TW201930893A - 具有垂直探針之改良探針頭 - Google Patents

Abstract

一種探針頭（20），其具有多個垂直探針，用於測試整合於一半導體晶圓（29’）上的一受測裝置（29），探針頭（20）包括至少一上引導件（22）及至少一下引導件（23）且以一空隙（26）來彼此分隔，下引導件（23）提供有多個下引導孔（25），上引導件（22）提供有用於容納多個第一接觸探針（21s）的多個第一上引導孔（24s），及用於容納多個第二接觸探針（21d）的多個第二上引導孔（24d），該些接觸探針（21s、21d）包括一第一端部（27），適用於一受測裝置的多個接觸墊件，及一第二端部（27A），探針頭（20）之特徵在於，該些第一上引導孔（24s）及該些第二上引導孔（24d）是相對於該些下引導孔（25）而偏移，該些第一上引導孔（24s）的偏移是與該些第二上引導孔（24d）的偏移相反，其中該些第一接觸探針（21s）的第一端部（27）具有一擦力方向（DscrubSX），與該些第二接觸探針（21d）的第一端部（27）的一擦力方向（DscrubDX）相反。

Description

具有垂直探針之改良探針頭

本發明是關於一種探針頭，其包括多個垂直探針，是具有改良改良負載於一半導體晶圓上。更特別而言，本發明是關於一種探針頭，其具有多個垂直探針，用於測試整合於一半導體晶圓上的一受測裝置的，探針頭包括至少一上引導件及一下引導件，並以一空隙來彼此分隔，並提供有多個引導孔，用於滑動地容置多個接觸探針，接觸探針具有多個端部，適用於鄰接至受測裝置的多個接觸墊件上，而以下說明是參照此領域的應用，且主要目標在於簡化其描述。

眾所皆知，一探針頭是一種電子裝置，適用於電性連結微結構，例如，一積體裝置的多個接觸墊，以測試設備所對應的通道來執行測試功能，特別是電性測試或一般的測試。

執行在積體電路裝置上的測試，特別有助於盡早在製程階段檢測並隔離有缺陷的元件。正常而言，探針頭因此用於在晶圓上的積體電路裝置在切割及封裝前的電性測試。

一探針頭實質上包括置留於至少一對實質上為平板狀且彼此平行的支撐件或引導件的可移動的多個元件或多個接觸探針。該些引導件提供有多個引導孔，並設置成彼此之間相距某一距離，以形成自由空間或空隙，以便滑動地容置在該些引導孔中的該些接觸探針移動或可能形變。該對引導件特別包括一上引導件與一下引導件，兩者均提供有多個引導孔，該些接觸探針軸向地在其中滑動，此等探針通常是由具良好電性及機械性的特殊合金的導線所構成。

該些接觸探針與受測裝置的多個接觸墊之間適當的連接，是由在裝置本身上的探針頭的按壓、該些接觸探針在按壓接觸過程中所經歷的在該些引導件之間的空隙中的彎曲、及在分別的多個引導孔中的滑動來確保。此等形式的探針頭一般稱為「具有多個垂直探針的探針頭」或「垂直式探針頭」。

實質上，該些垂直探針頭在該些接觸探針發生彎曲之處具有一空隙，通常藉由該些探針本身或其該些引導件的適當的組態來幫助彎曲，如圖1示意性地顯示。

特別而言，圖1示意性地顯示一探針頭1包括至少一平板狀支撐件或上引導件2，通常稱之為「上晶粒」，且一平板狀支撐件或下引導件3，通常稱之為「下晶粒」，分別具有多個引導孔4及5，多個接觸探針6在其中滑動。

每一個接觸探針6的一端點是結束於一接觸尖端7，並用於鄰接在整合於一晶圓9的一受測裝置的一接觸墊件8上，來執行在受測裝置與一測試設備（未顯示）之間的機械性與電性接觸，其中探針頭形成一端點元件。

「接觸尖瑞」之用詞在此是指接觸探針的一端點面積或區域，並用於接觸一接觸墊件，此端點面積或區域不必然為尖銳的。

在一些示例中，該些接觸探針是固定地扣緊在平板狀支撐件的探針頭之上：此等探針頭稱之為「阻式探針頭」。

然而，更常見的是，該些探針並非固定地扣緊，而是抵靠在一板件的中間介面，可能是透過提供有多個接觸墊件的一微接觸板：此等探針頭稱之為「非阻式探針頭」。微接觸板則稱之為「空間轉換器」，因為，除了接觸該些探針之外，其亦允許形成於其上的接觸墊，相對於受測裝置的接觸墊而在空間上重新分布，特別是放寬了該些墊件本身的中心位置或多個節距之間的距離限制。

在此示例中，如圖1所示，每一個接觸探針6具有更一端點面積或區域，其結束於一所謂的接觸頭部7A，其朝向一空間轉換器9A的多個接觸墊件的一接觸墊件8A。多個探針6與空間轉換器9A之間適當的電性連接是由該些接觸探針6的該些接觸頭部7A在空間轉換器9A的該些接觸墊件8A之上的按壓鄰接來確保，其類比於以整合於晶圓9的受測裝置的該些接觸墊件8來與該些接觸尖端7之間的接觸。

如圖1所示，上引導件2及下引導件3是以一空隙10來適當地分隔，且此空隙允許該些接觸探針6發生形變。最後，該些引導孔4及5的尺寸是設計成允許該些接觸探針6在其中滑動。

