TWI615615B - 探針結構 - Google Patents

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Abstract

本發明提出一種探針結構，包含：兩探針頭，分別用於與外部電性接觸；一彈性緩衝部，形成一中空空間；一導電部，設置於該中空空間中進而被包覆於該彈性緩衝部之內且具有兩端分別電性連接該兩探針頭。當該兩探針頭未與外部電性接觸時，該導電部是線性延伸於該兩探針頭之間。

Description

探針結構
本發明是有關於一種探針結構，特別是關於用於半導體與晶圓測試的探針結構。
目前用於半導體晶圓或IC測試的垂直探針卡所用的探針結構，如第1A及1B圖所示。第1A圖的探針結構是經由立體微電機系統(3D Micro Electro Mechanical Systems,3D MEMS)加工形成，在信號傳輸時，由於需透過彈簧結構10傳遞，該彈簧結構10，舉例來說，是透過在一固定點11上利用螺絲來固定，如此會受限於彈簧的傳輸路徑太長，導致傳輸高頻(速)訊號時發生電感效應，另外，當載運高電流時，會因金屬的材質因素及截面積太小，無法承載較大的電流，產生燒針的風險。第1B圖的探針結構包含彈簧結構10’與探針外殼12，有了探針外殼12使得外型尺寸更大，且不適用於微間距(小於100μm的間距)，彈簧結構10’與彈簧結構10雷同，其他特性跟問題與第1A圖中的探針結構相同。
因此，需要提出一種用於半導體晶圓或IC的測試，適用於承載大電流，並能避免高頻訊號傳輸時發生電感效應的探針結構，以提升傳遞高頻(速)訊號以及高電流的能力。
為解決上述習知技術之問題，本發明之一目的在於提供一種新穎的探針結構，用於半導體晶圓或IC的測試，以提升傳遞高頻(速)訊號以及高電流的能力。
依據本發明之一實施例提出了一種探針結構，包含：兩探針頭，分別用於與外部電性接觸；一彈性緩衝部，形成一中空空間；一導電部，設置於該中空空間中進而被包覆於該彈性緩衝部之內且具有兩端分別電性連接該兩探針頭。當該兩探針頭未與外部電性接觸時，該導電部是線性延伸於該兩探針頭之間。
依據本發明之該實施例，至少其中一該探針頭的一部分係連接該彈性緩衝部。
依據本發明之該實施例，該彈性緩衝部是以非線性延伸於該兩探針頭之間。
依據本發明之該實施例，該彈性緩衝部是以螺旋狀延伸於該兩探針頭之間進而能在該兩探針頭之間彈性伸縮。
依據本發明之該實施例，當該兩探針頭與外部電性接觸時，該導電部在該兩探針頭之間形成彈性變形。
依據本發明之該實施例，該導電部是由一第一軟性材料與一第二軟性材料所製成，且該第一軟性材料由該第二軟性材料所包覆。
依據本發明之該實施例，該兩探針頭個別是導電的硬質金屬。
依據本發明之該實施例，該兩探針頭是由微影與電鍍的製程或機械加工所製成。
依據本發明之該實施例，該導電部是由微影與電鍍，以及蝕刻製程所製成。
依據本發明之另一實施例提出了一種探針裝置，該探針裝置的探針包含一探針結構，該探針結構包含：兩探針頭，分別用於與外部電性接觸；一彈性緩衝部，形成一中空空間；一導電部，設置於該中空空間中進而被包覆於該彈性緩衝部之內且具有兩 端分別電性連接該兩探針頭。當該兩探針頭未與外部電性接觸時，該導電部是線性延伸於該兩探針頭之間。
本發明的探針結構不同於現有技術，不是直接以彈簧部分做為電流的傳輸路徑，而是只將彈性緩衝部分用於緩衝，另外用導電部分來傳輸訊號，因此可提供較大載電流的截面積，用於大電流的測試，且不直接以彈簧做為電流的傳輸路徑，能縮短傳輸路徑，避免電感效應，適合用於高頻(速)的測試。
10、10’‧‧‧彈簧結構
11、11’‧‧‧固定點
12‧‧‧探針外殼
20‧‧‧探針結構
21‧‧‧彈性緩衝部
22‧‧‧導電部
23‧‧‧探針頭
221‧‧‧第一軟性材料
222‧‧‧第二軟性材料
30‧‧‧平頭針
31‧‧‧圓頭針
32‧‧‧尖頭針
33‧‧‧爪針
L1‧‧‧第一延伸距離
L2‧‧‧第二延伸距離
第1A圖是現有技術的一探針結構；第1B圖是現有技術的另一探針結構；第2A圖是依據本發明一實施例的一探針結構的正面示意圖；第2B圖是第2A圖的該探針結構不含彈性緩衝部的正面示意圖；第2C圖是第2A圖的該探針結構的側面示意圖；第2D圖是第2B圖的該探針結構的側面示意圖；以及第3圖是依據本發明該實施例的探針結構中的該探針頭的可用形狀示意圖。
