CN111721980B - 垂直式探针卡及其矩形探针 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种垂直式探针卡及其矩形探针，所述矩形探针包含上接触段、下接触段、及位于上接触段与下接触段之间的梳形区段。梳形区段包含U形部与至少一个梳齿部。U形部包含构成第一电流通道的底基部及分别相连于底基部两端的两个侧基部。至少一个梳齿部自底基部延伸并位于两个侧基部之间。至少一个梳齿部包含头部及连接头部与底基部的颈部，颈部的长度小于头部。上接触段与下接触段能够彼此错位，以使梳形区段弯曲成多个梳齿部位于内侧的弧状构造，梳齿部的头部连接于两个侧基部，以共同构成第二电流通道。

Description

垂直式探针卡及其矩形探针
技术领域
本发明涉及一种探针卡，尤其涉及一种垂直式探针卡及其矩形探针。
背景技术
现有的垂直式探针卡包含有多个导板及穿设于上述多个导板的多个导电探针，并且上述每个导电探针会受到多个导板的错位设置所压迫，进而产生形变。然而，由于所述导电探针的形变部位会有应力过度集中的情况，因而易产生断裂的问题。
于是，本发明人认为上述缺陷可改善，乃特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垂直式探针卡及其矩形探针，能有效地改善现有垂直式探针卡(或矩形探针)所可能产生的缺陷。
本发明实施例公开一种垂直式探针卡，包括：一上导板与一下导板，彼此间隔地设置；多个矩形探针，分别穿设于所述上导板、并分别穿设于所述下导板；其中，每个所述矩形探针呈长形且定义有一长度方向，并且每个所述矩形探针包含：一上接触段与一下接触段，分别位于所述上导板与所述下导板的相反两个外侧；至少一个梳形区段，位于所述上接触段与所述下接触段之间，并且至少一个所述梳形区段包含：一U形部，包含有呈长形且平行于所述长度方向的一底基部及分别相连于所述底基部两端的两个侧基部；其中，所述底基部构成至少一个所述梳形区段的一第一电流通道；多个梳齿部，自所述底基部沿一延伸方向延伸所形成并位于两个所述侧基部之间，并且多个所述梳齿部沿所述长度方向彼此间隔地排成一列；其中，每个所述梳齿部包含一头部及连接所述头部与所述底基部的一颈部，而每个所述梳齿部的所述颈部于所述长度方向上的一长度小于所述头部于所述长度方向的一最大长度；其中，于每个所述矩形探针中，当所述上导板与所述下导板彼此错位设置时，所述上接触段与所述下接触段彼此错位，并且至少一个所述梳形区段弯曲成一弧状构造，多个所述梳齿部位于所述弧状构造的内侧，而多个所述梳齿部的所述头部彼此相抵接且连接于两个所述侧基部，以共同构成一第二电流通道。
优选地，于每个所述矩形探针的至少一个所述梳形区段所弯曲而成的所述弧状构造中，任两个相邻的所述颈部之间形成有位于所述第一电流通道与所述第二电流通道之间的一间隙。
优选地，于每个所述矩形探针的至少一个所述梳形区段中，所述底基部于所述延伸方向的一宽度是任一所述侧基部于所述延伸方向的一宽度的至少10％，并且所述底基部于所述长度方向的一长度是介于30微米～200微米。
优选地，于每个所述矩形探针的至少一个所述梳形区段中，多个所述梳齿部的所述头部呈等间隔地设置，并且任两个相邻的所述头部之间相隔有介于5微米(μm)～8微米的一间距，且所述间距不大于任一个所述头部的所述最大长度。
优选地，每个所述矩形探针的外表面包含有位于相反侧的两个第一长侧面及位于相反侧的两个第二长侧面；于每个所述矩形探针的至少一个所述梳形区段中，任一个所述第一长侧面正交于所述延伸方向，远离多个所述头部的所述底基部的表面是位于两个所述第一长侧面的其中一个所述第一长侧面，而远离所述底基部的每个所述头部的末端缘的位置对应于其中另一个所述第一长侧面。
