CN102062794A

CN102062794A - 垂直式探针卡

Info

Publication number: CN102062794A
Application number: CN2009102236179A
Authority: CN
Inventors: 范宏光; 洪文兴; 陈弘仁
Original assignee: MJC Probe Inc
Current assignee: MJC Probe Inc; MPI Corp
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2029-11-13
Also published as: CN102062794B

Abstract

本发明提供了一种垂直式探针卡，包含：一多层模块、多个具变形能力的从动件、一绝缘导引板以及多个探针。多个从动件固定并电性连接于多层模块的一空间转换层，绝缘导引板则开设多个导孔，致使每一与从动件分离的探针可滑移地装卸在对应的导孔内。测试时，探针针尖抵触待测物而受力在导孔内滑移，具有变形能力的从动件可抵制探针的位移而变形以吸收外力。

Description

垂直式探针卡

技术领域

本发明涉及一种垂直式探针卡，尤其涉及一种每一探针可独立更换的垂直式探针卡。

背景技术

晶圆测试时，测试仪器通常通过一探针卡(probe card)获取待测物(device under test，DUT)的电气信号。探针卡通常包含若干个尺寸精密的探针，利用探针接触待测物上尺寸微小的焊垫或凸块，通过探针传送一测试信号，并配合软件控制达到量测的目的。

现有的垂直式探针卡，探针部分多为一机械加工后的金属线材，通过探针呈弯曲状的形态，利用弯曲所产生的弹性来吸收抵触待测物产生的外力，或是将探针设计成具有一弹性变形能力，如日本专利公开第2003-240800号的探针针头为一中空锤头(hammerhead)结构；或是配合其它部件来吸收外力，如日本专利公开第2002-48818号所披露：参照图10所示，探针卡包含多个探针101以及对应每一探针101的导线102。该导线102形成多个弯曲部103、104，提供探针101吸收外力的弹性。因该专利公开案所使用的导线102尺寸细长，且形成多个弯曲部103、104，因此必须设置下支持板105以及上支持板106来为导线102提供支撑力，且该公开专利案利用人工组装导线102，导线102的线径大约在50～100μm，须设置在多个支持板105、106所开设的贯穿孔内，因此组装不易；再者，导线102须形成多处弯曲形态而不易制造。在芯片尺寸逐渐微小化下，探针的尺寸精度和密度增加，以传统制造和人工组装的方式无法满足此潮流的要求。

另外，如日本专利公开第2002-134570号所披露，在探针上方加设具有弹性的异向性导电薄膜，利用异向性导电薄膜本身的弹性吸收外力。然而，异向性导电薄膜具有导电方向性，薄膜上下两点须确实接触方能导通，因此当异向性导电薄膜受到每一探针产生的不同位移量时，探针间容易相互产生干涉，造成探针与薄膜接触不良而影响导通，造成测试的偏差。

现有的垂直式探针卡，其探针大多固定在探针卡上而无法自由拆装，如美国公开专利第2007/0205783号，其包含一片状探针(sheet-like probe)，该片状探针固设多个探针。因此，当某些探针损坏或需要更换时，无法独立更换，而须更换该片状探针而大幅增加成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种垂直式探针卡，其每一探针可随使用需求独立自由更换，而减少成本支出。

本发明的另一目的在于提供一种垂直式探针卡，其探针或从动件可通过微机电系统(MEMS)或半导体制程制造，而获得精度较高且尺寸较小而可紧密排列。

为达上述目的，本发明提供的垂直式探针卡，包含一多层模块、多个具变形能力的从动件、一绝缘导引板以及多个探针。该多层模块包含一空间转换层，可供从动件固设于其上，绝缘导引板开设多个导孔，致使每一探针可滑移地装卸在对应的导孔内；每一从动件包含一自由端，探针的头部接触对应从动件的自由端，并通过空间转换层内部的导线，致使探针与多层模块电性相连；当探针针尖抵触待测物时，探针因受力在导孔内滑移，而具有变形能力的从动件可抵制探针的位移而变形。

通过本发明提出的垂直式探针卡，当探针受损时，仅需针对受损探针进行替换或维修，因此可节省大量成本；此外，本发明的探针可在导孔内自由滑移，如此可加速组装，并减少针体的磨损。有关本发明的详细技术内容及实施例配合附图说明如下。

