CN109425818B - 探针卡装置及其矩形探针 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种探针卡装置及其矩形探针，所述矩形探针包含金属针体及金属强化体。金属针体包含中间段、分别自中间段的相反两端延伸的第一连接段与第二连接段、自第一连接段朝远离中间段方向延伸的第一接触段及自第二连接段朝远离中间段方向延伸的第二接触段。金属强化体一体成形于金属针体的中间段，并且金属强化体的杨氏模数大于金属针体的杨氏模数，而金属针体的导电率大于金属强化体的导电率。金属强化体及中间段共同构成的外径大于第二连接段的外径。借此，通过上述金属强化体一体成形于金属针体的中间段，使得在不影响金属针体的电流传导特性的前提下，能够有效地提升所述金属针体的机械强度。

Description

探针卡装置及其矩形探针
技术领域
本发明涉及一种探针卡，尤其涉及一种探针卡装置及其矩形探针。
背景技术
半导体芯片进行测试时，测试设备是通过一探针卡装置而与待测物电性连接，并借由信号传输及信号分析，以获得待测物的测试结果。现有的探针卡装置设有对应待测物的电性接点而排列的多个探针，以借由上述多个探针同时点接触待测物的相对应电性接点。
更详细地说，现有探针卡装置的探针包含有以微机电系统(Microelectromechanical Systems，MEMS)技术所制造矩形探针，其外型可依据设计者需求而成形。然而，现有的矩形探针是以单种材料所制成，所以无法兼具较佳的电流传导特性以及较佳的机械强度特性。
于是，本发明人认为上述缺陷可改善，于是特地潜心研究并配合科学原理的运用，终于提出一种设计合理且有效改善上述缺陷的本发明。
发明内容
本发明实施例在于提供一种探针卡装置及其矩形探针，能有效地改善现有探针卡装置的矩形探针所可能产生的缺失。
本发明实施例公开一种探针卡装置，包括：一第一导板，形成有多个第一贯孔，并且每个所述第一贯孔具有一第一孔径；一第二导板，形成有多个第二贯孔，所述第二导板大致平行于所述第一导板，并且多个所述第二贯孔的位置分别对应于多个所述第一贯孔的位置，每个所述第二贯孔具有不大于所述第一孔径的一第二孔径；多个矩形探针，各包含有一金属针体及一体成形于所述金属针体的一金属强化体，并且所述金属强化体的杨氏模数大于所述金属针体的杨氏模数，而所述金属针体的导电率大于所述金属强化体的导电率；每个所述金属针体包含：一中间段，位于所述第一导板与所述第二导板之间；一第一连接段，自所述中间段一端延伸所形成并穿设于相对应的所述第一贯孔内；一第二连接段，自所述中间段另一端延伸所形成并穿设于相对应的所述第二贯孔内；一第一接触段，自所述第一连接段延伸所形成且穿出相对应的所述第一贯孔；及一第二接触段，自所述第二连接段延伸所形成且穿出相对应的所述第二贯孔；其中，于每个所述矩形探针中，所述金属强化体是一体成形于所述中间段，并且所述金属强化体与所述中间段共同构成的一外径大于所述第二孔径、并小于所述第一孔径。
优选地，于每个所述矩形探针中，所述金属强化体与所述第二导板的距离不大于所述金属强化体与所述第一导板的距离。
优选地，于每个所述矩形探针中，与所述金属强化体相连的所述中间段部位的长度占所述中间段总长度的至少75％。
优选地，于每个所述矩形探针的所述中间段与所述金属强化体的一横截面中，所述中间段的至少50％的外表面包覆于所述金属强化体。
优选地，所述探针卡装置进一步包括有用以抵接于每个所述矩形探针的所述第一接触段的一转接板，并且所述第一接触段的最大外径大于所述第一孔径；所述金属针体的杨氏模数是介于40～100Gpa，所述金属针体的导电率是在5.0×10-4Ωm以上，所述金属强化体的杨氏模数是在100Gpa以上，所述金属强化体的导电率是在4.6×10-4Ωm以上。
优选地，于每个所述矩形探针中，所述中间段形成有一凹槽，所述金属强化体填满并突伸出所述凹槽；于每个所述矩形探针的所述中间段与所述金属强化体的一横截面中，所述中间段的至少65％的外表面包覆于所述金属强化体。
