TWI632374B

TWI632374B - 探針卡

Info

Publication number: TWI632374B
Application number: TW105143915A
Authority: TW
Inventors: 森山光広; 西田諭; 宮本大輔; 中村弘幸; 西嶋輝彦; 本田秀和; 岩下尚典; 瀬上恭史
Original assignee: Ｓｖ探針私人有限公司
Priority date: 2016-12-29
Filing date: 2016-12-29
Publication date: 2018-08-11
Also published as: TW201823727A

Abstract

本發明之探針卡，目的為防止針尖部與被測量物接觸時的滑動，而達成穩定的接觸電阻。

探針卡10係包括：基板12；導引板14，係具有垂直於板表面而貫通的複數個圓形貫通孔18；及複數個針16，係一端連接於基板12的針連接部20，而經由針中間固定部22並朝向基板12的中央側延伸的另一端則成為與被測量對象之焊墊接觸的接觸端，且遍及除了一端之針連接部之部分與另一端之接觸端之部分以外的整個長度都具有均等的直徑。各針16係包含：樑部24，係在針中間固定部22被固定，且從其中央側的端面突出；及針尖部26，其具有均等的直徑的部分係從樑部24的前端相對於導引板14側往垂直方向彎曲，且垂直穿過圓形貫通孔18；而針尖部26的接觸端形狀係為具有圓弧的形狀。

Description

探針卡

本發明係關於一種探針卡。

探針卡係包括下列構成：基板，藉由訊號線等而電性連接於測試器(tester)裝置；及被稱為探針的針，該針係連接於該基板並接觸屬於被測量物的LSI(Large Scale Integration，大型積體電路)晶片的銲墊(pad)。作為探針卡的種類，已知有懸臂型探針卡與垂直型探針卡。

懸臂型探針卡係被構成為針的一端被固定於基板的外周側，而該針朝向基板的中央側而往斜方向延伸，且朝向銲墊往斜方向彎曲的懸臂樑，其為簡單的構造。例如，在專利文獻1中，已揭示一種具備有針徑朝向前端側變細小之探針的懸臂型探針卡。

此外，在專利文獻2中，已揭示一種針的前端部貫通設在限制針的移動方向之導引板上之導引孔的懸臂型探針卡。該導引孔係具有長孔形狀。

再者，在專利文獻3中，已揭示一種具備有探針的懸臂型探針卡，該探針係貫通導引片(guide sheet)的貫通孔，而針的前端被按壓接觸於銲墊。該導引片的貫通孔，係具有孔面積從頂面往底面變小的倒圓錐型形狀。

此外，垂直型探針卡係安裝從基板朝向銲墊垂直降下的針，而防止了針在與銲墊接觸時的滑落。以垂直型探針卡之例而言，在專利文獻4中，係揭示有一種垂直型探針卡，其係包括：探針針，其係為具有彎曲部的銷針(pin)形狀且前端電性接觸於屬於被檢查基板之晶圓的電極；上側導引板，其係垂落固定複數個探針針；及下側導引板，其係具有供探針針貫通的導引孔。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開2001-108708號公報

專利文獻2：日本特開2011-99698號公報

專利文獻3：日本特開平7-183341號公報

專利文獻4：日本特開平11-038044號公報

如上所述，由於懸臂型探針卡的針係朝向基板的中央側往斜方向延伸，因此會傾斜地抵接於焊墊的表面。因此，針在與銲墊接觸時會有針滑動而超過預定的銲墊區域的情形。

另一方面，垂直型探針卡雖無上述的顧慮，但由於其係為將包括有具可撓性之彎曲部的針穿過上側導引板與下側導引板之雙方的複雜構造，因此會增加在探針卡製造步驟中的作業工時或構件費用。