附图说明

图1-1为本发明一实施例的结构剖面图；

图1-2为本发明另一实施例的结构剖面图；

图1-3为本发明另一实施例的结构剖面图；

图2-1为本发明从动件的一实施例；

图2-2为图2-1测试时的动作状态图；

图3-1为本发明从动件的另一实施例；

图3-2为本发明图3-1测试时的动作状态图；

图4-1至图4-4为本发明从动件为一悬臂结构的不同实施例示意图；

图5-1为本发明从动件为一悬臂结构的另一实施例示意图；

图5-2为本发明从动件为一悬臂结构的另一实施例示意图；

图6-1至图6-5为本发明从动件为一屈曲梁结构的不同实施例示意图；

图7为本发明的多个从动件先组装至一基板的示意图；

图8为本发明探针结构的一实施例；

图9-1为本发明绝缘导引板的另一实施例示意图；

图9-2为图9-1的绝缘导引板移除若干层的示意图；

图10为现有探针卡的局部结构剖面图。

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容现配合附图说明如下：

参照图1-1和图1-2所示，为本发明一实施例的结构剖面图，如图所示：本发明提出的垂直式探针卡10包含一多层模块11、多个具变形能力的从动件12、一绝缘导引板13和多个探针14。

该多层模块11可包含印刷电路板(printed circuit board，PCB)111、盖板(cover)112、加强件(stiffener)113、保护板(图中未示)、载板(图中未示)等探针卡现有的多层结构，且该多层模块11的测试侧包含一空间转换层(space transformer)114。在一实施例中，该空间转换层114实质上可为一电路基板，包含第一表面114a及相对于该第一表面114a的另一侧的第二表面114b，第一表面114a具有多个金属接点，第二表面114b亦具有相对应的金属接点，第一表面114a的金属接点可经空间转换层114的内部线路与第二表面114b上的一个以上的金属接点电性相连；该空间转换层114的第一表面114a的金属接点电性连接至印刷电路板111，致使电性信号可自探针14传递至多层模块11。空间转换层114的基材选自绝缘材质，实质上可为一陶瓷基板、陶瓷基座或有机材料基板。

从动件12为导电材质，一端固设于该空间转换层114的第二表面114b，且与第二表面114b的一个或一个以上的金属接点电性相连，另一端则为自由端121，可与探针14接触而电性相连。须了解到，每一从动件12为一具变形能力或弹性的结构，其外观或实质形式变化甚多，故不以附图披露的为限；此外，从动件12与探针14为可分离结构，如此可方便更换探针14。这些从动件12通过空间转换层114内部的导线(图中未示)与印刷电路板111电性相连。从动件12受力时，可吸收外力而整体变形达到平衡，无须额外设置其它辅件吸收外力或提供支撑。这些从动件12可利用微机电系统(micro-electro-mechanical system，MEMS)或半导体制程(semiconductor manufacturing process)技术形成，其固设在该空间转换层114上，因此可获得尺寸较小、排列紧密整齐的特性。

绝缘导引板13开设多个导孔131，这些导孔131贯通绝缘导引板13，实质上考虑垂直贯通的情况，致使对应探针14可自由滑移地设置在导孔131内。该绝缘导引板13可以螺丝锁固或涂胶30黏合(参见图1-3的示意)等方式固设于该多层模块11，为方便更换探针14，固设的方式考虑螺丝锁固的情况。图1-1至图1-3示出了绝缘导引板13的不同实施例：图1-1示出了绝缘导引板13直接固锁于该多层模块11的盖板112，图1-2则示出了绝缘导引板13自该第二表面114b固锁于空间转换层114。图1-3所示的绝缘导引板13则与前述盖板112为一体的结构，其直接固设在该多层模块11的印刷电路板111上。

图2-1与图3-1分别为本发明从动件12的不同实施例，而图2-2与图3-2则为对应图2-1与图3-1测试时的动作图。图2-1所示的从动件12实质上为一悬臂结构，包含一悬臂122和一将该悬臂122固定于空间转换层114的基座123，悬臂122及基座123可通过微机电系统(MEMS)或是半导体制程技术形成，并可一体成形或是分别成形。

图4-1至图4-4为上述从动件12为一悬臂结构的不同实施例，该悬臂122可直接作为自由端121而接触探针14(如图4-1、图4-2)，或在悬臂122底端具有一凸体124做为自由端121，再与探针14产生接触(如图4-3、图4-4)；另外，图4-1至图4-4亦示出了从动件12的基座123可具有不同的实施方式。

