TWI388839B - 探針單元 - Google Patents

Description

探針單元

本發明係關於一種用以進行半導體積體電路等之檢查對象物之電性特性檢查之探針單元。

在IC晶片等半導體積體電路之電性特性檢查中，係使用與該半導體積體電路所具有之外部連接用電極之設置型樣(pattern)對應，而將複數個導電性接觸探針收容在預定位置之探針單元。探針單元係具備設有插通接觸探針之孔部之探針把持具(holder)，此探針把持具所保持之接觸探針之兩端部，係分別與半導體積體電路之球狀電極與輸出檢查用信號之電路基板之電極接觸，藉此將半導體積體電路與電路基板之間予以電性連接(例如參照專利文獻1)。

專利文獻1：日本特開2002-107377號公報

在探針單元中，當電性特性檢查之檢查次數增加時，則半導體積體電路之球狀電極之銲錫會轉印至接觸探針之前端，使得接觸電阻增加，而有無法進行正常之電性特性檢查之情形。為了避免此種情事，在習知之探針單元中，係依每預定之檢查次數，定期性進行使用磨砂紙等將附著在接觸探針之前端之銲錫予以磨除之作業。

當重複上述之磨除作業時，為了減小接觸電阻而設之Au、Pd、Rh、Ni等表面鍍覆會被磨除，使得接觸探針之前端逐漸磨損，而遲早要更換接觸探針。然而，在習知之探針單元中，接觸探針之更換作業並不容易，會有必需將檢查用生產線停止，或是將探針把持具從處理裝置(handler)卸除並進行分解之情形。因此，在接觸探針之更換作業上既費時又費工。此外，在需更換之接觸探針之前端部以外亦需一併更換，因此亦有維修費用增多之問題。

本發明係有鑑於上述問題而研創者，其目的在提供一種可容易且低成本地進行維修之探針單元。

為了解決上述問題並達成目的，本發明之探針單元之特徵為具備：複數個導電性接觸探針，分別具有構成大致針狀之第1針頭(plunger)；一端安裝於前述第1針頭，且沿著前述第1針頭之軸線方向伸縮自如之線圈彈簧；及一部分從前述線圈彈簧之另一端朝該線圈彈簧之內周部插拔自如，而其長度方向之長度係較前述第1針頭為長之第2針頭；該等接觸探針係分別以在長度方向之兩端與彼此不同之二個被接觸體接觸，而將前述二個被接觸體之間予以電性連接；保持基板，將各接觸探針所具有之前述第1針頭及前述線圈彈簧組予以個別收容，且至少將前述第1針頭之前端以一面露出一面防止脫落之狀態予以保持；以及卡匣(cartridge)基板，將各接觸探針所具有之前述第2針頭予以個別收容，且將前述第2針頭之兩端部以一面露出一面防止脫落之狀態予以保持，並且在各接觸探針所具有之前述第1針頭、前述線圈彈簧及前述第2針頭之長度方向之軸線一致之狀態下對前述保持基板安裝成裝卸自如；前述線圈彈簧係具有：密捲繞部，線材係緊密捲繞；及疏捲繞部，接續於前述密捲繞部，且於自然長度下之長度方向之長度係較前述密捲繞部之長度方向之長度為長，且前述線材係捲繞成較前述密捲繞部為疏；在將前述卡匣基板安裝在前述保持基板之狀態下，前述第2針頭係可接觸於長度方向之軸線與該第2針頭一致之前述線圈彈簧所具有之前述密捲繞部。

此外，本發明之探針單元係在上述發明中，前述第1針頭係與產生並輸出檢查用信號之電路基板接觸，另一方面前述第2針頭係與接收前述電路基板所輸出之前述檢查用信號之檢查對象物接觸。

依據本發明，係將接觸探針之一方針頭(第2針頭)設成可相對於線圈彈簧插拔自如之構成，且將此第2針頭設成可藉由卡匣基板予以保持，而該卡匣基板係對於用以保持接觸探針另一部份之保持基板安裝成可裝卸自如之構成，因此，在進行維修之際，可僅更換第2針頭。因此，可容易且低成本地進行維修。

以下參照附圖說明用以實施本發明之最佳形態(以下稱「實施形態」)。另外，圖式係為示意性者，應注意各部分之厚度與寬度之關係、各個部分之厚度之比率等係與實際者有所不同，而在圖式相互間當然亦有包括彼此之尺寸關係或比率不同之部分之情形。

第1圖係為顯示本發明一實施形態之探針單元之構成之斜視圖。此外，第2圖係為顯示本實施形態之探針單元之主要部分之構成之部分剖面圖。此等圖所示之探針單元1係為將作為檢查對象物之半導體積體電路100進行電性特性檢查之際所使用之裝置，且為將半導體積體電路100與輸出檢查用信號至半導體積體電路100之電路基板200之間予以電性連接之裝置。

