TW201636622A - 包含在不同操作條件下於各導孔中具改良式滑動及於測試頭中正確夾握之垂直探針的測試頭 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於一種具有各垂直探針之測試頭20,以作為一測試中裝置28之功能測試。該測試頭20包含至少一對板狀支撐件(plate-like supports)22、23,其等係彼此分離一恰當之間隙(gap)29,並具有各別之導孔(guide holes)24、25A、25B,以便以可滑動方式包覆(to slidably house)著複數之接觸探針21。每一接觸探針21包含一可在第一與第二端部26、27之間沿著一預設縱軸線HH延伸之桿狀本體21’。該第一端部係一接觸尖端26,適於抵靠於該測試中裝置28之一接觸墊(contact pad)28A上,而該第二端部27係一接觸頭27,適於抵靠於一空間變換器(space transformer)31之一接觸墊31A上。恰當的方式是,該等支撐件中至少有一支撐件23包含至少一對導件(guides)23A、23B,其等係彼此平行,並由另一間隙29’所分開,且具有相對應之導孔25A、25B。另外,每一接觸探針21包含至少一突出元件或止動件(stopper)30,係自該接觸探針21之其中一橫向壁32d、32s突伸而出,該等橫向壁32d、32s接觸著各導件23A、23B之至少一導孔25A、25B之一壁35d、35s、36d、36s。

Description

包含在不同操作條件下於各導孔中具改良式滑動及於測試頭中正確夾握之垂直探針的測試頭
本發明係有關一種測試頭,其包含複數之在各導孔中具有改良式滑動且在該測試頭內正確夾握之垂直探針。
更具體地說,本發明係有關數個垂直探針之測試頭,以做為電子裝置之功能測試。該測試頭包含至少一對板狀支撐件,其等係彼此分離一恰當之間隙,並具有各別之導孔,以便以可滑動方式地包覆著複數之接觸探針。每一接觸探針包含一可在第一與第二端部之間沿著一預設縱軸線延伸之桿狀本體。該第一端部係一尖端,適於抵靠於一測試中裝置之一接觸墊上,而該第二端部係一接觸頭,適於抵靠於一空間變換器之一接觸墊上。
本發明尤其是關於,但並不專屬於,一測試頭其係用來測試整體地製作於半導體晶圓上之電子裝置。以下之所述係參考此一領域之應用,且僅以簡化說明為目的。
誠如眾所知,一測試頭(探針頭)係一適於將一微構造(microstructure)之複數接觸墊電連接至一實施功能測試(特別是電測試或一般測試)之測試機械之各相對應溝槽(channels)之裝置。
該測試係實施於積體電路上,尤其是用於將已經在生產步驟上之瑕疵電路予以偵測隔離。通常測試頭係被使用在晶圓切割並組裝於晶片包封(chip containment package)之前,對於整體製作於該晶圓上之電路之電測試。
一測試頭主要包含由至少一對支撐件或導件所夾握之複數可移動接觸元件(movable contact elements)或接觸探針,其等係實質上為板狀且彼此平行者。該等板狀支撐件設有適當之孔,並且彼此間隔一當距離,俾留下一自由區域(free zone)或間隙,以供各接觸探針之移動或可能之變形(possible deformation)。該對板狀支撐件包括尤其是一上板狀支撐件與一下板狀支撐件,兩者皆設有導孔,而各接觸探針在各導孔內軸向地滑移者。各探針通常係由具有良好電性和機械性質特殊合金之金屬線製成。
各接觸探針與測試中裝置之各接觸墊間之良好連接,係藉著將該測試頭壓迫在該裝置本身上而得以確保。可在形成於該等上、下板狀支撐件內之導孔內移動之接觸探針,在該壓迫接觸期間,經歷了在該兩個板狀支撐件之間隙彎曲,以及在該等導孔內滑動。此等類型之測試頭(亦即具有垂直探針之測試頭)通常稱為「垂直式探針頭」。
在本質上,具有垂直探針之測試頭有一間隙,而在該間隙內接觸探針產生彎曲,且探針本身之適當構形或其等支撐件之適當構形可促進彎曲之產生。圖1示意圖所顯示者,係為簡化說明而僅採取一測試頭中多數探針中之一接觸探針者。
特別是,圖1係示意地描述一測試頭1,其包含至少一下板狀支撐件2(通常指稱為「下模」)、以及一上板狀支撐件3(通常指稱為「上模」),分別具有導孔4、5,且在該等導孔內至少有一接觸探針6滑動著。
該接觸探針6係以一接觸尖端(contact tip)7之方式中止於一端,該尖端7係意圖用來抵靠於一測試中裝置10之一接觸墊8,以便達到在該測試中裝置10以及一測試儀器(test apparatus)(未圖示)機械式與電性接觸,而對於該測試儀器而言,該測試頭形成一終端元件(terminal element)。
此處以及以下所述之用語「接觸尖端(contact tip)」意指一接觸探針之端部區域或範圍(end zone or region),其係設計來接觸該測試中裝置或該測試儀器,而該接觸區域或範圍並不需要刻意地使尖銳。
在某些情況下,接觸探針係固定地鎖附於測試頭本身上,而相對應於上板狀支撐件:該等測試頭被指稱為「阻塞式探針測試頭(blocked probe testing heads)」。
不過較常的是,具有非阻塞式探針之測試頭(亦即探針非固定地鎖附),有可能透過一微接觸式板(micro-contact board)而被使用(探針被接合至一所謂之板(a so-called board)上):該等測試頭稱為「非阻塞式探針測試頭(non-blocked probe testing heads)」。該微接觸式板通常稱為「空間變換器(space transformer)」。因為除了接觸著探針之外,其亦相對於在該測試中裝置之接觸墊,容許在空間變換器上之接觸墊做空間重分布(spatially redistribute),尤其是使接觸墊間之中心距離予以放寬。
