时所造成结构稳定性不佳，容易侧向崩溃的问题，更适用于微小针间距测试。

此外，实际运用本发明的拉伸式折叠探针10时，可于该针尖部13上设置至少一绝缘凸块18，以防止受到不正常外在干扰时，相邻的拉伸式折叠探针10有相互碰触而短路的情形发生如图16、图17所示；经由有限单元法仿真结果证明，由于针尖部13所承受的应力较低，因此绝缘凸块18的增置不会影响针体弹性变形表现或造成破坏性的应力集中等问题；此种绝缘凸块18可于制程中与针体整体的制作，相较涂布绝缘薄膜方式更容易实施，且不会因薄膜应力影响针体刚性，也更具耐磨性。

当然该针尖亦可直接形成于该针尖部上。

请参阅图5至图8，是一种本发明拉伸式折叠探针的制造方法，其包含有下列步骤：

步骤a：如图5所示，将一由高分子材质所制成的介电层21布设于一基座22的一表面上，且该介电层21并以微影制程形成出一容槽211及若干的连接槽212；该容槽211与该连接槽212亦可以由激光加工、热压成形、机械加工等其它加工方式实现。

步骤b：如图6所示，于该容槽211中布设一第一牺牲层23，于该连接槽212中布设部分的探针针体241；该第一牺牲层23可以现有的半导体制程沉积牺牲材质、电铸、化学镀、或填塞牺牲材质成形；该探针针体241可以电铸、化学镀、填入导电材质、溅镀、蒸镀等方式成形。

步骤c：如图7所示，连续地于预定位置定义出一第二牺牲层25、及连续地于各第二牺牲层25中布设其余的探针针体242；该第二牺牲层25可以微影制程、激光加工、热压成形、机械加工等加工方式实现；该探针针体242可以电铸、化学镀、填塞导电材质、溅镀、蒸镀等方式成形；若有需要于制作各第二牺牲层25并布设部分的探针针体242之后，可平坦化各第二牺牲层25与该探针针体242使两者其齐平，以便于后续堆叠制程控制或尺寸控制。

步骤d：如图8所示，去除该第二牺牲层25及该第一牺牲层23；即得本发明的拉伸式折叠探针与该基座22及该介电层21的结合体。

上述的该基座22的内部或表面具备电路布线或接点，且与该拉伸式折叠探针连接，且该基座更可进一步与另一探针卡组件组装连接。

上述的该介电层21的表面亦可以现有的半导体制程或印刷等方式形成一导电层，该导电层与该该拉伸式折叠探针连接，并同时以一连接线与该基座或另一外部组件电性连接。

如图7所示，该拉伸式折叠探针部分探针针体241被该介电层21包覆，对于低针距应用而言可增进拉伸式折叠探针与基座之间的接合性，对于反复作动的探针结构而言，可避免针体与该基座22之间的接点疲劳断裂，以提升产品的可靠度。

请参阅图9及图10，是另一种本发明拉伸式折叠探针的制造方法，其如图9所示，直接于一基座31上连续定义出具有探针图型的多层牺牲层32，并于每层牺牲层32中布设部分的探针针体33，最后再去除该牺牲层32，即得本发明拉伸式折叠探针与基座的结构如图10所示。该牺牲层32可以微影制程、激光加工、热压成形、机械加工等加工方式实现；该探针针体33可以电铸、化学镀、填入导电材质、溅镀、蒸镀等方式成形；若有需要于制作该牺牲层32并布设部分的探针针体33之后，可平坦化该牺牲层32与该探针针体33使两者其齐平，以便于后续堆叠制程控制或针体尺寸控制。

如图10所示，该拉伸式折叠探针没有如图12所示使部分针体镶嵌于介电层中，制程相对简单，但是探针与基座之间的接点需要具备较强的结合力或接点面积不可过小，以避免接点疲劳断裂。

请参阅图11至图15，是另一种本发明拉伸式折探针的制造方法，其步骤包含有：

步骤a：如图11所示，取一表面铺设有第一牺牲层41的基材42上，于该第一牺牲层41上以一第二牺牲层43定义出具备拉伸式折叠探针的一针体轮廓；该第一牺牲层41可以现有的半导体制程沉积制程、涂布、印刷、电镀、化镀等方式制作一至多层薄膜结构达成；该第二牺牲层43可以微影制程、激光加工、热压成形、机械加工等加工方式实现。

步骤b：如图12所示，于该第二牺牲层43的该针体轮廓中以布设一针体金属44，该针体金属44可以现有的半导体制程沉积导电材质、电铸、化学镀、填塞导电材质、溅镀、蒸镀等方式形成。

