CN1821788B - 嵌入式微接触元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种嵌入式微接触元件，是通过由微机电制程所制成，该嵌入式微接触元件包含有：一悬臂，该悬臂可界定出一第一长侧边及一背向于该第一长侧边的第二长侧边；一针尖部，是连接于该第一长侧边一端且呈与该悬臂呈垂直方向延伸而成；一嵌入部，是自该第二长侧边上所垂直延伸而成。

Description

嵌入式微接触元件及其制造方法

技术领域

本发明是与微接触元件有关，更详而言之是指一种嵌入式微接触元件及其制造方法。

背景技术

在测试高密度或高速的电气装置如LSI或VLSI电路时，必须使用具有大量微接触元件探针的探针卡Probe Card，以通过由该微接触元件为一具有挠性且可提供电性连接的导电体特性，作为与待测试物间电气导通的元件，如作为LSI及VLSI晶片、半导体晶圆、晶片预烧、封装的半导体装置及印刷电路板的测试接触元件之用。当然，微接触元件，亦可用以作为IC封装的IC引线之用。但，为便于后续的说明，其微接触元件主要是以作为探针卡的探针加以叙述。

一般微接触元件因应其需求而有不同的态样，其中有一种为悬梁式微接触元件，悬梁式微接触元件由于具有较高的弹性，可容许与外物接触而产生偏移时仍能保持接通的状态。

以探针而言，如美国专利第US6268015号的专利案，如图1所示，其是通过由微机电技术以沉积金属的方式堆层出探针的结构，或分别以沉积金属方式将各一单元制出后再以接合方式加以组装；接合组装制程的精度较光刻制程差，多次的接合将因累积数次对位误差造成针尖1的定位偏差放大或悬臂梁2与支柱3的接合点误差，进而造成针尖探测位置不佳与探针性能一致性降低等缺点。

另有如美国公开第US20010012739号的专利案，其同样是通过由微机电技术以沉积金属方式制作出探针的结构，且其针尖是以焊接方式接合，而其支柱(即针底)是以打线方式在外部电镀金属强化支柱的结构，其以打线方式制作支柱不仅量产速度相当的缓慢，且制程繁复，需精确的精度加以控制使之制造困难。

再如美国专利第US6399900号的专利案，亦是由微机电技术以沉积方式制作探针结构，其针尖以焊接方式与针体一端接合，针体的另一端则与基版的表面贴附接合，其稳固性较差，于反覆操作下可能因材料疲劳而产生与基版脱离的情事，且针尖需以相当精准方式焊接，如有焊接位置上的偏移将导致针尖接触力的不均匀。

再者，如美国专利第US6414501号专利案，其是通过由微机电技术以蚀刻硅基材的方式加以制造探针，并于探针的外部镀上导电薄膜后再与基版接合；但，探针部分大部分由硅基材制成，导电薄膜的厚度相当的薄，仅涂布硅基材所制成的探针结构表面，因此其电流的耐受性不高无法符合高流量的需求，且由于探针的挠性结构主要以单晶硅为其材料，容易脆裂而无法修复。

其次，以美国专利第US4961052、US5172050、US5723894号的专利案而言，其皆是以直接蚀刻硅基版的方式，以单晶硅材质制作出探针，再于由硅基版所制成的探针外镀上一导电薄膜以提供电气连接；但，由于导电薄膜无法耐受高流量的需求，且探针主要以单晶硅为其材料，有容易脆裂无法修复的缺点。

另外，以美国专利第US5974662号专利案，是一种平面调整机构，其是可于组装时利用若干平面的微调使之进行水平的调整，且为使得于调整时所有的电路仍能保持良好的接触状态，必须在探针与电子基版间增加若干层的弹性探针；但，由于此结构过于复杂且线路的传输路径较长并不适用于高频的传输。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的乃在提供一种嵌入式微接触元件及其制造方法，是可使针尖位置与接合部位的定位基准相同，以单次接合方式使整体组装精度提高，增进整体性能一致性。

