CN100547406C - 垂直式高频探针卡 - Google Patents

Abstract

本发明一种垂直式高频探针卡，包括有一电路板及一探针组，电路板上设置有多数个信号线路及接地线路，与各信号线路相邻特定的间距上设有至少一接地线路，接地线路电性导通至一接地面；探针组位于电路板下方，具有一导电层、多数个信号探针、多数个补偿探针、至少一接地探针、一上导板及一下导板，上导板设于电路板上，各探针为正向穿设二导板，导电层设于下导板上且补偿探针及接地探针皆与导电层电性接触，各信号探针电性连接各信号线路，与各信号探针相邻特定的间距上并列设置有至少一补偿探针，各补偿探针与接地面电性导通。

Description

垂直式高频探针卡

技术领域

本发明是与垂直式探针卡有关，特别是指一种用以传递高频信号的垂直式探针卡。

背景技术

由于半导体技术的快速发展，得以实现集成电路(IntegratedCircuit，IC)体积微型化、功能多元化以及处理速度、频率增加的要求，为达此要求，必须增加IC的输入、输出(I/O)接点以满足多功能信号处理需求，使得I/O接点配置朝向成高密度矩阵分布，因此晶片电测用测试探针卡中，适用于高密度矩阵分布的垂直式探针卡则变得更为重要；尤其随着电子组件愈趋高速、高频的运作条件下，电子组件往往有高标准的电性规格，如组件运作条件、操作频率与信号传输特性等，故电测探针卡在设计上同样需着重测试条件、测试频宽与测试信号传输的完整性。

以图1所示常用的垂直式探针卡1而言，探针卡电路板10通过同轴传输线11传递测试机台所送出的高频测试信号20至探针组12，以对晶片30上的集成电路300作高频测试，其中，同轴传输线11是以金属导线为轴芯，并于其周围包覆一层介电材料，再于介电材料的外层包覆导电金属所形成结构(未显示于图中)，探针组12具有一上导板121、一下导板122及多数个垂直式探针120，上、下导板121、122用以插设各探针120使接设于电路板10上并与同轴传输线11或其它信号线电性连接；因此通过同轴传输线11外层包覆的导电金属与电路板10接地电位电性连接，目的为维持高频信号传输的特性阻抗，然而，由于同轴传输线11末端至晶片30的间尚有探针组12的结构，探针组12中上、下导板121、122皆以非导电性材料所制成，用以防止信号间产生漏电流现象，且各探针120仅为一导电金属，其外层并无类似同轴传输线11的结构处理，故同轴传输线11的高频信号传输至探针120时，探针120周围介电环境的寄生电容效应会造成高频信号传输的介电损耗，因此，如图2所示为垂直式探针卡1的信号频率特性曲线图，图中的反射耗损(return loss)曲线S22显示其高频信号阻抗不匹配的情形，图中的插入耗损(insertion loss)曲线S21更显示信号传输于-3dB增益的通带(passband)限制频率低于200MHz，远低于GHz频段的高频测试条件。

公知上纵使有如图3所示为欧洲专利公告第『0180013』号所提供的探针组14，为以多层穿孔导板迭置出基座100后再穿设探针102、104、106的组合结构，虽然可于信号探针102周边布设高频传输所需搭配的接地金属，以达成维持高频电测信号传输的特性阻抗，然各探针102、104、106为嵌设于基座100，不具有任何的弹性空间，故若欲借该探针组14做晶片测试工程，各探针102、104、106的金属结构容易造成晶片上测试接点的损毁，更甚者伤及晶片内部的电路结构，使该探针组14实不适宜用做晶片测试。

