探针结构及其制造方法与流程

本发明涉及一种探针结构及其制造方法，特别涉及一种应用于集成电路测试的探针结构及其制造方法。

背景技术：

近年来，集成电路(integrated circuit)的应用已逐渐普及，在集成电路制作完成后，为了能筛选出不良品，通常会通过测试装置将测试信号传送至集成电路来测试其功能是否符合预期，以控管集成电路的出厂良率。于此，现有的测试技术可藉由探针装置直接与待测集成电路上的焊垫或是输出入垫(I/O pad)直接接触，藉由测试装置经探针发送测试信号至集成电路进行检测，再由探针将测试结果回送至测试装置进行分析。

探针本身由低电阻率的合金所制成，因此其电阻值一般而言非常小。因此当测试电流流过的时候，电流通过探针时所仍会产生的相当的热能，在一般情况下，测试电流流过探针所产生的热能并不会损害探针或者集成电路本身。然而一旦通过探针的电流超过探针本身所设计的耐受值时，并不至于对则探针本身将被加热到高温，导致探针本身或是待测元件集成电路因此受到热伤害。传统探针仅具有一针尖端，当测试电流流过时，所有电流均集中在探针的针尖端，此时探针的针尖端附近容易成为局部产生的高温区容易而在测试过程中损坏探针本身，甚至是损坏集成电路。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种探针结构及探针结构的制造方法，能够通过凸块分流的方式，解决现在技术的探针在进行测试时容易过热的问题。

本发明提出一种探针结构，其包含一探针本体，探针本体包含一针尖部，针尖部包含一端面、二坡面与至少三凸块，二坡面分别自端面的二侧朝远离端面的方向延伸，至少三凸块凸设于端面，各凸块与端面的连接处形成有导角，且相邻二凸块之间的间距大于或等于150微米。

本发明另提出一种探针结构，包含一探针本体与一金属片。探针本体包含一针尖部，针尖部包含一端面与二坡面，二坡面分别自端面的二侧朝远离端面的方向延伸。金属片包含一侧表面与至少三凸块，至少三凸块凸设于侧表面，各凸块与侧表面的连接处形成有导角，且相邻二凸块之间的间距大于或等于150微米。其中金属片固接于针尖部的其中一坡面，且所述至少三凸块均凸出于端面。

本发明更提出一种探针结构的制造方法，包含：提供一金属棒体，所述金属棒体为实心且具有一第一端与一第二端；以线切割方式斜切所述第一端，而于所述第一端形成相对的二坡面；及以线切割方式沿所述二坡面的交会处进行切割，而于所述二坡面的交会处形成至少三凸块，各所述凸块的底部形成有导角，且相邻二所述凸块之间的间距大于或等于150微米。

本发明另提出一种探针结构的制造方法，包含：提供一金属棒体，金属棒体为实心且具有一第一端与一第二端；以线切割方式斜切第一端，而于第一端形成相对的二坡面；焊接一金属片于其中一坡面，且金属片的一部分凸出于第一端；以线切割方式对金属片凸出于第一端的部分进行切割，而于金属片的所述部分形成朝金属棒体的轴向凸出的至少三个凸块，各凸块的底部形成有导角，且相邻二凸块之间的间距大于或等于150微米。

综上所述，本发明上述提出的探针结构及探针结构的制造方法可通过凸块分流的方式，解决现在技术的探针在进行测试时容易过热的问题。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A为本发明的探针结构示意图；