优选地，于每个所述矩形探针中，所述凹槽的深度不大于所述中间段最大厚度的50％。
本发明实施例也公开一种探针卡装置的矩形探针，包括：一金属针体，包含：一中间段；一第一连接段与一第二连接段，分别自所述中间段的相反两端延伸所形成；一第一接触段，自所述第一连接段朝远离所述中间段方向延伸所形成；及一第二接触段，自所述第二连接段朝远离所述中间段方向延伸所形成；以及一金属强化体，一体成形于所述金属针体的所述中间段，并且所述金属强化体的杨氏模数大于所述金属针体的杨氏模数，而所述金属针体的导电率大于所述金属强化体的导电率；其中，所述金属强化体以及所述中间段共同构成的一外径大于所述第二连接段的外径。
优选地，与所述金属强化体相连的所述中间段部位的长度占所述中间段总长度的至少75％；所述金属针体的杨氏模数是介于40～100Gpa，所述金属针体的导电率是在5.0×10-4Ωm以上，所述金属强化体的杨氏模数是在100Gpa以上，所述金属强化体的导电率是在4.6×10-4Ωm以上。
优选地，所述金属针体呈直条状，所述中间段形成有一凹槽，所述凹槽的深度不大于所述中间段最大厚度的50％，所述金属强化体填满并突伸出所述凹槽；于所述矩形探针的所述中间段与所述金属强化体的一横截面中，所述中间段的至少65％的外表面包覆于所述金属强化体。
综上所述，本发明实施例所公开的探针卡装置及其矩形探针，通过上述金属强化体一体成形于金属针体的中间段，使得在不影响金属针体的电流传导特性的前提下，能够有效地提升所述金属针体的机械强度。
再者，于本发明实施例的矩形探针进行植针的过程中，所述矩形探针通过金属强化体与金属针体的中间段所共同构成的外径大于所述第二孔径，而能有效地避免矩形探针穿过第二贯孔而掉落在第一导板与第二导板之外。
为能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与附图仅用来说明本发明，而非对本发明的保护范围作任何的限制。
附图说明
图1为本发明探针卡装置的立体示意图。
图2为图1的分解示意图(省略待测物及转接卡)。
图3A为图1沿剖线Ⅲ-Ⅲ的剖视示意图(省略待测物及转接卡)。
图3B为图3A的变化类型(一)。
图3C为图3A的变化类型(二)。
图3D为图3A的变化类型(三)。
图4A为图2沿剖线IV-IV的剖视示意图。
图4B为图4A的变化类型(一)。
图4C为图4A的变化类型(二)。
图4D为图4A的变化类型(三)。
具体实施方式
请参阅图1至图4D，为本发明的实施例，需先说明的是，本实施例对应附图所提及的相关数量与外型，仅用来具体地说明本发明的实施方式，以便于了解本发明的内容，而非用来局限本发明的保护范围。
如图1至图3A所示，本实施例公开一种探针卡装置100，其包括有一探针座10以及抵接于上述探针座10一侧(如：图1中的探针座10顶侧)的一转接板20，并且所述探针座10的另一侧(如：图1中的探针座10底侧)能用来测试一待测物(图未绘示，如：半导体晶圆)。
需先说明的是，为了便于理解本实施例，所以附图仅呈现探针卡装置100的局部构造，以便于清楚地呈现探针卡装置100的各个组件构造与连接关系。以下将分别介绍所述探针座10的各个组件构造及其连接关系。
所述探针座10包含有一第一导板1(upper die)、一第二导板2(lower die)、夹持于上述第一导板1与第二导板2之间的一间隔板(图中未示出)及多个矩形探针3。其中，所述第一导板1形成有多个第一贯孔11，并且每个第一贯孔11具有一第一孔径D11。所述第二导板2大致平行于第一导板1，并且所述第二导板2形成有多个第二贯孔21，而上述多个第二贯孔21的位置分别对应于多个第一贯孔11的位置，每个第二贯孔21具有不大于第一孔径D11的一第二孔径D21。
