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TW201602589A - 用於測試頭之接觸探針及對應之製造方法 - Google Patents

用於測試頭之接觸探針及對應之製造方法 Download PDF

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TW201602589A
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法勞利拉法爾
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Abstract

說明了一種用於測試電子元件的裝置的測試頭之接觸探針，包括延伸於一接觸尖端部與一接觸頭之間的一本體，該接觸探針包括由至少兩種不同材料製成且對應於一焊接線而接合在一起的至少一個第一區段與一個第二區段。

Description

用於測試頭之接觸探針及對應之製造方法
本發明是指用於測試頭之接觸探針。
特別、但非專屬地，本發明是關於一種插置在整合於一晶圓上以測試電子元件之裝置的測試頭中的接觸探針，下述說明是參照此應用領域而進行，係僅為簡化說明之用。
如同已知，測試頭或探針頭本質上是一種適合將一微結構的複數個接觸墊(特別是整合於晶圓上的電子元件)電性連接至一測試機器的對應通道之裝置，該測試機器係執行它的功能性測試，特別是電性功能性測試，或是一般地執行測試。
對整合元件執行測試特別有用於在製造步驟中偵測及隔離缺陷元件。因此，測試頭通常是用以電性測試整合於晶圓上的元件，這種測試是在鋸切元件及將它們組裝在一晶片封裝體內部之前進行。
測試頭通常包括大量的接觸元件或接觸探針，它們是由具有良好機械與電性特性的特殊合金細線所製成，並且具有至少一個接觸部分以供測試中之元件的對應複數個接觸墊之用。
所謂的垂直式探針頭類型基本上包括由至少一對平板或實質上為彼此平行的平板狀導件所固持的複數個接觸探針。那些導件設有特定孔洞，且是配置為彼此相隔一特定距離，以保留一自由空間或空氣間隙供接觸探針移動與可能的變形。這對導件特別地包括了一上導件與一下導件，兩者都設有個別的導孔，接觸探針係軸向滑動通過導孔，探針通常是由具有良好電性與機械性質的特殊合金細線所製成。
在接觸探針與測試中元件的接觸墊之間的良好連接是藉由將測試頭壓在元件本身上而得以確保。在加壓接觸期間可在製於上下導件中之導孔內部滑動的接觸探針係於兩個導件之間的空氣間隙內產生彎折，並於這些導孔內部產生滑動。
此外，可藉由適當配置探針本身或它們的導件來輔助接觸探針於空氣間隙中彎折，如第1圖中示意說明，在第1圖中，為求簡化說明，圖中係僅描述通常在一測試頭中所含之複數個探針中的其中一個接觸探針，所示測試頭為所謂的偏移平板類型。
特別是，在第1圖中，測試頭1係示意地繪示為包括至少一個上平板或導件2、以及一個下平板或導件3，他們具有個別的上導孔2A及下導孔3A，該至少一個接觸探針4係滑動於其中。
接觸探針4具有至少一個接觸端部或尖端部4A。在這裡及在下文中，用語「端部」或「尖端部」是 說明一端部部分、但不必然是尖銳的。特別是，接觸尖端部4A抵接於測試中元件5的一接觸墊5A上，於該元件與一測試裝置(未示)之間產生電性與機械接觸，測試頭係形成其一終端元件。
在一些例子中，接觸探針是在上導件處固定地連接至頭部本身，在此例中，測試頭被稱為是受阻式探針測試頭。
可替代地，所使用的測試頭具有非固定連接、但藉由微型接觸夾持具與一板件相接之探針：這些測試頭被稱為非受阻式探針測試頭。該微型接觸夾持具通常被稱為「空間轉換器」，因為除了接觸這些探針以外，也可使製於其上的接觸墊對於在測試中元件上的接觸墊於空間上重新分佈，特別是放鬆接觸墊本身的中心之間的距離限制。
在此例中，如第1圖所示，接觸探針4具有朝向空間轉換器6的複數個接觸墊6A之另一接觸尖端部4B(通常是被稱為接觸頭)。藉由將接觸探針4的接觸頭4B壓抵於空間轉換器6的接觸墊6A，即可類似於與測試中元件之接觸方式而確保在探針與空間轉換器之間的良好電性接觸。
如前述已經說明，上導件2與下導件3是由一空氣間隙7予以便利地分隔，而允許接觸探針4的變形並確保接觸探針4的接觸尖端部和頭部可分別接觸測試中 元件5和空間轉換器6的接觸墊。顯然，上導孔2A與下導孔3A之大小應設為可允許接觸探針4在其中滑動。
