TWI541513B - 電子設備之測試裝置測試頭 - Google Patents

Description

電子設備之測試裝置測試頭

本發明係關於一種電子設備之測試裝置測試頭。

本發明尤指但並非僅指此一種電子設備之測試裝置測試頭且整合於晶片上。且以下描述僅為了方便說明而舉例而已，並非以此為限。

眾所皆知地，測試頭實質上為一裝置，其適用於設置微小構造之複數個接觸片。特別是一整合於晶片上之電子裝置，以與量測機器相對應之通道電性連接。而量測機器係執行其功能的檢查，特別是電氣或一般性的測試。

積體化裝置之測試特別是用來偵測及隔離已經在生產步驟中的不良品。一般來說，測試頭因而可在晶片切割(或裁切)及組裝之前，在一包含晶片的封裝中，作電性測試積體化裝置之狀態。

測試頭實質上包含複數個移動接觸元件或複數個接觸式探針，其藉由至少一對薄板或實質上為板狀之導板，以保持彼此平行。而此導板係提供有特殊導孔，且每一導孔間係以一定距離配置，以留一自由區域或空氣區域，而用來讓接觸式探針可以有移動及變形。特別地，上述之一對導板係包含一上導板以及一下導板，且上導板及下導板在探針內為有導孔。一般來說，導板係藉由具有好的電氣及機械特性之特殊合金線軸向滑動而形成。

而確保於接觸探針和作測試的裝置之接觸墊之間適當的連結，其藉由測試頭之壓力於同樣裝置上達成，而接觸探針移動於上導板及下導板之的導孔間，且經過彎曲以壓入接觸、並在二導板間之空氣區域且於這樣的導孔間作一滑動。而此種類型的測試頭通常為垂直探針頭，而英文稱之為「vertical probe」。

而此種接觸探針及導孔類型係被稱之為測試頭或探針頭。

接觸探針具有一接觸尖端，以接觸作為測試裝置之相對應的接觸墊上，以在此裝置和一測試裝置之間執行物性和電性上之接觸，即此測試頭構成一終端元件。一般來說，接觸探針更有一接觸尖端(亦稱為接觸頭)，以朝向空間轉換模組之複數個接觸墊。

一般來說，會提供結合線，將空間轉換模組之接觸墊連接於被稱作負載板之相對應的接觸墊。

製作測試頭的重要參數為在作為測試裝置之接觸墊中心彼此之間的距離(或稱間距)。而此具有提高相關製造技術之積體化電子裝置之間距，事實上已越來越小，而迫使高度封裝之接觸探針要封裝在測試頭內。當要預防探針之間的相互接觸，將會造成接觸探針位置擺放的問題

圖1A係接觸墊在同軸上的分佈配置之示意圖。在許多現今的技術中，作為測試裝置之接觸墊中心彼此之間的距離，其為間距P，如圖1A所示。間距P為降低到30微米至80微米之間。而此間距降低將影響矩陣式接觸墊結構處於一 更嚴苛的條件，如圖1B所示。此示例中，在同一行或同一列上彼此之間接觸墊之接觸中心的距離，即如圖所示之間距P1、P2，係各自地降低至30微米至80微米之間。

由上述可知，作為較新測試裝置之接觸墊結構之間距距離參數之減少將造成有關相鄰探針之間的接觸問題，特別是其凸出部分。

如圖2A所示，事實上，一接觸探針1正常來說具有至少一擴大部，特別是擠壓成型(squeezed)，以對應一探針之前端部分(擴大部1A)，而這就限制了更彼此接近的相鄰探針移動之可能性。特別是接觸探針之擴大部，用來確保探針不會從測試頭之上導板或下導板之相對應的導孔跑出來。因此，接觸探針之擴大部相對於該接觸探針之其他部分來說具有較大區段，特別是擴大部之至少一直徑大於探針體之直徑，而直徑意指此區段具有較大延伸之尺寸面積。

