CN107783024B - 垂直式探针卡之探针装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种垂直式探针卡之探针装置，包含：一导板组合以及至少一探针组，所述导板组合包含：一第一导板、一第二导板，以及一中间导板，位在所述第一导板与所述第二导板之间。每一所述至少一探针组具有一第一探针、一第二探针以及至少一电性连接件，所述至少一电性连接件连接所述第一探针以及所述第二探针。所述至少一探针组用于分别通过所述至少一上开孔、所述至少一中间开孔和所述至少一下开孔，藉由所述至少一探针组电性接触一待测组件之至少一接触垫并且所述至少一接触垫与所述至少一电性探针组相互抵靠，使所述至少一探针组于一纵向产生变形。

Description

垂直式探针卡之探针装置
【技术领域】
本发明涉及一种探针装置，特别是涉及一种用于垂直式探针卡之探针装置。
【背景技术】
近年来，随着电子产品朝向精密与多功能化发展，应用在电子产品内的集成电路之芯片结构也趋于复杂。在芯片的制造中通常采用批次性的大量生产，因此为了确保芯片的电气质量，在将芯片进行封装前会先进行芯片级量测。
现在的芯片制程中，一般而言系采用探针卡(Probe card)来测试芯片。并且根据探针的型态可分为悬臂式探针卡(cantilever probe card)与垂直式探针卡(verticalprobe card)。在使用上，藉由将探针卡的探针电性接触芯片的接触垫，再经探针卡的电路板组将电气讯号连接到测试机(Tester)，使测试机传送测试讯号到芯片或接收来自芯片的输出讯号，进而达到量测芯片的电气特性之功效，并且使用者可进一步根据量测的结果将不良芯片剔除，以进行后续的封装处理。
请参照图1，其显示一种习知的垂直式探针卡100之示意图。所述垂直式探针卡100包含一电路板组110和一探针装置。所述探针装置包含一导板组合120和复数个探针130，其中每一探针130之一端与所述电路板组110上之一接触垫51’(例如金属焊垫、金属凸块、锡球…等)电性连接并且所述探针130之另一端穿过所述导板组合120与一待测组件50之相对应的接触垫51电性连接。更明确地说，所述导板组合120包含一第一导板121(通常称为上导板，upper die)121和一第二导板123(通常称为下导板，lower die)123，其中所述第一导板121形成有复数个垂直贯通的上开孔122，以及所述第二导板123形成有复数个垂直贯通的下开孔124。所述等上开孔122系与所述等下开孔124对应设置，使得每一所述探针130可垂直地贯穿通过对应的其中之一所述上开孔122和其中之一所述下开孔124。此外，所述导板组合120还包含一间隔组件129，藉由所述间隔组件129固定所述第一导板121与所述第二导板123，并且将所述第一导板121所述第二导板123保持在相距一纵向距离，进而在所述导板组合120的内部形成一布针空间。因此，当所述垂直式探针卡100朝所述测试组件50电性接触所述接触垫51时，所述等探针130会藉由自身的弹性变形来吸收测试时的反向应力。也就是说，所述导板组合120之布针空间系作为所述等探针130的弹性变形空间。
然而，所述等探针130在所述导板组合120之布针空间弹性变形时，相邻的两探针容易因电性接触而导致所述垂直式探针卡100短路。
如图1所示，在现有技术的垂直式探针卡的探针型式是采用Cobra needle，一种预先弯曲所述探针的方式。因为需透过针的形状产生行程，故传输路径相对较长，且受限于所述加工形式，材料本身的导电性也较差。
另一种现有技术的垂直式探针卡的探针型式是采用MEMS(Microelectromechanical Systems)needle针型，即采用微机电制程制作，结构虽为垂直，但作动行程则必须透过探针组立时斜摆后产生变形，产生弹性结构，材质虽为金属，来提升其物理特性，通常采用合金(铜或镍合金)，因此电阻率相对较高，故导电性也较差，搭配结构其行程长度也有限。
如同上述，现有技术的探针型式无法达到直上直下(垂直方向)的作动，进而产生水平方向的作用力，破坏到所述至少一接触垫51上的表面金属而产生的针扎痕(probingmark)。优选地，针扎痕的面积越小越好、深度越浅越好。针扎痕面积太大或深度太深都会降低后制成封装的良率。
有鉴于此，有必要提供一种改良的垂直式探针卡，以解决习知技术所存在的问题。
【发明内容】
