CN102435927A - 探针单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够容易地进行探针的更换的探针单元。探针单元(1)包括一对柱塞保持件(30)和探针保持件(40)。柱塞保持件(30)保持多个柱塞(10)，探针保持件(40)保持多个与各个柱塞(10)对应的探针(20)。探针保持件40保持探针(20)，使其从探针保持件40的检查对象相对面(44)朝着检查对象。探针(20)在不被螺丝、螺钉等固定而是将本体部插入并贯通探针保持孔的状态下，载置在探针收纳凹室(45)的底面上，因此，探针单元(1)能够极其容易地进行探针更换作业。

Description

探针单元

技术领域

本发明涉及一种用于半导体元件的电特性检查的探针单元。

背景技术

在晶片状态或者芯片状态的半导体元件的电特性检查中，使用触销(contact pin)使半导体元件的电极与外部试验装置电接触。在反复地在半导体元件的电特性检查中使用的过程中，触销会因发热和氧化覆膜的形成而发生劣化或者损伤。劣化或者损伤的触销会造成电特性检查的精度下降、半导体元件或触销的破坏等问题。

因此，触销有时需要更换。在更换触销时，必须从通电装置拆下探针单元，然后拆下被焊在触销上的配线，这需要长时间的作业。

与此相对地，通过将配线焊在套筒(sleeve)上，这样就很容易更换触销，但是，有时会在套筒和触销的接触部位发生熔接的问题。

因此，提出了一种将触销分离成探针部分和柱塞部分，能够仅更换探针部分的探针单元(例如，参照专利文献1)。

此外，还提出了一种将比接触电阻大的电阻串联地插入探针，使流经各个探针的电流变得均等，来防止探针的损坏的技术(例如，参照专利文献2)。

专利文献1：日本特开平11-258295号公报

专利文献2：日本特开昭60-142526号公报

发明内容

探针单元所配备的探针有时有数十个以上，也并不会发生必须更换所有探针的劣化。在此情况下，如果一个一个地更换探针单元，那么更换成本就会增大。此外，在将探针单元中的已经劣化的探针一个一个拆下更换的情况下，探针的更换作业的效率很低。

本发明鉴于这一点而完成，其目的在于提供一种能够容易更换探针的探针单元。

为了解决上述课题，探针单元包括保持探针的探针保持件和将与探针电接触的柱塞保持的柱塞保持件。探针保持件在检查对象相对面具备将探针保持成能够滑动的探针保持孔。探针具备防脱落部、电极抵接部和柱塞抵接部。防脱落部防止探针从探针保持孔中脱落。电极抵接部设在探针的一侧端部，与检查对象电极抵接。柱塞抵接部设在探针的另一侧端部，与柱塞抵接。

柱塞保持件具备套筒和施力部。套筒将柱塞保持成能够滑动。施力部对柱塞向探针方向施力。柱塞具备探针抵接部。探针抵接部设在柱塞的一侧端部，与探针抵接。

利用上述探针单元，能够容易地进行探针更换。

附图说明

图1是探针未接触半导体芯片时探针单元的主要部分截面图。

图2是探针接触半导体芯片时探针单元的主要部分截面图。

图3是分离探针保持件和柱塞保持件时探针单元的主要部分截面图。

图4是表示更换探针时探针保持件的状态的主要部分截面图。

图5是表示探针和探针保持孔的关系的图。

图6是柱塞保持件的主要部分截面图。

图7是表示探针单元的变形例的图。

附图标记说明

1、61   探针单元

10、66  柱塞

11、64  电线

12、62  电线接合部

13、63  电阻器

14、65  柱塞接合部

16      弹簧

17      制动器

18     探针抵接部

20     探针

21     柱塞抵接部

22     防脱落部

23     芯片电极抵接部

30     柱塞保持件

31     卡合部

32     引导销

33、34 套筒

35     施力部收纳空间

40     探针保持件

41     卡止爪

42     嵌合凹部

43     探针保持孔

44     检查对象相对面

45     探针收纳凹室

50     半导体芯片

51     电极部

具体实施方式

下面，参照附图详细地说明本发明的实施方式。首先，使用图1、图2对实施方式的探针单元的整体结构进行说明。图1是探针未接触半导体芯片时探针单元的主要部分截面图。图2是探针接触半导体芯片时探针单元的主要部分截面图。