图1B为本发明的另一探针结构示意图；

图2为本发明第一实施例的针尖部的立体示意图；

图3为本发明第一实施例的针尖部的侧视示意图；

图4为本发明第一实施例的针尖部的前视示意图；

图5为本发明第二实施例的针尖部的立体示意图；

图6为本发明第二实施例的针尖部的侧视示意图；

图7为本发明第二实施例的针尖部的前视示意图；

图8为本发明第三实施例的针尖部的侧视示意图；

图9为本发明第三实施例的针尖部的前视示意图；

图10为根据本发明的探针结构的制造方法流程图；

图11为根据本发明的另一探针结构的制造方法流程图。

其中，附图标记

10、90 探针结构

11、91 探针本体

111、211、311、911 针尖部

111a、211a、311a 端面

111b、211b、311b 坡面

111c、211c、311c 坡面

1111、2111、3111 凸块

112、912 针尾部

113、913 第一区段

114 第二区段

33 金属片

331a 侧表面

W1、W2、W3 间距

R1 导角

θ1 第一夹角

θ2 第二夹角

θ3 第三夹角

步骤S01 提供一金属棒体

步骤S02 以线切割方式于金属棒体的一端形成二坡面

步骤S03 以线切割方式于二坡面交会处形成至少三凸块

步骤T01 提供一金属棒体

步骤T02 以线切割方式于金属棒体的一端形成二坡面

步骤T03 焊接一金属片于其中一坡面

步骤T04 以线切割方式于金属片的边缘形成至少三凸块

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参照图1A，为本发明的探针结构示意图，所揭露的探针结构10包含探针本体11，探针本体11包含针尖部111、针尾部112、第一区段113与第二区段114。针尾部112直接连接于针尖部111，第一区段113的二端则分别连接于针尾部112与第二区段114。针尾部112与第一区段113定义了一第一夹角θ1，其是在150度至175度的范围间。第一区段113与第二区段114定义了一第二夹角θ2，其是在75度至105度的范围间。本实施例的针尖部111、针尾部112、第一区段113与第二区段114为一体成形的实心结构。另请参照图1B，为本发明的另一探针结构的示意图，所揭露的探针结构90包含探针本体91，探针本体91包含针尖部911、针尾部912及第一区段913。针尾部912的一端直接连接于针尖部911，另一端连接于第一区段913。针尾部912与第一区段913定义了一第三夹角θ3，其在110度至135度的范围间。此外，针尖部911、针尾部912与第一区段913为一体成形的实心结构。为方便陈述，以下各实施例以探针结构10为基础来说明，在此需特别说明，以下各实施例同样亦可实现于探针结构90上。

请进一步参照图2至图4，分别为本发明第一实施例的针尖部立体示意图、侧视示意图与前视示意图。本实施例的针尖部111包含一端面111a、坡面111b、坡面111c与至少三个凸块1111。坡面111b与坡面111c分别自端面111a的二侧朝远离端面111a的方向延伸。至少三凸块1111凸设于端面111a，且各个凸块1111与端面111a的连接处形成有导角R1。相邻二凸块1111之间的间距W1大于或等于150微米。

当探针结构10应用于集成电路的测试时，凸块1111必须插入金属焊垫中。由于金属焊垫表面常常形成有氧化层，因此凸块1111的抗压强度必须够高始足以令其穿过硬度较高的氧化层。本实施例的各个凸块1111与端面111a的连接处均行成有导角R1，如此一来，在凸块1111穿透金属焊垫表面的过程中，凸块1111与端面111a的连接处便不容易因为应力集中而发生破坏。进一步来说，本案的一根探针结构10是对应单一个金属焊垫，因此探针结构10的所有凸块1111是同时对应单一个金属焊垫。

此外，探针结构10于集成电路测试过程中，电流纵使会先被各个凸块1111分流，然后再自端面111a汇入探针本体11。然而电流流经凸块1111时仍会因欧姆定律而发热，倘若凸块1111彼此间的间距W1过近，则凸块1111之间可能会有散热不良的现象产生。以黄铜合金制成的探针本体11为例，经由实验验证，各个凸块1111之间的间距W1须大于或等于150微米，方能避免因凸块1111之间间距W1过近所可能导致的散热不良现象。

如图2至图4所示，本实施例的各凸块1111的沿垂直于端面111a的截面形状为矩形，而凸块1111的截面积沿垂直于端面111a的方向渐变，也就是朝远离端面111a的方向渐缩。因此，若是从图3来看，凸块1111的外观将呈现上窄下宽的梯形结构，而从图2来看，凸块1111的整体外观为矩形锥状，即各凸块1111的截面积朝远离端面111a的方向渐缩，此种上窄下宽的结构也可提高凸块1111的抗压强度，使凸块1111在穿透金属焊垫表面的过程中更不容易发生破坏。

