专利名称：显示板光检查的整合探针模组及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于测试显示板的整合的探针模组及其制造方法，该整合的探针模组具有由微机电系统(Micro Electrical Mechanical Systems，简称MEMS)技术所制成的单一主体。
背景技术：
传统上，接触探针模组已广泛使用于测试印刷电路板和各种电子装置的导电图样，并尝试将他们修正成更适合用来测试显示板的形式。于测试显示板情况中，希望能在非常接近实际最终产品的情况下来测试显示板。因此，希望藉由使用相同使用于最终产品的TAB(用来驱动液晶显示板(LCD)的LSI晶片)来测试LCD显示板。因为在LCD显示板和TAB之间必须连接大数量的导线，因此TAB必须并合入其本身的接触探针模组中。
由于液晶面板的发展，其尺寸和所需的分析增加了使用于LCD显示板的探针模组必须要有较高的探针数和较精细的间距的需求。目前，LCD测试技术使用两种型式的探针模组针型(needle-type)和薄膜型(membranetype)。针型探针模组的例子通常如图1中的10所示，其包括有多个从探针基座12延伸出的探针14。各探针14接触设于LCD显示板16的显示板面板18上的个别的端子20。
使用习知的针型探针模组10来测试LCD显示板16需要多个个别组装于基座12上，以及个别调整于探针表面水平的探针14。此种调整是很花时间和耗费人力的。再者，各针之间距限定为50微米(μm)。如此限制了能够设于探针基座上探针的数目。因为探针具有低的应力容差限制，因此需要有共同的水平表面以利探测。再者，当一个或多个探针损坏时，则必须将整个探针组合件送回到工厂以便修理。
薄膜型探针模组使用电镀方法制造膜上的金属突块或各接触点。虽然薄膜型探针模组可避免针型探针模组的复杂的组装过程，但是电镀方法会引起薄膜的不均匀，在薄膜上造成金属突起而改变厚度。此种情况对于表面的水平性能会有不利的影响。而且，突起的高度一般受制造技术的限制，其必须要小于大约20μm。结果，膜型探针尖端的探测能力很容易由于探测环境中的微粒而造成不良的影响。
另外关于膜型探针模组的缺点是在其上制成有突起的薄膜在整个单元的重复使用过程中因为重复地予以挠曲和放松，而造成薄膜有疲劳和裂开的倾向，或者从探针模组的底层金属基板上剥离。在发展具足够挠性的薄膜材料以抵抗探针测试的挠曲和弯曲压力方面，遭遇了相当大的困难。
发明内容
为了克服习知针形探针模组和薄膜形探针模组的缺点，本发明使用微机电系统(MEMS)技术来制造用于测试显示板和相关装置的探针模组。
本发明的目的为提供一种适合用来探测显示板的新的和改良的探针模组及其制造方法。
本发明的另一目的为提供一种使用MEMS技术制成的新的和改良的探针模组及其制造方法。
本发明的又一目的为提供一种其特征为具有超精细探针间距调整和定位的新的和改良的探针模组及其制造方法。
本发明的再一目的为提供一种使用MEMS技术制成的新的和改良的探针。
本发明的又另一目的为提供一种对于环境微粒污染具有高容忍度的探针模组。
本发明的再另一目的为提供一种其特征为具有低成本和高效率的探针模组。
本发明的又一目的为提供一种其特征为具有高密度和高探针数目和高电气性能的探针模组。
依照上述发明目的，本发明的探针模组包括探针基座，设于该探针基座上的多个探针和包含将探针连接到测试装置的挠性电路板的高密度电路互连部。各探针的尖端可以为尖的(pointed)或斜的(tapered)构形，或者是平头四角锥、半球状的构形。
各探针使用微影术和蚀刻技术而制造在一典型的硅基板中。使用高密度接合方法将探针接合到探针基座。此接合方法提供极佳的精确度，并使各探针尖端具有共同的水平表面。用可调整的压力臂来安装探针基座，该可调整的压力臂用来调整探针尖端抵着显示板上接合点的压力。
