TWI428606B - Vertical probe unit and its supporting structure and supporting structure - Google Patents

Description

垂直式探針單元及其支撐結構與支撐結構製法

本發明係與垂直式探針卡有關，更詳而言之是指一種垂直式探針單元及其支撐結構與支撐結構製法。

已知垂直式探針外型因應不同檢測環境的要求而衍生出多種態樣，例如彈簧式探針或是方型探針等。前述垂直式探針並藉由穿過至少一個支撐結構體上的穿孔而獲得限位，並可穩定地上下移動。

而隨著待測電子元件的縝密佈設，迫使垂直式探針卡上的複數探針，必須減縮間距方可因應檢測使用之需求，為此，一種微機電垂直式探針卡(MEMS Vertical Probe Card)便應運而生，然，在一種使用如圖1所示方型探針1的微機電垂直式探針卡中，卻因為方型探針1的特殊外型使得彼此間距難能再減縮，更具體地說，現有支撐結構用以提供方型探針1穿過的穿孔，因受制於製作成本及加工方法而僅得以圖2所示的圓形孔2製作，且圓形孔2之孔徑必須大於方型探針1的對角線，如此方使得方型探針1可自由地在圓形孔2中移動，卻也因為如此，使得相鄰圓形孔2彼此的中心距離L1難以再減縮，換言之，在不縮小方型探針之橫向截面積的情況下，該些方型探針1的間距即無法再壓縮，相對地造成無法應用於更高精密度排列的電子元件檢測使用。前述情形不僅存在於方型探針1中，舉凡其橫向截面為矩形者，皆有此問題的存在。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種垂直式探針單元，主要提供具有矩形穿孔的支撐結構以供探針穿設。本發明另提供支撐結構，具有減縮相鄰探針間距之效，以使探針卡能應用於更高精密度排列的電子元件檢測使用。

緣以達成上述目的，本發明所提供的垂直式探針單元包含一支撐結構與一探針。其中，支撐結構包含有一支撐板、複數第一凹槽與複數第二凹槽，支撐板具有一板厚、一頂面與一底面；該些第一凹槽沿著一第一方向並列設於該支撐板的頂面，且第一凹槽具有一第一槽深；該些第二凹槽沿著一與該第一方向垂直交錯之第二方向並列設於該支撐板的底面，第二凹槽具有一第二槽深，且第二槽深與第一槽深的和不小於該支撐板的板厚，以使第二凹槽與第一凹槽之每一交錯處形成一個不可導電的矩形穿孔，而探針則穿設矩形穿孔。

依據上述構思，當探針為具有一外徑大於矩形穿孔孔徑的針身，以及一外徑小於矩形穿孔孔徑的針尖時，只有針尖可穿過矩形穿孔。

依據上述構思，本發明的第一凹槽與第二凹槽之至少其中之一者的槽深大於該支撐板板厚的一半，據以確保矩形穿孔的形成。

依據上述構思，為獲得該不可導電的矩形穿孔，本發明之支撐板可為不可導電材質製成，或支撐板為可導電材質製成，但於孔壁設有一絕緣膜者。

本發明另提供一種製作垂直式探針支撐結構的方法，包括步驟有：提供一不可導電的支撐板；對該支撐板的頂面切割出複數道平行的第一凹槽；對該支撐板的底面切割出複數道平行的第二凹槽，且第二凹槽與第一凹槽相連通，而於每一連通部位形成一個矩形穿孔。

或，支撐板為導電材質，再於經過切割出第一凹槽與第二凹槽，並獲得矩形穿孔之後，復施以一絕緣處理，以使矩形穿孔的孔壁形成不可導電。

在一實施例中，係以圓盤鋸、線鋸或帶鋸等機構對支撐板進行切割。

為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖示詳細說明如后。

圖3及圖4所示為本發明一較佳實施例的垂直式探針支撐結構10，其安裝於電路板與待測物件之間(圖未示)，用以穩定方型探針使用，以下敘述該支撐結構10的細部構造及其製作方法。

請配合圖7之製作流程圖，首先，選擇一不可導電的支撐板12作為該支撐結構10的主體，該支撐板12板厚H，且具有一頂面12a與一底面12b。

安置支撐板12於一加工機具上，並選擇厚度為150nm的圓盤鋸(圖未示)作為切割用刀具，藉由自動化機具的設定控制，以對支撐板12的頂面12a精準地完成複數道平行的第一凹槽14的切割，如圖3所示，於此定義該些第一凹槽14係沿著一第一方向D1並列設置，且第一凹槽14的切割深度為第一槽深h1。

