TWI583963B - 探針卡 - Google Patents

Description

探針卡

本發明是關於一種探針卡，尤有關於適用高電壓測試時之高氣壓環境的探針卡。

探針卡的主要功用是藉由其探針與待測物(如晶圓、晶片或晶粒)上的銲墊或者是凸塊直接接觸，配合周邊測試機台與軟體控制而達到量測的目的，並進一步篩選出不良品。通常是藉由測試機台發送測試訊號，經探針卡到待測物，再由待測物回送測試結果訊號，經探針卡到測試機台進行分析。但在高電壓測試時(如高於500伏特)探針卡需適用高氣壓環境(如大於3大氣壓)以增加電壓耐受度及提高測試效能及效率，此為現今技藝所需改進之處。

因此，本發明之目的之一在於提供一種探針卡，其能適用高電壓測試時的高氣壓環境並提高測試效能及效率並降低探針卡因不必要地接觸到待測物而對待測物造成破壞的機會。

根據本發明的一實施方式，一種探針卡包含配 線板、頂蓋、伸縮結構與至少一探針。頂蓋耦合配線板，頂蓋具有至少一進氣孔於其中。伸縮結構連接頂蓋。伸縮結構包含第一環與第二環。第一環具有複數個通氣孔於其中，頂蓋具有底表面面對第一環，第一環具有頂表面面對頂蓋，第一環之頂表面與頂蓋之底表面共同定義勻化空間，勻化空間連通頂蓋之進氣孔與第一環之通氣孔。第二環可移動地與第一環相耦合，且第二環具有複數個噴氣孔於其中，噴氣孔連通通氣孔，第二環具有背對頂蓋之底表面，噴氣孔的出口位於第二環之底表面，其中第一環之內側壁與第二環之內側壁共同定義壓力空間。探針電性連接配線板，並延伸至壓力空間中。

100、300‧‧‧探針卡

110、310‧‧‧配線板

120、320‧‧‧頂蓋

121、321‧‧‧進氣孔

121a‧‧‧緩衝進氣孔

121b‧‧‧壓力進氣孔

122‧‧‧底表面

130、330‧‧‧伸縮結構

131、331‧‧‧第一環

131a‧‧‧環型部分

132‧‧‧通氣孔

133a‧‧‧頂表面

133b‧‧‧底面

134、139、334、339‧‧‧內側壁

135‧‧‧凹陷

136、336‧‧‧第二環

136a‧‧‧內環

137‧‧‧噴氣孔

137a‧‧‧出口

138‧‧‧底表面

140、340‧‧‧探針

150‧‧‧輸氣連接板

152‧‧‧導引孔

152a‧‧‧緩衝導引孔

152b‧‧‧壓力導引孔

160‧‧‧連接膠

337‧‧‧傾斜底表面

338‧‧‧外側壁

A‧‧‧線段

D‧‧‧長度方向

HS‧‧‧勻化空間

PS‧‧‧壓力空間

θ‧‧‧內角

第1圖繪示依照本發明一實施方式之探針卡的立體上視圖。

第2圖繪示第1圖之探針卡的立體下視圖。

第3圖繪示沿第1圖之線段A的剖面圖。

第4圖繪示第1圖之探針卡的爆炸圖。

第5A圖繪示第4圖之第一環的立體放大圖。

第5B圖繪示依照本發明又一實施方式之第一環的立體放大圖。

第6圖繪示第4圖之第二環的立體放大圖。

第7圖繪示第4圖之伸縮結構的剖面圖。

第8圖繪示依照本發明另一實施方式之伸縮結構的剖面圖。

第9圖繪示依照本發明再一實施方式之探針卡的剖面圖。

第10圖繪示第9圖之第二環的立體放大圖。

第11圖繪示第9圖之伸縮結構的剖面圖。

第12圖繪示依照本發明又一實施方式之伸縮結構的剖面圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。且若實施上為可能，不同實施例的特徵係可以交互應用。

請參照第1~6圖。第1圖繪示依照本發明一實施方式之探針卡100的立體上視圖。第2圖繪示第1圖之探針卡100的立體下視圖。第3圖繪示沿第1圖之線段A的剖面圖。第4圖繪示第1圖之探針卡100的爆炸圖。第5A/5B圖繪示第4圖之第一環131的立體放大圖。第6圖繪示第4圖之第二環136的立體放大圖。需注意的是，圖式中的各元件為例示方便並不一定依真實比例繪製。

