专利名称：高硬度耐磨探针与其制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种高硬度耐磨探针与其制作方法，特别是涉及ー种包含钨钢材质的高硬度耐磨探针与其制作方法。
背景技术：
在半导体制作流程中，通常在封装之后或出厂之前，需要对半导体芯片进行ー最终测试(Final Test)，用以挑出在封装前没有被检测出来的不良产品，或者是挑出在封装エ艺中受损的产品，如此才能确保产品的质量。此ー测试，通常将已封装的半导体芯片放置于ー测试座(socket)上而与测试探针接触，以接收与传送测试信号而进行测试。请同时參照图I、图2与图3，其中，图I为ー现有习知的测试座10的分解图，图2为测试座10中的测试探针17与胶条20、22等部份的放大图，而图3则为测试时测试座10 一侧的剖面放大图，其由平行测试座的一侧边且通过测试座中心点的切线切割而成。测试座10由ー导板(guideplate) 12、一连接板14与多个测试探针17依序叠置组合而成。其中，导板12中央的开ロ 13对准连接板14中央的凹槽15而形成一可以容置芯片进行测试的空间。在凹槽15中有多个对应半导体芯片24的接垫(图中未示)排列的孔洞16，而测试探针17对应该孔洞16排列，使得针头18可由孔洞16穿出，而与半导体芯片的接垫接触以进行测试。在测试时，将半导体芯片24放置于导板12的开ロ 13与连接板14的凹槽15形成的空间中，并施加压カ于为半导体芯片24上，而使半导体芯片24接垫可以与测试探针17的针头18紧密接触，甚至使针头18可以刺穿半导体芯片接垫上的氧化层而与接垫紧密接触，或直接刺入导体芯片的接垫中，而进行测试。同时，借由设置于测试探针17中段下方的胶条20以及尾端上方的胶条22而压迫针头18向上与半导体芯片的接垫紧密接触。待测试完毕，取出半导体芯片24，并放入另ー个半导体芯片而重复上述步骤进行测试。在进行测试时，在取放半导体芯片、施加压カ于半导体芯片使其与针头18紧密接触、以及借由胶条的弾性使测试探针17针头18向上与半导体芯片紧密接触(甚至刺入半导体芯片的接垫中)等动作，皆会造成半导体芯片与测试探针17之针头18接触而摩擦，迸而造成测试探针17(特别是针头18)磨损。由于一般所使用的测试探针大多是由铜(Cu)、锡(Tin)、或是镍钯金(NiPdAu)等材质所组成，其硬度与耐磨度较差，导致其容易磨损而使用寿命较短。因此，往往在进行大量的测试之后，一般大约35万次-50万次，往往会造成测试探针17 (特别是针头18)的严重磨损，使得半导体芯片与测试探针17无法紧密接触，甚至两者不会接触，而造成短路，进而导致测试失败。此时，需要停机进行检查或更换测试探针，不但需要耗费时间而造成测试效率的降低，并且因需要频繁地更换磨损的测试探针，而造成成本的增加。另外，在经过一段时间的测试之后，装置于测试座10中各个位置的测试探针17会造成不同程度的磨损，使得测试探针17的共面度变差，即各个位置的测试探针因磨损程度不同，造成测试探针之间的高度不一致，导致在测试时半导体芯片偏斜而造成刮伤、或半导体芯片上的所有接垫无法全部都能与测试探针紧密接触，而不能提供良好的测试电路，进而造成测试失败或是降低测试的正确性。此时，同样需要停机，以人工检查各个位置的测试探针磨损程度，并调制整测试探针的共面度，甚至更换测试探针，这些动作往往费时费力，不但增加人力与时间成本，并降低测试效率。