接著翻轉支撐板12，並控制圓盤鋸繼續對支撐板12的底面12b精準地完成複數道平行的第二凹槽16的切割，如圖4所示，於此定義該些第二凹槽16係沿著一第二方向D2並列設置，且第二方向D2是與第一方向D1呈垂直交錯；另，第二凹槽16的切割深度為第二槽深h2，且第二槽深h2與第一槽深h1的和是以不小於該支撐板12的板厚H方式設計，又以第二槽深h2與第一槽深h1的和大於該支撐板12的板厚H為佳。藉此，以確保第二凹槽16與第一凹槽14的每一個交錯處皆形成有一個不可導電的矩形穿孔18，如圖5所示，矩形穿孔18即是提供圖6所示的方型探針20穿設，以使方型探針20獲得穩定支撐，並可在矩形穿孔18中移動。

比較圖6所示的矩形穿孔18與上述圖2所示的已知圓形孔2結構，可發現在方型探針的橫向截面積皆相同的情況下，本發明兩個相鄰矩形穿孔18的中心距離L2將減縮至小於已知相鄰圓形孔2的中心距離L1，換言之，在相同大小的支撐結構上，本發明可設置更多個矩形穿孔18，以提供更多方型探針20穿設並縝密排列，如此使得應用本發明支撐結構10的探針卡，能適用於更高精密度排列的電子元件檢測使用。

上述實施例中，第一凹槽14與第二凹槽16的切割深度(即槽深)是以略大於該支撐板12板厚H一半的方式來製得矩形穿孔18，惟，各凹槽的實際切割深度並不以必須超過板厚H的一半來製作，可視實際的需要而對其中一凹槽施以較多的切割深度，例如超過板厚H的2/3，另一凹槽則施以不超過板厚H一半的切割深度，如板厚H的1/3。總之，只要第一槽深h1與第二槽深h2的和大於支撐板12板厚H，即可達成製得矩形穿孔18的目的。

另，上述實施例之圓盤鋸的厚度不以150nm為限，其可視技術的發展與實際需求而選擇使用不同厚度的圓盤鋸。其次，在實施例中，是選擇以圓盤鋸作為切割用刀具，惟必須說明的是，用以製作凹槽的刀具另可選自線鋸或帶鋸。

值得一提的是，用以支撐方型探針的支撐結構不以一個為限，可視需求而採用兩個或兩個以上的支撐結構，例如，使用兩個支撐結構時，即將之分置於方型探針的頂、底端處，以穩定支撐方型探針。

再說明的是，為使矩形穿孔具有不可導電的特性，除了上 述直接選用不可導電材質的支撐板以加工製得之外，亦可如圖8所示的製程，即選擇具導電性的支撐板，再於經過切割出第一凹槽與第二凹槽，且獲得矩形穿孔之後，必須再經過一道絕緣處理，以使矩形穿孔的孔壁形成有一絕緣膜以達杜絕導電之目的。

最後說明的是，上述支撐結構10除了提供方型探針20直接穿設以外，亦得適用於另一種具有不同外徑變化的探針使用，如圖9所示之探針30即具有一針身32與一針尖34，其中，針身32的橫向截面呈矩形，且針身外徑d1大於矩形穿孔18的孔徑，針尖34連接於針身32的底面，針尖外徑d2小於矩形穿孔18的孔徑，藉此，於針尖34穿過矩形穿孔18時，針身32底面接觸支撐板12的表面，以達控制針尖34穿出支撐板12以外長度的目的。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構及製作方法變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

10．．．支撐結構

12．．．支撐板

12a．．．頂面

12b．．．底面

14．．．第一凹槽

16．．．第二凹槽

18．．．矩形穿孔

20．．．方型探針

30．．．探針

32．．．針身

34．．．針尖

D1．．．第一方向

D2．．．第二方向

d1．．．針身外徑

d2．．．針尖外徑

H．．．板厚

h1．．．第一槽深

h2．．．第二槽深

L2．．．相鄰矩形穿孔的中心距離

圖1為方型探針的立體圖；

圖2為已知支撐結構之圓形孔與方型探針的示意圖；

圖3為本發明一較佳實施例之支撐結構的立體圖；

圖4為本發明上述較佳實施例之支撐結構的另一角度立體圖；

圖5為本發明上述較佳實施例之支撐結構的剖視圖；

圖6為本發明支撐結構之矩形穿孔與方型探針的示意圖；

圖7為本發明用以製作支撐結構的流程圖；

圖8為本發明另一種用以製作支撐結構的流程圖；

圖9為本發明支撐結構與一種具有不同外徑變化的探針使用之示意圖。

10．．．支撐結構

12．．．支撐板

12a．．．頂面

14．．．第一凹槽

16．．．第二凹槽

D1．．．第一方向

D2．．．第二方向

H．．．板厚

h1．．．第一槽深

Claims (16)

