CN107843750B - 插销式探针 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种插销式探针，包含：一针头，其一端具有一插销：一针尾，具有一对应于所述插销的插销孔；一弹性件，与所述针头和所述针尾连接。所述针头的所述插销的至少一部份插入所述针尾的所述插销孔内，并且当所述弹性件沿着直线运动时，所述插销随之在所述插销孔内移动。

Description

插销式探针
技术领域
本发明涉及一种插销式探针，特别是涉及一种用于探针卡的插销式探针。
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的芯片结构也趋于复杂。在制造时为了确保芯片的电气品质，在将芯片封装前会先进行芯片级量测。现今的芯片量测方法采用探针卡(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(vertical probecard)。在使用上，通过将探针卡的探针直接与芯片的接触垫(pad)或凸块(bump)电性接触，再通过探针卡的电路板将电气信号连接到测试机(Tester)，使测试机传送测试信号到芯片或接收来自芯片的输出信号，进而达到量测芯片的电气特性的功效，并且使用者可根据量测的结果将不良芯片剔除，以节省不必要的封装成本。
请参照图1，其显示一种现有的弹簧式探针10的结构示意图。所述弹簧式探针10包含一针头11以及一弹性件12，所述弹性件12的一端与所述针头11焊接，并且所述弹性件12的另一端组装在探针卡上。请参照图2，其显示另一种现有的弹簧式探针20的结构示意图。所述弹簧式探针20包含一针头21、一弹性件22以及一针尾23。所述弹簧式探针20与所述弹簧式探针10大致相似，差别在于，所述弹簧式探针20的所述弹性件22的两端分别与所述针头21和所述针尾23焊接，并且将所述针尾23的另一端与探针卡组装。此外，所述弹簧式探针20还可包含一定位套管(未绘示于图中)，套设在所述弹性件22之外，用于限制所述弹性件22只可在一直线上进行往复运动，进而确保所述针头21和所述针尾23的对应位置不会产生横移。
当通过现有的所述弹簧式探针10、20进行量测时，会先将所述针头11、21与芯片的接触垫或凸块的位置对准，接着再对所述弹簧式探针10、20施加一压力，以确保所述针头11、21能与所述芯片有效地电性接触，进而通过所述弹簧式探针10、20传递电流。也就是说，流经的电流必需透过所述弹性件12、22传递。一般而言，由于为了确保所述弹性件12、22弹性形变能力，所述弹性件12、22的弹性材料必须具有一较小的截面积。然而，当载运的电流超过弹性件12、22的最大耐电流时，所述弹性件12、22容易因过热而导致形变，也就是所谓的烧针现象。另一方面，当所述弹簧式探针10、20进行高速的信号传递时，由于所述弹性件12、22的传输路径太长，容易产生电感效应，进而影响信号的品质。
有鉴于此，有必要提供一种改良的探针结构，以解决现有技术所存在的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种探针，具有一特殊的导电结构，连接且形成在针头与针尾上，作为主要电流与信号传递的元件。并且所述导电结构具有一定尺寸的截面积，故可避免当载运的电流超过所述导电结构的最大耐电流时，所述导电结构会因过热而产生烧针现象。再者，所述导电结构采用直线无弯折的构型，使得电流与信号是通过所述导电结构的直线路径传递，故可达到高频与高速传递的功效，并且信号传递时产生的电感也相对较小。
为达成上述目的，本发明提供一种插销式探针，包含：一针头，其一端具有一插销，另一端具有一针尖：一针尾，与所述针头设置在同一轴线上且所述针尾具有一对应于所述插销的插销孔，其中所述针头的所述插销的至少一部份插入所述针尾的所述插销孔内；一弹性件，与所述针头和所述针尾连接，且由弹性材料构成并且环绕在所述针头的所述插销外，其中通过在所述针头施加或释放一压力，使得所述弹性件沿着一直线运动，并且当所述弹性件沿着所述直线运动时，所述插销随之在所述插销孔内移动。
