TWI407119B - 具有預選定之總順從性量的探針卡裝置 - Google Patents

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Description

具有預選定之總順從性量的探針卡裝置
本發明係有關設計一具有期望順從特性之探針卡裝置之方法。
目前，存在許多藉由與器件作短暫接觸來探測一器件之應用。舉例而言，探針可用於監測器件之操作。如另一實例，一電子器件可藉由探測該電子器件以建立與該器件之短暫電連接來測試。測試資料可經由短暫之連接輸入於器件之中，且器件所產生之回應資料亦可經由短暫之連接讀取。一種探針卡裝置通常包括經由一支撐結構電連接至介面端子(諸如至一測試器)之一探針陣列。通常該等探針為順從性的，意即，該等探針可回應力而撓曲。
在許多探測應用中，期望一特定等級之順從性。舉例而言，期望探針之接觸端在施加於該接觸端之每單位力下移動一特定之、預先測定之距離且期望其允許一最大撓曲。順應性可量化為彈簧常數，該彈簧常數可表達為每單位撓曲下所施加之力的單位。
在一探測應用中，存在一可施加於探針之最大撓曲，其導致可由該等探針所加壓之一最大許可力。舉例而言，在探針發生永久性變形之前所經歷之撓曲為一限度。永久性變形在許多應用中為不可接受的。在金屬材料中，一旦探針所受應力接近或超過其彈性限度，便會發生永久性變形。
在現有之探針卡裝置中，探針陣列之順從性與探針卡裝置之其它部分部分的順從性作用相比通常佔優勢。事實上，在設計一探針卡裝置中，探針卡裝置之其它部分的順從性作用通常被忽略。在設計及製造探針卡裝置中僅考慮探針陣列之順從性作用至少存在兩個潛在缺陷。第一，若僅考慮探針陣列之順從性，則必須設計探針陣列可提供探針卡裝置之所有期望之順從性。一般而言，需要來自探針陣列之順從性越大，則陣列中所需之探針越大，且間距或最小間隔必須較大。因此，探針卡裝置之期望順從性等級將間接地設定探針陣列之最小尺寸及間距，即使在某些期望或需要較小之探針及更小之間距的應用中，亦是如此。第二，因為不考慮順從性之其它來源，但該等來源係存在的，所以當設計及製造探針卡裝置時若僅考慮探針陣列之順從性，則探針卡裝置之整體順從性將不如所預期之準確。
因此，需要改良探針卡裝置之設計及製造。
在本發明之一較佳實施例中，一種探針卡裝置係組態為具有一期望之順從性總量。可測定探針卡裝置之探針的順從性，且一額外順從性量可設計於探針卡裝置中以使額外順從性與探針之順從性之總和達到探針卡裝置之整體期望順從性。
本說明書描述了本發明之例示性實施例及應用。然而，本發明並不限於該等例示性實施例及應用或不限於例示性實施例及應用之操作方式或本文所描述之方式。
圖1說明一種設計一探針卡裝置之例示性方法。該探針卡裝置可為任何類型之探針卡裝置。舉例而言，該探針卡裝置可用於監測一器件之操作、用於讀取與器件相關之各種參數、用於測試器件，等等。
如圖所示，在步驟102，測定探針卡裝置所期望之整體順從性等級。該整體順從性等級取決於所需要之探針卡裝置之特定類型及預期之探針卡裝置之用途。舉例而言，必須或期望探針對待探測之器件施加一設計力。在此情況下，可藉由適當分析探測應用來測定所期望之整體順從性等級。諸如另一實例，可簡單地藉由探針卡裝置應交付之消費者來指定所期望之整體順從性等級。
諸如又一實例，期望或必須將探針之接觸端(諸如，與正在探測之器件作實體接觸之探針末端)移動一給定距離。舉例而言，探針之位移越大，則探測系統可容許之累計誤差越大。然而，歸因於可能會出現超過製造探針之材料的彈性限度，探針需具有一撓曲量限度。在此情況下，探針卡裝置需要具有足以提供回應施加給探針之力而所需之撓曲的一整體順從性。可根據彈簧常數(K)量化順從性，彈簧常數(K)可由每撓曲所受到之力來表達。換言之，K＝F÷D，其中K為彈簧常數、F為所施加之力及D為撓曲。因此在探針卡裝置需要移動一給定距離(Dr )，但存在一施加於探針卡裝置之最大許可力(F最 大 )，所需要之順從性可表達為一所需要之彈簧常數(Kr )，彈簧常數(Kr )由下式測定：Kr ＝F最 大 ÷Dr 。
在步驟104，可以任何適當之方式測定探針陣列之順從性作用。舉例而言，可使用一量測工具量測探針陣列之順從性。另外，可計算探針陣列之順從性。又如另一實例，探針陣列之順從性可簡單地藉由(例如)製造或出售探針陣列之外在方供應。當然探針陣列之順從性係受限制的。舉例而言，如上所討論，探針之尺寸及間距可限制自探針陣列所獲得之順從性。因此在步驟104測定之探針陣列之順從性小於在步驟102測定之探針卡裝置所需之整體順從性。
在步驟106，可測定在步驟102處測定之整體所需順從性與在步驟104處測定之探針陣列之順從性之間的差值並將其設計於探針卡裝置之中。舉例而言，探針卡裝置除去探針陣列之部分可識別為探針卡裝置之固有地作用於對順從性或潛在地作用於順從性兩者中之任一者，且可使用、增強、或減少該等部分之順從性以使探針卡裝置之所有部分(包括探針陣列)的順從性作用之總和在一可接受之公差(其取決於探測應用)內等於在步驟104處測定之期望之整體順從性。在步驟108，製造探針卡裝置。
現將參照一例示性、非限制性探針卡裝置206討論圖1中所展示之步驟，探針卡裝置206係設計及製造以用於圖2中所展示之探測系統200中。亦將參照圖3至圖6中所展示之實例。例示性探針卡裝置206及圖2至圖6以及在下文討論之該等圖式中之其它實例係為說明及便於討論之目的提供而不應認為其為限制性的。