探針單元1係具備：導電性之接觸探針2(以下簡稱「探針2」)，在長度方向之兩端與彼此不同之兩個被接觸體之半導體積體電路100及電路基板200接觸；探針把持具(holder)3，將複數個探針2依照預定之型樣加以收容且保持；及把持構件4，設在探針把持具3之周圍，用以抑制在檢查之際與複數個探針2接觸之半導體積體電路100產生位置偏移之情形。

探針2係使用導電性材料所形成，具有：第1針頭21，前端與電路基板200接觸；第2針頭22，長度方向之長度係較第1針頭21長，且與半導體積體電路100接觸；及線圈彈簧23，設在第1針頭21與第2針頭22之間。

第1針頭21係具備：前端部21a，前端構成針狀；凸緣(flange)部21b，具有較前端部21a之直徑為大的直徑；凸柱(boss)部21c，為隔著凸緣部21b而朝與前端部21a相反之方向突出，且構成為圓柱狀，而該圓柱狀具有較凸緣部21b之直徑為小且較線圈彈簧23之內徑稍大若干之直徑，而線圈彈簧23之端部係壓入其中；及基端部21d，構成為圓柱狀，而該圓柱狀具有直徑較凸柱部21c小且較線圈彈簧23之內徑還小之直徑。

第2針頭22係具備：前端部22a，前端構成冠(crown)狀；凸緣部22b，具有較前端部22a之直徑為大之直徑；抵接部22c，隔著凸緣部22b而朝與前端部22a相反之方向突出，且構成具有較凸緣部22b之直徑還小之圓柱狀，而可與線圈彈簧23之端部抵接；及圓柱狀之基端部22d，具有較抵接部22c之直徑小且較線圈彈簧23之內徑還小之直徑，而可插入於線圈彈簧23之內周部。另外，前端部22a之形狀僅係一例，亦可為其他形狀。

線圈彈簧23係具備：密捲繞部23a，線材係緊密捲繞；及疏捲繞部23b，長度方向之長度係較密捲繞部23a長，且捲繞成較密捲繞部23a為疏；且沿著長度方向具有均勻之直徑。密捲繞部23a之端部係被壓入至第1針頭21之凸柱部21c。因此，線圈彈簧23係可沿著第1針頭21之軸線方向伸縮自如。相對於此，在疏捲繞部23b之端部，第2針頭22之基端部22d係朝疏捲繞部23b之內周部嵌合成可插拔自如。

在第2圖所示之狀態下，第2針頭22之基端部22d係進入至線圈彈簧23之密捲繞部23a之內周，而可與密捲繞部23a進行面接觸。換言之，基端部22d之長度方向之長度與線圈彈簧23之疏捲繞部23b之長度係設定成：在將卡匣基板6裝設在保持基板5之狀態下，基端部22d可到達密捲繞部23a之內周並進行面接觸之方式。此外，第2針頭22之基端部22d係藉由線圈彈簧23之密捲繞部23a引導，而使第2針頭22與線圈彈簧23(及第1針頭21)之軸線不易搖動。因此，將第2針頭之基端部22d插入於線圈彈簧23時，第2針頭22之直進性得以提升。

探針把持具3係具有：保持基板5，具有貫通於板厚方向之複數個孔部，用以插通探針2；及卡匣基板6，裝卸自如地裝設在保持基板5之一方表面，且將探針2之第2針頭22予以收容且保持。

保持基板5係將使用樹脂、可機械加工陶瓷(machinable ceramic)、矽等絕緣性材料而分別形成之第1基板51及第2基板52疊層在厚度方向(第2圖之上下方向)之狀態下加以固定而成。

在第1基板51中係設有貫通於板厚方向之複數個孔部511。孔部511係具有：圓筒狀之小徑孔512，可插通第1針頭21之前端部21a；及圓筒狀之大徑孔513，直徑較小徑孔512為大，且構成與小徑孔512同軸。大徑孔513之直徑係較線圈彈簧23之外徑為大，且具有在線圈彈簧23被壓縮時可彎曲之間隙。小徑孔512之直徑，係較第1針頭21之凸緣部21b之直徑為小，且在使第1針頭21之前端部21a露出之狀態下防止第1針頭21脫落。

在第2基板52中係設有與第1基板51所具有之複數個孔部511對應之複數個孔部521。孔部521係與設在第1基板51之複數個孔部511之任一個同軸連通。孔部521係可插通第2針頭22之抵接部22c及基端部22d，並且具有較線圈彈簧23之外徑小之直徑，且具有防止線圈彈簧23脫落之圓筒狀小徑孔522、及直徑較小徑孔522大，而且與小徑孔522構成同軸之圓筒狀之大徑孔523。大徑孔523之直徑，係與孔部511之大徑孔513之直徑相等，且較線圈彈簧23之外徑為大。