优选地，于每个所述矩形探针中，两个所述第一长侧面之间的一第一距离大于两个所述第二长侧面之间的一第二距离。
优选地，每个所述矩形探针所包含的至少一个所述梳形区段的数量为多个；于每个所述矩形探针的相邻两个所述梳形区段中，远离相对应所述头部的两个所述底基部的表面是分别位于所述矩形探针的两个所述第一长侧面。
优选地，每个所述矩形探针所包含的至少一个所述梳形区段的数量为多个，并且当所述上导板与所述下导板彼此错位设置时，每个所述矩形探针的多个所述梳形区段依序反向弯曲以构成多个弧状构造，每个所述梳形区段的多个所述梳齿部位于相对应所述弧状构造的内侧，并且每个所述矩形探针的任两个相邻所述梳形区段之间具有一个反曲点(inflection point)。
优选地，所述垂直式探针卡进一步包括有固定于每个所述矩形探针的所述上接触段的一转接板；每个所述矩形探针于所述长度方向的一长度为3毫米(mm)～4毫米，并且当所述上导板与所述下导板彼此错位设置时，每个所述矩形探针的所述下接触段能用以可分离地顶抵一待测物、并通过多个所述梳形区段而位移至少100微米。
本发明实施例也公开一种垂直式探针卡的矩形探针，呈长形且定义有一长度方向，所述矩形探针包括：一上接触段与一下接触段；至少一个梳形区段，位于所述上接触段与所述下接触段之间，并且至少一个所述梳形区段包含：一U形部，包含有呈长形且平行于所述长度方向的一底基部以及分别相连于所述底基部两端的两个侧基部；其中，所述底基部构成至少一个所述梳形区段的一第一电流通道；至少一个梳齿部，自所述底基部沿一延伸方向延伸所形成并位于两个所述侧基部之间；其中，至少一个所述梳齿部包含一头部及连接所述头部与所述底基部的一颈部，而至少一个所述梳齿部的所述颈部于所述长度方向上的一长度小于所述头部于所述长度方向的一最大长度；其中，所述矩形探针的所述上接触段与所述下接触段能够彼此错位，以使至少一个所述梳形区段弯曲成一弧状构造，并且至少一个所述梳齿部位于所述弧状构造的内侧，而至少一个所述梳齿部的所述头部连接于两个所述侧基部，以共同构成一第二电流通道。
综上所述，本发明实施例所公开的垂直式探针卡及其矩形探针，能够以梳形区段来降低弯曲所产生的应力，据以避免矩形探针产生断裂的问题，并且所述矩形探针来能以梳形区段的多个头部相接来传输信号，据以使信号能够稳定地传输。
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为本发明垂直式探针卡的探针头于植针位置的平面示意图。
图2为本发明垂直式探针卡的探针头于检测位置的平面示意图。
图3为图1中的矩形探针的平面示意图。
图4为图3中的IV部位的局部放大示意图。
图5为本发明矩形探针的局部立体示意图。
图6为本发明矩形探针另一态样的局部立体示意图。
图7为图2中的矩形探针的平面示意图。
图8为图7中的VIII部位的局部放大示意图。
具体实施方式
请参阅图1至图8所示，其为本发明的实施例，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和图2所示，本实施例公开一种垂直式探针卡，其包括有一探针头100(probehead)以及抵接于上述探针头100一侧(如：图1中的探针头100顶侧)的一转接板200(spacetransformer)，并且所述探针头100的另一侧(如：图1中的探针头100底侧)能用来顶抵测试一待测物(device under test，DUT)(图未示出，如：半导体晶圆)。
需先说明的是，为了便于理解本实施例，所以图式仅呈现垂直式探针卡的局部构造，以便于清楚地呈现垂直式探针卡的各个组件构造与连接关系，但本发明并不以图式为限。以下将分别介绍所述探针头100的各个组件构造及其连接关系。