探针单元1与外部试验装置连接，用于晶片状态或芯片状态的半导体元件(裸芯片)的电特性检查(包括电特性的测定)。在探针单元1进行半导体芯片50的电特性检查时，使探针20接触半导体芯片50的电极部51。图1所示的探针单元1是其探针20未接触电极部51的状态。

探针单元1尤其适合功率半导体(power semiconductor，电力半导体)元件的电特性检查。在此情况下，半导体芯片50例如有：纵向功率MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属-氧化物-半导体场效应晶体管)、纵向IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极晶体管)、FWD(Free Wheeling Diode，续流二极管)等。

探针单元1包括：柱塞10、探针20、柱塞保持件30和探针保持件40。柱塞10和探针20成对，探针单元1具有多对柱塞10和探针20。柱塞保持件30和探针保持件40成对，探针单元1具有一对柱塞保持件30和探针保持件40。柱塞保持件30配备多个柱塞10。探针保持件40配备多个探针20。

在配备多个探针20的情况下，探针单元1可以使两个以上的探针20与共用的电极部(检查对象电极)51抵接。这样，探针单元1就能够控制流经各个探针20的电流量。

柱塞10通过柱塞接合部14、电阻器13、电线接合部12与电线(配线)11连接。电线接合部12可以通过焊接(软钎焊)来与电线11和电阻器13接合，但也可以为了容易更换而采用汇合多个电线接合部12的连接器连接。

电线11是电源线、信号线、接地线等，根据所连接的电线11的不同，探针单元1有时不配备电阻器13。此外，为了根据检查对象变更电阻值，也可以将电阻器13收纳在电阻器保持件中，该电阻器保持件可更换地连接电阻器。另外，为了根据检查对象变更电阻值，电阻器13也可以是可变电阻器等。

柱塞10通过柱塞接合部14与电阻器13连接。柱塞接合部14可以通过焊接来与电阻器13和柱塞10接合，但也可以为了容易更换而采用汇合多个电线接合部14的连接器连接。

此外，柱塞10将电线11和探针20电连接。柱塞10被插入并贯通柱塞保持件30的套筒(sleeve)，被保持成在套筒部分滑动。柱塞10被弹簧16向探针方向(检查对象方向)施加力，由制动器17限制其滑动范围。

弹簧16只要是对柱塞10向探针方向施加力(弹压)的弹簧即可，例如可以采用压缩线圈弹簧，除了板簧等施力部件之外，也可以是橡胶等弹性部件。

探针20将柱塞10和电极部51电连接。探针20被可滑动地一一保持在探针保持件40的探针保持孔(探针插入孔)43中。探针保持件40保持探针20，使得其从探针保持件40的检查对象相对面44朝着作为检查对象的半导体芯片50。

柱塞保持件30具有卡合部31和引导销32。探针保持件40具有卡止爪41。柱塞保持件30和探针保持件40由引导销32进行定位，通过卡止爪41与卡合部31卡合而连接。此时，柱塞10与探针20抵接，对探针20向检查对象方向施力，所以柱塞保持件30对探针保持件40向检查对象方向施力。因此，卡合部31和卡止爪41只要是防脱落程度的轻度卡合即可，该卡合的游隙被施加力(弹压力)吸收，所以，柱塞保持件30和探针保持件40很好地接合。

于是，探针单元1不使用螺丝等固定部件来连接柱塞保持件30和探针保持件40，因此柱塞10或探针20的更换操作的操作性得以提高。

此外，卡合部31和引导销32可以根据柱塞保持件30的大小、形状来配备需要的个数。引导销32(嵌合凸部)未必需要是销形状，也可以根据柱塞保持件30的大小、形状，而采用与探针保持件40嵌合的任意的形状。