圖2說明了一用於探測一器件202之例示性系統200。探針卡裝置206可使用圖1中所展示之過程設計及製造。儘管本發明並非僅限於此，但圖2中所展示之例示性系統200係用於探測電子器件202以測試電子器件202。在測試中之電子器件202(下文將"在測試中之器件"稱為"DUT")可為將經歷測試之任何電子器件。舉例而言，DUT可為未單一化半導體晶圓之一或多個晶粒、一或多個單一化之半導體晶粒(封裝或未封裝的)、一或多個電子模組、或將被測試之任何其它類型之電子器件。然而，如上所述，本發明並不限制於探測或測試電子器件，而是可用於探測一器件之任何應用，諸如探針與器件實體接觸。
在圖2所展示之實例中，DUT 202安置於一可移動平臺204上，可移動之平臺204移動DUT 202之端子220與探針卡裝置206之探針218接觸。探針卡裝置206上之測試器端子222提供一至測試器(未展示)之介面，該測試器經組態以產生測試DUT 202之測試資料且接收由DUT 202所產生之回應資料。電連接(未展示)經由探針卡裝置206將某些測試器端子222與某些探針218連接。因此可為測試資料提供自測試器(未展示)經由探針卡裝置206至DUT 202之輸入端子220之電路徑(未展示)，及可為DUT 202所產生之回應資料提供自DUT 202之輸出端子220經由探針卡裝置206至測試器(未展示)之相似電路徑(未展示)。平臺204可安置於外殼208中，且探針卡裝置206可藉由安裝硬體210緊固於外殼208。說明於圖2中之例示性探針卡裝置206包括一介面板212及一探針基板216，它們藉由一連接器214彼此相連。測試器端子222安置於介面板212上，且探針218安置於探針基板216上。測試器端子222與探針218之間的電連接(未展示)穿過或經由介面板212、連接器214及探針基板216。
再次參看圖1，設計探針卡裝置206之第一步驟102可測定探針卡裝置206所期望之整體順從性等級。探針卡裝置206所期望之整體順從性等級通常取決於特定探測應用之境況、環境、所需之精確性，等等(整體順從性係指探針卡裝置206之總順從性，包括探針卡裝置206之所有部分的順從性作用)。舉例而言，需要一定等級之可撓性以適應DUT端子220之高度變化。亦需要或期望可撓性以適應DUT端子220之變化，該等變化係歸因於未精確定位平臺204或未精確定位DUT端子220或探針218，該未精確定位係歸因於製造不精確或歸因於藉由外殼208周圍或內部溫度改變而引起之DUT 202或探針卡裝置206之部件的熱膨脹而引入之不精確。
現參看圖1之步驟104，測定探針218陣列之順從性。當然，探針陣列218之順從性取決於探針陣列之設計、組態及其材料。一般而言，較大之探針比較小之探針具有大的順從性。因為陣列間距越小探針必越小，所以具有小間距之探針陣列通常具有小的順從性量。
圖3a及圖3b展示探針基板216上之探針陣列218。探針陣列218包括小的、粗短的探針，該等探針可用以獲得一小的間距(間距係指探針陣列218中之個別探針或探針尖端之間的水平距離302及垂直距離304)。舉例而言，探針陣列218之探針可包含結合於探針基板216上之端子或焊墊(未展示)的短導線。另外，探針陣列218之探針可為電鍍柱或焊料凸塊或微影定義之彈簧元件。組成例示性探針陣列218之探針的材料可為任何適當之導電材料。實例包括：鈀、金、銠、鎳、鈷、銀、導電氮化物、導電碳化物、鎢、鈦、鉬、錸、銦、鋨、銠、銅、金、難熔金屬、矽、鎵、砷化物、等等，或包括前述材料之任何組合之合金。對探針陣列218之探針而言，鈀－鈷合金可為一尤其有用之材料(其為一組成所有或大部分探針之材料或為一塗覆某些或所有探針之塗層或電鍍中之任一者)。使用目前之技術可達成15微米小之間距。亦可達成更小之間距。然而，因為探針陣列218中之探針為較小，所以探針陣列218之順從性亦可能較小。舉例而言，取決於探針陣列218之材料及構造，可用之順從性為可忽略的或為相對較小，(諸如探針陣列218中之探針尖端的撓曲為10微米至25微米)。
可使用不同於諸如例示性探針陣列218中之探針之具有小的順從性之短小、粗短探針之探針。舉例而言，各種彈簧探針中之任何一種均可用於探針陣列218中。此等彈簧探針之實例可見美國專利第5,476,211號；美國專利第5,917,707號；美國專利第6,336,269號；美國專利第6,064,213號；美國專利第6,482,013號；美國專利第6,268,015號；美國公開專利申請案第2001/0012739號；美國公開專利申請案第2001/0044225號；及1998年2月26日申請之美國專利申請案第09/032,473號中。所有前述專利及專利申請案之全文均以引用之方式併入本文中。另外，亦可使用其它類型之探針，其包括(但不限於)針形探針、屈曲懸臂探針、凸塊、柱、等等。