再者，对于某些特定的半导体芯片进行测试时，需要刺穿半导体芯片的接垫上的氧化层，现有习知的测试探针17因其材质的关系，硬度与耐磨度较差，可能无法刺穿接垫上的氧化层或是刺穿的不够深，而影响测试探针与接垫之间的导电能力，造成测试的不精确或失败。另外，由于测试探针17的硬度与耐磨度较差，因此，随着测试的次数増加，其磨损的程度也会増加，即测试探针17(针头18)凸出连接板14的部分越少，因此需要施加更大的压カ于半导体芯片，使其下压的更低而确保接垫可以与测试探针17紧密接触。此ー动作将导致分别与设置于测试探针17于中段下方的胶条20以及尾端上方的胶条22承受更大的压力，导致在一段时间后，胶条20、22因持续的压力变得弹性疲乏，无法提供测试探针向上的作用力，导致测试探针与接垫接触不良，而造成测试失败或不正确。此时需要停机进行检查与更换测试探针17和胶条20、22，不但增加人力、时间和材料等成本，并会降低测试效率。有鉴于上述问题，因此亟需要ー种高硬度耐磨探针，其不但硬度高、耐磨性佳、使用寿命长，更可以有效刺穿半导体芯片之接垫上的氧化层而增加测试探针与接垫之间的导电能力、减少更换测试探针与胶条的频率与次数，进而节省人力、时间和材料等成本，并提高测试效率。由此可见，上述现有的测试座在方法及使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一歩改进。因此如何能创设ー种新的高硬度耐磨探针与其制作方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的测试座存在的缺陷，而提供一种新的高硬度耐磨探针与其制作方法，所要解决的技术问题是使其提供ー种高硬度耐磨探针，其具较高的硬度、较佳的耐磨性、较长的使用寿命等优点，且可以有效地刺穿半导体芯片接垫上的氧化层而增加探针与接垫之间的导电能力、減少更换探针与胶条的频率与次数，进而节省人力、时间和材料等成本，并提高测试效率，非常适于实用。本发明的另目的在于，克服现有的测试座存在的缺陷，而提供一种新的高硬度耐磨探针与其制作方法，所要解决的技术问题是使其可以制作硬度高、耐磨性佳、使用寿命长的探针，从而减少探针与I父条的更换频率与次数，以节省人力、时间和材料等成本，并提闻测试效率，从而更加适于实用。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的ー种高硬度耐磨探针，包含75% -96%重量百分比的钨钢(WC)，用以提升该高硬度耐磨探针的硬度；以及4% -25%重量百分比的钴(Co)，用以做为结合剂以控制该高硬度耐磨探针的强度。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进ー步实现。
前述的高硬度耐磨探针，其中所述的该钨钢(WC)于该高硬度耐磨探针中所占之重量百分比为82%。前述的高硬度耐磨探针，其中所述的该钴(Co)于该高硬度耐磨探针中所占之重量百分比为18%。前述的高硬度耐磨探针，其中所述的该高硬度耐磨探针更包含碳(C)，用以增加该高硬度耐磨探针的硬度与热硬度。前述的高硬度耐磨探针，其中所述的该碳(C)于该高硬度耐磨探针中所占的重量百分比为O. 5% -I. 5%。前述的高硬度耐磨探针，其中所述的该高硬度耐磨探针更包含铬(Cr)，用以增加该高硬度耐磨探针的耐磨性。前述的高硬度耐磨探针，其中所述的该铬(Cr)于该高硬度耐磨探针中所占的重量百分比为O. 5% -3%。前述的高硬度耐磨探针，其中所述的该高硬度耐磨探针更包含铝(Al)，用以增加该高硬度耐磨探针的热硬性。前述的高硬度耐磨探针，其中所述的该铝(Al)于该高硬度耐磨探针中所占的重量百分比为O. 5% -1%。前述的高硬度耐磨探针，其中所述的该高硬度耐磨探针包含O. 