TWI393887B - Probe card holder and probe - Google Patents

Description

探針卡保持裝置及探針器

本發明是關於一種用來保持探針卡的探針卡保持裝置及包括該探針卡保持裝置的探針器。

用來測試被製作到半導體晶圓中之半導體積體電路元件等被測試電子元件DUT：Device Under Test)的探針卡透過夾具，裝載於在探針器之頂板所形成的開口。在此種構造之探針卡中，若要在增加測定數目(可同時測試之DUT之數目)之同時也擴大使用於測試之中繼器等電子元件之封裝區域，需要將探針卡本身大型化。

然而，當將探針卡大型化時，會有一個問題是，有時無法在既有之探針器中確保在頂板之開口與探針卡之間置放夾具的空間。

本發明欲解決之課題為，提供一種可在既有之探針器中裝載大型探針卡的探針卡保持裝置以及包括此探針卡保持裝置的探針器。

根據本發明，提供一種探針卡保持裝置，設置於探針器上且用來保持探針卡，其特徵在於：包括用來夾持於探針卡上形成之突出部的夾持機構、架設於上述探針器中受到上述探針卡插入之開口上的橫梁元件及設置於上述橫梁元件上且用來升降上述夾持機構的升降裝置(參照申請專利範圍第1項)。

雖不受上述發明限定，上述夾持機構可在夾持上述突出部之狀態下，藉由上述升降裝置產生升降(參照申請專利範圍第2項)。

雖不受上述發明限定，上述夾持機構可藉由上述升降裝置下降至上述開口內(參照申請專利範圍第3項)。

雖不受上述發明限定，上述夾持機構具有包括可嚙合至上述突出部之嚙合部且藉由上述升降裝置產生升降的第一筒狀體及上述第一筒狀體沿著軸方向以自由移動之狀態內插於其中的第二筒狀體，上述橫梁元件具有上述第二筒狀體沿著軸方向以自由移動之狀態內插於其中的凹部(參照申請專利範圍第4項)。

雖不受上述發明限定，上述嚙合部藉由上述第一筒狀體相對於上述第二筒狀體之相對移動，從上述第一筒狀體之內周面朝向在上述突出部所形成之嚙合溝突出(參照申請專利範圍第5項)。

雖不受上述發明限定，上述嚙合部為收納於在上述第一筒狀體之壁面上所形成之收納孔的球體，藉由上述第一筒狀體相對於上述第二筒狀體之相對移動，上述球體之一部分從上述收納孔朝向上述嚙合溝突出(參照申請專利範圍第6項)。

雖不受上述發明限定，上述第一筒狀體具有包括可收納上述突出部之第一內孔的第一筒部及閉塞上述第一筒部之上端的第一上蓋部，上述第一上蓋部可銜接至上述突出部(參照申請專利範圍第7項)。

雖不受上述發明限定，上述升降裝置具有可使驅動軸伸縮的致動器、安裝於上述驅動軸之先端且形成凸輪的凸輪板、追隨上述凸輪的凸輪隨動件及上端安裝上述凸輪隨動件且下端安裝上述第一上蓋部的連結元件(參照申請專利範圍第8項)。

雖不受上述發明限定，上述第二筒狀體具有包括可收納上述第一筒狀體之第二內孔的第二筒部及閉塞上述第二筒部之上端的第二上蓋部，在上述第二上蓋部上，形成有上述連結元件插入之貫通孔(參照申請專利範圍第9項)。

又，根據本發明，提供一種探針器，其特徵在於：包括上述探針卡保持裝置及形成有上述探針卡插入之開口且設有上述探針卡保持裝置的頂板(參照申請專利範圍第10項)。

在本發明中，在架設於探針器之開口上的橫梁元件上設置升降裝置，藉由該升降裝置，可使夾持機構升降，所以，可在不使用夾具之狀態下在既有之探針器上裝載大型探針卡。

以下將根據圖面說明本發明之實施型態。

第1圖為表示本發明實施型態中之電子元件測試裝置的概略側面圖，第2圖為第1圖之II部之內部放大圖，第3圖及第4圖為表示本發明實施型態中之探針卡及探針卡保持裝置的立體圖，第5圖為本發明實施型態中之探針卡保持裝置之剖面圖，第6圖為第5圖之VI部之放大圖，第7圖為本發明實施型態中之探針卡保持裝置之分解立體圖。