如图1和图2所示，所述探针头100包含有一上导板1(upper die)、与上导板1间隔地设置的一下导板2(lower die)、夹持于上导板1与下导板2之间的一间隔板(图未示出)、及多个矩形探针3。需说明的是，于本发明未图示的其他实施例中，所述探针头100的间隔板也可以省略或是其他构件取代。再者，所述矩形探针3也可以搭配其他构件或是单独地应用。
其中，所述上导板1形成有多个上穿孔11，所述下导板2形成有多个下穿孔21，并且所述多个下穿孔21的位置分别对应于多个上穿孔11的位置。再者，所述间隔板可以是环形构造、并夹持于上导板1及下导板2的相对应外围部位，以使上导板1与下导板2能够彼此平行地间隔设置，但本发明不受限于此。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细部构造。
再者，所述探针头100能够选择性地处于一植针位置(如：图1)与一检测位置(如：图2)。其中，当所述上导板1的多个上穿孔11分别位于下导板2的多个下穿孔21的正上方时，所述探针头100处于植针位置，据以利于多个矩形探针3穿设于上导板1与下导板2。而当所述上导板1与下导板2彼此错位设置时(任一个上穿孔11位于相对应下穿孔21的斜上方)，所述探针头100处于检测位置。
所述多个矩形探针3分别穿设于所述上导板1(的上穿孔11)、并分别穿设于所述下导板2(的下穿孔21)。其中，所述矩形探针3于本实施例中为可导电的长形构造、并定义有一长度方向L。而为便于说明，所述矩形探针3于本实施例中进一步定义有正交于上述长度方向L的一延伸方向E。所述矩形探针3的横剖面大致呈矩形，并且本实施例的矩形探针3可以是由微机电系统(MEMS)技术所制造，但本发明不以此为限。
由于本实施例探针头100的多个矩形探针3构造皆大致相同，所以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，在本发明未示出的其他实施例中，所述探针头100的多个矩形探针3也可以是具有彼此相异的构造。再者，为便于理解矩形探针3构造，以下将以所述探针头100处于植针位置时的矩形探针3进行介绍。
如图2至图4所示，所述矩形探针3于本实施例中包含有一上接触段31、一下接触段32、及相连于所述上接触段31与下接触段32的一形变段33。改由沿所述转接板200朝向待测物的一方向(如：图1中的由上往下)来看，所述矩形探针3是依序包含有上接触段31、形变段33、及下接触段32。
其中，如图2所示，所述上接触段31与下接触段32分别位于所述上导板1与下导板2的相反两个外侧，并且所述上接触段31固定于转接板200的相对应导电接点，而所述下接触段32用来可分离地顶抵(或压抵)于待测物的相对应导电接点(图中未示出)。相连于上接触段31的所述形变段33一端部位穿设且定位于上导板1(的相对应上穿孔11)，而相连于下接触段32的所述形变段33另一端部位穿设于下导板2(的相对应下穿孔21)。
需补充说明的是，于本发明未示出的其他实施例中，所述上导板1与下导板2各可以采用彼此错位设置的双导板结构，以使所述矩形探针3能够被上导板1与下导板2各自对应的双导板结构卡持，据以定位于上导板1与下导板2。
如图3至图5所示，所述矩形探针3于本实施例中包含有形成于所述形变段33(也就是，位于上接触段31与下接触段32之间)的多个梳形区段331，并且上述矩形探针3的梳形区段331于本实施例是以三个来说明，但本发明不受限于此。也就是说，所述矩形探针3的梳形区段331数量可以是至少一个。
再者，由于本实施例矩形探针3的多个梳形区段331构造皆大致相同或对称，所以为便于说明，下述是以单个梳形区段331为例，但本发明不受限于此。举例来说，在本发明未示出的其他实施例中，所述矩形探针3的多个梳形区段331也可以是具有彼此相异的构造。