5% -I. 5%重量百分比的碳(C)、0. 5%-3%重量百分比的铬(Cr)及0.5%-1%重量百分比的铝(Al)。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目的，本发明提供了ー种高硬度耐磨探针，特别是ー种用于对已完成封装的半导体芯片进行测试的高硬度耐磨探针。高硬度耐磨探针包含75%-96%重量百分比的钨钢(WC)，用以大幅地提升该高硬度耐磨探针的硬度，及4% -25%重量百分比的钴(Co)，用以做为结合剂以控制该高硬度耐磨探针的强度。由于该高硬度耐磨探针的主要成分为硬度极高的钨钢(WC)，因此，其相对于现有习知采用铜(Cu)、锡(Tin)、或是镍钯金(NiPdAu)等为材质的探针，具有较高的硬度与较佳的耐磨度，使得其于测试期间不易因与半导体芯片接触摩擦而造成磨损，从而大幅提升其使用寿命以降低其更换频率与次数，从而节省人力、时间和材料等成本，并提高测试效率。提供ー种高硬度耐磨探针的制作方法，用以制作一高硬度、耐磨性佳、使用寿命长、更换频率(次数)低且用于对已完成封装的半导体芯片进行测试的探 针。此高硬度耐磨探针的制作方法包含下列步骤首先，将各个成分的金属粉末混合，例如钨钢粉末与钴金属粉末，再对各成分的金属粉末混合物进行烧结成型而形成一板材，接着，将此板材研磨至一预定厚度，再依照所需的探针形状，将研磨后的板材切割成所需的探针形状，最后，整修切割好的探针的毛边，而将毛边去除。借由此ー耐磨探针的制作方法所制作的探针，由于以钨钢等高硬度与耐磨性佳的成分制作而成，所以可以具有硬度高、耐磨性佳、使用寿命长、更换频率(次数)低等优点。借由上述技术方案，本发明高硬度耐磨探针与其制作方法至少具有下列优点及有益效果特别是用于对已包封装的半导体芯片进行测试(最終测试；Final test)的探针，其不但具有硬度高、耐磨性佳、使用寿命长等特性，更具有減少探针与胶条的更换频率与次数，以节省人力、时间和材料等成本，并提高测试效率等优点。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图I为ー现有习知的测试座的分解图。图2为图I所示的现有习知测试座中的测试探针与胶条等部份的放大图。图3则为测试时图I所示的现有习知测试座一例的剖面放大图。图4为本发明一实施例的高硬度耐磨探针的制作方法的流程图。10:测试座12 :导板 13:开ロ14 :连接板15 :凹槽 16 :孔洞17 :测试探针18 :针头 20、22 :胶条100 :将各成分的金属粉末混合并烧结成型而形成一板材的步骤102 :将该板材研磨至一预定厚度的步骤104 :将该板材切割成特定探针形状的步骤106 :整修该探针的毛边的步骤
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的高硬度耐磨探针与其制作方法其具体实施方式
、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。本发明提供ー种高硬度耐磨探针，特别是用于取代传统以铜(Cu)、锡(Tin)、或是镍钯金(NiPdAu)等为材质的探针，而对已包封装的半导体芯片进行测试(最終测试；Finaltest)的高硬度耐磨探针。此高硬度耐磨探针为ー以具有高硬度与高耐磨性特性的钨钢(WC)为主要材质的探针，此高硬度耐磨探针包含占全体重量百分比75% -96%的钨钢，用以提升高硬度耐磨探针的硬度，以及占全体重量百分比4%-25%的钴(Co)，用以做为结合剂以控制高硬度耐磨探针的强度，例如抗折力、压缩强度及冲击强度等。