TWI626452B - Probe head architecture for vertical probes and their probe cards - Google Patents

Abstract

一種垂直式探針與其探針卡之探針頭架構，該探針是由圓柱針壓製而成的長條針體，包括斷面形狀不同的第一區段及第二區段，該第一區段斷面的最大寬度大於該第二區段斷面的最小寬度，該第二區段斷面呈正方形但相鄰兩側邊相接處呈弧形，該探針頭由複數該探針、第一固定板、第二固定板、複數個間隔片、以及複數個絕緣片所組成，該複數探針的第二區段上、下位置分別由該第一固定板及第二固定板限制著，複數個間隔片及複數個絕緣片則呈交錯間隔方式設置於中間位置，該絕緣片採分段間隔限制著該探針的彎曲變形量；藉此提供一種具有適當強度、彈性、以及能承受高電流量進行相關測試之垂直式探針及其探針頭架構。

Description

垂直式探針與其探針卡之探針頭架構

本發明為一種探針與其探針卡之探針頭的技術領域，尤其指提供一種由壓製加工方式成型之似正方型的垂直式探針及其組裝而成的探針頭架構。

晶圓測試方法是利用探針建立起測試裝置之電路板與半導體晶片之複數接觸墊的電性接觸。探針用以施加電壓於接觸墊，配合相關測試儀器與軟體的控制，判斷測試半導體晶片是否有缺陷。

隨著積體電路製程的演進，電路間的線寬與間距日漸縮小，相鄰複數接觸墊之間的間距漸趨於相同及縮小，因此與之配合使用的探針頭也遭遇了一些問題。如圖1所示，為用於此類晶片測試之探針頭的探針分佈示意圖，其中探針11採用斷面呈圓形的金屬細針，各探針11之間的間距T距離相同，在本實施例中該間距T僅為20um，隨著廠商希望提高電流量以進行相關測試，此形狀探針因斷面尺寸已無法再增，意味著無法承受更高電流的負載，如此也漸漸無法滿足廠商的需求。

另外，目前探針雖可利用微機電蝕刻技術製造斷面呈長方型的針體，但周邊會呈直角狀，組裝成探針頭時必須安裝於相配合的陶瓷基板，但陶瓷基板是以雷射加工方式形成安裝用的安裝孔，該安裝孔四角隅會形成圓弧面，如此一來，測試過程中探針因接觸被壓縮而頻繁上下微量彎曲移動，直角 側邊容易過度與安裝孔的圓弧面接觸摩擦，造成粉塵掉落，恐影響晶片測試的運作。

再者，對於日前微型晶片的測試，因複數接觸墊間距小且趨於相同，一般是採用垂直式的探針卡，相對地也必須使用尺寸更小(線徑50μm以下)的探針，其彈性及強度較難控制，探針若太短，強度佳但彈性差，但太長則彈性變形量大、接觸效果差，因此就有改良設計之必要性。

本發明之主要目的係提供一種經壓製加工而成之探針，該探針包括斷面形狀不同的第一區段及第二區段，其中第二區段斷面呈正方形但相鄰兩側邊相接處呈弧形，藉此能在探針間距受限的條件下，提供斷面面積更大的探針，以更高電流量進行相關的測試。

本發明之次要目的係提供一種多間隔式限制之探針頭結構，利用多間隔的絕緣片限制著該複數探針多段的變形量，維持探針較佳強度及適度變形，確保在測試過程中探針與半導體晶片保持良好的接觸狀態。

為達上述之目的，本發明探針是由圓柱針壓製而成的長條針體，包括斷面形狀不同的第一區段及第二區段，該第一區段斷面的最大寬度大於該第二區段斷面的最小寬度，且局部凸出於該第二區段側邊，該第二區段斷面呈正方形但相鄰兩側邊相接處呈弧形，該第一區段軸向長度小於第二區段。

