CN104897934B - 弹簧套筒式探针 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹簧套筒式探针，包含一针体、一套设于针体外的弹簧套筒以及一凸出部，该弹簧套筒具有上、下非弹簧段及位于上、下非弹簧段之间的至少一弹簧段，该针体的一下端部自该下非弹簧段凸伸而出，该针体的一上端部位于该上非弹簧段内，该凸出部位于该上端部及该上非弹簧段二者其中之一，该针体能受外力作用而自一起始位置相对该上非弹簧段移动至一连接位置，该针体位于该连接位置时，该上非弹簧段与该针体的上端部通过该凸出部而相互电性连接；由此，该探针能有效避免讯号经由弹簧段传输，以提升讯号传输稳定性，并避免弹簧段断裂。

Description

弹簧套筒式探针

技术领域

本发明与应用于探针卡的探针有关，特别是指一种弹簧套筒式探针。

背景技术

半导体芯片进行测试时，测试机通过一探针卡而与待测物电性连接，并通过讯号传输及讯号分析，获得待测物的测试结果。习用的探针卡通常由一电路板及一探针装置组成，或者更包含有一设于该电路板及该探针装置之间的空间转换器，该探针装置设有多数对应待测物的电性接点而排列的探针，以通过各探针同时点触各电性接点。

图1是一种习用的弹簧套筒式探针11的平面分解图，探针11包含有一针体12，以及一套设于针体12外的弹簧套筒13。图2为采用该弹簧套筒式探针11的探针卡14的剖视示意图，为了方便说明，图2的比例并未对应图1的比例。探针卡14包含有一电路板15及一探针装置16，探针装置16包含有一探针座17及多个探针11，图2仅显示出一小部分的电路板15及探针座17，以及一探针11，以便说明。

探针11的针体12与弹簧套筒13的结合方式，是将弹簧套筒13的一接近其下端的结合部132压合于针体12，并通过焊接(或称熔接，例如点焊(spot welding))相互固定。探针座17由上、中、下导板171、172、173构成(也可没有中导板172而仅有上、下导板171、173)，各导板共同形成多个安装孔174(图2仅显示出一安装孔174)，各安装孔174由上导板171的一上导引孔171a、中导板172的一中导引孔172a及下导板173的一下导引孔173a构成，用于安装一探针11。弹簧套筒13的结合部132朝向上导板171而依序通过上导板171的上导引孔171a及中导板172的中导引孔172a，进而设于下导板173的下导引孔173a内，并使针体12的底端穿过下导板173的贯穿孔173b而使针体12的底端凸露出下导板173之外，此时，探针11的结合部132的底面支撑在下导板173的下导引孔173a的底面上，由此，探针11可以保持在上、中及下导板171、172、173中，而不会脱落。

探针装置16组装完成后，电路板15固定于探针座17的顶面175，弹簧套筒13的顶端与电路板15的电性接点电性连接，针体12的底端用于点触待测物的电性接点。由于抵触于电路板15的弹簧套筒13具有可弹性压缩的二弹簧段138，而针体12的下段与弹簧套筒13下端的结合部132固接，且针体12顶端与电路板15(弹簧套筒13的顶端)存留有一间隙18，当针体12的底端抵触于待测物的电性接点并相对进给时，针体12将内缩，进而压缩弹簧套筒13，因此，探针11不但能与待测物的电性接点确实接触并电性导通，更可通过弹簧套筒13所提供的缓冲功能来避免接触力过大而造成待测物的电性接点或针体损坏或过度磨损。

当电路板15与一测试机(图中未示)电性连接，且针体12的底端点触待测物的电性接点时，该测试机与该待测物之间即可经由弹簧套筒13与针体12相互传递测试讯号。更明确地说，探针11最好能主要以针体12传输测试讯号，并以针体12的尾部122与弹簧套筒13顶部的非弹簧段139接触，进而经由非弹簧段139传输测试讯号。举例而言，讯号自该待测物传输至针体12底端后，最好先在针体12内传输至针体12的尾部122，再经由弹簧套筒13顶部的非弹簧段139传输至电路板15。