然而，若是对于凸块1111的抗压强度要求不甚高，亦可以让各凸块1111沿垂直于端面111a的方向的截面积保持不变。凸块1111的整体外观为矩形柱状。

本实施例的坡面111b为平面，坡面111c为曲面。坡面111c设计为曲面的原因在于，当测试人员控制探针本体11的针尖部111逐渐靠近集成电路的金属焊垫表面时，由于观测用的影像撷取装置位于探针本体11的正上方，虽然针尖部111与金属焊垫表面并非相互垂直，但过于粗胖的针尖部111可能会让凸块1111难以出现在影像撷取装置的视野范围中。倘若我们让针尖部111的其中一坡面111c成为曲面，则只要针尖部111相对于金属焊垫表面有倾斜，很容易便可令凸块1111出现在影像撷取装置的视野范围中。然而本发明并不以此为限，坡面111b与坡面111c也可以均是平面。

在本实施例的另一态样中，还可以进一步在各凸块1111的表面镀上一金、银、石墨烯、铱、钯或钴的低电阻层，以提高其导电性与抗氧化性。

请参照图5至图7，分别为本发明第二实施例的针尖部立体示意图、侧视示意图与前视示意图。本实施例与第一实施例的主要差异在于针尖部211包含七个凸块2111，且坡面211b与坡面211c均为平面。同样地，每个凸块2111与端面211a的连接处均形成有导角R1，且相邻二凸块2111之间的间距W2大于或等于150微米。

上述实施例旨在说明凸块的功用主要作为电流分流及针尖部的散热，因此凸块数量可依据实际测试环境需求而做调整，只要相邻二凸块之间的间距大于或等于150微米即可。当然如果凸块数量增加，为了让二凸块之间的间距大于或等于150微米，则探针本体本身的直径也会需要增加。

请参照图8与图9，分别为本发明第三实施例的针尖部的侧视示意图与前视示意图。本实施例的探针结构的外观大致如图1A或图1B所示，本实施例相较于前述第一与第二实施例的主要差异在于探针结构更包含一金属片33，且凸块3111位于金属片33的侧表面331a上，兹详细说明如下。

本实施例的针尖部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分别自端面311a的二侧朝远离端面311a的方向延伸。金属片33以焊接的方式固接于针尖部311的坡面311c上，金属片33包含一侧表面331a与至少三个凸块3111，图9绘示了七个凸块3111。凸块3111凸设于金属片33的侧表面331a，且同时也凸出于端面311a。各个凸块3111与侧表面331a的相连接处形成有导角R1，且相邻二凸块3111之间的间距W3大于或等于150微米。

由于本实施例的金属片33焊接于针尖部的坡面311c上，当凸块3111因执行多次测试而磨耗时，可将已不堪用的金属片33解焊，然后改焊接另一片全新的金属片于坡面311c上，如此一来便无需更换整根探针结构，可达到节省成本的功效。此外，由于材料本身物理性质的限制，具高导电率的材料往往不具有高硬度，通过本实施例，探针本体可以选择具有相对高导电率的材料(例如铜合金)，而金属片33则选择具有高硬度的材料。

请参照图10，为本发明的探针结构的制造方法流程图，其适用于制造前述第一实施例与第二实施例的探针结构，兹说明如下。

步骤S01：提供一金属棒体。

所提供的金属棒体为实心构造，且具有第一端与第二端，其用来作为前述实施例所述的探针本体。金属棒体的材质可以是黄铜合金。

步骤S02：以线切割或精密冲压方式于金属棒体的一端形成二坡面。

以线切割的方式斜切金属棒体的第一端，而于第一端形成相对的二坡面。如前揭第一实施例与第二实施例所述，二坡面可以是一平面与一曲面，也可以都是平面。

步骤S03：以线切割方式于二坡面交会处形成至少三凸块。

形成二坡面之后，再以线切割的方式沿着二坡面交会处进行切割，而于二坡面的交会处形成至少三个凸块，凸块的底部均会有因为线切割工艺所留下的导角，且相邻二凸块之间的间距大于或等于150微米，以避免集成电路测试过程当中凸块发生过热的问题，凸块外表面也可以再镀覆一层低电阻层，例如金、银、石墨烯、铱、钯或钴，以提高其抗氧化性、导电性与使用寿命。

