TW202134616A - 自適應性調整施力角度之壓力產生裝置 - Google Patents

Abstract

本發明有關於一種自適應性調整施力角度之壓力產生裝置，其主要包括本體、可撓隔膜及可動件；可撓隔膜設置於本體之中空腔室內，並將中空腔室分隔成第一腔室及第二腔室，而第一腔室透過流體通道連通至流體供應源；可動件之頭部容設於第二腔室內，並可相對滑移，可動件之尾部則凸露於本體外。其中，當流體供應源供給流體至第一腔室，使可撓隔膜接觸可動件之頭部時，可動件之尾部則對一對象物施加作用力。其中，因可撓隔膜具備可撓性和彈性等特性，故可動件可順應對象物而自適應性地調整本身的方位，藉此可正向且均勻地施加壓力於對象物上。

Description

自適應性調整施力角度之壓力產生裝置

本發明係關於一種自適應性調整施力角度之壓力產生裝置，尤指一種電子元件檢測設備中用於對電子元件進行壓測之壓力產生裝置。

為確保電子元件所有功能可正常運作，依照業界常規要求，在電子元件出廠前均會進行檢測。然而，常見的檢測方式即為壓測，即在待測電子元件上方施加壓力，以確保電子元件下方的接點可以完整接觸測試座(Socket)內的探針。

請一併參閱圖1，圖1係形成有施力角度誤差之壓測示意圖。進一步說明，一般壓測步驟即是先將待測晶片IC置入測試座S內，隨後壓接臂Pa自測試座S上方下降並對待測晶片IC施加一下壓力，而下壓力的大小將視待測晶片IC下表面的接點和測試座S內的探針數量而定， 因下壓力主要用於克服探針的彈力，其目的係為確保待測晶片IC的接點可以完全電性接觸所有探針，而該下壓力常見也都要設定為高達100公斤以上。

然而，如圖1所示，在某些特定情況下，例如安裝測試板(test board)或測試座S時，不慎造成測試座S之水平度產生誤差，而當進行壓測時，將導致測試座S內的待測晶片IC與壓接臂Pa無法完整貼合；例如，即如圖1所示，待測晶片IC之右側與壓接臂Pa之下表面形成間隙G。此時，除了將造成對待測晶片IC施力不均，而待測晶片IC上的接點無法完全電性接觸測試座S內的所有探針而產生測試失效外，更嚴重者因施力不均而有可能直接壓毀待測晶片。

另一方面，壓接臂Pa上常見也會設置有溫控裝置，用來對待測晶片IC加熱或冷卻，以營造高溫或低溫的極端測試環境；然而，如上所述，因壓接臂Pa無法完整接觸待測晶片IC，如此將導致待測晶片IC加熱不均或冷卻不均，而造成待測晶片IC之局部區域過熱或無法達到預定溫度，此舉除了影響測試結果外，嚴重者更有可能造成待測晶片IC燒毀。

本發明之主要目的係在提供一種自適應性調整施力角度之壓力產生裝置，俾能順應欲施加下壓力之對象物的擺放角度，而即時調整施加壓力的方位，以吸收施力角度誤差，特別是基於水平面之角度誤差，使其所施加之壓力能形成一正向力而均勻地作用在對象物上。

為達成上述目的，本發明一種自適應性調整施力角度之壓力產生裝置，其主要包括一本體、一可撓隔膜、及一可動件；本體包括一中空腔室、及一流體通道；可撓隔膜係設置於中空腔室內，並將中空腔室分隔成一第一腔室、及一第二腔室，而第一腔室透過流體通道連通至一流體供應源；可動件包括一頭部、及一尾部，而頭部容設於第二腔室內，尾部則凸露於該本體外；其中，當流體供應源透過流體通道供給一流體至第一腔室，而使可撓隔膜接觸可動件之頭部時，可動件之尾部則對一對象物施加一作用力。

承上所述，本發明藉由對第一腔室充填流體，並透過可撓隔膜接觸可動件，以讓可撓隔膜傳遞流體壓力至可動件；其中，因可動件與壓力流體之間的壓力傳遞介面(可撓隔膜)具備可撓性和彈性等特性，故可動件可順應對象物之受壓表面的角度，而自適應性地調整可動件本身的方位、及施加壓力的方向，藉此可使所施加之壓力以正向力的方式，均勻地作用在對象物之受壓表面上。而且，當取消所施加壓力時，可撓隔膜與可動件又可隨即復位，不會產生誤差殘留。