此外，引导销32可以由探针保持件40配备，也可以使柱塞保持件30配备卡止爪41，探针保持件40配备卡合部31。

在探针单元1进行电特性检查时，使探针20接触被检查物的电极部51，并将探针20按压在电极部51上。探针20从弹簧16受到斥力，该斥力成为探针20对电极部51的按压力。

此外，柱塞10和探针20的材料的主要成分为金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、锡(Sn)、钨(W)、镍(Ni)等金属，或者包含这些金属的至少两个以上的金属构成的合金。

此外，柱塞10和探针20例如以不锈钢、碳钢、铜合金(例如铍铜)等作为主要成分，并在表面镀上金(Au)、银(Ag)、白金(Pt)、锡(Sn)、钨(W)、镍(Ni)、钯(Pd)等金属，或者包含这些金属的至少两个以上的金属构成的合金。

这样，探针单元1降低了柱塞10与探针20的接触电阻、探针20与电极部51的接触电阻。

此外，电阻器13的电阻值按照以下方式确定，即，使其满足由对电极部51施加的电压与外部试验装置能够供给的电力所决定的上限值，和不致使柱塞10和探针20熔化的下限值。例如，如果探针20、柱塞10、电线11的各个电阻值，和探针20与电极部51、柱塞10与探针20的接触部电阻值的总和是160mΩ左右，则电阻器13的电阻值就被设定成比160mΩ大的1Ω等。

另外，在外部试验装置中，如果增大电阻器13的电阻值，那么，为了使电流值上升至目标值，必须进一步增加探针单元1的通电时间。例如，在电源电压Vcc＝400V、试验电流Ic＝100A、电路的电阻成分RL＝1Ω、负荷电感L＝50μH、探针14根的条件下，与电阻器13的电阻值＝0Ω时相比，在电阻器13的电阻值＝7.7Ω以下时，通电时间的增加量在10％以内。因此，电阻器13的电阻值，在考虑到电特性检查中能够允许多长的通电时间后来选定。

此外，在试验中半导体芯片损坏时，在不具备电阻器13的情况下，在探针单元1中，每一个探针20中流过21A(计算值)的电流，对3000个半导体芯片进行试验，通过试验可以确认，以两次左右的频度，柱塞10和探针20的接触部会引起熔化(熔敷)。而在具备电阻值1Ω的电阻器13的情况下，每一个探针20流过5.3A(计算值)的电流，在100万次的试验中也不能确认到柱塞10和探针20的接触部发生熔化。

于是，配备电阻器13的探针单元1能够防止柱塞10和探针20的接触部处的熔化，因此，能够改善被柱塞保持件30所保持的柱塞10、被探针保持件40所保持的探针20的保养、操作性。

下面，利用图3来说明将实施方式的探针单元1分离成柱塞保持件30和探针保持件40时的情况。图3是分离探针保持件和柱塞保持件时的探针单元的主要部分截面图。

被柱塞保持件30所保持的柱塞10处于被向探针方向施力，且被制动器17限制其滑动范围的状态。被探针保持件40所保持的探针20处于被载置在探针收纳凹室45内的状态。于是，通过将探针保持件40与柱塞保持件30分离，能够容易地分离柱塞10和探针20。对于探针单元1来说，通过分离柱塞10和探针20，柱塞10的更换或者探针20的更换就变得容易。

为了防止对探针保持件40与柱塞保持件30接合时发生干涉，探针保持件40的卡止爪41构成为能够向探针保持件40的外侧倾倒。在将探针保持件40与柱塞保持件30连接的情况下，探针单元1通过将引导销32插入嵌合凹部42中，能够容易地进行用于探针保持件40和柱塞保持件30的连接的定位。

