CN102375080B - 组合式探针头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组合式探针头，该组合式探针头可接设于一垂直式探针卡的空间转换器，并用以区隔垂直式探针卡中探针的布针区域；该组合式探针头可包含：一定位板以及多个子探针头，其中定位板包含多个固定部，每一子探针头包含多个相对应的子导板以及插设于这些子导板间的多个探针，并且每一子探针头固设于对应的该固定部。因此，探针卡的布针区域可分别区隔于子探针头而避免维修时相互干涉。

Description

组合式探针头

技术领域

本发明涉及一种组合式探针头，尤其涉及一种应用于垂直式探针卡的组合式探针头。

背景技术

晶圆测试时，测试仪器通常利用一探针卡(probe card)接触待测物(device under test，DUT)并传递测试信号，由此获取待测物的电气性质，而探针卡根据探针的型态可分为悬臂式探针卡(cantilever probe card，CPC)与垂直式探针卡(vertical probe card，VPC)。

图1-1和图1-2显示一常用垂直式探针卡1的结构示意图，其主要包含一印刷电路板2、一设于印刷电路板2一侧的空间转换层3、一设于空间转换层3一侧的探针头4(probe head)以及设置于该探针头4的多个探针5。空间转换层3也可用其它的结构取代，例如人工拉线方式连接印刷电路板2与基板之间，而该基板的一侧则用于设置探针头4，因此空间转换层3及其它可替代性的结构可以统称为空间转换器。当垂直式探针卡1对一芯片进行测试时，实质上，每一探针5的针尖可抵压于芯片上的测试焊垫进行电气传输，每一探针5通过自身的弹性变形来吸收测试时的反向应力。图1-1显示的探针头4为一两板式探针头4，该探针头4包含一上导板6(upper die，UD)、一下导板7(lower die，LD)以及一定位片8；该上、下导板6，7可互相组合并于两者之间形成一布针空间9，该定位片8则设置于该布针空间9内。其中，该上导板6、下导板7及该定位片8于各自对应探针5的位置开设有多个径宽针孔10，这些针孔10的尺寸对应于探针5的针径。因此，当探针5进行安装时，每一探针5可先穿过定位片8及下导板7的对应针孔10而直立，再于定位片8上覆盖上导板6，使得探针5得以穿过上导板6的对应针孔10以完成组装。图1-2则显示另一种常用的三板式探针头4的结构示意图，其是于上导板6与下导板7之间再设置一中导板11(middle die，MD)，因此可适用于较长的探针5，并减少金属加工、组装时的困难度。

垂直式探针卡1进行频繁的测试作业后，设置于探针头4的这些探针5容易产生程度不同的磨耗，因此必须常常进行更换与维修。实际上，在更换探针5的过程中，必须先将上导板6自探针头4取下，再将欲更换的探针5取出，并重新设置一新的探针5。然而，探针5尺寸十分微小精密，且每一探针5彼此排列紧密，再加上该定位片8为非固定结构，因此在取下上导板6或是抽取探针5时，容易将定位片8连同翻起，导致其它无需更换的探针5受到波及，因而被连带抽离，如此反而需要重新进行其它探针5的设置工作，而且还增添了维修成本提高、人工维修时间耗时的问题，尤其对于高针脚数(high pin count)探针卡的影响更甚。

发明内容

因此，本发明的目的在于解决上述问题，通过将垂直式探针卡的布针区域分区，避免探针在维修时相互干扰而提高维修成本。

为了达成前述目的，本发明提出的组合式探针头通过设计子探针头或是子上导板的方式区隔探针的布针空间而达成。根据本发明的一个实施例，该组合式探针头包含：一定位板以及多个子探针头，其中定位板包含多个固定部，每一子探针头包含多个相对应的子导板以及插设于这些子导板间的多个探针，且每一子探针头固设于对应的固定部以完成组合及对位。

根据本发明的另一实施例，该组合式探针头包含一下导板以及多个子上导板，其中每一子上导板固设于该下导板的预设区域，并通过子上导板区隔不同的布针区域。

并且本发明提供不同的组合式探针头的组装对位方法，在第一种组合式探针头的组装对位方法中，该组合式探针头包含一定位板以及多个子探针头，每一子探针头插设有多个探针；其中多个子探针头组合于该定位板后，先通过一针点对位单元进行各个子探针头间的准确对位，以定位所有探针的针尖分布，然后再将定位后的子探针头锁固于该定位板。