本发明制造该探针模组的一种方法，系使用光学微影技术来精确界定探针在基板中的位置和几何构形，而制成各探针尖端。然后蚀刻基板以在基板中界定一对应着探针构形的浅探针凹穴，然后使用譬如铜、镍、和镍合金的高导电性金属来填满该探针凹穴，以在探针凹穴内形成探针。
使用光学微影技术将用于各探针的高密度导电电路建立在玻璃探针基座上。用保留在基板内安装于玻璃探针基座上的各探针与其导电电路相接触。用异方性导电薄膜(ACF)置放于该电路与探针之间，以提供各探针和对应的导电电路之间的独立导电性。如此可防止在探针基座上的各邻接探针之间的电气短路。
于探针接合至玻璃探针基座后，使用电浆蚀刻技术将硅基板蚀离探针。如此完全暴露出探针和探针尖端，以方便探针尖端与在显示板上将要测试的诸测试点之间的电接触。然后使用异方性导电薄膜(ACF)来将挠性电路板的一端接合到于探针基座上个别的导电电路。如此有助于各导电电路与该电路板之间的独立导电性。挠性电路板的相对端电连接至检查装置。
本发明替代复杂的传统手工组装过程，除了增加探针尖端对环境微粒污染的容忍度之外，并提供超细微间距和精确定位器高硬度探针构造。本发明增进探针尖端的容易维修和替换性，因此降低了成本和增加产率。
图1为习知用于测试LCD显示板(仅部分显示)的针形探针模组(仅部分显示)的透视图；图2A-2D为硅基板的横剖面视图，显示依照本发明的一个实施例在基板中制造具有尖的或斜的探针尖端的探针的序列步骤；图2E为硅基板的横剖面视图，显示依照本发明的一个实施例制造具有半球状探针尖端的探针；图3A-3G为硅基板的横剖面视图，显示依照本发明的一个实施例在基板中制造探针的序列步骤；图4A-4C为显示依照本发明的一个实施例，分别将基板接合到探针基座、从探针蚀刻掉基板和将挠性电路板接合到探针基座的序列步骤的侧视图；图5A-5C为显示依照本发明的另一个实施例，基板接合、基板蚀刻和挠性电路板接合的序列步骤的侧视图；图6A-6C为显示依照本发明的又另一个实施例，基板接合、基板蚀刻和挠性电路板蚀刻的步骤的侧视图；图7A-7C为显示依照本发明的又另一个实施例，基板接合、基板蚀刻和挠性电路板蚀刻的步骤的侧视图；图8为依照本发明的探针模组的底部透视图；图9为依照本发明的探针模组的上透视图；图10为显示使用探针模组测试显示板典型的方式，显示板部分剖面的前视图。
图号说明10针型探针模组 12探针基座
14探针 16显示板18显示板面板20端子24基板 26探针凹穴28探针主体凹穴 30探针头凹穴32、32a探针尖端凹穴 34金属晶种层36、36a探针 38探针主体40探针头42、42a探针尖端44间距 46硅基板48探针主体凹穴 50金属晶种层52探针 54探针主体56光阻 58头部凹穴60探针头66探针模组67探针基座 68导电电路(电路迹线)69电路板73导电薄膜82压力臂83调整螺86显示板89显示板面板90端子具体实施方式
本发明关于一种新的和改良的探针模组，用于测试显示板。该探针模组的特征为具有极优越的电气性能和包括具有超越习知处理间距限制的多个探针。该等探针为整合微探结构的精细间距的部分，该整合的微探结构系藉由机电系统(MEMS)技术而构造在单一主体中。
首先参照图8和图9，探针模组66包括典型的玻璃探针基座67。导电电路68的多条金属迹线设在探针基座67的底面。由譬如铜的具有高导电性的金属所制成的各探针36系接合到个别的电路迹线68。具挠性的电路板69电连接各探针36至用此探针模组66测试例如显示板测试装置(图中未显示)。
如图9中所示，通常用一对调整螺83来安装的压力臂82系设在探针基座67上，并与各探针36衔接。可操控调整螺83以调整压力臂82抵着各探针36，于测试显示板期间调整各探针36关于显示板(图中未显示)上测试点(图中未显示)的接触角。
接着参照第图2A-2D，首先各探针36依序制造于基板24中(第2A图)，基板24一般为硅基板。先开始清洗基板24，若需要的话则干燥处理和预先处理基板24，以便后续的制造探针36。然后在基板24中蚀刻多个探针凹穴26(图中显示了其中一个凹穴)，各凹穴包括一个纵长的探针主体凹穴28、探针头凹穴30、和探针尖端凹穴32，如第图2B所示。