由于钨钢为ー种具有高硬度与更耐磨性，因此，在本发明的高硬度耐磨探针中钨钢的比例越高，即钨钢所占的重量百分比越高，高硬度耐磨探针的硬度耐磨度就越高，但是因为越刚硬的东西，其抗折力、压缩强度及冲击强度就越低，导致高硬度耐磨探针的抗折力、压缩强度及冲击强度随着钨钢的比例越高而下降。相反的，钴(Co)的比例越多，则对高硬度耐磨探针的抗折力、压缩强度及冲击强度的提升就越多，但是相対的钨钢的比例就会下降，而导至高硬度耐磨探针的硬度与耐磨度的下降。因此，根据所需要的探针的硬度、耐磨性、抗折力、压缩强度及冲击强度，而在占全体重量百分比75% -96%的钨钢，及占全体重量百分比4%-25%的钴(Co)的组成范围内，调整钨钢与钴的比例，而制作成所需的硬度、耐磨性、抗折力、压缩强度及冲击强度的高硬度耐磨探针。例如，在一较佳的实施例中，本发明高硬度耐磨探针包含占全体重量百分比82%的钨钢及占全体重量百分比12%的钴，使得此高硬度耐磨性探针具有90. OHRA的硬度、400kgf/_2的抗折力、400kgf/_2的压 缩强度、以及O. 85kgf/cm2的冲击强度。另外，本发明高硬度耐磨探针更可以包含碳(C)，用以增加高硬度耐磨探针的硬度与热硬度，其可以占全体重量百分比为4%-25%。借由碳(C)的添加而使得高硬度耐磨探针的硬度与热硬度可以进ー步增加。其次，本发明高硬度耐磨探针更可以包含铬(Cr)，用以增加高硬度耐磨探针的耐磨性，其可以占全体重量百分比为O. 5%-3%。借由铬(Cr)的添加而使得高硬度耐磨探针的耐磨性可以再进ー步增加。再者，本发明高硬度耐磨探针更可以包含铝(Al)，用以增加高硬度耐磨探针的热硬性，其可以占全体重量百分比为
0.5% -1%。借由铝(Al)添加而使得高硬度耐磨探针的热硬性可以再进ー步增加。在本发明实施例中，可以根据所需要的高硬度耐磨探针的硬度、耐磨性、热硬性等 特性，而添加上述碳、铬、及铝等其中之ー材质，或是其中任ニ材质，或是全部采用(即同时包含O. 5%-1. 5%重量百分比的碳、O. 5%-3%重量百分比的铬及O. 5%-1%重量百分比的铝)，但是其重量百分比不能超过或低于上述限制的范围，以并免大幅地影响高硬度耐磨探针其它物理特性，例如抗折力、压缩强度及冲击强度等物理特性。另外，本发明同时提供ー种制作上述成分组成的高硬度耐磨性探针的制作方法。參照图4，为本发明一实施例之高硬度耐磨探针的制作方法的流程图。首先，将上述个成分的金属粉末混合，主要是占全体重量百分比75% -96%的钨钢粉末，以及占全体重量百分比4% -25%的钴粉末，另外可以依照需要的探针硬度、耐磨度与热硬度，选择性地添加碳粉末、铬粉末、及铝粉末等其中之一，或是其中任ニ材质，或是全部添加，然后再一1400°C-2000°C的高温烧结成型而形成一板材(步骤100)。在一较佳的实施例中所使用的烧结温度为1400°C。在一较佳的实施例中，步骤100所使用的烧结方式为高微粒烧结，使得本发明之高硬度耐磨探针的粒度可以达到O. 6 μ m-6 μ m。其中，由各成分的金属粉末烧结成的板材厚度为O. 3毫米(mm)-O. 7毫米(mm)，在一较佳的实施例中，该板材的厚度为O. 5毫米(mm) ο接着，将烧结成的板材研磨至一定预定厚度(步骤102)，此ー研磨厚度系根据所设计与需要的探针形状与结构而决定，大约在O. I毫米(mm)-O. 2毫米(mm)的范围内，在一较佳的实施例中，此ー预定厚度为O. 17毫米(mm)。