圖3c至圖3f說明可用於探針陣列218中之替代性探針的非限制性實例。圖3c展示附著至探針基板316之端子310的彈簧探針312。圖3c中之每一彈簧探針均包含一附著至端子310之柱314、一懸臂316、及一接觸端318，所有該等部件均由微影形成。當使接觸端318與電子器件(未展示)接觸時，懸臂316彎曲並對電子器件施加一反作用力。圖3d說明亦附著至探針基板316之端子310之屈曲懸臂探針320。每一屈曲懸臂320穿過藉由托架330緊固至探針基板316之導向板322及326中之孔324、328。當屈曲懸臂320之末端329與電子器件(未展示)接觸時，屈曲懸臂320橫向屈曲。圖3e展示彈簧探針332之另一實例，每一彈簧探針均附著至一探針基板316之一端子310。圖3e中每一彈簧接點332均包括一結合於端子310及接觸端336之導線334。當接觸端336與電子器件(未展示)接觸時，彈簧探針擠壓電子器件並對其施加一反作用力。圖3f說明具有附著有針形探針338之端子310的探針基板316。
不管所使用之探針類型及探針陣列之組態如何，可用多種方法中之任何一種測定探針陣列218之順從性。舉例而言，可使用一機器來量測陣列之順從性，該機器可量測每施加於探針之單位力下之探針的撓曲。如另一實例，可基於所使用材料類型、探針形狀、等等計算或估計探針陣列之順從性。又如另一替代，探針或探針陣列之順從性可由探針陣列218之製造商或出售者供應。
顯而易見，探針陣列218中之每一探針均具有一單獨之順從性等級，且探針陣列218之順從性可由探針之單獨順從性測定。的確，探針陣列218可經組態以使每一單獨探針之順從性獨立於陣列中其它探針之順從性。因此，每一探針可提供顯著不同於陣列中其它探針之順從性等級。因為每一探針可提供一單獨、獨立的順從性等級，所以即使每一探針經設計以提供與陣列中其它探針相同之單獨順從性等級，一個探針亦會歸因於(例如)施加於該探針之力的等級與陣列中之其它探針不同而移動一較其它探針遠之距離。
現參看圖1中之步驟106，在步驟102處測定之探針卡裝置206之期望整體順從性等級與在步驟104處測定之探針陣列218之順從性等級之間的差值將在步驟106設計於探針卡裝置206中。探針卡裝置206中存在許多可能之順從性來源。舉例而言，探針卡裝置206之所有以下之元件均可對探針卡裝置之整體順從性起作用：將探針卡裝置206安裝至外殼208之安裝硬體210；介面板212；連接探針基板216與介面板212之連接器214；及探針基板216。順從性作用可在圖1之步驟106中設計於探針卡裝置206之此等或其它部件之任一或多個部件中。另外，可藉由硬化或採取其它步驟將探針卡裝置206之該等部件或其它部件之順從性作用消除或減少至可忽略等級而將順從性設計於該部件之外。
圖4說明將順從性設計於例示性探針卡裝置406之各個部件中之例示性方法，例示性探針卡裝置406大體上類似於圖2之探針卡裝置206，其具有電連接至探針陣列418(其與上文討論之探針陣列218相同)之探針的探針測試器端子422及提供用於將探針卡裝置406安裝於外殼(諸如，類似於圖2之外殼208)之構件的安裝硬體410。探針卡裝置406亦包括一藉由連接器414連接於探針基板416之介面板412，所有該等部件均類似於圖2中之名稱類似之元件。圖4之探針卡裝置406說明將順從性設計於安裝硬體410、介面板412、連接器414及/或探針基板416中之例示性、非限制性之方法。
順從性可設計於安裝硬體410中之下列各部件中。如圖4中所展示，安裝硬體410包括安裝托架440、一唇緣444及一延伸部分442。在唇緣444與介面板412之間為一順從性元件448，及在介面板412與延伸部分442之間為另一順從性元件446。順從性元件446及448可為任何可撓性及/或彈性材料，可為探針卡裝置406提供順從性作用。順從性元件446及448可為相同或不同材料，可包含橡膠、彈性體、塑膠、海綿，等等。當然順從性元件446及448亦可由複數種材料製成，包括金屬。順從性元件446及448之順從性可使用一機器來量測，如上所討論之該機器可量測施加於材料之每單位力下材料的撓曲或量測施每一施加於材料之單元力下由材料產生之反作用力。另外，順從性元件446及448之順從性可由材料之製造商或出售者計算、估計或供應。
藉由選擇組成介面板412之材料可將順從性設計於介面板412中。舉例而言，介面板412可包含幾乎不提供(諸如，可忽略的)順從性之相對較硬剛性之材料。舉例而言，陶瓷材料幾乎不提供順從性。印刷電路板材料可提供較小等級之順從性。橡膠處理之材料可提供較大等級之順從性。除組成介面板412之材料之外，介面板412亦可以一提供一期望等級之順從性的方式構造。類似於順從性材料446及448，介面板412之順從性可使用機器來量測，或可由製造商或出售者來計算、估計、或提供。
亦可藉由選擇製造連接器412之材料及/或藉由連接器414之設計來將順從性設計於連接探針基板416至介面板412之連接器414中。圖5a、圖5b、圖5c及圖5d說明連接器414之例示性實施例。圖5a、圖5b、圖5c及圖5d中之每一圖均展示介面板412、探針基板416及探針陣列418之部分視圖。在圖5a中，連接器414被實施為一順從性材料502，其類似於上文討論之順從性元件446或448。電連接器504可提供自測試器端子(圖5a中未展示，圖4中為422)至探針基板416之電連接，經由電連接器504可提供電連接(未展示)至探針陣列418之探針。亦可使用其它方法電連接介面板412與探針基板416。舉例而言，可藉由順從性材料502提供導電通道。
