CN102478590B - 直接针测式的探针测试装置 - Google Patents

Abstract

一种直接针测式的探针测试装置，此探针测试装置包括：探针接口板、空间转换器、导电弹性机构、固定框、与垂直式探针组。空间转换器包括空间转换板与增强板，增强板与空间转换板电连接，且增强板的机械强度大于空间转换板。导电弹性机构分别与探针接口板与增强板电连接。固定框包括：补强圈、框体、与抵压部，补强圈是设置在探针接口板上，而框体内则容纳着导电弹性机构，且抵压部抵压着空间转换器。垂直式探针组包括多个垂直式探针，这些垂直式探针是与空间转换板电连接。

Description

直接针测式的探针测试装置

技术领域

本发明是关于一种探针测试装置，特别是关于一种寿命较长且其空间转换板较不易变形的探针测试装置。

背景技术

请参照图1A与图1B，图1A所绘示为习知的一种探针系统的示意图，图1B所绘示为图1A中的探针测试装置。此探针系统1000包括一测试头1100(test head)、一探针测试装置1200、及一晶圆测试机1400(Prober)，而探针测试装置1200则包括一探针接口板1210(Probe Interface Board)、一弹力针塔1220(pogo tower)、与一探针卡1230(probe card)所构成。其中，探针测试装置1200是安装在测试头1100上。测试头1100所发出的测试讯号会传送到探针接口板1210，之后讯号经由弹力针塔1220与探针卡1230后，再经由探针卡1230上的垂直式探针1231传输到待测装置1300(device under test)。由于测试讯号需经过较长的传输路径，故当传输较高频的测试讯号时会发生讯号衰竭的现象。

为了改善上述的缺陷，本领域的部分技术人员提出另一种探针系统与探针测试装置。请参照图2，图2所绘示为习知的另一种探针测试装置。此探针测试装置10包括一探针接口板12、一空间转换板14、与一垂直式探针组19。其中，探针接口板12与空间转换板14是藉由焊锡而进行电连接。另外，垂直式探针组19则包括一导板192与多个垂直式探针194，导板192是固定在空间转换板14的下表面，而垂直式探针194则是贯穿导板192并与空间转换板14进行电连接。

上述的探针测试装置10属于直接针测式(direct-ducking type)，亦即未使用到垂直式探针卡，故其讯号传输的途径较短，较适用在高频讯号的检测。在直接针测式的探针测试装置10中，是使用探针接口板12来取代探针卡中电路板的功能。由于探针接口板12的面积大小约为探针卡中电路板的数倍，也因此探针接口板12上可布署较多的电子零件。这样一来，可使探针接口板12有较佳的测试效能，且探针接口板12所能测试的待测装置的种类也较多。另外，由于探针接口板12的面积较大，故可同时测试较多组的待测装置。

而且，不论是图2的直接针测式的探针测试装置10或者是图1B的探针测试装置1200，都需要一个承靠面以作为平面度的标准，所谓的平面度是指探针针尖相对于承靠面距离最大跟最小的差异值。

然而，由于探针接口板12与空间转换板14间是藉由回焊而相连在一起，而在进行回焊作业时，探针接口板12需承受较高的温度，这样容易造成探针接口板12的损坏。而且，探针接口板12上的电子零件较多，故单位成本较高，这也造成了使用者的负担。