較佳的是，本發明之可撓隔膜可由矽膠所構成，其具備氣密性、可撓性、高耐熱性、低溫柔韌性、及耐老化性等優異特性，且吸附性能高、熱穩定性好、化學性質穩定、又有較高的機械強度等。不過，本發明之可撓隔膜亦非以矽膠片為限，其他同樣具備氣密性、及可撓性等特性之等效元件亦可適用於本發明。

再者，本發明之本體可包括一上蓋體、及一下底座，而可撓隔膜可夾設於上蓋體和下底座之間，且上蓋體可包括一第一凹槽，流體通道則可設置於上蓋體，且連通至第一凹槽；另外，下底座可包括一第二凹槽、及一貫通孔，而可動件之頭部可容置第二凹槽，可動件之尾部可穿經貫通孔而凸露於本體外；其中，第一凹槽與可撓隔膜可界定出第一腔室，第二凹槽與可撓隔膜可界定出第二腔室。又，第二凹槽之開口截面積可大於可動件之頭部的截面積；據此，第二凹槽提供了可動件方位調整之餘裕，且可動件之頭部的截面積又可直接作為壓力產生的計算基礎，使得所產生之壓力的調控將會相當便利。

更佳者為，本發明之本體可更包括一增壓腔室、一增壓活塞、及一增壓流體通道，而增壓流體通道之一端可連通至流體供應源，另一端可連通至增壓腔室；且增壓活塞可容置於增壓腔室內並連接於可動件之尾部；當流體供應源透過增壓流體通道供給流體至增壓腔室時，增壓活塞則對該對象物施加一附加作用力。換言之，本發明可藉由上述配置，又實質增加了另一壓力產生單元，即透過流體供應源分流供給予第一腔室和增壓腔室後，各自產生了作用力和附加作用力，而施加給對象物之壓力即為該等作用力之總和。也就是說，透過上述增壓配置，可以形成多級累加的壓力輸出，而更進一步提升所施加的下壓力。

另外，本發明之本體可更包括一開口槽，而開口槽與增壓活塞可界定出增壓腔室；且可動件之尾部、及增壓活塞可各設有一密封環，藉以對增壓腔室形成氣密。再且，本發明可更包括一壓接塊，其一端可連接於增壓活塞，另一端則用於耦接至該對象物。此外，前述附加作用力可為等於增壓活塞之截面積扣除可動件之尾部的截面積後與增壓腔室內流體壓力之乘積。

本發明自適應性調整施力角度之壓力產生裝置在本實施例中被詳細描述之前，要特別注意的是，以下的說明中，類似的元件將以相同的元件符號來表示。再者，本發明之圖式僅作為示意說明，其未必按比例繪製，且所有細節也未必全部呈現於圖式中。

請同時參閱圖2A、及圖2B，圖2A係本發明第一實施例之剖面圖，圖2B係本發明第一實施例之分解圖。如圖中所示，本發明之第一實施例之主要構件包括本體2、可撓隔膜3、可動件4、及壓接塊6，其中本體2包括一上蓋體22、一下底座23、一中空腔室C、及一流體通道21，而可撓隔膜3夾設於上蓋體22和下底座23之間，並將中空腔室C分隔成一第一腔室C1、及一第二腔室C2，而流體通道21之一端連接至一流體供應源SA，另一端連通至第一腔室C1。另外，可動件4包括一頭部41、及一尾部42，而頭部41係容設於第二腔室C2內，並可相對於第二腔室C2之內壁面滑移，尾部42則凸露於本體2外。

更進一步說明，本實施例之上蓋體22開設有一第一凹槽221，而流體通道21設置於上蓋體22上，且連通至第一凹槽221。另一方面，下底座23開設有一第二凹槽231、及一貫通孔232，本實施例即是藉由第一凹槽221和第二凹槽231來形成中空腔室C，而可動件4之頭部41容置於第二凹槽231內，且可動件4之尾部42穿經貫通孔232而凸露於本體2外。據此，第一凹槽221與可撓隔膜3可界定出第一腔室C1，而第二凹槽231與可撓隔膜3則可界定出第二腔室C2。