为解决上述技术问题，本发明之目的在于提供一种垂直式探针卡的探针装置，藉由将传统的探针替换为以一导电金属以及一结构金属构成的复合式探针，由内部的金属导体提供讯号传送时所需的低电阻率以及外部的结构金属提供刚性以及抗氧化性。在维持传统的印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)制程下，相较于MEMS技术大幅降低加工成本。
为达成上述目的，本发明提供一种垂直式探针卡之探针装置，包含：一导板组合，包含：一第一导板，具有至少一垂直贯通的上开孔；一第二导板，具有至少一垂直贯通的下开孔，且所述至少一下开孔与所述至少一上开孔对应设置；以及一中间导板，位在所述第一导板与所述第二导板之间，具有至少一垂直贯通的中间开孔，其中所述至少一中间开孔分别与所述至少一上开孔和所述至少一下开孔对应设置；以及至少一探针组，每一所述至少一探针组具有一第一探针、一第二探针以及至少一电性连接件，所述至少一电性连接件连接所述第一探针以及所述第二探针，所述至少一探针组插设在所述导板组合，且通过所述至少一上开孔、所述至少一中间开孔和所述至少一下开孔，藉由所述至少一探针组电性接触一待测组件之至少一接触垫并且所述至少一接触垫与所述至少一探针组互相抵靠，以使所述至少一探针组于一纵向产生变形，所述纵向垂直所述待测组件之至少一接触垫的平面。
于本发明其中之一优选实施例中，所述至少一下开孔的中心线位置相对至少一上开孔和所述至少一中开孔的中心线位置向侧边偏移一横向距离，所述至少一接触垫抵靠所述至少一探针组时会使所述至少一电性连接件变形，以改变所述至少一探针组在纵向上的长度。
于本发明其中之一优选实施例中，所述至少一上开孔、所述至少一下开孔、和所述至少一中间开孔内仅允许插设单一个探针。
于本发明其中之一优选实施例中，所述导板组合还包含一间隔组件，设置在所述第一导板与所述中间导板之间以及所述中间导板与所述第二导板之间，用于固定所述第一导板与所述中间导板以及所述中间导板与所述第二导板，并分别将所述第一导板、所述中间导板和所述第二导板之间保持相距一纵向距离，进而在所述导板组合的内部形成一布针空间。
于本发明其中之一优选实施例中，所述至少一探针组抵靠所述至少一接触垫之顶部包含平面、圆头形、尖头形或爪形。
于本发明其中之一优选实施例中，所述电性连接件的纵向长度与所述电性连接件的横向长度的比例介于3:1至1:1。
于本发明其中之一优选实施例中，所述电性连接件的纵向长度与所述电性连接件的横向长度的比例为2:1至1:1。
于本发明其中之一优选实施例中，所述导板组合还包含一间隔组件，设置在所述第一导板与所述中间导板之间以及所述中间导板与所述第二导板之间，用于固定所述第一导板与所述中间导板以及所述中间导板与所述第二导板，并分别将所述第一导板、所述中间导板和所述第二导板之间保持相距一纵向距离，进而在所述导板组合的内部形成一布针空间。
于本发明其中之一优选实施例中，所述第一导板还包括至少一固定开孔，用于对准设置在所述中间导板上的至少一固定组件，所述至少一固定组件用于固定所述中间导板以及所述间隔组件。
于本发明其中之一优选实施例中，所述第一探针穿设于所述第一导板，所述第二探针穿设于所述中间导板以及所述第二导板之间，所述第一探针在所述中间导板以及所述第一导板之间的部分及/或所述第二探针在所述中间导板以及所述第一导板之间的部分还具有一绝缘层。
于本发明其中之一优选实施例中，所述第一探针、所述第二探针以及所述至少一电性连接件是一体成形。
于本发明其中之一优选实施例中，所述第一探针、所述第二探针以及所述至少一电性连接件是由一导电金属外层披覆一结构金属组成。
于本发明其中之一优选实施例中，所述导电金属以及所述结构金属接触的地方具有金属错化物。
于本发明其中之一优选实施例中，所述导电金属以及所述结构金属需经过一退火程序。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例的详细说明中所需要使用的附图作介绍。
图1显示一种现有技术中垂直式探针卡之示意图；
图2显示一种根据本发明之第一优选实施例的垂直式探针卡之结构示意图；
图3显示所述至少一接触垫产生变形的示意图；
图4显示图2之探针组的主要变形区域的放大示意图；
第5A图至第5D图分别显示图2之探针组的顶部的放大示意图；
图6显示图2的探针组的剖面示意图；
图7显示一种根据本发明之第二优选实施例的垂直式探针卡之结构示意图。
【具体实施方式】
为了让本发明之上述及其它目的、特征、优点能更明显易懂，下文将特举本发明优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
