TWI479156B - 探針單元 - Google Patents

Description

探針單元

本發明是關於一種被使用在半導體積體電路或液晶面板等之檢查對象的導通狀態檢查或動作特性檢查的探針單元。

以往，要進行半導體積體電路或液晶面板等之檢查對象的導通狀態檢查或動作特性檢查時，為了謀求檢查對象與輸出檢查用信號的信號處理裝置之間的電性連接，會使用收容有複數個接觸探針的探針單元。探針單元中，隨著近年來半導體積體電路或液晶面板的高積體化、微細化的發展，藉由將接觸探針間的間距狹小化，來使之亦可適用於高積體化、微細化之檢查對象的技術正在逐步進展。

就半導體積體電路或液晶面板等之檢查對象的導通狀態檢查或動作特性檢查而言，可列舉4端子測定法。就該4端子測定法而言，揭示了一種藉由保持在導板的一組接觸探針(探針群)，使各接觸探針的前端與接觸對象(被測定體)接觸以測定電特性的探針單元之製造方法(例如，參照專利文獻1)。

專利文獻1所示的接觸探針是一端分別與導線接觸，在另一端與接觸對象接觸。此處的探針群是同時與接觸對象接觸，藉此進行4端子測定。根據專利文獻1，藉由在探針群的各接觸探針中，使與插通在導板之方向正交的方向的各個直徑不同，可有效率地配設接觸探針。

(先行技術文獻) (專利文獻)

(專利文獻1)日本特開2009-74963號公報

話說回來，在接觸對象有各種形狀，例如半球狀、鉛錘狀、平板狀。在此，接觸對象為半球狀的情況，若使用專利文獻1所揭示的接觸探針來進行4端子測定法，則使與接觸對象接觸的端部是形成平面的兩根接觸探針同時接觸時，至少一方的接觸探針會從半球狀的中心偏離地接觸，因此會有接觸探針在接觸對象的表面滑落，並且從接觸對象脫落之情形。由於接觸探針從接觸對象的脫落，而有可能在與接觸對象之間無法獲得確實的導通之疑慮。

本發明是鑒於上述情況而研創者，其目的在於提供一種在與接觸對象之間可獲得確實之導通的探針單元。

為了解決上述課題，並達成目的，本發明之探針單元是具有：包括數量在兩個以上的接觸探針的複數個探針群，各接觸探針是在長邊方向的一方端部側與被接觸體之一個電極接觸，在另一方端部側與基板之不同的電極分別接觸，前述接觸探針具有：設在前述長邊方向的一方端部側，具有複數個形成錐形的前端形狀的爪部，並藉由該爪部與前述被接觸體之電極接觸的第1接觸部；設在前述長邊方向的另一方端部側，並且與前述基板中之對應的電極接觸的 第2接觸部；以及設在前述第1接觸部與前述第2接觸部之間，並彈推前述第1及第2接觸部的螺旋彈簧。

又，本發明之探針單元是在上述發明中，前述第1接觸部具有4個以上的前述爪部。

又，本發明之探針單元是在上述發明中，前述第1接觸部具有6個以上10個以下的前述爪部。

本發明之探針單元是在4端子測定中，係設成使在一方端部側與同一電極接觸，在另一方端部側與不同的電極分別接觸的兩個接觸探針，相對於一方端部側的電極，藉由具有複數個爪部的前端部分別接觸，因此具有在與接觸對象之間可獲得確實之導通的效果。

以下，藉圖式一起來詳細說明本發明之實施形態。此外，本發明並不受以下實施形態所限定。而且，在以下的說明中所參照的各圖只不過是以可理解本發明之內容的程度概略顯示出形狀、大小及位置關係。亦即，本發明並不僅限於各圖所例示的形狀、大小及位置關係。

第1圖是顯示本發明之實施形態的探針單元1之構造的斜視圖。第1圖所示的探針單元1是進行作為檢查對象物(被接觸體)的半導體積體電路100之電特性檢查時所使用的裝置，是將半導體積體電路100與輸出檢查用信號至半導體積體電路100的電路基板200之間電性連接的裝置。

