TWI426274B - 探針 - Google Patents

Description

探針

根據本發明例示性實施例之裝置以及方法是有關於探針(probe)，且更特定言之，是有關於穩定地傳輸測試信號之探針。

諸如半導體晶片(semiconductor chip)或晶圓(wafer)之半導體元件(semiconductor device)應經過預定的測試，以測試其品質。

使用測試插座(test socket)或探針卡(probe card)來電性連接測試器與半導體元件，所述測試器藉由施加預定的測試信號來測試諸如半導體晶片或晶圓之半導體元件之品質。

測試插座或探針卡中設有探針，以將預定的測試信號施加至半導體元件之焊球或焊墊(pad)。

探針之第一末端與第二末端分別連接至半導體元件與測試器之承載板，從而電性連接半導體元件與測試器。

探針用於將測試信號(電流或電壓)傳輸至半導體元件，且穩定地傳輸所述測試信號極為重要。

因此，一個或多個例示性實施例提供一種穩定地傳輸測試信號之探針。

另一例示性實施例提供一種具有簡單組態且會改良導電性之探針。

另一例示性實施例提供一種會降低測試成本之探針。

可藉由提供一種電性連接半導體元件與測試器以測試半導體元件之探針來達成前述及/或其他態樣(aspects)，所述探針包含：上部柱塞(upper plunger)，其經組態以電性連接至所述半導體元件；下部柱塞(lower plunger)，其經組態以電性連接至所述測試器；彈性構件(elastic member)，其安置於所述上部柱塞與所述下部柱塞之間，且彈性地偏置所述上部柱塞與所述下部柱塞以使其彼此隔開；導電構件(conductive member)，其安置於所述彈性構件內部或外部，且電性連接所述上部柱塞與所述下部柱塞；以及圓筒(barrel)，其中容納所述上部柱塞、所述下部柱塞、所述彈性構件以及所述導電構件。

所述導電構件可僅當所述上部柱塞與所述下部柱塞的至少其中之一朝向所述上部柱塞與所述下部柱塞其中之另一者移動時才電性連接所述上部柱塞與所述下部柱塞。

所述導電構件可選擇性地接觸所述上部柱塞與所述下部柱塞的至少其中之一。

所述導電構件可將彈力施加至所述上部柱塞與所述下部柱塞的至少其中之一，以使所述上部柱塞與所述下部柱塞彼此隔開。

所述導電構件可包含導電盤簧(conductive coil spring)以及導電橡膠(conductive rubber)的至少其中之一。

上述及/或其他態樣將自以下結合所附圖式來對例示性實施例之描述而顯而易見且更容易地瞭解。

在下文中，將參考所附圖式來詳細描述例示性實施例，以便由一般熟習此技藝者容易地實現。所述例示性實施例可以各種形式來體現，而不限於本文中所述之例示性實施例。為清晰起見，省略對熟知部件之描述，且相同參考數字貫穿全文以代表相同元件。

如圖1所示，根據本發明之第一例示性實施例之探針100包含：上部柱塞110；下部柱塞120；彈性構件140，其彈性地偏置(bias)上部柱塞110與下部柱塞120以使其彼此隔開；導電構件150，其設於彈性構件140內；以及圓筒130，其中容納上部柱塞110以及下部柱塞120、彈性構件140、以及導電構件150。

上部柱塞110包含：尖端(tip)111，其接觸半導體元件10之焊球11；凹槽(groove)113，其形成於上部柱塞110之外周邊中；以及彈性構件觸點(contact)115，其接觸彈性構件140。

尖端111之外徑可大於圓筒130之內徑。使用者可藉由將上部柱塞110推動至圓筒130直至凹槽113固持著圓筒130之突起131為止(稍後將描述)，來將上部柱塞110固定至圓筒130。

圖1繪示尖端111被成形為王冠狀，其上形成有多個三角錐(triangular pyramid)，但尖端111之形狀不限於此。或者，尖端111之形狀可取決於一接觸目標(target)之形狀而改變。舉例而言，若半導體元件10包含呈球柵陣列(ball grid array)之半導體晶片，則尖端111可如上成形為王冠狀。又，尖端111可具有具單一尖銳尖端之A形形狀，或內部凹入以將焊球11插入其中之凹坑(dimple)形狀。此外，若該接觸目標為焊墊，則尖端111可成形為半球狀，諸如下部柱塞120之尖端121(稍後將描述)。