如第1~6圖所示，一種探針卡100包含配線板110、頂蓋120、伸縮結構130與至少一探針140。頂蓋120 耦合配線板110。頂蓋120具有至少一進氣孔121於其中。伸縮結構130連接頂蓋120。伸縮結構130包含第一環131與第二環136。第一環131具有複數個通氣孔132於其中。頂蓋120具有底表面122，且此底表面122面對第一環131。第一環131連接頂蓋120，第一環131更具有頂表面133a，且此頂表面133a面對頂蓋120。第一環131之頂表面133a具有凹陷135。第一環131之頂表面133a(或凹陷135)與頂蓋120之底表面122共同定義勻化空間HS以勻化來自進氣孔121(或緩衝進氣孔121a)的氣壓或氣流，且此勻化空間HS可連通頂蓋120之進氣孔121與第一環131之複數個通氣孔132。

第二環136可移動地與第一環131相耦合，且此第二環136具有內環136a以及複數個噴氣孔137，而噴氣孔137位於其較薄的內環136a中，且噴氣孔137穿設內環136a。具體而言，第二環136的內環136a上之噴氣孔137面對第一環131的底面133b並連通通氣孔132與進氣孔121。第二環136具有背對頂蓋120之底表面138，噴氣孔137的出口137a位於第二環136之底表面138並面對待測物側。第一環131之內側壁134與第二環136之內側壁139共同定義壓力空間PS。探針140電性連接配線板110，並延伸至壓力空間PS中。在實務的應用中，探針卡100更包含連接膠160(請見如第3~4圖)，第一環131於頂表面133a經由連接膠160固設於頂蓋120，而探針140更穿越連接膠160以作固定，而在本發明的其他實施例中連接膠160亦可視為頂蓋 120的一部份。

在使用探針卡100進行高電壓(例如高於1500伏特的高電壓)測試時，延伸至壓力空間PS中的探針140將電性連接至高壓電源，且此探針140將用以接觸待測物。在實務的應用中，待測物可為晶圓、晶片或晶粒，但本發明並不以此為限。為了防止帶有高電壓的探針140與探針卡100的其他元件或其他探針140，因兩者之間的空氣產生瞬間的電離，而使電荷通過電離的空氣而形成短路，使用者可向壓力空間PS供應高壓氣體(如大於3大氣壓)，以提昇壓力空間PS內的壓力，從而降低探針140與探針卡100的其他元件或其他探針140之間形成短路的機會。

如第1、3~4圖所示，輸氣連接板150連接於配線板110，且此輸氣連接板150具有至少一導引孔152(請參照第3圖)於其中。導引孔152的一端連通輸氣連接板150與頂蓋120之間的空間，而另一端則配置以連通如大於3大氣壓之高壓氣體供應源(圖未示)。具體而言，為要向壓力空間PS供應高壓氣體，高壓氣體供應源可通過輸氣連接板150的導引孔152與頂蓋120的進氣孔121，把高壓氣體供應至壓力空間PS，藉此提昇壓力空間PS內的壓力，從而降低探針140與探針卡100的其他元件或其他探針140之間形成短路的機會。

另一方面，當高壓氣體通過輸氣連接板150的導引孔152而流動至頂蓋120的進氣孔121後，由於勻化空間HS連通頂蓋120之進氣孔121，因此，至少部分的高壓氣 體將會流動至勻化空間HS。而且，由於勻化空間HS亦連通第一環131之通氣孔132，因此，高壓氣體亦會從勻化空間HS流動至第一環131之通氣孔132。在本實施方式中，勻化空間HS更與壓力空間PS相連通。

更具體地說，當高壓氣體供應源把高壓氣體供應至輸氣連接板150的導引孔152後，高壓氣體會流動至頂蓋120的進氣孔121中。其後，部分的高壓氣體會流動至壓力空間PS，使得壓力空間PS內的壓力上升，而另一部分的高壓氣體則會流動至勻化空間HS，繼而再流動至第一環131之通氣孔132中。如上所述，第二環136的噴氣孔137連通第一環131之通氣孔132。因此，流動至第一環131之通氣孔132的高壓氣體，將會流動至第二環136的噴氣孔137。再者，由於噴氣孔137的出口137a位於第二環136背對頂蓋120之底表面138，因此，流動至第二環136之噴氣孔137的高壓氣體將會噴出第二環136之底表面138，使得第二環136的底表面138與待測物之間形成氣流的反作用力，而所形成的壓力會推動第二環136相對第一環131朝頂蓋120懸浮移動，使得第二環136之底表面138能夠遠離待測物，並避免因接觸到待測物而對待測物造成破壞，並保持壓力空間PS內的高壓狀態。