然而，习用的弹簧套筒式探针11无法确保针体12的尾部122与弹簧套筒13顶部的非弹簧段139接触，因此测试讯号仍很可能在结合部132与针体12之间传递，并经由各弹簧段138传输，如此容易产生讯号传输不稳定的问题。而且，各弹簧段138因截面积小而无法承受较大的电流流过，因此容易在传输讯号时因电流过大而断裂。此外，各弹簧段138讯号传输路径太长，使其电感性过高，而无法提高传输带宽，因此无法使用在比较高频的测试需求。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种弹簧套筒式探针，其能有效地避免讯号经由弹簧套筒的弹簧段传输，以提升讯号传输稳定性，并避免弹簧套筒的弹簧段断裂。

为达到上述目的，本发明所提供的一种弹簧套筒式探针，其特征在于包含有：一针体，具有一上端部及一下端部；一弹簧套筒，具有一上非弹簧段、一下非弹簧段，以及位于所述上非弹簧段与所述下非弹簧段之间的至少一弹簧段，所述弹簧套筒套设于所述针体外，所述弹簧套筒的下非弹簧段与所述针体固接，所述针体的下端部自所述下非弹簧段凸伸而出，所述针体的上端部位于所述上非弹簧段内；一凸出部，位于所述针体的上端部及所述弹簧套筒的上非弹簧段二者其中之一，所述针体能受外力作用而自一起始位置相对所述弹簧套筒的上非弹簧段移动至一连接位置，所述针体位于所述连接位置时，所述上非弹簧段与所述针体的上端部通过所述凸出部而相互电性连接。

上述本发明的技术方案中，所述弹簧套筒的上非弹簧段具有一面向所述针体的内壁面，且所述凸出部凸出于所述内壁面。

所述凸出部具有一导引斜面，所述导引斜面相对所述上非弹簧段的内壁面呈倾斜状且面向所述针体，以供所述针体在自所述起始位置移动至所述连接位置的过程中沿着所述导引斜面移动。由此，所述导引斜面可避免所述针体在抵接到所述凸出部时卡住而无法继续移动，并更可确保所述针体与所述凸出部确实地接触。

所述凸出部具有一与所述上非弹簧段的内壁面间隔一段距离地相面对的抵接面，所述针体具有一面向所述弹簧套筒的外周面，所述针体位于所述连接位置时，所述针体的外周面与所述抵接面及所述上非弹簧段的内壁面接触。由此，所述针体位于所述连接位置时为大面积地与所述凸出部接触，如此可使所述针体与所述上非弹簧段确实地电性连接。

所述凸出部呈环形，所述针体具有一面向所述弹簧套筒的外周面，所述针体位于所述连接位置时，所述凸出部环绕所述针体的上端部并与所述针体的外周面接触。由此，所述针体位于所述连接位置时系大面积地与所述凸出部接触，如此可使所述针体与所述上非弹簧段确实地电性连接。

所述针体的上端部具有一面向所述凸出部的倒角。由此，所述所述倒角可避免所述针体在抵接到所述凸出部时卡住而无法继续移动，并更可确保所述针体与所述凸出部确实地接触。

所述上非弹簧段具有一贯穿所述内壁面及一外壁面的沟槽，以及一通过所述沟槽所形成的弹片，所述弹片伸入所述上非弹簧段内而形成所述凸出部。由此，所述弹簧套筒式探针较容易制造。

所述针体具有一面向所述弹簧套筒的外周面，且所述凸出部凸出于所述外周面。

所述弹簧套筒的上非弹簧段具有一面向所述针体的内壁面，所述凸出部具有一面向所述弹簧套筒的抵接面，以及一与所述抵接面连接且相对于所述抵接面呈倾斜状的导引斜面；所述针体位于所述连接位置时，所述凸出部的抵接面与所述上非弹簧段的内壁面接触，且所述导引斜面位于所述上非弹簧段内。由此，所述导引斜面可避免所述凸出部在进入所述上非弹簧段时卡住。

所述凸出部环绕所述针体的上端部。由此，所述针体位于所述连接位置时，所述凸出部大面积地与所述上非弹簧段接触，如此可使所述针体与所述上非弹簧段确实地电性连接。

采用上述技术方案，当所述针体的下端部点触待测物时，所述针体会受力而移动至所述连接位置，此时，由于所述上非弹簧段与所述针体的上端部是通过所述凸出部而相互连接，因此可确保所述针体的上端部与所述上非弹簧段电性连接，进而有效地避免讯号经由弹簧套筒的弹簧段传输，以提升讯号传输稳定性，并避免弹簧套筒的弹簧段断裂。