事實上，應謹記測試頭的適當運作係受限於兩個參數：接觸探針的垂直移動或超程(overtravel)，以及這些探針的接觸尖端部之水平移動或摩擦(scrub)。
因此，在測試頭製造步驟中，應評估及校正這些特性，因為應該要一直確保探針與測試中元件之間的良好電性連接。
也可實現一種具有自一支座突出之接觸探針的測試頭，通常是由陶瓷製成，可經便利地預先變形以於接觸測試中元件的墊片時能確保其固定彎折。此外，這些探針在接觸測試中元件的墊片時會進一步變形。
舉例而言，在以習知技術Cobra製成之測試頭1’的例子中，如第2圖所示，接觸探針4’會具有一預先變形配置，其於已經定義於測試頭1’的停置條件中之接觸尖端部4A和接觸頭4B之間具有偏移。特別是在此例中，接觸探針4’包括一預先變形部分4C，該預先變形部分4C可輔助接觸探針4’的適當彎折，即使在測試頭1’未接觸測試中元件5時。該接觸探針4’進一步於其運作期間變形，亦即在加壓接觸於測試中元件5時。
應注意，對於適當的測試頭運作而言，接觸探針在導孔內部應具有適當的軸向移動自由度。以此方式，也可於單一探針故障時抽取及替換這些接觸探針，而不需被強迫替換整個測試頭。
軸向移動自由度(特別是在探針於導孔內部滑動時)係與測試頭在其運作期間的正常安全性需求呈現對比。
特別是，在利用偏移平板技術製成測試頭的例子中，證實了接觸探針4在測試頭1的維護與清潔操作期間帶來的風險是非常高的，這些操作通常是利用空氣吹送或超音波而進行，因此會對接觸探針4產生機械應力，並促使接觸探針4離開導孔。
同時應強調的是，有許多型態可被廣泛使用，其中接觸探針4的端部部分(分別在接觸尖端部4A和頭部4B處，且特別是包括適合在導孔2A與3A中滑動的探針部分)係相對於這些導孔的軸(通常是與測試中元件所定義平面垂直)而傾斜，以確保接觸尖端部在接觸墊上的必要摩擦。
因此，接觸探針的端部部分關於導孔軸的傾斜會在探針與導孔之間產生適合將探針部分固定於導孔內部的一或多個接觸點。
然而，探針(特別是它們的端部部分)可能會被過度強烈地固定於導孔內部，影響探針本身的滑動自由度，並影響測試頭整體的適當運作。在極端條件下，接觸探針會在導孔內部「卡住」而使測試頭運作完全停止，導致必須要進行更換。
為了消除或至少減少卡在導孔中的探針的這些問題，也已知要使用具有高硬度的傳導材料來塗佈它們 的端部部分，亦即相應於每一探針的接觸端部與頭部的那些部分，特別是使用硬度比製成接觸探針剩餘部分之材料更高的材料。事實上，藉此方式，可降低經塗佈之端部部分和導孔壁部之間的摩擦力，並因而減少與這些端部部分相應之接觸探針磨損。
因此，一般而言，使用具有高硬度的塗佈傳導材料可改良接觸探針在各別導孔內部的滑動。
顯然，塗佈傳導材料是被選擇以具有良好的導電性，因此不會明顯劣化接觸探針所測數值。
同時也已知可藉由多層結構來製造接觸探針，除了順應變形的可能性以外，還可使接觸探針良好運作所需要之不同特性達最佳化，特別是它們的機械強度與導電性，以確保它們與測試中元件和空間轉換器的接觸墊之適當接觸。
更特定地，這些多層探針通常是從多層金屬片材開始加以製造，其中接觸探針是被便利地切割而成，特別是藉由雷射切割。
根據習知技術所製成之多層探針包括一中心或芯部層，其塗有一或多層適合增進探針整體的電性與硬度性能之塗層。
舉例而言，多層探針可包括一芯部(例如由鎢所製成)、塗有一第一高傳導性塗層(例如由金所製成)以及具有高硬度之一第二塗層(例如由銠所製成)，這些第一與第二塗層係排列在芯部的相對側部上。
本發明的技術問題是要提供一種可確保與測試中元件的接觸墊之間有良好電性與機械接觸的接觸探針，其最佳化了熱與電性傳導特性以及機械強度，同時可避免探針受到破壞或卡在各別導孔中的問題，以克服與根據習知技術而製成之測試頭有關的限制與缺失。
本發明之解決構想在於藉由具有高電性及熱傳導性之至少一第一傳導材料與具有高硬度及抗腐蝕性之一第二傳導材料的接合來製造接觸探針。
根據上述解決構想，技術問題係藉由一種用於測試電子元件之裝置的測試頭接觸探針來解決，該接觸探針包括延伸於一接觸尖端部與一接觸頭之間的一本體，該接觸探針包括由至少兩種不同材料製成且對應一焊接線而接合在一起的至少一個第一區段及一第二區段。
更特定地，本發明包括下述其他和任選之特徵，這些特徵可視需要而單獨存在或加以組合。
根據本發明的一個具體實施例，第一區段是由一第一傳導材料製成，第二區段是由一第二傳導材料製成，該第二傳導材料具有比第一傳導材料更高的硬度值。
此外，第二傳導材料具有比第一傳導材料更低的表面粗糙度值。