具有多個垂直探針的一探針頭的正確運作基本上是聯繫兩個參數：該些接觸探針的垂直移動（越程，overtravel），及此等接觸探針的該些接觸尖端的水平移動（擦力，scrub）。確保該些接觸尖端的水平移動十分重要，其允許該些接觸墊件，特別是受測裝置的該些墊件表面的刮痕，其能去除形成在此等墊件之上的雜質，例如，一薄雜質層或氧化層或其他累積的污染層，因此能藉由其多個探針來改善探針頭所執行的接觸。

這些特徵在探針頭製造階段會經過評估與校正，因為探針與受測裝置之間良好的電性連接需要持續確保。

根據一習知方法，該些接觸探針6起初是製造成筆直狀的，沿著其整個長度具有恆定的橫截面，橫截面可能為一矩形，通常以薄化處理並指向端點來形成接觸端點，特別是如圖1所示的接觸尖端7及接觸頭部7A。接著，為了匹配各自的該些引導孔，藉由疊加上引導件2及下引導件3來形成探針頭，亦即，藉由根據垂直於該些引導件的一方向對準各自的中心，安插該些接觸探針6於該些多個引導孔，自下引導件3分隔上引導件2來形成空隙10，並接著位移該些引導件，而因此在實質上中心位置造成該些接觸探針6主體的形變，如圖1所示。在此示例中，該些探針頭稱之為具有多個平板位移的多個探針頭，且該些接觸探針6亦稱之為「挫曲束」（buckling beam）。

此外，上引導件2及下引導件3的相對運動（位移）決定接觸探針6形變的方向，並因此決定在整合於一晶圓9的受測裝置的接觸墊件8的各自的接觸尖端7之上的相對運動方向，如圖1的擦力方向Dscrub所示。

亦可能使用多個預先形變的探針，在此例子中預先的形變，是強調該些引導件之間的運動。

已知對於如圖1所示之具有多個垂直探針及多個位移板的一探針頭，當該些接觸探針6的該些接觸尖端7接觸整合於一晶圓9的受測裝置的該些接觸墊件8時，該些探針6的形變造成彎曲，彎曲對於所有該些接觸探針6實質上是相同的，使得每一個接觸尖端7在該些接觸墊件8上的方向Dscrub施加擦力。

然而，探針頭1內含的該些接觸探針6的所有接觸尖端7的同步擦力運動會在包括該些受測裝置的晶圓9上產生一剪力，即作用於方向Dscrub上的一施力等於全部探針在所有接觸墊件8上所產生的合力（均作用於相同方向Dscrub上），在晶圓9上的剪力因此達到高數值。特別而言，剪力一詞於此是指實質上平行於晶圓9的力，其定義出一平面，為實質上平行於上引導件2及下引導件3所在之處之平面，並在其面向探針頭1的一面，該些接觸墊件8形成於該面，而該些接觸探針6的該些接觸尖端7鄰接於該面。

因為該些探針頭通常包括數以千計之探針，因該些接觸探針的水平移動所致的剪力可為數十公斤重的力，因此當探針頭按壓在晶圓9上時，能對晶圓9形成相當大的側部運動。

此外，如圖2A所示，使用多個垂直探針頭，用於平行測試設置於晶圓9之上，特別是晶圓9面向探針頭1的面上的多個受測裝置或多個晶片11A亦是眾所皆知的，該些晶片11A包括該些接觸墊件8，該些接觸探針6的該些接觸尖端7鄰接於其上。如圖2B所示，在晶圓9上的該些晶片11A的該些接觸墊件8的數量及密度是對應至空間轉換器9A的該些接觸墊件8A的數量及密度，該些接觸墊件8A是形成於面向探針頭1的一面，如圖1之F1所示；特別而言，空間轉換器9A的該些接觸墊件8A是分佈於多個接觸區11B中，實質上對應至晶圓9的該些晶片11A，且亦具有一密度，是等於該些晶片11A的密度。為了簡化說明，圖2A及2B僅顯示晶圓9的二晶片11A，及空間轉換器9A的對應的二接觸區11B。

當測試的多個晶片11A具有高密度的多個接觸墊件8，如圖1所示之一探針頭對於每一個接觸區11B將導致空間轉換器9A的對應的高密度的該些接觸墊件8A；在習知方法中，為了導引（route）該些接觸探針6所承載之訊號，合適的多個導電軌12延伸自該些接觸區11B，特別是朝向形成於空間轉換器9A的一相反面上的多個其他接觸墊件，如圖1之F2所示，而相較於形成於該面F1上的該些接觸墊件8A，是具有較長的距離及較小的密度。

應注意的是，如同該些晶片11A分佈於晶圓9上，該些接觸區11B分佈於空間轉換器9A上，特別是在面向探針頭1的該面F1上，該些接觸區11B亦彼此相近，使得朝向測試設備（未顯示於圖1）的訊號傳遞路徑變得複雜，且必要的該些導電軌12的可用空間減少，特別是僅能設置於多個接觸區11B的外側。

更特別而言，當平行測試包含晶圓9的更多個晶片11A，空間轉換器9A應包括相等數量的多個接觸區11B，其應精準地如同晶圓9的該些晶片11A而相鄰，此導致該些導電軌12複雜的設計，其中，僅於多個接觸區11B四周為可用區域，如圖2B所示。