本发明的另一目的乃在提供一种嵌入式微接触元件及其制造方法，其微接触元件是由一体成型，精度较高。

本发明的再一目的乃在提供一种嵌入式微接触元件及其制造方法，其微接触元件是嵌入于基版中，可提供较佳的支撑力及提供辅助定位效果。

本发明的又一目的乃在提供一种嵌入式微接触元件及其制造方法，其微接触元件的电流耐受性较大。

本发明的次一目的乃在提供一种嵌入式微接触元件及其制造方法，其探针具有高导电性及抗疲劳性。

本发明的下一目的乃在提供一种嵌入式微接触元件及其制造方法，其微接触元件的信号传输较短，利于高频传输。

为达上述目的，本发明所提供一种嵌入式微接触元件，是通过由微机电制程所制成，该嵌入式微接触元件包含有：一悬臂，该悬臂可界定出一第一长侧边及一背向于该第一长侧边的第二长侧边；一针尖部，是连接于该第一长侧边一端且呈与该悬臂呈垂直方向延伸而成；一嵌入部，是自该第二长侧边上所垂直延伸而成。

为能对本发明的特征及目的有更进一步的了解与认同，兹列举以下较佳的实施例，并配合附图说明于后。

附图说明

图1是一种现有的探针结构示意图；

图2a至图2ff是本发明第一较佳实施例的制造流程示意图；

图3a至图3k是本发明第二较佳实施例的制造流程示意图；

图4是本发明第二较佳实施例的立体图；

图5是图4所示另一实施态样的立体图；

图6至图7是本发明第三较佳实施例的组装流程示意图；

图8是本发明第四较佳实施例的示意图；

图9是本发明第五较佳实施例的示意图；

图10是本发明第一较佳实施例的示意图；

图11至图13是本发明不同实施态样的示意图；

图14是本发明第三较佳实施例的立体图；

图15至图17是本发明不同实施例态样的示意图。

具体实施方式

请参阅图2a至图2ff，是本发明第一较佳实施所提供嵌入式微接触元件的制造方法，其步骤包含有：

(A)如图2a所示，取一基版11，此一基版11为单硅晶版。

(B)如图2b所示，于基版11上沉积一介电薄膜12。该介电薄膜12为一种由氮化硅材质所制的薄膜，是可通过由低压化学气象沉积(LPCVD)的方式涂布于上。

(C)如图2c所示，于该介电薄膜12上涂布一第一遮蔽层13，并使该第一遮蔽层13形成一开口，即进行微影蚀刻制程半导体制程中的光刻制程。

(D)如图2d所示，去除开口中的介电薄膜12。其去除方式可利用反应性离子蚀刻(RIE)。

(E)如图2e所示，去除第一遮蔽层13并以非等向性蚀刻，如氢氧化钾(KOH)，对未受介电薄膜12所覆盖的基版11部位进行蚀刻加工，使该基版11形成有一呈倒金字塔型的缺口111。

(F)如图2f所示，去除介电薄膜12。可利用热磷酸蚀刻制程或反应性离子蚀刻制程(RIE)去除介电薄膜12，蚀刻材料及条件经过选择，并不会对基版有任何影响。

(G)如图2g所示，于该基版11的表层涂布一导电薄膜14。其中该导电薄膜的材料可为钛金属，而涂布导电薄膜14的方式可通过由沉积方式如溅镀、蒸镀与电镀等方式加以完成。

(H)如图2h所示，于该导电薄膜14的表层涂布一第二遮蔽层15，且该第二遮蔽层15形成有一对应于该基版11缺口111的开口。

(I)如图2i所示，于该第二遮蔽层15及该位于该缺口111中的导电薄膜14上涂布一至数层的强化薄膜16。该强化薄膜16具有抗磨耗、低沾粘性、良好导电性的特性，如铑金属。

(J)如图2j所示，去除第二遮蔽层15。该第二遮蔽层15可通过由蚀刻的方式去除，涂布于该第二遮蔽层15上的强化薄膜16亦一并去除。

(K)如图2k所示，于该导电薄膜14的局部位置上形成一第三遮蔽层17。其中该第三遮蔽层17是形成于该缺口111上及同一侧的两局部位置上。

(L)如图21所示，在该导电薄膜14上将一第一支撑材料18沉积于导电薄膜14上，其中，该第一支撑材料18可为铜金属材料或高分子材料，而其沉积方式可为溅镀、蒸镀、电铸或涂布等方式。