再者，本發明探針頭架構包括第一固定板、第二固定板、複數個間隔片、複數個絕緣片、以及複數根探針，該第一固定板分佈著複數個第一定位孔；該第二固定板分佈著複數個第二定位孔；該絕緣片分佈著複數個限位孔，該複數間隔片與該複數絕緣片呈交錯堆疊方式分別被固定於該第一固定板與該 第二固定板之間；該探針是由圓柱針壓製而成的長條針體，包括斷面形狀不同的第一區段及第二區段，該第一區段斷面的最大寬度大於該第二區段斷面的最小寬度，且該第一區段局部凸出於該第二區段側邊，該第二區段斷面呈正方形但相鄰兩側邊相接處呈弧形，每根探針的第二區段由上而下依序被限制於該第一定位孔、該複數限位孔、以及該第二定位孔內，該第一區段凸出且卡掣於該第一固定板頂面。

本發明探針之第一區段斷面的形狀依加工方式不同，可為圓形、長方形或橢圓形等其中至少一種。

以下配合圖式及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

11‧‧‧探針

T‧‧‧間距

2‧‧‧探針

21‧‧‧第一區段

22‧‧‧第二區段

221‧‧‧側邊

222‧‧‧弧形

3‧‧‧第一固定板

31‧‧‧第一定位孔

4‧‧‧第二固定板

41‧‧‧第二定位孔

5‧‧‧間隔片

51‧‧‧中空區域

6‧‧‧絕緣片

61‧‧‧限位孔

A‧‧‧最大寬度

B‧‧‧最小寬度

θ‧‧‧角度

圖1為習用探針頭的探針分佈示意圖；圖2A為本發明第一實施例之探針的立體圖；圖2B為本發明第一實施例之探針的局部放大圖；圖3A為本發明第一實施例探針右側端面的放大圖；圖3B為本發明第一實施例探針之第二區段的剖面圖；圖4A為本發明第二實施例探針的局部放大圖；圖4B為本發明第二實施例探針的端面放大圖；圖5A為本發明第三實施例探針的局部放大圖；圖5B為本發明第三實施例探針的端面放大圖；圖6為本發明探針卡之探針頭的剖面示意圖；圖7為本發明探針卡之探針頭的局部放大圖； 圖8為本發明第一固定板、間隔片及絕緣片的結構示意圖；圖9為本發明之第一定位孔之放大示意圖。

如圖2A、2B，本發明探针2是由圓柱針壓製而成的長條針體，，包括相連但斷面形狀不同的第一區段21及第二區段22。如圖3A、3B，在本實施例中，該第一區段21斷面形狀為圓形，該第二區段22斷面形狀呈正方形但相鄰兩側邊221相接處呈弧形222。由於本發明探針2為一種微型探針，斷面尺寸小於或等於50μm，藉由圓柱針壓製而成，能使探針2強度增加，且能於任意相鄰兩側邊221相接處形成該弧形222，每個該弧形222所佔該第二區段22之斷面角度θ為10~20度。此特殊的弧形222設計，有助於在組裝及使用上，具備良好的配合度。另外當需利用複數探針組裝成探針頭，在探針間距相同的條件下，本發明探針2的第二區段22提供了剖面積最大的設計，藉此滿足廠商希望提高電流量以進行相關測試的要求。

由於探針2的第二區段22是由圓柱針壓製而成，使斷面接近正方型且相鄰兩側邊相接處呈弧形，若加工上產生誤差，則兩個相對兩邊之間差值必須小於任意兩相對邊之間距離的十分之一。

為了本發明探針2組裝成探針頭的過程更為方便、容易及快速，本發明探針2具有形狀不同的第一區段21及第二區段22，該一區段21長度小於第二區段22，該第一區段21斷面的最大寬度A大於該第二區段22斷面的最小寬度B，在本實施例中，該第一區段21斷面為圓形，該最大寬度等於直徑。該第二區段22斷面為似正方型，其最小寬度B為相對兩邊之間的距離。在本實施例中，該第一區段21局部並凸出於該第二區段22周圍四側邊221。