接觸探針之擴大部所增加的尺寸面積將造成上述封裝問題，當然，相鄰探針之間的接觸將更容易，如圖2B及2C所示。其作為測試積體化裝置之接觸墊之矩陣分佈，為分別有關於一縱向或交叉方向。而此種擠壓成型的部分之接觸的問題為出現在圓形截面的探針(擠壓成具有橢圓形狀的部分)以及出現在長方形截面的探針(擠壓成具有長方形狀的部分)，如圖所示。

本發明之實施例係在指明一測試頭，提供複數個接觸探針以與一電子設備之測試裝置作連結，特別是整合在晶片上的測試裝置。而有如此的結構與功能特點，得以克服根據先前技術所困擾系統的限制及缺點，特別是防止任何相鄰的探針之間的接觸，尤其是其擠壓成型的部分。且亦可在接觸墊非常接近架構下高度封裝之接觸探針而具有非常小的間距。

測試頭包含複數個接觸探針，使得相鄰探針分別具有擠壓成型的部分且彼此正交，以降低探針之間的接觸風險，並得以降低探針之間的距離，且因而降低作為測試的積體化裝置之接觸墊之中心的距離(減少間距)。

特別的是，根據作為測試的積體化裝置之相對應接觸探針之分佈方向可知，相鄰探針係為連續排列的。且在此態樣中，連續排列為根據接觸墊之一矩陣分佈之一縱向或交叉方向而完成。

本發明之電子設備之測試裝置測試頭包含一複數個接觸探針，插入具有複數個導孔之至少一上導板及具有複數個導孔之一下導板，並藉由一空氣區域將上導板及下導板彼此分開。接觸探針包含至少一擴大部，以適合於防止接觸探針從導孔脫落。而本發明之測試頭特徵在於，根據作為測試的積體化裝置之接觸墊之分佈方向，相鄰接觸探針之擴大部分別具有較大一端且彼此正交。

更特別的是，本發明包含以下的附加和可選功能特性，以隨需求而採取獨立或組合，如下所示。

根據本發明之一態樣，複數接觸墊可為一矩陣分佈，且根據一縱向和一交叉方向，相鄰接觸探針之擴大部分別具有較大一端且彼此正交。

根據本發明之另一態樣，複數接觸探針之複數擴大部就該接觸探針之一探針體來說可具有一較大區段，特別是擴大部之至少一直徑大於探針體之直徑，而直徑意指一具有擴大部及探針體之各自的區段之較大延伸之尺寸面積。根據本發明之再一態樣，每一接觸探針可更包含一尖端部，逐漸變細且於末端具有一接觸尖端，而此接觸尖端係鄰接在複數接觸墊其中之一上。

此外，根據本發明之一態樣，每一接觸墊可更包含一尖端部，尖端部可提供一鋒片，以與作測試之積體化裝置之對應接觸墊之一凸塊作接觸。

根據本發明之此態樣，相鄰探針之鋒片可彼此正交排列。

而可作為一替代之方式，相鄰探針之鋒片可彼此平行排列。

根據本發明之此態樣，製作鋒片之材質可較製作接觸探針之材質為硬。

特別地，鋒片係可由銠製作，以及接觸探針係可由鎳合金製作。

最後，根據本發明之另一態樣，接觸探針可具有一區段，且接觸探針之區段之直徑範圍為由0.6至3密爾(1/1000 英吋)，以及擴大部可具有具有一區段，且擴大部之區段之直徑範圍可為由0.8至3.5密爾。

以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖式加以闡述。

請參考圖3，係本發明一較佳實施例之積體化裝置之測試頭示意圖。測試頭10包含複數個接觸探針15，以用來測試電子裝置之狀態，特別是晶片上的積體電路。

需注意的是，本發明圖式係顯示根據本實施例之測試頭示意圖，其未依照比例繪示而係繪示以強調本發明之重要技術特徵。

此外，本發明之不同態樣顯示，圖式中之實施例當然可彼此結合且可由某一實施例到另一實施例作交換。

測試頭10安裝複數個接觸探針15且包含至少一上導板11及至少一下導板12。且上導板11及下導板12分別提供複數個導孔11A及複數個導孔12A，以讓複數個接觸探針15可於此滑動。