不论所述凸出部是位于所述针体的上端部或所述弹簧套筒的上非弹簧段，所述弹簧套筒式探针更包含有一位于所述弹簧套筒的下非弹簧段与所述针体之间的绝缘层，所述绝缘层设于所述针体的一面向所述弹簧套筒的外周面与所述下非弹簧段的一面向所述针体的内壁面二者其中之一。由此，所述绝缘层可避免讯号在所述下非弹簧段与所述针体之间传输，进而更有效地避免讯号经由弹簧套筒的弹簧段传输，因此可更加提升讯号传输稳定性。

此外，本发明还提供了另一达到本发明上述目的的技术方案：一种弹簧套筒式探针，其特征在于包含有：一针体，具有一上端部及一下端部；一弹簧套筒，具有一上非弹簧段、一下非弹簧段，以及位于所述上非弹簧段与所述下非弹簧段之间的至少一弹簧段，所述弹簧套筒套设于所述针体外，所述弹簧套筒的下非弹簧段与所述针体固接，所述针体的下端部自所述下非弹簧段凸伸而出，所述针体的上端部位于所述上非弹簧段内；一绝缘层，位于所述弹簧套筒的下非弹簧段与所述针体之间，且所述绝缘层设于所述针体的一面向所述弹簧套筒的外周面与所述下非弹簧段的一面向所述针体的内壁面二者其中之一。

附图说明

图1是习用的弹簧套筒式探针的平面分解图；

图2是采用习用的弹簧套筒式探针的探针卡的剖视示意图；

图3是采用本发明一第一较佳实施例所提供的弹簧套筒式探针的探针卡的剖视示意图，显示该弹簧套筒式探针的一针体位于一起始位置的形态；

图4是沿图3中剖线4-4的剖视图，显示该弹簧套筒式探针的一绝缘层设于该针体的形态；

图5类同于图4，但显示该弹簧套筒式探针的绝缘层设于一弹簧套筒的形态；

图6类同于图3，但显示该弹簧套筒式探针的针体点触一待测物且位于一连接位置的形态；

图7是采用本发明一第二较佳实施例所提供的弹簧套筒式探针的探针卡的剖视示意图，显示该弹簧套筒式探针的一针体位于一起始位置的形态；

图8类同于图7，但显示该弹簧套筒式探针的针体点触一待测物且位于一连接位置的形态；

图9是采用本发明一第三较佳实施例所提供的弹簧套筒式探针的探针卡的剖视示意图；

图10是沿图9中剖线10-10的剖视图，显示该弹簧套筒式探针的一针体位于一起始位置的形态；

图11类同于图10，但显示该弹簧套筒式探针的针体位于一连接位置的形态；

图12是采用本发明一第四较佳实施例所提供的弹簧套筒式探针的探针卡的剖视示意图。

具体实施方式

为了详细说明本发明的结构、特点、组装或使用方式，现举以下较佳实施例并配合附图说明如下。然而，在本发明领域中具有通常知识者应能了解，这些详细说明以及实施本发明所列举的特定实施例，仅用于说明本发明，并非用于限制本发明的专利保护范围。

申请人首先在此说明，在以下将要介绍的实施例以及图式中，相同的参考号码，表示相同或类似的元件或其结构特征。此外，以下实施例的各图式的目的仅在便于说明本案的技术特征，故并非依据实际比例绘制。

如图3所示，本发明一第一较佳实施例所提供的弹簧套筒式探针21应用于一探针卡30，探针卡30包含有一电路板32及一探针装置34，探针装置34包含有一探针座36，以及设置于探针座36的探针21(数量不限)。电路板32及探针座36与习用者无异，容申请人不再详加叙述。探针装置34实际上可设有相当多探针21，本实施例以及以下各实施例的各图式仅显示一小部分的探针座36及一探针21，以便说明。