本發明之技術問題是提供一種探針頭，其具有結構性與功能性的多項特徵，以克服仍影響著習知技術解決方案的限制與缺點，特別是能減少該些接觸探針施加在晶圓上的剪力。

根據本發明之解決概念，是提供一探針頭，其具有多個垂直探針其中，一上引導件的多個引導孔及一下引導件的多個引導孔以與垂直於該些引導件相關的一軸而適當地偏移（位移），使其可於探針頭中識別出兩組的多個接觸探針，第一組的該些探針是以相對於另一組的該些探針的鏡像的方式而設置於探針頭中，亦即，由於該些引導孔的偏移而具有一鏡像形變。

基於此解決之概念，上述技術問題可藉由一探針頭，其具有多個垂直探針用於測試整合於一半導體晶圓來解決，探針頭包括至少一上引導件及至少一下引導件，且以一空隙來彼此分隔，下引導件是提供有多個下引導孔，上引導件是提供有用於容納多個第一接觸探針的多個第一上引導孔，及用於容納多個第二接觸探針的多個第二上引導孔，該些接觸探針包括一第一端部用於一受測裝置的多個接觸墊件，及一第二端部，此探針頭的特徵在於，該些第一上引導孔及該些第二上引導孔是相對於該些下引導孔而偏移，該些第一上引導孔的偏移是與該些第二上引導孔的偏移相反，其中該些第一接觸探針的第一端部具有一擦力方向，與該些第二接觸探針的第一端部的一擦力方向相反。

更特別而言，本發明包括以下附帶的多項特徵，依需求可單獨或組合實施。

根據本發明的一種觀點，該些第一上引導孔及該些第二上引導孔可設置設置於上引導件的至少一第一區域及至少一第二區域之中，其中，在第一區域中的該些第一接觸探針的該些第一端部具有擦力方向，與在第二區域中的該些第二接觸探針該些第一端部的擦力方向相反，使得在半導體晶圓上的探針頭的多個相異區域具有相反剪力。

根據本發明的一種觀點，探針頭可包括一第一區域僅包括該些第一上引導孔，及一第二區域僅包括該些第二上引導孔，使得在半導體晶圓上的探針頭的僅二個相異區域具有相反剪力，其中，上引導件的一自由區自在第二區域的該些第二上引導孔分隔在第一區域該些第一上引導孔。

根據本發明的另一種觀點，自由區可具有介於50μm與1500μm之間的一長度，較佳是介於500μm與800μm之間的一長度。

根據本發明的另一種觀點，第一區域及第二區域對應至受測裝置的各別的不同區域或對應至半導體晶圓的各別的不同受測裝置。

根據本發明的另一種觀點，探針頭可包括多個第一區域，其包括該些第一上引導孔，及多個第二區域，其包括該些第二上引導孔，每一個區域包括以多個列來設置的多個引導孔，其中該些第一區域與該些第二區域為交錯設置，使得探針頭的多個列在半導體晶圓上具有相反剪力。

再根據本發明的另一種觀點，該些第一及第二接觸探針具有一棒狀形體沿著第一端部與第二端部之間的一縱軸而延伸，其中該些第一接觸探針是形變的，並以相對於該些第二接觸探針的鏡像的方式而設置。

再根據本發明的另一種觀點，上引導件可分成一第一上引導件及一第二上引導件，第一上引導件及第二上引導件是彼此獨立的。

此外，第一及第二上引導件以另一自由區而分隔，另一自由區具有介於50μm與1500μm之間的一長度，較佳是介於500μm與800μm之間的一長度。

再根據本發明的另一種觀點，至少一個該些下引導件是一體成型的。

本發明亦是關於一種用於電子裝置的測試設備的探針卡，包括至少一如上所述製成的探針頭，及一空間轉換器，適用於執行在面向探針頭的一面上的該些接觸墊件與其反面的一第二面上的多個接觸墊件的多個節距的一空間轉換。

根據本發明的另一種觀點，空間轉換器可包括多個接觸區，其包括該些接觸墊件，該些接觸區以更一自由區而分隔。

根據本發明的另一種觀點，空間轉換器的該些接觸區可對應至整合於半導體晶圓上的受測裝置的不同區域。或者，空間轉換器的該些接觸區可對應至整合於半導體晶圓上不同受測裝置。

最後，空間轉換器可抱括多個導電軌或導電路徑跨過更一自由區。

本發明之探針頭及探針卡之多項特徵與多項優勢將配合圖式詳述於以下實施例，但實施例僅為示例而非限制。

參照這些圖式，尤其是圖3，參考編號20全文示意地是指根據本發明之用於測試整合於半導體晶圓上的電子裝置的一探針頭。

應注意的是，為了凸顯本發明的重要技術特徵，圖式僅表示示意圖，並非以比例來繪製。此外，圖式示意地顯示不同元件，其外形可依應用需求而改變。另應注意的是，在圖式中，相同元件編號是指相同外形或功能之元件。最後，關於一圖式所繪示的實施例之特定技術特徵亦可用於其他圖式所繪示的實施例。

探針頭20包括至少一平板狀支撐件或上引導件22，及一平板狀支撐件或下引導件23，其等是以適當的一間隙26來彼此相隔。探針頭20更包括多個接觸探針，其等在製造於上引導件22及下引導件23內的多個引導孔中滑動。

特別而言，根據本發明之一實施例，探針頭20包括多個第一接觸探針21s，其等是設置於探針頭20的一第一部分，特別而言，根據圖3之局部參考系統，其等是設置於左側的部分，並因此本文稱之為多個左探針21s，及多個第二接觸探針21d，其等設置於探針頭20的不同的一第二部分，特別而言，仍根據圖3之局部參考系統，其等是設置於右側的部分，並因此本文稱之為多個右探針21s。