再者，本實施例之可撓隔膜3可為矽膠片或矽膠薄膜，其厚度完全端視流體壓力而定；然而本實施例採用矽膠材質之目的在於，矽膠具有良好的氣密性、以及可撓性，且耐候性佳，即可耐高、低溫，此等特性不論對於本發明之需求設定、或電子元件的測試環境而言都相當重要。另外，本實施例之流體供應源SA為一氣壓源，亦即本實施例所採用的流體為氣體，故具備潔淨、以及輕易調控等特性。不過，本發明的其他實施例中，根據不同的需求亦可採用其他不同的流體的壓力源，例如液壓源、或油壓源等。

又，在本實施例中，第二凹槽231之開口截面積係大於可動件4之頭部41的截面積，此一設定的主要目的在於，除了讓可動件4可以在第二凹槽231內進行包括升降滑移、以及水平角度上的自適應調整的自由移動外，又可以很輕易地設定、或計算出下壓力的大小；進言之，根據物理公式力量F=氣體壓力P＊受壓面積A，其中因為氣體壓力P固定，且可撓隔膜3所涵蓋的面積超過整個可動件4頭部41的截面積；也就是說，可撓隔膜3在承受流體壓力時，將可完全覆蓋並接觸可動件4之整個頭部41，故只要得知頭部41的截面積便可輕易求出施力大小，且只要調節來源氣體壓力P的大小、或變更頭部41的截面積，也可輕易調整下壓力的大小。在本實施例中，若施力大小設定為50 kg時，頭部41的截面積只要51mm＊52mm；若施力大小設定為100 kg時，頭部41的截面積也只要65mm＊65mm。

以下簡單說明本實施例之運作原理，請一併參閱圖3，圖3係本發明第一實施例自適應性調整施力角度時之剖面圖；當流體供應源SA之氣體經由流體通道21進入第一腔室C1內，腔內氣體壓力達一特定壓力時，可撓隔膜3膨脹變形並貼附於可動件4之頭部41的上表面；此時，可動件4受到可撓隔膜3之接觸，而整個流體壓力隨即作用於可動件4之頭部41的上表面上，故可動件4便可將該下壓力(作用力Fp)直接傳遞至下方的壓接塊6，並施加在對象物上(圖中未示)。其中，因為可撓隔膜3是整個朝下方鼓起、膨脹並平貼於可動件4頭部41的上表面，故由壓接塊6和可動件4所傳遞的水平度誤差Ae將可完全由可撓隔膜3所吸收。

換言之，即便測試座或待測晶片(圖中未示)與機台之水平基準面上存有水平度誤差Ae時，而可撓隔膜3如同氣墊般可以吸收該等誤差，讓可動件4可自適應性地調整施力角度，使由流體壓力所產生之下壓力(作用力Fp)可以形成垂直於可動件4頭部41上表面的正向作用力，並均勻地施加於待測晶片上。而且，當壓測完成後，而壓接塊6脫離待測晶片和測試座後，因第一腔室C1內的氣壓仍持續維持，故可動件4和壓接塊6可立即復位，回到初始位置，以為下次壓測作準備。

再請一併參閱圖4A、及圖4B，圖4A係本發明第二實施例之剖面圖，圖4B係本發明第二實施例之分解圖。本發明第二實施例和第一實施例之主要差異在於，第二實施例在相同的基礎架構之下附加了另一壓力產生單元；也就是說，在維持與第一實施例大致相同的體積下，可進一步提供更大的下壓力。

詳言之，本實施例之本體2上之中空腔室C的下方處開設一增壓流體通道24，其一端連通至流體供應源SA，另一端則連通至下底座23的下方所開設之開口槽25。如圖中所示，一增壓活塞5容設於開口槽25內，且增壓活塞5之側環周設有一密封環Or，且增壓活塞5之上表面連接於可動件4之尾部42，而該尾部42之側環周也同樣設有一密封環Or。據此，本實施例藉由開口槽25與增壓活塞5界定出一增壓腔室CA，而上述二密封環Or則提供了該增壓腔室CA絕佳的氣密效果。據此，當流體供應源SA之氣體經由增壓流體通道24進入增壓腔室CA內，而腔內氣體壓力將施加於增壓活塞5，藉此透過增壓活塞5而形成另一下壓力。