本發明之目的係在於提供一種可達成既採用懸臂型的構造，又防止針尖部在與焊墊接觸時會在銲墊的表面上滑動的探針卡。

此外，本發明之另一目的在於提供一種穩定的接觸電阻的探針卡。

本發明之探針卡係包括：基板，係包含連接於外部裝置的配線；導引板，係配置成在基板的下方側且與基板呈平行，並具有垂直於板表面而貫通的複數個圓形貫通孔；及複數個針，係一端在基板的外周側連接於針連接部，並朝向基板的中央側延伸，而經由針中間固定部並進一步朝向基板的中央側延伸的另一端則成為與被測量對象之焊墊接觸的接觸端，且遍及除了一端之針連接部之部分與另一端之接觸端之部分以外的整個長度都具有均等的直徑；各針係包含：樑部，係在針中間固定部被固定，且從針中間固定部之中央側的端面突出；及垂直部，其具有均等的直徑的部分係從樑部的前端相對於導引板側往垂直方向彎曲，且垂直穿過圓形貫通孔，其中，前述圓形貫通孔之直徑與針之均等的直徑之間的間隙尺寸被設定為預定之值；垂直部的接觸端形狀係為具有圓弧的形狀。

此外，在本發明的探針卡中，較佳為接觸端形狀係為將垂直部之均等的直徑之1/2設為半徑的半球形狀。

此外，在本發明的探針卡中，較佳為接觸端形狀係從垂直部之均等的直徑的前端側以預定的尖細形狀延伸，而其最前端係為具有預定半徑的部分球面。

此外，在本發明的探針卡中，較佳為針的直徑的大小，係根據鄰接之針尖部之間的最短間距而設定；樑部的長度係被設定為在目標針壓值下，隨著針的直徑變小而變短。

此外，在本發明的探針卡中，較佳為針尖部係在樑部的前端與針尖部的垂直部之間具有彎曲部。

此外，在本發明的探針卡中，較佳為針中間固定部係設於導引板或基板。

依據上述構成，針尖部的垂直部係垂直穿過導引板的圓形貫通孔而與銲墊接觸。藉此，針尖部的垂直部即相對於銲墊的表面大致或最大限度地垂直地接近而接觸，因此可抑制針尖部的滑動。

此外，依據上述構成，垂直部的接觸端形狀係為具有圓弧的形狀，因此相較於將均等的直徑的針朝軸方向垂直切斷而成的圓形平坦面，對於銲墊的接觸電阻更為穩定。依據實驗結果，較佳為接觸端形狀係為將垂直部之均等的直徑的1/2設為半徑的半球形狀。再者，較佳為將接觸端形狀從垂直部之均等的直徑的前端側以預定的尖細形狀延伸，而其最前端係設為具有預定半徑的部分球面。

此外，依據上述構成，針尖部之均等的直徑與圓形貫通孔之間的間隙尺寸，係設定為預定的值。藉此，即可抑制針尖部接觸銲墊時，針尖部的垂直部相對於銲墊的表面傾斜，而可抑制針尖部的滑動。

此外，依據上述構成，由於未如習知之垂直型探針卡使用上側導引板與下側導引板的2片導引板，而不需使針尖部穿過複數個導引板的貫通孔，因此可減少構件的零件數，而可更簡單地製造。