为了解决上述的问题，本领域的部分技术人员提出如图3所绘示的探针测试装置，此探针测试装置20包括：一探针接口板22、一空间转换板24、一固定框25、一支撑板26、多个电触头28、与一垂直式探针组29。其中，支撑板26位在探针接口板22与空间转换板24间，且电触头28设在支撑板26上。此外，固定框25是固定在探针接口板22上，且固定框25的抵压部251是抵压在空间转换板24上，以确保电触头28与空间转换板24有良好的电性接触。由于电触头28与探针接口板22间并不需使用回焊而连接在一起，故探针接口板22无需承受较高的温度，从而有较长的使用寿命。目前，市面上的空间转换板24是使用半导体制造的后段制程(即：封装制程)所制造而成的，故其厚度有愈来愈薄的趋势。然而，探针接口板22的下表面到垂直式探针组29的针尖的高度往往受到使用环境影响而被限制住，故当空间转换板24的厚度较薄时，便有整体高度难以进行调整的问题。在中华民国专利公开号201003078中，其揭露了一垫高板，此垫高板是介于电触头与空间转换板间，可克服空间转换板较薄的问题。但是，此垫高板主要是应用在传统的垂直式探针卡上，而非应用在直接针测式的探针测试装置上。

而且，由于探针接口板22的面积较大，空间转换板24的面积也会随着加大。在空间转换板24的厚度较薄且面积较大的情况下，电触头28所施加的弹力会使空间转换板24产生较大的变形量，从而使垂直式探针组29上的探针无法与待测装置(未绘示)做精确的接触。另外，当垂直式探针组29与待测装置作接触时，其待测装置会施加一反作用力在垂直式探针组29上，并使空间转换板24往探针接口板22的方向弯折，而使电触头28受到挤压，从而对电触头28产生伤害。

因此，如何在探针接口板设置出一种能避免空间转换板产生弯曲的问题的探针测试装置，便成为所属技术领域的技术人员值得思考的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种直接针测式的探针测试装置，此探针测试装置能避免空间转换板产生弯曲的问题。

根据上述目的与其他目的，本发明提供一种直接针测式的探针测试装置，此探针测试装置包括：一探针接口板、一空间转换器、一导电弹性机构、一固定框、与一垂直式探针组。其中，空间转换器包括一空间转换板与一增强板。增强板位在探针接口板与空间转换板间，其内部设有电路。增强板与空间转换板藉由焊锡而电连接，且增强板的机械强度大于空间转换板的机械强度。另外，导电弹性机构位在增强板与探针接口板间，且导电弹性机构分别与探针接口板与增强板电连接。此外，固定框包括：一补强圈、一框体、与一抵压部，补强圈是设置在探针接口板上，而框体内则容纳着导电弹性机构，且抵压部是抵压着空间转换器。垂直式探针组包括多个垂直式探针，这些垂直式探针是与空间转换板电连接。

在上述的探针测试装置中，抵压部是抵压在增强板上。

在上述的探针测试装置中，抵压部是抵压在空间转换板上。

在上述的探针测试装置中，增强板为多层陶瓷结构(Multi-LayeredCeramic，简称MLC)，而空间转换板为多层有机结构(Multi-LayeredOrganic，简称MLO)。而且，空间转换板的厚度小于1.8mm，增强板的厚度大于1.0mm。在较佳的情况下，空间转换板的厚度小于1.5mm，增强板的厚度大于1.5mm。