所述梳形区段331包含一U形部3311及位于上述U形部3311内侧的至少一个梳齿部3312。其中，所述U形部3311包含有呈长形且平行于长度方向L的一底基部3313以及分别(垂直地)相连于所述底基部3313两端的两个侧基部3314。而于本实施例中，所述底基部3313于延伸方向E上的一宽度W3313是任一个侧基部3314于延伸方向E上的一宽度W3314的至少10％，并且所述底基部3313于长度方向L上的一长度L3313较佳是介于30微米～200微米。再者，所述底基部3313构成该梳形区段331的一第一电流通道C1，据以能够传输信号。
所述梳齿部3312自底基部3313沿上述延伸方向E延伸所形成并位于两个侧基部3314之间，并且梳形区段331于本实施例中所包含的梳齿部3312数量为多个，而上述多个梳齿部3312是沿所述长度方向L彼此间隔地排成一列。于本实施例中，所述多个梳齿部3312为等间隔地排列，并且所述梳形区段331的梳齿部3312数量可以是至少三个(较佳为1～2个)，但本发明不受限于此。
更详细地说，每个梳齿部3312包含一头部3315及连接所述头部3315与底基部3313的一颈部3316，并且每个梳齿部3312的颈部3316于长度方向L上的一长度L3316小于头部3315于长度方向L的一最大长度L3315。其中，上述多个梳齿部3312的头部3315呈等间隔地设置，并且多个梳齿部3312的颈部3316也呈等间隔地设置，而任两个相邻的头部3315之间较佳是相隔有介于5微米(μm)～8微米的一间距，并且所述间距不大于任一个所述头部3315的最大长度L3315。
于本实施例中，所述头部3315大致呈圆形，所以上述头部3315的最大长度L3315相当于其直径；而所述颈部3316的长度L3316则是自其相连于头部3315与底基部3313的两端处朝内逐渐地缩短，但本发明的梳齿部3312外形可依据设计需求而加以调整变化，不以上述为限。
换个角度来看，如图5所示，上述每个矩形探针3的外表面包含有位于相反侧的两个第一长侧面3a及位于相反侧的两个第二长侧面3b。其中，上述每个第一长侧面3a与每个第二长侧面3b皆平行于所述长度方向L，任一个第一长侧面3a正交于所述延伸方向E，并且远离多个头部3315的所述底基部3313的表面(如：图5中的底基部3313的左侧表面)是位于两个第一长侧面3a的其中一个所述第一长侧面3a，而远离底基部3313的每个头部3315的末端缘(如：图5中的头部3315的右端缘)的位置对应于其中另一个所述第一长侧面3a。
需说明的是，上述两个第一长侧面3a之间的一第一距离D1大于两个第二长侧面3b之间的一第二距离D2；也就是说，所述矩形探针3通过设有梳形区段331，以使其能够在厚度较厚的方向上进行弯折(如：图5所示)。此外，在本发明的另一个实施例中(如：图6所示)，所述矩形探针3的两个第一长侧面3a之间的第一距离D1也可以是小于(或等于)两个第二长侧面3b之间的第二距离D2。
此外，所述头部3315形成有最大长度L3315的部位于本实施例中是位于两个第一长侧面3a之间的区域内，但本发明不受限于此。举例来说，在本发明未示出的其他实施例中，所述头部3315形成有最大长度L3315的部位也可以是大致切齐于相邻的第一长侧面3a。
以上为所述矩形探针3的单个梳形区段331说明，下述接着介绍矩形探针3的多个梳形区段331之间的连接关系。如图1所示，于所述矩形探针3的相邻两个梳形区段331中，远离相对应所述头部3315的两个底基部3313的表面是分别位于所述矩形探针3的两个第一长侧面3a；也就是说，所述矩形探针3的任两个相邻梳形区段331中的底基部3313是呈错位设置。
