TW202235882A - 用於測試高頻電子裝置的探針頭的改良式接觸元件及相關探針頭 - Google Patents

Abstract

在此揭露一種用於電子裝置的探針頭的接觸元件（10），該接觸元件（10）包括一本體（10’、10pp），沿著縱軸（H-H）延伸，縱軸在適於一待測裝置的多個接觸墊（11）的一第一接觸端（10a）及一第二且相反的接觸端（10b）之間，其中，該本體（10’、10pp），包括：一第一區段（S1），其沿著縱軸（H-H）自該第一接觸端（10a）起朝向該第二接觸端（10b）延伸，且由一導電材料製成，該第一區段（S1）延伸小於1000微米（µm）的一距離；一第二區段（S2），其沿著縱軸（H-H）自該第二接觸端（10b）起朝向該第一接觸端（10a）延伸，且由一導電材料製成；及一第三區段（S3），其安插於該第一區段（S1）及該第二區段（S2）之間，且由一電性絕緣材料製成。該些區段（S1、S2、S3）沿著縱軸（H-H）彼此跟隨，使得該第一接觸端（10a）僅包括在該第一區段（S1）中，該第二接觸端（10b）僅包括在該第二區段（S2），且其中，該第三區段（S3）配置成將該第一區段（S1）與該第二區段（S2）電性絕緣。

Description

用於測試高頻電子裝置的探針頭的改良式接觸元件及相關探針頭

本發明是關於一種用於整合在半導體晶圓上的電子裝置的測試設備的探針頭，例如，高頻裝置，以下撰寫是參考本應用領域，其唯一目的是簡化說明。

已知，探針頭基本上是一種裝置，其適於將一微結構（特別是整合在晶圓上的電子裝置）的多個接觸墊與執行其功能測試的探針設備的對應通道連接。

在生產過程，為了檢測及隔離有缺陷的裝置，在積體裝置上執行測試是有幫助的。通常，探針頭即用於整合在晶圓上的裝置的電性測試，在切割及將他們封裝至晶片之前。

探針頭通常包括大量的接觸元件，例如以具有良好的電性及機械性質的特殊合金製成的接觸探針，各設置至少一接觸部，用於對應待測裝置的多個接觸墊。

垂直探針頭基本上包括多個接觸探針，由至少一對板或引導件保持，其等實質上是板狀的，且彼此平行。該些引導件設置有適當的引導孔，彼此之間以一特定的距離放置，以保留用於移動的一自由區或氣隙，及接觸探針可能的形變。該對引導件包括一上引導件及一下引導件，兩者設置有各自的引導孔，該些接觸探針在該些引導孔中軸向滑動。

接觸探針及待測裝置的接觸墊之間的良好連接是經由探針頭在該裝置上的壓力來確保，其中，可在製造在上引導件及下引導件中的引導孔之間移動的接觸探針，在按壓接觸期間，在該些引導件之間的隙中彎曲，並在該引導件內滑動。

此外，接觸探針在隙中的彎曲可由接觸元件本身或其引導件的適當配置來協助，如圖1示意性地所示，其中，為了簡明，其僅表示通常在探針頭中包括多個接觸探針的一個，所示的探針頭是所謂的位移板形式。

特別是，在圖1中，示意性地顯示一種探針頭1，包括至少一上板或上引導件2，及一下板或下引導件3，其等具有各自的上引導孔2a及下引導孔3a，接觸探針4在其中滑動。

接觸探針4具有至少一端或接觸尖端4a，其中，「端」或「尖端」等詞於下文是指端部，其等不必然是「尖的」或「尖銳的」。特別是，接觸尖端4a鄰接在待測裝置5的接觸墊5a上，而執行該裝置及測試設備（未繪示）之間的機械或電性接觸。

在一些情況中，接觸探針是牢固地固定在上引導件處的探針頭：在此情況中，探針頭被稱為具有封閉探針的探針頭。或者，一些探針頭具有的探針沒有牢固地固定，但經由一微接觸件介接至一板，在此情況中，這種探針頭被稱為具有非封閉探針的探針頭。該微接觸件通常稱為「空間轉換器」，因為，除了接觸該些探針之外，其亦可相對於待測裝置上的接觸墊而在空間上安排製造在其上的接觸墊的路徑，特別是其墊的中心（間距）之間的距離限制的放鬆。

在此情況中，如圖1所示，接觸探針4具有一額外的接觸尖端4b，亦稱為接觸頭，其朝向空間轉換器6的多個接觸墊6a。探針及空間轉換器6之間的良好電性接觸（類似於與待測裝置接觸）是由接觸探針4的接觸頭4b在空間轉換器6的接觸墊6a上的壓力來確保。

上引導件2及下引導件3由氣隙7適當地間隔開，氣隙7確保接觸探針4的形變，並使接觸探針4的頭及接觸尖端分別與待測裝置5及空間轉換器6的接觸墊接觸。

已知，正確操作接觸頭基本上與兩個參數有關：接觸探針的垂直位移（或稱超程（overtravel）），及探針的接觸尖端的水平位移（或稱刮擦（scrub））。在使用探針頭時要評估及校正這些特性，且要一直確保待測裝置及探針之間良好的電性連接。

同樣重要的是要確保探針的接觸尖端在待測裝置的接觸墊的按壓接觸壓力不至於過高而導致探針或墊本身的損壞。

這在所謂短探針的情況中特別重要，即探針的本體長度有限制，特別是尺寸小於5000微米（µm）。這些探針被用於例如高頻的應用中，探針縮減的長度限制了其自感（self-inductance）現象。特別是，「用於高頻應用的探針」一詞是指可傳遞大於1千兆赫茲（GHz）頻率的訊號。

事實上，要製造能夠傳遞愈來越高的頻率訊號，高至射頻（radio frequency）的探針的需求，為了不增加雜訊來傳遞該些訊號，接觸探針的長度縮減的結果是必然的，雜訊例如是由於上述提及的自感現象導致。