使用习知的微影蚀刻技术来精确界定在基板24中各探针凹穴26的几何构形和位置。使用反应离子蚀刻(RIE)来施行于基板24中探针凹穴26的异方性蚀刻至预定的深度。根据制程特性，对于各探针凹穴26能达成深度和宽度的高的深宽比。
于基板24中已经预先蚀刻好了对于各探针36的基本几何构形以后，重复微影制程以于基板24中界定各探针36的结构。使用反应离子蚀刻而于基板24中蚀刻各探针凹穴26，于完成蚀刻各探针凹穴26后，将蚀刻的基板浸泡在氧化硅蚀刻溶液中(图中未显示)。于氧化硅蚀刻溶液的蚀刻率的差用来形成于基板24中尖的或斜的探针尖端凹穴32。各探针凹穴26的探针尖端凹穴32一般具有倒金字塔或角锥状的构形。
如于图2C中所示，使用习知的溅镀技术而于探针凹穴26中沉积金属晶种层34。金属晶种层34将探针主体凹穴28、探针头凹穴30和探针尖端凹穴32于探针凹穴26中排成一直线。晶种层34最好是镍。用于晶种层34的其他可适用材料包括有铜和金，其非为唯一的选择。
如图2D图中所示，一般使用习知的微电铸技术将高导电性金属填满于探针凹穴26中，而使各探针36形成于对应的探针凹穴26中。各探针36包括探针主体38填满了探针凹穴26的探针主体凹穴28；从探针主体38的一端向下延伸的探针头40，填满了探针头凹穴30；位于探针头40的底端的探针尖端42，填满了探针尖端凹穴32。
如图2D中进一步所示，一个实施例中各探针36的探针尖端42具有斜的或尖的，倒四面体或金字塔形状，顺应着探针尖端凹穴32的互补形状。于一实施例中，如第2E图中所示，各探针36a的探针尖端42a具有与对应的探针尖端凹穴32a的互补形状相一致的圆的或半球的构形。
接着参照图3A-3G图，于一实施例中各探针52包括探针头60，该探针头60具有扁平或平坦的探针尖端，如图3G中所示。探针52系依序地制造于一般的硅基板46上，如图3A中所示。又如图3B中所示，对于制造于基板46上的各探针52，一个纵长的探针主体凹穴48系使用习知的光学微影技术和反应离子蚀刻技术而最初蚀刻于基板46上。然后如图3C中所示，使用金属晶种层50衬底探针凹穴48。接着使用微电铸技术，藉由沉积譬如铜的高导电性金属于探针凹穴48中，而将探针52的探针主体54形成于探针凹穴48中。
接着，如图3E中所示，一层的光阻56沉积于基板46和探针主体54上。于各探针主体54上方光阻56中图案化头部凹穴58。在头部凹穴58中填满了金属以形成各探针52的探针头部60，而使得探针头部60连续着探针主体54。最后，如图3G中所示，将光阻56从基板46和探针52上剥离。
接着参照图4A-4C，一般的用于各探针的高密度电路互连制程如下所述。使用微影技术，导电探针电路68制造于一般的玻璃探针基座67上，该探针基座67用于制造于基板46上的各探针36。用于导电电路68的金属迹线例如可以是金、铜或银。
接着，如图4A中所示，各探针36的探针主体38接合于对应的导电电路68。此一般使用异方性导电薄膜(ACF)而施行，以提供各导电电路68和对应的探针36之间的独立导电性。此可防止于探针模组66上用来完成探针模组66测试显示面板(图中未显示)的邻近探针36之间的电气短路。
如图4B中所示，将基板46从探针36移除。此一般使用习知的电浆蚀刻技术来施行。电浆蚀刻制程一般使用含氟的气体，其使用低压电流来形成低能蚀刻电浆。电浆将基板46从探针36蚀刻掉，以完全暴露出各探针36。
如于图4C中所示，纵长的具挠性的电路板69的一端接合于各探针36的导电电路68，以提供各探针36与挠性电路板69之间独立的导电性。一般使用保护胶(图中未显示)来隔离挠性的电路板69会影响导电率的各环境变化。挠性电路板69的相对端连接到用来测试显示板的检查装置(图中未显示)。