卡匣基板6係將使用與保持基板5同樣之絕緣性材料而分別形成之第3基板61及第4基板62在疊層於厚度方向(第2圖之上下方向)之狀態下予以固定而成。

在第3基板61中係設有用以收容第2針頭22之複數個孔部611。孔部611係具有可插通第2針頭22之前端部22a之圓筒狀小徑孔612；及直徑較小徑孔612大，且構成為與小徑孔612同軸之圓筒狀大徑孔613。小徑孔612之直徑係較第2針頭22之凸緣部22b之直徑小，而在使第2針頭22之前端部22a露出之柱態下防止第2針頭22脫落。此外，大徑孔613係為可收容第2針頭22之凸緣部22b之大小、且具有與凸緣部22b相同程度之直徑。

在第4基板62中係設有與第3基板61之複數個孔部611之任一個對應而連通之複數個孔部621。孔部621係具有可插通第2針頭22之抵接部22c及基端部22d之圓筒狀小徑孔622；及直徑較小徑孔622大，且構成為與小徑孔622同軸之圓筒狀大徑孔623。小徑孔622係與保持基板5之第2基板52之小徑孔522連通，且具有與第2基板52之小徑孔522相等之直徑。小徑孔622係在使第2針頭22之抵接部22c及基端部22d露出之狀態下防止第2針頭22脫落。此外，大徑孔623係與大徑孔613連接，且大徑孔623之直徑係與大徑孔613之直徑相等。

孔部511、521、611、621係藉由進行鑽孔加工、蝕刻、衝切成形、或藉由進行使用雷射、電子射束、離子射束、線(wire)放電等之加工而形成。

另外，第1基板51、第2基板52、第3基板61及第4基板62亦可採用藉由絕緣性材料將由導電性材料所構成之基板之表面(亦包含與孔部511、521、611、621之側面對應之部分)予以覆蓋之構成。

第3圖係為顯示探針單元1之組裝概要圖。在將探針單元1組裝時，係將用以保持第2針頭22之卡匣基板6，以第4基板62為底面側一面朝向保持基板5下降一面進行定位，且在使卡匣基板6下降至第2圖所示之狀態之後，將保持基板5與卡匣基板6藉由螺絲等予以固定。另外，在保持基板5及卡匣基板6分別設置有定位用之開口部，且只要藉著在彼此對應之開口部間插入定位銷以進行兩基板之定位，即可更加容易且迅速地進行探針單元1之組裝。

第4圖及第5圖係為顯示使用具有以上構成之探針單元1進行檢查之概要圖。在進行半導體積體電路100之檢查時，會加上來自半導體積體電路100之接觸荷重。而加上接觸荷重之結果，線圈彈簧23即成為沿著長度方向被壓縮之狀態。當線圈彈簧23被壓縮時，則線圈彈簧23係藉由在保持基板5之彼此連通之大徑孔513、523之中彎曲，而使密捲繞部23a與第2針頭22之基端部22d接觸。藉此，即可獲得確實之電性導通。此時，由於第2針頭22之基端部22d係進入至密捲繞部23a之下方，因此第2針頭22之軸線不會有極大搖動之情形。

在檢查時，從電路基板200供給至半導體積體電路100之檢查用信號，係從電路基板200之電極201經由探針2之第1針頭21、密捲繞部23a、第2針頭22而到達半導體積體電路100之電極101。如此，在探針2中，由於第1針頭21與第2針頭22會經由密捲繞部23a而導通，因此可將電信號之導通路徑設成最小。因此，在檢查時可防止信號流通於疏捲繞部23b，且可謀求電感及電阻之減低及穩定化。

在探針單元1對於複數個半導體積體電路100重複進行檢查之結果，於第2針頭22劣化而必須更換時，只要將卡匣基板6從保持基板5卸除並進行更換即可。因此，不需如習知之一體型探針那樣，不需更換之部位即不必更換。此外，由於在保持基板5安裝在處理裝置之狀態下僅更換卡匣基板6即可繼續執行檢查，因此可將為了更換而停止檢查之時間抑制在最小限度，且可將伴隨卡匣基板6之更換所產生之延遲檢查抑制在最小限度。

依據以上所說明之本發明之一實施形態，因係將接觸探針之一方針頭(第2針頭)設成相對於線圈彈簧插拔自如之構成，且將此第2針頭係採用藉由對用以保持接觸探針之另一部份之保持基板安裝成裝卸自如之卡匣基板來予以保持之構成，因此在進行維修之際可僅更換第2針頭。因此，可容易且低成本地進行維修。