于本发明其中之一优选实施例中，所述针尾的所述插销孔包含一开口端和一底端，当所述弹性件未被压缩时，所述插销的末端与所述插销孔的底端相隔一距离，以及当所述弹性件被压缩时，所述距离随之缩短。
于本发明其中之一优选实施例中，所述针头的所述插销的外表面与所述针尾的所述插销孔的内表面接触。
于本发明其中之一优选实施例中，所述针尾的所述插销孔的所述内表面的材料包含具有低摩擦系数的导电材料。
于本发明其中之一优选实施例中，所述具有低摩擦系数的导电材料包含石墨。
于本发明其中之一优选实施例中，所述针头的所述插销的截面积大于所述弹性件的所述弹性材料的截面积。
于本发明其中之一优选实施例中，所述针头的所述插销为一直线无弯折的柱状结构。
于本发明其中之一优选实施例中，所述针头还包含一第一固定块设置于其上，以及在所述弹性件的第一端口上形成有一对应于所述第一固定块的第一卡合槽，所述弹性件通过所述第一卡合槽与所述第一固定块衔接而与所述针头连接。
于本发明其中之一优选实施例中，所述针尾还包含一第二固定块设置于其上，以及在所述弹性件的一相对所述第一端口的第二端口上形成有一对应于所述第二固定块的第二卡合槽，所述弹性件通过所述第二卡合槽与所述第二固定块衔接而与所述针尾连接。
于本发明其中之一优选实施例中，所述针头和所述针尾由一内层导电材料和一外层导电材料组合构成，且所述外层导电材料包覆在所述内层导电材料之外。
于本发明其中之一优选实施例中，所述外层导电材料的导电度高于所述内层导电材料，以及所述内层导电材料的硬度高于所述外层导电材料。
于本发明其中之一优选实施例中，所述针头的所述插销与所述针尖为一体成型。
附图说明
图1显示一种现有的弹簧式探针的结构示意图；
图2显示另一种现有的弹簧式探针的结构示意图；
图3显示一种根据本发明的优选实施例的插销式探针的立体爆炸图；
图4显示图3的插销式探针的立体组合图；
图5显示沿着图4的A-A截线的剖面示意图；
图6显示图4的插销式探针于受压后的作动示意图；以及
图7显示沿着图6的B-B截线的剖面示意图。
具体实施方式
为了让本发明的上述及其他目的、特征、优点能更明显易懂，下文将特举本发明优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
请参照图3，其显示一种根据本发明的优选实施例的插销式探针30的立体爆炸图。所述插销式探针30是用于组装在一探针卡的探针装置上，包含一针头31、一弹性件32以及一针尾33，所述弹性件32与所述针头31和所述针尾33连接。所述针头31与所述针尾33设置在同一轴线(即X轴)上。所述弹性件32由弹性材料构成并且环绕在所述针头的所述插销外。所述针头31包含一针头段312和一与所述针头段312连接的插销311。并且所述针头段312具有一针尖313，所述针尖313可采用平头状、圆头状、尖头状(如图3所示)、或多爪状等构型，不局限于此。优选地，整个针头31为一体成型，亦即，所述针头段312、所述针尖313与所述插销311一体成型。另外，所述针尾33的主体结构为一柱状体(如图3所示的圆柱体)，然而在其他实施例中亦可采用不同的几何柱体，不局限于此。如图3所示，所述针尾33的中心形成有一插销孔331，所述插销孔331的位置、大小与形状对应于所述针头31的所述插销311。应当注意的是，虽然在图3中绘示的所述插销311呈现四边柱状的结构以及所述插销孔331的开口采用方形口，然而在不同实施例中亦可将所述插销311与所述插销孔331采用不同的几何构型，只须确保两者结构可互相匹配。