再者，上述多个矩形探针3大致呈矩阵状排列，并且所述每个矩形探针3是依序穿设于上述第一导板1的相对应第一贯孔11、间隔板及第二导板2的相对应第二贯孔21。其中，由于所述间隔板与本发明的改良重点的相关性较低，所以下述不详加说明间隔板的构造。
进一步地说，本实施例的矩形探针3虽是以搭配于所述第一导板1、间隔板及第二导板2作一说明，但所述矩形探针3的实际应用并不受限于此。其中，本实施例探针卡装置100是限定使用微机电系统(MEMS)技术所制造矩形探针3，所以本实施例是排除制造工序截然不同的圆形探针。换句话说，本实施例的矩形探针3相较于圆形探针来说，由于两者的制造工序截然不同，所以并未有彼此参考的动机存在。
由于本实施例探针座10的多个矩形探针3构造皆大致相同，所以附图及下述说明是以单个矩形探针3为例，但本发明不受限于此。举例来说，在本发明未绘示的实施例中，所述探针座10的多个矩形探针3也可以是具有彼此相异的构造。
所述矩形探针3于本实施例中为可导电且具有可挠性的直条状构造，并且矩形探针3的横剖面大致呈矩形(包含正方形)。所述矩形探针3包含有一金属针体31及一体成形于上述金属针体31的一金属强化体32。其中，所述金属强化体32的杨氏模数(Young’smodulus)大于上述金属针体31的杨氏模数，借以使矩形探针3具备较佳的机械强度特性；而所述金属针体31的导电率(electric conductivity)大于金属强化体32的导电率，借以使矩形探针3具备较佳的电流传导特性。
于本实施例中，所述金属针体31的杨氏模数是介于40～100Gpa，所述金属针体31的导电率是在5.0×10-4Ωm以上，所述金属强化体32的杨氏模数是在100Gpa以上，所述金属强化体32的导电率是在4.6×10-4Ωm以上，但本发明的金属针体31与金属强化体32并不受限于此。再者，所述矩形探针3(如：金属针体31或金属强化体32)的材质例如是金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、镍(Ni)、钴(Co)、或其合金；并且矩形探针3的材质较佳是铜、铜合金、镍钴合金、或钯镍合金，但本发明的矩形探针3不以上述材质为限。
具体来说，如图1至图3A所示，所述金属针体31包含有一中间段311、分别自上述中间段311的相反两端延伸所形成的一第一连接段312与一第二连接段313、自所述第一连接段312朝远离所述中间段311方向延伸所形成的一第一接触段314及自所述第二连接段313朝远离所述中间段311方向延伸所形成的一第二接触段315。
换个角度来说，沿所述转接板20朝向待测物的一直线方向(如：图3A中的由上往下)，所述金属针体31依序形成有外径大致相同的第一接触段314、第一连接段312、中间段311、第二连接段313及第二接触段315。其中，所述第一接触段314穿出第一导板1的相对应第一贯孔11并且顶抵于转接板20的相对应导电接点；所述第一连接段312穿设于第一导板1的相对应第一贯孔11内；所述中间段311位于第一导板1与第二导板2之间；所述第二连接段313穿设于第二导板2的相对应第二贯孔21内；所述第二接触段315穿出第二导板2的相对应第二贯孔21并且顶抵于待测物的相对应导电接点(图中未示出)。
所述金属强化体32是一体成形于金属针体31的中间段311，也就是说，金属强化体32也是位于上述第一导板1与第二导板2之间。其中，所述金属强化体32与第二导板2的距离较佳是不大于上述金属强化体32与第一导板1的距离，并且所述金属强化体32与中间段311所共同构成的一外径D32大于所述第二孔径D21、并小于所述第一孔径D11。
借此，所述矩形探针3通过金属强化体32是一体成形于金属针体31的中间段311，使得在不影响金属针体31的电流传导特性的前提下，能够有效地提升金属针体31的机械强度。再者，于矩形探针3进行植针的过程中(如：将矩形探针3穿入第一导板1与第二导板2)，矩形探针3通过金属强化体32与中间段311所共同构成的外径D32大于所述第二孔径D21，而能有效地避免矩形探针3穿过第二贯孔21而掉落在探针座10之外。