请参照图2，其显示一种根据本发明之第一优选实施例的垂直式探针卡200之结构示意图。所述垂直式探针卡200包含一电路板组210和一探针装置。所述探针装置包含一导板组合220和复数个探针组230，其中每一至少一探针组230具有一第一探针231、一第二探针232以及至少一电性连接件233，所述至少一电性连接件233连接所述第一探针231以及所述第二探针232。每一探针组230之一端与所述电路板组210上之至少一接触垫51’(例如金属焊垫、金属凸块、锡球等)电性连接并且所述探针组230之另一端穿过所述导板组合220，进而电性接触所述垂直式探针卡200之外的一待测组件50之相对应的接触垫51。所述至少一探针组230互相抵靠，以使所述至少一探针组230于一纵向D产生变形，进而使所述探针组230能够进行直上与直下的作动，减少在所述至少一接触垫51因为接触而破坏所述至少一接触垫51的表面。需要注意的是，所述纵向D垂直所述待测组件之至少一接触垫51的平面。详细地，当所述至少一接触垫51所述至少一探针组230相互抵靠时会使所述至少一电性连接件233变形，以改变所述至少一探针组230在纵向上的长度。在一实施例中，设计使所述至少一电性连接件233在横向上的变形远小于在纵向上的变形，使所述至少一探针组230的变形以纵向上的变形为主以减少所述第二探针232在横向上的位移。
在使用上，藉由将所述垂直式探针卡200的所述等探针组230电性接触所述待测组件50(例如芯片)之对应的接触垫51(例如金属焊垫、金属凸块、锡球等)，并将所述等探针组230垂直地电性接触所述接触垫51，再经所述垂直式探针卡200的所述电路板组210将电气讯号连接到测试机(Tester)(未图示)，使测试机传送测试讯号到所述待测组件50或接收来自所述待测组件50的输出讯号，进而达到量测所述待测组件50之电气特性之功效，并且使用者可进一步根据量测的结果将不良待测组件剔除，以进行后续的处理。
如图2所示，所述导板组合220包含一第一导板221(通常称为上导板，upper die)、一中间导板(middle die)225和一第二导板223(通常称为下导板，lower die)，其中所述第一导板221形成有复数个垂直贯通的上开孔222以及至少一固定开孔241，所述中间导板225形成有复数个垂直贯通的中间开孔226，以及所述第二导板223形成有复数个垂直贯通的下开孔224。所述至少一固定开孔241的用途容后再叙。所述等上开孔222、所述等中间开孔226、和所述等下开孔224皆为对应设置，使得每一探针组230贯穿通过对应的其中之一所述上开孔222、其中之一所述中间开孔226和其中之一所述下开孔224，进而电性接触一待测组件50之相对应的接触垫51。如图2所示，第一中心线C1(亦即所述上开孔222与所述中间开孔224之中心线)的位置相对第二中心线C2(亦即所述下开孔226的中心线位置)向侧边偏移一横向距离L1。所述至少一接触垫51’抵靠所述至少一探针组230时会使所述至少一电性连接件233变形，进而改变所述至少一探针组230在纵向上的长度。应当注意的是，每一上开孔222、每一下开孔224、和每一中间开孔226内仅允许布置单一个探针。也就是说，在每一开孔内不会同时存在一个以上的探针，进而避免探针之间互相电性接触。进一步，每一下开孔224和每一中间开孔226能够尽可能使所述第二探针232只能够进行上下(纵向)的运动，避免产生水平(横向)的运动。最主要的就是在于设置易于变形的所述至少一电性连接件233，以便使所有的变形都会产生在所述至少一电性连接件233。
详细地，所述至少一下开孔224的中心线C2位置相对所述第一中心线C1位置向侧边偏移一横向距离L1。
如图2所示，所述导板组合220还包含一间隔组件229。藉由所述间隔组件229固定所述第一导板221与所述中间导板225以及固定所述中间导板225与所述第二导板223，并且将所述第一导板221与所述中间导板225保持在相距一纵向距离d1以及同样将所述中间导板225与所述第二导板223保持在相距一纵向距离d2，进而在所述导板组合220的内部形成一布针空间。所述至少一固定开孔241用于对准设置在所述中间导板225上的至少一固定组件242，所述至少一固定组件242用于固定所述中间导板225以及所述间隔组件229。本发明藉由所述至少一固定开孔241的设置能够大幅度的降低垂直式探针卡200的组装难度，同时根据不同的需求固定所述至少一固定组件242以控制所述中间导板225以及所述第二导板223之间的距离。详细地，所述第一探针231穿设于所述第一导板221，所述第二探针232穿设于所述中间导板225以及所述第二导板223之间。优选地，藉由所述至少一固定组件242的固定，使所述中间导版225顶住所述探针组230的第一探针231，换句话说，使所述中间导板225固定所述第一探针231的位置，进而使所述探针组230的作动只会存在所述至少一电性连接件233以及所述第二探针232。详细地，所述第一探针231会是固定不动的，所述第二探针232会只存在纵向D的位移，所述至少一电性连接件233是唯一会产生变形的组件。