探針單元1具有：包括數量在兩個以上(本實施形態 為兩個)的接觸探針2a(以下簡稱為「探針2a」)的複數個探針群2，接觸探針2a是在長邊方向的一方端部側與屬於被接觸體的半導體積體電路100之一個電極接觸，在另一方端部側與電路基板200之不同的電極分別接觸；依預定的圖案收容並保持複數個探針群2的探針保持具3；以及設在探針保持具3的周圍，用來抑制檢查時與複數個探針群2接觸的半導體積體電路100產生位置偏移的保持具構件4。

第2圖是顯示收容在探針保持具3的探針群2的詳細構造圖。第2圖所示的探針群2是以高度齊一的方式，將使用導電性材料所形成的兩個探針2a並列配設而形成。探針2a具備：進行半導體積體電路100之檢查時與該半導體積體電路100之連接用電極接觸的第1插棒(plunger)21；與具備檢查電路的電路基板200之電極接觸的第2插棒22；以及設在第1插棒21與第2插棒22之間，將兩個第1插棒21及第2插棒22伸縮自如地加以連結的螺旋彈簧23。構成探針2a的第1插棒21及第2插棒22、以及螺旋彈簧23具有同一軸線。探針2a在使半導體積體電路100與其接觸時，螺旋彈簧23會朝軸線方向伸縮，藉此緩和對於半導體積體電路100之連接用電極的衝擊，並且對半導體積體電路100及電路基板200施加荷重。

第1插棒21在同軸上具備：本身具有複數個形成尖細之前端形狀的爪部21b的前端部21a(第1接觸部)；從前端部21a的基端側延伸，並且具有比前端部21a之直徑 大的直徑的突緣部21c；從突緣部21c之與前端部21a相連之側不同的端部延伸，並且具有比突緣部21c之直徑小的直徑的凸座部21d；以及從凸座部21d之與突緣部21c相連之側不同的端部延伸，並且具有與凸座部21d之直徑大致同一直徑的基端部21e。又，基端部21e是形成前端經過R倒角加工的形狀。

第2插棒22在同軸上具備：具有尖細之前端形狀的前端部22a；從前端部22a的基端側延伸，並且具有比前端部22a之直徑大的直徑的突緣部22b；從突緣部22b之與前端部22a相連之側不同的端部延伸，並且具有與凸座部21d之直徑大致同一直徑的凸座部22c；以及從凸座部22c之與突緣部22b相連之側不同的端部延伸，並且具有與凸座部21d、22c之直徑大致同一直徑的基端部22d。該第2插棒22可藉由螺旋彈簧23的伸縮作用朝軸線方向移動，並藉由螺旋彈簧23的彈力朝電路基板200方向彈推，與電路基板200的電極接觸。此外，第2接觸部是對應於前端部22a及突緣部22b。

螺旋彈簧23之第1插棒21側是以與凸座部21d之直徑大致同一內徑捲繞的密捲部23a，另一方面，第2插棒22側是以基端部22d之直徑以上的內徑及預定間距捲繞的疏捲部23b。密捲部23a的端部在例如與凸座部21d大致相等內徑的情況，是被壓入凸座部21d而抵接於突緣部21c。另一方面，疏捲部23b的端部是被壓入凸座部22c，而抵接於突緣部22b。此外，螺旋彈簧23之密捲部23a及 疏捲部23b的內徑最好是以同一內徑捲繞。此時，第1插棒21、第2插棒22及螺旋彈簧23亦可藉由焊接而接合。

螺旋彈簧23所使用的線材可使用具有如下述彈簧特性(行程)的導電性金屬：施加預定荷重時之疏捲部23b的壓縮量，比施加初始荷重時，例如探針2a收容在探針保持具3之狀態(參照第1圖)的基端部22d與密捲部23a的最短距離大。藉由使用具有該彈簧特性的螺旋彈簧23，便可在對探針2a施加預定荷重的情況下使基端部22d在密捲部23a內滑接，並實現基端部22d與密捲部23a之間的電性導通。