需说明的是，为避免矩形探针3因为使用金属针体31与金属强化体32的搭配，而过度弱化金属针体31的性能(如：电流传导特性)或是金属强化体32的性能(如：机械强度)，所以本实施例在金属强化体32与金属针体31之间提供较佳的配合与连接关系，以使矩形探针3能够同时兼具电流传导特性以及较佳的机械强度特性，但本发明不受限于此。
举例来说，如图3A至图3C所示，与金属强化体32相连的所述中间段311部位的长度L32大致占所述中间段311总长度L311的至少75％，借以使金属针体31得到较佳的机械强度。如图3D所示，所述金属强化体32的数量也可以是两个，并且分别邻近于第一导板1与第二导板2。如图4A至图4D所示，于矩形探针3的中间段311与金属强化体32的一横截面中，所述中间段311的至少50％的外表面包覆于金属强化体32。
再者，如图3B、图3C及图4C所示，所述金属针体31的中间段311形成有一凹槽3111，并且所述凹槽3111的深度T3111不大于中间段311最大厚度T311的50％，借以避免影响所述中间段311的电流传导特性。其中，图3C所示为单个环形凹槽3111，而所述中间段311的最小厚度需大于最大厚度T311的50％。所述金属强化体32填满并突伸出上述凹槽3111，借以使金属强化体32与中间段311之间通过凹凸配合而更为稳定地结合。
进一步地说，于矩形探针3的中间段311与金属强化体32的一横截面中，中间段311通过形成有凹槽3111而能有效地提升中间段311与金属强化体32之间的接触面积，以令所述中间段311的至少65％的外表面包覆于上述金属强化体32，借以使中间段311的机械强度能够有效地被强化。
另，上述中间段311所形成的凹槽3111数量与外型能够依据设计着的需求而加以调整，本发明在此不加以限制。举例来说，如图4D所示，所述中间段311能在相反两侧各形成有一凹槽3111、3111’，所述两个凹槽3111、3111’的深度T3111、T3111’总和不大于中间段311最大厚度T311的50％，所述金属强化体32填满上述两个凹槽3111并且完整包覆中间段311的外表面相对应部位。
此外，所述矩形探针3在中间段311以外的构造也可以视设计者的需求而加以调整改变，例如：所述第一接触段314的最大外径可以大于所述第一导板1的第一孔径D11，借以避免第一接触段314掉落至第一贯孔11内。
[本发明实施例的技术效果]
综上所述，本发明实施例所公开的探针卡装置100及其矩形探针3，通过金属强化体32一体成形于金属针体31的中间段311，使得在不影响金属针体31的电流传导特性的前提下，能够有效地提升金属针体31的机械强度。
再者，于所述矩形探针3进行植针的过程中(如：将矩形探针3穿入第一导板1与第二导板2)，矩形探针3通过金属强化体32与中间段311所共同构成的外径D32大于所述第二孔径D21，而能有效地避免矩形探针3穿过第二贯孔21而掉落在探针座10之外。
另，本实施例在金属强化体32与金属针体31之间提供较佳的配合与连接关系，以使矩形探针3能够同时兼具电流传导特性以及较佳的机械强度特性。举例来说，所述金属针体31的中间段311形成有一凹槽3111，并且所述凹槽3111的深度T3111不大于中间段311最大厚度T311的50％；所述金属强化体32填满并突伸出上述凹槽3111，并且所述中间段311的至少65％的外表面包覆于上述金属强化体32。
以上所述仅为本发明的优选可行实施例，并非用来局限本发明的保护范围，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种探针卡装置，其特征在于，所述探针卡装置包括：
一第一导板，形成有多个第一贯孔，并且每个所述第一贯孔具有一第一孔径；