特别需要注意的是，所述至少一固定组件242以及其它设置在所述第一导板221以及所述第二导板223的固定组件都是分别采用镶埋的方式，切平所述第一第一导板221、所述第二导板223以及所述中间导板225的板面，以便能够抵抗所述探针组230变形时产生的压力，避免所述垂直式探针卡200变形或损坏。
请参考图3，其显示所述至少一接触垫51产生变形的示意图。在操作过程中，当所述至少一接触垫51抵靠在所述至少一第一探针231上时，所述第二探针232会往上运动并带动所述至少一电性连接件233在纵向产生变形。因此能够减少在所述至少一接触垫51因为接触而破坏接触垫51的表面。
请参照图4，其显示图2之探针组230的主要变形区域S2的放大示意图。在本优选实施例中，每一探针组230设置二个电性连接件233，然而，根据不同需求，增加电性连接件233的数量已变承载更高的测试电流，也可以根据所需要的测试压力，调整所述电性连接件233的纵向长度W(平行所述第一探针231以及所述第二探针232的方向)或者增加所述电性连接件233的数量。也可以根据所述至少一接触垫51的间距调整所述电性连接件233的横向长度L2。需要特别考虑的是，当所述电性连接件233的纵向长度W与所述电性连接件233的横向长度L2的比例介于1-3会有较好的测试效果，优选地，当所述电性连接件233的纵向长度W与所述电性连接件233的横向长度L2的比例为2的时候是最适合的。
图5A至图5D分别显示图2之探针组230的顶部S1的放大示意图。由于本发明的垂直式探针卡200之导板组合220中进一步设置有所述中间导板225，使得插装在所述导板组合220内的所有探针组230能有效地被区隔分开。因此，在本发明的所述垂直式探针卡200中，所述等探针组230不须进行绝缘涂布的步骤，也不需要经由二次加工形成特殊的构型，故可有效的简化生产步骤以及降低生产成本。也就是说，如第5A至5D图所示，在本发明中所述等探针组230可采用加工难度最低方法形成最基本的几何构型，例如所述等探针组230之顶部可为平面(如图5A所示)或各种多边形(如图5B所示之圆头形、如图5C所示之尖头形以及如图5D所示之爪形)。同理，在本发明的其它优选实施例中，垂直式探针卡之探针同样可采用如同上述之加工难度最低方法形成最基本的几何构型，进而降低生产成本。
请参考图6，其显示图2的探针组230的剖面示意图。所述第一探针231、所述第二探针232以及所述至少一电性连接件233均是由一导电金属2301外层披覆一结构金属2302组成。一般而言，所述导电金属2301会采用铜，然而铜的刚性以及抗氧化性皆不良，因此藉由所述结构金属2302提供刚性以及抗氧化性，相较于现有技术采用合金的方式，本发明的探针能够承载高于350毫安(mA)的电流。然而，为了避免所述导电金属2301以及所述结构金属2302可能产生剥离，优选地，藉由一退火程序使所述导电金属2301以及所述结构金属2302产生金属错合物，以达到所述导电金属2301以及所述结构金属2302之间的固着力。在图6中，所述导电金属2301采用圆柱形，再包覆所述结构金属2302，实际应用上，即使用铜线或铜板或铜条即可。所述导电金属2301以及所述结构金属2302的形状并不以此为限。
详细地，每一探针组230的所述第一探针231、所述第二探针232以及所述至少一电性连接件233是一体成形的，换句话说，是先以所述导电金属2301形成每一探针组230的所述第一探针231、所述第二探针232以及所述至少一电性连接件233；再将所述结构金属2302沉积、覆盖在所述第一探针231、所述第二探针232以及所述至少一电性连接件233的外部。