更特別而言，下引導件23包括多個下引導孔25，而上引導件22包括多個第一上引導孔24s，用於僅滑動地容置該些左探針21s，及多個第二上引導孔24d，用於僅滑動地容置該些右探針21d，其細節將在下文中說明。在下文中，該些第一上引導孔24s稱之為多個左上引導孔24s，而該些第二上引導孔24d稱之為多個右上引導孔24d，此等詞彙「右」及「左」是根據前述圖3之局部參考系統來理解，目的僅為了促進對於文字說明的理解。

再更特別而言，該些左上引導孔24s是彼此連續的，並製造於上引導件22的一第一區域A1中，而該些右上引導孔24d亦是彼此連續的，並製造於上引導件22的一第二區域A2中，將在本文中闡明。

合適地，上引導件22的第一區域A1，即製造有該些左上引導孔24s之處，實質上是對應至包括於一半導體晶圓29’中藉由探針頭20來測試的一第一受測裝置或晶片的伸延部。類似地，上引導件22的第二區域A2，即製造有該些右上引導孔24d之處，實質上是對應至包括於一半導體晶圓29’中藉由探針頭20來測試的一第二受測裝置或晶片的伸延部。為了簡化說明，所有該些受測裝置是包括於半導體晶圓29’中，在本文中是標示成參照編號29。

或者，上引導件22的第一區域A1，即製造有該些左上引導孔24s之處，及上引導件22的第二區域A2，即製造有該些右上引導孔24d之處，可分別對應至包括於半導體晶圓29’中藉由探針頭20來測試的同一受測裝置或晶片29的一第一及第二區域。第一及第二區域可對應至，例如，用於不同型態訊號的區域，或具有不同密度的多個接觸墊件的區域。

換言之，第一區域A1及第二區域A2對應至受測裝置29的各別的不同區域，或對應至半導體晶圓29’的各別的不同受測裝置29。

此外，在此實施例中，該些左上引導孔24s以上引導件22的一區域而自該些右上引導孔24d（未顯示多個引導孔）分隔，此區域因此稱為自由區30。因此，上引導件22的第一區域A1及第二區域A2以自由區30而彼此分隔。

為了簡化說明，圖3僅顯示三個左探針21s及三個右探針21d，此圖式是提供成本發明範圍之非限制示例，左探針21s及右探針21d的數量可依需求及／或情況而變化。在一較佳實施例中，左探針21s的數量實質上是與右探針21d的數量相同，左探針21s的數量是對應至左上引導孔24s的數量，而右探針21d的數量是對應至右上引導孔24d的數量，因此左上引導孔24s的數量較佳是等於右上引導孔24d的數量。

每一個左探針21s及每一個右探針21d包括棒狀的一主體21’，其具有預先固定的縱向的H-H軸，且軸向地滑動於上引導件22的該些左上引導孔24s及右上引導孔24d，及下引導件23的該些下引導孔25中，棒狀的主體21’以一第一端部或接觸尖端27來形成一端點，此縱向的H-H軸是以圖3的參照系統中所示的y軸（垂直的軸）方向來延伸。

更特別而言，接觸尖端27是用於鄰接於半導體晶圓29’的受測裝置或晶片29的多個接觸墊件28上。可觀察的是，半導體晶圓29’可包括多個受測裝置29，圖3所示之示例是二個受測裝置，每一個受測裝置包括三個多個接觸墊件28，其中一受測裝置是以該些左探針21s來測試，而另一受測裝置是以該些右探針21d來測試。

此外，在圖3所示之示例中，探針頭20是具有非固定式探針的類型，且該些左接觸探針21s及右接觸探針21d以一第二端部或接觸頭部27A來形成一端點，其是用於鄰接於一中介層或空間轉換器29A的多個接觸墊件28A上。

應注意的是，上引導件22的該些左上引導孔24s及右上引導孔24d是沿著上引導件22的一縱軸Z-Z（在圖3的參照系統中，實質上垂直於H-H軸，且平行於水平軸，即x軸），相對於下引導件23的該些下引導孔25而彼此運動（位移），H-H軸實質上是垂直於該些引導件22及23；該些左上引導孔24s及右上引導孔24d相對於該些下引導孔25的位移因此適用於該些左探針21s及該些右探針21d的主體21’的形變。換言之，該些左上引導孔24s是相對於該些下引導孔25而偏移（位移），而該些右上引導孔24d是相對於該些下引導孔25而偏移（位移），偏移是相對於H-H軸而言。亦即，該些引導孔24s及25的中心，及該些引導孔24d及25的中心並非設置在垂直於上引導件22及下引導件23同一軸上。

特別而言，該些左上引導孔24s及該些右上引導孔24d相對於該些下引導孔25而偏移的方向決定了該些接觸探針的形變，而因此決定了在受測裝置29的該些接觸墊件28上的各別的該些接觸尖端27的水平移動或擦力方向，此擦力是依受測裝置29及包括此裝置之晶圓29’的平行方向而產生（即，依圖3的參照系統的x軸之方向）。

於每一個接觸探針與每一個引導孔之間定義出一空隙，其寬度是由與相對於該些探針的一直徑的該些引導孔的尺寸所決定，在此意旨橫向尺寸的最大值，即使多個探針不具圓形截面亦然，此空隙允許該些探針的橫向運動。

