CN102608364A - 高频垂直式弹片探针卡结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高频垂直式弹片探针卡结构，其各探针包括导体层与绝缘层；导体层具有第一接触件及第二接触件，作为压缩时用来与外部构件电性接触的接触点，以及探针身部，探针身部是由板片以及弹性体相互连接成型，板片用以支撑弹性体承受垂直方向压缩时的可变性；绝缘层具有多个板片，多个板片相对应于导体层的多个板片，用以与导体层做紧密结合。本发明的探针结构简单，并能透过微影深蚀刻模造(Lithographie Ga Vanoformung Abformung，LIGA)技术以电铸方式成型来堆栈探针层数，并依照需求增加或减少层数，此探针比现有弹簧探针有更佳的弹力，大幅增加探针可使用次数。
Description
技术领域
本发明涉及一种探针结构，特别是涉及一种高频垂直式弹片探针卡结构，是一种微型探针的创新形状设计，可运用于高频高速的芯片测试，具备能被纵向压缩的弹性时，仍维持测试过程中良好的接触状态。
背景技术
半导体工业中的芯片尚未封装前，需辅以相关的测试仪器与软件等程序，针对裸晶以探针作各项功能测试的作业，从而筛选出良品、不良品，而良品则再进行之后的封装工程。
由于集成电路制程不断的演进，电路间的线宽与间距日益缩小，而当测试时所使用的探针需求，也从针尖弯曲、横向放置的悬臂式探针，改为针径更细小、更密集且探针与探针之间的间距更窄化的垂直式探针。如图1所示，图1是现有技术之垂直式探针结构立体图。所述现有探针90以机械加工而成的弹簧式探针，是由筒状部91、接触端面92、轴承93及绕线式弹簧94等四部份所构成，接触端面92是用以接触待测对象(如裸晶)做电性检测，而于接触端面92反向的另一尖端则接触在电路板上，而所述轴承93的外围具有绕线式弹簧94缠绕以加强探针整体的弹性，再将其组合套入于筒状部91内，如此繁复的四个组装过程而完成一现有探针。
然而，上述现有探针仍有许多缺点，依照现有技术的人工组装方式，每一根探针的组成皆费时费工，造成成本的耗费也相当可观，而上述探针的接触端面是圆柱立体状，其制作上不够精密，假设平整度不佳则会影响到测试的稳定性；此外，形状上的限制无法达到现今探针数以千计被制造组装的需求，同时也无法实现针与针间距的缩小；更甚者，上述的探针裸露过多而无绝缘部份，容易产生额外的电容、电感，比较不适用于高频测试，故本发明提出一种高频垂直式弹片探针卡结构以改善上述的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为了弥补现有技术的不足，提供一种高频垂直式弹片探针卡结构，是一微型探针构造的创新设计，可用于高频高速的芯片测试装置之中。
所述高频垂直式弹片探针卡结构的垂直式探针的制程技术可以微机电制程制作多层探针，或是微影深蚀刻模造技术(Lithographie GaVanoformungAbformung，LIGA)制程来达到快速生成且简化制程的效果。
所述高频垂直式弹片探针卡结构的探针的身部具有其上下呈现非一致性的可弯曲弹性，而所述创新设计则视所述探针承受反作用力大小而决定其形体的构成，运用此简单设计以增加受压时所能承受的最大变形量。
本发明的高频垂直式弹片探针卡结构采用以下技术方案：
所述高频垂直式弹片探针卡结构的各探针包括导体层与绝缘层，导体层具有第一接触件、第二接触件以及探针身部，第一接触件与第二接触件用以作为压缩时用来与外部构件电性接触的接触点，探针身部是由板片以及弹性体相互连接成型，板片用以支撑所述弹性体承受垂直方向压缩时的可变性。而绝缘层部份具有板片，此板片则相对应于导体层的板片，用以与导体层做紧密结合。
所述各探针是以微影深蚀刻模造技术分别以电铸方式成型或以微机电制程制作多层微探针成型。
所述导体层是由导电金属或导电合金等导电材料所制成。
所述绝缘层是由电气绝缘性材料等非导电性材料所制成。
所述导体层的所述探针身部的所述弹性体是可弯曲型体。
所述导体层的所述探针身部的所述弹性体具有至少一作用力限制突出物。
所述导体层的所述探针身部的所述板片具有补强所述弹性体的作用。
所述各探针的所述导体层与所述绝缘层是相互间隔而成。
所述各探针可由多个相间隔的所述导体层与所述绝缘层呈现多层式增层堆栈成型。
所述导体层的所述第一接触件或所述第二接触件可有多个第一接触件或多个第二接触件接触于同一锡球上。
因此，根据上述技术方案，本发明的高频垂直式弹片探针卡结构至少具有下列优点及有益效果：
(1)此高频垂直式弹片探针卡结构利用现有先进制程技术(例如：LIGA制程等)使其探针增层长出，大幅省去传统机械加工后需再进行人工组装的时间及成本；
(2)承上一优点的叙述，比较于传统加工无法保证所有的针均能稳定地接触到接触点上，先进制程的技术使其探针增层长出，其平整度也较传统探针高，可增加测试时的稳定性；