然后，依照所设计的或所需要的探针形状与结构，将研磨后的板材切割成特定探针形状(步骤104)，例如与图I-图3所示现有习知测试探针具有相同的形状，或是切割成弾性顶针(pogo pin)的形状，或是切割成弾性顶针的针头的形状，或者其它的探针形状。在步骤104中，所使用的切割方法为线切割法或是其它的切割方法。最后，将已经切割成型的探针进行整修，而整修该探针的毛边(步骤104)，以去除探针上会干扰测试的毛边，从而形成一可以用于半导体芯片的最终测试的高硬度耐磨探针，或是用于对已封装的半导体芯片进行测试(最終测试)的高硬度耐磨探针。根据前述成分比例以及制作方法制作而得的高硬度耐磨探针，借由以钨钢此一具有高硬度与高耐磨度的材质为主要成分(重量百分比75%-96%)，而使得本发明的高硬度耐磨探针相对于现有习知以铜(Cu)、锡(Tin)、或是镍钮金(NiPdAu)等为材质的探针,具有更高的硬度与耐磨度，进而使得本发明的高磨耗探针具有远比现有习知探针更长得使用寿命。其次，借由以钴(4%-25%重量百分比)做为本发明高硬度耐磨探针的次要成分，使其不仅具有远大于现有习知探针的硬度与耐磨度，更具有与现有习知探针相当或更佳物理特性，例如抗折力、压缩强度及冲击强度等。另外，借由添加碳、铬、及铝等材质(添加其中之ー材质，其中任ニ材质，或是全部添加)，而进ー步提升探针的硬度、耐磨性或热硬性。
因此，根据前述成分比例以及制作方法制作而得的高硬度耐磨探针，其可以具有80HRA-95HRA的硬度，至少290kgf/或以上的抗折力、至少290kgf/mm2或以上的压缩强度、至少O. 20kgf/cm2或以上的冲击强度，以及O. 6 μ m_6 μ m的粒性。有鉴于此，本发明之高硬度耐磨探针有远远超过现有习知以铜(Cu)、锡(Tin)、或是镍钯金(NiPdAu)等为材质的探针的硬度与耐磨性，以及不逊于或超过现有习知探针的强度，例如抗折力、压缩强度及冲击強度等。由于本发明的高硬度耐磨探针有远大于现有习知探针的硬度，所以不易因测试所造成的接触与摩擦而磨损，而具有较长的使用寿命。本发明的高硬度耐磨探针至少要测试90万次以上才会有磨损或是才会有影响测试的严重磨损，甚至在某些实施例中(成分比例不同的实施例)，至少要测试150万次以上才会有磨损或是才会有影响测试的严重磨损。有鉴于此，本发明高硬度耐磨探针的使用寿命，远远超过现有习知探针测试大约35万次-50万次即会有影响测试的严重磨损的使用寿命。因此，在测试时，本发明高硬度耐磨探针相对于现有习知探针可以具有较少的更换频率与次数，进而减少更换探针时所需的人力、时间与材料的成本，并且减少需停机进行检查与更换的次数，而提升测试的速率。 另外，由于本发明高硬度耐磨探针具有较高的硬度与耐磨度，使得其在测试90万次以上，某些实施例中甚至是测试150万次以上，才会可能有严重到影响测试的磨损，例如探针共面性的大幅改变。因此，至少测试90万次之前(在某些实施例为至少测试150万次之前)，不会因探针的共面性变差而需要停机进行人工调整探针的共面度或进行更换探针，所以可以大幅地节省调整探针的共面度或进行更换探针的所需的人力、时间与材料的成本，并且因减少需停机进行调整与更换的次数，而提升测试的速率。同样的，由于本发明之高硬度耐磨探针不易磨损，所以不容易造成探针共面度的大幅变化，而不会使半导体芯片测试时因探针共面度变差而倾斜，导致半导体芯片的刮伤与破坏。再者，由于本发明的高硬度耐磨探针具有较高的硬度与耐磨度，而使其在测试过程中不易磨损，所以不会因探针快速的磨损而需要施加更大的压カ于半导体芯片，使其下压的更低而确保其上的接垫可以与测试探针紧密接触，才能不会影响接垫与探针之间电路的形成或导电能力。