此外，卡止爪41能够在保持状态(立起的状态)和解除状态(倾倒的状态，敞开状态)间变换，但也可以使用树脂等挠性材料来使其能够在保持状态和解除状态间变换。

下面，使用图4来说明更换实施方式的探针保持件40所保持的探针20时的情况。图4是表示更换探针时探针保持件的状态的主要部分截面图。

与柱塞保持件30分离的探针保持件40中，探针收纳凹室45的上方是敞开的。检查对象相对面44是与作为检查对象的半导体芯片50相对的面。检查对象相对面44是探针收纳凹室45的底面，具有保持探针20的探针保持孔43。探针保持孔43保持探针20使之能够滑动。探针20配备用来防止其从探针保持孔43脱落的防脱落部22。探针20大致呈圆柱形状，防脱落部22呈与探针保持孔43发生干涉(机械干涉)的圆盘形状。此外，只要与探针保持孔43发生干涉以防止探针20的脱落，防脱落部22并非局限于圆盘形状，也可以是容易抓住的舌片状等。

于是，探针20在未通过螺丝、螺钉等固定而是将本体部插入并贯通探针保持孔43的状态下，载置在探针收纳凹室45的底面上，因此，探针单元1能够极其容易地进行探针更换作业。

此外，探针20通过将其一端(防脱落部22的相反一侧的端部)形成为截面呈U字的形状，使得将探针20插入探针保持孔43中变得容易。此外，为了使探针20的本体部被引导到探针保持孔43，只要探针20的前端部的口径比探针保持孔43小足够多即可，也可以为楔形等。

下面，利用图5来说明实施方式的探针20和探针保持孔43的关系。图5是表示探针和探针保持孔的关系的图。

探针20在大致呈圆柱形状的本体部的一端配备与柱塞抵接的柱塞抵接部21。柱塞抵接部21呈直径为d1的圆盘状，在中心部分与柱塞10抵接。圆盘状的柱塞抵接部21兼用作直径比本体部的直径d2、探针保持孔43的直径d3大的，用于防止探针20从探针保持孔43脱落的防脱落部22。

探针20在大致呈圆柱形状的本体部的另一端配备与电极部51抵接的芯片电极抵接部23。芯片电极抵接部23的截面形成为U字形状，以使前端尖锐。这样，即使在电极部51上形成了自然氧化膜，尖锐的前端也容易刺破自然氧化膜，提高芯片电极抵接部23与电极部51的接触性。此外，虽然例举了前端尖锐的芯片电极抵接部23，但是，只要与电极部51的电接触性良好，前端形状并非局限于此，除此之外也可以设置多个突起，或采用冠状或者平面状。

探针20的本体部的直径d2比探针保持孔43的直径d3略小，探针20能够在探针保持孔43中滑动。

其中，探针保持孔43形成于探针收纳凹室45的底面(板厚d5)，探针20的本体部的长度d4比板厚d5足够大。这样，即使在探针保持件40和柱塞保持件30分离的情况下，保持在探针保持孔43中的探针20也能够被探针保持件40很好地保持。此外，由于这种探针20的结构简单，因此有利于降低探针单元1的成本。

下面，利用图6来说明本实施方式的柱塞保持件30对柱塞10的保持的情况。图6是柱塞保持件的主要部分截面图。

柱塞保持件30中，由一组套筒33和套筒34来保持一根柱塞10并使之能够滑动。柱塞10呈由直径各不相同的三个圆柱串联连接的形状。柱塞10的比制动器17靠上(电线11)侧的部分插入弹簧16中，这样，弹簧16在柱塞10的周围伸缩自如。柱塞10的上侧部被插入并贯通套筒33。套筒33的直径比弹簧16的外径小，但比柱塞10的上侧部的直径大。