特別而言，橫向尺寸的最大值或該些引導孔的直徑是介於20μm至150μm之間，較佳是介於35μm至110μm之間，其中，介於多個探針之間的空隙是介於5μm至30μm之間，較佳是介於8μm至15μm之間。

如上所述，應注意的是，該些接觸探針的擦力在受測裝置29及在包括此擦力的晶圓29’上產生非預期的一剪力，此力的方向是由探針頭20的該些接觸探針的主體21’的形變所決定。

根據本發明優勢而言，該些左上引導孔24s相對於該些下引導孔25的偏移，是與該些右上引導孔24d相對於該些下引導孔25的偏移有所不同，特別是與其反向，使得該些左探針21s發生形變，並以相對於在探針頭20中的該些右探針21d的一鏡像方式來設置。

特別而言，該些左上引導孔24s相對於該些下引導孔25的偏移的方向是平行於圖3的x軸，且反向於該些右上引導孔24d相對於該些下引導孔25的偏移。因此，在探針頭20中，該些左接觸探針21s的形變是鏡像於該些右接觸探針21d的形變，此形變是因上述的偏移而造成，並決定各別的該些接觸尖端27的擦力方向。

具體而言，根據圖3的局部參照，該些左上引導孔24s是相對於該些下引導孔25而向左移動（左位移），其中，同樣根據圖3的局部參照，該些右上引導孔24d是相對於該些下引導孔25而向右移動（右位移）。亦即，該些左上引導孔24s及該些右上引導孔24d兩者皆向探針頭20而向外移動，但為相反的方向。

根據圖3之實施例，該些引導孔的偏移及該些左探針21s相對於該些右探針21d的鏡像設置導致在上引導件22中取得自由區30。在自由區30中並不存在引導件及多個孔，此自由區20實質上是定義在上引導件22之中心位置。自由區30是沿著上引導件22的縱軸Z-Z而延伸，且其具有沿著此軸Z-Z的一長度，該長度大於在下引導件23中每一個介於連續二個下引導孔25的間隔。特別而言，自由區30具有介於50μm與1500μm之間的一長度，較佳是介於500μm與800μm之間的一長度。

對於該些左探針21s而言，該些接觸尖端27在受測裝置29的該些接觸墊件28上的水平移動方向（擦力方向）在圖3中是標示成左擦力方向DscrubSX，此擦力發生與圖3的x軸是同一方向與定向。在此示例中，在每一個左探針21s中，接觸頭部27A是相對於左擦力方向DscrubSX而位在接觸尖端27之前。

對於該些右探針21d而言，該些接觸尖端27在受測裝置29的該些接觸墊件28上的水平移動方向（擦力方向）在圖3中是標示成擦力方向DscrubDX，此右擦力方向DscrubDX是與左擦力方向DscrubSX相反，並因此與x軸為同一方向，但相對於圖3的x軸為一相反定向。在每一個右探針21d中，接觸頭部27A是相對於右擦力方向DscrubSX而位在接觸尖端27之前，亦即，接觸頭部27A相對於x軸而跟隨接觸尖端27。

因此，該些左探針21s的第一端部或接觸尖端27具有一左擦力方向DscrubSX，反向於該些右探針21d的第一端部27的右擦力方向DscrubDX。

換言之，參照圖3的參考系統，特別是參照x軸，左擦力方向DscrubSX是相反於右擦力方向DscrubDX，特別是，左擦力方向DscrubSX是指向x軸的正向，而右擦力方向DscrubDX是指向x軸的負向。

此組態的探針頭20的該些接觸探針非常具有優勢，因為該些左探針21s的左擦力方向DscrubSX是相反於該些右探針21d的右擦力方向DscrubDX，以該些左探針21s施加於受測裝置29上及因此施加於半導體晶圓上29’上的橫向作用或剪力，實質上因該些右探針21d所施加的剪力而獲得補償，其合力是沿著圖3的x軸的方向，亦即，探針頭20的該些接觸探針所施加的該些剪力的合力是平行於半導體晶圓29’的一面FA，該面是面向探針頭20，並因此實質上合力為零，進而在半導體晶圓上29’上形成一補償負載。

如上所述，接觸頭部27A是用於鄰接於一中介層或空間轉換器29A的多個接觸墊件28A上。

特別而言，空間轉換器29A是適用於執行在其相對的多個面上介於該些接觸墊件的中心位置的距離（該些節距的轉換）的一空間轉換。特別而言，在空間轉換器29A的第一面FB上，第一面是面向探針頭20，該些接觸墊件28A具有與受測裝置29的該些接觸墊件28相等的一節距，而在一第二面上及空間轉換器29A的反面FC上的該些接觸墊件（未顯示）具有一節距，是等於一般而言與空間轉換器29A連接的一印刷電路板PCB（亦未顯示）上的多個接觸墊件的節距，特別是，其等具有一節距，是大於該些接觸墊件28A的節距，因而執行所需的空間轉換並允許更容易在反面之第二面上FC上設置該些接觸墊件，而更容易與PCB連接，並因此更容易與測試設備連接。

如圖4更詳細地顯示，空間轉換器29A的該些接觸墊件28A是設置於空間轉換器29A的多個接觸區31中，在此及下文中稱之為空間轉換器29A的多個接觸區31，此等接觸區31因此存在於面FB上，該面是面向探針頭20的空間轉換器29A，並對應至設置於半導體晶圓上29’的各別的多個受測裝置或多個晶片29上，或對應至同一受測裝置29的不同面積或區域，如上所述。