在上述的探针测试装置中，焊锡的周围环绕有一填充层，此填充层的材质例如为高分子材质。

在上述的探针测试装置中，空间转换板的杨氏系数为11Gpa，增强板的杨氏系数为120Gpa。

在上述的探针测试装置中，导电弹性机构包括一支撑板与多个电触头，这些电触头是穿设过支撑板并被支撑板所固定，且电触头具有弹性。

在上述的探针测试装置中，保护装置包括至少两个保护垫片，该保护垫片的两端分别抵压着探针接口板与增强板。

在上述的探针测试装置中，保护装置包括至少两个保护螺丝，该保护螺丝是穿设过该探针接口板且其底部抵接着增强板。

在上述的探针测试装置中，保护装置包括一限位部，该限位部设置在固定框的框体上且抵压着增强板。

在上述的探针测试装置中，保护装置包括一保护框，该保护框包括一中空的部份，以用于容纳放置该导电弹性机构，该保护框的两端分别抵压着该探针接口板与该增强板。

在上述的探针测试装置中，保护装置是位在导电弹性机构的外围。

在上述的探针测试装置中，增强板内部的电路是垂直贯穿增强板。

在上述的探针测试装置中，框体与抵压部为一体成型。

在上述的探针测试装置中，更包括一保护螺丝，该保护螺丝是穿设过探针接口板与导电弹性机构的中央区域，且保护螺丝的底部抵接着增强板。

在上述的探针测试装置中，保护装置包括一个保护薄膜，而导电弹性机构包括一支撑板与多个电触头，这些电触头是穿设过支撑板并被支撑板所固定，且电触头具有弹性。其中，保护薄膜是位在支撑板与增强板间或者是位在支撑板与探针接口板间。而且，保护薄膜上具有多个穿孔以供该电触头穿设而过。

在上述的探针测试装置中，空间转换板与垂直式探针组的个数皆为多个，且每一垂直式探针组皆分别电连接到其中一空间转换板。

由于增强板的机械强度大于空间转换板的机械强度，故其产生的变形量会较小。也因此，位在空间转换板下方的垂直式探针组所产生的偏移量较小，故垂直式探针能与待测装置做较精确的接触。

附图说明

图1A所绘示为习知的一种探针系统的示意图，图1B所绘示为图1A中的探针测试装置。

图2所绘示为习知的另一种探针测试装置。

图3所绘示为习知的再一种探针测试装置。

图4A所绘示为本发明的第一实施例的探针系统。

图4B所绘示为本发明的第一实施例的探针测试装置。

图4C所绘示为本发明的第二实施例的探针测试装置。

图5所绘示为本发明的第三实施例的探针测试装置。

图6所绘示为本发明的第四实施例的探针测试装置。

图7所绘示为本发明的第五实施例的探针测试装置。

图8所绘示为本发明的第六实施例的探针测试装置。

图9所绘示为本发明的第七实施例的探针测试装置。

图10所绘示为本发明的第八实施例的探针测试装置。

具体实施方式

请参照图4A与图4B，图4A所绘示为本发明的第一实施例的探针系统，图4B所绘示为本发明的第一实施例的探针测试装置，此探针测试装置30例如是装设在探针系统2000上。此探针系统2000包括一测试头2100、及一探针测试装置30、与一晶圆测试机2400。其中，测试机2400包括一承载台2410，而待测装置2300则是装设在承载台2410上。探针测试装置30包括：一探针接口板32、一空间转换装置34、一固定框35、一导电弹性机构36、二保护垫片37、与一垂直式探针组39。

请比较图1A与图4A，在图1A中，探针测试装置1200是与晶圆测试机1400连接。也就是说，探针测试装置1200的探针卡1230是向下承靠，其承靠面是位在晶圆测试机1400上。在图4A中，探针测试装置30是与测试头2100连接。也就是说，探针测试装置30的探针接口板32是向上承靠，其承靠面是位在测试头2100上。也就是说，探针接口板32是与测试头2100连接。

请继续参照图4B，空间转换装置34包括一空间转换板341与一增强板343。增强板343是位在探针接口板32与空间转换板341间，且增强板343是藉由多个焊锡342而与空间转换板341电连接。此外，增强板343的机械强度大于空间转换板341的机械强度，也因为增强板343的设置，空间转换装置34的整体机械强度得以提高。

导电弹性机构36则是位在增强板343与探针接口板32间，在本实施例中，导电弹性机构36包括一支撑板362与多个电触头364，这些电触头364是具有弹性，且穿设过支撑板362并被支撑板362所固定。此外，增强板343的内部还设有电路3431，故探针接口板32所传递下来的测试讯号，在经过电触头364后，会经由增强板343内部的电路而传递到空间转换板341。