另外，從結構上來看，如第3及5A圖所示，第一環131之頂表面133a可具有一凹陷135環設於其內圈，且通氣孔132位於凹陷135並穿設凹陷135至第一環131之底面133b並面對第二環136的內環136a。此外，頂表面133a 之凹陷135設置於第二環136的內環136a上方，且於投影關係上，如頂表面133a之凹陷135在內側壁134或內側壁139之長度方向對第二環136的內環136a所處平面的投影，頂表面133a之凹陷135與第二環136的內環136a為完全重疊或部分重疊(亦即至少部分重疊)，且較佳地，於投影關係上，凹陷135與內環136a實質上共圓心。此外，較佳地，複數個通氣孔132至少為四個通氣孔以上且均勻分布於凹陷135上。較佳地，複數個噴氣孔137至少為四個噴氣孔以上且均勻分布於內環136a。因此，凹陷135可使高壓氣體更均勻地分布於其上(或勻化空間HS)，以促進複數個通氣孔132使高壓氣體更均勻地穿越流經第一環131，並進一步促進複數個噴氣孔137使高壓氣體更均勻地流經第二環136的內環136a，以藉此更均勻的分布氣流、平衡並懸浮第二環136。較佳地，複數個通氣孔132實質上共圓心，或共同位於一圓周範圍中。且較佳地，複數個噴氣孔137實質上共圓心。且較佳地，於投影關係上，複數個通氣孔132及複數個噴氣孔137亦實質上共圓心。在部份的實施方式中，由於頂蓋120的材質為陶瓷，因此凹陷135可以考慮製作在第一環131中，以方便進行製造。但此並不限制本發明，在另一部份的實施方式中，凹陷135也可以考慮製作在頂蓋120中且環狀設置。此外，凹陷135的深度及寬度以及複數個通氣孔132與複數個噴氣孔137的數量及大小，可依照所需要之第二環136相對於待測物的距離、第二環136的移動速度及穩定度、及/或所需待測物側的壓力及待測物側與壓力空間PS或 氣壓源間的壓力差，來彈性調整。

更具體而言，如第3~4圖所示，頂蓋120具有複數個進氣孔121於其中。在本實施方式中，進氣孔121其中之一為緩衝進氣孔121a，緩衝進氣孔121a連通勻化空間HS。較佳地，緩衝進氣孔121a進氣後可設置為環狀地對應連通凹陷135或複數個通氣孔132以更均勻地噴出氣體至勻化空間HS。另外，進氣孔121其中之另一為壓力進氣孔121b，壓力進氣孔121b連通壓力空間PS。此外，請參照第5B圖，其繪示依照本發明又一實施方式之第一環131的立體放大圖。在本實施例中，如所第5B圖示，凹陷135可以為嵌設於第一環131之頂表面133a的一環型凹陷，亦即凹陷135位於第一環131之頂表面133a中間部分，亦即頂表面133a在靠近內側壁134的環型部分131a並未如凹陷135般凹陷而可與外圍的頂表面133a共平面(或不共平面但高於凹陷135)，且此頂表面133a在靠近內側壁134的環型部分131a亦可以經由連接膠160固設於頂蓋120，而使得緩衝進氣孔121a直接連通凹陷135與複數個通氣孔132進行勻化並實質上於勻化空間HS隔絕壓力進氣孔121b的氣體對凹陷135之勻化空間HS的影響；然而複數個通氣孔132在穿設第一環131之底面133b後仍可與壓力空間PS連通。值得一提的是，在第3~4、7~9、11~12圖中出現以虛線繪示的環型部分(在第3、7~8圖中標示為環型部分131a)，係表示在某些實施方式中，第一環131可具有環型部分131a，亦即可根據第5B圖實施，而在其他實施方式中，可以不設置環型 部分131a及其上之連接膠160，亦即可根據第5A圖實施。

同樣地，如第3圖所示，輸氣連接板150可具有複數個導引孔152於其中。在本實施方式中，導引孔152其中至少一為緩衝導引孔152a，此緩衝導引孔152a與緩衝進氣孔121a相對。導引孔152其中至少另一為壓力導引孔152b，壓力導引孔152b連通壓力進氣孔121b。亦即，高壓氣體供應源可分接兩分支，其中一分支連接壓力導引孔152b，使得一部分的高壓氣體流動至頂蓋120的壓力進氣孔121b中，而另一分支則連接輸氣連接板150的緩衝導引孔152a，使得另一部分的高壓氣體流動至頂蓋120的緩衝進氣孔121a中。流動至壓力進氣孔121b中的高壓氣體會流動至壓力空間PS，使得壓力空間PS內的壓力上升。流動至緩衝進氣孔121a中的高壓氣體則會流動至勻化空間HS，繼而再流動至第一環131之通氣孔132中，並通過如上所述的機制，推動第二環136相對第一環131朝頂蓋120移動，使得第二環136之底表面138能夠遠離待測物。藉由頂蓋120具有緩衝進氣孔121a與壓力進氣孔121b於其中，使用者可以方便地使用獨立的高壓氣體供應源分支，分別把高壓氣體確實地引導至勻化空間HS及壓力空間PS，以同時達到使第二環136之底表面138遠離待測物，以及為壓力空間PS提升壓力的目的。