(3)此高频垂直式弹片探针卡结构其侧面形状较为扁平，此设计能打破密度瓶颈摆放更多探针至探针卡上，而针尖与针尖的间距也较传统式探针结构来得更为缩小，来有效达成现今产业上数以千计的探针需求；
(4)此高频垂直式弹片探针卡结构，除了具导电性的探针外，还增加了绝缘层，可改善传统探针因无绝缘包覆而衍生电容、电感，或是信号减弱、音串增加等多项问题，更可适用于高频测试中；
(5)此高频垂直式弹片探针卡结构还可运用两探针接触于同一锡球上，及另一端接触点的设计能使得间距加大，其上端接触件接触于不同的电路板上，而达到耐电流以及耐电压的功效、降低信号的干扰，从而达到精确量测以及提升芯片的测试电流以及功率范围。
兹为使贵审查员对于本发明能有进一步暸解，以及为使同一技术领域的人员能依据此说明书内容与实施方式据以实施，故以一优选的实施方式，配合图式、相同组件的组件符号标示来说明，将本发明的结构内容详细说明如后。
附图说明
图1是现有技术的弹簧探针结构立体图。
图2是本发明第一种实施例结构的组合示意图。
图3是本发明第一种实施例结构的分解示意图。
图4是本发明第二种实施例结构的多层组合示意图。
图5是本发明第二种实施例结构的多层分解示意图。
图6是本发明第一种实施例在使用时的剖面示意图。
图7A是本发明的第一种弹性体弯曲形式呈现示意图。
图7B是本发明的第二种弹性体弯曲形式呈现示意图。
其中，附图标记说明如下：
1 探针 51 信号金属突垫
2、2A、2B 导体层 6 固定单元
21 第一接触件 61 容置空间
22 第二接触件 7 待测件
23 探针身部 71 锡球
231、331 板片 90 现有探针
232 弹性体 91 筒状部
233v 作用力限制突出物 92 接触端面
3 绝缘层 93 轴承
4 探针卡 94 绕线式弹簧
5 电路板
具体实施方式
请参考图2，图2是本发明第一种实施例结构的组合示意图。本发明的探针1具有第一接触件21、第二接触件22以及探针身部23，所述第一接触件21及第二接触件22用以作为压力时与外部构件电性接触的接触点；所述探针身部23具有多个板片231以及多个弹性体232，并互连接成型，所述多个板片231用以支撑所述弹性体232承受垂直方向压缩时的可变量。此外，探针1的扁平设计做平行的排列，其排列的平面是探针的侧面(即探针表面积较小的面)，通过整齐的平行排列，可在相同面积的待测组件或电路板上可设置更多数目的探针1，以实现数以千计的探针测试装置需求。
请参考图3，图3是本发明第一种实施例结构的分解示意图。在本实施例中，进一步解释上述的探针的结构组合件；探针(图中未标示)是由导体层2与绝缘层3所组成，所述导体层2是由导电金属或导电合金等导电材料所制成，而所述绝缘层3是由电气绝缘性材料等非导电性材料所制；其制成方式是由微影深蚀刻模造(Lithographie GaVanoformung Abformung，LIGA)技术分别以电铸方式成型或以微机电制程制作多层微探针成型，而生成导体层2与绝缘层3，所述各探针的导体层2与绝缘层3是相互间隔而成；其中，所述导体层2的探针身部23中，有多个板片231对应于绝缘层3相同位置的多个板片331紧密结合，如此一来，可补强当探针受压力时，弹性体232有缓冲的板片231、331可以支撑它的弹性，不会因受压过大造成弯曲变形而断针，此外，所述弹性体232可进一步包含至少一作用力限制突出物233，用以防止或抑制所述弹性体232因过度压缩而导致探针断裂，当探针被垂直压缩时，所述弹性体232因受压而产生弯曲状态，一旦所述弹性体232受压缩而超出特定范围后，一作用力限制突出物233就邻近相对应的另一作用力限制突出物233相互接触，此时所述弹性体232已达到弯曲程度的最大程度，通过所述作用力限制突出物233使得探针受限不再受压，以预防所述弹性体232被过度压缩而断裂。综合上述的所述探针身部23具有的所述弹性体232、所述板片231及所述作用力限制突出物233，通过此三组件组成的综合结果，故能更有效地延续探针的使用寿命。
除了上述的第一种实施方式外，还可以做多层式的堆栈以符合各种不同测试装置的需求。请同时参考图4及图5，图4及图5是本发明第二种实施例结构的多层组合示意图及本发明第二种实施例结构的多层分解示意图。此为多层堆栈的形式呈现，如图4所示，所述各探针1B的导体层2与绝缘层3是相互间隔而成，可依序增层长出：导体层2、绝缘层3、导体层2、…、等，可依测试需求来增加或减少层数，而所述多个导体层2皆具有多个板片231及相连接的多个弹性体232，所述多个绝缘层3也具有多个板片331，如图5；此外，前述的多个扁平探针1做整齐的平行排列以缩小针间距离，可有效运用有限范围内的使用空间，能够摆放更多的探针1，使得探针1B的增层堆栈下，所述导体层2的接触尖端(在此指第一接触件21)，可有多个接触尖端(在此指多个第一接触件21)接触于同一锡球上；其增层的实施方式如同第一种实施例，因此不再一一赘述；然而，图4是三层式堆栈的探针形式，所述各探针可由多个相间隔的导体层2与绝缘层3呈现多层式增层堆栈成型，此只是本发明的一种实施例，是多层式堆栈的其中一种，并不因此限制本发明的范围，任何可以实现此实施方式的方法皆在此限。