第一傳導材料也具有低於10μΩ/cm之電阻率，以及大於110W/(m‧K)之熱導率λ。
根據本發明的另一構想，第一傳導材料是選自銅、銀、金或它們的合金之一金屬或一金屬合金，例如銅-鈮或銅-銀之合金，較佳為銅。
更甚者，根據本發明的另一構想，該第二傳導材料具有之硬度值大於維氏量表250Hv(相當於2451.75MPa)，較佳為大於維氏量表400Hv(相當於3922.8MPa)。
此外，第二傳導材料具有低於0.05微米之表面粗糙度Ra，Ra為實際表面輪廓的絕對值偏差相對於平均線的平均值。
根據本發明的另一構想，該第二傳導材料是選自鎳或它的合金之一金屬或一金屬合金，例如鎳-錳、鎳-鈷，或鎢或它的合金，例如鎳-鎢或含有鎢之多層，或鈀或它的合金，例如鎳-鈀或鈀-鎢，或銠或它的合金，較佳為鎢。
更甚者，第一區段包括一預先變形區段。
根據本發明的另一構想，該第一區段包括該接觸探針的接觸頭，而該第二區段包括該接觸探針的接觸尖端部。
更甚者，根據本發明的另一構想，該接觸探針包括對應於一另一焊接線而接合至該第一區段之一另一區段。
特別是，該第一區段關於該接觸探針的縱向軸而排列於中央，該第二區段和另一區段是排列在接觸探針的端部部分處之關於該第一區段的相對側部上。
更特別是，該第二區段包括該接觸尖端部，而該另一區段包括該接觸頭。
另外，該另一區段是由製成第二區段的第二傳導材料所製成，或由不同於製成該第二區段之第二材料的另一傳導材料所製成，該另一傳導材料具有比第一傳導材料更高的硬度值。
根據本發明的另一構想，該另一傳導材料具有比該第一傳導材料更低的表面粗糙度值。
此外，該另一傳導材料具有之硬度值大於維氏量表250Hv(相當於2451.75MPa)，較佳為大於維氏量表400Hv(相當於3922.8MPa)。
該另一傳導材料也具有低於0.05微米之表面粗糙度Ra，Ra為實際表面輪廓的絕對值偏差相對於平均線的平均值。
根據本發明的另一具體實施例，該另一傳導材料為選自鎳或它的合金之一金屬或一金屬合金，例如鎳-錳、鎳-鈷，或鎢或它的合金，例如鎳-鎢或含有鎢之多層，或鈀或它的合金，例如鎳-鈀或鈀-鎢，或銠或它的合金，較佳為鎢。
更甚者，該接觸探針進一步包括由一第三傳導材料製成之一外塗佈層，該第三傳導材料具有比第一和第二傳導材料更高的硬度值。
特別是，該外塗佈層具有之硬度值大於維氏量表500Hv(相當於4903.5MPa)。
根據本發明的另一構想，該外塗佈層是一金屬或一金屬合金，特別是銠、鉑或它的金屬合金，或鈀或它的合金，例如鈀-鈷合金、鈀-鎳合金、或甚至是鎳-磷合金，較佳為銠。
該技術問題也藉由一種用於測試電子元件的裝置的測試頭來解決，該測試頭的特徵在於它包括複數個以上述方式製成之接觸探針。
特別是，該測試頭包括平板狀的陶瓷支座，複數個接觸探針係對應於各別接觸頭而固定地連接至該陶瓷支座。
可替代地，接觸頭包括至少一對導件，其設有各別的導孔，接觸探針係於導孔中滑動。
最後，該技術問題係由一種用於製造上述接觸探針的方法所解決，該方法包括下列步驟：- 製備一多層材料層積體，其係藉由將以一第一傳導材料製成之一第一片材對應於一焊接串焊接至以一第二傳導材料製成之一第二片材而得；及- 實現由該多層材料層積體組成之一接觸探針，以定義在 該第一片材中之該接觸探針的一第一區段及於該第二片材中之該接觸探針的一第二區段，該第一區段與該第二區段係對應於一焊接線而接合，該焊接線是該焊接串的一部分。
根據本發明的另一構想，所述製備該多層材料層積體之步驟包括將由一另一材料製成之一另一片材對應於一另一焊接串而焊接至該第一片材，且其中所述實現之步驟也包括定義在該另一片材中之一另一區段，該第一區段和該另一區段係對應於一另一焊接線而接合，該另一焊接線為該另一焊接串的一部分。
所述焊接步驟可藉由從傳統熔接、包層、硬焊中所選出之製程來進行。
更甚者，該製造方法在所述焊接步驟之後進一步包括一層積步驟。
根據本發明的另一具體實施例，所述於該多層材料層積體中實現該接觸探針之步驟包括一遮罩製程與一後續化學蝕刻，具有一或多道遮罩與蝕刻步驟。
可替代地，所述於該多層材料層積體中實現該接觸探針之步驟包括一雷射切割步驟。
根據本發明之另一構想，該雷射切割步驟包括對應於該接觸探針的輪廓之一切割雷射光束的複數通道。
最後，該雷射切割步驟包括經校正之該切割雷射光束的數個通道，以分隔該多層材料層積體中所使用之具有較大硬度的材料。