本實施型態中之電子元件測試裝置1為用來測試製作到半導體晶圓100之中的DUT之電子特性的裝置，如第1圖所示，包括測試頭10、測試器30及探針器40。在此電子元件測試裝置1中，探針器40被推向將半導體晶圓100裝載於測試頭10的探針卡20，透過纜線31連接至測試頭10的測試器30針對DUT輸入並輸出信號，藉此，進行DUT之測試。因此，測試頭10藉由操控器50及驅動馬達51，從維修位置(在第1圖中以虛線表示)倒轉至探針器40之頂板41上。

如第2圖所示，在倒轉後之測試頭10之下部，裝載了接口板11，在此接口板11上，裝載了與半導體晶圓100上之DUT作電子接觸的探針卡20。因此，在此接口板11之下面，設有將與探針卡20之連接器25(參照第3圖)嵌合的連接器(未圖示)及為了使這些連接器確實嵌合而將探針卡20拉向接口板11以進行固定的鎖定機構12。

本實施型態中之探針卡20如第2圖至第5圖所示，包括探針21、電路基板22、補強板23及夾頭24。

探針21為用來與半導體晶圓100上之DUT之輸出入端子作電子接觸的接觸子，具體來說，其由精密探針、細針等所構成。此外，在第4圖中，省略探針21之圖示。

本實施型態中之電路基板22整體上具有矩形形狀，其下面之中央部分封裝有多根探針21。另一方面，此電路基板22之上面安裝有框狀之補強板23。另外，在此電路基板22之上面被補強板23圍起來的部分，封裝有用來使此探針卡20與接口板11作電子連接的連接器25(參照第3圖)、用來進行DUT測試的中繼器等各種電子元件26(參照第5圖)。

夾頭24為設置於補強板23之約略中央部位的圓盤狀元件。如第6圖所示，在此夾頭24之周面上部，形成探針卡保持裝置60將要嚙合之嚙合溝241。又，如第3圖所示，在補強板23之中央，形成探針卡保持裝置60之夾桿70之一部分以剖面狀態進入的凹部231。

在本實施型態中，藉由使電路基板22為矩形，可封裝更多探針21，所以可支援同時測定數之增加。又，藉由使電路基板22為矩形，可確保測試時所需要之電子元件26之封裝區域的擴大。

以上所說明之探針卡20在被探針器40之探針卡保持裝置60保持的狀態下，插入在探針器40之頂板41上所形成的開口42。

探針器40除了此探針卡保持裝置60外，如第2圖所示，還包括用來吸著保持半導體晶圓100的吸著台43、與此吸著台43一起沿著XYZ方向移動且以Z軸為中心旋轉的搬送臂44及用來交換位於頂板41之開口42之探針卡20的交換臂45(參照第8圖)。

當進行測試時，搬送臂44使受到吸著台43保持之半導體晶圓100與透過開口42面對探針器40內部的探針卡20相向，將該晶圓100推向探針卡20，使探針21與DUT之輸出入端子作電子接觸。在此狀態下，測試器30透過測試頭10對DUT輸入測試信號，並且，接收來自該DUT之應答信號，藉由比較此應答信號與既定之期望值，評價DUT之電子特性。

本實施型態中之探針卡保持裝置60如第5圖所示，包括架設於頂板41之開口42上的夾桿70、用來夾住探針卡 20之夾頭24的夾持機構80及設置於夾桿70上且使夾持機構80升降的升降裝置90。

探針卡保持裝置60之夾桿70為約略板狀之橫梁元件，其在橫跨插有探針卡20之開口42上的狀態下，設置於探針器40之頂板41上。此外，雖無特別圖示出來，此夾桿70在其兩端藉由螺釘等固定在頂板41中之開口42周緣。

如第4圖至第6圖所示，在夾桿70之下面之約略中央部位，形成用來收納夾持機構80的剖面圓形之凹部71。又，如第5圖及第7圖所示，在夾桿70之上面與凹部71之間，形成插有升降裝置90之連結元件95的貫通孔72。

探針卡保持裝置60之夾持機構80如第5圖至第7圖所示，包括具有上蓋且為筒狀的第一有蓋筒狀體81及一樣具有上蓋且為筒狀的第二有蓋筒狀體82。

第一有蓋筒狀體81具有設置第一內孔812的第一筒狀部811及用來閉塞第一筒狀部811之上端的第一上蓋部816。

第一筒狀部811之第一內孔812可收納探針卡20之夾頭24。又，在此第一筒狀部811上，沿著周面方向實質上以等間隔形成8個收納孔813，每個收納孔813可收納鋼球83。此外，形成於第一筒狀部811之收納孔813的數目沒有特別限定。又，在第5圖及第6圖中，為了使收納孔813本身清晰可見，未在位於圖中左側之收納孔813上圖示出鋼球83。