請參照第7圖，其繪示第4圖之伸縮結構130的剖面圖。在本實施方式中，如第7圖所示，第二環136之噴氣孔137的長度方向D實質上垂直於第二環136之底表面 138。

請參照第8圖，其繪示依照本發明另一實施方式之伸縮結構130的剖面圖。如第8圖所示，在本實施方式中，第二環136之噴氣孔137的長度方向D由底表面138向壓力空間PS外傾斜。當然，在部份實施方式中，第二環136之噴氣孔137的長度方向亦可由底表面138向壓力空間PS內傾斜，其中傾斜的角度例如為大於1度但小於10度。

整體而言，第二環136之噴氣孔137的數量、大小、傾斜與否、傾斜的方向、角度與噴出氣體的速度等參數，均可依實際需要做調整。更具體地說，製造者可依照所需要之第二環136相對於待測物的距離、第二環136的移動速度及穩定度、及/或所需待測物側的壓力及待測物側與壓力空間PS或氣壓源間的壓力差，彈性調整第二環136之噴氣孔137的數量、大小、傾斜與否、傾斜的方向、角度與噴出氣體的速度等參數。

請參照第9~11圖。第9圖繪示依照本發明再一實施方式之探針卡300的剖面圖。第10圖繪示第9圖之第二環336的立體放大圖。第11圖繪示第9圖之伸縮結構330的剖面圖。如第9~11圖所示，一種探針卡300包含配線板310、頂蓋320、伸縮結構330與探針340。頂蓋320耦合配線板310。頂蓋320具有至少一進氣孔321於其中。伸縮結構330包含第一環331與第二環336。第一環331連接頂蓋320。第二環336可伸縮地與第一環331相耦合，且第二環336具有背對頂蓋320之傾斜底表面337。第一環331之內側 壁334與第二環336之內側壁339共同定義壓力空間PS。探針340電性連接配線板310，並延伸至壓力空間PS中。

再者，如第11圖所示，第二環336之傾斜底表面337與外側壁338之間的內角θ是銳角，亦即，第二環336之傾斜底表面337與外側壁338之間所形成的內角θ約小於90度。舉例而言，內角θ的範圍可大於等於82度但小於等於89度，亦即傾斜底表面337相對待測物的傾斜角度，可被設置為約1度與8度之間。如此一來，經複數個通氣孔132或進氣孔321流動至壓力空間PS內的部分高壓氣體，會沿第二環336之傾斜底表面337流動而離開壓力空間PS，使得第二環336的傾斜底表面337與待測物之間形成反作用力，而所形成的壓力會推動第二環336相對第一環331朝頂蓋320移動，使得第二環336之傾斜底表面337能夠遠離待測物，避免因接觸到待測物而對待測物造成破壞，並保持壓力空間PS內的高壓狀態。

請參照第12圖，其繪示依照本發明又一實施方式之伸縮結構330的剖面圖。在本實施方式中，如第12圖所示，第二環336的傾斜底表面337實質上亦可為弧面。

整體而言，第二環336之傾斜底表面337的傾斜方向、角度、平面或弧面與通過氣體的速度等參數，均可依實際需要做調整。更具體地說，製造者可依照所需要之第二環336相對於待測物的距離、第二環336的移動速度及穩定度、及/或所需待測物側的壓力及待測物側與壓力空間PS或氣壓源間的壓力差，彈性調整第二環336之傾斜底表面337 的傾斜方向、角度、平面或弧面與通過氣體的速度等參數。

綜上所述，本發明上述實施方式所揭露的技術方案至少具有以下優點：

(1)藉由在第二環的底表面與待測物之間形成反作用力之壓力，來推動第二環相對於第一環朝頂蓋移動，使得第二環的底表面能夠遠離待測物，適用高氣壓環境以增加高電壓耐受度及提高測試效能及效率並避免因不必要地接觸到待測物而對待測物造成破壞。

(2)上述實施方式利用第一環頂表面之凹陷及複數個通氣孔來更佳勻化氣流，且加工容易。

(3)上述實施方式之第二環的內環或底表面外露於底部，因此也具有加工容易的特點。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，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，當可作各種之更動與潤飾，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。