另外，固定框35包括一补强圈352、一框体354、与一抵压部356。补强圈352是设置在探针接口板32的其中一侧，藉由将锁合螺丝351可将框体354固定在探针接口板32的另外一侧，且框体354容纳着增强板343与导电弹性机构36。另外，抵压部356则是藉由锁合螺丝353而锁合在框体354上，且抵压部356抵压着增强板343的其中一侧，以确保电触头36与增强板343间有良好的电性接触。当然，框体354与抵压部356亦可为一体成型的结构，这样一来就不需要使用锁合螺丝353来锁合框体354。同时，藉由锁合螺丝351来确保电触头36与增强板343间的电性接触。在本实施例中，框体354与抵压部356是分开的两个组件，但所属技术领域的技术人员也可将框体354与抵压部356采一体成型的设计。

此外，保护垫片37是设置在增强板343与探针接口板32间，并位在导电弹性机构36的外围。而且，这两个保护垫片37是位在相对的二侧。其中，保护垫片37的上端抵压着探针接口板32，而保护垫片37的下端则抵压着增强板343。由图4A  知，相对于抵压部356，保护垫片37是抵压在增强板343的另外一侧。

请继续参照图4A，垂直式探针组39包括多个垂直式探针394，这些垂直式探针394是与空间转换板341电连接，垂直式探针394的底部则与待测装置(未绘示)做接触。

在本实施例中，空间转换板341的杨氏系数约为11Gpa，增强板343的杨氏系数约为120Gpa。由于增强板343的机械强度大于空间转换板341的机械强度，故其产生的变形量会小于图3的空间转换板24所产生的变形量。因此，相较于图3的垂直式探针组29，本实施例的垂直式探针组39所产生的偏移量较小，故垂直式探针394能与待测装置(未绘示)做较精确的接触。

另外，当垂直式探针394与待测装置相接触时，待测装置会施予一反作用力给垂直式探针394。此时，因为有保护垫片37的支撑，故空间转换装置34较不易往探针接口板32的方向弯折。这样一来，电触头364便较不易受到挤压，而使电触头364得到较佳的保护。

在本实施例中，增强板343为多层陶瓷结构，而空间转换板341则为多层有机结构。当然，所属技术领域的技术人员也可依据需求而改变增强板343或空间转换板341的材质和结构，只要确保增强板343的机械强度大于空间转换板341的机械强度，从而避免空间转换板341产生较大的变形量即可。例如，增强板343也可为多层有机结构、印刷电路板结构、或FR-4玻璃纤维板结构。

此外，在本实施例中，空间转换板341的厚度小于1.8mm，增强板343的厚度则大于1.0mm。在较佳的实施例中，空间转换板341的厚度小于1.5mm，增强板343的厚度则大于1.5mm。

请参照图4C，图4C所绘示为本发明的第二实施例的探针测试装置。在探针测试装置30’中，焊锡342的周围环绕有一填充层344，此填充层344的材质为高分子材质，填充层344的功效在防止焊锡342被外界环境所污染。由于探针测试装置30’中的其他组件与图4B中所示的各组件相同或相似，故在图4C中标以相同的符号并不再赘述。

当然，所属技术领域的技术人员也可用其他的保护装置来取代保护垫片37，例如一保护框(未绘示)，保护框是一种中空的板状物体，其位在导电弹性机构36的外围，中空的部份是用于容纳放置导电弹性机构36，保护框的两端分别抵压着探针接口板32与增强板343。请参照图5，图5所绘示为本发明的第三实施例的探针测试装置，此探针测试装置40包括两个保护螺丝47。其中，保护螺丝47是穿过探针接口板32，且其底部是抵接着增强板343。此保护螺丝47与保护垫片37有相似的功效，亦即：可使空间转换装置34较不易往探针接口板32的方向弯折，而确保电触头364较不易因为受到挤压而损害。

请参照图6，图6所绘示为本发明的第四实施例的探针测试装置。在此探针测试装置50中，固定框35’的框体354’上还开设有一限位部3541’，相对于抵压部356，此限位部3541’是抵压着增强板343的另外一侧。也就是说，增强板343是被抵压部356及限位部3541’所挟持。藉由抵压部356，可防止空间转换装置34因待测装置所施加的反作用力而变形。而且，此限位部3541’还可作为探针测试装置50的保护装置，可使空间转换装置34较不易往探针接口板32的方向弯折，而使电触头364较不易因为受到挤压而损害。