因此，为了维持高频信号传输的特性阻抗，同时避免破坏晶片上集成电路，实为现今探针卡制造者所面临的一大考验。

发明内容

因此，本发明的主要目的乃在于提供一种垂直式高频探针卡，可以高质量的信号传输结构传送高频电测信号，并有效应用于晶片级电测工程。

为达成前揭目的，本发明所提供一种垂直式高频探针卡，包括有一电路板及一探针组，其中该电路板可区分为上、下相对的一上表面及一下表面，该电路板上设置有多数个信号线路及接地线路，与各该信号线路相邻特定的间距上设有至少一该接地线路，该些接地线路电性导通至一接地面，该接地面为具导电性的金属材质所制成；该探针组设于该电路板的下表面上，具有一导电层、多数个信号探针、多数个补偿探针、至少一接地探针及上、下分别设置的一上导板与一下导板，该些信号探针、补偿探针、接地探针及该导电层皆为具导电性的金属材质所制成，该上导板设于该电路板上，各该信号探针、补偿探针及接地探针为正向穿设该上、下导板，使该些信号探针、补偿探针及接地探针可竖立于该二导板上形成与该电路板相互垂直的态样，该上、下导板之间形成有一容置空间，各该信号探针、补偿探针及接地探针可于该容置空间中作位移，该导电层设于该下导板上使该些补偿探针及接地探针皆与该导电层电性接触，但于各该信号探针穿设处留置有适当的空间避免该导电层与各该信号探针电性接触，各该信号探针电性连接各该信号线路，与各该信号探针相邻特定的间距上并列设置有至少一该补偿探针，各该补偿探针电性连接该接地面。

因此，当该探针卡电气连接至测试机台，则通过各该信号线路传递电测信号至该信号探针，由于信号传输过程中邻近配合有各该接地线路及补偿探针的设置，可因此有效维持信号阻抗特性以传递高频信号。

附图说明

图1是常用垂直式探针卡的结构示意图；

图2是上述常用垂直式探针卡的信号频率特性曲线图；

图3是常用垂直式探针的结构示意图；

图4本发明所提供第一较佳实施例的上视图；

图5是上述第一较佳实施例的结构示意图；

图6是上述第一较佳实施例所提供该探针座及探针组的结构示意图；

图7是上述第一较佳实施例所提供该探针卡信号传递的频宽特性曲线图；

图8是本发明所提供第二较佳实施例的结构示意图；

图9是上述第二较佳实施例所提供该探针卡信号传递的频宽特性曲线图。

主要组件符号说明

2、3垂直式探针卡

40、70电路板        401上表面

402下表面           403测试区

404跳线区           405探针区

41、71信号线路      411、81信号走线

412信号传输线       42、72接地线路

421、82接地走线     422接地传输线

50探针座            501槽口

502槽底             51底板

510通孔             52、820接地面

60探针组            600容置空间

61导电层            610孔穴

62上导板            63下导板

64信号探针          640、650、660身部

641、651、661末端   642、652、662针尖

65补偿探针          66接地探针

80空间转换器        801上焊点

802下焊点

具体实施方式

以下，兹配合图示列举若干较佳实施例，用以对本发明的结构与功效作详细说明如下：

请参阅如图4及图5所示本发明所提供的第一较佳实施例，为用以量测晶片电子组件的一垂直式探针卡2，包括有一电路板40、一探针座50及一探针组60，其中：

该电路板40可定义出相对的一上表面401及一下表面402，以及自外围至中心分布的一测试区403、一跳线区404及一探针区405，该上表面401的测试区403电气连接至一测试机台(图中未示)，该测试机台可输出一般电测信号甚至高频信号至该探针卡2，该电路板40上设置有多数个信号线路41及接地线路42，与各该信号线路41相邻特定的间距上设有至少一该接地线路42，信号线路41包括有布设于电路板表面的信号走线411及自测试区403跳线至探针区405的信号传输线412，同理，接地线路42包括有接地走线421及接地传输线422。

该探针座50为设于该电路板40中央环形缺口的一槽体，其槽口501向上可供该些信号传输线412及接地传输线422延伸进入，参照图5，其槽底502迭设有一底板51及一接地面52，该底板51为具良好绝缘特性的材料所制成，该接地面52为具导电性的金属材质所制成，该底板51上设有多数个通孔510，各通孔510大小为相当于各该信号传输线412的线径，各该信号传输线412穿过该接地面52延伸至底板51内且穿过通孔510后于该槽底502露出，该些接地传输线422为电性连接该接地面52并延伸至底板51内且穿过通孔510后使末端设于该槽底502露出。