就圖1所示之情況而言,該接觸探針6具有另一接觸尖端15其係朝著該空間變換器12之複數接觸墊之一墊11者。該接觸探針6與該空間變換器12間之良好電性接觸,係與接觸該測試中裝置之類似方式,即藉著壓迫該接觸探針6之接觸尖端15與該空間變換器12之接觸墊11所確保。
該上與下板狀支撐件2、3係經由一間隙9適當地隔開,而容許接觸探針6之變形。最後,導孔4、5係經製作尺寸,以便在該接觸探針6內滑動。
由探針所經歷變形的形狀以及要產生該變形所需之力係繫於幾個因素,例如製作探針之合金物理性質,以及在上板狀支撐件內之導孔與在下板狀支撐件內之相對應導孔之間之偏移值(value of offset)。
測試頭之正確操作基本上係與兩個參數相關聯:接觸探針之垂直移動(或超程(overtravel))以及該等接觸探針之接觸尖端之水平移動(或擦刮(scrub))。如眾所知,確保接觸尖端之擦刮是重要的,以便容許擦刮接觸墊表面。以此方式移除例如薄層或氧化膜(oxide films)之雜質,因而改善了由測試頭所執行之接觸動作。
所有這些特點皆須在測試頭之製造步驟中予以評估(evaluated)及校準(calibrated),此乃因在測試中必須隨時保證探針及測試中裝置之間有良好之電性連接。在由所謂的「板塊移動(shifted plate)」技術實現測試頭之情形下,接觸探針6(亦稱為「翹曲樑(buckling beam)」)係製作成筆直的,而其整個長度上之有固定且較佳為矩形之橫斷面,並通常使端部尖銳,以便分別形成特別是接觸尖端7與接觸頭15之各接觸端(如圖1所示)。一般所知,為了將各個導孔彼此對應設置,而以將各板狀支撐件疊置之方式製作此種類型之測試頭,以使各接觸探針符合該等導孔,而能間隔各板狀支撐件以形成所謂之間隙,然後去偏移(offset)或移動(該等支撐件),而在實質上中心位置產生探針本體之變形(如圖1所示)。此等測試頭亦稱為「板塊移動測試頭(shifted plate testing heads)」。
如一般所知,此等具有「翹曲樑」類型探針之測試頭對於接觸探針在各導孔內有相當大之摩擦問題,其可導致探針在導孔內滑動困難或甚至無法滑動。
在極端之情形下,此種摩擦可因而引起探針被卡在各相對之導孔中,尤其是對應於探針之側邊與板狀支撐件之導孔壁之各接觸點,例如為了將接觸尖端壓迫接觸著測試中裝置之接觸墊,而在探針之垂直移動(或超程)期間。其次令人不滿意的是,在測試操作期間,導致探針與接觸墊之間有非最佳(non-optimal)接觸,而使得由測試頭所實施之電性測試整體上隨後引起效率上之問體。
此種探針摩擦滑動之降低,可藉著使用複數板狀導件(較佳者為兩個導件)而某種程度地達成,各導件係彼此平行,以便形成測試頭之至少一板狀支撐件。
不過在該種情形下,通常必須提供機構以便防止探針出奇不意地自測試頭脫落,尤其是在測試頭平常操作期間,探針並未抵靠測試中裝置時。
具有阻塞式探針測試頭包含一外層(coating),該外層之橫向尺寸(transversal dimension)大於該下板狀支撐件之各導孔之橫向尺寸,俾防止接觸探針受重力影響而掉落,如頒授於Schmid等人之美國專利第6,150,830號所敘述者。  其他之探針夾握系統係敘述於由Feinmetall GmbH公司提出之德國專利申請案第DE-A-3337915號,以及由Breinlinger等人提出之美國專利申請公開案第2014/0118016號,以及由同一申請人所提出之義大利專利申請案第MI2008A000710號中。
固然習知解決方法在若干方面有其優點,但卻仍有其缺失,尤其是有些根據習知技術製作之測試頭並無法防止探針自導孔脫落,而其他之解決方法亦因探針卡在導孔內而產生問題,特別是當各接觸尖端之移動方向正交(orthogonal)於該測試中裝置時。而在另外情形中,整個探針尺寸則增加到無法接受的程度。
本發明之解決技術問題,係提供一種測試頭其具有功能性及結構性特點之微結構,可使得存在於接觸探針之橫向壁與相對應之上、下支撐件之導孔壁產生最小之摩擦力,而仍能確保探針被正確的夾握於測試頭內,俾克服測試頭因受到根據習知技術所製作之微結構所產生之限制及缺失。
根據本發明之解決構想係實現一具有各個垂直探針之測試頭,其具有至少一上或下支撐件,上或下支撐件包含複數之導件,傾向於改善接觸探針之滑動於各導孔內,而且至少有一元件係自該等探針之本體突出,該元件亦被稱為止動件,並相對著各支撐件而被適當地定位著,以便防止各探針自測試頭脫落,且在缺少一測試中裝置或一空間變換器之壓迫接觸時亦然。
根據本發明之解決構想使得技術上問題由一測試頭予以解決,該測試頭具有垂直探針以作為電子裝置之功能測試。該測試頭包含至少一對板狀支撐件,其等係彼此分離一恰當之間隙,並具有各別之導孔以便以可滑動方式包覆著複數之接觸探針。每一接觸探針包含一可在第一與第二端部之間沿著一預設縱軸線延伸之桿狀本體。該第一端部係一接觸尖端,適於抵靠於該測試中裝置之一接觸墊上,而該第二端部係一接觸頭,適於抵靠於一空間變換器之一接觸墊。其特徵為,該等支撐件中至少有一支撐件係包含至少一對導件,其等係彼此平行,並由另一間隙所分開,且具有相對應之導孔。且其特徵為,每一接觸探針包含至少一突出元件或止動件,係自該接觸探針之其中一橫向壁突伸而出,該橫向壁接觸著各導件之至少一導孔之一壁。
更特別的是,本發明包含以下之另外及任意之特徵,必要的話可單獨或組合方式採用。
根據本發明之另一種態樣,該接觸頭具有一直徑大於導件內之導孔直徑,俾避免接觸頭穿過導孔者。
尤其是,該止動件可被實現於該至少一支撐件與另一支撐件之間,而接近該至少一支撐件。
或可替換的是,該止動件可被實現於該至少一支撐件之各導孔之間,而在該另一間隙之中。