如图2、图7、及图8所示，当所述上导板1与下导板2彼此错位设置时(也就是，探针头100处于检测位置时)，所述上接触段31与下接触段32彼此错位，并且每个梳形区段331弯曲成一弧状构造，并且每个梳形区段331的多个梳齿部3312位于上述弧状构造的内侧，而每个梳形区段331的多个梳齿部3312的头部3315彼此相抵接且连接于两个侧基部3314，以共同构成一第二电流通道C2。此外，在本发明未示出的其他实施例中，所述梳形区段331的梳齿部3312数量为至少一个时，上述至少一个梳齿部3312则是连接于两个侧基部3314，以共同构成第二电流通道C2。
再者，于每个梳形区段331中，上述任两个相邻的颈部3316之间形成有位于所述第一电流通道C1以及第二电流通道C2之间的一间隙G，据以确保上述多个梳齿部3312的头部3315能够彼此相抵接且连接于两个侧基部3314。
换个角度来看，当所述上导板1与下导板2彼此错位设置时，每个矩形探针3的多个梳形区段331依序反向弯曲以构成多个弧状构造，每个梳形区段331的多个梳齿部3312位于相对应弧状构造的内侧，并且每个矩形探针3的任两个相邻梳形区段331之间具有一个反曲点(inflection point)。也就是说，位于上述反曲点相反两侧的矩形探针3部位，各能够以梳形区段331来降低弯曲所产生的应力，并同步以梳形区段331的多个头部3315相接来传输信号。
再者，每个矩形探针3于长度方向L的一长度于本实施例中为3毫米(mm)～4毫米，并且当所述上导板1与下导板2彼此错位设置时，每个矩形探针3的下接触段32能用以可分离地顶抵待测物、并通过多个梳形区段331而位移至少100微米。也就是说，由于上述多个梳形区段331能够有效地降低矩形探针3所需承受的应力，所以本实施例的矩形探针3能以较短的长度来承受下接触段32的相对较高位移量。
[本发明实施例的技术功效]
综上所述，本发明实施例所公开的垂直式探针卡及其矩形探针，能够以梳形区段来降低弯曲所产生的应力，据以避免矩形探针产生断裂的问题，并且所述矩形探针来能以梳形区段的多个头部相接来传输信号，据以使信号能够稳定地传输。再者，本发明实施例所公开的矩形探针通过形成有梳形区段，以使其能够在厚度较厚的方向上进行弯折，据以有效地扩大所述矩形探针的应用范围。
另，本发明实施例所公开的矩形探针，其能够在反曲点相反两侧的矩形探针部位各形成有梳形区段，据以通过多个梳形区段来有效地降低矩形探针所需承受的应力，进而使矩形探针能以较短的长度来承受下接触段的相对较高位移量。再者，基于矩形探针的长度能够因设有梳形区段而缩短，所以上述矩形探针的电感值与电阻值也能够因而有效地降低。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的专利范围，所以凡是运用本发明说明书及图式内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种垂直式探针卡，其特征在于，所述垂直式探针卡包括：
一上导板与一下导板，彼此间隔地设置；以及
多个矩形探针，分别穿设于所述上导板、并分别穿设于所述下导板；其中，每个所述矩形探针呈长形且定义有一长度方向，并且每个所述矩形探针包含：
一上接触段与一下接触段，分别位于所述上导板与所述下导板的相反两个外侧；及
至少一个梳形区段，位于所述上接触段与所述下接触段之间，并且至少一个所述梳形区段包含：
一U形部，包含有呈长形且平行于所述长度方向的一底基部及分别相连于所述底基部两端的两个侧基部；其中，所述底基部构成至少一个所述梳形区段的一第一电流通道；及
多个梳齿部，自所述底基部沿一延伸方向延伸所形成并位于两个所述侧基部之间，并且多个所述梳齿部沿所述长度方向彼此间隔地排成一列；其中，每个所述梳齿部包含一头部及连接所述头部与所述底基部的一颈部，而每个所述梳齿部的所述颈部于所述长度方向上的一长度小于所述头部于所述长度方向的一最大长度；