如第6圖所示，每個收納孔813具有開口於第一內孔812的內側開口814及朝向外側(朝向第二有蓋筒狀體82)開口的外側開口815。

內側開口814具有比鋼球83之直徑小的內徑，鋼球83可僅有一部分從內側開口814突出。另一方面，外側開口815具有比鋼球83之直徑大的內徑。因此，鋼球83之一部分可從外側開口815退後至第二有蓋筒狀體82之錐狀部823。

又，在第一上蓋部816上，有升降裝置90之連結元件95之下端固定於其上，藉由升降裝置90，第一有蓋筒狀體82可進行升降。此第一上蓋部816在夾頭24被收納至第一內孔812內時，與該夾頭24之上面密合。因此，當將半導體晶圓100推向探針卡20時，探針卡20伴隨此推力而變形之情況受到抑制。

第二有蓋筒狀體82具有設置第二內孔822的第二筒狀部821及用來閉塞第二筒狀部821之上端的第二上蓋部824，其可沿著軸方向以自由移動之狀態收納於夾桿70之凹部71內。

在第二筒狀部821之第二內孔822內，有第一有蓋筒狀體81沿著軸方向以自由移動之狀態被收納於其中。又，如第6圖所示，在第二筒狀部821之內周下端，橫亙整個周面形成擴張成斜面或曲面的錐狀部823，越靠近第二內孔822之內徑，擴張程度就越大。此外，可僅於與第一有蓋筒狀體81之收納孔813對應的位置形成錐狀部823。

在第二上蓋部824上，形成有升降裝置90之連結元件95沿著軸方向以自由移動之狀態插入的貫通孔825，第一有蓋筒狀體81與第二有蓋筒狀體82可上下移動形成巢狀。

亦即，在第一及第二上蓋部816,824為非接觸之狀態下，第一有蓋筒狀體81可相對於第二有蓋筒狀體82產生升降(參照第8圖及第9圖)。另一方面，在第一及第二上蓋部816,824接觸之狀態下，當升降裝置90產生升降時，第一有蓋筒狀體81及第二有蓋筒狀體82可以一體之方式產生升降(參照第10圖及第11圖)。

又，當第一有蓋筒狀體81相對於第二有蓋筒狀體82上升時，退後至錐狀部823的鋼球83隨著第二有蓋筒狀體82之內徑縮小，被推回內側，一部分從收納孔813之內側開口814突出。另外，此鋼球83嚙合至探針卡20之夾頭24之嚙合溝241，所以，藉由夾持機構80夾住夾頭24。

探針卡保持裝置60之升降裝置90如第5圖及第7圖所示，包括致動器91、一對凸輪板92、直線導引器93、凸輪隨動件94及連結元件95。此種構造之升降裝置90設置於夾桿70上，被第7圖所示之上蓋元件61覆蓋。

致動器91由使驅動軸911伸縮之汽缸所構成。此致動器91以驅動軸911朝向夾桿70之約略中央部位的狀態，設置於夾桿70上。在此驅動軸911之先端，透過方塊元件922，安裝一對凸輪板92。此外，升降裝置之致動器可藉由馬達及螺絲球機構等構成。

每個凸輪板92透過直線導引器93以可滑動之狀態設置於夾桿70上。直線導引器93由一對夾持夾桿70之貫通孔72且沿著X方向而設置的導軌931及可在此導軌931上滑動之滑塊932所構成。凸輪板92固定於滑塊932上，滑塊932可在導軌931上滑動，藉此，凸輪板92可沿著致動器91之驅動方向移動。

在此凸輪板92上，分別形成凸輪隨動件94所追隨的凸輪921。另一方面，凸輪隨動件94以自由轉動之狀態安裝於連結元件95之兩側面。連結元件95被夾持在一對凸輪板92之間，2個凸輪隨動件94受到任一凸輪921支持。

連結元件95如上所述，以可自由上下移動之狀態插入夾桿70之貫通孔72，在其下端，有夾持機構80之第二有蓋筒狀體82固定於其上。

接著，將說明本實施型態中之探針卡保持裝置60對探針卡20之保持動作。

第8圖至第13圖為表示本實施型態中之探針卡保持裝置之動作的剖面圖，第14圖為表示探針卡保持裝置在本實施型態中保持探針卡之狀態的立體圖。

如第8圖所示，當藉由探針器40之交換臂45使探針卡20被載入既定高度時，首先，升降裝置90之汽缸91使驅動軸911縮短，藉此，使夾持機構80下降至下限。亦即，使第二有蓋筒狀體82從夾桿70之凹部71突出至最大限度，並且，使第一有蓋筒狀體81從第二有蓋筒狀體82之第二內孔822突出至最大限度。