應注意的是，即使圖4僅顯示二個接觸區31，但本發明並不限於此，接觸區31的數量及其所包括的接觸墊件的數量可根據需求及／或情況而變化，圖4提供本發明之實施例僅為示例而非限制。

空間轉換器29A更包括多個導電軌或導電路徑32，用於形成該些接觸探針，特別是該些左探針21s及該些右探針21d所承載之訊號的傳送路徑，並面朝向設置於空間轉換器29A的另一面FC上的該些接觸墊件，此等導電軌或導電路徑32是源自空間轉換器29A的該些接觸墊件28A。為了簡化示意，圖4僅顯示某些導電軌或導電路徑32。亦可能使用多個導電平面，用於連接設置於空間轉換器29A之兩個相反面上的該些墊件。

如上所述，應注意的是，該些接觸探針在探針頭20中的鏡像或對稱設置方式導致在上引導件22中的自由區30。合適地，此自由區30的存在允許將該些接觸區間隔開來，該些接觸區包括該些接觸墊件28A，而該些探針的該些接觸頭部27A接觸，並因此在空間轉換器29A的二個不同接觸區31之間定義出對應的更一自由區33，其中該些接觸墊件28A並不存在於更一自由區33中。

換言之，在圖3及4之示例中，由於相對於該些右探針21d鏡像設置的該些左探針21s而存在的自由區30在空間轉換器29A的二個不同接觸區之間定義出對應的更一自由區33，其中僅該些左探針21s的該些接觸頭部鄰接至一第一接觸區上，且其中僅該些右探針21d的該些接觸頭部鄰接至一第二接觸區上。一般而言，僅該些左探針21s鄰接至左邊的多個接觸區，而僅該些右探針21d鄰接至右邊的多個接觸區。

顯然，間隔空間轉換器29A的不同接觸區31的可能性更加允許促使該些導電軌或導電路徑32的重新設置，並用於形成探針頭20的該些接觸探針所承載的訊號的路徑。

事實上，更一自由區33的存在允許執行藉由該些導電軌或導電路徑32跨過此更一自由區33而形成訊號的傳送路徑，此不同於習知解決方案中，該些接觸區具有至少共同的一面且訊號的傳送路徑僅於非共同的多個面（外部傳送路徑）上執行。

在圖3及圖4的實施例中，該些左上引導孔24s，及該些右上引導孔24d，在上引導件22的特定的多個區域上，特別是第一區域A1及第二區域A2上是分成一組，該些第一區域A1及第二區域A2分別對應至左邊或右邊的一接觸區31，每一個接觸區31對應至受測裝置29的一特定的面積或區域，或對應至各別的半導體晶圓29’的受測裝置29。

該些接觸區31可精確地對應至各別的不同受測裝置或半導體晶圓29’的多個晶片29。或者，不同接觸區31可對應至同一受測裝置29的不同部位或區域，例如，空間轉換器29A的一第一接觸區可對應至晶片29的一電源區，而空間轉換器29A的一第二接觸區可對應至晶片29的一訊號區。例如在多節距（multi-pitch）裝置的示例中，同一受測裝置29的不同的該些部位亦可為相同功能的部位，而在該些墊件之間具有不同密度及節距。裝置亦可提供為完全任意劃分的多個區域，其目的僅為了改善在其上及在晶圓上的負載分佈。

由上可知，顯然，本發明亦是關於一種用於電子裝置的測試設備的探針卡，其包括探針頭20、空間轉換器29A、及以空間轉換器29A作為介面的並用於連接一測試裝置（未顯示於該些圖式）的一印刷電路板PCB（未顯示於該些圖式），空間轉換器29A包括以更一自由區33來分隔的該些接觸區31。

在本發明之一較佳實施例中，更一自由區33具有介於50μm與1500μm之間的一長度，較佳是介於500μm與800μm之間的一長度。

根據本發明之一替代性的實施例，可藉由採用一組態，其中，探針頭20包括一第一上引導件22s及一第二上引導件22d，以取代上引導件22，來簡化探針頭20的組裝，此等第一及第二上引導件22s及22d是彼此分隔且獨立的，如圖5示意性地顯示。在此實施例中，上引導件22因此劃分為一第一上引導件22s及一第二上引導件22d。在本說明書的其餘部分中，如上所述，第一上引導件22s亦稱為左上引導件22s，而第二上引導件22d亦稱為右上引導件22d。

特別而言，根據圖5之局部參照，該些左及右上引導件22s及22d是沿著同一水平軸而設置。亦即，此等引導件是沿著一縱軸而設置，縱軸平行於圖5之x軸，在圖示中是標示成Z’-Z’軸。該些左及右上引導件22s及22d分別具有一長度，小於下引導件23的長度的一半，或可具有一長度，等於下引導件23的長度的一半。

特別而言，左上引導件22s包括該些左上引導孔24s，而右上引導件22d包括該些右上引導孔24d。

根據此實施例，當探針頭20的該些接觸探針接觸受測裝置29的該些接觸墊件28時，左上引導件22s則為分隔的，且沿著Z’-Z’軸以一自由區30’自右上引導件22d而相隔，此自由區30’具有一長度較佳是介於500μm及1500μm之間，並因此允許存在與探針頭20介面的空間轉換器的多個接觸區之間的更一自由區33。