请参照图3和图4，图4显示图3的插销式探针30的立体组合图。所述针头31具有一对第一固定块341设置于其上，以及所述针尾33具有一对第二固定块351设置于其上。所述弹性件32包含一第一端口321和相对所述第一端口321的一第二端口322。在所述弹性件32的所述第一端口321上形成有一对与所述对第一固定块341相对设置的第一卡合槽342，以及在所述弹性件32的所述第二端口322上形成有一对与所述对第二固定块351相对设置的一对第二卡合槽352。如图4所示，当所述针头31、所述弹性件32和所述针尾33三者组装在一起时，所述弹性件32通过所述第一卡合槽342与所述第一固定块341衔接而与所述针头31连接，以及所述弹性件32还通过所述第二卡合槽352与所述第二固定块351衔接而与所述针尾33连接。因此，通过上述元件的设置可使得所述针头31、所述弹性件32和所述针尾33三者稳固地连接在一起，且通过所述第一固定块341和所述第一卡合槽342以及所述第二固定块351和所述第二卡合槽352可互相卡合，使得所述针头31、所述弹性件32和所述针尾33三者的位置不会发生相对的旋转偏移。应当注意的是，上述所述第一固定块341、所述第一卡合槽342、所述第二固定块351和所述第二卡合槽352的数量以及形状大小仅为示例，不局限于此。
请参照图5，其显示沿着图4的A-A截线的剖面示意图。所述针尾33的所述插销孔331包含一开口端3311、一底端3312和一内表面3313。所述插销311的至少一部份插入所述插销孔331内，所述针头31的所述插销311的外表面3111与所述针尾33的所述插销孔331的所述内表面3313会互相接触。应当注意的是，所述插销式探针30的所述针头31和所述针尾33是由导电材料(例如金属或石墨)形成。因此，当电流流经过所述插销式探针30时，通过互相接触的所述内表面3313与所述外表面3111可使电流可在所述插销式探针30上顺利地传递。另外，当所述弹性件32未被压缩时，所述插销311的末端3112与所述插销孔331的底端3312相隔一距离D。可以理解的是，所述距离D界定出所述插销311在所述插销孔331内作相对移动时的运动空间。
请参照图6和图7，图6显示图4的插销式探针30于受压后的作动示意图，以及图7显示沿着图6的B-B截线的剖面示意图。由于所述弹性件32是由一弹性材料构成(例如卷绕形成)，因此通过在所述针头31施加或释放一压力，可使得所述弹性件32沿着一直线(X方向上的直线)运动(例如往复运动)，进而当所述弹性件32沿着所述直线运动时，所述针头31的所述插销311随之在所述插销孔331内移动。详言之，当对所述插销式探针30的所述针头31施加一压力F使所述弹性件32被压缩而产生弹性形变后，所述插销311的末端3112与所述插销孔331的底端3312相隔的所述距离随之缩短。即，所述插销311的所述末端3112朝所述插销孔331的所述底端3312靠近，最终可抵靠于所述底端3312。亦即，前述距离D最终可为0。反之，当释放所述压力F时，所述插销311的所述末端3112远离所述插销孔331的所述底端3312。应当注意的是，所述弹性件32与所述针头31的所述插销311两者之间不会产生结构上的干涉，进而确保所述弹性件32能顺利地作动。
当通过组装有所述插销式探针30的探针卡进行芯片量测时，所述插销式探针30的所述针尾33会与探针卡的电路板上的一接触垫(例如金属焊垫、金属凸块、锡球等)电性连接，并且所述针头31的所述针头段312会先与待测元件(例如芯片)的相对应的接触垫(pad)或凸块(bump)的位置对准，接着再对所述插销式探针30施加一压力F使所述弹性件32产生弹性形变，以确保所述针头31能与所述芯片有效地电性接触，进而通过所述探针卡的所述电路板将电气信号连接到测试机(Tester)，使测试机传送测试信号到所述待测元件或接收来自所述待测元件的输出信号，以达到量测所述待测元件的电气特性的功效，并且使用者可根据量测的结果将不良待测元件剔除，以节省不必要的封装成本。
可以理解的是，由于集肤效应(Skin effect)的影响，电流在导体上传递时容易集中在导体的表面。因此，为了提高电流的传递效率，在本发明中所述针头31和所述针尾33皆由一内层导电材料和一外层导电材料组合构成，且所述外层导电材料包覆在所述内层导电材料之外。并且，所述外层导电材料选用相对于所述内层导电材料具有较高导电度的材料。再者，为了提高整体结构的强度，所述内层导电材料选用相对于所述外层导电材料具有较高硬度的材料。优选地，所述外层导电材料可选用导电度优选的金或银或它们的合金，以及所述内层导电材料可选用刚性硬度较高的铜或铁或它们的合金。另外，为了使所述插销311能在所述插销孔331内顺利地滑动，所述插销孔331的所述内表面3313的材质优选地选用低摩擦系数较小的材料，例如石墨。