因此，本发明高磨耗探针不会过度地压迫设置于探针中段下方的胶条以及尾端上方的胶条，而不会造成胶条因持续的压力变得弹性疲乏，而需要频繁地停机更换，进而减少更换胶条时所需的人力、时间与材料的成本，并且减少需停机进行检查与更换的次数，而提升测试的速率。另外，由于本友明的高硬度耐磨探针具有远大于现有习知探针的硬度，因此，其硬度足够使其能刺穿绝大部分的氧化层，使得探针可以有效地刺穿半导体芯片的接垫上的氧化层，而与接垫紧密接触，以增加接垫与探针之间的导电能力。因此，可以避免因探针无法刺穿接垫上的氧化层或是刺穿的不够深所造成测试的不精确或失败。其次，由于钨钢为一良好的导电材料，所以使得本发明以钨钢为主要材质的高硬度耐磨探针的可以具有良好的导电能力，而无需如同某些以铜或其它导电性较差的材料为材质的现有习知探针，需要在外表镀上ー层具有较高导电能力的金属层，例如金。因此，可以减少本发明的高硬度耐磨探针的制作成本与简化其制作エ序。有鉴于此，本发明提供一高硬度耐磨探针与其制作方法。此一高硬度耐磨探针具较高的硬度高、较佳的耐磨性、较长的使用寿命等特性，且可以有效刺穿半导体芯片接垫上的氧化层而增加探针与接垫之间的导电能力、減少更换探针与胶条的频率与次数，进而节省人力、时间和材料等成本，并提高测试效率。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述掲示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.ー种高硬度耐磨探针，其特征在于包含 75% -96%重量百分比的钨钢，用以提升该高硬度耐磨探针的硬度；以及 4% -25%重量百分比的钴，用以做为结合剂以控制该高硬度耐磨探针的强度。
2.如权利要求I所述的高硬度耐磨探针，其特征在于该钨钢于该高硬度耐磨探针中所占之重量百分比为82%。
3.如权利要求2所述的高硬度耐磨探针，其特征在于该钴于该高硬度耐磨探针中所占之重量百分比为18%。
4.如权利要求I所述的高硬度耐磨探针，其特征在于该高硬度耐磨探针更包含碳，用以增加该高硬度耐磨探针的硬度与热硬度。
5.如权利要求4所述的高硬度耐磨探针，其特征在于该碳于该高硬度耐磨探针中所占之重量百分比为O. 5% -I. 5%。
6.如权利要求I所述的高硬度耐磨探针，其特征在于该高硬度耐磨探针更包含铬，用以增加该高硬度耐磨探针的耐磨性。
7.如权利要求6所述的高硬度耐磨探针，其特征在于该铬于该高硬度耐磨探针中所占之重量百分比为O. 5% -3%。
8.如权利要求I所述的高硬度耐磨探针，其特征在于该高硬度耐磨探针更包含铝，用以增加该高硬度耐磨探针的热硬性。
9.如权利要求8所述的高硬度耐磨探针，其特征在于该铝于该高硬度耐磨探针中所占之重量百分比为O. 5% -1%。
10.如权利要求I所述的高硬度耐磨探针，其特征在于该该高硬度耐磨探针包含O.5% -I. 5%重量百分比的碳、O. 5% -3%重量百分比的铬及O. 5% _1%重量百分比的铝。
全文摘要
本发明是有关于一种高硬度耐磨探针与其制作方法，特别是有关一种包含钨钢材质的高硬度耐磨探针与其制作方法。此高硬度耐磨探针以钨钢此一具有高硬度与高耐磨性的材料为主要材质，使得其不易磨损而增加其使用寿命。借此，可以减少探针的更换频率与次数，而节省成本并改善测试效率。
文档编号G01R31/26GK102650675SQ20111005735
公开日2012年8月29日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年2月23日
发明者张久芳, 陈峯杰 申请人:京元电子股份有限公司