然而，在此情況中，探針的本體的縮減長度大幅地增加了探針的剛性，這導致各自的接觸尖端施加在待測裝置的該些接觸墊的力增加，這可能導致該些墊的損壞，伴隨著待測裝置不可恢復的損壞，而需要避免。甚至更危險的是，由於其本體長度的縮減導致接觸探針的剛性增加還增加了探針本身損壞的風險。

在本領域中同樣已知的是，彈簧針形式的接觸元件，它的針腳基本上包括與兩端部連接的一彈性本體，當該些端部接觸待測裝置及空間轉換器的該些墊時，該彈性本體將會壓縮。在此情況中同樣會遇到上述問題，因此需要設計一種可改良高頻測試的通用方案。

本發明的技術問題是設計用於探針頭的接觸元件，其具有功能上及結構上的特點，而可在高頻應用中使用，同時降低接觸元件及待測裝置的（探針與它們接觸的）接觸墊損壞的風險，也不會對該些訊號增加雜訊，進而以單純的方式克服仍然影響著已知方案的限制及缺點。

本發明所含的方案思想是提供一種接觸元件，其中，其一區段，該區段包括用於接觸待測裝置的接觸尖端，其為可導電的且具有小於1000微米（µm）的長度，較佳是小於500微米（µm）。該導電區段適於接觸導電軌或探針頭的引導件的多個部分，接觸元件容置在探針頭中，且該導電區段與導電本體的其他部分由一中間絕緣區段分隔開，該導電本體的其他部分具有阻尼功能且適於經由其接觸頭鄰接至與接觸探針有關聯的支撐板上。有利地，接觸元件可為彈簧針（其中，由於存在彈簧，上部確保阻尼效果）及垂直接觸探針（其中，該方案可維持足夠的彈性）兩者。

基於此方案思想，解決上述技術問題是由一種用於電子裝置的探針頭的接觸元件，該接觸元件包括一本體，沿著縱軸延伸，縱軸在適於一待測裝置的多個接觸墊的一第一接觸端及相反的一第二接觸端端之間，其中，該本體，包括：一第一區段，其沿著縱軸自該第一接觸端起朝向該第二接觸端延伸，且由一導電材料製成，該第一區段延伸小於1000微米（µm）的一距離；一第二區段，其沿著縱軸自該第二接觸端起朝向該第一接觸端延伸，且由一導電材料製成；及一第三區段，其安插於該第一區段及該第二區段之間，且由一電性絕緣材料製成，其中，該些區段沿著縱軸彼此跟隨，使得該第一接觸端僅包括在該第一區段中，該第二接觸端僅包括在該第二區段，且其中，該第三區段配置成將該第一區段與該第二區段電性絕緣。

更特別是，本發明包括以下多個額外及可選特徵，若有需要，可單獨或組合使用。

根據本發明的一種觀點，該第二區段可具有範圍介於0.5公釐（mm）至8公釐（mm）的長度，且其中，該第三區段可具有範圍介於1微米（µm）至2公釐（mm）的長度。

根據本發明的一種觀點，該第三區段的該電性絕緣材料可為選自三氧化二鋁、聚對二甲苯、或矽。

根據本發明的一種觀點，該第一區段可配置成接觸一探針頭的一引導件的多個導電元件。

根據本發明的一種觀點，該接觸元件包括至少一牆，可配置成在該第一區段處接觸該探針頭的該引導件的一引導孔的一對應金屬牆，該第一區段配置成將訊號自待測裝置傳遞至該引導孔的該金屬牆。在一實施例中，該第二區段配置成僅提供機械支撐。

根據本發明的一種觀點，該第一區段可包括多個突出元件，其等突出自該本體，該些突出元件定義多個導電鄰接表面。

根據本發明的一種觀點，該接觸元件的形式可為彎曲樑形式的垂直接觸探針。

或者，該接觸元件為彈簧針形式，該第二區段可包括一彈性元件，在按壓接觸期間適於壓縮，該第三區段設置在該彈性元件及該第一區段之間。

本發明亦旨在一種用於電子裝置的測試設備的探針頭，該探針頭包括至少一引導件，設置有多個引導孔，用於容置各自的多個接觸元件，該探針頭的特徵在於，該些接觸元件是根據上述揭示內容而製造，該至少一引導件包括多個導電元件，其等配置成被該些接觸元件的該第一區段電性接觸。

根據本發明的一種觀點，該至少一引導件可為一下引導件，設置在該接觸元件的該第一區段處。

根據本發明的一種觀點，該引導件的該些導電元件可包括多個導電軌，其等自該些引導孔延伸，該些導電軌形成在該引導件的一個面上及/或嵌入該引導件中。

根據本發明的一種觀點，該引導件的該些導電元件可包括至少一導電部，其包括至少一組的引導孔，並配置成在該第一區段處接觸及短接容置在該組的多個孔中的對應組的多個接觸元件，且適於傳遞預定形式的訊號。

根據本發明的一種觀點，該導電部可形成在該引導件的一個面上，或嵌入該引導件中。

根據本發明的一種觀點，該導電部可為多個導電層的形式，各該些導電層包括該些引導孔中的各組孔且將其等彼此電性連接，並配置成接觸對應組的該些接觸元件的該第一區段，其中，各組的接觸元件適於傳遞相同形式的訊號。

根據本發明的一種觀點，該引導孔的一內表面的至少一部分，較佳是完整的牆，可由與該引導件的多個導電元件連接的一導電部塗布，該些接觸元件的該第一區段適於電性接觸該些引導孔的該導電部。

根據本發明的一種觀點，該探針頭可包括多個額外接觸元件，其等完全導電，並適於將訊號自一待測裝置直接傳遞至關聯於該探針頭的一支撐板，該些額外接觸元件適於在該待測裝置及該支撐板之間傳遞功率訊號及/或接地訊號及/或低頻訊號。

根據本發明的一種觀點，該些接觸元件可包括在該第一區段處自該本體突出的多個突出元件，該些突出元件定義多個導電鄰接表面，配置成鄰接至該引導件的該些導電元件上，例如該引導件的該些導電部上，或導電軌上，亦或其他導電元件，例如可撓性膜。