图5A-5C中显示另一个高密度电路互连线制程。于该制程中，如图5A中所示，一般使用UV固化或热固化接合胶而将各探针36接合到对应的导电电路68。然后如图5B中所示，将硅基板46从探针36蚀离。接着，使用异方性导电薄膜(ACF)73将挠性电路板69的一端接合到导电电路68。
又于另一个高密度电路互连线制程中，如图6A-6C中所示，探针36首先接合于个别的导电电路68，如图6A中所示。接着，使用异方性导电薄膜(ACF)73将挠性电路板69的一端接合到导电电路68，如图6B中所示。最后，将基板46从探针36蚀刻掉，如图6C中所示。
参照图7A-7C，于另一个高密度电路互连线制程中，可使用扩散接合将硅基板46接合到探针基座67，如图7A中所示。然后使用湿或干蚀刻来蚀刻多数的硅基板46至所希望的厚度，以界定探针36。于蚀刻制程后，基板46的部分47保留于原位，如图7B中所示，以固定各探针36于精确位置。最后，如图7C中所示，挠性电路板69直接接合到探针36。
再参照图8和图9，具挠性的金属或塑胶所制成的压缩臂82安装于探针基座67上，以完成探针模组66的制造。压缩臂82接触探针36的上表面，抵着探针36而施加压力，供给探针36超量的驱动力。可微调调整螺83辅助探针36的接触角作最佳的调整。因为他们有部分的共同结构，因此探针36的探针尖端42于测试显示板期间能够配置于共同的平面上。如图8中所示，探针36的间距44一般大约为30微米(μm)。
接着参照图10，使用探针模组66(图9中)来测试显示板86。显示板86一般包括显示板面板89，在该面板89上设有多个端子90。在该探针模组66上个别探针36的探针尖端42系引入与个别的端子36接触。具挠性的电路板69(图9中)一般系以习知的方式连接到检查装置(图中未显示)。因此，端子90系配置成分别通过探针36、导电电路68和具挠性的电路板69而与检查装置电接触。探针模组66传送电资讯从端子90至检查装置，以测试显示板86的各种电气特性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种探针模组，其特征在于包括有探针基座；多个探针，设置于该探针基座之上；以及藉以将该多个探针连接到检查装置的电路互连装置。
2.如权利要求1所述的探针模组，其特征在于所述探针包括探针主体，载设于该探针主体的探针头和设于该探针头的一般倾斜的探针尖端。
3.如权利要求1所述的探针模组，其特征在于所述电路互连装置包括多个设于该探针基座上的导电探针电路，该导电探针电路分别与所述多个探针电接触，及一个挠性电路板设置成与该多个导电探针电路电接触。
4.如权利要求3所述的探针模组，其特征在于所述多个探针包括探针主体，载设于该探针主体的探针头和设于该探针头的一般倾斜的探针尖端。
5.如权利要求1所述的探针模组，其特征在于所述多个探针包括探针主体，载设于该探针主体的探针头和设于该探针头的一般呈半球状的探针尖端。
6.如权利要求5所述的探针模组，其特征在于所述电路互连装置包括多个设于该探针基座上的导电探针电路，该导电探针电路分别与该多个探针电接触，及一个挠性电路板设置成与该多个导电探针电路电接触。
7.如权利要求1所述的探针模组，其特征在于还包括有载设于该探针基座上的压缩臂，并与该多个探针啮合。
8.如权利要求7所述的探针模组，其特征在于所述多个探针包括探针主体，载设于该探针主体的探针头和设于该探针头的一般倾斜的探针尖端。
9.如权利要求7所述的探针模组，其特征在于所述电路互连装置包括多个设于该探针基座上的导电探针电路，该导电探针电路分别与该多个探针电接触，及一个挠性电路板设置成与该多个导电探针电路电接触。
10.如权利要求9所述的探针模组，其特征在于所述多个探针包括探针主体，载设于该探针主体的探针头和设于该探针头的一般倾斜的探针尖端。
11.如权利要求7所述的探针模组，其特征在于所述多个探针包括探针主体，载设于该探针主体的探针头和设于该探针头的一般呈半球状的探针尖端。
12.如权利要求11所述的探针模组，其特征在于所述电路互连装置包括多个设于该探针基座上的导电探针电路，该导电探针电路分别与该多个探针电接触，及一个挠性电路板设置成与该多个导电探针电路电接触。