此外，依據本實施形態，由於設成第2針頭之長度方向之長度較第1針頭之長度方向之長度為長，且第2針頭可插入至線圈彈簧之密捲繞部之構成，因此，在探針單元組裝時或半導體積體電路檢查時，可抑制接觸探針從軸線方向搖晃。此外，藉由利用壓縮使線圈彈簧在保持基板之內部彎曲，而使該線圈彈簧之密捲繞部與第2針頭之基端部接觸，因此可獲得確實之電性導通。因此，可使探針單元之組裝性大幅提升，並且可確保檢查時之穩定導通。

此外，依據本實施形態，由於可在更換卡匣基板之際將其他卡匣基板安裝在保持基板繼續進行檢查，因此可將伴隨卡匣基板之更換所產生之檢查延遲抑制在最小限度。

此外，依據本實施形態，由於第2針頭並非固定在線圈彈簧，因此可以較第1針頭之凸柱部與線圈彈簧之內徑所要求之尺寸精確度為低之精確度進行加工。因此，可提升接觸探針之生產力。

上文中雖說明了用以實施本發明之最佳形態，惟本發明並不應限定於上述之實施形態。亦即，本發明係可包含在此所未記載之各種實施形態等，在不脫離申請專利範圍所界定之技術思想之範圍內，均可作各種設計變更等。

(產業上之可利用性)

如上所述，在進行半導體積體電路等檢查對象物之電性特性檢查之際本發明尤為有用。

1．．．探針單元

2．．．接觸探針

3．．．探針把持具

4．．．把持構件

5．．．保持基板

6．．．卡匣基板

21．．．第1針頭

21a．．．前端部

21b．．．凸緣部

21c．．．凸柱部

21d．．．基端部

22．．．第2針頭

22a．．．前端部

22b．．．凸緣部

22c．．．抵接部

22d．．．基端部

23．．．線圈彈簧

23a．．．密捲繞部

23b．．．疏捲繞部

51．．．第1基板

52．．．第2基板

61．．．第3基板

62．．．第4基板

100．．．半導體積體電路

101．．．電極

200．．．電路基板

201．．．電極

511．．．孔部

512．．．小徑孔

513．．．大徑孔

521．．．孔部

522．．．小徑孔

523．．．大徑孔

611．．．孔部

612．．．小徑孔

613．．．大徑孔

621．．．孔部

622．．．小徑孔

623．．．大徑孔

第1圖係為示意性地顯示本發明一實施形態之探針單元之整體構成之斜視圖。

第2圖係為顯示本發明一實施形態之探針單元之主要部分之構成圖。

第3圖係為顯示本發明一實施形態之探針單元之組裝之概要圖。

第4圖係為對於本發明一實施形態之探針單元使屬於檢查對象之半導體積體電路下降之狀態圖。

第5圖係為顯示本發明一實施形態之探針單元在檢查時之狀態圖。

1．．．探針單元

2．．．接觸探針

3．．．探針把持具

4．．．把持構件

100．．．半導體積體電路

200．．．電路基板

Claims (2)

1. 一種探針單元，其特徵為具備：複數個導電性接觸探針，分別具有構成大致針狀之第1針頭(plunger)；一端安裝於前述第1針頭，且沿著前述第1針頭之軸線方向伸縮自如之線圈彈簧；及一部分從前述線圈彈簧之另一端朝該線圈彈簧之內周部插拔自如，而其長度方向之長度係較前述第1針頭為長之第2針頭；該等接觸探針係分別以長度方向之兩端與彼此不同之二個被接觸體接觸，而將前述二個被接觸體之間予以電性連接；保持基板，將各接觸探針所具有之前述第1針頭及前述線圈彈簧組予以個別收容，且至少將前述第1針頭之前端以一面露出一面防止脫落之狀態予以保持；以及卡匣(cartridge)基板，將各接觸探針所具有之前述第2針頭予以個別收容，且將前述第2針頭之兩端部以一面露出一面防止脫落之狀態予以保持，並且在各接觸探針所具有之前述第1針頭、前述線圈彈簧及前述第2針頭之長度方向之軸線一致之狀態下對前述保持基板安裝成裝卸自如；前述線圈彈簧係具有：密捲繞部，線材係緊密捲繞；及疏捲繞部，接續於前述密捲繞部，且於自然長度下之長度方向之長度係較前述密捲繞部之長度方向之長度為長，且前述線材係捲繞成較前述密捲繞部為疏；在將前述卡匣基板安裝在前述保持基板之狀態下，前述第2針頭係可接觸於長度方向之軸線與該第2針頭一致之前述線圈彈簧所具有之前述密捲繞部。
2. 如申請專利範圍第1項之探針單元，其中，前述第1針頭係與產生並輸出檢查用信號之電路基板接觸，另一方面前述第2針頭係與接收前述電路基板所輸出之前述檢查用信號之檢查對象物接觸。