110‧‧‧配線板

120‧‧‧頂蓋

121‧‧‧進氣孔

121a‧‧‧緩衝進氣孔

121b‧‧‧壓力進氣孔

122‧‧‧底表面

130‧‧‧伸縮結構

131‧‧‧第一環

131a‧‧‧環型部分

132‧‧‧通氣孔

133a‧‧‧頂表面

133b‧‧‧底面

134‧‧‧內側壁

135‧‧‧凹陷

136a‧‧‧內環

137‧‧‧噴氣孔

137a‧‧‧出口

138‧‧‧底表面

139‧‧‧內側壁

140‧‧‧探針

150‧‧‧輸氣連接板

152‧‧‧導引孔

152a‧‧‧緩衝導引孔

152b‧‧‧壓力導引孔

160‧‧‧連接膠

A‧‧‧線段

HS‧‧‧勻化空間

PS‧‧‧壓力空間

136‧‧‧第二環

Claims (10)

1. 一種探針卡，包含：一配線板；一頂蓋，耦合該配線板，該頂蓋具有至少一進氣孔於其中；一伸縮結構，連接該頂蓋，該伸縮結構包含：一第一環，具有複數個通氣孔於其中，該頂蓋具有一底表面面對該第一環，該第一環具有一頂表面面對該頂蓋，該第一環之該頂表面與該頂蓋之該底表面共同定義一勻化空間，該勻化空間連通該頂蓋之該至少一進氣孔與該第一環之該些通氣孔；以及一第二環，可移動地與該第一環相耦合，且該第二環具有複數個噴氣孔於其中，該些噴氣孔連通該些通氣孔，該第二環具有背對該頂蓋之一底表面，該些噴氣孔的出口位於該第二環之該底表面，其中該第一環之一內側壁與該第二環之一內側壁共同定義一壓力空間；以及至少一探針，電性連接該配線板，並延伸至該壓力空間中。
2. 如請求項1所述之探針卡，其中該頂蓋具有複數個之該進氣孔於其中，該些進氣孔其中之一為一緩衝進氣孔，該緩衝進氣孔連通該勻化空間，該些進氣孔其中另一為一壓力進氣孔，該壓力進氣孔連通該壓力空間。
3. 如請求項1所述之探針卡，其中該第二環之該底表面與該第二環之一外側壁之間的內角是銳角。
4. 如請求項1所述之探針卡，其中該些噴氣孔的長度方向由該底表面向該壓力空間傾斜一角度，該角度大於1度但小於10度。
5. 如請求項1所述之探針卡，其中該第一環之該頂表面具有一凹陷，該凹陷與該頂蓋之該底表面共同定義出該勻化空間，該些通氣孔穿設該凹陷至該第一環之一底面。
6. 如請求項5所述之探針卡，其中該些通氣孔穿設該凹陷至該第一環之該底面而面對該第二環之一內環，且該些噴氣孔穿設該內環。
7. 一種探針卡，包含：一配線板；一頂蓋，耦合該配線板，該頂蓋具有至少一進氣孔於其中；一伸縮結構，包含：一第一環，連接該頂蓋；以及一第二環，可移動地與該第一環相耦合，且該第二環具有背對該頂蓋之一傾斜底表面，該第一環之一內側壁與該第二環之一內側壁共同定義一壓力空 間；以及至少一探針，電性連接該配線板，並延伸至該壓力空間中。
8. 如請求項7所述之探針卡，其中該第二環之該傾斜底表面與該第二環之一外側壁之間的一內角大於等於82度但小於等於89度。
9. 如請求項7所述之探針卡，其中該第一環之一頂表面具有一凹陷，且該第一環具有複數個通氣孔穿設該凹陷至該第一環之一底面而與該壓力空間相連通。
10. 一種探針卡，包含：一配線板；一頂蓋，耦合該配線板，該頂蓋具有至少一進氣孔於其中；一伸縮結構，連接該頂蓋，該伸縮結構包含：一第一環，固設於該頂蓋，該第一環具有複數個通氣孔及一凹陷；以及一第二環，可移動地與該第一環相耦合，該第二環具有一內環及複數個噴氣孔，該些通氣孔穿設該凹陷至該第一環之一底面而面對該內環，該些噴氣孔穿設該內環而連通該些通氣孔與該至少一進氣孔，其中該第一環之一內側壁與該第二環之一內側壁共同定義一壓力空間，且其中於投影關係上，該凹陷與該內 環至少部分重疊；以及至少一探針，電性連接該配線板，並延伸至該壓力空間中。