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
請參照第2A、2B圖所示，本發明之一較佳實施例提供一種探針結構20，用於半導體晶圓或IC的測試，以提升傳遞高頻(速)訊號以及高電流的能力。本發明之該探針結構20之主要結構包含：兩探針頭23，分別用於與外部電性接觸；一彈性緩衝部21，形成一中空空間，以一第一延伸距離L1延伸於該兩探針頭23之間；一導電部22，設置於該中空空間中進而被包覆於該彈性緩衝部21之 內且具有兩端分別電性連接該兩探針頭23，以一第二延伸距離L2延伸於該兩探針頭23之間；較佳地，該導電部22，可以是圓柱體結構，在此只是用於舉例，而非用於限制本發明。當該兩探針頭23未與外部電性接觸時，該導電部22是線性延伸於該兩探針頭23之間。
較佳地，至少其中一該探針頭23的一部分係連接該彈性緩衝部21，該彈性緩衝部21是以非線性延伸於該兩探針頭23之間。於本實施例中，該彈性緩衝部21是一可伸縮的彈性元件。舉例來說，是一種以螺絲固定在任一該探針頭23之一特定位置(如固定點11’)上的螺旋彈簧。通過微型彈簧加工製作方式，使該彈性緩衝部21是以螺旋狀延伸於該兩探針頭23之間，當該兩探針頭23與外部電性接觸時使該彈性緩衝部21進而能在該兩探針頭23之間作彈性伸縮，也就是產生擠壓的幅度，以做為測試用的往復行程，這使得該彈性緩衝部21(螺旋彈簧)的螺旋路徑即為一第一延伸距離L1。
在本實施例的探針結構中，當該兩探針頭23與外部電性接觸時，使該兩探針頭23之間的電流傳輸是透過該導電部22做傳遞，而不需經過該彈性緩衝部21(螺旋彈簧)的螺旋路徑做傳遞，因此兩探針頭23之間的導電路徑就是通過該導電部22線性延伸於該兩探針頭23之間的一第二延伸距離L2，而因為該第二延伸距離L2為一垂直的線性(如直線)延伸距離，所以該第二延伸距離L2會遠小於該第一延伸距離L1(即螺旋彈簧的螺旋路徑)，能降低電感影響，且該導電部22的圓柱型截面積也較大，能承載較大電流。
請進一步參照第2C、2D圖，第2C圖是第2A圖的該探針結構20的側面示意圖，第2D圖是第2B圖的該探針結構20的側面示意圖；較佳地，該導電部22主要是由一位於內層的第一軟性材料221以及一位於外層的第二軟性材料222所組成，亦即該第一軟性材料221是由該第二軟性材料222所包覆。該導電部22是由微影與電鍍，以及蝕刻製程所製成，最終可依需求尺寸做裁切。因該 第一軟性材料221與該第二軟性材料222的軟性特徵；當該兩探針頭23與外部電性接觸而使該彈性緩衝部21受擠壓產生彈性變形時，該導電部22可隨之變形，而不影響傳輸品質。其中，該第一軟性材料221與第二軟性材料222可以由聚酯類聚合物(polyester-based polymer)、苯乙烯類聚合物(styrene-based polymer)、纖維素類聚合物(cellulose-based polymer)、聚醚碸類聚合物(polyethersulfone-based polymer)、聚碳酸酯類聚合物(polycarbonate-based polymer)、丙烯酸類聚合物(acrylic polymer)、聚烯烴聚合物(polyolefinic polymer)、聚醯胺類聚合物(polyamide-based polymer)、聚醯亞胺類聚合物(polyimide-based polymer)、碸類聚合物(sulfone-based polymer)、聚醚碸類聚合物(polyethersulfone-based polymer)、聚醚醚酮類聚合物(polyether ether kotone-based polymer)、聚苯硫類聚合物(polyphenylene sulfide-based polymer)、乙烯醇類聚合物(vinyl alcohol-based polymer)、偏二氯乙烯類聚合物(vinylidene chloride-based polymer)、乙烯醇縮丁醛類聚合物(vinyl butyral-based polymer)、丙烯酸酯類聚合物(acrylate-based polymer)、聚縮醛類聚合物(polyoxymethylene-based polymer)、環氧類聚合物(epoxy-based polymer)、聚對苯二甲酸乙二脂(polyethylene terephthalate,PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Naphthalate,PEN)、聚矽氧烷(polysiloxane)或聚醯胺酸型(Polyamic acid,PAA)等材料所製成。