请参照图7，图7所绘示为本发明的第五实施例的探针测试装置。此探针测试装置60还包括一保护螺丝67，该保护螺丝67是穿设过探针接口板62与导电弹性机构66的支撑板662的中央部份，而保护螺丝67的底部则与增强板643相抵接。或者，也可在增强板643设置一螺纹孔(未绘示)，而保护螺丝67的底部则锁合在螺纹孔上。若增强板643为陶瓷材料而不利于螺纹加工时，可改由将一具内螺纹的金属块嵌设在增强板643的方式，供保护螺丝67的底部与增强板643相锁合。当垂直式探针394与待测装置(未绘示)相接触时，待测装置会施予一反作用力。此时，由于保护螺丝67的底部抵接着增强板643，故可以防止空间转换装置64探针接口板32的方向变形。

在图4A中，电路3431是往下垂直贯穿增强板343。然而，在图6的探针测试装置60中，由于保护螺丝67是穿设过导电弹性机构66的中央区域，故电触头664的位置会往两侧偏移。也因此，增强板643内部的电路6431具有弯折处，以确保空间转换装置64与增强板643间的电连接。此外，为了使电触头664获得更佳的保护，亦可以仿效如图4A～图6所揭露的方式，在图7中的导电弹性机构66的外围再加上其他的保护装置，由于这些保护装置可与图4A～图6一样中所示的保护装置相同，故便不再赘述。

请参照图8，图8所绘示为本发明的第六实施例的探针测试装置。在本实施例中，探针测试装置70的保护装置包括两个保护薄膜77，其中一保护薄膜77是位在支撑板362与增强板343间，另外一保护薄膜77则是位在支撑板362与探针接口板32间。此外，保护薄膜77上还具有多个穿孔771，这些穿孔771可供电触头364穿设而过。当然，所属技术领域的技术人员应可清楚地了解到：在探针测试装置70上也可仅设置单一个保护薄膜77，此保护薄膜77例如是位在支撑板362与增强板343间或支撑板362与探针接口板32间。

在上述的实施例中，增强板343是位在固定框35内，而空间转换板341则是位在固定框35外。请参照图9，图9所绘示为本发明的第七实施例的探针测试装置。在此探针测试装置80中，空间转换装置34’的增强板343’与空间转换板341’皆位在固定框35的框体354内，而固定框35的抵压部356则抵压着空间转换板341’。

请参照图10，图10所绘示为本发明的第八实施例的探针测试装置。在此探针测试装置90中，设置有两个空间转换板941，而每一个空间转换板941的下方都设有一垂直式探针994。这样一来，探针测试装置90便可同时测试两个待测装置。当然，所属技术领域的技术人员也可需要将探针接口板32与增强板343的面积增大，如此就可装设更多的空间转换板与垂直式探针组，以对更多待测装置进行测试。

此外，在上述的全部的实施例中，电触头主要功用是为了让增强板与探针接口板产生电连接，且让探针接口板免于回焊作业，以增加探针接口板的使用寿命。因此，所属技术领域的技术人员可将电触头设计成如为美国专利US6722893的图1及图2所示的信号接触子(signalcontact)，或者为美国专利US6846184的图3及图4所示的电触头(electrical contact)，也可为美国专利US6712620的图1及图2所示的弹性接触子(elastomeric contact)。或者，电触头的主要材质也可为异方性导电胶。

上述实施例仅是为了方便说明而举例，虽遭所属技术领域的技术人员任意进行修改，均不会脱离如权利要求书中所欲保护的范围。

Claims (20)