根據本發明之接觸探針與測試頭的特性與優點可由本發明的其中一個具體實施例的下述說明產生，這些具體實施例係參照如附圖式而僅作為例示、非限制性實例。
1‧‧‧測試頭
1’‧‧‧測試頭
2‧‧‧上導件
2A‧‧‧上導孔
3‧‧‧下導件
3A‧‧‧下導孔
4‧‧‧接觸探針
4’‧‧‧接觸探針
4A‧‧‧接觸尖端部
4B‧‧‧接觸尖端部/接觸頭
4C‧‧‧預先變形部分
5‧‧‧測試中元件
5A‧‧‧接觸墊
6‧‧‧空間轉換器
6A‧‧‧接觸墊
7‧‧‧空氣間隙
10‧‧‧測試頭
11‧‧‧接觸探針
11A‧‧‧接觸尖端部
11B‧‧‧接觸頭
12‧‧‧上導件
12’‧‧‧外部支座
12A‧‧‧上導孔
12B‧‧‧焊接區域
13‧‧‧測試中元件
13A‧‧‧接觸墊
14‧‧‧預先變形區段
15‧‧‧空氣間隙
16‧‧‧下導件
16A‧‧‧下導孔
18‧‧‧空間轉換器
18A‧‧‧接觸墊
19‧‧‧偏移區段
20‧‧‧第一區段
21‧‧‧第二區段
21’‧‧‧另一區段
22‧‧‧焊接線
22’‧‧‧焊接線
23‧‧‧多層材料層積體
24‧‧‧第一片材
25‧‧‧第二片材
25’‧‧‧另一片材
26‧‧‧焊接串
26’‧‧‧焊接串
27‧‧‧專用雷射設備
28‧‧‧切割雷射束
在這些圖式中：- 第1圖示意說明根據習知技術而製成的垂直式探針測試頭之接觸探針；- 第2圖示意說明根據習知技術而製成的Cobra技術測試頭之接觸探針；- 第3A圖與第3B圖示意說明一種測試頭，它包括根據本發明的一個具體實施例之自由本體接觸探針；- 第4圖示意說明一種測試頭，它包括根據本發明另一具體實施例之垂直技術接觸探針；- 第5圖示意說明了在製造過程中的第3A圖之測試探針；及- 第6圖示意說明了在製造過程中的第4圖之測試探針。
參照這些圖式，特別是第3A圖和第3B圖，現將說明一種用於測試電子元件之裝置的測試頭之接觸探針，其中該電子元件是整合在一晶圓上。
應注意的是，這些圖式是說明根據本發明之接觸探針的示意圖，它們並未以實際比例繪製，而是僅為了 強調本發明的重要特徵而繪製。在圖式中，係示意地繪示了不同的部分，它們的形狀能夠根據所需應用而變化。此外，關於一個具體實施例而說明且繪示於一個圖式中之權宜變化也可用於其他圖式中所示的其他具體實施例中。
為求簡化，測試頭10被繪示為僅包括一個接觸探針11，逐個包括至少一個接觸尖端部11A，其適以抵接至測試中元件13的接觸墊13A上。
接觸探針11也包括一頭部，也稱為接觸頭11B，在此例中係接合於至少一個上平板或導件12的導孔12A中。接觸頭11B係抵接於一空間轉換器的接觸墊上，即如同於未鎖定之垂直式探針的情形，或是也可固定地連結(例如焊接)至一陶瓷支座，即如同從此一支座突出之探針的情形。
特別是，在第3A圖所示實例中，接觸探針11是一自由本體探針，且它的接觸頭11B是被上導件12的導孔12A所圍罩。也可使用要被焊接至一外部支座12’之自由本體類型的接觸探針11，作為對一測試裝置(未示)的介面，如第3B圖中所示意說明者。在那樣的情形下，在接觸頭11B處的接觸探針11具有用於該外部支座12’之一焊接區域12B。
接觸探針11也包括排列在上導件12或外部支座12’和測試中元件13之間、對應於一空氣間隙15之一預先變形區段14，其中，如同關於習知技術之說明，該 預先變形區段14會在接觸尖端部11A被加壓連接於測試中元件13的接觸墊13A上時進一步變形。
根據本發明的一個構想，該接觸探針11包括至少一個第一區段20與一個第二區段21，它們是由兩種不同材料製成，並且對應於一焊接線22而接合在一起，以形成接觸探針11。特別是，第一區段20包括接觸探針11的接觸頭11B，而第二區段21包括接觸探針11的接觸尖端部11A。便利地，第一區段20也包括預先變形區段14。
應強調的是，用語「焊接」是用以具體指明在第一與第二區段之間的固化、可藉由一傳統熔接製程或藉由包層製程或藉由硬焊而得之固化。
第一區段20是由具有高電性與熱傳導性數值的一第一傳導材料所製成，特別是選自銅、銀、金或它們的合金的一種金屬或金屬合金，例如銅-鈮或銅-銀之合金，較佳為銅。特別是，該第一傳導材料具有低於10μΩ/cm之電阻率數值，以及大於110W/(m‧K)之熱導率λ之數值。