上部柱塞110之凹槽113耦接至圓筒130之突起131。上部柱塞110耦接至圓筒130以使得上部柱塞110不會上下移動，且黏附至圓筒130。

彈性構件觸點115可成形為朝向下部柱塞120突出之圓錐體狀。在一些情況下，彈性構件觸點115可成形為圓柱狀，彈性構件140插入其中。彈性構件觸點115可具有其他各種形狀，只要其可維持與彈性構件140之接觸即可。

上部柱塞110可形成為單一本體。

下部柱塞120包含：尖端121，其接觸測試器之承載板20之焊墊21；主體122，其由圓筒130之尖端132固持著；以及彈性構件觸點123，其接觸彈性構件140。

尖端121可成形為半球狀，以容易地接觸焊墊21。

主體122之外徑D1大於圓筒130之尖端132的內徑D3，且小於圓筒130之內徑D2。因此，下部柱塞120可經由圓筒130之第二末端而插入，且主體122由尖端132固持著，以使得下部柱塞120不會朝向承載板20而分離。

彈性構件觸點123可成形為朝向上部柱塞110突出之圓錐體狀。另外，彈性構件觸點123可成形為圓柱狀，彈性構件140可插入其中。彈性構件觸點123可具有其他各種形狀，只要其可維持與彈性構件140之接觸即可。

下部柱塞120可形成為單一本體。

圓筒130中容納上部柱塞110、下部柱塞120、彈性構件140，以及導電構件150。

圓筒130可成形為圓柱狀，其上側開放以便將上部柱塞110插入其中。

圓筒130包含：突起131，其由上部柱塞110之凹槽113固持著；以及尖端132，其防止下部柱塞120向下分離。若施加大於彈性構件140之彈性偏置(bias)力的外力，則下部柱塞120可朝向上部柱塞110移動。尖端132充當擋止件(stopper)，其調節下部柱塞120之向下移動。

圓筒130中容納上部柱塞110以及下部柱塞120，以將上部柱塞110之尖端111以及下部柱塞120之尖端121暴露於外。

彈性構件140安置於上部柱塞110與下部柱塞120之間，且彈性地偏置上部柱塞110與下部柱塞120以使其彼此隔開。

彈性構件140可包含導電金屬。

導電構件150電性連接上部柱塞110與下部柱塞120。

導電構件150之第一末端接觸上部柱塞110之彈性構件觸點115，且導電構件150之第二末端接觸下部柱塞120之彈性構件觸點123。

導電構件150之第一末端以及第二末端維持與彈性構件觸點115以及彈性構件觸點123之接觸，而與下部柱塞120向上移動還是向下移動無關。

導電構件150可在上部柱塞110與下部柱塞120彼此隔開的方向上施加彈力至上部柱塞110與下部柱塞120的至少其中之一。如圖1所示，導電構件150可成形為盤簧狀。導電構件150之外徑小於彈性構件140之內徑。因此，導電構件150可容納於彈性構件140中。

導電構件150可包含導電金屬。在一些情況下，導電構件150可包含導電橡膠或導電塑膠。當諸如矽之非導電材料中包含多個導電金屬球時，導電橡膠可具有導電性質。導電構件150之材料並不限於前述材料，且可包含其他各種材料，只要其可導電即可。

導電構件150之導電性較佳等於或高於圓筒130之導電性。圓筒130充當殼體且可導電，殼體中容納柱塞110以及柱塞120、彈性構件140以及導電構件150。因此，具有髙機械強度以及良好導電性的材料可用於圓筒130。

導電構件150可由導電性等於或高於彈性構件140之導電性的材料製成。

導電構件150可與上部柱塞110以及下部柱塞120包含相同之材料。

在前述組態下，探針100容納於插座外殼210中。

插座外殼210中容納且支撐該探針100，以將上部柱塞110之尖端111以及下部柱塞120之尖端121暴露於外。

若握持半導體元件10之操作者(未圖示)向下按壓半導體元件10，且使半導體元件10之焊球11接觸上部柱塞110，則測試信號(電流)經由彼此接觸之下部柱塞120與承載板20而自承載板20傳輸至半導體元件10。彈性構件140可吸收可能由向下按壓半導體元件10而引起的任何衝擊(shock)。