在圖5b中，連接器414被實施為複數個彈簧互連結構506，其可導電並可提供自介面板412至探針基板416之電連接且因此可形成自測試器端子(圖5a中未展示；圖4中為422)至探針陣列418之部分電連接(未展示)。另外，亦可在介面板412與探針基板416之間提供其它電連接(諸如，電連接器504)。彈簧互連結構506可以各種方法中之任何一種來製造。舉例而言，彈簧互連結構506類似於揭示於前述專利及專利申請案中之任一者中的彈簧互連結構(或接點)：美國專利第5,476,211號；美國專利第6,268,015號；美國公開專利申請案第2001/0044225號；及於1998年2月26日申請之美國專利申請案第09/032,473號。亦可使用其它類型之彈簧互連結構506。
在圖5c中，連接器414被實施為一包含自插入式基板512之對立側延伸之彈簧互連結構508的插入件。該彈簧互連結構可導電，且在插入式基板512之一側上之彈簧互連結構508與在插入式基板512之相對側上之彈簧互連結構508之間存在電連接(未展示)。因此，彈簧互連結構508與插入式基板512可形成自測試器端子(圖5a中未展示；圖4中為422)至探針陣列418之部分電連接(未展示)。另外，亦可在介面板412與探針基板416之間提供其它電連接(諸如，電連接器504)。
在圖5d中，連接器414被實施為安置於兩可撓性薄板520之間的複數個柱塞彈簧結構516，可撓性薄板520係附著於介面板412及探針基板416。電連接器504係提供以電連接介面板412至探針基板416，且因此形成測試器端子(圖5d中未展示；圖4中為422)及探針陣列418之探針之間的部分電連接。當然，亦可在介面板412與探針基板416之間提供其它電連接(諸如，電連接器504)。舉例而言，柱塞彈簧結構516可經組態以可導電。如另一實例，薄板520可由焊墊替代。另外，柱塞彈簧結構516可由其它類型之彈簧(諸如，螺旋彈簧、板片彈簧、等等)替代。
儘管圖5a、圖5b、圖5c或圖5d中未展示，但可使用任何適當之機構將探針基板416緊固於介面板412。舉例而言，可使用托架、框架、扣件等等將探針基板416緊固於介面板412。應注意，順從性元件446及448可以實施圖5a、圖5b、圖5c或圖5d中說明之連接器414之任何方法來實施。同樣，連接器414之順從性可使用一機器來量測，該機器可量測施加於連接器之每單位力下連接器414之撓曲或可量測每施加於連接器之單位力下由連接器所產生之反作用力。另外，連接器414之順從性可由製造商或出售者來計算、估計或供應。
再次參看圖4，可藉由與選擇介面板412之順從性(大體如上文討論)大體相同之方式來選擇組成探針基板416之材料，而將順從性設計於探針基板416中。舉例而言，探針基板416可包含幾乎不提供(諸如，可忽略的)順從性之相對較硬之材料。舉例而言，陶瓷材料幾乎不提供順從性。印刷電路板材料可提供較小等級之順從性。橡膠處理之材料可提供較大等級之順從性。除了組成探針基板416之材料以外，探針基板416亦可用一可提供一期望等級之順從性的方法構造。探針基板416之順從性可使用一機器來量測，該機器量測施加於探針基板之每單位力下探針基板416之撓曲或量測每施加於探針基板之單位力下由探針基板所產生之反作用力。另外，探針基板416之順從性可由製造商或出售者來計算、估計或供應。
圖6說明探針卡裝置406之示意圖，其中將對探針卡裝置406之整體順從性起作用之探針卡裝置406的元件示意地描繪為彈簧。彈簧610表示安裝硬體410之順從性，彈簧612表示介面板412之順從性，彈簧614表示連接器414之順從性，彈簧616表示探針基板416之順從性，及彈簧618表示探針陣列418之順從性。探針卡裝置406之整體順從性為藉由彈簧610、612、614、616及618表示之探針卡裝置元件中之每一的順從性總和。顯而易見，可設計藉由彈簧610、612、614、616及618表示之元件中之任一個或多個元件以提供程度不同之整體順從性。在所討論之探針卡裝置416之實例中，探針陣列418係設計為具有小的探針及小的間距。因此，藉由圖6中之彈簧618表示之探針陣列418可能僅對順從性有較小量之作用。因此，由一或多個彈簧610、612、614及/或616表示之探針卡裝置之一或多個其它元件可設計為對探針卡裝置416之整體順從性起主要作用。舉例而言，探針陣列418(藉由圖6中之彈簧618表示)可對探針卡裝置416之整體順從性之作用僅占一半、五分之一、十分之一、或甚至更少。參看相對於圖3中所展示之探針陣列218而在上文中給出之實例(探針陣列418與之類似)，包含具有在15微米至50微米範圍內之小間距的小探針之探針陣列可具有一在10微米至25微米範圍內之相應順從性，其顯著小於探針卡裝置406所期望之整體順從性。在此情況中，探針卡裝置406之另一部分或其它部分之順從性作用需為探針陣列之順從性的兩倍、五倍或十倍以達成探針卡裝置406所期望之整體順從性。當然，前述所有內容僅為實例性的，且探針陣列418可設計為對探針卡裝置406之整體順從性的作用為自零至整體之整體順從性的任何部分。
應注意，探針卡裝置之一部分的順從性可表達為該部分之彈簧常數K，其如上文所討論可根據每撓曲所受之力來界定。換言之，K＝F÷D(其中K為彈簧常數，F為所施加之力，及D為撓曲)。若順從性表達為彈簧常數K，如則圖6中所示，可藉由計算單獨彈簧常數之倒數之和的倒數來求得串聯之複式彈簧常數：K總 和 ＝1÷((1÷K1 )＋(1÷K2 )＋(1÷K3 )...(1÷Kn ))。因此，圖6中所展示之彈簧610、612、614、616及618之串聯整體順從性如下：K總 和 ＝1÷((1÷K6 1 0 )＋(1÷K6 1 2 )＋(1÷K6 1 4 )＋(1÷K6 1 6 )＋(1÷K6 1 8 ))。顯而易見，在適當之情況下可忽略前述公式中足夠大之彈簧常數K，且認為探針卡裝置之相應部分不提供順從性。