第二區段21則是由具有比第一傳導材料更高的硬度值之一第二傳導材料所製成。更甚者，第二傳導材料具有比第一傳導材料低的表面粗糙度值。特別是，第二傳導材料是選自鎳或它的合金之一金屬或一金屬合金，例如鎳-錳、鎳-鈷，或鎢或它的合金，例如鎳-鎢或含有鎢之多層，或鈀或它的合金，例如鎳-鈀或鈀-鎢，或銠或它 的合金，較佳為鎢。特別是，該第二傳導材料具有之硬度值大於維氏量表250Hv(相當於2451.75MPa，利用轉換式Hv x 9,807=MPa)，較佳為大於維氏量表400Hv(相當於3922.8MPa)。
更甚者，第二傳導材料具有低於0.05微米之表面粗糙度Ra(Ra為實際表面輪廓的絕對值偏差相對於平均線的平均值)。
應強調的是，具有高導電性(亦即低阻率)的第一區段20的存在修飾了接觸探針的電性行為。
事實上，該高導電率區段(例如由銅所製成)的存在有效地實現了與接觸探針11的第二區段21的電組串聯之電阻。換言之，其係如同於當接觸探針11是由傳導性為第一區段20的第一傳導材料的傳導性和第二區段21的第二傳導材料的傳導性的平均值之材料所製成。
因此，藉此方式，接觸探針11能比傳統探針(例如完全由鎢所製成)承受更高的電流密度，因為施加至接觸探針11的大部份電流是被帶到具有高傳導性或較低電阻的第一區段20中。
最後，具有高傳導性之第一區段20的第一傳導材料的存在確保了接觸探針11的較佳散熱性。
第二區段21的第二傳導材料則是經選擇以具有比第一傳導材料更高的硬度值，因而改善了接觸尖端部11A(製作在第二區段21處)在測試中元件13的接觸墊13A上的滑動。藉此方式，可延長探針的使用壽命，為大 量測試運作(其中接觸尖端部11A係加壓接觸於測試中元件13的接觸墊13A上)以及對尖端部本身所執行的通常涉及摩擦布的數次清潔與重新成形(所謂的清潔「觸地」)之後確保了探針的適當運作。
也應強調的是，接觸探針11的接觸尖端部11A(製於第二區段21中，因而由第二高硬度材料所製成)同時也在用以接觸由非常硬質的材料所製成的墊片(例如銅柱和微型銅柱)時、以及在尖端部本身於特定摩擦布上之許多次清潔「觸地」之後，能有利地保持它的形狀。
根據一個替代具體實施例，接觸探針11也包括一外塗佈層(未示)。特別是，該外塗佈層係由硬度比製成第一區段20和第二區段21的第一與第二傳導材料更高的一第三傳導材料所製成，特別是，硬度值大於維氏量表500Hv(相當於4903.5MPa)。較佳為，第三傳導材料是一金屬或一金屬合金，特別是銠、鉑或它的金屬合金，或鈀或它的合金，例如鈀-鈷合金、鈀-鎳合金、或甚至是鎳-磷合金。在本發明的一個較佳具體實施例中，外塗佈層是由銠所製成。
應強調第三傳導材料是經過選擇以具有良好的導電性，特別是電阻率低於10μΩ/cm，因此不會明顯劣化接觸探針所測得之數值。此外，外塗佈層可提供接觸探針11甚至較大的外部硬度，特別是在其接觸尖端部11A處。
實質上，外塗佈層一般係增進了接觸探針11整體的機械性能。
可替代地，如第4圖所示，根據本發明之接觸探針11可具垂直類型，並可插置到至少一對平板的各別導孔中，被輕易地移位。
事實上，在那樣的情況下，如關於習知技術所述，除了上平板或導件12以外，測試頭10還包括下平板或導件16，它們具有個別的上導孔12A和下導孔16A，其中至少一個接觸探針11係於導孔中滑動。
同樣也在那樣的情況下，接觸探針11具有適合抵接於測試中元件13的接觸墊13A上的至少一個接觸端部或尖端部11A。
在那樣的情況下，接觸探針11具有朝向一空間轉換器18的複數個接觸墊18A之另一接觸尖端部，通常是稱為接觸頭且於第4圖中被標示為11B。可以類似於接觸墊與測試中元件的方式來確保探針與空間轉換器之間的良好電性接觸，即藉由將接觸探針11的接觸頭11B壓抵空間轉換器18的接觸墊18A上。
如已關於習知技術所說明，上導件12和下導件16之間便利地分隔一空氣間隙15，該空氣間隙15允許接觸探針11的變形，並且確保接觸探針11的接觸尖端部和接觸頭分別接觸測試中元件13及空間轉換器18的接觸墊。顯然，上導孔12A與下導孔16A之大小應設以使得接觸探針11能於其中滑動。
此外，接觸探針11具有一偏移區段19，該偏移區段19是藉由上導件12和下導件16的適當偏移而得，且是於測試頭10運作期間變形，特別是當接觸尖端部11A加壓接觸於測試中元件13的接觸墊13A上且接觸頭11B加壓接觸於空間轉換器18的接觸墊18A上時。
根據如第4圖所示之本發明的一個具體實施例，在該例中接觸探針11包括第一區段20與第二區段21、以及一另一區段21’。
特別是，第一區段20是對應於接觸探針11的縱向軸中心而排列且包括偏移區段19，而第二區段21和另一區段21’是排列在第一中心區段20的相對側部上，特別是對應於接觸探針11的端部部分。更特別是，第二區段21包括接觸探針11的接觸尖端部11A，而該另一區段21’包括接觸探針11的接觸頭11B。