根據本發明之另一態樣,該接觸探針可包含一另一止動件,其突出於與該至少一止動件所突出之壁相同之壁。
或可替換的是,該接觸探針可包含一另一止動件,其突出於與該至少一止動件所突出之壁相反之壁。
該接觸探針亦可包含至少另外的三個止動件,此等四個止動件係成對地自接觸探針之各壁突出,且沿著該縱軸線而對稱地設置,第一與第三止動件係設置於該至少一上支撐件與該另一支撐件之間;而第二與第四止動件係定位於該至少一支撐件之導件之間。
根據本發明之另一態樣,該接觸探針可另外包含一凹口,其係實現於接觸探針之一壁,而該壁係相對著該至少一止動件所突出之壁。
特別的是,該凹口可實現在接觸探針之桿狀本體上之一凹槽,該凹槽之尺寸相容於該至少一止動件之橫向突出。
根據本發明之另一態樣,該至少一止動件可具有一橫向突出,該橫向突出之尺寸相容於該接觸探針之一直徑,而較佳者為介於5微米與40微米之間。
根據本發明之再一態樣,該至少一止動件可被設置於與該至少一支撐件一距離,而該距離小於該接觸尖端自該另一支撐件突出於測試頭外之長度以及該另一支撐件之厚度之總和。
最後,根據本發明之另一態樣,該至少一止動件可進一步包含至少一圓形之從下部切去之壁。
尤其是,該從下部切去之壁,可具有一介於0.001微米與0.1微米之間之曲率半徑。
該技術上問題亦被以上所界定之測試頭組合方法所解決,該方法包含至少之步驟為:
- 重疊一下支撐件與一上支撐件之第一與第二導件,使各導孔彼此同心;
- 將各該接觸探針插入各個對齊之導孔;
- 該上支撐件之最先相對移動,而尤其是各導件一起,係相對於該下支撐件而沿著一第一方向移動,實質上是垂直於各支撐件,將該止動件穿過相對應之上支撐件之各導孔;以及
- 該上支撐件之其次相對移動,而尤其是各導件一起,係相對於該下支撐件而沿著一第二方向移動,實質上是平行於各該支撐件。
根據本發明之另一態樣,該方法可進一步一第三步驟之該上支撐件之第一、第二導件沿著一第三方向之相對彼此移動,而平行於該等導件。
從接下來之實施例說明,藉由參考附圖所表示之不具限制性之範例,將可清楚根據本發明之測試頭之特色與優點。
請參閱上述各圖式,尤其是圖2A,其係描述實現本發明之測試頭,該測試頭在本案敘述中皆標號為20。
應瞭解的是,各圖式僅為示意圖,並非按照比例繪製,而是為了對本發明重要特色而繪製。
此外,在各圖式中,各不同構件係以示意方式繪製,因為其等之形狀可根據期望之應用需求而變化。
相似於由圖1所示實現習知技術之測試頭1之方式,測試頭20包含一下支撐件22(通常指稱為「下模」)、以及一上支撐件23(通常指稱為「上模」)。如前所指出,各支撐稱件為由適當之間隙29所隔開之板狀支撐件,且分別具有導孔,並在該等導孔內有複數之接觸探針被滑動式地包覆著。
為了要簡化及清楚地描述,在圖式中僅顯示一探針21,而該探針21包含一桿狀本體21’,其具有一預設之縱軸線(longitudinal axis)HH,且能夠在上、下支撐件23、22之各導孔中軸向地滑動者。該桿狀本體21’之端部為一第一接觸端或尖端26,以及一第二接觸端或頭27。更特別的是,該接觸尖端26適於抵靠於該測試中裝置28之接觸墊28A上。在圖2A所描述之範例中,該測試頭20係一非阻塞式探針測試頭,亦即探針頭並非被鎖合固定著,而該接觸頭27適於抵靠於一空間變換器31之各接觸墊31A上。
在測試頭係測試整體製作於晶圓之電路時,習知上係使用具有2mm至9mm長度知接觸探針。而且習知上係使用具有多邊形(較佳為矩形或正方形)橫斷面之探針,典型上斷面值之範圍係從10x10微米至50x140微米者。
較恰當的是,上或下支撐件至少其中之一係包含複數之板狀導件,各導件係彼此平行,以助於各接觸探針21在各導孔中之滑動,並降低由於各接觸尖端26壓迫接觸在測試中裝置28之接觸墊28A而使接觸探針21滑移時卡住之問題。在圖2A所示之範例中,上支撐件23尤其是包含至少一第一與一第二導件23A、23B,其等係彼此平行,由另一間隙29’所分開,且具有相對應之導孔25A、25B以便將各接觸探針21予以包覆。以類似之方式,該下支撐件22包含複數之導孔24以便包覆著接觸探針21。
可瞭解的是,上支撐件23及下支撐件22係可互相更換的,如此可實現接觸探針21之本體21’之期望之變形。而且,上支撐件23之第一導件23A與第二導件23B係可互相更換的,以便達到期望的將各探針夾握於測試頭20內。如前已提及,有關習知技術者,由上支撐件23之各導件23A、23B之相對位移(移動)所實現之將接觸探針21夾握者,在缺少一測試中裝置28或一空間變換器31時,係無法避免接觸探針滑出測試頭20外。
再者,上支撐件23與下支撐件22之轉換決定了接觸探針21之變形方向,因而決定了相對之接觸尖端26在測試中裝置28之接觸墊28A上之移動方向,如圖2A中之擦刮方向Dscrub。
此一轉換引起了該接觸探針21至少有一第一壁32s接觸一相對應之製做於該下支撐件22之下導孔24之壁34s,而運動係由接觸探針21之第二壁32d與下導孔24之一相對壁34d所界定,運動之長度係由下支撐件22之導孔24尺寸相對於接觸探針21之直徑所決定者。而此處以及下述所稱之直徑係意指最大之橫向直徑,且對探針之情形係指非圓形斷面。
可瞭解的是,接觸探針21之第一壁32s特別是一處在探針本身在擦刮方向Dscrub在一縱軸線HH前方之一壁,而接觸探針21之第二壁32d係一沿著擦刮方向Dscrub在軸線HH後方之一壁。
另外,上支撐件23與下支撐件22之轉換,以及上支撐件23之第一導件23A與第二導件23B之轉換,將導致接觸探針21之第一壁32A觸及製作於上支撐件23之第一導件23A內之導孔25A之壁35s,並引起接觸探針21之第二壁32d碰觸上支撐件23之第二導件23B之導孔B之壁36d(如圖3所示之放大圖)。