探針保持具3是使用樹脂、可加工陶瓷、矽等的絕緣性材料而形成，而且是積層了位於第2圖之上面側的第1構件31及位於下面側的第2構件32而成。在第1構件31及第2構件32各形成有相同數量之用來收容複數個探針2a的保持具孔33及34，收容探針2a的保持具孔33及34是使彼此的軸線一致而形成。保持具孔33及34的形成位置是依半導體積體電路100的配線圖案而決定。

保持具孔33及34都是形成沿著貫穿方向直徑不同的階梯孔形狀。亦即，保持具孔33是由在探針保持具3之上端面具有開口的小徑部33a、以及直徑比該小徑部33a大的大徑部33b所構成。小徑部33a的直徑比前端部21a的直徑稍大。又，大徑部33b的直徑比突緣部21c的直徑及/或螺旋彈簧23的直徑稍大。

另一方面，保持具孔34是由在探針保持具3之下端 面具有開口的小徑部34a、以及直徑比該小徑部34a大的大徑部34b所構成。小徑部34a的直徑比前端部22a稍大。又，大徑部34b的直徑比突緣部22c的直徑及/或螺旋彈簧23的直徑稍大。這些保持具孔33及34的形狀是依所收容的探針2a的構造而決定。

第1插棒21的突緣部21c係抵接於保持具孔33的小徑部33a與大徑部33b的交界壁面，藉此具有防止探針2a從探針保持具3脫落的功能。又，第2插棒22的突緣部22b係抵接於保持具孔34的小徑部34a與大徑部34b的交界壁面，藉此具有防止探針2a從探針保持具3脫落的功能。此外，保持具孔33、34的各交界壁面亦可為分別對應於突緣部21c、22b、螺旋彈簧23之直徑的階梯形狀。

第3圖是顯示使用了探針保持具3的半導體積體電路100之檢查時的狀態圖。半導體積體電路100之檢查時，由於來自半導體積體電路100的接觸荷重，螺旋彈簧23會形成沿著長邊方向被壓縮的狀態。當螺旋彈簧23被壓縮時，如第3圖所示，第2插棒22的基端部22d會進入密捲部23a內，並且與密捲部23a的內周側滑接。此時，由於第2插棒22的軸線不會大幅晃動，因此基端部22d與密捲部23a之內周的滑接穩定，而且密捲部23a只會稍微地蛇行，因此基端部22d與螺旋彈簧23的接觸阻力穩定，可獲得確實的導通。

檢查時，從電路基板200供應至半導體積體電路100的檢查用信號係從電路基板200的電極201、202分別經由 探針2a到達半導體積體電路100的連接用電極101。具體而言是在探針2a，經由第2插棒22、密捲部23a、第1插棒21到達半導體積體電路100的連接用電極101。如此，在探針2a，第1插棒21與第2插棒22會經由密捲部23a而導通。因而可使電信號的導通路徑最小化。因此，可在檢查時防止信號流到疏捲部23b，並謀求電感的降低及穩定化。此外，兩個電極201、202是例如，電極201為測定用的電極(Sense)，電極202是送電用的電極(Force)。

又，由於爪部21b的前端是形成尖細狀，因此即使在連接用電極101的表面形成有氧化膜，也可刺破氧化膜，使爪部21b的前端直接與連接用電極101接觸。各探針2a是使探針2a的中心軸Na從通過半球狀的連接用電極101之中心的軸Nb偏移而接觸。此外，探針2a的配置最好是中心軸Na比連接用電極101之半導體積體電路100側的端部(外緣)更靠近軸Nb側。

在此，爪部21b是沿著前端部21a的外緣設置複數個，任一頂點都會與連接用電極101的表面接觸。此外，爪部21b最好是在前端部21a的端部，使爪部21b的形成區域將與前端部21a延伸之方向垂直的方向的端面均等平分，並設置四個以上。

第4及5圖是顯示探針2a的前端部21a之構造的示意俯視圖。第4圖是顯示在兩個探針2a中爪部21b的頂點21f之間的距離接近的狀態圖。又，第5圖是顯示兩個探針2a之爪部21b的頂點21f之間的距離最為分開的狀態 圖。此外，第4及5圖是以設在前端部21a的爪部21b有八個為例加以說明。又，第4及5圖是將兩個前端部21a的中心軸Na(參照第3圖)之間的距離設定為d1。