根據本發明之一態樣，每一接觸探針15包含一所謂的探針體18，且具有一第一端點部15A(擴大部)，尤其是“擠壓成型(squeezed)”或是在任何一般的情況下為與探針體18有關之一擴大部。

以習知技術而言，接觸探針15之擴大部15A係確保此探針不會從相對應的導孔11A及導孔12A被移出，而導孔11A及導孔12A係分別製於在上導板11及下導板12中。為此，擴大部15A具有一較探針體18大的區段，尤其是擴大部15A之至少一直徑大於探針體18之直徑。而直徑意味著此區段有較大延伸之尺寸面積。

接觸探針15進一步包含一第二端點部，即逐漸變細之尖端部15B，且於末端具有一接觸尖端PC。而接觸尖端PC係鄰接在作為測試的積體化裝置19之接觸墊13上。

而尖端部15B可被塑形，以定義每一點實質上的接觸，或者是可以有一圓形的形狀，或實質上仍可以有一平坦的形狀。

如圖所示，更特別的是，探針體18實質地延伸於一空氣區域14中，且介於上導板11與下導板12之間。鑒於接觸探針15之擴大部15A於測試頭10和一空間轉換模組(未顯示)之間延伸至一上區域16，以及尖端部15B於下導板12和作為測試的積體化裝置19之間延伸至一下區域17。為了方便起見，「上」及「下」之用語係使用在有關於圖式之局部參考系統，並不以任何方法來限定本發明。

特別地，上導板11以及下導板12係利用彼此之間的對應關係作適當的挪動，以壓印一個預先的形變量給複數個接觸探針15，使複數個接觸探針15得以滑入導板之間的空氣區域14中所對應的複數個導孔。而當接觸探針15下壓以 與作為測試的積體化裝置19之接觸墊作接觸以及在空氣區域14彎曲時，此預先形變量遂在測試頭10之工作期間增加。

測試頭10進一步係用一已知的方法與一空間轉換模組作結合，並依序連結至一負載板。利用此種方法，將可獲得一積體化裝置之一測試裝置之一末端部分。

特別地，接觸探針15具有對應探針體18之區段，且此區段之直徑範圍為由0.3至3密耳(1/1000英吋)。其區段之直徑係根據測試頭10之應用來選擇，意即此區段之最大尺寸不一定為圓形。而擴大部15A係具有區段，且區段範圍為由0.8至3.5密耳(1/1000英吋)。

根據本發明之一態樣，鄰接接觸探針15之擴大部15A作適當地配置，以使鄰接接觸探針15分別具有較大一端彼此正交。而本態樣指出連續排列之鄰接探針，係根據待測試的積體化裝置19之所對應的接觸墊13之分佈方向為作連續排列，即根據接觸墊13之一矩陣分佈之作縱向及橫向的連續排列。此外，以習知技術而言，擴大部15A實質上為“擠壓成型(squeezed)”，且因此具有較大一端，而兩相鄰探針之此擴大部之較大的一端係被適當的配置，以彼此垂直。

此種接觸探針之擴大部15A之配置係更清楚說明於圖4，其根據本發明之第一實施例，以顯示一測試頭10之接觸探針15之擴大部15A的交叉配置。

特別地，圖4顯示複數個接觸墊13之一矩陣型配置圖。如圖所示，每一接觸探針15之擴大部15A係根據縱向X之探 針以及橫向Y探針配置成二相鄰探針之擴大部為彼此正交之情形。

為了闡明此配置，圖式僅顯示接觸探針15之擴大部15A，並以此種方法來論述一具有長方形區段之實施例。當然，可從探針之圓形部分的開始，包括擴大部15A實質上所具有一橢圓區段，獲得一完全相似的配置安排。