尤其是,接觸探針21之第一壁32s係與導孔25A之壁35s接觸,該壁35s係處在沿著擦刮方向Dscrub在軸線HH之前,而接觸探針21之第二壁32d係與導孔25B之壁36d接觸著,壁36d係在沿著擦刮方向Dscrub在軸線HH之後方。
即使在該一情形下,各個運動係被界定在接觸探針21之第二壁32d與上支撐件23之第一導件23A之導孔25A之一相對壁35d之間,以及界定於接觸探針21之第一壁32s與上支撐件23之第二導件23B之導孔25B之一相對壁36s之間。該等運動的長度係根據製作於上支撐件23之第一、第二導件23A、23B之導孔25A、25B之尺寸而定,且亦根據包覆於其內之接觸探針21之直徑而定。
尤其是,第一導件23A之導孔25A之壁35d係在沿著擦刮方向Dscrub在軸線HH之後方,而第二導件23B之導孔25B之壁36s係在沿著擦刮方向Dscrub在軸線HH之前方。
根據本發明之優點,接觸探針21進一步包含至少一突出於該本體21’之一元件,而與接觸探針21之第一壁32s或第二壁32d對應者。此一突出元件尤其適於實現接觸探針21之止動裝置(或抵靠裝置),以便即使在缺少一測試中裝置28或一空間變換器31時,亦可防止接觸探針21自測試頭20脫落,該止動裝置將於下文中稱為止動件30。較恰當的是,該止動件30係與接觸探針21之本體21’一體成型者。
尤其是,該止動件30足以避免相對應之接觸探針21之向上移動(參照圖2之局部參考系統)。
在圖2所示之較佳實施例中,該止動件30為齒狀構形,其係與該接觸探針21之本體21’一體成型,並且自本體21’突出宛如一橫向突耳(lug)(或突出部),其尺寸相容於接觸探針21之直徑,尤其是由5微米至40微米所構成。所稱之相容,係指該一橫向尺寸與接觸探針21之差距係低於20%者。
在圖2A所描述之實施例中,該止動件30係被設置於自接觸探針21之第二壁32d突出,且位於上支撐件23之第二導件23B與下支撐件22之間,尤其是靠近第二導件23B。更且是,在該測試頭20之正常操作期間,該止動件30並非觸及該上支撐件23,以致並不會干涉到相對應之接觸探針21之移動。該止動件30只會在接觸探針21往上移動時會有作用,例如在移除空間變換器31時以及在一種不樂意但暫時的探針之接觸頭27與空間變換器31之接觸墊31A之間有「黏住(gluing)」之情形。
再者,該接觸頭27經實現為具有一直徑其大於形成於上支撐件23內之導孔之直徑,而可防止相對應之接觸探針21之往下滑動(如圖2之局部參考系統)。縱然在該情形下,此處及以下所稱之直徑,意指最大橫向尺寸(即使在非圓形孔亦然)。
依照此方式,止動件30係設置於該上支撐件23之第二導件23B之導孔25B之壁36d上,該壁36d係抵靠止動件30所突出之接觸探針21之第二壁32d上。以確保在組合接觸頭27時,即使缺少測試中裝置28或空間變換器31之情形下,亦可將該接觸探針21如所期望地夾握在測試頭20內。尤其是,接觸頭27之尺寸(即直徑)係經製作成大於實現於上支撐件23之各導件23A、23B之導孔25A、25B之直徑,俾避免該接觸頭27穿過導孔。此外,可明瞭的是,止動件30可在測試頭20清洗期間防止接觸探針21之不期望之移動。如通常所知,利用強烈的噴射空氣所進行之測試頭20之清洗作業尤其是可能將接觸探針予以移動。最後,當為了移除空間變換器31,而破壞將接觸頭27保持在空間變換器31之接觸墊31A之可能的氧化物時,該止動器30之存在,可確保接觸探針21留置於測試頭20內。
在圖2B所示之一替換實施例中,該止動件30之實現方式是,其自該第一壁32s突出,且位於該上支撐件23之第一導件23A與第二導件23B之間,尤其是在該另一間隙29’內,並更接近該第一導件23A。更特別的是,在接觸探針21之不期待之向上移動之情形時(例如由於移除該空間變換器),止動件30傾向於抵靠在該上支撐件23之第一導件23A之從下部切去之壁(undercut wall)33A。
換言之,止動件30係位於該上支撐件23之第一導件23A之導孔25A之第一壁35s下方,該壁35s係抵靠在止動件30所突出之接觸探針21之第一壁32s上,俾確保在組合接觸頭27時,即使缺少一測試中裝置28或一空間變換器31,將接觸探針21如期待地夾握於測試頭20內。
可瞭解的是,將該上支撐件30設置於第一與第二導件23A、23B之間(即在另一間隙29’),尤其是有其優點的,此乃因該另一間隙29’係屬低應力區域,特別是幾乎沒有彎曲應力,因為該彎曲應力影響了置於間隙29內之接觸探針21部分,亦即在上支撐件23之第二導件23B與下支撐件22之間。依照此種方式,並沒有觸動在該止動件30上不希望有的破壞之風險,而止動件30自接觸探針21之壁突出之構型,難免導致應力點之出現。根據本實施例,該止動件30因此被製作於接觸探針21之「穩定」部分。尤其由於探針本身降低移動之可能性,而在控制機械應力(controlled mechanical stress)之範圍內。
該測試頭20主要是包含至少一接觸探針21,其具有設置於該上支撐件23至少一導件23A、23B各個底部,而在接觸探針21各個壁32s、32d之至少一止動件30。探針之壁係分別碰觸實現在該導件之導孔25A、25B之相對應之壁35s、36d。更特別的是,該止動件30傾向於抵靠該上支撐件23之各導件23A、23B之從下部切去之壁33A、33B。在其下方,與接觸探針21之壁32s、32d對應,探針壁抵靠著第一與第二導件23A、23B各導孔25A、25B之壁35s、36d上。