在此狀態下，第一有蓋筒狀體81下降至頂板41之開口42內，第一有蓋筒狀體81之第一筒狀部811內收納有夾頭24。順帶一提，在此狀態下，如第9圖所示，鋼球83有部分退後至第二有蓋筒狀體82之錐狀部823，不從收納孔813之內側開口814突出。

接著，如第10圖所示，升降裝置90之致動器91使驅動軸911伸長，藉此，第一有蓋筒狀體81相對於第二有蓋筒狀體82上升，第一有蓋筒狀體81完全被收納至第二內孔822內。此時，如第11圖所示，鋼球83被第二有蓋筒狀體82推回，某部分從收納孔813之內側開口814突出。藉此，鋼球83之一部分進入探針卡20之夾頭24之嚙合溝241，所以，夾頭24被夾持機構80夾住，探針卡20之夾頭24之上面與第一上蓋部816密合。

如此，在本實施型態中，被交換臂45供給至既定高度之探針卡20受到探針卡保持裝置60之夾持機構80夾持，於是，使該夾持機構80藉由升降裝置90上升至開口42，所以，不需要使探針卡20保持在探針器20上。

接著，如第12圖所示，升降裝置90之致動器91使驅動軸911進一步伸長。藉此，夾持機構80在夾持探針卡20之狀態下，藉由升降機構90上升，如第13圖所示，第二有蓋筒狀體82完全被收納至凹部71內，並且，呈浮動狀態之接口板11受到一些推擠。

接著，當鎖定接口板11之鎖定機構12時，接口板11被拉向探針卡20，各個連接器嵌合在一起，如第14圖所示，藉由探針卡保持裝置60保持探針卡20。此外，可接口板11上不設置鎖定機構12，利用升降裝置90對夾持機構80之升降，使接口板11之連接器和探針卡20之連接器25嵌合在一起。

如上所述，在本實施型態中，在架設於探針器40之開口42上的夾桿70上，設置升降裝置90，藉由該升降裝置90使夾持機構80升降，所以，可不使用夾具而在既有之探針器上裝載大型探針卡。

特別是，在本實施型態中，夾桿70橫跨開口42之上而設置於頂板41上，所以，可以抑制探針卡20在推擠半導體晶圓100時所產生之變形。

又，在本實施型態中，夾桿70之凹部71、夾持機構80之第一及第二有蓋筒狀體81,82為巢狀構造，所以，可使保持探針卡時之探針卡保持裝置60之總厚度變薄。

又，藉由此種巢狀構造，當第一及第二有蓋筒狀體81,82完全被收納至夾桿70之凹部71內，夾桿70之下面與探針卡20之補強板23密合。因此，當推擠半導體晶圓100時，該推擠力可藉由整個夾桿70中止，所以，可進一步抑制探針卡20之變形。

又，在本實施型態中，藉由一個致動器91，進行夾持機構80之夾持與該夾持機構80之升降，所以，探針卡保持裝置60之構造得以簡單化。

此外，以上所說明之實施型態係為容易理解本發明而記載，並非為限定本發明而記載。所以，在上述之實施型態中所揭示之各要素也包含屬於本發明之技術領域的所有 設計變更及同等物。

1．．．電子元件測試裝置

10．．．測試頭

100．．．半導體晶圓

11．．．接口板

12．．．鎖定機構

20．．．探針卡

21．．．探針

22．．．電路基板

23．．．補強板

231．．．凹部

24．．．夾頭(突出部)

241．．．嚙合溝

25．．．連接器

26．．．電子元件

30．．．測試器

31．．．纜線

40．．．探針器

41．．．頂板

42．．．開口

43．．．吸著台

44．．．搬送臂

45．．．交換臂

50．．．操控器

51．．．驅動馬達

60．．．探針卡保持裝置

61．．．上蓋元件

70．．．夾桿(橫梁元件)

71．．．凹部

72．．．貫通孔

80．．．夾持機構

81．．．第一有蓋筒狀體

811．．．第一筒狀部

812．．．第一內孔

813．．．收納孔

814．．．內側開口

815．．．外側開口

816．．．第一上蓋部

82．．．第二有蓋筒狀體

821．．．第二筒狀部

822．．．第二內孔

823．．．錐狀部

824．．．第二上蓋部

825．．．貫通孔

83．．．鋼球

90．．．升降裝置

91．．．汽缸(致動器)