根據本發明的一種觀點，該探針頭可更包括一可撓性膜，其設置在該引導件的一上表面，且為該引導件的一導電元件，該可撓性膜形塑成其一部設置在該一或多個導電鄰接表面上，且適於在與待測裝置的接觸期間升高，該可撓性膜包括多個導電軌，其等延伸以安排由該第一區段傳遞的訊號的路徑。

根據本發明的一種觀點，該些導電元件可為彎曲樑形式的垂直接觸探針的形式，該探針頭包括一下引導件及一上引導件，它們的引導孔彼此位移，進而使該些接觸探針的本體形變。

或者，該些導電元件可為彈簧針形式，該第二區段包括適於在測試期間壓縮的一彈性元件，該第三區段設置在該彈性元件及該第一區段之間。

下述說明其實施例，其為指示性而非限制性的例子，參考圖式，本發明的接觸元件及探針頭的該些特徵及優點將更明顯。

參考該些圖式，用於整合在半導體晶圓上的電子裝置的測試設備的探針頭的接觸元件全文示意性地以10表示。

值得注意的是，該些圖式是示意圖，且未按比例繪示，它們反而是繪示成強調本發明的重要特徵。此外，在該些圖式中，不同的元件是以示意性的方式描繪，它們的形狀可依照所需的應用而改變。還要注意的是，在該些圖式中，相同的元件符號是指形狀或功能相同的元件。最後，一圖式繪示的實施例所描述的特定特徵亦適用於其他圖式繪示的實施例。

接觸元件10適於容置於用於測試高頻電子裝置的探針頭，下文將更詳細地描述。

接觸元件10包括一本體，沿著第一接觸端（或接觸尖端10a）及第二接觸端（或接觸頭10b）之間的縱軸H-H延伸，其中「接觸尖端」及「接觸頭」等詞在此是指接觸部，其等不必然是尖的或尖銳的，且其等可具有任何適當的形式或形狀。第一接觸端10a適於接觸待測裝置的多個墊，而第二接觸端10b適於鄰接至一支撐板上，或一般性地，鄰接至探針板或探針頭的一元件上。

有利地，根據本發明，接觸元件10分為三個區段，其等沿著縱軸H-H彼此跟隨，就導電性而言，該些區段具有不同的特性。

特別是，在本發明的一實施例中，接觸元件10包括一第一區段S1，其沿著縱軸H-H，自第一接觸端10a起向第二接觸端10b延伸，且由導電材料製成，及一第二區段S2，其沿著縱軸H-H，自第二接觸端10b起朝向第一接觸端10a延伸，第二區段S2亦為可導電。如圖式所示，第一區段S1沒有到達第二接觸端10b，且第二區段S2沒有到達第一接觸端10a，因為第三區段S3（其由絕緣材料製成）安插在它們之間，下文將詳細說明。

換言之，第一區段S1中僅包括接觸元件10的第一接觸端10a，第一區段S1沒有包括第二接觸端10b，而第二區段S2僅包括第二接觸端10b，第二區段S2沒有包括第一接觸端10a。

區段S1、S2是可導電的，即使顯然可使用各自不同的材料，較佳是由相同的導電材料製成，其中可各自使用適當的導電材料以確保需要的阻尼效果。

本發明首先說明，根據一非限制性的例子，其中，接觸元件是垂直接觸探針，其本體在與待測裝置接觸時彎曲，即使本發明所有教示亦可應用至其他的接觸元件，例如，彈簧針。為此，還說明接觸元件是彈簧針的一實施例，其所有的以下特徵亦適用於本實施例。

接觸探針10具有一總體長度，其在此是指沿著縱軸H-H量測的尺寸，介於3公釐（mm）至10公釐（mm）。

適當地，第一區段S1自第一接觸端10a起延伸小於1000微米（µm）的一段距離，較佳是小於500微米（µm），來製造接觸探針10，及容置其的探針頭，接觸探針10特別是適於測試高頻裝置。事實上，接觸探針10的第一接觸端10a執行與待測裝置的該些接觸墊的電性及機械接觸，而第二接觸端10b僅適於執行與支撐板的機械接觸，第二區段S2具有阻尼功能。據此，來自待測裝置的訊號僅由第一區段S1傳遞，第一區段S1具有小於1000微米（µm）的長度，因此遠小於接觸探針10的總長度。據此，接觸探針10適於傳遞高頻訊號，如同短探針般。特別是，下文將詳細說明，第一區段S1配置成接觸多個導電元件，例如探針頭的引導件的導電軌或板。

在本發明的一實施例中，第二區段S2具有實質上範圍介於0.5公釐（mm）至8公釐（mm）的長度，即要足以確保上述阻尼效果。

如上所述，探針本體10’更包括一第三區段S3，安插於第一區段S1及第二區段S2之間，適當地，第三區段S3是由導電材料製成，以將第一區段S1自第二區段S2絕緣。第三區段S3不包括第一接觸端10a且不包括第二接觸端10b。

藉由示意性的例子，中間絕緣的第三區段S3是由三氧化二鋁（Al ₂O ₃）、聚對二甲苯、或絕緣的矽之一製成。顯然，本發明不限於特定的絕緣材料，可使用任何適當的絕緣材料，還有半導體。

此外，在本發明的一實施例中，第三區段S3具有實質上範圍介於1微米（µm）至2公釐（mm）的長度。

據此，區段S1、S2、S3沿著接觸探針的縱軸H-H彼此跟隨，使得第一接觸端10a僅包括在第一區段S1中，第二接觸端10b僅包括在第二區段S2。適當地，在此實施例中，第三區段S3配置成將第一區段S1及第二區段S2電性絕緣。基於此種配置，高頻訊號僅傳遞於短的第一區段S1，而因第三區段而與第一區段S1電性絕緣的第二區段S2僅執行機械接觸；更特別是，第二區段S2具有一長度，且由可在測試期間確保接觸探針需要的彎曲（或屈伸）的材料製成，防止損壞的風險，亦即，其可確保與傳統探針相同的阻尼效果。據此，接觸探針10整體具有遠大於傳統接觸探針的電性效能，同時有不下於傳統的接觸探針的機械效能。