上述该第二牺牲层43与该针体金属44可重复堆叠直到达到目标尺寸，若有需要可于制作该第二牺牲层43并布设该针体金属44之后，平坦化该第二牺牲层43与该针体金属44使两者其齐平，以便于堆叠制程控制或针体尺寸控制。

步骤c：如图13及图14所示，去除第二牺牲层43与第一牺牲层41，即得本发明拉伸式折叠探针40。

如图15所示，该拉伸式折叠探针40可与一电路基板49连接，连接方式可以现有的封装接合达成，如焊接、覆晶接合、低温工晶接合、导电胶接合等；亦可以机构插件方式将拉伸式折叠探针40与该电路基板49组装接合。

本发明的所有实施例的针体可由一种以上的导电材料组成，可依需求，如针尖材质可能需选择耐磨性佳、低沾黏性的导电材质；针体结构必须选用高降服强度(yield strength)的导电材质或导电复合材质。

另外，为降低该拉伸式折叠探针高度，可缩减或舍去该拉伸式折叠探针的支柱部位，并在基座上对应该拉伸式折叠探针下方的位置设置一容槽，该容槽除以介电材料制作成形外如第一实施例描述，更可在制作基板时即预先预留或直接在基板表面加工挖槽；该拉伸式折叠探针可以直接在具备容槽的基板上以本案实施例所揭露的探针制作方法直接整体的制作，或者将该拉伸式折叠探针以接合方式与该具备容槽的基板组装。

Claims (42)

1.一种拉伸式折叠探针，其特征在于包含有：

一固定部；

一折叠部，具有一自该固定部一侧以水平方向延伸一预定距离的第一水平段，一自该第一水平段自由端垂直方向延伸一预定距离的第一垂直段，一自该第一垂直段自由端往固定部方向水平延伸一预定距离的第二水平段，一自该第二水平段自由端往固定部反方向垂直延伸一预定距离的第二垂直段、及一自该第二垂直段自由端往固定部反方水平延伸一预定距离的第三水平段；

一针尖部，是由第三水平段的自由端往固定部方向垂直延伸一预定距离而成。

2.依据权利要求1所述的拉伸式折叠探针，其特征在于：该水平段与该垂直段可依需求重复增加数段，最末端的该水平段的自由端再与该针尖部连接。

3.依据权利要求1所述的拉伸式折叠探针，其特征在于：还包含有一绝缘凸块，是设置于该针尖部上。

4.依据权利要求1所述的拉伸式折叠探针，其特征在于：该针尖部延伸一衍梁，该衍梁上设有一针尖。

5.依据权利要求4所述的拉伸式折叠探针，其特征在于：该针尖与该固定部两者之间的距离可经由设计不同衍梁长度加以调整，以使该针尖得以产生适当的针痕长度。

6.依据权利要求1所述的拉伸式折叠探针，其特征在于：该针尖部上设有一针尖。

7.依据权利要求6所述的拉伸式折叠探针，其特征在于：该针尖与该固定部两者之间的距离可经由设计调整，以使该针尖得以产生适当的针痕长度。

8.依据权利要求1所述的拉伸式折叠探针，其特征在于：是直接于一基座上整体批次制作。

9.依据权利要求1所述的拉伸式折叠探针，其特征在于：是与一基座接合组装。

10.依据权利要求1所述的拉伸式折叠探针，其特征在于：该固定部是与一基座连接，该基座表面具备一容槽作为该拉伸式折叠探针的弹性变形空间。

11.依据权利要求10所述的拉伸式折叠探针，其特征在于：该容槽是以现有的半导体制程或直接于基座上加工成形所制作。

12.依据权利要求1所述的拉伸式折叠探针，其特征在于：该固定部与一基座连接，该基座具备多数电路，且至少部分电路与该固定部连接。

13.依据权利要求1所述的拉伸式折叠探针，其特征在于：该固定部与一基座连接，该基座表面具备一介电层，该介电层部分包覆该固定部。

14.依据权利要求1所述的拉伸式折叠探针，其特征在于：该固定部与一基座连接，且该基座的表面具备一插槽，以供该固定部***组装使用。

15.一种拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：包含有以下步骤：

步骤a：备一基板；

步骤b：于该基板上铺设一第一牺牲层；

步骤c：于该第一牺牲层上定义出具有一拉伸式折叠探针轮廓的一第二牺牲层；

步骤d：于该拉伸式折叠探针轮廓内布设一针体金属层；

反复实施上述步骤c～d一至数次直到达成目标尺寸；

步骤e：去除该第一、二牺牲层即得该拉伸式折叠探针；该拉伸式折叠探针，包含有一固定部、一折叠部及一针尖部，该折叠部具有一自该固定部一侧水平方向延伸一预定距离的第一水平段，一自该第一水平段自由端往垂直方向延伸一预定距离的第一垂直段、一自该第一垂直段自由端往固定部方向水平延伸一预定距离的第二水平段、一自该第二水平段自由端往固定部反方向垂直延伸一预定距离的第二垂直段、及一自该第二垂直段自由端往固定部反方水平延伸一预定距离的第三水平段；该针尖部是由该第三水平段自由端往固定部方向垂直延伸一预定距离而成。