(M)如图2m所示，去阻第三遮蔽层17，使该第一支撑材料18中形成出由第三遮蔽层17去除后所形成的凹口19。

(N)如图2n所示，于该第一支撑材料18的凹口19中沉积一第一电铸材料21，其中该第一电铸材料21可为镍金属。

(O)如图2o所示，将该第一电铸材料21与第一支撑材料18的表层同时加以整平。

(P)如图2p所示，于位在缺口111上方的第一电铸材料21上涂布一第四遮蔽层22，是以现有的微影蚀刻制程产生该具图形化的第四遮蔽层22。

(Q)如图2q所示，以沉积方式于顶层布设一牺牲层23，其中该牺牲层23可为钛金属。其中沉积方式可为溅镀、蒸镀、电镀等方式。

(R)如图2r所示，去除第四遮蔽层22，使仅位在该缺口111中的第一电铸材料21上方未涂布牺牲层23。

(S)如图2s所示，再于该第一电铸材料21上方间涂布一连续并具有开口的第五遮蔽层24。

(T)如图2t所示，于顶层以电铸的方式于该第五遮蔽层24的开口中布设一第二支撑材料25。

(U)如图2u所示，去除第五遮蔽层24。

(V)如图2v所示，于去除第五遮蔽层24后所形成的凹槽中沉积一第二电铸材料26，并将该第二电铸材料26与该第二支撑材料25研磨整平。

(W)如图2w所示，于顶层上布设一第六遮蔽层27，且该第六遮蔽层27的相对于第二位置与第三位置之处形成有开口。

(X)如图2x所示，于该第六遮蔽层27的该开口中沉积一接合金属层28。其中该接合金属层28可由一或数种具备良好附着性的金属材质所制成，且该接合金属层28亦可由单一或数层材质所构成。该接合金属层28的沉积方式可为蒸镀、溅镀或电镀等手法。

(Y)如图2y所示，去阻第六遮蔽层27。

(Z)如图2z所示，于该第二位置的接合金属层28及该第三位置的接合金属层28间布设一第七遮蔽层29，且该第七遮蔽层29并于略为覆盖于各接合金属层28的端缘。

(AA)如图2aa所示，沉积一第三支撑材料31。

(BB)如图2bb所示，去除第七遮蔽层29。

(CC)如图2cc所示，于去除第七遮蔽层29后在第三支撑材料31中所形成的凹孔中沉积一第三电铸材料32，并加以研磨整平第三支撑材料31与该第三电铸材料32上表面。

(DD)如图2dd所示，重覆(Z)至(C1)制程若干次，至电铸材料堆叠至预定的高度。

(EE)如图2ee所示，去除各支撑材料，便可得嵌入式微接触元件。如图2ff所示，是成形后的嵌入式微接触元件的立体图。再将导电薄膜14蚀去，便可将成形后的嵌入式微接触元件与其基版分离。

在此特别说明，上述的第一至第七遮蔽层是可由光阻材料所制成。

如图2ff所示，该嵌入式微接触元件100具有一由电铸材料所形成的悬臂41，且该悬臂41可界定出一第一长侧边411及一背向于该第一长侧边411的第二长侧边412；一连接于该悬臂41第一长侧边411一端且呈与该悬臂41呈垂直方向延伸的针尖基座42；一形成于该针尖基座41自由端上呈锥状的针尖部43；二与该针尖部43同向延伸的接合辅助部44，且该各接合辅助部44是位于该第一长侧边411的另一端上；一嵌入部45是自该第二长侧边412上所延伸，且位于该二接合辅助部44间的延伸线上；两接合部46是形成于该嵌入部45的两侧边上。

其中，该悬臂41亦可由多层金属层所构成，可使该金属悬臂同时具备良好的导电性与抗机械疲劳特性。

另外，亦可于该悬臂形成的制程中，改以或加入电浆增强式化学气相沉积(PECVD)沉积的多晶硅材质，因多晶硅材质具备良好抗机械疲劳特性，可补足一般良好导电性金属的缺点。

再者，亦可于该悬臂外层叠金属与介电材料，使信号传输外层具备一层以上的绝缘遮蔽层及一接地的导电层，或将该悬臂以高分子材料制成。

请参阅图3a至图3k，是本发明第二较佳实施例所提供一种嵌入式微接触元件基座200的制造方法，其步骤包含有：

(A)如图3a所示，取一硅基版51，且该硅基版51的内部并已通过由沉积的方式形成一二氧化硅夹层56(SI02)，再于该硅基版51的顶、底面上分别布设一第一遮蔽层52，该第一遮蔽层52是可为二氧化硅、光阻材料、氮化硅或铝金属等材料，该第一遮蔽层52可由半导体制程中的光刻制程所布设。其中该包含有二氧化硅夹层56的硅基版51，是可通过由一二氧化硅层将两单晶的硅晶圆相互接合而成。