由測試器之承載板20施加之測試信號(電流)根據以下三條路徑，經由上部柱塞110而傳輸至半導體元件10之焊球11：

1)　第一路徑：接觸焊墊21之下部柱塞120→彈性構件140→上部柱塞110；

2)　第二路徑：下部柱塞120→導電構件150→上部柱塞110；以及

3)　第三路徑：下部柱塞120(藉由下部柱塞120之主體122與圓筒130之尖端132之接觸)→圓筒130→上部柱塞110。

以上三條路徑與具有三個並列電路之閉合電路具有相同組態。因此，探針100之總體電阻值顯著減小以穩定地傳輸該測試信號。

在本發明之第一例示性實施例中，上部柱塞110黏附至圓筒130，且下部柱塞120相對於圓筒130而上下移動，但不限於此。或者，上部柱塞110可上下移動，且下部柱塞120可黏附至圓筒130。

圖2繪示比較根據本發明之第一例示性實施例之探針100與不具有導電構件160的探針之電阻值之圖表。

如圖1所示，導電構件150可包含盤簧。分別對100個探針進行測試。

對於每一探針，量測上部柱塞與下部柱塞之間的總電阻值，且計算平均值與標準差。總電阻值意謂來自下部柱塞與上部柱塞之間的三條信號傳輸路徑的電阻值之總和。

在不存在導電構件150之情況下([表1]中之「B」)，自100個探針量測之電阻值(mΩ)最大值為90.8，最小值為18.9，平均值為27.3，且標準差為7.0。

根據本發明之第一例示性實施例，在存在導電構件160之情況下([表1]中之「A」)，自相同數目之探針量測之電阻值(mΩ)最大值為41.6，最小值為15.0，平均值為19.3，且標準差為3.1。

將上述內容如下概述於表格中。

概言之，根據本發明之第一例示性實施例，若於探針100中設置導電構件160，則平均電阻值減小約30%，且標準差減小55%或更多。意即，根據第一例示性實施例之探針100具有更穩定之電阻值，且因此在測試器與半導體元件之間穩定地傳輸該測試信號。

如圖3至圖5所示，根據本發明之第二例示性實施例之探針100a包含上部柱塞110、下部柱塞120、彈性構件140、導電構件160以及圓筒130。

在根據本發明之第一例示性實施例之導電構件150的情況下，導電構件150之多個相對末端分別接觸上部柱塞110與下部柱塞120。同時，根據本例示性實施例之導電構件160的多個相對末端的至少其中之一並不接觸上部柱塞110與下部柱塞120。

圖3以及圖4繪示第一末端被隔開而不與上部柱塞110接觸之導電構件160。然而，導電構件160之多個相對末端可與上部柱塞110以及下部柱塞120隔開而不與其接觸。在此種情況下，導電構件160可由圓筒130經由連接至圓筒130之連接件(未圖示)來支撐。

如圖5所示，由於導電構件160之外徑小於彈性構件140之內徑，故導電構件160可容納於彈性構件140中。

導電構件160之第一末端與上部柱塞110隔開達一預定間隙G，且其第二末端接觸下部柱塞120。

返回至圖3，除非半導體元件10向下移動，且焊球11接觸上部柱塞110並施加外力至探針100a，否則上部柱塞110與下部柱塞120由彈性構件140彼此隔開。因此，導電構件160的多個相對末端的至少其中之一是與上部柱塞110以及下部柱塞120隔開而不與其接觸。

導電構件160在不被按壓時具有長度H1。

上部柱塞110與下部柱塞120之間的間隙為G+H1。

如圖4所示，若將外力施加至探針100a，則上部柱塞110以及下部柱塞120克服彈性構件140之彈性偏置力而移動且彼此接近。更具體言之，由於上部柱塞110黏附至圓筒130，且下部柱塞120由承載板20支撐，故彈性構件140被壓縮，且上部柱塞110以及圓筒130向下移動。接著，上部柱塞110之彈性構件觸點115接觸導電構件160。因此，測試信號(電流)得以經由導電構件160、彈性構件140以及上部柱塞110而自承載板20傳輸至半導體元件10。