弹簧套筒式探针21具有一呈直杆状并可导电的实心针体40，以及一套设于针体40外且也可导电的弹簧套筒50。弹簧套筒50具有一上非弹簧段51、一下非弹簧段52，以及位于上非弹簧段51与下非弹簧段52之间的一中非弹簧段53及二弹簧段54，各弹簧段54呈螺旋镂空状，且其数量不限，中非弹簧段53在二弹簧段54之间，中非弹簧段53的数量则依弹簧段54的数量而定，若仅有一弹簧段54则无中非弹簧段53。

在本实施例中，针体40呈圆柱状，但并不以此为限，例如可通过MEMS制程将针体40制成长平板状。弹簧套筒50概由直径均一的金属圆管经由光微影技术(photolithography)加工而成，但上非弹簧段51的一面向针体40的内壁面512更另外固设一可导电的凸块而形成一凸出于内壁面512的凸出部514，因此，弹簧套筒50尚未与针体40相互固定时，各非弹簧段51、52、53除了凸出部514之外，其余部分呈直径均一的直圆管状，下非弹簧段52在弹簧套筒50套设于针体40后受压合并焊接固定于针体40。针体40的一下端部42自下非弹簧段52凸伸而出，针体40的一上端部44位于上非弹簧段51内。

由于前述的压合程序，下非弹簧段52将由原本剖面呈正圆形的环状体而被略微压扁，变形成为概呈椭圆状的环状体，如图4及图5所示。弹簧套筒式探针21可(但不限于)更包含有一位于弹簧套筒50的下非弹簧段52与针体40之间的绝缘层60，以使下非弹簧段52与针体40相互绝缘。如图4所示，绝缘层60可设于针体40的一面向弹簧套筒50的外周面46(如图3所示)；或者，如图5所示，绝缘层60也可设于下非弹簧段52的一面向针体40的内壁面522(如图3所示)。

弹簧套筒式探针21主要应用于探针卡，以利用针体40的下端48点触一待测物70(如图6所示)，进而使待测物70与电路板32电性连接。或者，设有探针21的探针装置34可以设置在一空间转换器上，空间转换器位于电路板32与探针装置34之间。或者，设有探针21的探针装置34更可作为连接二元件并使二元件的电性接点相互导通的中间元件(interposer)，二元件例如为一电路板及一空间转换器。在本实施例中，针体40的下端48呈平面状，但也可呈尖锥状，如图2所示。

当针体40点触待测物70时，针体40受外力作用而自一如图3所示的起始位置P1向上移动，由于下非弹簧段52固定于针体40而与针体40同步移动，而上非弹簧段51因抵靠于电路板32而无法向上移动，因此各弹簧段54会受到压缩，针体40会相对上非弹簧段51移动至一如图6所示的连接位置P2。当针体40位于连接位置P2时，上非弹簧段51的凸出部514抵接于针体40的上端部44。进一步来说，针体40的上端部44不会接触电路板32。

如图3所示，在本实施例中，凸出部514具有一相对上非弹簧段51的内壁面512呈倾斜状的导引斜面514a，以及一平行于内壁面512的抵接面514b，导引斜面514a面向针体40，抵接面514b与内壁面512间隔一段距离地相面对。此外，针体40的上端部44具有一面向凸出部514的倒角442。针体40自起始位置P1移动至连接位置P2的过程中，针体40先以倒角442接触导引斜面514a，再沿着导引斜面514a移动，当针体40位于连接位置P2时，针体40的外周面46与抵接面514b及内壁面512接触。此时，由于针体40的上端部44大面积地接触凸出部514而确实地与弹簧套筒50的上非弹簧段51电性连接，针体40与弹簧套筒50之间传输的讯号几乎完全会在上端部44与上非弹簧段51之间传递，因此，探针21可有效地避免讯号经由弹簧套筒50的弹簧段54传输，以提升讯号传输稳定性，并避免各弹簧段54断裂。详而言之，各弹簧段54因截面积很小而无法承受较大的电流流过，当电流过大而产生过多热则容易将弹簧段54烧断，因此，探针21避免讯号电流流经各弹簧段54，即可避免弹簧段54断裂。此外，各弹簧段138讯号传输路径太长，使其电感性过高而无法提高传输带宽，而探针21可避免讯号电流流经各弹簧段54，因此可满足较高频的测试需求。