因此，通过本发明，一垂直式探针卡的布针区域可分别区隔而避免维修时相互干涉。有关本发明的详细技术内容及较佳实施例，配合图式说明如后。

附图说明

本发明的实施方式是结合附图进行描述的：

图1-1为已知一垂直式探针卡的结构示图；

图1-2为已知另一垂直式探针卡的结构示图；

图2-1为本发明一组合式探针头实施例的立体分解示意图；

图2-2为本发明一组合式探针头实施例的剖面分解示意图；

图3-1至图3-2为本发明一组合式探针头实施例的组装流程示意图；

图4-1为本发明另一组合式探针头实施例的立体分解示意图；

图4-2为本发明另一组合式探针头实施例的组立剖面示意图；

图5-1为本发明另一组合式探针头实施例的组立结构示意图；

图5-2为本发明另一组合式探针头实施例的中导板组立结构示意图；

及

图6为本发明再一组合式探针头实施例的组立结构示意图。

具体实施方式

为了方便了解本发明的核心技术与内容，在不影响本发明的实施与了解上，以下的说明省略了探针头中用以辅助探针立针的定位片的绘制。有关本发明的详细说明及技术内容，以下列举四种不同实施例并配合图式说明如下：

实施例1

本实施例提出的组合式探针头是一三板式探针头。参照图2-1所示，该组合式探针头20包含一上导板21、一中导板22、一下导板23以及一定位板24；其中，该上导板21、中导板22以及下导板23分别包含多个子上导板210、子中导板220以及子下导板230，每一导板21，22，23所包含的子上导板210、子中导板220以及子下导板230数目相同，且每一子上导板210、子中导板220以及子下导板230的位置互相上下对应，但其数目量值并未特别限定，以不影响探针的针立及组装作业为准。举例来说，如图2-1显示的圆形上导板21由四个实质上1/4圆的子上导板210所组成；该中导板22由四个实质上1/4圆的子中导板220所组成；该下导板23由四个实质上1/4圆的子下导板230所组成。

其中，该定位板24包含多个固定部240，这些固定部240的数量至少等于每一导板21，22，23所包含的子导板数量；因此，当该子上导板210、该子中导板220以及该子下导板230互相组合成一子探针头25(显示于图3-1)后，该子探针头25可固设于所对应的固定部240，致使这些子探针头25以及该定位板24形成一组合式探针头20，可组装于垂直式探针卡而进行测试，各子探针头25水平排列设置于定位板24。该定位板24可使每一子探针头25准确定位，并在所有子探针头25组装于定位板24后，使得分别位于不同子探针头25的多个探针26(显示于图3-1)能组合成一预设的布针图形，以提升垂直式探针卡的测试准确度。

参照图2-2，其显示图2-1的剖面示意图。其中，举例说明，该固定部240可为一尺寸对应于子探针头25的容置空间，这些容置空间在圆弧形周缘形成一支撑部241，这些容置空间之间则形成一支撑梁结构242，如图2-1显示呈十字的支撑梁结构242，其定义出四个固定部240。每一子中导板220则包含一开口221和一承靠部222(显示于图2-2)，该开口221定义出一子布针空间223，并形成一承靠梁结构224环绕该开口221的部分区域，有关该承靠部222和该承靠梁结构224的作用将容后详述。此外，该子上导板210及该子下导板230对应该子布针空间223处则开设有多个相对应的针孔211，231，使得每一探针的两端得以分别插设于子上导板210与子下导板230的对应针孔211，231，而设置于该子布针空间223。

参照图3-1至图3-2，其为组合前述子探针头25的组装流程示意图。首先，该子中导板220可先组设于该子下导板230，随后在该子下导板230的针孔231针立相对应的探针26。接着，将子上导板210固合于子中导板220和子下导板230，使得每一探针26穿越该子布针空间223，而两端分别插设于子上导板210与子下导板230的对应针孔211，231内。据此，该子上导板210、该子中导板220及该子下导板230可形成该子探针头25，如图3-1。然后，每一子探针头25可插置于该定位板24的固定部240，致使子中导板220的承靠部222抵靠于该定位板24的支撑部241，而该子中导板220的承靠梁结构224抵靠于该定位板24的支撑梁结构242而支撑定位，如图3-2所示。这些子探针头25固定于该定位板24后，可通过该定位板24固定于常用垂直式探针卡的空间转换器，而使本发明一实施例的组合式探针头20接设于一垂直式探针卡的空间转换器。