如第4圖所示，在兩個探針2a中，將爪部21b的頂點21f之間的距離最靠近時的距離設定為d2。並且如第5圖所示，在兩個探針2a中，將爪部21b的頂點21f之間的距離最遠離時的距離設定為d3。此時，第4圖所示的距離d2是依前端部21a之與長邊方向垂直之方向的直徑及/或兩個探針2a的配設位置來決定。此外，為了獲得與連接用電極101之穩定的接觸，最好盡量縮小該距離d2。

另一方面，如第5圖所示，從第4圖的爪部21b之配置，使前端部21a(探針2a)繞著中心軸Na旋轉(爪部21b有八個的情況是旋轉22.5°)時，爪部21b之間的距離會變大。該距離d3除了依前端部21a之與長邊方向垂直之方向的直徑及/或兩個探針2a的配設位置來決定，亦可依設在前端部21a的爪部21b的數量而改變。

在此，兩個爪部21b的頂點21f之間的距離可視為前端部21a繞著中心軸Na旋轉時，頂點21f通過的軌跡L上的點之間的距離。此時，例如如第6圖所示，假設由於前端部21a的旋轉，頂點21f會通過軌跡L上，將兩個探針2a之各頂點21f最接近的位置(連結各中心軸Na間的直線與軌跡L交叉的位置)設定為A₀ 。並將由此位置A₀ 旋轉角度θ₁ (例如θ₁ =22.5°)時頂點21f所移動的位置設定為A₁ 。將從位置A₀ 旋轉角度θ₂ (例如θ₂ =45°)時頂點21f所 移動的位置設定為A₂ 。此外，將此時的位置A₂ 間的距離設定為d₄ 。在該情況，從第6圖亦可明白，距離位置A₀ 的旋轉角度θ(0°<θ≦90°)越大，分開的頂點21f間的距離就越大(d2<d3<d4)。

例如，爪部21b有四個的情況，兩個探針2a中從各爪部21b之頂點21f最接近的位置到距離最遠的位置就是前端部21a繞著中心軸Na旋轉45°。在此，旋轉角度為45°之位置(A₂ )的各頂點21f間的分開距離是如上所述，比旋轉角度為22.5°(爪部21b有八個)之位置(A₁ )時的各頂點21f間的分開距離大。

因此，爪部21b是所設置的數量越多，兩個探針2a的爪部21b之頂點21f間的最大分開距離就越小，因而相對於連接用電極101可維持更穩定的接觸狀態。另一方面，爪部21b的數量過多時，在本實施形態可使用之例如100μm左右之直徑的前端部21a，一個爪部21b相對於該直徑可佔有的區域就會變小，各爪部21b對於與連接用電極101之接觸的耐久性可能會降低。因此，本實施形態的爪部21b最好是在前端部21a設置6至10個。

根據上述實施形態，在4端子測定中，是使在一方端部側與同一電極的連接用電極101接觸，在另一方端部側與不同的電極201、202分別接觸的兩個探針2a，藉由具有複數個爪部21b的前端部21a分別與連接用電極101接觸，因此可在與接觸對象之間獲得確實的導通。

又，由於與連接用電極接觸之側的前端部具有複數個 爪部，因此即使有汙染等之異物附著在前端的爪部或是磨損激烈的爪部存在，不受這些影響的其他爪部的存在機率也會增加，因此比起習知的探針，可使前端部相對於損傷的接觸穩定性提升。

又，由於與連接用電極接觸之側的前端部具有複數個爪部，因此即使探針與連接用電極的接觸位置偏移，包含與原本所要接觸之爪部相鄰的爪部的一個或複數個爪部也會與連接用電極接觸，因此可實現探針與連接用電極之穩定的接觸。

又，由於與連接用電極接觸之側的前端部具有複數個爪部，與連接用電極接觸時的電流值會分散，爪部每一部位的發熱量會變小，因此可降低在探針與連接用電極之間產生的接觸電阻。