如上所述,當止動件30位於該下支撐件22與該上支撐件23之第二導件23B之間時,係自接觸探針21之第二壁32d突出,且止動件30係處於導孔25B之壁36d上,該壁係在沿著擦刮方向Dscrub在軸線HH之後方。而在止動件30位於上支撐件23之第一導件23A與第二導件23B之間時,係自接觸探針21之第一壁32s突出,且位於導孔25A之壁35s上,而該壁係在沿著擦刮方向Dscrub在軸線HH之前方。
可了解的是,實現在上支撐件23之導件23A、23B之內之導孔25A、25B係經適當地製作尺寸,俾容許接觸探針21之穿過,且與該止動件30對應。依照此種方式,即有可能以非常簡單之方式組合測試頭20(如圖4A至4C所示者)。
尤其是,在第一個組合步驟中,該下支撐件22與該上支撐件23之第一與第二導件23A、23B係重疊著,因而各導孔24、25A、25B係彼此同心的。此一重疊接著由接觸探針21插入各導孔中。尤其是,在圖4A至4C中所描述之範例中,係考慮到具有垂直探針20之測試頭以及板塊移動,其中各接觸探針起先並無任何預先變形(pre-deformation)(如圖4A所示)。顯然有可能利用以下所述之方法,在先前變形之探針情形下組合測試頭。
該方法包含第一步驟之下支撐件22與上支撐件23之相對移動,係沿著一第一方向S1,實質地垂直於各支撐件,然後朝著測試中裝置(圖未示),而方向是由圖4B中之箭頭所指示者。尤其是該上支撐件23,且更特別的是其導件23A、23B一起,循著方向S1而自該下支撐件22被移除者。
除前已指出者,至少上支撐件23之導件23A、23B之導孔25A、25B係接著適當地製作尺寸,以容許設有止動件30之接觸探針21之穿過。更特別的是,導孔25A、25B經實現一直徑,而該直徑除考慮過程中之公差值外,係相對應於接觸探針21之直徑與該止動件30橫向尺寸之總和。
最後,該方法包含該下支撐件22與該上支撐件23沿著一第二方向S2之相對移動之步驟,而該方向S2細雨各支撐件平行者,且與該測試中裝置(圖未示)平行,該方向在圖4C中係以箭頭指示。尤其是該上支撐件23,且更特別的是其導件23A、23B一起,係相對於該下支撐件22而沿著方向S2移動,導致接觸探針21之本體21’之變形。顯然是有可能實現一不同的,特別是接觸探針21之本體21’之相對且對稱(opposite and symmetrical)之變形,使得上支撐件22與下支撐件22係如圖示在方向S2做相反方向之移動。在此一情形下,該止動件30之定位亦必須是對稱的,不過在此一情形下,止動件30係自接觸探針21之壁突出,而與一相對應之上方導孔之壁碰觸者。
此外,該上支撐件23之第一與第二導件23A、23B係根據一第三方向S3作相對移動,隨時都與導件平行,且如圖4C所示之另一箭頭所指示者。依照此一方式,即可確保將接觸探針21局部地夾握於該上支撐件23之導件23A、23B之導孔25A、25B內。
如前已指出,不過此種將接觸探針21之局部夾握,並不足以在缺少測試中裝置28或空間變換器31時,保持接觸探針21之定位者,而各接觸尖端26與接觸頭27係抵靠著各個墊者。
恰當的是,至少有一止動件30係自該接觸探針21之本體21’突出,其配合該接觸頭27之製作尺寸而具有一直徑大於製作於該上支撐件23之第一導件23A內之導孔25A直徑,使得縱使在缺少一測試中裝置28或一空間轉換器31時,而有接觸墊分別抵靠在尖觸尖端26上以及在接觸探針21之接觸頭27上,俾避免測試頭20之滑落。即使在此情形下,在測試頭20之正常操作期間,止動件30並非碰觸到該上支撐件23,而不會干涉到接觸探針21之行動。
根據圖5A、5B所描述之一替換之實施例,該測試頭20包含至少一接觸探針21,而止動件30係自測試探針21之第二壁32d突出者。該壁32d係抵靠在上支撐件23之第二導件23B之導孔25B之壁36d上,跨過該止動件30,並定位於該上支撐件23之第二導件23B與下支撐件22之間。且提供一另外之止動件30A,其係自該相同之第二壁32d突出,且定位於該上支撐件23之第一導件23A與第二導件23B之間。
依照此種方式,事實上,至少止動件30、30A兩者之一被防止移動穿過導孔,因為其係和與接觸探針21之一壁接觸之一導孔壁相對應的,而與探針之彎曲是無關的,通稱為探針之組合角度。
特別的是,接觸探針21能夠有一彎曲,以促使其接觸尖端26相對於其接觸頭27而往右移動(如圖5A所示範例),或往左移動(如圖5B所示範例)。換言之,本實施例可做為接觸探針21之兩種組合角度,而圖2A與圖2B所描述之各實施例可個別作為接觸探針21之個別特定組合角度。
進一步而言,由於各止動件30、30A在同一方向之橫向突出,確保了需要實現上支撐件23之導件23A、23B最小直徑之極小化,為了確保接觸探針21之正確穿過,而使用參照圖4A至4C所描述之組合方法。
更特別的是,在圖5A之實施例中,接觸探針21可能之向上移動場合上,該止動件30底靠在該上支撐件23之第二導件23B之從下部切去之壁33B;而在圖5B之實施例中,該另一止動件30A底靠在該上支撐件23之第一導件23A之從下部切去之壁33A。
一有可能以此種方法實現該另一止動件30A,即該另一止動件30A相對於該止動件30而自一不同壁突出(如圖6A與6B之示意圖所示)。
尤其是如圖6A之實施例所示,測試頭20包含至少一接觸探針21,其具有自接觸探針21之第二壁32d突出之止動件30,並具有自接觸探針21之第一壁32s突出之另一止動件30A。特別是該止動件30係設置於上支撐件23之第二導件23B與下支撐件22之間,而該另一止動件30A係設置於第一導件23A與上支撐件23之第二導件23B之間。
在此種構型中,止動件30、30A係經設置於接觸探針21之壁上,亦即分別在壁32d、32s上。該等壁係分別接觸在其上方之各導孔25B、25A之壁36d、35s。並因而改善了將接觸探針21之夾握於測試頭20內,即使缺少一測試中裝置28或一空間變換器31亦然。