便利地，這些中心區段20與端部區段21、21’是由至少兩種不同材料所製成，並且對應於焊接線22、22’而接合在一起，以形成接觸探針11。特別是，第一區段20係對應於接合線22而接合至第二區段21，並對應於接合線22’而接合至另一區段21’。
應強調的是，藉由根據本發明之接觸探針11的區段型態，僅有端部部分會接觸包括接觸探針11之測試頭的平板狀導件中所設之導孔。
便利地，同樣根據這個具體實施例，第一區段20是由具有高電性與熱傳導性數值的一第一傳導材料所 製成，特別是選自銅、銀、金或它們的合金之一金屬或一金屬合金，例如銅-鈮或銅-銀之合金，較佳為銅。特別是，第一傳導材料具有低於10μΩ/cm之電阻率，以及大於110W/(m‧K)之熱導率λ。
第二區段21與該另一區段21’都是由第二傳導材料所製成，該第二傳導材料具有比第一傳導材料更高的硬度值。更甚者，第二傳導材料也具有比第一傳導材料更低的表面粗糙度。特別是，第二傳導材料是選自鎳或它的合金之一金屬或一金屬合金，例如鎳-錳、鎳-鈷，或鎢或它的合金，例如鎳-鎢或含有鎢之多層，或鈀或它的合金，例如鎳-鈀或鈀-鎢，或銠或它的合金，較佳為鎢。特別是，第二傳導材料具有之硬度值大於維氏量表250Hv(相當於2451.75MPa)，較佳為大於維氏量表350Hv(相當於3432.45MPa)。更甚者，第二傳導材料具有低於0.05微米之表面粗糙度Ra(其中Ra為實際表面輪廓的絕對值偏差相對於平均線的平均值)。
可替代地，該另一區段21’係由製成第二區段21的第二傳導材料以外之另一傳導材料所製成。該另一傳導材料也經選擇，以具有比第一傳導材料更高的硬度值。此外，該另一傳導材料具有低於第一傳導材料更低的表面粗糙度。同樣地，該另一傳導材料為選自鎳或它的合金之一金屬或一金屬合金，例如鎳-錳、鎳-鈷，或鎢或它的合金，例如鎳-鎢或含有鎢之多層，或鈀或它的合金，例如鎳-鈀或鈀-鎢，或銠或它的合金，因此較佳為鎢，且 具有之硬度值大於維氏量表250Hv(相當於2451.75MPa)，較佳為大於維氏量表400Hv(相當於3922.8MPa)。此外，該另一傳導材料具有低於0.05微米之表面粗糙度Ra(Ra為實際表面輪廓的絕對值偏差相對於平均線的平均值)。
藉此方式，當接觸探針11滑動地組裝在設於平板狀導件(特別是陶瓷材質)的導孔中時，在運作期間即不會發生探針本身的磨損或「刮傷」。
此外，如先前所述，在用以接觸非常硬質材料製成(例如銅柱或微型銅柱)之墊片時，以及在尖端部本身於特定摩擦布上清潔「觸地」許多次之後，由該另一材料製成之接觸尖端部11A係仍有利地保持其形狀。
測試頭將包括複數個探針，這些探針具有根據本發明之接觸探針11的類型。特別是，此測試頭可包括一平板狀支座，特別是陶瓷材質，複數個接觸探針係於探針頭處固定地連接至支座，而探針尖端部係自由地從平板狀支座突出，以抵接於測試中元件的對應複數個接觸墊上，如第3A圖與第3B圖所示，其僅示出一個接觸探針11。
可替代地，測試頭可包括彼此相對地分隔之一上導件與一下導件，以定義一空氣間隙並設有各別上導孔與下導孔，複數個接觸探針係於上導孔與下導孔中滑動，如第4圖所示，其僅示出一個接觸探針11。
本發明也是指一種用於製造具上述類型之接觸探針11的方法。
用於製造例如具有如第3圖所示類型之接觸探針11的方法特別是包括下列步驟：- 製備一多層材料層積體23，其係藉由將以一第一傳導材料製成之一第一片材24對應於一焊接串26焊接至以一第二傳導材料製成之一第二片材25而得；及- 實現由該多層材料層積體23組成之一接觸探針11，以定義在該第一片材24中之該接觸探針11的一第一區段20及於該第二片材25中之該接觸探針11的一第二區段21，該第一區段20與該第二區段21係對應於一焊接線22而接合，該焊接線22是該焊接串26的一部分。
同樣在該例中，用語「焊接」是用以具體指明在第一與第二片材之間的固化，以形成該多層材料層積體23，固化可藉由一傳統熔接製程或藉由包層製程或藉由硬焊而得。
製造方法也包括另一層積步驟，特別是在固化之後平面化該多層材料層積體23，例如移除多層材料層積體23本身在焊接之後殘留的任何表面不均勻物。
更甚者，所述於該多層材料層積體23中實現該接觸探針11之步驟係藉由雷射切割、或藉由一遮罩製程與一後續化學蝕刻而實施，其具有一或多道遮罩與蝕刻步驟。