值得一提的是，上非弹簧段51的凸出部514并不限于如前述实施例的设计，例如可不设有导引斜面514a或倒角442，或者也可以是下述二实施例所提供的，只要凸出部514在针体40位于连接位置P2时抵接于针体40的上端部44，即可确保上端部44与上非弹簧段51电性连接，进而达到良好的讯号传输稳定性。

此外，绝缘层60可避免讯号在针体40与下非弹簧段52之间传输，因此也可有效地避免讯号经由弹簧套筒50的弹簧段54传输，进而更加提升讯号传输稳定性。在探针21设有绝缘层60的情况下，即使弹簧套筒50未设有凸出部514，探针21仍比习用的弹簧套筒式探针有更加良好的讯号传输稳定性。实际上，绝缘层60可覆盖针体40的外周面46除了上端部44以外的部分，或者覆盖弹簧套筒50的下非弹簧段52、中非弹簧段53及弹簧段54的内壁面，而不限于仅设在下非弹簧段52或针体40对应下非弹簧段52的区段。同样地，通过前述绝缘层60的设置，可以避免过大电流流经截面积很小的弹簧段54，而将弹簧段54烧断。

如图7所示，本发明一第二较佳实施例所提供的弹簧套筒式探针22类同于前述第一较佳实施例的探针21，其差异在于上非弹簧段51的凸出部514的形状。在本实施例中，凸出部514呈环形，其内径概等同于针体40的直径，当针体40因点触待测物70而移动至连接位置P2(如图8所示)时，凸出部514环绕针体40的上端部44并与针体40的外周面46接触。由此，针体40也可在位于连接位置P2时大面积地与上非弹簧段51接触，进而使探针22达到良好的讯号传输稳定性。如本实施例所提供的，本发明的探针也可设计成针体40在起始位置P1时即已接触凸出部514。

如图9至图11所示，本发明一第三较佳实施例所提供的弹簧套筒式探针23与前述二实施例的差异在于上非弹簧段51的凸出部的形状及其形成方式。在本实施例中，在弹簧套筒50的制造过程中，上非弹簧段51经由曝光蚀刻而形成出二呈U字型的沟槽516(图式中仅显示其中之一)，各沟槽516贯穿内壁面512及一外壁面518，使得上非弹簧段51形成出呈四边形的二弹片519(数量不限)，各弹片519经由外力内压而伸入上非弹簧段51内，以形成凸出于内壁面512的凸出部519。

在针体40自起始位置P1移动至连接位置P2的过程中，各弹片519受针体40的上端部44推抵而向外摆动，因此，当针体40位于连接位置P2时，各弹片519受其自身的弹力作用而抵接于上端部44。如此的设计也可确保针体40的上端部44与上非弹簧段51电性连接，以提升讯号传输稳定性，而且，本实施例的弹簧套筒式探针23较容易制造。

如图12所示，本发明一第四较佳实施例所提供的弹簧套筒式探针24与前述各实施例的主要差异在于，弹簧套筒50的上非弹簧段51未设有如前述的凸出部，而针体40的上端部44则设有一凸出部49，使得上非弹簧段51与针体40的上端部44在针体40位于连接位置P2时通过凸出部49而相互连接。

详而言之，凸出部49固设于针体40的外周面46并凸出于外周面46，且凸出部49具有一面向弹簧套筒50的抵接面492，以及一与抵接面492连接且相对于抵接面492呈倾斜状的导引斜面494。此外，凸出部49的顶面与针体40的上端47齐平，因此，凸出部49在针体40位于起始位置P1及连接位置P2时都位于上非弹簧段51内，此时，凸出部49的抵接面492与上非弹簧段51的内壁面512接触，且导引斜面494位于上非弹簧段51内。然而，探针24也可设计成凸出部49的顶面低于针体40的上端47，且凸出部49在针体40位于起始位置P1时可位于上非弹簧段51外；凸出部49也可不具有导引斜面494，但导引斜面494可避免凸出部49在进入上非弹簧段51时卡住。另外，本实施例的凸出部49呈环形而环绕针体40的上端部44，由此，凸出部49为大面积地与上非弹簧段51接触，使得针体40与上非弹簧段51确实地电性连接，但凸出部49不限为环形。

最后，必须再次说明，本发明在前述实施例中所揭示的构成元件，仅为举例说明，并非用来限制本案的专利保护范围，其他等效元件的替代或变化，也应被本案的专利保护范围所涵盖。