可瞭解的是,相同實施例係描述在圖6B中,在一相反擦刮方向Dscrub之情況。記得接觸探針21之第一壁32s係沿著擦刮方向Dscrub在軸線HH之前方之壁;而第二壁32d係沿著擦刮方向Dscrub在軸線HH之後方之壁。再者,在此情形中,測試頭20包含至少一接觸探針21,其具有自接觸探針21之第二壁32d突出之止動件30,並具有自接觸探針21之第一壁32s突出之另一止動件30A。特別是該止動件30係設置於上支撐件23之第二導件23B與下支撐件22之間,而該另一止動件30A係設置於第一導件23A與上支撐件23之第二導件23B之間。
縱使在此一情形中,止動件30、30A係經設置分別對應著接觸探針21之壁,亦即壁32d、32s。該等壁係分別接觸在其上方25B、25A之導孔之壁36s、35s,因而確保改善了將接觸探針21夾握於測試頭20內。
明顯的是,圖6A與6B之實施例亦可分別做為節觸探針21之不同組合角度。
根據圖7所示之本發明另一實施例,接觸探針21可包含至少四個自接觸探針21之各壁突出之止動件,且係設置於上支撐件23之導件23A、23B之間,以及上支撐件23之第二導件23B與下支撐件22之間。尤其是,該接觸探針21包含一第一止動件30,其係自接觸探針21之第二壁32d突出,且位於該上支撐件23之第二導件23B與該下支撐件22之間;一第二止動件30A,其係自接觸探針21之第二壁32d突出,且位於第一導件23A與該上支撐件23之第二導件23B之間;以及一第三止動件30B,其係自接觸探針21之第一壁32s突出,且位於該上支撐件23之第二導件23B與該下支撐件22之間;以及一第四止動件30C,其係自接觸探針21之第一壁32s突出,且位於第一導件23A與該上支撐件23之第二導件23B之間。
依照此種方式,該接觸探針21包含四個沿著HH軸線而對稱地設置之止動件,第一與第三止動件30、30B係設置於上支撐件23與下支撐件22之間;而第二與第四止動件30A、30C係設置於上支撐件23之導件23A、23B之間。
依照此種方式,可確保改善之夾握,此乃因有一對止動件在接觸探針21本身可能的向上移動時機時隨時(參照圖式之局部參考系統),都傾向於抵靠著該上支撐件23之第一、第二導件23A、23B之從下部切去之壁33A、32B,而不在乎接觸探針21之組合角度。
根據圖8所示之本發明另一實施例,測試頭20包含至少一測試探針21,其具有一自接觸探針21之壁(尤其是第二壁32d)突出之止動件30,以及一凹口(notch)40係實現於接觸探針21之相對壁(尤其是第一壁32s)而相對應於該止動件30。 實質上,該凹口40在接觸探針21之本體21’上產生一凹槽,該凹槽之尺寸相容於(尤其相容於低於20%之相對誤差)該止動件30之橫向突出,補償了由該止動件30本身引入之接觸探針21增加尺寸,並因而容許減少實現在上支撐件23之導件23A,23B之導孔25A、25B直徑,以便確保在支撐件22、23相對位移而組合時,相對應之接觸探針21之穿過(如參照圖4A至4C之說明)。
特別是,如前已提及,在測試頭20正常操作期間,該止動件30並未碰觸上支撐件23,以致並不會干涉到相對應之接觸探針21之移動。恰當的是,該止動件30只會在防止接觸探針21往上移動時會有作用。
更特別的是,本發明之優點為,該止動件30係位於防止接觸探針21之接觸尖端26脫離下支撐件22(尤其是相對應之導孔24)者,事實上,該接觸探針26之移出,使得包括接觸探針21之測試頭20直到接觸探針21重新定位而導孔24與接觸尖端26重新對齊時,是不能用的。
該止動件30接下來被設置在與上支撐件23一距離D,尤其是距離第二導件23B之從下部切去之壁33B。該距離D之值小於該接觸尖端26自下支撐件22突出於測試頭(並突出間隙29)外之長度Lp以及下支撐件22之厚度Sp之總和,尤其是相對應於各個導孔24之高度(亦即 D<Sp + Lp)。
應強調的是,該止動件30之此一適當之定位尤其是對於使用翹曲樑形式之接觸探針有其優點。在此一情形下,事實上,一接觸探針21之接觸尖端26自下支撐件22之導孔24之可能滑動,將導致探針本身之瞬間挺直,而無從將其重新定位。
再者,該止動件30被定位在一大於最小值為5至10微米之距離D,俾確保該止動件30不會干擾測試頭20(其包括接觸探針21)之正常操作。為了避免任何干涉之問題,該距離D較佳者為設定在大於100微米,或更加者為大於150微米。
最後,根據圖9之放大示意圖所描述之本發明一較佳實施例,止動件30包含至少一壁30sq,尤其是一具有圓形之從下部切去之壁,特別是有一曲率半徑rc,其值為介於0.001微米與0.1微米之間。
恰當的是,由於該壁30sq為圓形,在使用參照圖4A至圖4C所描述之組合方法時,該止動件30將促使接觸探針21穿過製作於上支撐間23之導件23A、23B之孔25A、25B。
特別的是,當上支撐件23以及尤其是其導件23A、23B一起,自下支撐件22沿著方向S1移動時(亦示於圖9中),止動件30之此一較佳形狀尤其在下支撐件22與上支撐件23相對移動之第一步驟期間尤其有優點(如圖4B所示)。
尤其是,該止動件30之圓形壁30sq產生一可促使導孔沿著該壁滑行之表面,並沿著如圖式中箭頭Fc所指之方向。
根據本發明實現之測試頭業已顯示出具有非常高之操作性能,其優點是由於使用了至少形成支撐件之一(尤其是上支撐件)之至少兩個導件,使得接觸探針之壁與支撐件所包含之導孔之壁之間所存在之摩擦力大大地降低了。 而具有至少一止動件則可確保測試頭妥適的功能,特別是將涵蓋於其內之接觸探針定位並夾握於可操作方式之條件下。