如第5圖所示，雷射切割步驟可藉由例如專用雷射設備27來實施，該專用雷射設備27可將一切割雷射束28引導於該多層材料層積體23上。
在一非常類似的方式中，可藉由一種包括下列步驟之製程來製造具有如第4圖所示類型之接觸探針11：- 製備一多層材料層積體23，其係藉由將以一第一傳導材料製成之一第一片材24對應於一焊接串26焊接至以一第二傳導材料製成之一第二片材25及對應於一另一焊接串26’焊接至以一另一材料製成之一另一片材25’而得；及- 實現由該多層材料層積體23組成之一接觸探針11，以定義在該第一片材24中之該接觸探針11的一第一區段20、在該第二片材25中之該接觸探針11的一第二區段21及在該另一片材25’中之一另一區段21’，該第一區段20與該第二區段21係對應於一焊接線22而接合，該焊接線22是該焊接串26的一部分，且該第一區段20與該另一區段21’係對應於一另一焊接線22’而接合。
同樣在該例中，用語「焊接」是用以具體指明在第一與第二片材之間的固化，以形成該多層材料層積體23，固化可藉由一傳統熔接製程而得，或者是也可藉由包層製程或藉由硬焊而得。
該方法也包括另一層積步驟，特別是，在固化之後平面化該多層材料層積體23，例如移除多層材料層積體23本身在焊接之後殘留的任何表面不均勻物。
更甚者，所述於該多層材料層積體23中實現該接觸探針11之步驟係藉由雷射切割、或藉由一遮罩製程與一後續化學蝕刻而實施，其具有一或多道遮罩與蝕刻步驟。
此外，在該例中，如第6圖所示，雷射切割步驟可藉由例如專用雷射設備27來實施，該專用雷射設備27可將一切割雷射束28引導於該多層材料層積體23上。
應強調的是，實際從多層材料層積體23切割與分離接觸探針11係包括對應於該接觸探針11的輪廓之切割雷射束28的複數個通道。
更甚者，已知為製造多層材料層積體23之片材而使用不同材料，切割雷射束28的數量可根據考量之材料而有所不同，特別是對於硬度較大的材料而言，切割雷射束28的數量亦較大。
在一個較佳具體實施例中，該製造方法包括經校正之切割雷射光束28的數個通道，以分隔該多層材料層積體23中所使用之具有較大硬度的材料。
最後，根據本發明，有利的是可得到具有高傳導率區段的接觸探針，它能增加探針可承受的電流密度，並增進散熱性，焊接至對應於測試中裝置的接觸墊而排列之較高硬度區段，並能增進接觸尖端部在接觸墊上方的滑動及延長探針使用壽命，同時在於導孔中滑動的探針部分處可避免探針上的刮傷或避免探針本身卡住。
更甚者，接觸探針可包括一外塗佈層，外塗佈層具有更高的硬度，且一般係可增進探針的機械性能。
此外，因有增進的接觸探針性能(例如藉由高傳導性層而得之增進的電流能力)以及外塗佈層的硬度，可減少探針的截面積以及長度，例如可比用於類似應用的習知探針減少達一半。立即清楚得知探針長度減少、性能相當是如何能夠降低RLC寄生效應(且特別是電感值)，具有關於接觸探針整體性能、特別是隨頻率之優勢。
最後，便利地，根據本發明之探針可藉由雷射切割由焊接不同材料的片材所得之一多層材料層積體並使用數道通道之切割雷射束而製得，所述數道通道之切割雷射束係基於欲切割之材料(特別是在形成多層材料層積體的材料中具有最高硬度者)而進行校正。
顯然，對於上述接觸探針，基於滿足特定需求與規格之目的，發明所屬領域中具有通常知識者將能夠進行數種變化與修飾，所有變化與修飾都被包含在如附申請專利範圍所定義之本發明的保護範疇中。
10‧‧‧測試頭
11‧‧‧接觸探針
11A‧‧‧接觸尖端部
11B‧‧‧接觸頭
12‧‧‧上導件
12A‧‧‧導孔
12B‧‧‧焊接區域
13‧‧‧測試中元件
13A‧‧‧接觸墊
14‧‧‧預先變形區段
15‧‧‧空氣間隙
20‧‧‧第一區段
21‧‧‧第二區段
22‧‧‧焊接線

Claims (21)

  1. 一種用於測試電子元件之一裝置的一測試頭之接觸探針(1)，該接觸探針包括延伸於一接觸尖端部與一接觸頭(11A、11B)之間的一本體，該接觸探針(11)包括由至少兩種不同材料製成且對應一焊接線(22)而接合在一起的至少一個第一區段(20)及一第二區段(21)。
  2. 如請求項1所述之接觸探針，其特徵在於該第一區段(20)是由一第一傳導材料製成，且在於該第二區段(21)是由一第二傳導材料製成，該第二傳導材料具有大於該第一傳導材料之硬度值。
  3. 如請求項2所述之接觸探針，其特徵在於該第一傳導材料是選自銅、銀、金或它們的合金之一金屬或一金屬合金，例如銅-鈮或銅-銀之合金，較佳為銅。