Claims (12)

1.一种弹簧套筒式探针，其特征在于包含有：

一针体，具有一上端部及一下端部；

一弹簧套筒，具有一上非弹簧段、一下非弹簧段，以及位于所述上非弹簧段与所述下非弹簧段之间的至少一弹簧段，所述弹簧套筒套设于所述针体外，所述弹簧套筒的上非弹簧段具有一面向所述针体的内壁面，所述弹簧套筒的下非弹簧段与所述针体固接，所述针体的下端部自所述下非弹簧段凸伸而出，所述针体的上端部位于所述上非弹簧段内；

一凸出部，位于所述针体的上端部及所述弹簧套筒的上非弹簧段二者其中之一，所述针体具有一面向所述弹簧套筒的外周面，所述针体能受外力作用而自一起始位置相对所述弹簧套筒的上非弹簧段移动至一连接位置，所述针体位于所述连接位置时，所述上非弹簧段的内壁面与所述针体的上端部的外周面通过所述凸出部而相互电性连接。

2.如权利要求1所述的弹簧套筒式探针，其特征在于：所述凸出部凸出于所述上非弹簧段的内壁面。

3.如权利要求2所述的弹簧套筒式探针，其特征在于：所述凸出部具有一导引斜面，所述导引斜面相对所述上非弹簧段的内壁面呈倾斜状且面向所述针体，以供所述针体在自所述起始位置移动至所述连接位置的过程中沿着所述导引斜面移动。

4.如权利要求2所述的弹簧套筒式探针，其特征在于：所述凸出部具有一与所述上非弹簧段的内壁面间隔一段距离地相面对的抵接面，所述针体位于所述连接位置时，所述针体的外周面与所述抵接面及所述上非弹簧段的内壁面接触。

5.如权利要求2所述的弹簧套筒式探针，其特征在于：所述凸出部呈环形，所述针体位于所述连接位置时，所述凸出部环绕所述针体的上端部并与所述针体的外周面接触。

6.如权利要求2所述的弹簧套筒式探针，其特征在于：所述针体的上端部具有一面向所述凸出部的倒角。

7.如权利要求2所述的弹簧套筒式探针，其特征在于：所述上非弹簧段具有一贯穿所述内壁面及一外壁面的沟槽，以及一通过所述沟槽所形成的弹片，所述弹片伸入所述上非弹簧段内而形成所述凸出部。

8.如权利要求1所述的弹簧套筒式探针，其特征在于：所述凸出部凸出于所述针体的外周面。

9.如权利要求8所述的弹簧套筒式探针，其特征在于：所述凸出部具有一面向所述弹簧套筒的抵接面，以及一与所述抵接面连接且相对于所述抵接面呈倾斜状的导引斜面；所述针体位于所述连接位置时，所述凸出部的抵接面与所述上非弹簧段的内壁面接触，且所述导引斜面位于所述上非弹簧段内。

10.如权利要求8所述的弹簧套筒式探针，其特征在于：所述凸出部环绕所述针体的上端部。

11.如权利要求1所述的弹簧套筒式探针，其特征在于：更包含有一位于所述弹簧套筒的下非弹簧段与所述针体之间的绝缘层，所述绝缘层设于所述针体的外周面与所述下非弹簧段的一面向所述针体的内壁面二者其中之一。

12.一种弹簧套筒式探针，其特征在于包含有：

一针体，具有一上端部及一下端部；

一弹簧套筒，具有一上非弹簧段、一下非弹簧段，以及位于所述上非弹簧段与所述下非弹簧段之间的至少一弹簧段，所述弹簧套筒套设于所述针体外，所述弹簧套筒的上非弹簧段具有一面向所述针体的内壁面，所述弹簧套筒的下非弹簧段与所述针体固接，所述针体的下端部自所述下非弹簧段凸伸而出，所述针体的上端部位于所述上非弹簧段内；

一绝缘层，设于所述针体的一面向所述弹簧套筒的外周面除了所述上端部以外的部分，所述针体能受外力作用而自一起始位置相对所述弹簧套筒的上非弹簧段移动至一连接位置，所述针体位于所述连接位置时，所述上非弹簧段的内壁面与所述针体的上端部的外周面相互电性连接。