如上所述，順從性無需設計於圖6中由彈簧610、612、614、616及618所表示之探針卡裝置406之所有元件中。的確，可採取步驟以將探針卡裝置406之任一元件或多個元件之順從性減少至零或至少減少至一可忽略之等級。圖7及圖8說明兩個例示性探針卡裝置，其中僅將探針卡裝置之選定元件設計為具有順從性而假定或設計其它元件之順從性為零或可忽略。
再次參看圖1，在於步驟106中將額外之順從性設計於探針卡裝置206中之後，可在步驟108處製造具有在步驟102、104及106處測定之順從性組件的探針卡裝置206。
現將根據圖1之過程討論設計及製造探針卡之另一實例。在此實例中，假定以下情景：探針卡裝置用於一測試DUT之探測系統中，其如圖2中所展示之系統。為確保探針卡之探針218與DUT 202之端子220之間的良好電連接，平臺204可驅動DUT 202之端子220一特定之距離經過具有端子220之第一接點。此特定之距離可稱為"越程"。為達成本實例之目的亦可假定探針218僅可承受一有限之越程(意即，撓曲)，且在此實例中，探針陣列218之順從性不足以適應該特定之越程。意即，若夾盤204驅動端子經由該特定之越程，則探針將會過度受壓且會被損壞。為達成此討論之目的(且不作為限制)，假定以下內容：探針卡裝置206必須能夠適應100微米之越程；探針陣列218之探針可安全地承受25微米之越程，且探針陣列可具有1克/微米之彈簧常數(諸如，探針陣列具有十個探針，每一探針具有1/10克/微米之單獨彈簧常數)。
再次參看圖1來討論探針卡裝置之設計及製造以滿足以上描述之例示性規格，第一步驟102可測定探針卡裝置206望整體順從性。如以所述，在此實例中，當DUT 202之端子220與探針陣列218接觸並擠壓探針陣列218時，探針卡裝置206需要適應100微米之總越程。因此，為回應探針陣列218與端子相互擠壓之最大力(Fm )，探針卡裝置所需之整體順從性對應於100微米之撓曲。因此探針卡裝置之整體彈簧常數需為該力(Fm )除以100微米：(K整 體 )＝Fm ÷100微米。
仍參看圖1，設計探針卡裝置206之下一步步驟104為測定探針陣列218之順從性作用。如上文所闡述，為達成此實例之目的，探針陣列218中之探針可撓曲之最大值為25微米。因此，探針陣列218之順從性回應力(Fm )而對應25微米之撓曲。因此探針陣列218之彈簧常數為(Fm )除以25微米：(K探 針 陣 列 )＝Fm ÷25微米。
在步驟106，測定探針卡裝置中所需之額外順從性。當然，該額外所需之順從性為在步驟102處測定之探針卡裝置206所需之整體順從性與在步驟104處測定之探針陣列218之順從性作用之間的差值。因此在此處，額外所需之順從性回應於相同之力(Fm )而對應於一撓曲75微米之撓曲。因此額外所需之順從性之彈簧常數為(K額 外 )＝Fm ÷75微米。因此，回應力(Fm )而對應75微米之撓曲之順從性(或換言之Fm ÷75微米之彈簧常數)需設計於探針卡裝置208中。顯而易見，探針陣列(K探 針 陣 列 )之彈簧常數與設計於探針卡裝置中之額外順從性之彈簧常數(K額 外 )之比為3：1，其意謂探針陣列218比設計於探針卡裝置206中之順從性硬三倍。因此在此實例中探針卡之順從性(K探 針 卡 )為0.33克/微米。
在圖1之步驟108中製造探針卡裝置206。為回應可產生最大允許撓曲之力(Fm )探針陣列218自身可撓曲25微米，同時探針卡裝置206自身亦回應於相同之力而撓曲另外75微米。因此探針陣列218共撓曲100微米，且自晶圓之角度而言其顯然具有(Km )＝Fm ÷100微米之彈簧常數。
圖7至圖9說明例示性探針卡裝置706、806及906，其中如上述之每一實例，回應於力Fm 及彈簧常數K額 外 ＝Fm ÷75微米而對應於75微米之撓曲的額外順從性可設計於連接介面板212至探針基板216之連接器214或安裝硬體210兩者之任一者中。
圖7說明一例示性探針卡裝置706，其中額外順從性設計於探針基板716與互連結構板712之間的互連結構中。例示性探針卡裝置706包括與探針卡裝置206相同之基本元件：安裝硬體710、一介面板712、一探針基板716、一探針陣列718，及測試器端子722。在圖7所展示之實例中，探針卡裝置706設計為具有在連接介面板712至探針基板716之連接器中之順從性。意即，介面板712可藉由複數個彈簧互連結構714連接至探針基板716，彈簧互連結構714類似於圖5b中之彈簧互連結構506。安裝硬體710、介面板712及探針基板716經組態以提供零順從性或可忽略之順從性。安裝硬體710為剛性的且被牢固地緊固於一外殼(諸如，類似於圖2中之外殼208)。延伸部分742為剛性的且其加固介面板712，而探針基板716可由具有可忽略順從性之陶瓷材料製造。因此，探針卡裝置706之整體順從性為藉由彈簧互連結構714及探針陣列718(其對應於圖6中之彈簧614及618，其中彈簧610、612及616可被忽略)所提供之順從性的總和。在此實例中，如上所述，彈簧互連結構714經設計以回應力Fm 及彈簧常數K額 外 ＝Fm ÷75微米而提供對應於75微米之撓曲的順從性。