一第二导板，形成有多个第二贯孔，所述第二导板平行于所述第一导板，并且多个所述第二贯孔的位置分别对应于多个所述第一贯孔的位置，每个所述第二贯孔具有小于所述第一孔径的一第二孔径；以及
多个矩形探针，各包含有一金属针体及一体成形于所述金属针体的一金属强化体，并且所述金属强化体的杨氏模数大于所述金属针体的杨氏模数，而所述金属针体的导电率大于所述金属强化体的导电率；每个所述金属针体包含：
一中间段，位于所述第一导板与所述第二导板之间；
一第一连接段，自所述中间段一端延伸所形成并穿设于相对应的所述第一贯孔内；
一第二连接段，自所述中间段另一端延伸所形成并穿设于相对应的所述第二贯孔内；
一第一接触段，自所述第一连接段延伸所形成且穿出相对应的所述第一贯孔；及
一第二接触段，自所述第二连接段延伸所形成且穿出相对应的所述第二贯孔；
其中，于每个所述矩形探针中，所述金属强化体是一体成形于所述中间段，并且所述金属强化体与所述中间段共同构成的一外径大于所述第二孔径并小于所述第一孔径。
2.依据权利要求1所述的探针卡装置，其特征在于，于每个所述矩形探针中，所述金属强化体与所述第二导板的距离不大于所述金属强化体与所述第一导板的距离。
3.依据权利要求1所述的探针卡装置，其特征在于，于每个所述矩形探针中，与所述金属强化体相连的所述中间段部位的长度占所述中间段总长度的至少75％。
4.依据权利要求1所述的探针卡装置，其特征在于，于每个所述矩形探针的所述中间段与所述金属强化体的一横截面中，所述中间段的至少50％的外表面包覆于所述金属强化体。
5.依据权利要求1所述的探针卡装置，其特征在于，所述探针卡装置进一步包括有用以抵接于每个所述矩形探针的所述第一接触段的一转接板，并且所述第一接触段的最大外径大于所述第一孔径；所述金属针体的杨氏模数是介于40～100Gpa，所述金属针体的导电率是在5.0×10-4Ωm以上，所述金属强化体的杨氏模数是在100Gpa以上，所述金属强化体的导电率是在4.6×10-4Ωm以上。
6.依据权利要求1至5中任一所述的探针卡装置，其特征在于，于每个所述矩形探针中，所述中间段形成有一凹槽，所述金属强化体填满并突伸出所述凹槽；于每个所述矩形探针的所述中间段与所述金属强化体的一横截面中，所述中间段的至少65％的外表面包覆于所述金属强化体。
7.依据权利要求6所述的探针卡装置，其特征在于，于每个所述矩形探针中，所述凹槽的深度不大于所述中间段最大厚度的50％。
8.一种探针卡装置的矩形探针，其特征在于，所述探针卡装置的矩形探针包括：
一金属针体，包含：
一中间段；
一第一连接段与一第二连接段，分别自所述中间段的相反两端延伸所形成；
一第一接触段，自所述第一连接段朝远离所述中间段方向延伸所形成；及
一第二接触段，自所述第二连接段朝远离所述中间段方向延伸所形成；以及
一金属强化体，一体成形于所述金属针体的所述中间段，并且所述金属强化体的杨氏模数大于所述金属针体的杨氏模数，而所述金属针体的导电率大于所述金属强化体的导电率；其中，所述金属强化体以及所述中间段共同构成的一外径大于所述第二连接段的外径。
9.依据权利要求8所述的探针卡装置的矩形探针，其特征在于，与所述金属强化体相连的所述中间段部位的长度占所述中间段总长度的至少75％；所述金属针体的杨氏模数是介于40～100Gpa，所述金属针体的导电率是在5.0×10-4Ωm以上，所述金属强化体的杨氏模数是在100Gpa以上，所述金属强化体的导电率是在4.6×10-4Ωm以上。
10.依据权利要求8或9所述的探针卡装置的矩形探针，其特征在于，所述金属针体呈直条状，所述中间段形成有一凹槽，所述凹槽的深度不大于所述中间段最大厚度的50％，所述金属强化体填满并突伸出所述凹槽；于所述矩形探针的所述中间段与所述金属强化体的一横截面中，所述中间段的至少65％的外表面包覆于所述金属强化体。
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