16.依据权利要求15所述一种拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：在步骤d后加入平坦化该第二牺牲层与针体金属层的步骤使两者齐平。

17.依据权利要求15所述一种拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：该第一牺牲层为至少一层的薄膜结构。

18.依据权利要求15所述一种拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：该第一牺牲层是由半导体制程沉积导电薄膜制成。

19.依据权利要求15所述一种拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：该第一牺牲层是由涂布、化学镀、电镀其中之一的方式制作。

20.依据权利要求15所述一种拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：该第二牺牲层及该拉伸式折叠探针轮廓是以微影制程定义。

21.依据权利要求15所述一种拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：该拉伸式折叠探针轮廓是由激光加工、机械加工、模具热压其中之一的方式成形。

22.依据权利要求15所述一种拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：其中步骤d中的该针体金属层是以半导体制程、电镀、化学镀其中之一的方式制成。

23.依据权利要求15所述一种拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：其中步骤d中的该针体金属层是以于该拉伸式折叠探针轮廓中填塞导电材料完成。

24.依据权利要求15所述一种拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：其中该针体金属层是以一种以上的导电材质所制成。

25.依据权利要求15所述一种拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：其中该拉伸式折叠探针进一步与一基座接合。

26.一种直接在基座上制作的拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：包含有以下步骤：

步骤a：制备一基座；

步骤b：于该基座表面定义一牺牲层，使该牺牲层具备部分拉伸式折叠探针的一针体轮廓；

步骤c：于该针体轮廓内布设一针体金属层；

重复施作上述步骤b～c以多层该针体金属层构成一拉伸式折叠探针；

步骤d：去除所有牺牲层以释放该拉伸式折叠探针；该拉伸式折叠探针，包含有一固定部、一折叠部及一针尖部，该折叠部具有一自该固定部一侧水平方向延伸一预定距离的第一水平段，一自该第一水平段自由端往垂直方向延伸一预定距离的第一垂直段、一自该第一垂直段自由端往固定部方向水平延伸一预定距离的第二水平段、一自该第二水平段自由端往固定部反方向垂直延伸一预定距离的第二垂直段、及一自该第二垂直段自由端往固定部反方水平延伸一预定距离的第三水平段；该针尖部是由该第三水平段自由端往固定部方向垂直延伸一预定距离而成。

27.依据权利要求26所述拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：该基座具备电路。

28.依据权利要求26所述拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：该牺牲层是以微影制程制作。

29.依据权利要求26所述拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：该针体轮廓是以模具热压成形、激光加工、机械加工其中之一的方式制作。

30.依据权利要求26所述拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：该针体金属层是以半导体技术沉积导电物质、电铸成形、化学镀成形的其中之一的方式加以制作。

31.依据权利要求26所述拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：各该针体金属层是以一种以上的导电材质所制成。

32.依据权利要求26所述拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：该基座的制作方法包含：

步骤a’：备一基板，该基板表面具备电路接点；

步骤b’：布设一介电层，该介电层具备一容槽及一连接槽；

步骤c’：于该容槽内布置一第一牺牲层；

步骤d’：于该连接槽内布置一针体金属层；

反复施作步骤b’～d’一至数次直到该介电层达到目标尺寸。

33.依据权利要求32所述拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：其中步骤c’与步骤d’顺序可颠倒。

34.依据权利要求32所述拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：在步骤d’后加入平坦化该介电层、第一牺牲层与针体金属层的步骤使三者齐平。

35.依据权利要求32所述拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：该介电层的该容槽与该连接槽是以微影制程、模具热压成形、激光加工、机械加工的其中之一的方式制作。

36.依据权利要求32所述拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：该第一牺牲层是以半导体技术沉积牺牲材料、填塞牺牲材料、电镀成形、化学镀成形的其中之一的方式制作。

37.依据权利要求32所述拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：该针体金属层以一种以上的导电材料所制成。

38.依据权利要求32所述拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：该针体金属层以半导体技术沉积导电材料、填塞导电材料、电铸、化学镀的其中之一的方式制作。

39.依据权利要求32所述拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：进一步于该介电层表面设置一导电层。

40.依据权利要求39所述拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：该导电层接合一连接线与该基板表面的电路连接。

41.依据权利要求39所述拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：该导电层接合一连接线与另一外部电路连接。

42.依据权利要求39所述拉伸式折叠探针的制造方法，其特征在于：该导电层与该针体金属层连接。

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