通过上述步骤S01至步骤S03即可形成应用于集成电路测试的探针结构。此外，本方法更包含将金属棒体予以弯折的步骤，以使其能够安装于测试装置中。为了方便说明，请参照图1A，弯折的步骤是先将金属棒体自其第一端至第二端依序区分为一针尖部111、一针尾部112、一第一区段113与一第二区段114。线切割所形成的二坡面位于针尖部111，针尾部112连接于针尖部111，第一区段113的二端分别连接于针尾部112与第二区段114。然后弯折金属棒体，使针尾部112与第一区段113的夹角θ1位于150度至175度的范围间，并且使第一区段与第二区段的夹角θ2位于75度至105度的范围间。

随着所欲制造的探针结构的不同，弯折的步骤也可以不同。若所欲制造的探针结构如图1B所示，则弯折的步骤是先将金属棒体自其第一端至第二端依序区分为一针尖部911(对应第三实施例的311)、一针尾部912与一第一区段913。线切割所形成的二坡面位于针尖部911，针尾部912的二端分别连接于针尖部911与第一区段913。然后弯折金属棒体，使针尾部912与第一区段913的夹角θ3位于110度至135度的范围间。

请参照图11，为本发明的另一探针结构的制造方法流程图，其适用于制造前述第三实施例的探针结构，因此同步参照图8与图9说明如下。

步骤T01：提供一金属棒体。

所提供的金属棒体为实心构造，且具有第一端与第二端，其用来作为第三实施例所述的探针本体。其材质可以是黄铜合金。

步骤T02：以线切割方式于金属棒体的一端形成二坡面。

以线切割的方式斜切金属棒体的第一端，而于第一端形成相对的二坡面。如前揭第三实施例所述，二坡面可以是一平面与一曲面，也可以都是平面。

步骤T03：焊接一金属片于其中一坡面。

将一金属片焊接于其中一坡面，且必须令金属片的边缘的一部分凸出于金属棒体的第一端，金属片的材质可以选用钨或者铼钨合金。

步骤T04：以线切割方式于金属片的边缘形成至少三凸块。

接着以线切割方式对金属片凸出于第一端的部分进行切割，而于金属片的凸出于第一端的部分形成至少三个截面为矩形的凸块，每一凸块沿金属棒体的轴向凸出于金属棒体的第一端，各个凸块的底部形成有因为线切割加工所形成的导角，且相邻二凸块之间的间距大于或等于150微米，凸块外表面也可以再镀覆一层低电阻层，例如金、银、石墨烯、铱、钯或钴，以提高其抗氧化性、导电性与使用寿命。

通过上述步骤T01至步骤T04即可形成可应用于集成电路测试的的探针结构。此外，本方法更包含将金属棒体予以弯折的步骤，以使其能够安装于测试装置中。为了方便说明，请参照图1A，弯折的步骤是先将金属棒体自其第一端至第二端依序区分为一针尖部111(对应第三实施例的311)、一针尾部112、一第一区段113与一第二区段114。线切割所形成的二坡面位于针尖部111，针尾部112连接于针尖部111，第一区段113的二端分别连接于针尾部112与第二区段114。然后弯折金属棒体，使针尾部112与第一区段113的夹角θ1位于150度至175度的范围间，并且使第一区段与第二区段的夹角θ2位于75度至105度的范围间。

随着所欲制造的探针结构的不同，弯折的步骤也可以不同。若所欲制造的探针结构如图1B所示，则弯折的步骤是先将金属棒体自其第一端至第二端依序区分为一针尖部911(对应第三实施例的311)、一针尾部912与一第一区段913。线切割所形成的二坡面位于针尖部911，针尾部912的二端分别连接于针尖部911与第一区段913。然后弯折金属棒体，使针尾部912与第一区段913的夹角θ3位于110度至135度的范围间。

综上所述，上述实施例具体地提出一种可应用于集成电路测试的探针结构的各种实施态样，同时也说明了如何以线切割的方式来加工出本发明的探针结构。本发明的探针结构通过复数凸块的设计以及让相邻二凸块之间保持适当间距，而可以在集成电路测试过程中不会过热，不仅提高使用寿命，也避免集成电路在测试过程中受到热损伤，有效解决现有技术的种种问题。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。