較佳地，該兩探針頭23個別是導電的硬質金屬，該兩探針頭23是由微影與電鍍的製程或機械加工所製成，可依實際應用需求將該兩探針頭23製成所要的形狀，第3圖是依據本發明該實施例的探針結構20中的該探針頭23的可用形狀示意圖，該探針頭23可以是圓柱體或長方體，第3圖所示的種類為：平頭針30、圓頭針31、尖頭針32或爪針33任一形狀。
除了上述第2A-2D圖的探針結構20的該導電部22是呈垂直的線性(如直線)延伸距離外，在本發明的其他實施例中，該彈性緩衝部21也可以設計成偏斜的線性(如斜直線)延伸或非線性延伸(如曲線延伸)，只要該彈性緩衝部21內部形成一中空空間且以另一第一延伸距離延伸於該兩探針頭23之間，而該導電部22以另一第二延伸距離延伸於該兩探針頭23之間，同時該另一第二延伸距離小於該另一第一延伸距離，皆屬於本發明的範圍。
另外，本發明上述實施例可被裝設於用於晶圓、半導體等測試的探針裝置中，該探針結構20中的該探針頭23可透過螺牙結構旋轉固定、卡榫固定或是焊接固定等方式與該導電部22連接，且該第一軟性材料221與該第二軟性材料222之間可密合，也可有空隙。
本發明的探針結構不同於現有技術，不是直接以彈簧部分做為電流的傳輸路徑，而是只將彈性緩衝部分用於緩衝，另外用導電部分來傳輸訊號，因此可提供較大載電流的截面積，用於大電流的測試，且不直接以彈簧做為電流的傳輸路徑，能縮短傳輸路徑，避免電感效應，適合用於高頻(速)的測試。
以上該僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
11’‧‧‧固定點
20‧‧‧探針結構
21‧‧‧彈性緩衝部
23‧‧‧探針頭
L1‧‧‧第一延伸距離
L2‧‧‧第二延伸距離

Claims (28)

  1. 一種探針結構，包含：兩探針頭，分別用於與外部電性接觸；一彈性緩衝部，形成一中空空間；一導電部，設置於該中空空間中進而被包覆於該彈性緩衝部之內且具有兩端分別電性連接該兩探針頭；其中該導電部為圓柱體結構，且當該兩探針頭未與外部電性接觸時，該導電部是線性延伸於該兩探針頭之間；以及其中該導電部是由一第一軟性材料與一第二軟性材料所製成，且該第一軟性材料由該第二軟性材料所包覆。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的探針結構，其中至少其中一該探針頭的一部分係連接該彈性緩衝部。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的探針結構，其中該彈性緩衝部是以非線性延伸於該兩探針頭之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的探針結構，其中該彈性緩衝部是以螺旋狀延伸於該兩探針頭之間進而能在該兩探針頭之間彈性伸縮。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的探針結構，其中當該兩探針頭與外部電性接觸時，該導電部在該兩探針頭之間形成彈性變形。
  6. 如申請專利範圍1所述的探針結構，其中該兩探針頭個別是導電的硬質金屬。
  7. 如申請專利範圍1所述的探針結構，其中該兩探針頭是由微影與電鍍的製程或機械加工所製成。
  8. 如申請專利範圍2所述的探針結構，其中該導電部是由微影與電鍍，以及蝕刻製程所製成。
