本論文使用微機電製程(MEMS)搭配微電鑄(Micro Electroforming)技術製作垂直式彈簧探針，使其具有最大的柔順度，可應用在晶圓級探針卡。其特徵為使用半導體微影技術搭配厚光阻，再使用微電鑄技術的製作方式，可批量生產高精度探針。探針外型設計使用有限元素分析(FEA)軟體COSMOS模擬不同型態探針的應力與變形，以縮短開發時程。合金電鑄設備從設計到加工獨立完成，技術自組性高、關鍵技術能夠自行掌握。目前可以製造鎳鐵與鎳鈷合金探針。
探針測試也是重要的一環，因此必須開發探針測試機台，以便進行探針疲勞測試。測試設備控制電路採用PIC單晶片，資訊透過LCD顯示，可以單機獨立自動化操作。功能上包括「百萬次往復運動次數設定」、「探針接觸偵測」與「RS232電腦溝通介面」等功能。此外，不需要改變硬體情況下，變更韌體即可改變測試機台的功能，順應不同場合的需求。探針疲勞測試機往復動作，使用音圈馬達來取代傳統機械式往復機構設計，具有更高的反應速度，降低測試時間。另外，搭配力量感測器於探針接觸面上，當探針發生接觸時，可進行探針反作用力的檢測，求得探針位移與反作用力的關係。

This thesis aims to combine MEMS process with micro electroforming technology to fabricate vertical spring-probe, which can be applied to wafer level probe card due to its large flexibility. The features of this kind of probe card include using thick layer PR photolithography process, applying micro electrofrming process and producing a large number of probe cards with large accuracy at the same time. We use the FEA software, COSMOS, to simulate different kinds of stress and deformation under different contours of probes so that we can reduce the design time. Both design and fabrication of the alloy electroforming facility are also finished by us. So far we have successfully finished producing Ni-Fe and Ni-Co probes.
The probes testing is another key requirement in this study, so we have no choice but to develop a testing equipment for probes in order to perform fatigue testing of probes. We take advantage of the conception of PIC microchip to build the controller circuit of this testing equipment that can make the related testing information display by the LCD screen and can be operated automatically as well. The other advanges of this testing machine include “Set reciprocal motion of million times”, “Contact with tested probes”, “Communicate with RS232 interface” etc. Furthermore, we can change any functions of the testing equipment by altering firmware without changing any hardware, so as to cater for different requirements. This testing machine achieves high speed response with low testing time because we use voice coil motor to substitute for tranditional mechanical design in the aspect of reciprocal mechanism. In addition, we add on a force sensor to probe contact surface such that the probe reacting force can be obtained when the probe contacts with surface.

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英文摘要 ii
誌 謝 iv
目 錄 v
表目錄 ix
圖目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目地 2
1.3 本文架構 3
第二章 文獻探討 4
2.1 探針卡發展過程 4
2.2 傳統方式製作探針卡參考文獻 6
2.2.1 日本專利JP. Pat. 2001/50982 6
2.2.2 日本專利JP. Pat. 1999/142433 7
2.2.3 美國專利US. Pat. 2002/0041189 8
2.2.4 美國專利US. Pat. 2003/0146769 10
2.2.5 矽疊層組裝方式製作探針卡 12
2.2.6 測試動態記憶體用探針卡 14
2.3 微機電製作探針卡參考文獻 15
2.3.1 薄膜矩陣垂直式探針卡 15
2.3.2 美國專利US. Pat. 005869974 17
2.3.3 美國專利US. Pat. 6084420 18
2.3.4 美國專利US. Pat. 5828226 19
2.3.5 應用在LSI測試環境的探針卡 21
2.4 積體電路銲墊配置方式 22
2.4.1 邊緣式銲墊佈局 22
2.4.2 矩陣式銲墊佈局 23
2.5 微細探針測試參考文獻 24
2.6 參考文獻整理心得 26
第三章 微機電探針結構分析與設計 27
3.1 探針卡設計領域 27
3.2 微機電探針卡研究流程 28
3.3 探針卡結構 30
3.4 類彈簧探針設計 31
3.4.1 第一代類彈簧探針模擬 31
3.4.2 第二代類彈簧探針模擬 34
3.5 探針製程設計 37
3.6 探針導板製程設計 42
3.7 探針組空間轉接板 46
3.8 探針組裝流程圖 47
第四章 電鑄與測試設備開發 51
4.1 法拉第定律 51
4.2 電鑄製程設備開發 53
4.2.1 電鑄槽設計與製作 55
4.2.2 電鑄過濾設備設計與製作 58
4.2.3 電鍍液溫控設備設計與製作 61
4.3 探針測試機硬體開發 63
4.3.1 探針使用原理 63
4.3.2 探針測試機示意圖 65
4.4 探針測試機韌體開發 66
4.4.1 液晶顯示面版控制 67
4.4.2 鍵盤訊號解碼 71
4.4.3 探針測試機韌體運作流程說明 72
第五章 實驗結果與分析 73
5.1 晶種層製作 73
5.2 厚光阻微影實驗 76
5.2.1 光阻參數決定原則 76
5.2.2 微影製程實驗 77
5.3 探針電鑄製程 80
5.3.1 電鑄面積的計算 80
5.3.2 合金電鑄實驗步驟 82
5.3.3 電鑄高低差測量 85
5.4 探針電解分離製程實驗分析 88
5.5 電鑄材料分析 90
5.6 探針導板製作 91
5.7 探針疲勞測試 93
5.7.1 微小探針夾持方式 93
5.7.2 音圈馬達電壓與振幅關係 94
5.7.3 床台位移與探針反作用力的關係 95
第六章 結論與未來研究方向 97
6.1 結論 97
6.2 未來研究方向 98
參考文獻 99
附 錄 103
附錄A. 探針測試機主程式─PTS.C 103
附錄B. 探針測試機LCD控制程式─HD44780.H 118
附錄C. 探針測試機電路圖 126
附錄D. 探針測試機─計數器韌體流程圖 127
附錄E. 探針測試機─設定計數值韌體流程圖 128
附錄F. 探針測試機─設定RS232傳輸韌體流程圖 129
附錄G. 探針測試機─設定音量大小韌體流程圖 130
作者簡介 131

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