合適地，藉由實施圖5之實施例，探針頭20的組裝更為簡單。

根據本發明之另一實施例，該些左探針21s及該些右探針21d在上引導件22中是設置為連續且以多個列來交錯排列的，多個左及右探針的此等列是彼此交錯的，如圖6所示（其繪示一引導件，例如探針頭20的上引導件22）。在此示例中，不僅在二個區域A1及A2中具有相反擦力，亦在多個連續的多個區域具有相反擦力。

特別而言，在圖6之實施例中，多個第一區域（為了簡化說明，僅顯示二個第一區域A1與A1’）包括該些左上引導孔24s，而多個第二區域（為了簡化說明，僅顯示二個第二區域A2與A2’）包括該些右上引導孔24d，每一個該些區域包括以多個單一的列而設置的多個引導孔，其中此等區域是彼此交錯設置的，進而形成探針頭20的多個列，並在半導體晶圓上29’上具有相反剪力。

亦可觀察到的是，在此實施例中，關於圖3至圖5的實施例的所有的考量仍是有效的。亦即，該些左上引導孔24s相對於該些下引導孔25的偏移是與該些右上引導孔24d相對於該些下引導孔25的偏移有所不同，特別是與其反向，使得該些左探針21s發生形變，並以相對於在探針頭20中的該些右探針21d的一鏡像方式來設置。因此，該些左探針21s在該些第一區域為多個列排列，具有一左擦力方向DscrubSX，反向於在該些第二區域中為多個列排列的該些右探針21d的右擦力方向DscrubDX。其差異在於左邊及右邊的多個引導孔24s及24d現為以上引導件22（或下引導件23）不同的、連續的、且相鄰的多個列的方式而設置，使得在引導件中的不同區域之間不會形成自由區。此外，在此實施例中，該些接觸探針較佳是已預先形變的。

綜上所述，本發明提供一種探針頭，用於測試整合於一半導體晶圓的一電子裝置，其中多個第一接觸探針或多個左探針為形變的，並以相對於多個第二接觸探針或多個右探針的一實質上鏡像的方式而設置。由於在一上引導件中所製造的多個上引導孔的存在，且其等相對於在一下引導件中所製造的多個下引導孔合適地偏移，而因此獲得此組態。換言之，在本發明之具有多個垂直探針的探針頭中，上引導件的該些引導孔及下引導件的該些引導孔是相對於垂直於該些引導件的一軸而合適地偏移（位移），進而在探針頭中得以區別二組的多個接觸探針，第一組的該些探針（多個左探針）是相對於另一組的該些探針（多個右探針）而以一鏡像的方式設置於探針頭中，亦即由於該些引導孔的偏移而發生的一鏡像的形變。

根據本發明優勢而言，因為具有鏡像的形變，該些左接觸探針具有一擦力運動，其反向於該些右接觸探針的擦力運動。因此，以該些接觸探針在一受測裝置及在半導體晶圓上所施加的整個橫向作用或剪力的負載實質上獲得補償。亦即，探針頭所施加之該些力的合力，其平行於面向探針頭的受測裝置的一面上，而因此實質上為零。此允許一更精準的測試並防止半導體晶圓因為沒有該些接觸探針的補償的側力（剪力）而產生滑向運動。

此外，根據本發明之探針頭，其允許增加在一空間轉換器的該些接觸墊件所製造之處的該些接觸區之間的距離。特別是，可維持一高密度的該些接觸尖端來與受測裝置的該些接觸墊件接觸，同時間隔空間轉換器的該些接觸區，而因此大幅簡化了探針頭的該些接觸探針所承載之訊號之傳送路徑。事實上，應注意的是，根據本發明，亦可於定義在不同接觸區之間的自由區中形成多個導電軌或導電路徑，此等接觸區皆對應至不同晶片及同一晶片的不同部位。

最後，因為並不使用不同模組，而下引導件較佳是提供成一體成形，所實施之組態允許探針頭容易對齊，而不同擦力僅由該些上引導件及該些下引導件的該些引導孔之間的適當改變而產生。據此，亦可將該些探針設置為交錯的多個列。

顯然，本領域的技術人員為了滿足特定的需求及規格，能對上述探針頭及探針卡實現多種修飾與變化，所有這些修飾與變化都包括在由以下申請專利範圍所界定的本發明的範圍內。

20‧‧‧探針頭

21’‧‧‧主體

21s‧‧‧第一接觸探針

21d‧‧‧第二接觸探針

22‧‧‧上引導件

22s‧‧‧第一上引導件

22d‧‧‧第二上引導件

23‧‧‧下引導件

24s‧‧‧第一上引導孔

24d‧‧‧第二上引導孔

25‧‧‧下引導孔

26‧‧‧空隙

27‧‧‧第一端部

27A‧‧‧第二端部

28A‧‧‧接觸墊件

29A‧‧‧空間轉換器

29‧‧‧受測裝置

29’‧‧‧半導體晶圓

30、30’‧‧‧自由區

31‧‧‧接觸區

32‧‧‧導電軌、導電路徑

33‧‧‧更一自由區

A1、A1’‧‧‧第一區域

A2、A2’‧‧‧第二區域

DscrubSX、DscrubDX‧‧‧擦力方向

FB、FC‧‧‧面

H-H‧‧‧縱軸

圖1示意性地顯示根據先前技術之一探針頭；

圖2A示意性地顯示以圖1之探針頭來測試的一半導體晶圓的多個晶片；

圖2B示意性地顯示一空間轉換器的多個接觸區，其介面於圖1的探針頭；

圖3示意性地顯示根據本發明之一探針頭；

圖4示意性地顯示一空間轉換器的多個接觸區，其介面於圖3的探針頭；

圖5示意性地顯示根據本發明之替代性的實施例的一探針頭；及

圖6示意性地顯示根據本發明之替代性的實施例的一探針頭的一引導件。

Claims (15)