  4. 如請求項2所述之接觸探針，其特徵在於該第二傳導材料具有之硬度值大於維氏量表250Hv(相當於2451.75MPa)，較佳為大於維氏量表400Hv(相當於3922.8MPa)。
  5. 如請求項2所述之接觸探針，其特徵在於該第二傳導材料是選自鎳或它的合金之一金屬或一金屬合金，例如鎳-錳、鎳-鈷，或鎢或它的合金，例如鎳- 鎢或含有鎢之多層，或鈀或它的合金，例如鎳-鈀或鈀-鎢，或銠或它的合金，較佳為鎢。
  6. 如請求項1所述之接觸探針，其特徵在於該第一區段(20)包括該接觸探針(11)的該接觸頭(11B)，且該第二區段(21)包括該接觸探針(11)的該接觸尖端部(11A)。
  7. 如請求項1所述之接觸探針，其特徵係包含對應於一另一焊接線(22’)而接合至該第一區段(20)的一另一區段(21’)。
  8. 如請求項7所述之接觸探針，其特徵在於該第一區段(20)係排列於該接觸探針(11)的一縱向軸中央，且該第二區段(21)與該另一區段(21’)係相對於該第一區段(20)而排列在該接觸探針(11)的端部處。
  9. 如請求項8所述之接觸探針，其特徵在於該第二區段(21)包括該接觸探針(11)的該接觸尖端部(11A)，且該另一區段(21’)包括該接觸探針(11)的該接觸頭(11B)。
  10. 如請求項7所述之接觸探針，其特徵在於該另一區段(21’)是由製成該第二區段(21)的該第二傳導材料所製成。
  11. 如請求項7所述之接觸探針，其特徵在於 該另一區段(21’)是由與製成該第二區段(21)的該第二傳導材料不同之一另一傳導材料所製成，該另一傳導材料具有大於該第一傳導材料之硬度值。
  12. 如請求項11所述之接觸探針，其特徵在於該另一傳導材料為選自鎳或它的合金之一金屬或一金屬合金，例如鎳-錳、鎳-鈷，或鎢或它的合金，例如鎳-鎢或含有鎢之多層，或鈀或它的合金，例如鎳-鈀或鈀-鎢，或銠或它的合金，較佳為鎢。
  13. 如請求項1所述之接觸探針，其特徵在於它進一步包括由一第三傳導材料製成之一外塗佈層，該第三傳導材料具有大於該第一與第二傳導材料之硬度值。
  14. 如請求項13所述之接觸探針，其特徵在於該外塗佈層是一金屬或一金屬合金，特別是銠、鉑或它的金屬合金，或鈀或它的合金，例如鈀-鈷合金、鈀-鎳合金、或甚至是鎳-磷合金，較佳為銠。
  15. 一種用於測試電子元件之一裝置的測試頭，其特徵在於包括複數個如前述任一請求項所述之接觸探針(11)。
  16. 一種用於製造如請求項1至14中任一項所述之一接觸探針(11)的方法，包括下列步驟：- 製備一多層材料層積體(23)，其係藉由將以一 第一傳導材料製成之一第一片材(24)對應於一焊接串(26)焊接至以一第二傳導材料製成之一第二片材(25)而得；及- 實現由該多層材料層積體(23)組成之一接觸探針(11)，以定義在該第一片材(24)中之該接觸探針(11)的一第一區段(20)及於該第二片材(25)中之該接觸探針(11)的一第二區段(21)，該第一區段(20)與該第二區段(21)係對應於一焊接線(22)而接合，該焊接線(22)是該焊接串(26)的一部分。
  17. 如請求項16所述之方法，其中所述製備該多層材料層積體(23)之步驟包括下列步驟：將由一另一材料製成之一另一片材(25’)對應於一另一焊接串(26’)而焊接至該第一片材(24)，且其中所述實現之步驟也包括下列步驟：定義在該另一片材(25’)中之一另一區段(21’)，該第一區段(20)和該另一區段(21’)係對應於一另一焊接線(22’)而接合，該另一焊接線(22’)為該另一焊接串(26’)的一部分。
  18. 如請求項16所述之方法，其中所述於該多層材料層積體(23)中實現該接觸探針(11)之步驟包括一遮罩製程與一後續化學蝕刻，具有一或多道遮罩與蝕刻步驟。
  19. 如請求項16所述之方法，其中所述於該多層材料層積體(23)中實現該接觸探針(11)之步驟包括一雷射切割步驟。
  20. 如請求項19所述之方法，其中該雷射切割步驟包括對應於該接觸探針(11)的輪廓之一切割雷射光束的複數通道。
  21. 如請求項20所述之方法，其中該雷射切割步驟包括經校正之該切割雷射光束(28)的數個通道，以分隔該多層材料層積體(23)中所使用之具有較大硬度的材料。
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