圖8說明一例示性探針卡裝置806，其中額外之順從性設計於安裝硬體810中。例示性探針卡裝置806亦包含與探針卡裝置206相同之基本元件：安裝硬體810、一介面板812、一探針基板816、一探針陣列818及測試器端子822。在圖8所展示之實例中，探針卡裝置806經設計以具有安裝硬體810中之順從性。意即，類似於圖4，安裝硬體810包括安置於唇緣844與延伸部分842之間的順從性元件844及846。連接介面板812至探針基板816之連接器(圖8中未展示；圖4中為元件414)，介面板812及探針基板816經組態以提供零順從性或可忽略之順從性。探針基板816牢固地緊固於介面板812，且因此介面板812與探針基板816之間的連接(圖8中未展示)提供可忽略之順從性。加勁條852(諸如，緊固於介面板812之金屬板)加固介面板812，且探針基板816由具有可忽略之順從性的陶瓷材料製造。因此，探針卡裝置806之整體順從性為藉由安裝硬體810(其包括順從性元件844及846)及探針陣列818(其對應於圖6中之彈簧610及618，其中彈簧612、614及616可被忽略)所提供之順從性的總和。在此實例中，如上所述，安裝硬體810經設計以回應力Fm 及彈簧常數K額 外 ＝Fm ÷75微米而提供對應於75微米之撓曲的順從性。
類似於圖7，圖9說明一例示性探針卡裝置906，其中額外順從性設計於探針基板916與互連結構板912之間的互連結構中。類似於圖7及圖8，圖9之例示性探針卡裝置906包括與探針卡裝置206相同之基本元件：安裝硬體910、一介面板912、一探針基板916、一探針陣列918及測試器端子922。然而，在圖9中，彈簧902(如，螺旋彈簧、板片彈簧、等等)係安置於探針基板916及介面板912之間。可撓性電連接器904(諸如，一可撓性薄膜配線基板)可提供自介面板912至探針基板916之電連接。可藉由介面板912提供通道(未展示)以電連接測試器端子922至可撓性連接器904，且探針基板916上之跡線(未展示)可電連接可撓性連接器904至探針陣列918之探針。儘管可撓性連接器904於圖9中展示為連接於探針基板916之探針陣列918側，但可撓性連接器904亦可另外地連接於探針基板916之相對側，且可提供經由探針基板916之通道及跡線以電連接可撓性連接器904至探針陣列918之探針。在此實例中，安裝硬體910、介面板912及探針基板916經組態以提供零順從性或可忽略之順從性。安裝硬體910為剛性的且牢固地緊固於一外殼(諸如，類似於圖2中之外殼208)。加勁條952加固介面板912，且探針基板916由具有可忽略之順從性之陶瓷材料製造。因此，探針卡裝置906之整體順從性為由彈簧互連結構914及探針陣列918(其對應於圖6中之彈簧614及618，其中彈簧610、612及616可被忽略)所提供之順從性的總和。又，在此實例中如上所述，彈簧互連結構902經設計以回應力Fm 及彈簧常數K額 外 ＝Fm ÷75微米而提供對應於75微米之撓曲的順從性。
應注意，圖2、圖4及圖7至圖9中所展示之組態僅為例示性的。圖6中所表示之探針卡裝置(諸如，206、406、706、806、906)之元件的任何組合可經選擇以提供或不提供順從性。的確，甚至探針陣列(諸如，218、418、718、818、918)亦可經設計以提供一特定等級之順從性(包括可忽略之順從性)。如另一實例，安裝硬體210、410、710、810、910(圖6中由彈簧610表示)及探針基板216、416、716、816、916(圖6中由彈簧616表示)可經設計以具有可忽略之順從性，而介面板212、412、712、812、912(圖6中由彈簧612表示)、連接器214、414、714、814、914(圖6中由彈簧614表示)，及探針陣列216、416、716、816、916(圖6中由彈簧616表示)可各自經設計以具有一特定等級之順從性。亦可選擇探針卡裝置之元件的任何其它組合，某些元件用於可忽略之順從性而另一些元件用於一預定等級之順從性。
圖10說明設計順從性於探針卡裝置中之另一種或替代性方法。在圖10中，順從性元件1010可建構於平臺1004中，平臺1004之其它方面類似於圖2中之平臺204。順從性元件1010可類似於上文相對於圖4所討論之順從性元件446。如圖5b、圖5c或圖5d中大體上所展示之，順從性元件1010亦可利用彈簧互連結構或柱塞彈簧製造。
圖11說明另一例示性探針卡裝置1106。如圖11中所展示，例示性探針卡裝置1106包括與先前諸圖(諸如，圖9)中名稱類似之元件大體上類似之元件：安裝硬體1110、一介面板1112、測試器端子1122、一探針基板1116及一探針陣列1118。探針卡裝置1106亦包括一或多個可撓性電連接器1104，該電連接器大體上類似於上文所述之圖9中之可撓性電連接器904。測試器端子1122之一端可經由介面板1112電連接於(圖11中未展示)可撓性電連接器1104中之電導體(未展示)的一端，可撓性電連接器1104又電連接於焊球1126或其它導電元件。焊球1126之一端可經由探針基板1116電連接於(圖11中未展示)探針陣列1118中之探針的一端。夾鉗1136固持探針基板1116，且螺釘或螺栓1134將夾鉗1136附著至介面板1112。夾鉗1136包括一固持探針基板1116之固持部分1128及一附著有螺釘或螺栓1134之凸緣部分1130。凸緣部分1130亦包括一為探針卡裝置1106提供額外設計中之順從性之順從性部分1102，其如上文大體上之描述(諸如，參看圖1之步驟106)。順從性部分1102較佳地可允許"z"方向之順從性而不允許"x"或"y"方向之順從性。圖11展示順從性部分1102之一較佳實施例，其中凸緣部分1130之部分1132被移除。然而，順從性部分1102可以任何適當之方式組態(諸如，一彈簧材料等)。