換言之，具有比起第一區段S1更長的長度的第二區段S2確保其在與待測裝置的接觸墊接觸期間，接觸探針10可良好彎曲，進而避免其及/或該裝置的接觸墊的損壞。適當地，第二區段S2適於採用在與待測裝置接觸期間使阻尼效果最大化的材料。

在本發明的一替代但非主要的實施例中，第二區段S2亦可由與第三區段S3不同的絕緣材料製成，第二區段S2在任何情況下具有阻尼功能。在此情況中，第三區段S3實質上物理連接在第一區段S1及第二區段S2兩者間，其等由第三區段S3分隔開，即第三區段為該些區段之間的介接元件。在此實施例中，接觸探針可分為三個不同區段，其中僅有第一區段是可導電的。

在本發明的一實施例中，如圖3所示，第一區段S1包括突出元件15，其突出自探針本體10’，突出元件15定義出導電鄰接表面CS。更特別是，突出元件15自探針本體10’伸出（或突出），分別向相反的方向，較佳是垂直縱軸H-H。各突出元件15包括相對於突出軸彼此相反的多個面，該些面定義出上述的導電鄰接表面CS。在一特定的實施例中，突出元件15使得第一區段S1實質上製造成T形，其中，突出元件15定義T的橫桿。

根據本發明的一實施例，第一區段S1及第二區段S2與第三區段S3連接，例如經由黏膠、黏合層、或可局部焊接（例如由雷射焊接來焊接）的金屬層，或任何適當的連接方式。

如上所述，上述形式的多個接觸探針10容置於用於測試整合在半導體晶圓上的電子裝置的探針頭中，該探針頭在此以元件符號20表示，如圖4示意性所示。

為了簡明，探針頭在圖式中表示成包括有限數量的接觸探針10，即使根據多種需要及/或多種情況，其可包括任何數量的接觸探針，該些圖式僅以作為本發明的指示性及非限制的例子的方式提供。此外，如前所述，探針頭20最初繪示成包括多個垂直接觸探針，即使其可包括多種形式的導電元件，例如彈簧針，亦適用相同的論述。

各接觸探針10的第一接觸端10a適於鄰接至整合在半導體晶圓12的待測裝置的接觸墊上，而第二接觸端10b適於鄰接至與探針頭20有關聯的支撐板13上，其中，支撐板可例如是印刷電路板（PCB），或任何其他適當的支撐件。

探針頭20包括至少一引導件21，設置有適於容置對應的多個接觸探針的多個引導孔22。

有利地，根據本發明，引導件21是一下引導件，設置在各接觸探針10的第一導電區段S1，使得引導件21的引導孔22的內牆可接觸第一區段S1，特別是透過電性連接裝置或包括在引導件21中的導電元件。顯然，探針頭中可包括一上引導件，上引導件的引導孔可相對於對應的下引導孔位移；還可提供一對下引導件及/或一對上引導件。

繼續參考圖4，引導件21的導電元件包括適當的多個導電軌23，其等自引導孔22延伸，且適於提取及傳遞由接觸探針10，特別是第一區段S1所傳遞的高頻訊號，該導電軌23適於由第一區段S1而（直接或間接）形成電性接觸。

因此，引導件21適於經由在其中延伸的導電軌23而安排該些訊號的路徑（例如朝向與探針頭20有關聯的PCB），進而引導件21亦執行通常由關聯於習知的探針頭的空間轉換器執行的功能。

在圖4的實施例中，接觸探針10的第一區段S1及導電軌23之間的接觸是滑動接觸，其中，滑動接觸可由導電軌23本身的厚度，或者較佳是由引導孔的金屬牆確保，下文將詳細說明。

如圖4所示，導電軌23是表面導電軌，亦即形成在引導件21的一個面上（在圖式的例子中是面Fa），導電軌23出現在引導孔22處（或引導孔的金屬處）。

即使圖4顯示一種製造在引導件的面Fa的表面導電軌23（即根據圖式的局部參考系，在其上方的面上），導電軌23亦可形成在引導件的面Fb，面Fb與面Fa相反（即根據圖式的局部參考系，在其下方的面上），及在其任何其他的面上。

在未繪示於圖式的實施例中，導電軌23亦可嵌入於引導件21，且其可在引導孔22處浮現。

如上所述，根據本發明一較佳實施例，更詳細地繪示於圖5，引導孔22的內表面的至少一部分被導電部22w覆蓋。甚至更佳是，引導孔22的內表面完全被導電部22w覆蓋。據此，第一導電區段S1可透過滑動接觸而接觸引導孔22的導電部22w，使得由接觸探針10，特別是第一區段S1傳遞的該些訊號可經由導電軌23在引導孔22處提取，導電軌23連接至導電部22w，即連接至孔的金屬牆，特別是它們從金屬牆開始延伸。

換言之，接觸探針10包括至少一牆W（特別是位於第一區段S1處），配置成在第一區段處接觸引導件21的引導孔22的對應金屬牆22w，第一區段S1配置成將訊號自待測裝置傳遞至引導孔的金屬牆，接著，至導電軌23及/或引導件21的其他導電元件；另一方面，第二區段S2是配置成僅作為機械支撐件。

此外，引導件21可同時包括表面導電軌及嵌入其中的導電軌，如圖5示意性所示。

通常，當多個導電軌23同時在引導件21的面Fa及/或面Fb上及其內部延伸時，導電軌23可自引導件21的表面開始，在不同的高度形成。導電軌23製造在其中的引導件21的高度的數目可根據多種需要及/或情況變化，特別是根據要被傳遞的訊號的數量，進而根據要被製造在引導件21中的佈線圖的複雜度變化。例如，在一實施例中，第一高度可包括適於傳遞第一類型訊號的導電軌，第二高度可包括適於傳遞第二類型訊號的導電軌。