1. 一種探針頭（20），其具有多個垂直探針，用於測試整合於一半導體晶圓（29’）上的一受測裝置（29），該探針頭（20）包括至少一上引導件（22）及至少一下引導件（23）且以一空隙（26）來彼此分隔，該下引導件（23）是提供有多個下引導孔（25），該上引導件（22）是提供有用於容納多個第一接觸探針（21s）的多個第一上引導孔（24s），及用於容納多個第二接觸探針（21d）的多個第二上引導孔（24d），該些接觸探針（21s、21d）包括一第一端部（27），適用於一受測裝置的多個接觸墊件，及一第二端部（27A），該探針頭（20）之特徵在於，該些第一上引導孔（24s）及該些第二上引導孔（24d）是相對於該些下引導孔（25）而偏移，該些第一上引導孔（24s）的偏移是與該些第二上引導孔（24d）的偏移相反，其中該些第一接觸探針（21s）的該第一端部（27）具有一擦力方向（DscrubSX），與該些第二接觸探針（21d）的該第一端部（27）的一擦力方向（DscrubDX）相反。
2. 如請求項1所述之探針頭（20），其中，該些第一上引導孔（24s）及該些第二上引導孔（24d）是分別設置於該上引導件（22）的至少一第一區域（A1）及至少一第二區域（A2）之中，其中，在該第一區域（A1）中的該些第一接觸探針（21s）的該些第一端部（27）具有該擦力方向（DscrubSX），與在該第二區域（A2）中的該些第二接觸探針（21d）該些第一端部（27）的該擦力方向（DscrubDX）相反，使得在該半導體晶圓（29’）上的該探針頭（20）的多個相異區域具有相反剪力。
3. 如請求項2所述之探針頭（20），包括一第一區域（A1）僅包括該些第一上引導孔（24s），及一第二區域（A2）僅包括該些第二上引導孔（24d），使得在該半導體晶圓上（29’）該探針頭（20）的僅二相異區域具有相反剪力，其中，該上引導件（22）的一自由區（30）自在該第二區域（A2）的該些第二上引導孔（24d）分隔在該第一區域（A1）該些第一上引導孔（24s）。
4. 如請求項3所述之探針頭（20），其中，該自由區（30）具有介於50μm與1500μm之間的一長度，較佳是介於500μm與800μm之間的一長度。
5. 如請求項3所述之探針頭（20），其中，該第一區域（A1）及該第二區域（A2）對應至該受測裝置（29）的各別的不同區域或對應至該半導體晶圓（29’）的各別的不同受測裝置（29）。
6. 如請求項2所述之探針頭（20），包括多個第一區域（A1、A1’），其包括該些第一上引導孔（24s），及多個第二區域（A2、A2’），其包括該些第二上引導孔（24d），每一個第一區域及第二區域（A1、A1’、A2、A2’）包括以多個列來設置的多個引導孔，其中該些第一區域（A1、A1’）與該些第二區域（A2、A2’）為交錯設置，使得該探針頭（20）的多個列在該半導體晶圓上（29’）具有相反剪力。
7. 如請求項1所述之探針頭（20），其中，該上引導件（22）分成一第一上引導件（22s）及一第二上引導件（22d），該第一上引導件（22s）及該第二上引導件（22d）是彼此獨立的。
8. 如請求項7所述之探針頭（20），其中，該第一上引導件（22s）及第二上引導件（22d）以另一自由區（30’）而分隔，該另一自由區（30’）具有介於50μm與1500μm之間的一長度，較佳是介於500μm與800μm之間的一長度。
9. 如請求項1所述之探針頭（20），其中，該些第一及第二接觸探針（21s、21d）具有棒狀的一主體（21’）沿著該第一端部（27）與該第二端部（27A）之間的一縱軸（H-H）而延伸，其中該些第一接觸探針（21s）是形變的，並以相對於該些第二接觸探針（21d）的鏡像的方式而設置。
10. 如請求項1所述之探針頭，其中該下引導件（23）是一體成型的。
11. 一種用於電子裝置的測試設備的探針卡，包括至少一個根據請求項1所製成的探針頭（20），及一空間轉換器（29A），適用於執行在面向該探針頭（20）的一面（FB）上的該些接觸墊件（28A）與其反面的一第二面（FC）上的多個接觸墊件的多個節距的一空間轉換。
12. 如請求項11所述之探針卡，其中該空間轉換器（29A）包括多個接觸區（31），其包括該些接觸墊件（28A），該些接觸區（31）以更一自由區（33）而分隔。
13. 如請求項12所述之探針卡，其中，該空間轉換器（29A）的該些接觸區（31）對應至整合於該半導體晶圓（29’）上的該受測裝置（29）的不同區域。
14. 如請求項12所述之探針卡，其中，該空間轉換器（29A）的該些接觸區（31）對應至整合於該半導體晶圓（29’）上的不同受測裝置（29）。
15. 如請求項12所述之探針卡，其中該空間轉換器（29A）具有多個導電軌或導電路徑（32）跨過該更一自由區（33）。