意即，根據第二例示性實施例，導電構件160僅當測試半導體元件10時才同時接觸上部柱塞110以及下部柱塞120。若未進行測試，則導電構件160與上部柱塞110以及下部柱塞120兩者皆隔開，或與上部柱塞110以及下部柱塞120的至少其中之一隔開而不接觸。

當因向下按壓半導體元件10而使圓筒130向下移動時，圓筒130之內側與下部柱塞120之外表面彼此接觸，且形成下部柱塞120、圓筒130以及上部柱塞110之電流傳輸路徑。此外，亦形成下部柱塞120、彈性構件140以及上部柱塞110之路徑以及下部柱塞120、導電構件160以及上部柱塞110之路徑。因此，可更穩定地傳輸該測試信號。

圓筒130在施加外力前後之移動距離J是與導電構件160與上部柱塞110之間的預定間隙G相同或大於該預定間隙G。該移動距離J屬於圓筒之尖端132在施加外力前之位置Y0與施加外力後之位置Y1之間的差異。

意即，上部柱塞110與下部柱塞120之間在施加外力後之間隙H2是與導電構件160之長度H1相同或小於該長度H1(H2<H1)。

如圖6所示，根據本發明之第三例示性實施例之探針100b包含上部柱塞110、下部柱塞120、彈性構件140、導電構件170以及容納前述元件之圓筒130。

根據第二例示性實施例之導電構件160包含盤簧，但根據第三例示性實施例之導電構件170可包含圓柱形管，但不限於此。或者，根據本例示性實施例之導電構件170可具有各種形狀，例如三角形、矩形或其他多邊形或橢圓形。

下部柱塞120可更包含朝向導電構件170突出之突起124。成形為桿狀之導電構件170可以按壓方式插入於突起124中。

導電構件170可包含薄且可高度地導電之金屬。

導電構件170可包含導電合成樹脂(conductive synthetic resin)。導電合成樹脂中可包括具有多個金屬球之矽樹脂或橡膠以具有導電性。導電構件170可改變，只要其可導電即可。

突起(未圖示)可形成於導電構件170中，且插入部(未圖示)可形成於下部柱塞120中而以按壓方式將突起插入其中。所述插入部可包含凹槽或突起。

如圖7所示，根據本發明之第四例示性實施例之探針100c包含上部柱塞110、下部柱塞120、彈性構件190、導電構件180以及容納前述元件之圓筒130。

彈性構件190之多個相對末端接觸上部柱塞110以及下部柱塞120，且彈性地偏置柱塞110與120以使其彼此隔開。

導電構件180設於彈性構件190外部。意即，導電構件180之內徑大於彈性構件190之外徑。

導電構件180之第一末端與上部柱塞110隔開達預定間隙G，且其第二末端接觸下部柱塞120。當施加外力時，導電構件180之多個相對末端可與上部柱塞110以及下部柱塞120隔開。在施加外力的情況下，意即，僅當半導體元件10向下移動且按壓上部柱塞110時，上部柱塞110與下部柱塞120之間的間隙才減小，且導電構件180之多個相對末端可接觸上部柱塞110以及下部柱塞120。

如圖8所示，根據本發明之第五例示性實施例之探針100d包含上下移動之上部柱塞110a、下部柱塞120、彈性地偏置上部柱塞110a與下部柱塞120以使其彼此隔開之彈性構件140、導電構件150以及圓筒130a。

儘管根據第一至第四例示性實施例之上部柱塞110黏附至圓筒130，但根據本例示性實施例之上部柱塞110a可相對於圓筒130a而上下移動。

圓筒130a將上部柱塞110a以及下部柱塞120可移動地容納於其中。

圓筒130a更包含尖端133，所述尖端133向內彎曲以防止上部柱塞110a向上分離。

在受到壓力時，上部柱塞110a向下移動，且上部柱塞110a之圓錐形彈性構件觸點115接觸導電構件150。因此，測試信號(電流)經由下部柱塞120、圓筒130a、導電構件150以及彈性構件140而傳輸至上部柱塞110a。