请参考图6，图6是本发明第一种实施例在使用时的剖面示意图。所述探针卡4具有一电路板5、固定单元6及多个探针1。所述电路板3结合所述固定单元6与所述信号接触金属突垫51，所述固定单元6于电路板5下方形成有多个容置空间61，而所述容置空间61供所述探针1安装于其中，通过固定单元6以固定其探针1在探针卡4内的位置，同时也限制着多个探针只能被垂直方向受压而无法做横向或其它方向的移动。当所述探针1被固定时，所述第一接触件21与电路板5上的信号金属突垫51做电性接触，使多个探针1与电路板5的电路两者导通电性连接。进行测试时，探针卡4在测试机台上会进行移动，使探针卡4的探针1靠近待测组件7时，所述待测组件7(例如：芯片或电路板等测试装置)，所述探针1与所述第二接触件22与所述待测组件7上的锡球71做直接的电性信号接触以筛选出待测组件7上质量优劣。所述电路板5与固定单元6能以螺固装置或其它辅助固定装置相结合在一起，因此能将本发明运用于探针卡产品上的使用。本发明的探针1能运用在许多产品，目前只就其中一种实例的范例作使用说明，但并不因此限制本发明的应用范围。
本发明并未限制所述探针1只能以第一接触件21与待测组件7的锡球71相接触，换句话说，也能将所述探针1反向安装，以第二接触件22与待测组件7的锡球71相接触。另外也能将本发明的探针安装于两电路板之间，直接作为电性及信号传输，此外，也列举接触尖端(此实施例意指是第一接触件21)的形状为双尖刀式为例，但所述接触尖端的形状不因此为限，能视需要设计为各种不同的形状，只要所述形状能在探针与外部构件相电性连接时，具有良好的接触状态，使信号传输稳定即可；而所述第一接触件21及第二接触件22的数目也不限一个，可依堆栈层数来决定尖端的数目。
请同时参考图7A及图7B，图7A及图7B是本发明的第一种弹性体弯曲形式及第二种弹性体弯曲形式呈现示意图。所述导体层探针2A身部的弹性体232是可弯曲型体，其图示呈现只是其中一种，不因此为限。如图7A所示，所述弹性体232可以是同一方向弯曲，又如图7B所示，也可以是不同方向弯曲型体，所述弹性体232的设计，可依照接触尖端受下压力量的程度来调整弹性体所呈现的形式，如此可使弹性体232承受更大的下压力量及反作用力，而不造成变形。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种高频垂直式弹片探针卡结构，其特征在于，所述高频垂直式弹片探针卡结构的各探针包括：
至少一导体层，具有：
第一接触件及第二接触件，作为压缩时用来与外部构件电性接触的接触点；以及
探针身部，由至少一板片以及至少一弹性体相互连接成型，所述板片用以支撑所述弹性体承受垂直方向压缩时的可变性；以及
至少一绝缘层，具有至少一板片，所述板片相对应于所述导体层的板片，用以与所述导体层做结合。
2.如权利要求1所述的高频垂直式弹片探针卡结构，其特征在于，所述各探针是以微影深蚀刻模造技术分别以电铸方式成型或以微机电制程制作多层微探针成型。
3.如权利要求1所述的高频垂直式弹片探针卡结构，其特征在于，所述导体层是由导电金属或导电合金等导电材料所制成。
4.如权利要求1所述的高频垂直式弹片探针卡结构，其特征在于，所述绝缘层是由电气绝缘性材料等非导电性材料所制成。
5.如权利要求1所述的高频垂直式弹片探针卡结构，其特征在于，所述导体层的所述探针身部的所述弹性体是可弯曲型体。
6.如权利要求1所述的高频垂直式弹片探针卡结构，其特征在于，所述导体层的所述探针身部的所述弹性体具有至少一作用力限制突出物。
7.如权利要求1所述的高频垂直式弹片探针卡结构，其特征在于，所述导体层的所述探针身部的所述板片具有补强所述弹性体的作用。
8.如权利要求1所述的高频垂直式弹片探针卡结构，其特征在于，所述各探针的所述导体层与所述绝缘层是相互间隔而成。
9.如权利要求1、2或7所述的高频垂直式弹片探针卡结构，其特征在于，所述各探针可由多个相间隔的所述导体层与所述绝缘层呈现多层式增层堆栈成型。
10.如权利要求8所述的高频垂直式弹片探针卡结构，其特征在于，所述导体层的所述第一接触件或所述第二接触件可有多个第一接触件或多个第二接触件接触于同一锡球上。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120725 |