图5-1和图5-2示出了从动件12的另一实施例。为给悬臂122提供变形空间，节省整体体积，因此在该空间转换层114内开设一空腔115。图5-1所示的从动件121通过基座123固设于空间转换层114的第二表面114b；图5-2则省略了图5-1中从动件12的基座123部分，而致使悬臂122直接固设在空间转换层114的第二表面114b上，且与第二表面114b的一个或一个以上的金属接点电性相连。

图3-1示出了从动件12的另一实施例，该从动件12实质上形成一屈曲梁结构(buckling beam structure)，可如图3-1呈一倾斜状，或如图6-1至图6-5所示的不同实施方式，其结构实质上可为线状、柱状或平板状，或如图6-5呈一弹簧结构；其截面积可为一圆形或一矩形，但不以上述为限。此类型的从动件可利用上述微机电系统或半导体制程的技术制造，或利用自动或半自动引线接合(wirebonding)技术的方式制造，或利用放电加工(electric dischargemachining，EDM)技术的方式制造，将具有弹性和变形能力的金属导线固接在空间转换层114的第二表面114b上，且与第二表面114b的一个或一个以上的金属接点电性相连。上述金属导线的材质可选自由金(Au)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)以及铂(Pt)所组成的群组；引线接合后的金属导线可再通过涂层(coating)方式包覆一金属层，以增加从动件12整体的机械强度。上述金属层的材质可选自由镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、铜(Co)、金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)、铑(Rh)以及钌(Ru)所组成的群组。

此外，如图7所示，在上述一实施例中，多个从动件12靠近空间转换层114的一端可先组装于一基板125，再安装于空间转换层114的第二表面114b，致使每一从动件12与第二表面114b预设的接点电性相连，如此可增加组装时的弹性。在一实施例中，多个从动件12与第二表面114b的接点通过锡球回焊(reflow)的方式组装。

参照图2-2与图3-2所示测试时的动作状态，当探针针尖142抵触待测物20而在绝缘导引板13的导孔131内部产生滑移时，由于从动件12具弹性及变形能力，因此可吸收测试时产生的外力，而致使针尖142确实接触待测物20，并且避免针尖142因过度施力而损坏。必须再说明的是，当探针14与待测物20接触时，不同焊垫的高度或不稳定的接触压力均可能导致个别探针14在导孔131内产生不同程度的滑移，因此本发明的每一从动件12均可独立变形，可依据相对应探针14的滑移量产生不同的变形量，在应用上较灵活有弹性。

再参照图2-1和图3-1所示，每一探针14包含一头部141及一针尖142。为避免探针14与从动件12产生相对位移而影响接触，头部141可具较大的接触面积。另外，为达成探针14可顺利抵制从动件12，考虑探针14的长度大于该绝缘导引板13的厚度的情况。测试时，探针头部141因有较大接触面积接触于从动件12，而从动件12通过空间转换层114内部的导线(图中未示)使这些探针14实质上与该多层模块11电性相连，而将测试信号传输至印刷电路板111以及测试机台(未示出)。当探针14的针尖142接触待测物20时，探针14可在导孔131内自由滑移，而从动件12可抵制这些探针14的位移而变形，以吸收探针14与待测物20接触时所产生的外力。上述的探针可由机械加工形成，亦可利用微机电系统或半导体制程技术形成。

如图8所示，在另一实施例中，探针14接触从动件12的头部141可设计成具有变形能力或弹性的结构，如此可搭配从动件12，获得不同吸收外力和位移的效果。须了解到，附图中从动件12的形状结构仅为了示意从动件12为一具有弹性变形能力的结构，可与上述探针有相辅相成的效果。

本发明的绝缘导引板13可为一单层结构，或如图9-1所示，为一多层可分离结构。探针卡测试、使用时，探针针尖142会随使用次数而不断耗损，耗损经研磨后的探针14长度会缩短，然而单层绝缘导引板无法适用过短的探针14，通过多层可分离的绝缘导引板13，当使用较短探针14或探针14长度缩减时，仅需移除部分分层的绝缘导引板13(如图9-2所示)即可搭配较短的探针14使用，较为环保并可减少成本支出。