如上所述，接觸探針10（特別是其第一區段S1）及引導孔22的牆（牆較佳設置有導電部22w（即較佳為金屬製，更佳甚至是完全金屬製））之間的接觸是一滑動接觸，其確保第一區段S1及導電部22w之間的電性連接（或可能直接與導電軌23w的電性連接）。

繼續參考圖5，適當地，在一實施例中，導電軌23（特別是其與引導孔22那端相反的端）與各自的接觸墊25接觸，接觸墊25製造在引導件21的一個面上（在圖5的例子中是面Fa）。據此，可自探針頭20提取個別的訊號，並將它傳遞至例如與探針頭20連接的PCB（例如經由特別指定的接線或探針）。

此外，若導電軌23是嵌入引導件21中，導電軌23的接觸墊可在一個面上浮現，以允許導電軌23及各自的接觸墊25之間的墊性連接。

現在，請參考圖6，根據本發明的一實施例，接觸探針20包括一導電部24，導電部24作為導電元件，其包括並將引導孔22的一組22’孔彼此電性連接，該組22’容置對應組的接觸探針10，其中，導電部24可額外使用於導電軌23或作為替代導電軌23。

據此，至少兩個接觸探針10可透過引導件21的導電部24電性連接，導電部24覆蓋引導件21的一區域，該區域包括該組22’容置需要短接的接觸探針的引導孔。

換言之，導電部24包括一組孔（較佳是金屬製），其容置一組對應的接觸探針，使得該些探針由形成一共同導電平面的導電部24短接。

如果僅需要短接兩個接觸探針10，較佳是在它們之間使用導電軌23作為電性連接裝置，而如果需要短接多個接觸探針10，較佳是在它們之間使用導電部24作為電性連接裝置，導電部24形成接觸探針10的共同導電（接地或電源）平面。例如，存在多個接觸元件會導致難以控制阻抗，故存在短接多個接觸元件的共同導電平面是有幫助的。據此，當導電部24用於將多個訊號探針或接地探針電性連接時，探針頭20的高頻表現是提升的，因為減少其傳遞訊號的雜訊。

如果需要短接待測裝置的兩個或者更多的接觸墊，（由導電軌23或由導電部24）將不同的訊號接觸探針電性連接，特別是將不同的訊號接觸探針的第一區段S1連接的作法，是特別有利的，因為這可創造迴環設定（look-back configuration），據此大量縮短該些訊號的路徑，該些訊號不會通過整個接觸探針自測試設備而來或向測試設備而去，它們反而停留在導電軌或共同導電平面處，就探針頭20整體的高頻表現而言是有後續優勢的。

繼續參考圖6，導電部24設置在引導件21的表面部分上，特別是其面Fa上（即使它可設置在其相反的面Fb上），或者，在未繪示的實施例中，可同時設置在面Fa及面Fb上，例如，當需要短接不同組的（接地及電源，或不同的接地及電源性質）的探針時。作為本發明的一非限制性的例子，圖6顯示一種探針20，包括一表面導電部24，其將該組孔22’中容置的兩個接觸探針彼此短接。

或者，根據未繪示的實施例，導電部24可嵌入至引導件21中，形成引導件21內的一導電平面。

顯然，本發明不限於特定的金屬配置，而可根據多種需要及/或情況變化。

此外，根據圖7所示的實施例，導電部24是多個重疊導電層24a～24n的形式，它們各包括並將引導孔22的個別組22a～22n的孔彼此電性連接。據此，根據本發明，各導電層24a～24n適於接觸對應組的接觸探針10，特別是其第一區段S1，其中，個別組中的各接觸探針適於傳遞相同形式的訊號。

在此情況中，引導件21是一多層，包括多個非導電層，較佳是一陶瓷多層，導電層24a～24n設置在非導電層上，非導電層將導電層與下方層電性絕緣。

特別是，各導電層24a～24n是設置在引導件21的個別的非導電層的面上，且具有小於該面的面積。

或者，各導電層24a～24n覆蓋個別的非導電層的面，而其他的區域中形成有容置不短接的接觸探針的多個引導孔。

導電層24a～24n還可包括多個表面層，設置在引導件21的暴露出的面Fa及面Fb上，或它們可僅嵌入於引導件21中，如圖7所示。

如果要短接的接觸探針靠近不短接的接觸探針（例如交錯），導電部24（或各導電層24a～24n）被非導電區域局部中斷，而不與適於傳遞不同訊號的接觸探針電性連接。因此，非導電區域在適於傳遞不同訊號的鄰近接觸探針之間，局部地防止電性連接。

舉例而言，在多個導電層24a～24n的情況中，特定導電層的非導電區域是製造在容置不被該特定導電層短接的接觸元件的引導孔處，而該特定層至少覆蓋部分容置被它短接的接觸元件的引導孔的牆。

此外，根據圖未繪示的一實施例，由於濾波電容盡可能地接近探針的接觸尖端放置，兩個引導孔的金屬部，或接觸接觸探針10的第一區段S1的兩個導電部24的金屬部，可經由一電路組件彼此電性連接，以優化迴環技術。

顯然，電路組件可適應各種需要，亦可為任何其他的電路組件，例如電感、電阻、或繼電器。

如上所述，除了包括引導件21，探針頭20可包括大於一個引導件，例如，一中間引導件及/或一上引導件（未繪示於圖式），根據本領域已知的解決方案。

除了包括接觸探針10，探針頭20還可包括依據先前技術製造的多個接觸探針10bis（即，以完全相同導電材料製成），接觸探針10bis容置在各自的引導孔22bis，如圖8所示。因此，在此實施例中，探針頭20通常包括根據本發明的第一組接觸探針10，及根據先前技術的第二組接觸探針10bis。

雖然由於其第一區段S1的縮減長度，接觸探針10較佳是適於傳遞高頻訊號，但一般性地，接觸探針10bts還適於傳遞接地、功率訊號、或低頻輸入/輸出訊號，即由已知形式的探針傳遞時，不會產生自感問題的訊號，進而在任何情況中簡化引導件21中該些訊號的路徑。