上述之考量仍然適用於雖未被提及但仍然在本發明目的之不同實施例上,例如舉例而言,一測試頭其具有包含一單一導件上支撐件以及包含至少二導件之下支撐件,以及該上支撐件與下支撐件皆藉著至少二導件或甚至更多之導件而被實現。除此之外,權宜地藉著所採用之一實施例之關聯,亦可適用於其他實施例,且可甚至超過兩個而大量地彼此組合。
應強調的是,降低測試頭內部之摩擦力產生了測試頭改善之功能,以及延長了各個組件之壽命,而產生節省經濟之結果。而所採之構形避免了接觸探針自各個導孔意外脫落。
恰當的是,每個接觸探針之接觸頭係經製作尺寸,俾大於形成在上支撐件之第一導件內之導孔之直徑,藉以避免接觸頭本身穿過各導孔。另外,有了止動件即可防止測試頭在清洗作業之場合不希望的移動。該等清洗作業,(如通常所知)係利用強烈的噴射空氣所進行尤其是可能將接觸探針予以移動,而為了確保接觸探針夾握於測試頭內,而且在空間變換器移除之場合,由於止動件抵靠在相對應之上支撐件之各導件之從下部切去之壁所產生之反作用力確實地破壞將接觸頭27保持在空間變換器本身之接觸墊之可能的氧化物。
可瞭解的是,在測試頭正常操作期間,止動件並非碰觸著上支撐件,因此不會干涉接觸探針之移動。恰當的是,止動件之作用避免了接觸探針之向上移動。
在一實施例中,止動件係定位在為了防止接觸探針之接觸尖端脫離下支撐件,尤其是脫離相對之導孔,因為將使得測試頭無法使用,特別的是在翹曲樑技術之情況下。更特別的是,止動件係定位在自上支撐件之最大距離,該距離係相等於該接觸尖端自下支撐件突出於測試頭外之長度與下支撐件之導孔高度之總和。
恰當的是,組合式地使用實現測試頭至少一支撐件之至少兩個導件,針對實現在該等導件之導孔以製作適合的接觸頭尺寸,以及使用至少一止動件以確保測試頭適切之功能,尤其是沒有探針卡住之問題,以及縱使在缺少一測試中裝置或一空間變換器時,和在可能的清洗作業期間,將探針夾握在測試頭內部。
所提出之各實施例容許實現不同之接觸探針,可使用在不同之操作條件下,特別是:
-  一接觸探針僅使用於一組和角度(如圖2A,2B所示)。此一實施例是特別的簡化。且在任何情況下能夠確保適當的留置探針於測試頭內,而且在缺少一測試中裝置或一空間變換器時亦同。而且當止動件被定位在包含於至少一支撐件之導件之間,亦即定義於其間之另一間隙,由於止動件係實現在低應力之區域,可能在對應該止動件而降低觸動不希望破壞之風險。該區域尤其是幾乎沒有彎曲,且由於降低探針本身移動之可能性,而在任何情形下有了受控制之機械應力;
-  一接觸探針使用於探針之兩個相反組和角度(如圖5A,5B所示),有至少一對之止動件。有至少一對止動件之穿過導孔係在接觸探針往上移動時被阻止。該止動件係對應著導孔之壁。該壁係不在乎探針之組合角度而碰觸著接觸探針之壁。而且,本實施例係特別地簡單,並在任何情況下都能確保將探針適當地留置在測試頭內,在缺少一測試中裝置或一空間變換器時亦同。此外,止動件定位的方式是,自接觸探針之一相同壁突出,而容許了探針本身整個尺寸之減少;
-  一接觸探針使用於一具有改善探針留置之單一組合角度(如圖6A、6B所示),此乃由於使用了自接觸探針之兩壁沿著接觸探針縱軸線方向突出一對稱構形之各個止動件;
-  一接觸探針使用於具有改善探針留置之兩個組合角度(如圖7所示),此乃由於使用了自接觸探針之兩壁突出並且以完全對稱構形設置於上支撐件各導件之間與下支撐件之間之四個止動件。根據此一實施例,一對止動件在遭遇不希望有的接觸探針往上移動時,不在乎接觸探針之組合角度,會傾向抵靠著上支撐件之第一、第二導件之從下部切去之壁;以及
-  一接觸探針使用於相對應於止動件而減少探針尺寸之僅有一組和角度(如圖8所示),此乃由於使用一形成於止動件之凹口,以及傾向於補償因為引入該止動件本身之接觸探針增加尺寸。
所描述之各個實施例容許使用參照圖4A至4C之簡化組合方法。
應提及的是,本發明之優點連結著事實為接觸探針以簡單和減少成本之方式予以實現,其各個止動件係與探針本體一體製作而成,並直接由傳統之光微影技術(photolithographic technologies)模製者、或是藉由微機電系統(Micro Electro-Mechanical System)技術者、或以雷射技術(laser technology)者。
最後應指出者為,止動件對於接觸探針本體之長度影響甚微,且止動件可藉由特別地減少尺寸而予以實現(尤其是其等之厚度)。
顯然地,習於此技藝之人仕為了符合特定之需要與規格,可以針對上述之測試頭進行多種修改及變更,而此等修改及變更皆涵蓋於以下之申請專利範圍所界定之本發明保護範圍。
1‧‧‧測試頭
2‧‧‧下板狀支撐件
3‧‧‧上板狀支撐件
4‧‧‧導孔
5‧‧‧導孔
6‧‧‧接觸探針
7‧‧‧接觸尖端
8‧‧‧接觸墊
9‧‧‧間隙
10‧‧‧測試中裝置
11‧‧‧接觸墊
12‧‧‧空間變換器
15‧‧‧接觸尖端
20‧‧‧測試頭
21‧‧‧接觸探針
21’‧‧‧桿狀本體
22‧‧‧下支撐件
23‧‧‧上支撐件
23A‧‧‧第一導件
23B‧‧‧第二導件
24‧‧‧導孔
25A‧‧‧導孔
25B‧‧‧導孔
26‧‧‧接觸尖端
27‧‧‧接觸頭
28‧‧‧測試中裝置
28A‧‧‧接觸墊
29‧‧‧間隙
29’‧‧‧間隙
30‧‧‧止動件(第一止動件)
30A‧‧‧第二止動件
30B‧‧‧第三止動件
30C‧‧‧第四止動件
30sq‧‧‧壁
31‧‧‧空間變換器
31A‧‧‧接觸墊
32d‧‧‧第二壁
32s‧‧‧第一壁
33A‧‧‧從下部切去之壁
33B‧‧‧從下部切去之壁
34d‧‧‧壁
34s‧‧‧壁
35s‧‧‧壁
40‧‧‧凹口
D‧‧‧距離
Fc‧‧‧箭頭
HH‧‧‧縱軸線
Lp‧‧‧長度