根據本發明圖3之第一較佳實施例可立即得知測試頭10，且特別是其擴大部15A之安排配置，如圖4所示，允許移動接觸探針15，以較已知的解決方案有較短的距離，而不會有鄰近探針間接觸之風險，特別是在擴大部15A之間。在此種方式下，透過本發明的此種優點，將可減少積體化裝置19作測試之間距，即更準確移動至相對應接觸墊13的中心，以符合大部分最新的積體電路之整合及設計技術的需求。

圖6A係本發明第二佳實施例之積體化裝置之測試頭示意圖，以透過凸塊接觸而非襯墊。

積體化裝置為已知的，其具有三維接觸區域，稱為凸塊，在相對應的接觸墊13中，凸塊從同.樣裝置之一端之表面凸出，實質上為根據一鬆餅形狀，如圖5B之凸塊21。在此實施例中，凸塊21係提供接觸探針15之尖端部15B具有一切割元件，即一鋒片20，如圖5A所示。此鋒片20正常來說係由一超硬材質製成，如銠(rhodium)材質。相較於接觸探針15，其通常為由鎳合金(nickel alloys)製成。

每一接觸探針15之鋒片20於表面切割其相對應之凸塊21，而部分作穿透相同之凸塊且獲得所需的擦亮。當然，此切割需被限制，以避免無法挽回之損害於凸塊。

特別地，根據本發明圖6A之第二實施例所示之測試頭10，其包含相對應的尖端部15B、及一與各自的凸塊21接觸之鋒片20。

根據本發明之一實施態樣，相鄰接觸探針15之擴大部15A係合適地配置，使得各自具有較大一端彼此正交。

在此實施例中，相鄰探針之相對應的鋒片20亦依序為彼此正交。

由於擴大部15A及接觸墊13之鋒片20的安排配置，凸塊21將根據正交的方向而被切割，如圖7A所示。

圖6B係本發明第三較佳實施例之積體化裝置之測試頭示意圖，測試頭10包含接觸探針15，其擴大部15A及鋒片20為平行排列，即擴大部15A之較大一端被排列為與鋒片20相同方向，如同鋒片20交替地使接觸探針15之擴大部15A及鋒片20為彼此正交排列，即擴大部份15A之較大一端被排列為與鋒片20正交之方向。藉由此種方法可獲得凸塊21上的切痕為彼此平行，如圖7B所示。

而同樣在本實施例中，根據圖6A及6B之第二及第三較佳實施例之測試頭10，特別是其接觸探針15及鋒片20的排列，如圖7A及7B所示，其允許更精確的移動接觸探針15，以較已知的解決方案有較短的距離，而沒有鄰近探針間接觸之風險。特別是在擴大部15A之間。

總而言之，根據本發明實施例之測試頭，允許一高度封裝之接觸探針以及均勻高度之接觸墊結構的測試，而此限制係由接觸探針之區段所給定，而非藉由其擴大部所給定，當其發生在已知的裝置元件時。

在此種方法下，透過本發明的此種優點，將可減少積體化裝置作測試之間距，即更精確的移動至相對應接觸墊的中心，以符合大部分最先進的積體電路之整合及設計技術的需求。

從上述之內容可得知，雖然本發明之實施例於此已描述出說明之用途，但各種修改例只要不偏離本發明涉及的本意與範圍就可以實施。據上所述，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