如圖4A及4B所示，為本發明第二實施例之探針局部放大圖及端面放大圖。在本實施例中該探針2A仍包括第一區段21A及第二區段22，該第二區段22斷面形狀與上述實施例相同，不同之處在該第一區段21A的形狀，在本實施例中該第一區段21A斷面為橢圓形，該第一區段21斷面的最大寬度A大於該第二區段22斷面的最小寬度B，且第一區段21A局部並凸出於該第二區段22側邊221。

如5A及5B所示，為本發明第三實施例之探針局部放大圖及端面放大圖。在本實施例中該探針2B仍包括第一區段21B及第二區段22，該第二區段22斷面形狀與上述實施例相同，不同之處在該第一區段21B的形狀。在本實施例中該第一區段21B斷面為長方形，該第一區段21B斷面的最大寬度A大於該第二區段22斷面的最小寬度B，且第一區段21B局部並凸出於該第二區段22側邊221。由上述之實施例可知，不同實施例之該第一區段21、21A、21B的斷面形狀會依加工方式而有所不同，故不因此限制本發明之範圍，但該第二區段22的形狀皆相同。

如圖6及圖7所示，為運用本發明所製成之垂直式彈性探針頭的剖面示意圖及局部放大示意圖。本發明探針頭架構包括複數根探針2、第一固定板3、第二固定板4、複數個間隔片5、及複數個絕緣片6。

如圖2A、2B，該探針2為一長條針體，包括斷面形狀不同的第一區段21及第二區段22，該第一區段21斷面的最大寬度大於該第二區段22斷面的最小寬度，該第二區段22為斷面呈正方形且相鄰兩側邊相接處呈弧形。在本實施例中該第一區段21位於最頂端，負責與電路板相接觸，且無法通過該第一固 定板3。另外在本實施例中該探針2為一微型金屬探針，斷面尺寸小於或等於50μm，長度小於10mm，具有可撓性彎曲的彈性。

該第一固定板3、第二固定板4是用以限制該探針2之第二區段22上、下位置。該第一固定板3分佈著複數個第一定位孔31，該第二固定板4分佈著複數個第二定位孔41；其中該第一定位孔31、第二定位孔41的尺寸及形狀是與該第二區段22相同。另外由於第一定位孔31、第二定位孔41是以雷射加工形成的細小微孔，微孔兩相鄰垂直面相接處會形成圓弧面，如圖9所示(該圖為第一定位孔31的放大示意圖)。由於本發明該探針2之第二區段22為呈正方型且相鄰側邊也呈弧面的設計，故能與該第一定位孔31及第二定位孔41配合。如圖7所示，在組裝後，該第一固定板3被限制於該第二區段22，無法通過該第一區段21。

該間隔片5為環形的固定片(如圖8所示)，中間中空區域51為複數探針2的分佈區域。在本實施例中該間隔片5為金屬薄片，用以間隔及固定各絕緣片6的位置。因此該間隔片5也不一定需為環狀，僅需能間隔設置於該絕緣片6之間，且不妨礙探針2運作即可。

該絕緣片6分佈著複數個限位孔61，該限位孔61大於或等於該第二區段22的橫向尺寸。組裝時，複數間隔片5、複數絕緣片6呈交錯堆疊方式分別被固定於該第一固定板3與該第二固定板4之間。該絕緣片6用以限制該探針2受壓後彎曲的變形量，分段間隔設置的目的在於：讓該探針2垂直接觸受壓時，可在各區段之間小弧度彎曲變形，保有適當強度避免過度彎曲，維持著與晶片良好的接觸狀態。另外在本實施例中該絕緣片6為透明的塑膠材料所構成。