请参阅如图6所示，该探针组60设于该探针座50的槽底502上，具有一导电层61、一上导板62、一下导板63、多数个信号探针64、补偿探针65及接地探针66，该些探针64、65、66为具有适当硬度及导电性的金属材质所制成，该二导板62、63为具良好绝缘特性的材料所制成，是以周边相迭置而两者之间形成有一容置空间600，该二导板62、63上纵向穿设各该探针64、65、66，使该些探针64、65、66可竖立于该二导板62、63上形成与该电路板40相互垂直的态样，各该探针64、65、66的身部640、650、660位于该容置空间600，各该探针64、65、66的末端641、651、661凸出该上导板62，各该探针64、65、66的针尖642、652、662凸出该下导板63，各该信号探针64的末端641于通孔510中与各该信号传输线412电性连接，各该补偿探针65及接地探针66的末端651、661则自通孔510延伸至该接地面52与之电性接触；该导电层61设于该下导板63上使该些补偿探针65及接地探针66皆与该导电层61电性接触，但该导电层61于各该信号探针64穿设处留置有适当的空间以分别对应形成一孔穴610，因此避免该导电层61与各该信号探针64电性接触；与各该信号探针64相邻特定的间距上并列设置有各该补偿探针65，用以使高频信号于各该信号探针64上传输时维持信号特性阻抗，故各该补偿探针65仅需维持与各该信号探针64相互并列平行只以微小的针尖652部分凸出该下导板63，各该信号探针64及接地探针66凸出该下导板63的针尖642、662部位则长于各该补偿探针65的针尖652，因此各该信号探针64及接地探针66为用以点触待测电子组件，由于该些探针64、65、66的身部640、650、660位于该二导板62、63之间的容置空间600而不受其它介质的限制，故当各该信号探针64及接地探针66的针尖642、662受到正向应力时则可获得有横向弹性缓冲的空间。

当该探针卡2测试区403的电子电路电气连接至上述测试机台，则通过各该信号线路41传递电测信号至该信号探针64，由于信号传输过程中邻近配合有各该接地线路42及补偿探针65的设置，可因此有效传递高频信号使维持阻抗匹配的特性，并防止不必要的噪声干扰或电性耦合效应，使该探针卡2具有极佳的高频电测可靠性，请配合参照图7，图中的反射耗损曲线S22’显示该探针卡2传递高频信号具有极佳的阻抗匹配，图中的插入耗损曲线S21’更显示在传输高频信号的-3dB增益通带限制频率可高至将近GHz频段，具有低损耗、匹配佳的高频信号传输质量；且由于各该信号探针64及接地探针66点触待测电子组件时可位于该二导板62、63之间获得有弹性缓冲的空间，不致与待测电子组件之间产生过大的冲力而对晶片上的组件造成损毁。

值得一提的是，本发明所提供的高频探针卡主要以改善信号于探针上传递的质量，并不限定电路板上信号传输线路的布设方式，如图8所示为本发明所提供第二较佳实施例的一垂直式探针卡3，是于一电路板70下方设置一空间转换器80，再将该探针组60设于该空间转换器80上，其中：

该电路板70内布设有多数个信号线路71及接地线路72，自电路板70上表面延伸至下表面与该空间转换器80电性连接，各该信号线路71相邻特定的间距上设有至少一该接地线路72，用以使高频信号于各该信号线路71上传输时维持信号特性阻抗。

该空间转换器80为有机多层板(Multi-Layer Organic，MLO)或多层陶瓷板(Multi-Layer Ceramic，MLC)结构所制成，内部设有多数个信号走线81及接地走线82，各该信号走线81相邻特定的间距上设有至少一该接地走线82，越接近探针组60则各该信号走线81线路间距越小，该些接地走线82共同电性导通至一接地面820，作为该空间转换器80内的接地共平面，该空间转换器80的上、下两侧于各该走线81、82上设有不同间距的上、下焊点801、802，分别为了对应连接于电路板70与该探针组60，使各该信号走线81电性连接电路板70上的各该信号线路71与探针组60上的各该信号探针64，各该接地走线82电性连接电路板70上的各该接地线路72与探针组60上的各该补偿探针65及接地探针66，达到将信号自该电路板70传递至探针组60的电路空间转换的作用。