10‧‧‧測試頭

11‧‧‧上導板

11A‧‧‧導孔

12‧‧‧下導板

12A‧‧‧導孔

13‧‧‧接觸墊

14‧‧‧空氣區域

15‧‧‧接觸探針

15A‧‧‧擴大部

15B‧‧‧尖端部

16‧‧‧上區域

17‧‧‧下區域

18‧‧‧探針體

19‧‧‧積體化裝置

20‧‧‧鋒片

21‧‧‧凸塊

PC‧‧‧接觸尖端

P‧‧‧間距

P1‧‧‧間距

P2‧‧‧間距

1‧‧‧接觸探針

1A‧‧‧擴大部

X‧‧‧縱向

Y‧‧‧橫向

圖1A及圖1B係習知之一作為測試裝置之接觸墊配置之示意圖。

圖2A係習知之一對鄰近之接觸探針示意圖。

圖2B及圖2C係習知之一作為測試的裝置之接觸墊及其對應的接觸探針配置圖。

圖3係本發明第一較佳實施例之積體化裝置之測試頭示意圖。

圖4係本發明第一較佳實施例之測試頭之作為測試的裝置之接觸墊及其對應的接觸探針之矩陣型配置圖。

圖5A及圖5B係本發明一較佳實施例之利用一作為測試之積體化裝置之凸塊而接觸之接觸探針及其各自對應的凸塊示意圖。

圖6A及圖6B係本發明第二及第三較佳實施例之積體化裝置之測試頭示意圖。

圖7A及圖7B係分別根據圖6A及圖6B之接觸墊及其對應的接觸探針之矩陣型配置圖。

10‧‧‧測試頭

11‧‧‧上導板

11A‧‧‧導孔

12‧‧‧下導板

12A‧‧‧導孔

13‧‧‧接觸墊

14‧‧‧空氣區域

15‧‧‧接觸探針

15A‧‧‧擴大部

15B‧‧‧尖端部

16‧‧‧上區域

17‧‧‧下區域

18‧‧‧探針體

19‧‧‧積體化裝置

PC‧‧‧接觸尖端

Claims (10)

1. 一種電子設備之測試裝置測試頭，包括：一具有複數個導孔之上導板；一具有複數個導孔之下導板；複數個接觸探針，插入該上導板之該複數個導孔及該下導板之該複數個導孔；一空氣區域，係將該上導板及該下導板彼此分開；每一接觸探針包含至少一擴大部，以適合於防止每一接觸探針從該上導板之該複數個導孔及該下導板之該複數個導孔脫落；其中，沿著一作為測試之積體化裝置之複數接觸墊分佈的方向之相鄰之該接觸探針之該擴大部，係分別具有較大一端且彼此正交。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電子設備之測試裝置測試頭，其中，該複數接觸墊係為一矩陣分佈，以及沿著一縱向以及一橫向之相鄰之該接觸探針之該擴大部分別具有較大一端且彼此正交。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電子設備之測試裝置測試頭，其中，相對於該接觸探針之一探針體，該複數接觸探針之該複數擴大部具有一較大區段，特別是該擴大部之至少一直徑大於該探針體之直徑，而該直徑意指一具有該擴大部及該探針體之各自的區段之較大延伸之尺寸面積。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電子設備之測試裝置測試頭，其中，每一接觸探針更包含一尖端部，逐漸變細且於末端具有一接觸尖端，該接觸尖端係鄰接在該複數接觸墊其中之一上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電子設備之測試裝置測試頭，其中，每一接觸墊更包含一尖端部，該尖端部提供至少一鋒片，以與作測試的該積體化裝置之對應該接觸墊之一凸塊作接觸。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電子設備之測試裝置測試頭，其中，相鄰之該接觸探針之該鋒片係彼此正交排列。
7. 如申請專利範圍第5項所述之電子設備之測試裝置測試頭，其中，相鄰之該接觸探針之該鋒片係彼此平行排列。
8. 如申請專利範圍第5項所述之電子設備之測試裝置測試頭，其中，該鋒片係由較製作該接觸探針之材質為硬之材質所製作。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電子設備之測試裝置測試頭，其中，該鋒片係由銠製作，以及該接觸探針係由鎳合金製作。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電子設備之測試裝置測試頭，其中，該接觸探針具有一區段，且該接觸探針之該區段之直徑範圍為由0.6至3密爾(mils)，以及該擴大部具 有具有一區段，且該擴大部之該區段之直徑範圍為由0.8至3.5密爾。