組裝時，複數探針2是由上而下先插置於該第一固定板3的複數第一定位孔31內，因該第一區段21斷面大於該一定位孔31的關係，該複數探針2的 第一區段21被限制在該第一固定板3的頂面上。之後將整體上下顛倒放置。間隔片5、絕緣片6依序堆疊於該第一固定板3，因該絕緣片6為透明塑膠片，有利裝組者使複數該探針2通過複數限位孔61，最後再將該第二固定板4安裝於第二區段22接近末端的區段，並使該複數探针2的第二區段22通過該第二定位孔41，即完成整體的組裝作業。其中該第一固定板3、第二固定板4、複數個間隔片5可以用螺栓貫穿鎖緊固定，或是以其他構件夾緊固定，如此就能組裝完成一探針頭。該探頭2由第一區段21凸出於該第一固定板3，用以接觸電路板，該第二區段22凸出於該第二固定板4底面，用以接觸待測晶片。

運用本發明製成之探針卡，可以隨著探針2使用的損耗，針長變短的情況下，抽取接近該第二區段22底端之一個間隔片5及一個絕緣片6，使第二固定板4的位置上升，藉此使該第二區段22凸出於第二固定板5底面的長度加長，延長探針頭的使用壽命。

綜合以上所述，本發明組裝完成的探針頭，每根探針2的該第一區段21凸出於第一固定板3頂面，第二區段22由上而下依序被限制於該第一定位孔31、複數該限位孔61、以及該第二定位孔41內。複數絕緣片6分段間隔限制該探針2的彎曲變形量，配合探針2縱向長度較長的設計，因此具有良好彈性及強度。另外該探針2的第二區段22採斷面呈正方型的設計，為此類垂直式探針，提供了能承受更高電流量進行相關測試，滿足廠商的需求，也為克服此類晶片的測試問題。再者探針第二區段22相鄰側邊呈弧面的設計，在組裝中更為精確。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

Claims (9)

1. 一種垂直式探針，由圓柱針壓製而成的長條針體，斷面尺寸小於或等於50μm，且由斷面形狀不同的第一區段及第二區段所構成，該第二區段斷面是由四個平面側邊所形成的正方形且相鄰兩側邊相接處呈弧形，每個該弧形所佔該第二區段之斷面角度為10~20度，該第一區段斷面的最大寬度大於該第二區段斷面的最小寬度，且該第一區段局部凸出於該第二區段側邊，軸向長度小於該第二區段。
2. 如申請專利範圍第1項所述之垂直式探針，其中該第一區段斷面的形狀為圓形、長方形或橢圓形等其中至少一種。
3. 如申請專利範圍第1項所述之垂直式探針，其中該第二區段斷面的最小距離為相對兩邊之間的距離。
4. 一種探針卡之探針頭架構，包括第一固定板、第二固定板、複數個間隔片、複數個絕緣片、以及複數根探針，其中；該第一固定板分佈著複數個第一定位孔；該第二固定板分佈著複數個第二定位孔；該絕緣片分佈著複數個限位孔，且該複數間隔片、該複數絕緣片呈交錯堆疊方式被固定於該第一固定板與該第二固定板之間；以及該探針為一長條針體且斷面尺寸小於或等於50μm，由斷面形狀不同的第一區段及第二區段所構成，該第一區段斷面的最大寬度大於該第二區段斷面的最小寬度，且該第一區段局部凸出於該第二區段側邊，該第二區段斷面是由四個平面側邊所形成的正方形且相鄰兩側邊相接處呈弧形，每個該弧形所佔該第二區段 之斷面角度為10~20度，每一根探針的該第一區段緊鄰該第一固定板，該第二區段被限制於該第一定位孔、該複數限位孔及該第二定位孔內。
5. 如申請專利範圍第4項所述探針卡之探針頭架構，其中該第一區段斷面的形狀為圓形、長方形或橢圓形等其中至少一種。
6. 如申請專利範圍第4項所述探針卡之探針頭架構，其中該第一區段無法通過該第一定位孔。
7. 如申請專利範圍第4所述探針卡之探針頭架構，其中該第一定位、該複數限位孔及該第二定位孔的形狀是與該第二區段斷面的形狀相同。
8. 如申請專利範圍第4項所述探針卡之探針頭架構，其中該絕緣片為透明的塑膠片。
9. 如申請專利範圍第4項所述探針卡之探針頭架構，其中該複數間隔片為環形固定片，中間中空區域為該複數探針的分佈區域。