CN111721978A - 探针卡 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种探针卡包含一空间转换器以及一探针头。空间转换器的一第一表面，形成有多个金属垫以及多个无金属垫区。探针头设置于空间转换器的第一表面，而探针头包含有一上导板、一下导板、多个信号探针、多个接地探针、多个仿真探针、多个金属层以及多个金属开口区。信号探针与接地探针，贯穿且凸出于上导板以及下导板，以分别电连接空间转换器的金属垫，而仿真探针则贯穿但无需凸出于下导板，且仿真探针电连接接地探针，且仿真探针被设置于空间转换器的无金属垫区，以提升探针卡测试品质。

Description

探针卡

技术领域

本发明是关于一种探针卡，特别是有关于一种垂直式弹簧探针卡。

背景技术

探针卡的主要功用是通过其探针与待测物(如尚未封装的晶片或晶粒)上的焊垫或者是凸块直接接触，配合周边测试机台与软件控制而达到量测的目的，并进一步筛选出不良品。通常是通过测试机台发送测试信号，经探针卡到待测物，再由待测物回送测试结果信号，经探针卡到测试机台进行分析。

传统式探针卡的探针头(probe head)为一个具有多个探针的电性连结的结构。一般而言，探针头的探针排列需根据客户的待测物的电路布局做设计，然而在网通集成电路的高速测试中，这样的探针的排列设计，往往可能会造成阻抗不匹配，以致于增加能量损耗，进而影响网通集成电路的测试品质。

因此，如何能够提升探针卡阻抗的稳定，进而提升测试时的稳定性，将有助于提升整体测试的正确性与品质。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种探针卡，其能稳定探针卡的阻抗，以提升整体测试的正确性与品质。

根据本发明的一实施方式，一种探针卡包含有一空间转换器以及一探针头。

空间转换器的一第一表面，形成有多个金属垫以及多个无金属垫区。探针头设置于空间转换器的第一表面，而探针头包含有一上导板、一下导板、多个信号探针、多个接地探针、多个仿真探针、多个金属层以及多个金属开口区。

信号探针贯穿且凸出于上导板以及下导板，以分别电连接空间转换器的一部分金属垫，接地探针亦贯穿且凸出于上导板以及下导板，以电连接空间转换器的另一部分金属垫，而仿真探针，则贯穿但无需凸出于下导板，且仿真探针电连接接地探针，且仿真探针被设置于空间转换器的无金属垫区。

金属层分别形成于上导板以及下导板的表面，并形成于接地探针与仿真探针所穿过的上导板以及下导板的开口内壁。而金属开口区，形成于金属层之中，以使信号探针贯穿上导板以及下导板，且与金属层电性隔离。

在一些实施例中，信号探针、接地探针以及仿真探针是弹簧套筒式探针。而弹簧套筒式探针包含有一针体以及一弹簧套筒。弹簧套筒套设于针体之外，且弹簧套筒包含有至少二非弹簧段以及至少一弹簧段设置于非弹簧段之间，且非弹簧段接近下导板的位置，设置有一结合部，以将弹簧套筒压合并焊接于针体。