柱塞10的比制动器17靠下(探针20)侧的部分被插入并贯通套筒34。套筒34的直径比制动器17的外径小，但比柱塞10的下侧部的直径大。

柱塞10的最下部配备与探针20的柱塞抵接部21抵接的探针抵接部18。探针抵接部18的截面形成为U字形状，以使其前端尖锐。这样，即使在电极部51上形成了自然氧化膜，尖锐的前端也容易刺破自然氧化膜，提高探针抵接部18与柱塞抵接部21的接触性。此外，虽然例举了前端尖锐的探针抵接部18，但是，只要与柱塞抵接部21的电接触性良好，前端形状并非局限于此，除此之外也可以设置多个突起，或采用冠状或者平面状。

柱塞保持件30在套筒33和套筒34之间具有施力部收纳空间35。柱塞保持件30保持柱塞10，使得柱塞10所具有的弹簧16和制动器17被收纳在施力部收纳空间35中。

弹簧16的两端与施力部收纳空间35的顶板部和制动器17抵接，对柱塞10向探针20一侧施力。施力部收纳空间35的底板部与制动器17抵接，由此来限制柱塞10的滑动范围。

于是，柱塞10被柱塞保持件30很好地保持。并且，探针单元1使得被柱塞保持件30所保持的柱塞10的保养、操作性良好。此外，这种柱塞10的结构简单，因此有利于降低探针单元1的成本。

下面，利用图7对实施方式的变形例的探针单元进行说明。图7是表示探针单元的变形例的图。

探针单元61通过电线64来连接电阻器63和柱塞66。

探针单元61包含电阻器63和电线64。

柱塞66通过柱塞接合部65与电线64连接。电阻器63在两端配备电线接合部62，通过一个电线接合部62与电线64连接，通过另一个电线接合部62与电线11连接。电线接合部62、柱塞接合部65可以通过焊接而与电线11或电线64接合。此外，为了容易更换，也可以采用汇合多个电线接合部62或者柱塞接合部65的连接器连接。

于是，通过经由电线64来连接电阻器63和柱塞66，探针单元61能够容易地进行柱塞66的更换或者电阻器63的更换。

此外，探针单元61也可以采用不包含电线64或者电阻器63和电线64的结构。在此情况下，电线64或者电阻器63和电线64可以是外部试验装置侧的结构要素。

此外，在不脱离实施方式的宗旨的范围内，上述实施方式能够进行各种各样的变更。

并且，对于所属领域技术人员而言，能够对上述实施方式进行多种变形、更改，并不局限于所说明的正确的结构及应用例子。

Claims (8)

1.一种探针单元，包括保持探针的探针保持件和将与所述探针电接触的柱塞保持的柱塞保持件，其特征在于：

所述探针保持件在检查对象相对面具备将所述探针保持成能够滑动的探针保持孔，

所述探针具备：防止所述探针从所述探针保持孔中脱落的防脱落部；设在所述探针的一端，与检查对象电极抵接的电极抵接部；和设在所述探针的另一端，与所述柱塞抵接的柱塞抵接部，

所述柱塞保持件具备：将所述柱塞保持成能够滑动的套筒；和对所述柱塞向所述探针方向施力的施力部，

所述柱塞在一端具备与所述探针抵接的探针抵接部。

2.如权利要求1所述的探针单元，其特征在于：

所述探针保持件具备在底面设置了所述探针保持孔的收纳凹室。

3.如权利要求2所述的探针单元，其特征在于：

所述探针保持件具备与所述柱塞保持件卡合的卡止部。

4.如权利要求3所述的探针单元，其特征在于：

所述卡止部在将所述收纳凹室的敞开区域扩大的方向上变位。

5.如权利要求4所述的探针单元，其特征在于：

所述探针保持件具备与所述柱塞保持件所具有的引导部嵌合的嵌合凹部。

6.如权利要求1～5中任一项所述的探针单元，其特征在于：

所述探针大致呈圆柱形状，所述防脱落部是设置于所述电极抵接部一侧的端部的舌片。

7.如权利要求6所述的探针单元，其特征在于：

所述柱塞通过电阻器与配线连接。

8.如权利要求7所述的探针单元，其特征在于：

所述探针和所述柱塞具备多对，

两个以上的所述探针与共用的所述检查对象电极抵接。

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