综上所述，本发明提出的垂直式探针卡10利用探针14在绝缘导引板13内自由滑移，并通过从动件12吸收外力，大幅降低探针的磨损及针尖142的耗损；通过本发明，各探针14间也可独立滑移而具有不同滑移量，可增广使用范围。再者，通过本发明，探针14在设计、制造以及组装上都较简便容易，不但可大量生产，增长使用寿命，更无须费时改良探针14结构。此外，由于本发明的探针14可活动拆装于绝缘导引板13，使用者可根据不同的测试用途或是焊垫结构对应设置不同的探针14组合，无须针对特殊用途购制对应的探针卡，由此可增广使用范围，而降低测试成本。承上，由于探针14可活动拆装于绝缘导引板13，当个别探针14断裂或损坏时，维修上较容易；更换探针14时，也仅需针对个别探针14更换即可，不用耗费额外成本更换整个探针卡。利用微机电系统或半导体制程技术制造从动件12或探针等部件，在效率及精密细腻程度上均有所提升，探针14和从动件12可作更紧密的排列，尤其对于针数较密或高精密、高规格的探针卡均适用本发明。

但是以上所述仅为本发明的优选实施例，非欲局限本发明专利的专利保护范围，故凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化及修饰均同理包含在本发明的权利保护范围内。

Claims

1.一种垂直式探针卡，其特征在于，包含：

一多层模块(11)，包含一空间转换层(114)，设置在所述多层模块(11)的一测试侧；

多个从动件(12)，其具有变形能力，所述从动件(12)的一端固设于所述空间转换层(114)；

一绝缘导引板(13)，开设多个贯通的导孔(131)；

多个探针(14)，每一所述探针(14)能滑移地装卸在所述绝缘导引板(13)的对应导孔(131)内，并包含一头部(141)及一针尖(142)；所述探针(14)的头部(141)接触对应从动件(12)的一自由端(121)，致使所述探针(14)与所述多层模块(11)电性相连；当所述针尖(142)接触待测物时，每一所述探针(142)在所述导孔(131)内滑移，而每一所述从动件(12)抵制对应探针(14)的位移而独立变形。

2.根据权利要求1所述的垂直式探针卡，其特征在于，所述从动件(12)利用微机电系统或半导体制程技术制造。

3.根据权利要求1所述的垂直式探针卡，其特征在于，所述从动件(12)为一悬臂结构。

4.根据权利要求3所述的垂直式探针卡，其特征在于，所述悬臂结构包含一悬臂(122)和一将所述悬臂(122)固定于所述空间转换层(114)的一基座(123)。

5.根据权利要求4所述的垂直式探针卡，其特征在于，所述空间转换层(114)具有一空腔(115)，所述空腔(115)提供所述悬臂(122)变形的空间。

6.根据权利要求3所述的垂直式探针卡，其特征在于，所述空间转换层(114)具有一空腔(115)，致使所述悬臂结构的一悬臂(122)可固设于所述空间转换层(114)，而所述空腔(115)提供所述悬臂变形的空间。

7.根据权利要求1所述的垂直式探针卡，其特征在于，所述从动件(12)为一屈曲梁结构。

8.根据权利要求7所述的垂直式探针卡，其特征在于，所述从动件(12)利用自动或半自动引线接合技术的方式制造或利用放电加工技术的方式制造，将具有弹性和变形能力的金属导线固接于所述空间转换层(114)，其中，所述金属导线的材质选自由金(Au)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)以及铂(Pt)所组成的群组。

9.根据权利要求7所述的垂直式探针卡，其特征在于，所述从动件(12)利用自动或半自动引线接合技术的方式制造或利用放电加工技术的方式制造，将具有弹性和变形能力的金属导线固接于所述空间转换层(114)，其中，引线接合后的金属导线再通过涂层方式包覆一金属层，以增加所述些从动件(12)整体的机械强度，所述金属层的材质选自由镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、铜(Co)、金(Au)、铂(Pt)、银(Ag)、铑(Rh)以及钌(Ru)所组成的群组。

10.根据权利要求1所述的垂直式探针卡，其特征在于，所述探针(14)利用微机电系统或半导体制程技术制造。

11.根据权利要求1所述的垂直式探针卡，其特征在于，所述探针(14)的头部(141)为一弹性变形结构。

12.根据权利要求1所述的垂直式探针卡，其特征在于，所述从动件(12)先组装于一基板(125)再安装于所述空间转换层(114)。

13.根据权利要求1所述的垂直式探针卡，其特征在于，所述多层模块(11)包含一印刷电路板(111)，其中，所述空间转换层(114)与所述印刷电路板(111)电性相连。