在一些实施例中，探针头更包含有一中导板设置于上导板以及下导板之间。

在一些实施例中，弹簧套筒的非弹簧段的至少其中之一对应中导板一侧的一间隔处设置。

在一些实施例中，金属层包含镀金金属层。

在一些实施例中，上导板是陶瓷导板。

在一些实施例中，下导板是陶瓷导板。

在一些实施例中，弹簧套筒式探针的针体包含有一平头探针尖。

在一些实施例中，弹簧套筒式探针的针体包含一尖头探针尖。

在一些实施例中，仿真探针与信号探针的最小间距小于信号探针与接地探针的最小间距。

在一些实施例中，仿真探针与信号探针的最小间距小于180微米。

因此，上述的探针卡可以利用仿真探针，以有效地提升高频信号的传输品质，更能提升高频信号的传输频率，进而有效地提升高频信号的传输效率。

附图说明

图1为绘示依照本发明一实施方式的探针卡的侧面示意图。

图2为绘示依照本发明一实施方式的探针卡的剖面示意图。

图3为绘示依照本发明一实施方式的探针卡的探针头的俯视示意图。

图4为绘示依照本发明一实施方式的探针卡的探针头的部分立体示意图。

图5为绘示依照本发明一实施方式的探针卡的探针头与探针的详细示意图。

附图标号

100：探针卡

110：空间转换器

114：第一表面

116：金属垫

118：无金属垫区

120：探针头

126：第一表面

128：金属层

129：金属开口区

140：隔离区

300：信号探针

302：探针尖

304：探针尾

410：上导板

411：第一表面

413：开口内壁

415：第二表面

417：无金属开孔内壁

420：下导板

421：第一表面

423：开口内壁

425：第二表面

427：无金属开孔内壁

430：中导板

431：第一表面

433：开口内壁

435：第二表面

437：无金属开孔内壁

500：仿真探针

502：探针尖

504：探针尾

600：接地探针

602：探针尖

604：探针尾

具体实施方式

以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。且若实施上为可能，不同实施例的特征可以交互应用。

请参照图1，其为绘示依照本发明一实施方式的探针卡100的剖面示意图。在本实施方式中，如图1所示，一种探针卡100包含一空间转换器110、一印刷电路板130电连接空间转换器110以及一探针头120固定于空间转换器110的表面，举例而言，探针头120的第一表面126面对空间转换器110的第一表面114设置。

在一些实施例中，探针卡100的探针头120位于空间转换器110的第一表面114，亦即空间转换器110位于印刷电路板130与探针头120之间。而且，探针头120电连接空间转换器110。通过空间转换器110的第一表面114与探针头120上安装的探针尾相互电连接，进一步来说，探针头120的探针尾凸伸出探针头120的第一表面126，在空间转换器110的第一表面114朝向探针头120的第一表面126进行组装时，探针头120的探针尾抵靠空间转换器110会先进行预压，因此，探针头120与空间转换器110的连接变得更为可靠，电性可靠度可以获得改善，在使用探针卡进行待测物测试时，过压(over drive)量不需要下太重即可达到稳定的电性可靠度，加长探针卡的使用寿命。

进一步参照图2至图5，图2绘示依照本发明一实施方式的探针卡的剖面示意图，图3绘示探针卡的探针头的俯视示意图，图4绘示探针卡的探针头的部分立体示意图，而图5绘示探针卡的探针头与探针的详细示意图。

如图2所示，探针卡100包含有一空间转换器110以及一探针头120。空间转换器110的一第一表面114，形成有多个金属垫116以及多个无金属垫区118，而探针头120设置于空间转换器110的第一表面114。

探针头120则包含有一上导板410、一下导板420、多个信号探针300、多个接地探针600、多个仿真探针500、多个金属层128以及多个金属开口区129。

上导板410具有一第一表面411、一第二表面415以及多个开口内壁413。下导板420具有一第一表面421、一第二表面425以及多个开口内壁423。

上导板410的第一表面411设置于邻近于空间转换器110的一侧，而第二表面415相对第一表面411设置，而开口内壁413提供探针贯穿，使探针尾凸出于第一表面411，以提供探针尾电连接空间转换器110。

此外，下导板420的第一表面421面向空间转换器110的一侧，第二表面425面向待测物的一侧，多个开口内壁423则提供探针贯穿，使探针尖凸出于第二表面425，以提供探针尖电连接待测物。

所述的信号探针300分别贯穿且凸出于上导板410以及下导板420，以分别连接空间转换器110的一部分金属垫116。此外，所述的接地探针600，亦贯穿且凸出于上导板410以及下导板420，以连接空间转换器110的另一部分金属垫116。

值得注意的是，仿真探针500设置于信号探针300以及接地探针600之间的位置，以改善阻抗增加信号传输的品质。仿真探针500贯穿且凸出于上导板410以及贯穿且未凸出于下导板420，如图2至图4中所示，仿真探针500埋设于上导板410以及下导板420之间并且经由金属层128电连接接地探针600。此外，仿真探针500设置于空间转换器110的无金属垫区118，亦即仿真探针500上方的空间转换器110的对应位置无金属垫116的设置，以使仿真探针500与空间转换器110之间形成一隔离区140。

金属层128分别形成于上导板410以及下导板420的表面，并形成于接地探针600与仿真探针500穿过的上导板410的开口内壁413以及下导板420的开口内壁423之中。