圖12a及圖12b說明順從性部分1102之另一例示性組態。圖12a及圖12b分別展示用於替代圖11中之夾鉗1136之例示性夾鉗1236的俯視圖及橫截面視圖。類似於圖11中之固持部分1128之固持部分1228固持一探針基板(開口1260用於該探針基板上之探針陣列)。凸緣部分1230包括用於容納類似於圖11中所展示之螺釘或螺栓1134之螺釘或螺栓的螺紋開口1250。凸緣部分1230亦包括若干開口1254，提供順從性並因此對應於圖11中之順從性部分1102之指狀物1252安置於該等開口1254之間。指狀物1252可包含順從性材料(諸如，彈簧材料或可撓性材料)，且由夾鉗1236提供之順從性量可藉由移除指狀物1252來調整。
再次參看圖11，例示性探針卡裝置1106之螺釘或螺栓1134包括一頭部1120及一螺紋軸1122，該螺紋軸可擰進夾鉗1136之凸緣部分1130中的螺紋開口中(諸如，圖12a中之1250；圖11中未展示)。彈簧1124偏壓夾鉗1136遠離介面板1112。彈簧1124較佳地可具有一足夠大於順從性部分1102之順從性的彈簧常數以使得可忽略來自彈簧1124之順從性作用。舉例而言，彈簧1124之彈簧常數可比順從性部分1102之順從性大兩倍、五倍、十倍、一百倍、或甚至更多倍或為此等數目之間的任意數目。藉由圍繞夾鉗1136之凸緣部分1130間隔安置複數個此等彈簧1124及螺釘或螺栓1122，可將螺釘或螺栓用於調整探針陣列1118之探針之接觸端的平面性以對應將被探測及測試之電子器件(未展示)之端子的平面性，而探針卡裝置1106可藉由其安裝硬體1110安裝於探測器或其它測試裝置。舉例而言，在圖12中，四個螺紋開口1250係圍繞夾鉗1236之凸緣部分1230間隔開，其允許可相對於介面板1112調整夾鉗1236之平面性。以此方法，可如上文討論來調整探針基板1116及探針陣列1118之探針之接觸端的平面性。此係因為，藉由調整一或多個螺釘或螺栓1134，探針基板1116可在"z"方向移動及/或可相對於介面板1112圍繞"x"軸及"y"軸旋轉。可以其它平面化機構替換螺釘或螺栓1134，諸如揭示於美國專利第5,974,662號中之多個平面化機構中之任一種，該專利以引用之方式併入本文中。
圖13說明了一種使用具有預選定之設計中之順從性的探針卡總成測試電子器件的例示性方法1300。如圖所示，在步驟1302，提供具有預選定之設計中之順從性的探針卡總成。舉例而言，可在步驟1302處提供本文所描述之任何探針卡總成。在步驟1304，可使在步驟1302處提供之探針卡總成之探針與將被測試之電子器件(未展示)之端子接觸。在步驟1306，測試該電子器件。舉例而言，可提供測試訊號自測試器(未展示)經由探針卡總成(諸如，在圖11中進入諸如1122之測試器端子，經由探針卡總成1106至探針陣列1118之探針)至電子器件(未展示)。藉由電子器件所產生之回應資料可類似地經由探針卡總成傳輸回測試器，測試器將評估回應資料以測定電子器件是否通過測試。
儘管本文已描述本發明之例示性實施例及應用，但吾人並不意欲將本發明限制於此等例示性實施例及應用或限制於本文操作或描述該等例示性實施例及應用之方式。舉例而言，儘管圖中說明及上文討論之例示性實施例包括一介面板及一探針基板，但一僅具有一介面板，且其中探針直接附著至介面板之探針卡裝置亦可使用。當然，此不僅除去了探針基板亦除去了將探針基板連接至介面板之連接器。如另一實例，具有兩個以上之基板(意即，多於一介面板及一探針基板)之探針卡裝置亦可使用。亦可能為許多其它變化。
202．．．電子器件
204,1004．．．平臺
206,406,706,806,906,1106．．．探針卡裝置
208．．．外殼
210,410,710,810,910,1110．．．安裝硬體
212,412,1112．．．介面板
214,414,812．．．連接器
216,316,416,716,816,916,1116．．．探針基板
218．．．探針/探針陣列
220．．．DUT端子
222,422,722,822,922．．．測試器端子
302．．．水平距離
304．．．垂直距離
310．．．端子
312,332．．．彈簧探針
314．．．柱
318,336．．．接觸端
320．．．屈曲懸臂
322,326．．．導向板
324,328．．．孔
329．．．末端
330．．．托架
334．．．導線
338．．．針形探針
418,718,818,918,1118．．．探針陣列
440．．．安裝托架
442,742,842．．．延伸部分
444．．．唇緣
446,448,844,846,1010．．．順從性元件
502．．．順從性材料
504．．．電連接器
506．．．互連結構
508,714．．．彈簧互連結構
512．．．插入式基板
516．．．柱塞彈簧結構
520．．．薄板
610,612,614,616,618,902,1124．．．彈簧
712,912．．．互連結構板,介面板