其中，于每个所述矩形探针中，当所述上导板与所述下导板彼此错位设置时，所述上接触段与所述下接触段彼此错位，并且至少一个所述梳形区段弯曲成一弧状构造，多个所述梳齿部位于所述弧状构造的内侧，而多个所述梳齿部的所述头部彼此相抵接且连接于两个所述侧基部，以共同构成一第二电流通道。
2.依据权利要求1所述的垂直式探针卡，其特征在于，于每个所述矩形探针的至少一个所述梳形区段所弯曲而成的所述弧状构造中，任两个相邻的所述颈部之间形成有位于所述第一电流通道与所述第二电流通道之间的一间隙。
3.依据权利要求1所述的垂直式探针卡，其特征在于，于每个所述矩形探针的至少一个所述梳形区段中，所述底基部于所述延伸方向的一宽度是任一所述侧基部于所述延伸方向的一宽度的至少10％，并且所述底基部于所述长度方向的一长度是介于30微米～200微米。
4.依据权利要求1所述的垂直式探针卡，其特征在于，于每个所述矩形探针的至少一个所述梳形区段中，多个所述梳齿部的所述头部呈等间隔地设置，并且任两个相邻的所述头部之间相隔有介于5微米～8微米的一间距，且所述间距不大于任一个所述头部的所述最大长度。
5.依据权利要求1所述的垂直式探针卡，其特征在于，每个所述矩形探针的外表面包含有位于相反侧的两个第一长侧面及位于相反侧的两个第二长侧面；于每个所述矩形探针的至少一个所述梳形区段中，任一个所述第一长侧面正交于所述延伸方向，远离多个所述头部的所述底基部的表面是位于两个所述第一长侧面的其中一个所述第一长侧面，而远离所述底基部的每个所述头部的末端缘的位置对应于其中另一个所述第一长侧面。
6.依据权利要求5所述的垂直式探针卡，其特征在于，于每个所述矩形探针中，两个所述第一长侧面之间的一第一距离大于两个所述第二长侧面之间的一第二距离。
7.依据权利要求5所述的垂直式探针卡，其特征在于，每个所述矩形探针所包含的至少一个所述梳形区段的数量为多个；于每个所述矩形探针的相邻两个所述梳形区段中，远离相对应所述头部的两个所述底基部的表面是分别位于所述矩形探针的两个所述第一长侧面。
8.依据权利要求1所述的垂直式探针卡，其特征在于，每个所述矩形探针所包含的至少一个所述梳形区段的数量为多个，并且当所述上导板与所述下导板彼此错位设置时，每个所述矩形探针的多个所述梳形区段依序反向弯曲以构成多个弧状构造，每个所述梳形区段的多个所述梳齿部位于相对应所述弧状构造的内侧，并且每个所述矩形探针的任两个相邻所述梳形区段之间具有一个反曲点。
9.依据权利要求8所述的垂直式探针卡，其特征在于，所述垂直式探针卡进一步包括有固定于每个所述矩形探针的所述上接触段的一转接板；每个所述矩形探针于所述长度方向的一长度为3毫米～4毫米，并且当所述上导板与所述下导板彼此错位设置时，每个所述矩形探针的所述下接触段能用以可分离地顶抵一待测物、并通过多个所述梳形区段而位移至少100微米。
10.一种垂直式探针卡的矩形探针，其特征在于，所述矩形探针呈长形且定义有一长度方向，所述矩形探针包括：
一上接触段与一下接触段；以及
至少一个梳形区段，位于所述上接触段与所述下接触段之间，并且至少一个所述梳形区段包含：
一U形部，包含有呈长形且平行于所述长度方向的一底基部以及分别相连于所述底基部两端的两个侧基部；其中，所述底基部构成至少一个所述梳形区段的一第一电流通道；及
至少一个梳齿部，自所述底基部沿一延伸方向延伸所形成并位于两个所述侧基部之间；其中，至少一个所述梳齿部包含一头部及连接所述头部与所述底基部的一颈部，而至少一个所述梳齿部的所述颈部于所述长度方向上的一长度小于所述头部于所述长度方向的一最大长度；
其中，所述矩形探针的所述上接触段与所述下接触段能够彼此错位，以使至少一个所述梳形区段弯曲成一弧状构造，并且至少一个所述梳齿部位于所述弧状构造的内侧，而至少一个所述梳齿部的所述头部连接于两个所述侧基部，以共同构成一第二电流通道。
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