高密度複合材料探針卡：材料世界網

黃萌祺、周敏傑、高端環 / 工研院機械所；黃建融、李益志 / 南分院

本研究首創玻璃/金屬複合微機電探針，取代傳統全金屬探針，由於玻璃之降伏強度(>9 GPa)遠高於金屬(0.7 GPa)，故可將探針寬度由40 μm縮減至10 μm以下，解決目前金屬探針結構過細(<40μm)時，探針極容易因彎曲應力超過降伏強度而導致永久變形的失效問題。玻璃/金屬複合微機電探針可將探針間距縮小至20 μm以下，探針密度提高，有助於解決目前IC元件電極密度無法縮小之問題。傳統探針卡之電路轉接板使用多層PCB板或多層陶瓷電路板，多層PCB板使用高分子Epoxy等材料，熱膨脹係數大，不易應用於高頻與車用測試需求，且多層陶瓷電路板需要大量印刷模具與治具，使少量多樣之探針卡陶瓷電路板成本高昂，本研究開發之「3D陶瓷電路板製程技術」，使用雷射即可定義線路圖案，無須光罩與高溫製程，同時具備高彈性與節能優勢，且線路寬度可由30 μm縮減至10 μm，相較於傳統製程，大幅降低組裝時間、人力與成本。

【內文精選】

工研院開發之密度倍增材料探針卡

「密度倍增複合材料探針卡」開發了玻璃指叉微懸臂結構、懸臂式玻璃/金屬複合微機電探針、3D陶瓷電路板與雙面對準接合設備與技術，以能達到高密度高精度探針卡需求。

1. 「高深寬比雷射改質蝕刻技術」製作「玻璃指叉微懸臂結構」

在製作方面，本研究創新係運用先進的「高深寬比雷射改質蝕刻技術」，在100 μm厚的可撓性超薄玻璃來製作針寬10 μm的指叉式微小懸臂樑探針結構。製作流程中，高深寬比雷射內部改質是：以波長532 nm的綠光皮秒雷射，搭配不同成像透鏡與旋轉三稜鏡，進行二次縮小投影，將聚焦點光徑縮小，並形成線型焦深(Depth of Focal)的Bessel Beam雷射束；將Bessel Beam打入超薄玻璃內部，引起玻璃內材料變質；後續蝕刻液對於變質的玻璃蝕刻速度較快，未變質的部分蝕刻較慢，因此可以在超薄玻璃上蝕刻出深100 μm、寬10 μm (Pitch 20μm)、長2 mm的指叉式微小懸臂樑探針模組，如圖四所示。

圖四、指叉式玻璃微懸臂結構模組，(a)外觀圖，紅框內為指叉結構； (b)指叉結構放大圖

2. 開發「高硬度三元合金金屬化技術」完成「懸臂式玻璃/ 金屬複合微機電探針」製作

由於玻璃本身為絕緣體，無法直接當成導電探針進行IC電性測試。因此，本研究結合雷射加工與黃光製程，於每一指叉式懸臂結構表面及邊緣上製作導電線路，並以「高硬度三元合金金屬化技術」於每一微懸臂尖端電鍍兩個凸出之尖點，寬度≈5μm，Pitch ≈35 μm，可同時測試2排晶粒。其相關製程如圖五所示---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。