TWI220162B - Integrated compound nano probe card and method of making same - Google Patents

Description

1220162 玖、發明說明 (發明說明應政明：备明恥一 — 明） 斤屬之技術領域、先前技術、內容、實施方式及_式簡單說 《技術領域》 ^發月係與電子元件之針測裝置及其製造方法有關， 特别疋關於-種積體化複合奈米探針卡，以及其製造方 《先前技術》 10 β 化用以針測電子元件之電路功能的探針 卡概/刀有懸臂樑式（cantilever type )及垂直式（vertical =pe)兩類’此二類探針卡之探針係為鶴針、錯針或皱鋼 人工逐根組裴的方式被裝設在印刷電路板上，縣臂 ::;⑽卡之探針間距約為一而垂直式探針卡= "St 1〇Γ，該二者之探針間距因製造技術之瓶 續已難再縮小’因此，將無法滿足未來奈米電子元件之針 測^求。再者，由於上述二類探針卡之探針係以人工方式 組裝於印刷電路板上，所以其製造成本將隨著探針^ (PinC_tS)而提高，此點，亦使得上述習知探針卡命 來愈不符合未來需求。 咏針卡愈 2國第6232706號專利提供了 _種利用奈米㈣成形 多數密集佈設多數針體於一基板上之方法，其主要二 基板的-多孔狀表面上佈設一觸媒材料，使該== 該表面上形成多數呈預定方式排列之觸媒帶，再將 媒帶曝露在一高溫及具有含碳氣體之環境中， 了 便该等觸媒 20 1220162 帶與該氣體產生化學反應，而於各該觸媒帶上結晶長成一 束實質上平行之奈米碳管。 上述第63232706號專利所製造之多數針體具有下列 優點，即：1.非常小的間距；2.該等針體之製造成本不因 5 針體數量所影響。然而，上述各該針體因各奈米碳管間缺 乏相互的連結關係而使其結構鬆散，進而使得該等針體之 物理及電氣性能降低；又，碳質材料之抗撞擊性不足，使 得容易在壓觸它物時斷裂。因此，該案所製成之針體並不 適合作為探針卡之探針。 10 另外，美國第5903161號專利案則揭露一以氣相沈積 法製成之奈米矽柱針體的結構，該針體具有一奈米矽柱， 並於該矽柱周圍表面上設有一金屬彼覆層；由於矽柱之電 傳導性不佳，且因該金屬披覆層僅為彼覆於該矽柱表面之 一薄層，故其電傳導面積又不足，所以此種探針之電傳導 15 性不佳。 《發明内容》 有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種複合探 20 針，係一具有良好之物理性能及電氣性能者。 用以達成上揭之發明目的，本發明所提供之複合探針 具有一束實質上平行的奈米管或奈米柱、以及結合於該束 上且滲入該等奈米管或奈米柱之間隙中的結合材料。 本發明之另一目的在於提供一種積體化複合奈米探針 1220162 卡，係一其探針間距小且製造成本不因探針數量之增加而 提高者。 用以達成上揭之發明目的，本發明所提供之一種積體 化複合奈米探針卡包含有： 5 一基層，其具有一正面及一背面； 多數奈米探針，各該探針具有一束實質上平行的奈米 管或奈米柱、以及結合於該束上且滲入該等奈米管之間隙 中的結合材料，各該探針具有一基端及一末端；該等探針 係分布設於該基層上，使各該探針之基端曝出該基層之背 10 面，且使其末端凸伸出基層之正面。 本發明之再一目的在於提供一種積體化複合奈米探針 卡之製造方法，係可縮小探針間距，提昇探針之物理及電 氣性能，且可打破製造成本與針數成正比之限制者。 用以達成上揭之發明目的，本發明所提供之積體化複 15 合奈米探針卡之製造方法，其包含有下列步驟： 一、 準備一基板，該基板具有一多孔狀表面； 二、 將一觸媒材料依一預定之佈局佈設於該基板之 該多孔狀表面上，而於該表面上形成多數觸媒帶； 三、 將該等觸媒曝露於一高於常溫且具預定氣體的 20 環境中，使各該觸媒帶上生成一束實質上平行的奈米管或 奈米柱； 四、 著覆一結合材料於各該束上，並使該結合材料 滲滲入該等奈米管或奈米柱之間隙中。 -4- 1220162 《實施方式》 以下，茲配合下列圖示詳細說明本發明·· 第一圖係完成本發明方法第一步驟後之基板的剖視 5 圖 第二圖係完成本發明方法第二步驟後之基板的上視 圖 第三圖係完成本發明方法第三步驟後之基板及奈米 碳管束的剖視圖 10 第四圖係完成本發明方法第四步驟後之基板及複合 探針的剖視圖 第五圖係第四圖A部份之放大圖 第六圖係沿第五圖第6-6線之剖視圖 第七圖係完成本發明方法第五步驟後之基板、複合 15 探針及基層的剖視圖 第八圖係完成本發明方法第六步驟後之基層及複合 探針的剖視圖 請參閱第一〜四圖，本發明方法一較佳實施例之複合 奈米探針卡之製造方法，係包含有下列步驟： 20 一、 準備一 p-doped n+-type si(100)基板 1 〇，以 氫氟酸溶液、翻為陰極對該基板1 0之一表面1 1進行電 化學蝕刻，使該表面1 1上形成多孔結構，其中每一孔1 2之直徑在3nm以下，如第一圖所示。 二、 以微影（lithography)和蒸鑛（evaporation)技 1220162 術，將一觸媒材料呈矩陣狀佈設於該表面1 1上，而於該 表面1 1上形成多數的觸媒帶20，且每一觸媒帶2 0中 密佈著多數微細的觸媒基2 1 ;在本實施例中係採用Fe 為觸媒材料，如第二圖所示。 5 三、 將該基板1 0放置入一氣相沈積（CVD )之 爐管中，適度地昇高該爐管中之溫度，並導入含碳氣體， 於本實施例中係導入QH2氣體，使該等觸媒基2 1與該 氣體產生化學反應，而各於該觸媒帶2 〇中結晶長成一束 3 0實質上平行且垂直該表面的奈米碳管3 1，如第三圖 10 所示。 四、 著覆一結合材料於各該束3 0上，並使該結 合材料滲入該等奈米碳管3 1之間隙中。在本實施例中， 係利用電鍍法著附一電氣特性及機械特性佳之金屬材料4 0 (在本實施例中係採用銅）於各該束3 〇上，使該金屬 15材料4 0包覆各該束3 0，並滲入各該奈米碳管3 1之間 隙中，而各形成一複合探針5 〇，如第四圖所示。 請參閱第五、六圖，藉由上述之方法所形成之複合碳 針5 0，其具有一束3 〇之實質上平行的奈米碳管3工、 以及包覆於該束3 0 (如第五圖所示）且滲入該等奈米碳 20管3 1之間隙中（如第六圖所示）之金屬材料4 〇。藉此 結構，各該束3 0係受該金屬材料4 〇包覆，且各該奈米 石反官3 1間亦文渗入其間之金屬材料4 〇連結，如此，使 各該複合探針5 0之結構緊密，而具有良好的機械、物理 及電氣特性。 -6- 1220162 完成上述第四個步驟後，各該複合探針5 0分別具有 一基端及一末端，且該基端係隔介該觸媒帶連結於該基板 1 0之該表面1 1上。 請再參閱第七、八圖，在完成上述四個步驟後，可繼 5 續進行下列步驟： 五、 以液態環氧樹脂鋪設於該基板1 0之該表面 1 1上，使該液態環氧樹脂包覆各該複合探針5 0之基 端，待該環氧樹脂固化後形成一基層6 0，如第七圖所示。 六、 除去該基板1 0，此時該基層6 0具有一正 10 面61及一背面62,且各該探針5 0之基端曝出該基層 6 0之背面6 2，且而末端則位於該基層6 0之正面6 1 的相對上方；於曝出該基層6 0背面6 2之各該複合探針 5 0的基端上製作形成一金屬凸塊7 0(如第八圖所示）， 則可以該等金屬凸塊7 0直接或間接地導接該於一印刷電 15 路板上，形成一探針卡。 藉由以上之說明可知，由於本發明方法係利用奈米技 術一次成形出多數複合探針，所以各該複合探針間之間距 可大幅縮小，使利用本發法所製成之探針卡可適用於奈米 電子元件之針測作業。 20 其次，由於該等複合探針係一次同時成形，故可打破 製造成本與探針針數成正比之限制，大幅降低製造成本。 另外，運用本發明方法所製成之各該探針因具有較佳 之結構，故具有良好的機械、物理及電氣特性。 另外，上述步驟二所使用之觸媒材料和該步驟三所導 1220162 入該爐管中之氣體除了分別可為Fe和C2H2外，亦可為其 它材料和氣體，例如，若以Au為觸媒材料，且以SiCU+H2 導入該爐管中，則可於該觸媒帶中結晶長成一束實質上平 行且垂直該表面的奈米矽柱。 5 另外，本發明方法中用以成形該等束奈米管或奈米柱 的方法，除了上述實施例第三步驟所採用之氣相沈積法 外，更可應用其它方法如電弧放電法（arc_discharge )或 雷射蒸鍵法（laser evaporation)等為之。 至於本發明方法中用以結合各束之奈米管或奈米柱的 10 結合材料，亦可依需求而採用金、鎳、鎳合金、銀、鎢合 金、銅、鈀等；當然，除了上述導電性金屬材料外，於上 述實施例中，由於該等奈米碳管具有良好的導電性，故該 結合材料亦可採絕緣材料如橡膠等，而結合於各該束上 時，僅需彼覆於各該束之周側表面上並滲入該等奈米碳管 15 之間隙中，而露出各該束之頂部供電氣導接用。 除此之外，舉凡依據本發明專利範圍所為之等效實 施，均符合本發明之創作精神。 1220162 《圖示之簡單說明》 10