1. 一種垂直式探針支撐結構，包含有：一支撐板，具有一板厚、一頂面與一底面；複數第一凹槽，係沿著一第一方向並列設於該支撐板的頂面，且第一凹槽具有一第一槽深；以及複數第二凹槽，係沿著一與該第一方向垂直交錯之第二方向並列設於該支撐板的底面，第二凹槽具有一第二槽深，且第二槽深與第一槽深的和不小於該支撐板的板厚，以使第二凹槽與第一凹槽之每一交錯處形成一個不可導電的矩形穿孔。
2. 如請求項1所述之垂直式探針支撐結構，其中，第一凹槽與第二凹槽之至少其中之一者的槽深大於該支撐板板厚的一半。
3. 如請求項1所述之垂直式探針支撐結構，其中該支撐板是以不可導電材質製成。
4. 如請求項1所述之垂直式探針支撐結構，其中該支撐板之矩形穿孔孔壁設有一絕緣膜。
5. 一種如請求項1所述垂直式探針支撐結構之製法，包括下列步驟：提供一不可導電的支撐板；對該支撐板的頂面切割出複數道平行的第一凹槽；以及對該支撐板的底面切割出複數道平行的第二凹槽，且第二凹槽與第一凹槽相連通，而於每一連通部位形成一個矩形穿孔。
6. 如請求項5所述垂直式探針支撐結構之製法，其中，第一凹槽與第二凹槽之至少其中之一者的切割深度係大於該支撐板板厚的一半。
7. 如請求項5所述垂直式探針支撐結構之製法，係以圓盤鋸、線鋸或帶鋸對支撐板進行切割。
8. 一種如請求項1所述垂直式探針支撐結構之製法，包括下列步驟：提供一導電材質的支撐板；對該支撐板的頂面切割出複數道平行的第一凹槽；對該支撐板的底面切割出複數道平行的第二凹槽，且第二凹槽與第一凹槽相連通，而於每一連通部位形成一個矩形穿孔；以及施以一絕緣處理，以使矩形穿孔的孔壁形成不可導電。
9. 如請求項8所述垂直式探針支撐結構之製法，其中，第一凹槽與第二凹槽之至少其中之一者的切割深度係大於該支撐板板厚的一半。
10. 如請求項8所述垂直式探針支撐結構之製法，係以圓盤鋸、線鋸或帶鋸對支撐板進行切割。
11. 一種垂直式探針單元，包含：一支撐結構，包括有：一支撐板，具有一頂面與一底面；複數個矩形穿孔，係貫穿該支撐板的頂面與底面，且矩形穿孔的壁面為絕緣；一探針，具有一外徑大於矩形穿孔孔徑的針身，以及一外徑小於矩形穿孔孔徑的針尖，且該針尖穿過矩形穿孔。
12. 如請求項11所述之垂直式探針單元，其中該支撐結構包括有複數第一凹槽與複數第二凹槽，其中該些第一凹槽並列設於該支撐板的頂面，且第一凹槽具有一第一槽深，該些第二凹槽並列設於該支撐板的底面，且與第一凹槽呈垂直交錯，第二凹槽具有一第二槽深；該支撐板具有一板厚，該板厚不大於第一槽深與第二槽深的和，以使第一凹槽與第二凹槽的每一交錯處形成該絕緣的矩形穿孔。
13. 如請求項12所述之垂直式探針單元，其中，第一凹槽與第二凹槽之至少其中之一者的槽深大於該支撐板板厚的一半。
14. 如請求項12所述之垂直式探針單元，其中該支撐板是以不可導電材質製成。
15. 如請求項12所述之垂直式探針單元，其中該支撐板之矩形穿孔孔壁設有一絕緣膜。
16. 如請求項12所述之垂直式探針單元，其中該探針的針身之橫向截面呈矩形。