更進一步說明，如圖4A中所示，流體供應源SA藉由流體通道21和增壓流體通道24而供應氣體至第一腔室C1和增壓腔室CA內，且在該等腔室內達到一定的氣體壓力值後，該氣體壓力將會透過可撓隔膜3和增壓活塞5而分別對可動件4和壓接塊6形成下壓之作用力Fp與Fa。其中，因為增壓活塞5之上表面連接到可動件4的尾部42，所以增壓活塞5所實際承受氣體壓力之面積應扣除可動件4尾部42的截面積；也就是說，根據前述之物理公式F=P＊A，而附加作用力Fa係等於該增壓活塞5之截面積扣除該可動件4之該尾部42的截面積後與該增壓腔室CA內流體壓力之乘積。

請一併參考下列表格，其係顯示本實施例中各項參數值。如下列表格中所呈現，當壓測的規格設定為300kg時，輸入的氣體壓力只要0.5Mpa，而且本實施例之實體裝置的整體體積也相當緊湊，以本體2之上蓋體22的截面積為例也只有9cm＊9cm。另一方面，當壓測的規格設定為500kg時，也只要將輸入的氣體壓力調高至0.85Mpa，就可以達成了。

氣體壓力(MPa)	作用力Fp (可動件頭部的 截面積為41 cm2 )	附加作用力Fa (增壓活塞上實際 作用面積為18.9 cm2 )	總出力 Fp+Fa (kg)
0.5	205	94.5	299.5
0.85	348.5	160.65	509.15

需要進一步說明的是，若有變更下壓力的需求時，除了上述這些參數可調節之外，本實施例可另外設置電磁閥(電控比例閥)，即藉由個別控制供應氣體至第一腔室C1和增壓腔室CA與否，例如僅供氣至第一腔室C1或增壓腔室CA、抑或二者都供氣，以達成不同出力值效果，例如僅有作用力Fp出力、僅有附加作用力Fa出力、或Fp和Fa二者皆出力等。

此外，當然也可以透過添加其他裝置來調節輸入至流體通道21和增壓流體通道24之氣體壓力，如增壓缸、以及減壓閥等，如此可達到更多樣出力的效果。而且，當使用增壓缸加大出力值為2倍時，對接頭的壓力較小。另外，本實施例雖然只示例了中空腔室C和增壓腔室CA之二級增壓，但本發明並不以此為限，本發明亦可為三級、或四級等更多級的增壓配置，以達到更高的出力效果。當然，不管多級增壓或單級出力，可撓隔膜3都提供了自適應的調整施力角度之功能。

由上可知，相較於習知技術，上述實施例至少具備以下優勢： (1).可自適應地調整出力方向；即利用在中空腔室內設置可撓隔膜，當中空腔室內具備一特定壓力時，該可撓隔膜將構成氣墊效果，讓出力或傳遞力量之可動件可順應所接觸之對象物的角度或方位，自適應地調整出力方向，以形成垂直的正向作用力，而均勻地施加於對象物上； (2).可擴充為多級出力之配置；即利用單一壓力之流體供應源或不同壓力之多流體供應源供給至不同腔室，如上述第一、第二實施例中所提及之第一腔室、及增壓腔室，以分別產生不同的下壓力而施加於同一出力構件上，藉以形成多級出力的累加效果；也就是說，於固定體積之限制下，將可大幅提升出力； (3).可輕易調變出力大小；本發明除了可以透過如上述多級增壓的方式來調節出力大小之外，也可透過例如使用增壓缸或減壓閥等壓力調節構件來改變來源氣體壓力、以及變更可動件或增壓活塞之受壓截面積的設定等方式，使出力產生變化；同時，還可另外透過電控比例閥來控制各個腔室輸入氣體與否，而達成多段出力選擇之功效；以及 (4).體積輕巧且不會累積誤差；於中空腔室內充填氣體，讓可撓隔膜形成氣墊效果，故當壓測完成後，而壓接塊脫離待測晶片和測試座後，可動件和壓接塊可立即復位，回到初始狀態(位置)，以為下次壓測作準備，不會累積誤差。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