  9. 一種探針結構，包含：兩探針頭，用於分別與外部電性接觸； 一彈性緩衝部，形成一中空空間且以一第一延伸距離延伸於該兩探針頭之間；一導電部，設置於該中空空間中進而被包覆於該彈性緩衝部之內且具有兩端分別電性連接該兩探針頭；其中該導電部以一第二延伸距離延伸於該兩探針頭之間，該第二延伸距離小於該第一延伸距離；以及其中該導電部是由一第一軟性材料與一第二軟性材料所製成，且該第一軟性材料由該第二軟性材料所包覆。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的探針結構，其中至少其中一該探針頭的一部分係連接該彈性緩衝部。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的探針結構，其中該彈性緩衝部是以螺旋狀延伸於該兩探針頭之間進而能在該兩探針頭之間彈性伸縮。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的探針結構，其中該導電部為圓柱體結構，且當該兩探針頭未與外部電性接觸時，該導電部是線性延伸於該兩探針頭之間。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的探針結構，其中當該兩探針頭與外部電性接觸時，該導電部在該兩探針頭之間形成彈性變形。
  14. 如申請專利範圍第9項所述的探針結構，其中該導電部在該兩探針頭之間之一延伸方向平行該兩探針頭的延伸方向。
  15. 一種探針裝置，該探針裝置的探針包含一探針結構，該探針結構包含：兩探針頭，分別用於與外部電性接觸；一彈性緩衝部，形成一中空空間；一導電部，設置於該中空空間中進而被包覆於該彈性緩衝部之內且具有兩端分別電性連接該兩探針頭；其中該導電部為圓柱體結構，且當該兩探針頭未與外部電性接觸時，該導電部是線性延伸於該兩探針頭之間；以及 其中該導電部是由一第一軟性材料與一第二軟性材料所製成，且該第一軟性材料由該第二軟性材料所包覆。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的探針裝置，其中至少其中一該探針頭的一部分係連接該彈性緩衝部。
  17. 如申請專利範圍第15項所述的探針裝置，其中該彈性緩衝部是以非線性延伸於該兩探針頭之間。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的探針裝置，其中該彈性緩衝部是以螺旋狀延伸於該兩探針頭之間進而能在該兩探針頭之間彈性伸縮。
  19. 如申請專利範圍第17項所述的探針裝置，其中當該兩探針頭與外部電性接觸時，該導電部在該兩探針頭之間形成彈性變形。
  20. 如申請專利範圍第15項所述的探針裝置，其中該兩探針頭個別是導電的硬質金屬。
  21. 如申請專利範圍第15項所述的探針裝置，其中該兩探針頭是由微影與電鍍或機械加工的製程所製成。
  22. 如申請專利範圍第16項所述的探針裝置，其中該導電部是由微影與電鍍，以及蝕刻製程所製成。
  23. 一種探針裝置，該探針裝置的探針包含一探針結構，該探針結構包含：兩探針頭，用於分別與外部電性接觸；一彈性緩衝部，形成一中空空間且以一第一延伸距離延伸於該兩探針頭之間；一導電部，設置於該中空空間中進而被包覆於該彈性緩衝部之內且具有兩端分別電性連接該兩探針頭；其中該導電部以一第二延伸距離延伸於該兩探針頭之間，該第二延伸距離小於該第一延伸距離；以及其中該導電部是由一第一軟性材料與一第二軟性材料所製成，且該第一軟性材料由該第二軟性材料所包覆。
  24. 如申請專利範圍第23項所述的探針裝置，其中至少其中一該探針頭的一部分係連接該彈性緩衝部。
  25. 如申請專利範圍第23項所述的探針裝置，其中該彈性緩衝部是以螺旋狀延伸於該兩探針頭之間進而能在該兩探針頭之間彈性伸縮。
  26. 如申請專利範圍第23項所述的探針裝置，其中該導電部為圓柱體結構，且當該兩探針頭未與外部電性接觸時，該導電部是線性延伸於該兩探針頭之間。
  27. 如申請專利範圍第25項所述的探針裝置，其中當該兩探針頭與外部電性接觸時，該導電部在該兩探針頭之間形成彈性變形。
  28. 如申請專利範圍第23項所述的探針裝置，其中該導電部在該兩探針頭之間之一延伸方向平行該兩探針頭的延伸方向。
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