此外，所述弹性件32可选择采用导电材料或者是绝缘材料制成。倘若所述弹性件32是采用绝缘材料制成，电流依然可顺利地在所述插销式探针30上传递。另一方面，倘若所述弹性件32是采用导电材料制成，由于从一横截面(即YZ平面)视的时，所述针头31的所述插销311的截面积相对大于所述弹性件32的弹性材料的截面积，因此电流主要还是通过所述插销311传递，并且所述弹性件32可进一步起到分担电流传递的功能。再者，为了形成具有较小构型和高共面度与高精细度的所述插销式探针30，本发明优选地采用微机电工艺(Microelectromechanical Systems，MEMS)来制造所述插销式探针30。此外，通过微影技术搭配电镀的方法制造所述针头31与所述针尾33，可有效地调整所述针头31的所述插销311与所述针尾33的所述插销孔331的构型，以控制所述插销311的所述外表面3111与所述插销孔331的所述内表面3313具有较大电性接触面积。
综上所述，在本发明中由于是通过具有较大截面积的所述针头31的所述插销311进行电流的传递，而非通过所述弹性件32的螺旋弹性结构，故可避免当载运的电流超过弹性件32的最大耐电流时，所述弹性件32的弹性材料(如图4所示的螺旋弹簧结构)会因过热而产生烧针现象。另外，由于所述针头31的所述插销311为一直线无弯折的柱状结构，因此信号是通过所述插销311的直线路径传递，而非由所述弹性件32的螺旋路径传递，故有效地缩短信号的传递路径，进而达到高频与高速传递的功效，并且信号传递时产生的电感也相对较小。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种插销式探针，其特征在于，包含：
一针头，其一端具有一插销，另一端具有一针尖：
一针尾，与所述针头设置在同一轴线上且所述针尾具有一对应于所述插销的插销孔，其中所述针头的所述插销的至少一部分插入所述针尾的所述插销孔内；
一弹性件，与所述针头和所述针尾连接，且由弹性材料构成并且环绕在所述针头的所述插销外，通过在所述针头施加或释放一压力，使得所述弹性件沿着一直线运动，并且当所述弹性件沿着所述直线运动时，所述插销随之在所述插销孔内移动；
其中所述针头还包含一第一固定块设置于其上，以及在所述弹性件的第一端口上形成有一对应于所述第一固定块的第一卡合槽，所述弹性件通过所述第一卡合槽与所述第一固定块衔接而与所述针头连接；
所述针尾还包含一第二固定块设置于其上，以及在所述弹性件的一相对所述第一端口的第二端口上形成有一对应于所述第二固定块的第二卡合槽，所述弹性件通过所述第二卡合槽与所述第二固定块衔接而与所述针尾连接；
所述针头的所述插销的外表面与所述针尾的所述插销孔的内表面接触；以及
所述针头的所述插销为一直线无弯折的柱状结构。
2.如权利要求1所述的插销式探针，其特征在于，所述针尾的所述插销孔包含一开口端和一底端，当所述弹性件未被压缩时，所述插销的末端与所述插销孔的底端相隔一距离，以及当所述弹性件被压缩时，所述距离随之缩短。
3.如权利要求1所述的插销式探针，其特征在于，所述针尾的所述插销孔的所述内表面的材料包含具有低摩擦系数的导电材料。
4.如权利要求3所述的插销式探针，其特征在于，所述具有低摩擦系数的导电材料包含石墨。
5.如权利要求1所述的插销式探针，其特征在于，所述针头的所述插销的截面积大于所述弹性件的所述弹性材料的截面积。
6.如权利要求1所述的插销式探针，其特征在于，所述针头和所述针尾由一内层导电材料和一外层导电材料组合构成，且所述外层导电材料包覆在所述内层导电材料之外。
7.如权利要求6所述的插销式探针，其特征在于，所述外层导电材料的导电度高于所述内层导电材料，以及所述内层导电材料的硬度高于所述外层导电材料。
8.如权利要求1所述的插销式探针，其特征在于，所述针头的所述插销与所述针尖为一体成型。
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