(B)如图3b所示，于该硅基版51顶面的第一遮蔽层52上布设一具备图形化开口的第二遮蔽层53。该第二遮蔽层53可为光阻材料。

(C)如图3c所示，以反应式离子蚀刻(RIE)顶面的第一遮蔽层52，使位于第二遮蔽层53开口中的第一遮蔽层52被蚀去；并于蚀刻后将该第二遮蔽层53去除。

(D)如图3d所示，于该硅基版51上布设一图形化的第三遮蔽层54。布设图形化的第三遮蔽层程序包含有：

先于该硅基版51顶面上涂布一由二氧化硅、光阻材料、氮化硅或铝金属材料所构成的原始连续层，再于欲将该原始连续层留下的预定位置上布设一罩层，并进行反应性蚀刻将未受罩层所遮覆的原始连续层去除，并于去除预定位置的原始连续层后，将该罩层去除，仅留下布设在硅基版预定位置上的原始连续层，使其成为具备图形化开口的第三遮蔽层由于此形成图形化第三遮蔽层的制程乃为现有技术，因此仅略为稍作论述。

(E)如图3e所示，图形化硅基版51底面的第一遮蔽层52，换言之，即将该硅基版51底面的第一遮蔽层52形成出一缺口。

(F)如图3f所示，于该硅基版51顶面上布设一第四遮蔽层55，且该第四遮蔽层55形成有一开口对向于该第三遮蔽层54间的开口，即该第四遮蔽层55的开口直接与该硅基板51连通。该第四遮蔽层可由半导体制程中的光刻制程所布设。

(G)如图3g所示，以感应耦合电浆离子蚀刻未受第四遮蔽层55所遮覆的硅基版51，直到二氧化硅夹层56暴露为止，使该硅基版51顶面形成出一嵌入槽511。

(H)如图3h所示，以反应性离子蚀刻位于该嵌入槽511内的二氧化硅夹层56，并去除第四遮蔽层55。

(I)如图3i所示，以感应式电浆离子蚀刻硅基版51，使硅基版51的嵌入槽511加深至一预定的深度，且硅基版51顶面未受第一与第三遮蔽层52、54所遮覆的部位亦受蚀刻，直到二氧化硅夹层56暴露为止，而使该硅基版51的顶面上形成有一容槽512。

(J)如图3j所示，以反应式离子蚀刻将第三遮蔽层54与后来暴露出的二氧化硅夹层56去除。

(K)如图3k所示，以感应式电浆离子蚀刻硅基版51的顶面，使该嵌入槽511的顶缘周边形成出一接合槽513，同时使该嵌入槽511与该容槽512的深度加深，而其中该嵌入槽511是自该硅基版51的顶面蚀穿至其底面。

如此便完成嵌入式微接触元件基座200的制程，请参阅图4所示，即为该基座200的立体图。

当然，如图5所示，基座200亦可通过由在现有的陶瓷基版技术与有机材料基版上以机械加工技术在已完成电路布线的基版上制作组装所需的沟槽，使该基座200成为一表面具备组装沟槽的电路板。亦可在搭配半导体技术在陶瓷基版或有机材料基版上方堆叠出表面为介电特性的定位架构61，更可于陶瓷基版或有机材料基版中包含有电路布线62。

请参阅图6至图7，是本发明所提供第三较佳实施例嵌入式微接触元件100与嵌入式微接触元件基座200间的结合方式，请先参阅图6，首先将该嵌入式微接触元件100的嵌入部45直接由该嵌入式微接触元件基座200的接合槽513中穿入于该嵌入槽511内，同时将接合金属层28与嵌入式微接触元件基座200利用焊接方式接合，由接合金属层28作为该嵌入式微接触元件100与该嵌入式微接触元件基座200电性连接的媒介。再请参阅图7，再利用蚀刻将该嵌入式微接触元件100的牺牲层23去除，使其基版11及与辅助接合部44可与悬臂41及针尖部43分离。