904．．．電連接器
952．．．加勁條
1102．．．順從性部分
1104．．．電連接器
1120．．．頭部
1122．．．測試器端子/螺紋軸/螺釘或螺栓
1126．．．焊球
1128．．．固持部分
1130,1230．．．凸緣部分
1132．．．凸緣部分之部分
1134．．．螺釘或螺栓
1136．．．夾鉗
1236．．．夾鉗
1250．．．螺紋開口
1252．．．指狀物
1254,1260．．．開口
圖1說明一種設計及製造一探針卡裝置之例示性方法。
圖2說明一種例示性探測系統，其包括一例示性探針卡裝置。
圖3a及圖3b說明一例示性探針陣列。
圖3c、圖3d、圖3e及圖3f說明額外例示性探針陣列。
圖4說明了一例示性探針卡裝置。
圖5a、圖5b、圖5c及圖5d說明將順從性設計於連接一介面板至探針基板之連接器中之例示性方法。
圖6說明一其中探針卡裝置之例示性元件之順從性由彈簧示意性表示的示意圖。
圖7、圖8及圖9說明了在選定部分設計具有順從性的例示性探針卡裝置。
圖10說明一經設計以提供順從性之例示性平臺。
圖11說明了一種具有預選定之順從性之例示性探針卡裝置及一平面化(planarizing)探針之機構。
圖12a及圖12b分別說明一例示性探針基板夾鉗1236之俯視圖及橫截面視圖。
圖13說明一展示使用探針卡裝置測試電子器件之例示性方法的流程圖。

Claims (21)

  1. 一種具有預選定之總順從性量的探針卡裝置，該探針卡裝置包含：複數個探針，其係組配來接觸一待測電子裝置，該等複數個探針具有一第一順從性量，及順從性構件，其用於在該探針卡裝置中提供一選定之額外順從性量，其中該預選定之總順從性量為該第一順從性量與該選定之額外順從性量的一總和，其中：該第一順從性量對應一第一彈簧常數，該第一彈簧常數為力與撓曲之一第一比率，該額外之順從性量對應一第二彈簧常數，該第二彈簧常數為力與撓曲之一第二比率，及一給定量之力將該等探針移動一距離，該距離對應該第一彈簧常數與該第二彈簧常數之一總和。
  2. 如請求項1之探針卡裝置，其中該總和對應於該第一彈簧常數之一倒數與該第二彈簧常數之一倒數的一數學相加值之一倒數。
  3. 如請求項2之探針卡裝置，其中該第二彈簧常數大於該第一彈簧常數。
  4. 如請求項2之探針卡裝置，其中該等複數個探針之該彈簧常數包含該等探針之各自單獨順從性之一總和，且其中該等探針之各自單獨順從性係彼此獨立。
  5. 如請求項1之探針卡裝置，其中該探針卡裝置進一步包含： 一探針基板，其附著有該等探針；一介面板，其包含一用於測試訊號之介面，該探針基板係連接至該介面板；及一安裝機構，其係組配來將該探針卡裝置附著至一外殼。
  6. 如請求項5之探針卡裝置，其中該順從性構件係安置於該探針基板與該介面板之間。
  7. 如請求項6之探針卡裝置，其中該順從性構件包含一順從性材料。
  8. 如請求項7之探針卡裝置，其中該順從性材料係組配為具有該第二彈簧常數。
  9. 如請求項6之探針卡裝置，其中該順從性構件包含彈簧機構。
  10. 如請求項6之探針卡裝置，其中該順從性構件包含互連該探針基板與該介面板之彈簧互連元件。
  11. 如請求項6之探針卡裝置，其中該順從性構件包含柱塞彈簧。
  12. 如請求項6之探針卡裝置，其中該順從性構件包含一插入件。
  13. 如請求項5之探針卡裝置，其中該順從性構件包含該介面板。
  14. 如請求項13之探針卡裝置，其中該介面板係組配為具有該第二彈簧常數。
  15. 如請求項5之探針卡裝置，其中該順從性構件包含該探針基板。
  16. 如請求項5之探針卡裝置，其中該順從性構件包含該安裝機構。
  17. 如請求項5之探針卡裝置，其中該順從性構件包含一安置於該介面板與用於將該介面板安裝至該外殼之硬體之間的順從性材料。
  18. 如請求項17之探針卡裝置，其中該順從性材料係組配為具有該第二彈簧常數。
  19. 一種具有預選定之總順從性量的探針卡裝置，該探針卡裝置包含：複數個探針，其係組配來接觸一待測電子裝置，該等複數個探針具有一第一順從性量，及順從性構件，其用於在該探針卡裝置中提供一選定之額外順從性量，其中該預選定之總順從性量為該第一順從性量與該選定之額外順從性量的一總和，其中：該總順從性量對應於該等探針之一期望越程，該第一順從性量對應於該等探針之一允許撓曲，及該額外順從性量對應於該探針卡裝置之一撓曲。
  20. 一種具有預選定之總順從性量的探針卡裝置，該探針卡裝置包含：複數個探針，其係組配來接觸一待測電子裝置，該等複數個探針具有一第一順從性量，及順從性構件，其用於在該探針卡裝置中提供一選定之額外順從性量，其中該預選定之總順從性量為該第一順 從性量與該選定之額外順從性量的一總和，及用於相對於一待測電子裝置之端子以調整該等探針之接觸部分的平面性之構件。
  21. 一種具有預選定之總順從性量的探針卡裝置，該探針卡裝置包含：複數個探針，其係組配來接觸一待測電子裝置，該等複數個探針具有一第一順從性量，及順從性構件，其用於在該探針卡裝置中提供一選定之額外順從性量，其中該預選定之總順從性量為該第一順從性量與該選定之額外順從性量的一總和，其中該總順從性量係被組配來回應於該電子裝置被該等探針所壓抵並移動一越程距離以經過與該等探針接觸之第一接點。
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