在一些实施例中，下导板420的第二表面425未形成有金属层128。

此外，为了避免信号探针300与接地探针600及仿真探针500产生短路，金属开口区129形成于金属层128之中，以使信号探针300贯穿上导板410以及下导板420的开口中，形成无金属开孔内壁417以及无金属开孔内壁427，亦即其均未设置有金属层128，使信号探针300与金属层128电性隔离。

在一些实施例中，信号探针300、接地探针600以及仿真探针500是弹簧套筒式探针301，且每一弹簧套筒式探针301包含有一针体320以及一弹簧套筒340套设于针体320之外。其中，弹簧套筒340包含至少二非弹簧段344以及至少一弹簧段342设置于非弹簧段344之间，且非弹簧段344接近下导板420的位置，设置有一结合部346，以将弹簧套筒340压合并焊接(welding)于针体320。

在一些实施例中，探针头120更包含有一中导板430设置于上导板410以及下导板420之间。中导板430具有一第一表面431、一第二表面435以及多个开口内壁433以及多个无金属开孔内壁437。

在一些实施例中，金属层128包含有镀金金属层、铜金属层、银金属层、铝金属层或合金金属层。

在一些实施例中，上导板410是一陶瓷导板、下导板420亦可以是一陶瓷导板。而中导板430也可以是一陶瓷导板。在一些实施例中，陶瓷导板是氧化物导板，例如是，氧化铝导板，然本发明并不限定于此。

在一些实施例中，针体320包含有一平头探针尖或一尖头探针尖，其直径小于60微米，而其探针尾的直径小于70微米。

在一些实施例中，仿真探针500与信号探针300的最小间距小于信号探针300与接地探针600的最小间距，以有效地减少信号探针300与接地的距离，改善阻抗，以有效地提升信号传输信号的品质。在实际测试中，增加如图3与图4中的仿真探针500围绕于信号探针300，并与接地探针600电连接，可以提升数位眼图的开合率提升约14％以上，而其频域分析RL小于-10dB频宽，则可由4GHz提升至18GHz，大幅提高高频信号的传输品质。

在一些实施例中，仿真探针500与信号探针300的最小间距小于180微米。

进一步参阅图5，以信号探针300为例，信号探针300例如是一弹簧套筒式探针301装设于探针头120之中。弹簧套筒式探针301具有一呈直杆状且可导电的实心针体320，以及一套设于针体320外且亦可导电的弹簧套筒340。弹簧套筒340是由直径均一的金属圆管经由光微影技术(photolithography)加工而成，因此，弹簧套筒340尚未与针体320相互固定时，整体是呈直径均一的直圆管状，具有于其一外筒面341呈螺旋镂空状的二弹簧段342，以及非呈镂空状的三个非弹簧段344，弹簧段342位于二非弹簧段344之间，其中接近弹簧套筒340下端的非弹簧段344具有一结合部346，结合部346在弹簧套筒340套设于针体320后，是受压合并焊接固定于针体320的下段。

由于前述的压合程序，结合部346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。此外，针体320具有一凸伸出弹簧套筒340的探针尖302，用以点触待测物，在一些实施例中，探针尖302呈平面状，但亦可呈尖锥状，其不脱离本发明的精神与范围。

本发明所提供的探针装置不但可利用等弹簧套筒式探针301的探针尖302点触待测物，并利用弹簧套筒340的弹簧段342的压缩，以使针体320产生旋转，进而可以使探针尖302点触待测物时刺破待测物表面的氧化层等非导体薄膜，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)，以电连接二元件。弹簧套筒式探针301的末端，相对于探针尖302的另一端，形成有一探针尾304，其可以用来电连接空间转换器110的金属垫116。

在如图5所示的非测试状态下，弹簧套筒340的弹簧段342位置分别对应于探针头120的导引孔412以及导引孔432，而在测试状态下，弹簧段342被压缩并小幅度地向上位移后，其位置仍可分别对应于导引孔412以及导引孔432。此外，上导板410、中导板430以及下导板420可以是一体成形的结构，亦或者是切割成两块以上的子导板进行结合，本发明并不以此为限，以上导板410为例，可以是两块子导板组合而成，利用两块子导板分别加工形成上导板410的一部分，之后将两块子导板组装成上导板410，亦或者是以单一块的导板加工形成上导板410，其均不脱离本发明的精神与范围。