在上述一实施例中，这些子上导板210、子中导板220、子下导板230相互间的组合固定机构以及该子探针头25与该定位板24间的组合固定机构可为螺钉锁合固定，并未限定。而依图3-2而言，这些子探针头25通过这些子中导板220锁固于该定位板24。该定位板24靠近子下导板230的一面(即定位板24面对待测物的一面)以不超过该子下导板230中的探针26测试面(子探针头25的测试面)为考虑，以便避免定位板24影响到探针26与待测物的接触而影响测试。另一方面，本实施例可应用于多待测物(multi-DUT)的垂直式探针卡，因此，这些子中导板220形成承靠梁结构224处，可为探针26布局处因跳待测物(DUT)而形成的空间。所谓的多待测物探针卡是指探针卡可同时测试多个待测物(device under test，DUT)，例如同时测试晶圆(wafer)上多个芯片(die or chip)；所谓的跳待测物则指多待测物探针卡的布针图形呈现区域化分布，使得探针卡于测试时，探针得以横跨至少一待测物，而对该被横跨者两旁的待测物进行测试，即，探针点触晶圆时，并未同时点触两两相邻的芯片，而是跨越特定的芯片进行测试。

实施例2

本发明的实施例2提出一种两板式的组合式探针头30，其立体分解示意以及组立剖面示意图显示于图4-1与图4-2，其中本实施例可适用于多待测物的垂直式探针卡。该组合式探针头30包含一上导板31、一下导板32以及一定位板33，其中该上导板31及该下导板32分别包含数目相同且相互对应的多个子上导板310和子下导板320(如图中显示为两个)，该子上导板310与该子下导板320并分别开设有多个针孔311，321，因此，多个探针34(显示于图4-2)可插设于两个相对应的子上导板310和子下导板320之间，并组合成一子探针头35。该定位板33包含数量对应于这些子探针头35数目的多个固定部330，因此，每一子探针头35可再固设于对应的固定部330上，并通过该定位板33的固定部330完成每一子探针头35的对准和定位，以维持探针34布针的精确性。

组装时，先于子下导板320的针孔321上针立相对应的探针34，再盖合子上导板310，使得探针34可插设于子上导板310的对应针孔311而形成一该子探针头35。其中，该子探针头35可通过子上导板310或子下导板320的尺寸变化，形成一承靠部312而组立于固定部330。在上述实施例中，该子上导板310的幅宽可大于该子下导板320，使得子上导板310周缘的部分区域突出于子下导板320而形成一承靠部312(显示于图4-2)，该固定部330可为一容置空间，因此该子探针头35可插置于该容置空间，并通过承靠部312承抵该容置空间的周缘而固定。同理，该子下导板320的幅宽也可以大于该子上导板310而形成一突出的承靠部312，使得子下导板320周缘突出于子上导板310的区域可固定于该固定部330而组立。相同地，这些子探针头35与该定位板33之间的组合固定方式例如为螺钉锁合固定，在此并未限定。这些子探针头35固定于该定位板33后，可通过该定位板33固定于已知垂直式探针卡的空间转换器，使组合式探针头30接设于一垂直式探针卡的空间转换器。

并且本发明提出了针对上述实施例1与实施例2的组合式探针头20、30的组装对位方法，其中所述组合式探针头20、30如前述包含一定位板24、33以及多个子探针头25、35，每一子探针头25、35插设有多个探针26、34；其中多个子探针头25、35组合于该定位板24、33后，先通过一针点对位单元进行各个子探针头25、35间的准确对位，以定位所有探针26、34的针尖分布，然后再将定位后的子探针头25、35锁固于该定位板24、33。

由于子探针头25、35中的各个子导板可能是经由一个大面积的导板切割形成的，所以在各子导板之间会有间隙存在。在组装各子探针头25、35时，各个子探针头25、35之间的相对位置会影响探针26、34位置的准确性，因此需要一个针点对位单元来确保各个子探针头25、35中的探针26、34针点位置准确性。在上述一实施例中，该针点对位单元是包含一针点分布位置的薄膜，因此位于子探针头25、35的探针26、34可通过校准该薄膜上的该针点分布位置来完成定位；在上述的另一实施例中，该针点对位单元也可为一对位机台。

需说明的是，定位板24、33与子探针头25、35可分别包含多个相对应的锁固孔(图中未示)；位于定位板24、33的锁固孔与位于子探针头25、35的锁固孔的其中之一的孔径可大于用于锁固该些锁固孔的一螺钉直径。因此，子探针头25、35可先通过螺钉插设于锁固孔而初步组装于定位板24、33，并经由相对位移调整其相互位置后，再将螺钉锁固子探针头25、35与定位板24、33而保持定位。