如圖9所示，根據本發明之第六例示性實施例之探針100e包含上下移動之上部柱塞110a、下部柱塞120a、彈性地偏置上部柱塞110a與下部柱塞120a以使其彼此隔開之彈性構件140、導電構件170以及圓筒130a。

如上所述，根據本發明之探針具有以下效果：

1)　由於在探針中設有另一導電構件，故可穩定地傳輸一測試信號；

2)　可獲得相對簡單之組態，且可改良導電性；以及

3)　可降低測試成本。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．半導體元件

11．．．焊球

20．．．承載板

21．．．焊墊

100．．．探針

100a．．．探針

100b．．．探針

100c．．．探針

100d．．．探針

100e．．．探針

110．．．上部柱塞

110a．．．上部柱塞

111．．．尖端

113．．．凹槽

115．．．彈性構件觸點

120．．．下部柱塞

121．．．尖端

122．．．主體

123．．．彈性構件觸點

124．．．突起

130．．．圓筒

130a．．．圓筒

131．．．突起

132．．．尖端

133．．．尖端

140．．．彈性構件

150．．．導電構件

160．．．導電構件

170．．．導電構件

180．．．導電構件

190．．．彈性構件

210．．．插座外殼

D1．．．外徑

D2．．．內徑

D3．．．內徑

G．．．間隙

H1．．．長度

H2‧‧‧間隙

J‧‧‧移動距離

Y0‧‧‧位置

Y1‧‧‧位置

圖1為根據本發明之第一例示性實施例之探針以及容納有所述探針之測試插座之示意性剖視圖。

圖2繪示用於比較本發明之第一例示性實施例之探針的電阻之圖表。

圖3以及圖4為根據本發明之第二例示性實施例之探針在接受外力前後的縱向剖面圖。

圖5為圖3中之探針之橫剖面圖。

圖6為根據本發明之第三例示性實施例之探針的示意性縱向剖面圖。

圖7為根據本發明之第四例示性實施例之探針的示意性縱向剖面圖。

圖8為根據本發明之第五例示性實施例之探針的示意性縱向剖面圖。

圖9為根據本發明之第六例示性實施例之探針的示意性縱向剖面圖。

10．．．半導體元件

11．．．焊球

20．．．承載板

21．．．焊墊

100．．．探針

110．．．上部柱塞

111．．．尖端

113．．．凹槽

115．．．彈性構件觸點

120．．．下部柱塞

121．．．尖端

122．．．主體

123．．．彈性構件觸點

130．．．圓筒

131．．．突起

132．．．尖端

140．．．彈性構件

150．．．導電構件

210．．．插座外殼

Claims (5)

1. 一種探針，其電性連接半導體元件與測試器以測試所述半導體元件，所述探針包含：上部柱塞，其經組態以電性連接至所述半導體元件；下部柱塞，其經組態以電性連接至所述測試器；彈性構件，其安置於所述上部柱塞與所述下部柱塞之間，且彈性地偏置所述上部柱塞與所述下部柱塞以使各柱塞彼此隔開；導電構件，其安置於所述彈性構件內部或外部且電性連接所述上部柱塞與所述下部柱塞；以及圓筒，其中容納所述上部柱塞、所述下部柱塞、所述彈性構件以及所述導電構件，其中所述導電構件不與所述圓筒實質接觸，而由所述測試器施加之測試信號是分別經由所述彈性構件、所述導電構件以及所述圓筒在所述上部柱塞與所述下部柱塞之間進行傳輸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之探針，其中所述導電構件僅當所述上部柱塞與所述下部柱塞的至少其中之一朝向所述上部柱塞與所述下部柱塞其中之另一者移動時才電性連接所述上部柱塞與所述下部柱塞。
3. 如申請專利範圍第1項所述之探針，其中所述導電構件選擇性地接觸所述上部柱塞與所述下部柱塞的至少其中之一。
4. 如申請專利範圍第3項所述之探針，其中所述導電構件將彈力施加至所述上部柱塞與所述下部柱塞的至少其 中之一，以使所述上部柱塞與所述下部柱塞彼此隔開。
5. 如申請專利範圍第4項所述之探針，其中所述導電構件包含導電盤簧以及導電橡膠的至少其中之一。