13.一种探针模组，其特征在于包括探针基座；载设于该探针基座上的一般呈四面体探针尖端的多个探针；以及用来将该多个探针连接到检查装置的电路互连装置。
14.如权利要求13所述的探针模组，其特征在于所述多个探针包括探针主体，载设于该探针主体的探针头和探针尖端系设于该探针头上。
15.如权利要求13所述的探针模组，其特征在于所述电路互连装置包括多个设于该探针基座上的导电探针电路，该导电探针电路分别与该多个探针电接触，及一个挠性电路板设置成与该多个导电探针电路电接触。
16.如权利要求15所述的探针模组，其特征在于所述多个探针包括探针主体，载设于该探针主体的探针头和探针尖端系设于该探针头上。
17.如权利要求13所述的探针模组，其特征在于还包括有载设于该探针基座上的压缩臂，与该多个探针啮合。
18.一种用于探针模组的探针，其特征在于包括探针主体；载设于该探针主体上的探针头；以及设于该探针头上的探针尖端。
19.如权利要求18所述的探针，其特征在于所述探针尖端具有多面体的构形。
20.如权利要求18所述的探针，其特征在于所述探针尖端具有一般半球状的构形。
21.如权利要求18所述的探针，其特征在于所述探针尖端具有倒四角锥的构形。
22.如权利要求18所述的探针，其特征在于所述探针尖端具有倾斜的构形。
23.如权利要求18所述的探针，其特征在于所述探针主体为悬臂梁结构。
24.一种制造探针模组的方法，包括下列步骤提供一探针基座；于该探针基座上设有多个探针；以及提供电路互连装置，该电路互连装置固定于该探针基座上，并连接该探针与检查装置。
25.如权利要求24所述的制造探针模组的方法，其特征在于所述多个探针是使用微影术和蚀刻技术而制造于硅基板中。
26.如权利要求24所述的制造探针模组的方法，其特征在于所述多个探针为金属悬臂梁结构。
27.如权利要求24所述的制造探针模组的方法，其特征在于使用一压力臂来调整所述探针的尖端于受测显示板的压力。
28.如权利要求24所述的制造探针模组的方法，其特征在于所述探针的尖端具有多面体的构形。
29.如权利要求24所述的制造探针模组的方法，其特征在于所述探针的尖端具有一般半球状的构形。
30.如权利要求24所述的制造探针模组的方法，其特征在于所述探针的尖端具有倒四角锥的构形。
31.如权利要求24所述的制造探针模组的方法，其特征在于所述探针的尖端具有倾斜的构形。
32.如权利要求24所述的制造探针模组的方法，其特征在于所述电路互连装置是使用挠性电路板的一端接合于该探针基座上与个别的探针连接的导电电路，该挠性电路板的另一端电连接至检查装置。
33.一种制造探针模组的方法，包括下列步骤使用光学微影技术来精确界定探针在基板中的位置和几何构形，而制成各探针尖端；蚀刻该基板以在基板中界定一对应着探针构形的浅探针凹穴；用高导电性金属来填满该探针凹穴，以在该探针凹穴内形成探针；使用光学微影技术将用于各探针的导电电路建立在探针基座上；用保留在该基板内安装于该探针基座上的各探针与其导电电路相接触；用异方性导电薄膜(ACF)置放于个别的该电路与该探针之间；于该等探针接合至该探针基座后，使用电浆蚀刻技术将该基板蚀离探针；以及使用异方性导电薄膜(ACF)来将挠性电路板的一端接合于该探针基座上个别的导电电路，该挠性电路板的另一端电连接至检查装置。
全文摘要
本发明提供一种用于测试显示板的探针模组及其制造方法。该探针模组包括探针基座、设于该探针基座上的多个探针和将探针连接到测试装置的挠性电路板的高密度电路互连装置。各探针的尖端可以为尖的或斜的构形，或者是平头四角锥、半球状的构形。
文档编号G01R1/067GK1641362SQ20041000032
公开日2005年7月20日 申请日期2004年1月7日 优先权日2004年1月7日
发明者周敏杰, 蔡居恕, 王宏杰, 黄雅如, 潘昆志, 陈智伟, 张智崇 申请人:财团法人工业技术研究院