在此情況中，接觸探針10bis適於將訊號自待測裝置直接傳遞至支撐板13，支撐板13包括適當的導電墊14，探針10bis的接觸頭適於鄰接在其上。

在一些實施例中，還可提供多個導電部，其等短接已知形式的接觸探針10bis。

如上所述，在本發明的一實施例中，接觸探針10在第一區段S1處包括自本體10’突出的突出元件15，突出元件15定義配置成鄰接至引導件的導電元件（例如導電軌）上的導電鄰接表面CS，亦可能連接至引導孔處的導電墊，以確保與探針的導電鄰接表面CS及/或導電部有更好的接觸。

根據本發明的一實施例，如圖9所示，探針頭20更包括一可撓性膜，其具有一第一面F1及一第二面F2，第二面F2與第一面F1相反，根據圖9的局部參考系，第二面F2是一下表面，即面向待測裝置的面，第一面是一上表面。

可撓性膜26設置在引導件21的一表面上，特別是其面Fa上，可撓性膜26形塑成包括多個通道（切口），用於接觸探針10的連接及連通，例如在突出元件15處，可撓性膜26與接觸探針10連接。可撓性膜26中的通道至少形成在引導件21的引導孔處。可撓性膜26包括導電軌（圖式未繪示），其自通道延伸，即自與接觸探針接觸點開始，以重新安排由接觸探針的第一區段S1傳遞的該些訊號的方向（路徑）。導電軌可製造在可撓性膜上及/或嵌入其中。

在一實施例中，可撓性膜26中的切口使其包括與接觸元件10，特別是與其第一導電區段S1連接的多個條帶。該些條帶可在第一端（或稱近端）及第二端（或稱遠端）之間突出及延伸，其中，第一端與可撓性膜26連接，第二端是突出的，且沒有與可撓性膜26的任何部分連接，且其與探針連接。換言之，可撓性膜26可包括至少一開口，其較佳是製造在其中心部，條帶在其中心部中延伸且條帶的遠端是自由端，適當的空白空間定義於鄰近的條帶之間，該空白空間將條帶分開。

在圖9的實施例中，一部分的可撓性膜26，例如其條帶的一端，是設置成鄰接在第一區段S1的導電鄰接表面CS上，可撓性膜26包括適當的導電軌，其自鄰接點延伸，以安排傳遞於第一區段S1中的該些訊號的路徑，可撓性膜在與待測裝置接觸期間被提升（或抬升）。可提供多個預提升部以減緩可撓性膜26的提升（或抬升），進而減少膜承受的壓力。如果有多個條帶，該些條帶的端可包括該些預提升部以減緩壓力，該些條帶的端在當接觸探針與待測裝置接觸時移動。

此外，在此實施例中，第二區段S2與第一區段S1由第三區段S3分開，第二區段S2僅作為探針頭20的阻尼支撐元件。

如上所述，在圖1至圖9中，接觸元件10是「彎曲樑」形式的接觸探針形式。在本發明另一替代且有優勢的實施例中，如圖10所示，探針頭20的接觸元件是彈簧針形式，全文以元件符號10表示。如上所述，對於所述接觸探針討論的全數有利的技術特徵不難移轉至彈簧針，彈簧針亦分為三個區段，其中，第一區段S1是短的（小於1000微米（µm））、可導電的、且適於與探針頭的引導件的導電元件（導電部）接觸。關聯於探針頭20的全部特徵及技術人員已知的適當技術手段可以相同的方式實施於此實施例。

在此實施例中，探針頭20包括下引導件40，且通常還包括由氣隙分開的上引導件50。在任何情況中，本發明不限於此導件的數量。

適當地，在此實施例中，第二區段S2包括一彈性元件34（其較佳是可導電的，即使亦可提供其他材料，還有絕緣材料），適於在測試期間壓縮，絕緣的第三區段S3設置在彈性元件34及第一區段S1之間。該些材料可與先前定義的材料相同。彈性元件較佳是導電材料，即使如上所見，可使用其他的材料，其中，重要的是要確保需要的阻尼效果。

換言之，彈簧針10的本體10pp包括彈性元件34（例如彈簧），其形成第二區段S2的至少一部分，第二區段S2因第三區段S3與第一區段S1電性絕緣。在一實施例中，第三區段S3與彈性元件34的一端連接，特別是彈性元件34靠近第一區段S1的那端。

特別是，彈性元件34的第一下端與第三區段S3連接，所述第三區段S3類似圖2至圖9所示的第三區段S3，第三區段S3接著與第一區段S1的一上端連接，第一區段S1接觸待測裝置及引導件的導電元件。換言之，第一區段S1是彈簧針的尖端元件且可具有任何適當的形式。彈性元件34的第二端可直接連接至一上支撐件，其中本發明不限於特定的配置。第一區段S1接著插入下引導件的引導孔，且適於經由接觸尖端10a鄰接至待測裝置的接觸墊，而第二區段S2透過彈性元件34確保需要的阻尼效果，且其不傳遞訊號。

在本發明的非限制性實施例中，彈簧針10的本體10pp包括一殼體33，其包括至少一部分的彈性元件34。各彈簧針的殼體33較佳是柱狀，但顯然亦可為其他形狀，在一些實施例中，殼體不存在，僅存在彈性元件34。

適當地，如上所述，下引導件及/或上引導件包括用於提取由第一區段傳遞的該些訊號。換言之，與待測裝置的接觸是由第一區段S1執行，與上述垂直探針的情況相同，而引導件的導電元件提取訊號。阻尼效果則由彈性元件34確保，其以第二區段S2（或第二區段的至少一部份）表示，第二區段S2由第三區段S3與第一區段S1分開，類似如上所見。