1.一种直接针测式的探针测试装置，包括：

一探针接口板；

一固定框，该固定框包括一抵压部；及至少一垂直式探针组，各垂直式探针组包括多个垂直式探针，其特征在于，该直接针测式的探针测试装置更包括：

一空间转换器，该空间转换器包括至少一空间转换板与一增强板，该增强板位在该探针接口板与该空间转换板间，该增强板的内部设有电路，该增强板与该空间转换板藉由焊锡而电连接，且该增强板的机械强度大于该空间转换板的机械强度；

一导电弹性机构，该导电弹性机构位在该增强板与该探针接口板间，且该导电弹性机构分别与该探针接口板与该增强板电连接；

其中，该固定框更包括一补强圈与一框体，该补强圈设置在该探针接口板上，该框体内则容纳着该导电弹性机构，这些垂直式探针是与该空间转换板电连接，且该抵压部则抵压着该空间转换器。

2.如权利要求1所述的探针测试装置，其中该抵压部是抵压在该增强板上。

3.如权利要求1所述的探针测试装置，其中该抵压部是抵压在该空间转换板上。

4.如权利要求1所述的探针测试装置，其中该增强板为多层陶瓷结构，而该空间转换板为多层有机结构。

5.如权利要求4所述的探针测试装置，其中该空间转换板的厚度小于1.8mm，该增强板的厚度大于1.0mm。

6.如权利要求5所述的探针测试装置，其中该空间转换板的厚度小于1.5mm，该增强板的厚度大于1.5mm。

7.如权利要求1所述的探针测试装置，其中在该增强板与该空间转换板间的焊锡的周围环绕有一填充层，其中该填充层的材质为高分子材质。

8.如权利要求1所述的探针测试装置，其中该空间转换板的杨氏系数为11Gpa，该增强板的杨氏系数为120Gpa。

9.如权利要求1所述的探针测试装置，其中该导电弹性机构包括一支撑板与多个电触头，这些电触头是穿设过该支撑板并被该支撑板所固定，且该电触头具有弹性。

10.如权利要求1所述的探针测试装置，还包括一保护装置，相对于该固定框的抵压部，该保护装置抵压着该空间转换器的另外一侧。

11.如权利要求10所述的探针测试装置，其中该保护装置包括至少两个保护垫片，该保护垫片的两端分别抵压着该探针接口板与该增强板。

12.如权利要求10所述的探针测试装置，其中该保护装置包括至少两个保护螺丝，该保护螺丝是穿设过该探针接口板，且该保护螺丝的底部抵接着该增强板。

13.如权利要求10所述的探针测试装置，其中该保护装置包括一限位部，该限位部设置在该固定框的框体上且抵压着该增强板。

14.如权利要求10所述的探针测试装置，其中该保护装置包括一保护框，该保护框包括一中空的部份，以用于容纳放置该导电弹性机构，该保护框的两端分别抵压着该探针接口板与该增强板。

15.如权利要求10至权利要求14中任一项所述的探针测试装置，其中该保护装置是位在该导电弹性机构的外围。

16.如权利要求1所述的探针测试装置，其中该增强板内部的电路是垂直贯穿该增强板。

17.如权利要求1所述的探针测试装置，其中该框体与该抵压部为一体成型。

18.如权利要求1所述的探针测试装置，还包括一保护螺丝，该保护螺丝是穿设过该探针接口板与该导电弹性机构的中央区域，且该保护螺丝的底部抵接着该增强板。

19.如权利要求10所述的探针测试装置，其中该保护装置包括一保护薄膜，而该导电弹性机构包括一支撑板与多个电触头，这些电触头是穿设过该支撑板并被该支撑板所固定，且该电触头具有弹性，该保护薄膜是位在该支撑板与该增强板间或者是位在该支撑板与该探针接口板间，且该保护薄膜上具有多个穿孔以供该电触头穿设而过。

20.如权利要求1所述的探针测试装置，其中该空间转换板与该垂直式探针组的个数皆为多个，且每一垂直式探针组皆分别电连接到其中一空间转换板。

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