第一圖係完成本發明方法第一步驟後之成品的剖視圖 第二圖係完成本發明方法第二步驟後之成品的上視圖 第三圖係完成本發明方法第三步驟後之成品的剖視圖 第四圖係完成本發明方法第四步驟後之成品的剖視圖 第五圖係第四圖A部份之放大圖 第六圖係沿第五圖第6-6線之剖視圖 第七圖係完成本發明方法第五步驟後之成品的剖視圖 第八圖係完成本發明方法第六步驟後之成品的剖視圖

-9- 1220162 《主要元件符號說明》 基板1 0 表面1 1 5 孔1 2 觸媒帶2 0 觸媒基2 1 束3 0 奈米碳管3 1 10 金屬材料4 0 複合探針5 0 基層6 0 正面6 1 背面6 2 15 金屬凸塊70

Claims (1)

1220162 拾、申請專利範圍 1 · 一種積體化複合奈米探針卡之製造方法，其包 含有下列步驟： 一、準備一基板，該基板具有一多孔狀表面； 5 二、將一觸媒材料依一預定之佈局佈設於該基板之該 多孔狀表面上，而於該表面上形成多數觸媒帶，且各該觸 媒帶中密佈有多數微細的觸媒基； 三、 將該等觸媒帶曝露於一高於常溫且具預定氣體的 環境中，使各該觸媒基與該氣體產生化學反應，而於各該 10 觸媒帶上生成一束實質上平行的奈米管或奈米柱； 四、 著覆一結合材料於各該束上，並使該結合材料滲 入該等奈米管或奈米柱之間隙中。 2 · 依申請專利範圍第1項所述之積體化複合奈米 探針卡之製造方法，在該第一步驟中，該基板係一 p-doped 15 n+-type si(100)基板，且利用氫氟酸溶液、鉑為陰極對該 基板之一表面進行電化學蝕刻，使該表面上形成多孔結 構，其中每一孔之直徑在3nm以下。 3 · 依申請專利範圍第1項所述之積體化複合奈米 探針卡之製造方法，在該第二步驟中，該觸媒材料係為Fe， 20 且在該第三步驟中，該氣體為C2H2。 4 · 依申請專利範圍第3項所述之積體化複合奈米 探針卡之製造方法，在該第三步驟中，該觸媒材料係以微 影（lithography)和蒸鍍（evaporation)技術呈矩陣狀佈設於該 多孔狀表面上。 -11-