2:本體 3:可撓隔膜 4:可動件 5:增壓活塞 6:壓接塊 21:流體通道 22:上蓋體 23:下底座 24:增壓流體通道 25:開口槽 41:頭部 42:尾部 221:第一凹槽 231:第二凹槽 232:貫通孔 Ae:水平度誤差 C:中空腔室 C1:第一腔室 C2:第二腔室 CA:增壓腔室 Fa:附加作用力 Fp:作用力 G:間隙 IC:待測晶片 Or:密封環 Pa:壓接臂 S:測試座 SA:流體供應源

圖1係形成有施力角度誤差之壓測示意圖。 圖2A係本發明第一實施例之剖面圖。 圖2B係本發明第一實施例之分解圖。 圖3係本發明第一實施例自適應性調整施力角度時之剖面圖。 圖4A係本發明第二實施例之剖面圖。 圖4B係本發明第二實施例之分解圖。

2:本體

3:可撓隔膜

4:可動件

6:壓接塊

21:流體通道

22:上蓋體

23:下底座

41:頭部

42:尾部

221:第一凹槽

231:第二凹槽

232:貫通孔

C:中空腔室

C1:第一腔室

C2:第二腔室

SA:流體供應源

Claims (10)

1. 一種自適應性調整施力角度之壓力產生裝置，包括： 一本體，其包括一中空腔室、及一流體通道； 一可撓隔膜，其係設置於該中空腔室內，並將該中空腔室分隔成一第一腔室、及一第二腔室，該第一腔室透過該流體通道連通至一流體供應源；以及 一可動件，其包括一頭部、及一尾部，該頭部係容設於該第二腔室內，該尾部凸露於該本體外； 其中，當該流體供應源透過該流體通道供給一流體至該第一腔室，而使該可撓隔膜接觸該可動件之該頭部時，該可動件之該尾部則對一對象物施加一作用力。
2. 如請求項1之自適應性調整施力角度之壓力產生裝置，其中，該可撓隔膜係由矽膠所構成。
3. 如請求項1之自適應性調整施力角度之壓力產生裝置，其中，該本體包括一上蓋體、及一下底座，該可撓隔膜夾設於該上蓋體和該下底座之間。
4. 如請求項3之自適應性調整施力角度之壓力產生裝置，其中，該上蓋體包括一第一凹槽，該流體通道設置於該上蓋體，且連通至該第一凹槽；該下底座包括一第二凹槽、及一貫通孔，該可動件之該頭部容置該第二凹槽，該可動件之該尾部穿經該貫通孔而凸露於該本體外；該第一凹槽與該可撓隔膜界定出該第一腔室；該第二凹槽與該可撓隔膜界定出該第二腔室。
5. 如請求項4之自適應性調整施力角度之壓力產生裝置，其中，該第二凹槽之開口截面積係大於該可動件之該頭部的截面積。
6. 如請求項1之自適應性調整施力角度之壓力產生裝置，其中，該本體更包括一增壓腔室、一增壓活塞、及一增壓流體通道，該增壓流體通道之一端連通至該流體供應源，另一端連通至該增壓腔室；該增壓活塞容置於該增壓腔室內並連接於該可動件之該尾部；當該流體供應源透過該增壓流體通道供給該流體至該增壓腔室時，該增壓活塞則對該對象物施加一附加作用力。
7. 如請求項6之自適應性調整施力角度之壓力產生裝置，其中，該本體更包括一開口槽，該開口槽與該增壓活塞界定出該增壓腔室。
8. 如請求項7之自適應性調整施力角度之壓力產生裝置，其中，該可動件之該尾部、以及該增壓活塞各設有一密封環。
9. 如請求項6之自適應性調整施力角度之壓力產生裝置，其更包括一壓接塊，其一端連接於該增壓活塞，另一端則用於耦接至該對象物。
10. 如請求項6之自適應性調整施力角度之壓力產生裝置，其中，該附加作用力係等於該增壓活塞之截面積扣除該可動件之該尾部的截面積後與該增壓腔室內流體壓力之乘積。

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