上述的方法可适用于子导板是分别形成且分别开设针孔211、231、311、321。当然也可适用于每一子探针头25、35的多个子导板是先同步机械加工而开设位置相互对应的这些针孔211、231、311、321。

实施例3

实施例3提出另一组合式探针头40的一个实施例，可用于高针脚数(high pin count)及/或多待测物的垂直式探针卡。参照图5-1的结构示意图，该组合式探针头40包含一上导板41、一下导板42以及一定位板43，该上导板41包含多个子上导板410(如图中显示三个)，各子上导板410水平排列设置，每一子上导板410开设多个针孔411；该下导板42包含多个布针区420，每一布针区420开设多个针孔421。因此，每一子上导板410可对应其中一布针区420而设置于该下导板42，致使多个探针44可插设于子上导板410以及该下导板42的布针区420之间。这些子上导板410直接设置于该下导板42上，并锁固在该下导板42后，该下导板42可再固设于该定位板43，通过该定位板43固定于已知垂直式探针卡的空间转换器，使组合式探针头40接设于一垂直式探针卡的空间转换器。相同地，上下导板41，42相组合的机构与下导板42组固于该定位板43之间的固定方式可为螺钉锁合固定，在此并未限定。所有布针区420在布针后的图形，可适用于多待测物或单一待测物。

除此之外，参照图5-2的结构示意图，于本实施例中，该组合式探针头40还包含多个子中导板45，两个相邻的子中导板45水平排列设置，每一子中导板45对应于该下导板42的布针区420而固设于该下导板42，在布针区420中依次由一该子上导板410、一该子中导板45以及该下导板42所组合而成。因此可有效配合该探针的长度，进行更加弹性灵活的运用。再者，多个该子中导板45也可相连成为单一片式的结构，即形成一中导板，直接配合固设于该下导板42上，当然，该中导板具有一布针区420对应该下导板42的布针区420设置，每一子上导板410直接固设于该中导板的布针区420。在此，还需特别说明的是，该定位板43可与该中导板连接组固，并通过该定位板43的设置直接固接于该垂直式探针卡的空间转换器。

实施例4

实施例4提出另一组合式探针头50的一实施例，其可用于高针脚数(high pin count)及/或(大面积)单待测物的垂直式探针卡。参照图6的结构示意图，该组合式探针头50包含一上导板51、一下导板52以及一定位板53，该上导板51包含多个子上导板510，每一子上导板510开设多个针孔511；该下导板52包含一布针区520，该布针区520开设多个针孔521。因此，每一子上导板510可对应部分的布针区520而设置于该下导板52，这些子上导板510在有序、紧密地排列于布针区520后，可使这些探针54可插设于这些子上导板510以及该下导板54的布针区520之间。所有子上导板510设置于该下导板52后，该下导板52可再固设(如螺钉锁合)于该定位板53，通过该定位板53与垂直式探针卡其它结构相固定，而使上、下导板51，52与一垂直式探针卡的空间转换器相固接。其中，每一子上导板510与下导板52的结合方式，可为螺钉锁合固定。然而，图6中为示意这些子上导板510、布针区520与下导板52的相对关系，并未绘制子上导板510与子下导板的固定端。与实施例3不同的地方在于，本实施例中插设于该布针区520的多个探针54，其布针图形是对应单一待测物而设计。而于本实施例中，同样可以使用如上一实施例中所述的中导板结构来加强本实施例中的灵活运用性，即一中导板或多个子中导板结构，通过该中导板的结构而能有效配合不同的多个该探针54的长度变化。

相对于上述实施例3与实施例4的组合式探针头40、50，本发明提出另一组合式探针头的一实施例，参照图5-1的结构示意，本实施例与实施例3的不同处在于上导板41与下导板42的结构对调，即是将该上导板41上的子导板结构转放置于该下导板42，而下导板42原先具有的布针结构转放置于该上导版41，其它结构如定位板43的结构连接关系是相同的。相同地，参照图6的结构示意图，本实施例与实施例4的不同处也是在于上导板51与下导板52的结构对调，其定位板53同样地可供给该上导板或该中导板组固，因此说明不再赘述。