911．．．驅動軸

92．．．凸輪板

921．．．凸輪

922．．．方塊元件

93．．．直線導引器

931．．．導軌

932．．．滑塊

94．．．凸輪隨動件

95．．．連結元件

第1圖為表示本發明實施型態中之電子元件測試裝置的概略側面圖。

第2圖為第1圖之II部之內部放大圖。

第3圖為表示本發明實施型態中之探針卡及探針卡保持裝置的立體圖。

第4圖為從下方觀看第3圖所示之探針卡及探針卡保持裝置的立體圖。

第5圖為本發明實施型態中之探針卡保持裝置之剖面圖。

第6圖為第5圖之VI部之放大圖。

第7圖為本發明實施型態中之探針卡保持裝置之分解立體圖。

第8圖為表示本發明實施型態中之探針卡保持裝置之動作的剖面圖(其一)。

第9圖為第8圖之IX部之放大圖。

第10圖為表示本發明實施型態中之探針卡保持裝置之動作的剖面圖(其二)。

第11圖為第10圖之XI部之放大圖。

第12圖為表示本發明實施型態中之探針卡保持裝置之動作的剖面圖(其三)。

第13圖為第12圖之XIII部之放大圖。

第14圖為表示探針卡保持裝置在本發明實施型態中保持探針卡之狀態的立體圖。

20．．．探針卡

22．．．電路基板

23．．．補強板

231．．．凹部

24．．．夾頭(突出部)

25．．．連接器

60．．．探針卡保持裝置

61．．．上蓋元件

70．．．夾桿(橫梁元件)

90．．．升降裝置

Claims (10)

1. 一種探針卡保持裝置，設置於探針器上且用來保持探針卡，其特徵在於包括：夾持機構，用來夾持於探針卡上形成之突出部；橫梁元件，架設於上述探針器中受到上述探針卡插入之開口上；及升降裝置，設置於上述橫梁元件上且用來升降上述夾持機構。
2. 如申請專利範圍第1項之探針卡保持裝置，其中，上述夾持機構可在夾持上述突出部之狀態下，藉由上述升降裝置產生升降。
3. 如申請專利範圍第1項之探針卡保持裝置，其中，上述夾持機構可藉由上述升降裝置下降至上述開口內。
4. 如申請專利範圍第1項之探針卡保持裝置，其中，上述夾持機構具有：第一筒狀體，包括可嚙合至上述突出部之嚙合部且藉由上述升降裝置產生升降；及第二筒狀體，上述第一筒狀體沿著軸方向以自由移動之狀態內插於其中；上述橫梁元件具有上述第二筒狀體沿著軸方向以自由移動之狀態內插於其中的凹部。
5. 如申請專利範圍第4項之探針卡保持裝置，其中，上述嚙合部藉由上述第一筒狀體相對於上述第二筒狀體之相對移動，從上述第一筒狀體之內周面朝向在上述突出部 所形成之嚙合溝突出。
6. 如申請專利範圍第5項之探針卡保持裝置，其中，上述嚙合部為收納於在上述第一筒狀體之壁面上所形成之收納孔的球體，藉由上述第一筒狀體相對於上述第二筒狀體之相對移動，上述球體之一部分從上述收納孔朝向上述嚙合溝突出。
7. 如申請專利範圍第4項之探針卡保持裝置，其中，上述第一筒狀體具有：第一筒部，包括可收納上述突出部之第一內孔；及第一上蓋部，閉塞上述第一筒部之上端；上述第一上蓋部可銜接至上述突出部。
8. 如申請專利範圍第7項之探針卡保持裝置，其中，上述升降裝置具有：致動器，可使驅動軸伸縮；凸輪板，安裝於上述驅動軸之先端且形成凸輪；凸輪隨動件，追隨上述凸輪；及連結元件，上端安裝上述凸輪隨動件且下端安裝上述第一上蓋部。
9. 如申請專利範圍第8項之探針卡保持裝置，其中，上述第二筒狀體具有：第二筒部，包括可收納上述第一筒狀體之第二內孔；及第二上蓋部，閉塞上述第二筒部之上端；在上述第二上蓋部上，形成有上述連結元件插入之貫 通孔。
10. 一種探針器，其特徵在於包括：探針卡保持裝置，如申請專利範圍第1至9項中任一項所述者；及頂板，形成有上述探針卡插入之開口且設有上述探針卡保持裝置。