S1‧‧‧第一方向
Sp‧‧‧厚度
Dscrub‧‧‧擦刮方向
在各圖式中: 圖1係實現習知技術之測試頭之示意圖; 圖2A至圖2B係本發明一較佳實施例之測試頭在不同操作條件下之示意圖; 圖3係圖2A所示本發明測試頭之放大示意圖; 圖4A至圖4C係本發明測試頭之連續組合步驟示意圖; 圖5A至5B、圖6A至6B、圖7與圖8係本發明各替換實施例測試頭之示意圖;以及 圖9係本發明顯示於圖2A之測試頭之放大示意圖。
20‧‧‧測試頭
21‧‧‧接觸探針
21’‧‧‧桿狀本體
22‧‧‧下支撐件
23‧‧‧上支撐件
23A‧‧‧第一導件
23B‧‧‧第二導件
24‧‧‧導孔
25A‧‧‧導孔
25B‧‧‧導孔
26‧‧‧接觸尖端
27‧‧‧接觸頭
28‧‧‧測試中裝置
28A‧‧‧接觸墊
29‧‧‧間隙
29’‧‧‧間隙
30‧‧‧止動件
31‧‧‧空間變換器
31A‧‧‧接觸墊
32d‧‧‧第二壁
32s‧‧‧第一壁
33A‧‧‧從下部切去之壁
33B‧‧‧從下部切去之壁
34d‧‧‧壁
34s‧‧‧壁
HH‧‧‧縱軸線
Dscrub‧‧‧擦刮方向

Claims (15)

  1. 一種具有各垂直探針之測試頭20,以作為一電子裝置之功能測試,該測試頭20包含至少一對板狀支撐件22、23,其等係彼此分離一恰當之間隙29,並具有各別之導孔24、25A、25B,以便以可滑動方式包覆著複數之接觸探針21,每一接觸探針21包含一可在第一與第二端部26、27之間沿著一預設縱軸線HH延伸之桿狀本體21’,該第一端部係一接觸尖端26,適於抵靠於一測試中裝置28之一接觸墊28A上,而該第二端部27係一接觸頭27,適於抵靠於一空間變換器31之一接觸墊31A上;其特徵為: 該等支撐件中至少有一支撐件23包含至少一對導件23A、23B,其等係彼此平行,並由另一間隙29’所分開,且具有相對應之導孔25A、25B;且其特徵為: 每一接觸探針21包含至少一突出元件或止動件30,係自該接觸探針21之其中一橫向壁32d、32s突伸而出,該等橫向壁32d、32s接觸著各導件23A、23B之至少一導孔25A、25B之一壁35d、35s、36d、36s。
  2. 如申請專利範圍第1項之測試頭20,其中該接觸頭27具有一直徑大於導件23A、23B內之導孔25A、25B直徑,俾避免接觸頭27穿過導孔25A、25B者。
  3. 如申請專利範圍第1項之測試頭20,其中該止動件30被實現於接近該至少一支撐件23,而介於該至少一支撐件23與另一支撐件22之間。
  4. 如申請專利範圍第1項之測試頭20,其中該止動件30被實現於該至少一支撐件23之各導孔23A、23B之間,而在該另一間隙29’之中。
  5. 如申請專利範圍第1項之測試頭20,其中該接觸探針21包含一另一止動件30A,其突出於與該至少一止動件30所突出之壁32d、32s相同之壁。
  6. 如申請專利範圍第1項之測試頭20,其中該接觸探針21包含一另一止動件30A,其突出於與該至少一止動件30所突出之壁32d、32s相反之壁32s、32d。
  7. 如申請專利範圍第1項之測試頭20,其中該接觸探針21包含至少另外的三個止動件30A、30B、30C,此等四個止動件係成對地自接觸探針21之各壁32d、32s突出,且沿著該縱軸線HH而對稱地設置,第一與第三止動件30、30B係設置於該至少一上支撐件23與該另一支撐件22之間;而第二與第四止動件30A、30C係定位於該至少一支撐件23之導件23A、23B之間。
  8. 如申請專利範圍第1項之測試頭20,其中該接觸探針21可另外包含一凹口40,其係實現於接觸探針21之一壁32s,而該壁32s係相對著該至少一止動件30所突出之壁32d。
  9. 如申請專利範圍第8項之測試頭20,其中該凹口40實現在接觸探針21之桿狀本體21’上之一凹槽,該凹槽之尺寸相容於該至少一止動件30之橫向突出。
  10. 如申請專利範圍第1項之測試頭20,其中該至少一止動件30可具有一橫向突出,該橫向突出之尺寸相容於該接觸探針21之一直徑,而較佳者為介於5微米與40微米之間。
  11. 如申請專利範圍第1項之測試頭20,其中該至少一止動件30可被設置於與該至少一支撐件23一距離D,而該距離D小於該接觸尖端26自該另一支撐件22突出於測試頭20外之長度Lp以及該另一支撐件22之厚度Sp之總和。
  12. 如申請專利範圍第1項之測試頭20,其中該至少一止動件30包含至少一圓形之從下部切去之壁30sq。
  13. 如申請專利範圍第12項之測試頭20,其中該從下部切去之壁30sq,可具有一介於0.001微米與0.1微米之間之曲率半徑rc。
  14. 一種組合如前述申請專利範圍任一項之測試頭20之方法,該方法至少包含下列步驟: - 重疊一下支撐件22與一上支撐件23之第一與第二導件23A、23B,使各導孔24、25A、25B彼此同心; - 將各該接觸探針21插入各個對齊之導孔24、25A、25B; - 該上支撐件23之最先相對移動,而尤其是各導件23A、23B一起,係相對於該下支撐件22而沿著一第一方向S1移動,實質上是垂直於各支撐件,將該止動件30穿過相對應之上支撐件23之各導孔25A、25B;以及 - 該上支撐件23之其次相對移動,而尤其是各導件23A、23B一起,係相對於該下支撐件22而沿著一第二方向S2移動,實質上是平行於各該支撐件。
  15. 一種如前述申請專利範圍第14項之方法,進一步包含一第三步驟之該上支撐件23之第一、第二導件23A、23B沿著一第三方向S3之相對彼此移動,而平行於該等導件。
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