图7，其显示一种根据本发明之第二优选实施例的垂直式探针卡300之结构示意图。本优选实施例与第一优选实施例的差异在于在所述第一探针231在所述中间导板225以及所述第一导板221之间的部分还具有一绝缘层2303。在图7中，仅在所述第一探针231靠近相邻探针组230的一侧设置所述绝缘层，在实际操作中，根据不同的要求，亦可以选择将所述绝缘层2303完整的包覆所述第一探针231在所述中间导板225以及所述第一导板221之间的部分。所述绝缘层2303避免所述探针组230在变形的时候碰触到相邻的探针组230。
在其它优选实施例中，所述绝缘层2303选择性地设置在所述第二探针232在所述中间导板225以及所述第一导板221之间的部分还具有所述绝缘层2303或者是在所述第一探针231在所述中间导板225以及所述第一导板221之间的部分以及所述第二探针232在所述中间导板225以及所述第一导板221之间的部分均设置所述绝缘层2303。
虽然本发明已用优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作各种之更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。

Claims (13)

1.一种垂直式探针卡之探针装置，其特征在于，包含：
一导板组合，包含：
一第一导板，具有至少一垂直贯通的上开孔；
一第二导板，具有至少一垂直贯通的下开孔，且所述至少一下开孔与所述至少一上开孔对应设置；以及
一中间导板，位在所述第一导板与所述第二导板之间，具有至少一垂直贯通的中间开孔；以及
至少一探针组，每一所述至少一探针组具有一第一探针、一第二探针以及至少一电性连接件，所述至少一电性连接件连接所述第一探针以及所述第二探针，所述至少一探针组插设在所述导板组合且通过所述至少一上开孔、所述至少一中间开孔、和所述至少一下开孔，藉由所述至少一探针组电性接触一待测组件之至少一接触垫并且所述至少一接触垫与所述至少一探针组互相抵靠，以使所述至少一探针组于一纵向产生变形，所述纵向垂直所述待测组件之至少一接触垫的平面，以及其中所述至少一探针组的所述第二探针能够沿着所述纵向进行直上和直下的运动。
2.根据权利要求1所述之垂直式探针卡之探针装置，其特征在于，所述至少一下开孔的中心线位置相对至少一上开孔和所述至少一中间开孔的中心线位置向侧边偏移一横向距离，所述至少一接触垫抵靠所述至少一探针组时使所述至少一电性连接件变形，以改变所述至少一探针组在纵向上的长度。
3.根据权利要求1所述之垂直式探针卡之探针装置，其特征在于，所述至少一上开孔、所述至少一下开孔、和所述至少一中间开孔内仅允许插设单一个探针。
4.根据权利要求1所述之垂直式探针卡之探针装置，其特征在于，所述至少一探针组抵靠所述至少一接触垫之顶部包含平面、圆头形、尖头形或爪形。
5.根据权利要求1所述之垂直式探针卡之探针装置，其特征在于，所述电性连接件的纵向长度与所述电性连接件的横向长度的比例介于3:1至1:1。
6.根据权利要求1所述之垂直式探针卡之探针装置，其特征在于，所述电性连接件的纵向长度与所述电性连接件的横向长度的比例为2:1至1:1。
7.根据权利要求1所述之垂直式探针卡之探针装置，其特征在于，所述导板组合还包含一间隔组件，设置在所述第一导板与所述中间导板之间以及所述中间导板与所述第二导板之间，用于固定所述第一导板与所述中间导板以及所述中间导板与所述第二导板，并分别将所述第一导板、所述中间导板和所述第二导板之间保持相距一纵向距离，进而在所述导板组合的内部形成一布针空间。
8.根据权利要求7所述之垂直式探针卡之探针装置，其特征在于，所述第一导板还包括至少一固定开孔，用于对准设置在所述中间导板上的至少一固定组件，所述至少一固定组件用于固定所述中间导板以及所述间隔组件。
9.根据权利要求1所述之垂直式探针卡之探针装置，其特征在于，所述第一探针穿设于所述第一导板，所述第二探针穿设于所述中间导板以及所述第二导板之间，所述第一探针在所述中间导板以及所述第一导板之间的部分还具有一绝缘层。
10.根据权利要求1所述之垂直式探针卡之探针装置，其特征在于，所述第一探针、所述第二探针以及所述至少一电性连接件是一体成形。
11.根据权利要求1所述之垂直式探针卡之探针装置，其特征在于，所述第一探针、所述第二探针以及所述至少一电性连接件是由一导电金属外层披覆一结构金属组成。
12.根据权利要求11所述之垂直式探针卡之探针装置，其特征在于，所述导电金属以及所述结构金属接触的地方具有金属错化物。
13.根据权利要求11所述之垂直式探针卡之探针装置，其特征在于，所述导电金属以及所述结构金属需经过一退火程序。
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