在此，上述實施形態說明了連接用電極是形成半球狀的情況，但是亦可為使用於QFP(Quad Flat Package：四方扁平封裝)等之形成平板狀的導線。即使在使探針與導線的接觸面接觸的情況，藉由使複數個爪部接觸，比起如以往平面彼此的接觸，可更為穩定接觸面積，且可實現探針與連接用電極之間的穩定接觸。

又，各突緣部之各前端部側的端部及保持具孔之大徑部與小徑部的各交界壁面亦可形成錐狀。藉此，將探針安裝在保持具時，可更進一步確實地進行探針之與軸線方向垂直之方向的定位。

此外，第2接觸部是說明了前端部22a及突緣部22b， 但是在如第1圖所示之作為探針單元1的一部分而安裝的情況，第2接觸部亦能以只有突緣部22b的構造，在突緣部22b的前端部與電極接觸。

又，在保持探針群2之一組探針2a的保持部(保持具孔)中，說明了在保持具孔33及34之間設有內壁(第1構件31及第2構件32之一部分)的情況，但是亦可為保持具孔33及34之間不具有內壁，而是在連結的空間內保持各探針2a之第1插棒21的一部分、第2插棒22的一部分及螺旋彈簧23。

此外，探針群2所使用的探針2a並不限於由插棒及螺旋彈簧構成，亦可為伸縮探針(pogo pin)或是將線材撓曲成弓狀而獲得荷重的線狀探針。

(產業上的利用可能性)

如以上所述，本發明之探針單元對於在與接觸對象之間獲得確實的導通相當有用。

1‧‧‧探針單元

2‧‧‧探針群

2a‧‧‧接觸探針(探針)

3‧‧‧探針保持具

4‧‧‧保持具構件

21‧‧‧第1插棒

21a、22a‧‧‧前端部

21b‧‧‧爪部

21c、22b‧‧‧突緣部

21d、22c‧‧‧凸座部

21e、22d‧‧‧基端部

22‧‧‧第2插棒

23‧‧‧螺旋彈簧

23a‧‧‧密捲部

23b‧‧‧疏捲部

31‧‧‧第1構件

32‧‧‧第2構件

33、34‧‧‧保持具孔

33a、34a‧‧‧小徑部

33b、34b‧‧‧大徑部

100‧‧‧半導體積體電路

101‧‧‧連接用電極

200‧‧‧電路基板

201、202‧‧‧電極

第1圖是顯示本發明之實施形態的探針單元之構成的斜視圖。

第2圖是顯示本發明之實施形態的探針單元之要部構成的部分剖面圖。

第3圖是顯示本發明之實施形態的半導體積體電路之檢查時的探針單元之要部構成的部分剖面圖。

第4圖是顯示本發明之實施形態的探針單元的要部構成圖。

第5圖是顯示本發明之實施形態的探針單元的要部構成圖。

第6圖是顯示本發明之實施形態的探針單元之接觸探針的爪部頂點之軌跡的示意圖。

2‧‧‧探針群

2a‧‧‧接觸探針(探針)

3‧‧‧探針保持具

21‧‧‧第1插棒

21a、22a‧‧‧前端部

21b‧‧‧爪部

21c、22b‧‧‧突緣部

21d、22c‧‧‧凸座部

21e、22d‧‧‧基端部

22‧‧‧第2插棒

23‧‧‧螺旋彈簧

23a‧‧‧密捲部

23b‧‧‧疏捲部

31‧‧‧第1構件

32‧‧‧第2構件

33、34‧‧‧保持具孔

33a、34a‧‧‧小徑部

33b、34b‧‧‧大徑部

Claims (1)

1. 一種探針單元，係具有：包括數量在兩個以上的接觸探針的複數個探針群，各該接觸探針是在長邊方向的一方端部側與被接觸體之一個電極接觸，在另一方端部側與基板之不同的電極分別接觸，前述接觸探針具有：設在前述長邊方向的一方端部側，具有8個以上10個以下之形成錐形的前端形狀的爪部，並藉由該爪部與前述被接觸體之前述電極接觸的第1接觸部；設在前述長邊方向的另一方端部側，並且與前述基板中之對應的前述電極接觸的第2接觸部；以及設在前述第1接觸部與前述第2接觸部之間，並彈推前述第1及第2接觸部的螺旋彈簧。