因此当该探针卡3的电子电路电气连接至上述测试机台，则通过各该信号线路71及各该信号走线81传递电测信号至该信号探针64，由于信号传输过程中邻近配合有各该接地线路72、接地走线82及补偿探针65的设置，可因此有效传递高频信号使维持阻抗匹配的特性，请配合图9参照，图中的反射耗损曲线S22”显示该探针卡3传递高频信号具有极佳的阻抗匹配，图中的插入耗损曲线S21”更显示传输高频信号的-3dB增益通带限制频率可高于1.2GHz频段，不但与上述实施例具有等同的功效，且有更低损耗、更高阻抗匹配特性的高频信号传输质量。

以上所述，仅为本发明的较佳可行实施例而已，故举凡应用本发明说明书及申请专利范围所为的等效结构变化，理应包含在本发明的权利要求保护范围内。

Claims (7)

1.一种垂直式高频探针卡，其特征在于包括有：

一电路板，可区分为上、下相对之一上表面及一下表面，该电路板上设置有多数个信号线路及接地线路，与各该信号线路相邻特定之间距上设有至少一该接地线路，用以使高频信号于各该信号线路上传输时维持信号特性阻抗；以及，

一探针组，设于该电路板之下表面上，具有一导电层、复数个信号探针、至少一补偿探针、至少一接地探针及上、下分别设置之一上导板与一下导板，各该信号探针、补偿探针、接地探针及该导电层皆为具导电性的金属材质所制成，该上导板设于该电路板上，该导电层设于该下导板，各该信号探针、补偿探针及接地探针穿设该上、下导板，该导电层上设有复数个孔穴，分别对应供各该信号探针穿设，使各该信号探针与该导电层相互绝缘，该上、下导板之间具有一容置空间，各该信号探针及接地探针可于该容置空间中位移，各该信号探针电性连接各该信号线路，各该接地探针电性连接各该接地线路，该至少一补偿探针与该信号探针并列设置且相邻特定之间距，用以使高频信号于各该信号探针上传输时维持信号特性阻抗，各该接地探针及补偿探针电性连接该导电层。

2.依据权利要求1所述之垂直式高频探针卡，其特征在于，各该信号线路包括有一信号传输线，自该上表面接设至该探针组，各该信号探针接设于各该信号传输线。

3.依据权利要求2所述之垂直式高频探针卡，其特征在于，更有一探针座，该探针座为设于该电路板中之槽体，具有一槽口及一槽底，该槽底上设有一接地面，各该接地线路电性连接该接地面，该探针组设于该槽底，该槽口向上可供该些信号传输线延伸进入，该些信号传输线为穿过该接地面于该槽底与各该信号探针电性连接。

4.依据权利要求1所述之垂直式高频探针卡，其特征在于，该些信号线路及接地线路布设于该电路板内。

5.依据权利要求4所述之垂直式高频探针卡，其特征在于，该电路板与该探针组之间具有一空间转换器，该空间转换器内设有复数个信号走线及复数个接地走线，各该信号走线电性连接各该信号线路，各该接地走线电性连接各该接地线路，各该信号走线及接地走线之两端分别设有一上、下焊点，各该上焊点接设于该电路板，各该下焊点接设于该探针组，且相邻各该上焊点之间距大于相邻各该下焊点之间距。

6.依据权利要求5所述之垂直式高频探针卡，其特征在于，各该信号探针接设于各该信号走线，各该接地探针及补偿探针接设于各该接地走线。

7.依据权利要求1所述之垂直式高频探针卡，其特征在于，各该信号探针、补偿探针及接地探针皆具有一针尖凸设于该下导板，各该补偿探针之针尖长度小于各该信号探针及接地探针之针尖长度，各该信号探针及接地探针之针尖用以点测待测电子组件。

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