综上所述，本发明提出一种组合式探针头，将探针头的上导板及/或下导板进一步分割为子导板。其中，根据实施例1与实施例2所描述的内容，探针头部分可先通过子导板预先组合成子探针头，再将子探针头固设于定位板而组合出本发明的组合式探针头。因此可享有维修区域独立的优点，使得探针的更换动作可以分区进行，以避免维修探针时失误掀起非维修区域的探针，反而增添维修的时耗与困难。更进一步地，对于高针脚数(high pin count)探针使用而言，过往组装探针于探针头时，需以人工接力方式进行针立动作，例如对一包含八千个探针的垂直式探针卡组装而言，若一人次一单位时间仅能组装两千个探针，则须花费四人次四个单位时间方能组装完成，由于本发明可将探针头独立为n个子探针头，因此针立的动作可由n个人同步进行，实质上，且仅须花费已知方式的n分之一时间，因此可缩短组装时间，大幅提升组装效率。另一方面，根据实施例3与实施例4所描述的内容，通过分割上导板为多个子上导板，可使维修探针的动作分区独立进行，避免影响其它非维修区域的布针精密度。而根据实施例3与实施例4进一步修改的结构，即通过分割下导板为多个子下导板，除了依旧保留实施例3与实施例4的优点之外，也具备了实施例1与实施例2的优点，即可通过多人分工完成n个子下导板的针立组装，再将每一子下导板直接设置于该上导板上，因此可缩短组装时间，提升组装效率。上述的优点对于测试大面积的待测物及使用高针脚数的探针，将更为明显。

然而，以上所述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非欲限制本发明专利的专利保护范围，因此，凡运用本发明说明书及图式内容所为的等效变化与修饰，均同理包含于本发明的权利保护范围。

Claims (7)

1.一种组合式探针头，其特征在于，所述组合式探针头用以接设于一垂直式探针卡的空间转换器中，所述组合式探针头包括：

一定位板，所述定位板包含多个固定部；以及

多个子探针头，各子探针头是水平排列设置；每一所述子探针头包含一子上导板、一子下导板以及插设于所述子上导板与所述子下导板之间的多个探针；并且每一所述子探针头固设于对应的所述固定部；

每一所述子探针头中，所述子上导板的幅宽大于所述子下导板的幅宽，以便形成一承靠部；所述子探针头通过所述承靠部承抵所述固定部周缘而组固于所述定位板；

所述定位板与所述子探针头分别包含多个相对应的锁固孔，位于所述定位板上的所述锁固孔与位于所述子探针头上的所述锁固孔的其中之一的孔径大于用于锁固所述锁固孔的螺钉直径。

2.根据权利要求1所述的组合式探针头，其特征在于，每一所述固定部是尺寸对应于所述子探针头的容置空间。

3.一种组合式探针头，其特征在于，所述组合式探针头用以接设于一垂直式探针卡的空间转换器中，所述组合式探针头包括：

一定位板，所述定位板包含多个固定部；以及

多个子探针头，各子探针头是水平排列设置；每一所述子探针头包含一子上导板、一子下导板以及插设于所述子上导板与所述子下导板之间的多个探针；并且每一所述子探针头固设于对应的所述固定部；

每一所述子探针头中，所述子下导板的幅宽大于所述子上导板的幅宽，以便形成一承靠部；所述子探针头通过所述承靠部承抵所述固定部周缘而组固于所述定位板；

所述定位板与所述子探针头分别包含多个相对应的锁固孔，位于所述定位板上的所述锁固孔与位于所述子探针头上的所述锁固孔的其中之一的孔径大于用于锁固所述锁固孔的螺钉直径。

4.根据权利要求3所述的组合式探针头，其特征在于，每一所述固定部是尺寸对应于所述子探针头的容置空间。

5.一种组合式探针头，其特征在于，所述组合式探针头用以接设于一垂直式探针卡的空间转换器中，所述组合式探针头包括：

一定位板，所述定位板包含多个固定部；以及

多个子探针头，各子探针头是水平排列设置；每一所述子探针头包含一子上导板、一子中导板、一子下导板以及插设于所述子上导板与所述子下导板之间的多个探针；并且每一所述子探针头固设于对应的所述固定部；每一所述子探针头中，所述子中导板设置于所述子上导板与所述子下导板之间；

每一所述子探针头的子中导板还包含一承靠部，所述子探针头通过所述承靠部承抵所述固定部周缘而组固于所述定位板；

所述定位板与所述子探针头分别包含多个相对应的锁固孔，位于所述定位板上的所述锁固孔与位于所述子探针头上的所述锁固孔的其中之一的孔径大于用于锁固所述锁固孔的螺钉直径。

6.根据权利要求5所述的组合式探针头，其特征在于，每一所述固定部是尺寸对应于所述子探针头的容置空间。

7.根据权利要求5所述的组合式探针头，其特征在于，每一所述子探针头的子中导板还包含一承靠梁结构，所述定位板包含一支撑梁结构；因此，所述承靠梁结构可承抵于所述支撑梁结构。