如此一来，嵌入式微接触元件100便可以部分嵌入于该嵌入式微接触元件基座200中的方式，与该嵌入式微接触元件基座200作一稳固的结合。

至此，本发明的嵌入式微接触元件，不仅具有针尖与嵌入式微接触元件基座间接合部位定位精度较高的优点，其主要接点接近顶层，且针体隐入表层，可使维修换针操作时不会损伤针体，具有容易维修操作的优势。同时，本发明嵌入式微接触元件的悬臂与针尖皆为导电体所制成，其电流的耐受性良好。

当然，如图8所示，当嵌入式微接触元件的嵌入部45长度不足贯穿嵌入式微接触元件基座200的凹槽511时，可于嵌入式微接触元件基座200的嵌入槽511中填充一导电材料63，使能作为该嵌入式微接触元件100与外部电路70连通的媒介。

亦可如图9所示，如该嵌入式微接触元件基座200内部已设有电路布线64时，则可由嵌入式微接触元件100的接合金属层28与该电路布线64连接，以与外部电路70导通，此时嵌入槽511可选择不贯穿硅基版51的底面的结构，其深度足以容纳嵌入部45即可。

请参阅图10至图13，其中本发明的嵌入式微接触元件100的嵌入部45(如图10所示)，亦可改采为具备弹性的弹性体结构45’、45”、45”’(如图11至图13所示)，其弹性变形方向将垂直于基版平面，但该弹性体结构制程可利用图2所示第一较佳实施例的类似制程，经由多层电铸与平整化步骤堆叠构成，在此便不多作赘述，该弹性结构45’、45”、45”’更可进一步与外界的电路以接触或接合方式做一电性通连。

请参阅图14至图17所示，其中本发明的嵌入式微接触元件100的悬臂41，亦可由刚性的矩形体改变为其中段呈具有可调整悬臂刚性的转枢结构41’、41”、41”’(如图15至图17所示)，如此一来，当可使用的设计面积过小或厚度尺寸受限，且希望达到较大的针尖形变量时，在可接受其针尖接触力变小的情况下，便可利用具有转枢结构的悬臂来达成此一目的；亦可通过由转枢结构减少整体悬臂结构的刚性，调整不同尺寸的嵌入式微接触元件的刚性使其达到一致。

Claims (5)

1.一种嵌入式微接触元件与嵌入式微接触元件基座的组装结构，其特征在于，包含有：

一嵌入式微接触元件，具有一悬臂、一针尖部及一嵌入部；该悬臂可界定出一第一长侧边及一背向于该第一长侧边的第二长侧边，该针尖部是连接于该第一长侧边一端且与该悬臂呈垂直方向延伸而成，该嵌入部是自该第二长侧边上所垂直延伸而成；

一嵌入式微接触元件基座，具有一基版、一嵌入槽、一容槽及一接合槽；该容槽是自该基版的顶面一处向下延伸一预定的宽度及距离而成，该接合槽是自该基版的顶面的另一处向下延伸而成，该嵌入槽是于接合槽的底部所向下延伸而成；使该嵌入式微接触元件的嵌入部穿入于该嵌入槽中，而该悬臂则局部置入于该接合槽中，使该悬臂未置入于该接合槽中的部分悬空于该容槽中。

2.依据权利要求1所述嵌入式微接触元件与嵌入式微接触元件基座的组装结构，其特征在于，所述该嵌入式微接触元件基座的嵌入槽中填充有一导电材料，使能作为该嵌入式微接触元件与外部电路连通的媒介。

3.依据权利要求2所述嵌入式微接触元件与嵌入式微接触元件基座的组装结构，其特征在于，所述该嵌入式微接触元件与嵌入式微接触元件基座通过由该导电材料而稳固于具备外部电路的元件上。

4.依据权利要求1所述嵌入式微接触元件与嵌入式微接触元件基座的组装结构，其特征在于，所述该嵌入式微接触元件基座内部设有若干的电路布线，使该嵌入式微接触元件可由与该电路布线连接而与外界的电路导通。

5.依据权利要求4所述嵌入式微接触元件与嵌入式微接触元件基座的组装结构，其特征在于，所述该嵌入式微接触元件基座为表面具备组装沟槽的电路板。

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