值得注意的是，弹簧套筒340的非弹簧段344的至少其中的一对应中导板430一侧的一间隔处436或一间隔处438的位置设置，以避免弹簧套筒340使用时与中导板430产生干涉，而造成弹簧段342卡住于中导板430的情况。

此外，弹簧套筒式探针301亦可以用于接地探针600以及仿真探针500。当使用于仿真探针500时其长度较短，无需凸出于上导板410以及下导板420，仅需与金属层128电连接，并电连接于接地探针600。当仿真探针500设置于信号探针300的周围，即可有效调整阻抗，提升信号传输品质。参阅图2，如图中所示，接地探针600的探针尖602与探针尾604分别凸出于下导板420以及上导板410。此外，仿真探针500的探针尖502与探针尾504则可无需凸出于下导板420以及上导板410。

在一些实施例中，空间转换器110可为多层有机结构(Multi-Layered Organic；MLO)或多层陶瓷结构(Multi-Layered Ceramic；MLC)。

综上所述，本发明上述实施方式所揭露的技术方案，增加仿真探针，不仅可以有效地提升高频信号的传输品质，更能提升高频信号的传输频率，有效地提升高频信号的传输效率。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域相关技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视前附的权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种探针卡，其特征在于，包含：

一空间转换器，其中所述空间转换器的一第一表面，形成有多个金属垫以及多个无金属垫区；以及

一探针头，设置于所述空间转换器的所述第一表面，其中所述探针头，包含：

一上导板；

一下导板；

多个信号探针，贯穿且凸出于所述上导板以及所述下导板，以分别电连接所述空间转换器的一部分多个所述金属垫；

多个接地探针，贯穿且凸出于所述上导板以及所述下导板，以电连接所述空间转换器的另一部分多个所述金属垫；

多个仿真探针，贯穿且凸出于所述上导板以及贯穿且未凸出于所述下导板，并电连接多个所述接地探针，且多个所述仿真探针设置于所述空间转换器的多个所述无金属垫区；

多个金属层，分别形成于所述上导板以及所述下导板的表面，并形成于多个所述接地探针与多个所述仿真探针所穿过的所述上导板以及所述下导板的开口内壁；以及

多个金属开口区，形成于多个所述金属层之中，以使多个所述信号探针，贯穿所述上导板以及所述下导板，且与多个所述金属层电性隔离，

其中多个所述信号探针、多个所述接地探针以及多个所述仿真探针是弹簧套筒式探针，且每一弹簧套筒式探针包含：

一针体；以及

一弹簧套筒，套设于所述针体之外，其中所述弹簧套筒包含至少二非弹簧段以及至少一弹簧段设置于多个所述非弹簧段之间，且多个所述非弹簧段接近所述下导板的位置，设置有一结合部，以将所述弹簧套筒压合并焊接于所述针体。

2.根据权利要求1所述的探针卡，其特征在于，所述探针头还包含一中导板设置于所述上导板以及所述下导板之间。

3.根据权利要求2所述的探针卡，其特征在于，所述弹簧套筒的多个所述非弹簧段的至少其中之一对应所述中导板一侧的一间隔处设置。

4.根据权利要求1所述的探针卡，其特征在于，所述金属层包含镀金金属层。

5.根据权利要求1所述的探针卡，其特征在于，所述上导板是陶瓷导板。

6.根据权利要求5所述的探针卡，其特征在于，所述下导板是陶瓷导板。

7.根据权利要求1所述的探针卡，其特征在于，所述弹簧套筒式探针的所述针体包含一平头探针尖。

8.根据权利要求1所述的探针卡，其特征在于，所述弹簧套筒式探针的所述针体包含一尖头探针尖。

9.根据权利要求1所述的探针卡，其特征在于，所述仿真探针与多个所述信号探针的最小间距小于多个所述信号探针与多个所述接地探针的最小间距。

10.根据权利要求9所述的探针卡，其特征在于，所述仿真探针与多个所述信号探针的所述最小间距小于180微米。

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