本實施例使得在介面S3/S2及介面S3/S1之間的機械應力較低，因此是具有優勢的。

總的來說，本發明提供一種接觸元件，其中，其一區段，該區段包括用於接觸待測裝置的一接觸尖端，該區段是可導電的，且具有小於1000微米（µm）的長度，較佳是小於500微米（µm）。此導電區段適於接觸探針頭的引導件的導電軌或部，接觸元件容置在探針頭中，且此導電區段由中間的絕緣區段與導電本體的其他部分分開，導電本體的其他部分具有阻尼功能，且適於經由其接觸頭鄰接至與該探針頭有關的支撐板，或一般性地，其他適當的支撐件上。有利地，接觸元件可為彈簧針（其中，由於存在彈簧，上部確保阻尼效果）及垂直接觸探針（其中，此方案可維持足夠的彈性）兩者。

有利地，由於本發明的接觸元件，探針頭特別執行高頻應用，由於接觸元件的導電區段的縮減尺寸，該導電區段適於傳遞高頻操作訊號，且具有小於1000微米（µm）的長度，因此其遠小於先前技術的接觸元件的長度。

因此，該些訊號僅由短的導電區段傳遞至導電軌（或導電部），其被製造在探針頭的下引導件處或製造在設置在引導件處的膜上，接觸元件的導電本體的其他部分被中間的非導電區段分開，且僅作為機械支撐件。因此，導電本體的其他部分確保與支撐板（其可為PCB或任何其他的支撐件）的優化接觸及確保需要的彎曲（在垂直探針的情況），或廣義而言，接觸時需要的阻尼效果，同時，避免導電本體的其他部分作為天線或短截線，因為其中沒有傳遞訊號。

換言之，根據本發明，適於傳遞訊號的導電區段是非常短的探針，因此消除已知方案所存在的不利的自感問題。同時，由於存在另一個第二上部區段，其與第一區段電性絕緣且不傳遞訊號，該另一區段較佳是例如由導電材料製成，在機械性的觀點中，本發明的接觸元件完美運作，適於確保需要的阻尼效果（例如，傳統的長探針具有的阻尼效果，且同時減少僅由第一區段傳遞高頻訊號時的雜訊），進而解決本發明的技術問題。使用第二區段導電材料確保優化的阻尼效果。

本發明提出的方案因此可有效地執行高頻裝置的測試，而不會產生短探針的硬化問題，進而大幅地降低接觸元件損壞的可能並同時確保適當減少施加於接觸元件的壓力，此外還防止接觸元件鄰接在上的待測裝置的接觸墊損壞的可能。如上所述，由於第二區段（其不傳遞訊號）是由可確保優化阻尼效果（在垂直探針的情況，例如優化彎曲）的導電材料製成，這一事實使一切都不難達成。

採用混合配置的作法，其中額外的接觸元件適於傳遞多種特定訊號，這種作法大幅地簡化引導件傳遞的該些訊號的路徑，根據本發明的一些實施例，引導件是空間轉換器。這在探針頭傳遞多種訊號的情況中，是格外有幫助的。例如，經由額外的接觸元件，可傳遞功率訊號及/或接地訊號，即並不特別需要短探針的訊號，而高頻訊號，即需要短探針以避免自感問題的訊號，根據本發明，是傳遞於接觸元件的短的第一導電區段。

最後，因為接觸探針的不同的多個部之間的機械應力減少，接觸元件為彈簧針的實施例是有優勢的。事實上，彈簧針垂直運作，在引導件之間沒有位移，而有絕緣介面S3及區段S1、S2之間應力減小的結果。事實上，在垂直接觸探針的探針頭的情況中，該些不同介面由於引導件之間的偏移而遭到剪切應力，特別是在超程期間，因此確保該些不同介面之間的良好黏合是重要的。這種問題可透過彈簧針解決，其中，區段S2包括垂直運作的彈性元件（例如彈簧）。

顯然，為了滿足特定及偶然的需求，技術人員可對上述接觸元件及探針頭進行多種修飾及變化，這些修飾及變化均包括在以下定義的申請專利範圍的保護中。

[先前技術] 1:探針頭 2:上引導件 2a:上引導孔 3:下引導件 3a:下引導孔 4:接觸探針 4a:接觸尖端 4b:接觸尖端、或接觸頭 5:待測裝置 5a:接觸墊 6:空間轉換器 6a:接觸墊 7:氣隙 [本發明] 10:接觸元件 10’:本體 10a:第一接觸端 10b:第二接觸端 10bis:接觸元件 10pp:本體 11:接觸墊 12:半導體晶圓 13:支撐板 14:導電墊 15:突出元件 20:探針頭 21:引導件 22:引導孔 22’:組 22a～22n:組 22bis:引導孔 22w:導電部、或金屬牆 23:導電軌 24:導電部 24a～24n:導電層 25:接觸墊 26:可撓性膜 33:殼體 34:彈性元件 50:引導件 CS:導電鄰接表面 F1:第一面 F2:第二面 Fa、Fb:面 H-H:縱軸 S1～S3:區段 W:牆

在這些圖式中： 圖1示意性地顯示先前技術的接觸元件。 圖2示意性地顯示本發明的接觸元件。 圖3示意性地顯示本發明的一實施例的接觸元件。 圖4示意性地顯示包括本發明的接觸元件的探針頭。 圖5示意性地顯示本發明的探針頭的橫截面圖，其中，其引導件包括表面上的及嵌入的導電軌。 圖6及圖7示意性地顯示本發明的一實施例的探針頭，其中，其引導件包括將接觸元件短接的導電部。 圖8示意性地顯示本發明的一實施例的探針頭。 圖9示意性地顯示本發明的另一實施例的探針頭的一部分。 圖10示意性地顯示本發明的一實施例的探針頭。

10:接觸元件

10’:本體

10a:第一接觸端

10b:第二接觸端

H-H:縱軸

S1~S3:區段

W:牆

Claims (20)

1. 一種用於電子裝置的探針頭的接觸元件（10），該接觸元件（10）包括一本體（10’、10pp），沿著縱軸（H-H）延伸，縱軸在適於一待測裝置的多個接觸墊（11）的一第一接觸端（10a）及相反的一第二接觸端（10b）之間，其中，該本體（10’、10pp），包括： 一第一區段（S1），其沿著縱軸（H-H）自該第一接觸端（10a）起朝向該第二接觸端（10b）延伸，且由一導電材料製成，該第一區段（S1）延伸小於1000微米（µm）的一距離； 一第二區段（S2），其沿著縱軸（H-H）自該第二接觸端（10b）起朝向該第一接觸端（10a）延伸，且由一導電材料製成；及 一第三區段（S3），其安插於該第一區段（S1）及該第二區段（S2）之間，且由一電性絕緣材料製成， 其中，該些區段（S1、S2、S3）沿著縱軸（H-H）彼此跟隨，使得該第一接觸端（10a）僅包括在該第一區段（S1）中，該第二接觸端（10b）僅包括在該第二區段（S2），且其中，該第三區段（S3）配置成將該第一區段（S1）與該第二區段（S2）電性絕緣。
2. 如請求項1所述的接觸元件（10），其中，該第二區段（S2）具有範圍介於0.5公釐（mm）至8公釐（mm）的長度，且其中，該第三區段（S3）具有範圍介於1微米（µm）至2公釐（mm）的長度。
3. 如請求項1或2所述的接觸元件（10），其中，該第三區段（S3）的該電性絕緣材料是選自三氧化二鋁（Al ₂O ₃）、聚對二甲苯、或矽。
4. 如前述請求項之任一項所述的接觸元件（10），其中，該第一區段（S1）配置成接觸一探針頭的一引導件的多個導電元件。
5. 如請求項4所述的接觸元件（10），包括至少一牆（W），配置成在該第一區段（S1）處接觸該探針頭的該引導件的一引導孔的一對應金屬牆，該第一區段（S1）配置成將訊號自待測裝置傳遞至該引導孔的該金屬牆，且該第二區段（S2）配置成僅提供機械支撐。
6. 如前述請求項之任一項所述的接觸元件（10），其中，該第一區段（S1）包括多個突出元件（15），其等突出自該本體（10’），該些突出元件（15）定義多個導電鄰接表面（CS）。
7. 如前述請求項之任一項所述的接觸元件（10），其中，其形式為彎曲樑形式的垂直接觸探針。
8. 如請求項1～5中任一項所述的接觸元件（10），其中，其為彈簧針形式，該第二區段（S2）包括一彈性元件（34），在按壓接觸期間適於壓縮，該第三區段（S3）設置在該彈性元件（34）及該第一區段（S1）之間。
9. 一種用於電子裝置的測試設備的探針頭（20），該探針頭（20）包括至少一引導件（21），設置有多個引導孔（22），用於容置各自的多個接觸元件（10），該探針頭（20）的特徵在於，該些接觸元件（10）是根據前述請求項中的任一項製造，該至少一引導件（21）包括多個導電元件，其等配置成被該些接觸元件（10）的該第一區段（S1）電性接觸。
10. 如請求項9所述的探針頭（20），其中，該至少一引導件（21）是一下引導件，設置在該接觸元件（10）的該第一區段（S1）處。
11. 如請求項9或10所述的探針頭（20），其中，該引導件（21）的該些導電元件包括多個導電軌（23），其等自該些引導孔（22）延伸，該些導電軌（23）形成在該引導件（21）的一個面（Fa、Fb）上及/或嵌入該引導件（21）中。
12. 如請求項9～11中任一項所述的探針頭（20），其中，該引導件（21）的該些導電元件包括至少一導電部（24），其包括至少一組（22’）的引導孔（22），並配置成在該第一區段（S1）處接觸及短接容置在該組（22’）的多個孔中的對應組的多個接觸元件，且適於傳遞預定形式的訊號。
13. 如請求項中12所述的探針頭（20），其中，該導電部（24）形成在該引導件（21）的一個面（Fa、Fb）上，或嵌入該引導件（21）中。
14. 如請求項12所述的探針頭（20），其中，該導電部（24）是多個導電層（24a～24n）的形式，各該些導電層（24a～24n）包括該些引導孔（22）中的各組（22a～22n）孔且將其等彼此電性連接，並配置成接觸對應組的該些接觸元件（10）的該第一區段（S1），其中，各組的接觸元件適於傳遞相同形式的訊號。
15. 如請求項9～14中任一項所述的探針頭（20），其中，該些引導孔（22）的一內表面的至少一部分由與該引導件（21）的多個導電元件連接的一導電部（22w）塗布，該些接觸元件（10）的該第一區段（S1）適於電性接觸該些引導孔（22）的該導電部（22w）。
16. 如請求項9～15中任一項所述的探針頭（20），包括多個額外接觸元件（10bis），其等完全導電，並適於將訊號自一待測裝置直接傳遞至關聯於該探針頭（20）的一支撐板（13），該些額外接觸元件（10bis）適於在該待測裝置及該支撐板（13）之間傳遞功率訊號及/或接地訊號及/或低頻訊號。
17. 如前述請求項中任一項所述的探針頭（20），其中，該些接觸元件（10）包括在該第一區段（S1）處自該本體（10’）突出的多個突出元件（15），該些突出元件（15）定義多個導電鄰接表面（CS），配置成鄰接至該引導件（21）的該些導電元件上。
18. 如前述請求項17所述的探針頭（20），更包括一可撓性膜（26），其設置在該引導件（21）的一上表面，且為該引導件（21）的一導電元件，該可撓性膜（26）形塑成其一部設置在該一或多個導電鄰接表面（CS）上，且適於在與待測裝置的接觸期間升高，該可撓性膜（26）包括多個導電軌，其等延伸以安排由該第一區段（S1）傳遞的訊號的路徑。
19. 如請求項9～18中的任一項所述的探針頭（20），其中，該些導電元件（10）是彎曲樑形式的垂直接觸探針的形式，該探針頭（20）包括引導孔彼此位移的一下引導件及一上引導件。
20. 如請求項9～16中任一項所述的探針頭（20），其中，該些導電元件（10）是彈簧針形式，該第二區段（S2）包括適於在測試期間壓縮的一彈性元件（34），該第三區段（S3）設置在該彈性元件（34）及該第一區段（S1）之間。

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