6‧‧‧測試頭

10、10a、10b‧‧‧探針卡

12‧‧‧基板

14‧‧‧導引板

16‧‧‧針

17‧‧‧貫通孔

18‧‧‧圓形貫通孔

19‧‧‧導引板連接構件

20‧‧‧針連接部

22‧‧‧針中間固定部

24‧‧‧樑部

25‧‧‧彎曲部

26‧‧‧針尖部

28‧‧‧垂直部

30‧‧‧第1接觸端形狀

32‧‧‧第2接觸端形狀

34‧‧‧圓形平坦面形狀

B‧‧‧虛線

d₁‧‧‧直徑

d₂‧‧‧孔徑

E‧‧‧彈性係數

L‧‧‧長度

p‧‧‧間距

P_n‧‧‧針壓

r₁、r₂‧‧‧半徑

T_p‧‧‧目標針壓值

θ₁、θ₂‧‧‧角度

第1圖係為顯示本發明之實施形態之探針卡的側視圖。

第2圖係為第1圖之A-A線剖面圖。

第3圖(a)至(c)係為顯示本發明之實施形態之探針卡之接觸端之形狀之例的圖。

第4圖(a)至(c)係為針對第3圖之各接觸端的形狀進行比較接觸電阻的圖。

第5圖係為顯示另一構成之探針卡的圖。

第6圖係為顯示其他構成之探針卡的圖。

第7圖係為顯示另外構成之探針卡的圖。

以下使用圖式來詳細說明本發明的實施形態。此外，以下對於在所有圖式中對應的要素係賦予相同的符號，且省略重複的說明。

第1圖係為探針卡10的側視圖。第2圖係為第1圖之探針卡10的A-A線剖面圖。另外，在第1圖的右下方，係顯示虛線B的局部放大圖。

探針卡10係包括：基板12；導引板14，其配置成在基板12的下方側且與基板12呈平行；及針16，其一端在基板12的外周側被連接，且該針係朝向基板12的中央側延伸並經由針中間固定部22而朝向基板12的中央側更進一步延伸。另外，電性連接於基板12的測試頭(test head)6，雖非為探針卡10的構成要素，但被安裝在未圖示的測試器裝置。在第1圖及第2圖中，係以在與基板12之面呈平行的面內正交的2軸作為X軸、Y軸，且以與基板12之面呈垂直的軸作為Z軸。

基板12係為具有圓形或方形之外形形狀的配線基板。基板12係藉由玻璃環氧樹脂等所構成。基板12係具有供連接於測試頭6的複數個電極配置的頂面、及供複數個針16安裝的底面。頂面的配線與底面的配線，係視需要以未圖示的穿通孔(through hole)等來連接。

針連接部20係為在基板12之下面的外周側，配置於預定位置之針連接用的銲墊。針連接部20係使用銅等所構成。針連接部20係透過未圖示的導電性構件而電性連接於基板12之頂面的配線。在針連接部20中，係供複數個針16的一端固定。

導引板14係為具有圓形或方形之外形形狀的板構件。導引板14係配置成在基板12的下方側且與基板12呈平行。導引板14係由絕緣性高的材料所構成，例如使用陶瓷或玻璃等所構成。導引板14係具有在板表面垂直貫通的複數個圓形貫通孔18。

圓形貫通孔18係具有預定的孔徑d₂。圓形貫通孔18係以預定的間距p沿著Y方向排列形成。

導引板連接構件19係為具有環狀的外形形狀，且為用以將導引板14隔著預定的平行間隔而連接於基板12的間隔件(spacer)構件。導引板連接構件19係配置於基板12的外周側與中央側的大致中間。導引板連接構件19係使用環氧系樹脂或陶瓷、玻璃等的絕緣材料所構成。

導引板連接構件19係具有貫通孔17，該貫通孔17係具有供針16穿過的適當孔徑。貫通孔17係可為對於基板12及導引板14平行開設的孔，亦可為相對於基板12及導引板14具有預定的傾斜角度而開設的孔。貫通孔17係可為與針16維持具有間隙狀態的引導孔，亦可藉由環氧樹脂等來充填針16與貫通孔17之間的間隙。

針16係為具有屬於接觸端之另一端的探針，該另一端係從屬於在基板12的外周側連接於針連接部20之固定端的一端，朝向基板12的中央側而延伸，且在適當的位置朝下側彎曲，而與LSI晶片的銲墊接觸。針16係由鎢、鈹銅、貴金屬合金等的材料所構成。

針16係在固定端具有適於連接於針連接部20的形狀，且被實施有易於進行焊接等的表面處理等。在接觸端，則具有適於穩定接觸LSI晶片之銲墊的形狀。關於接觸端之形狀的詳細內容將於後陳述。針16係除一端中之固定端的部分及另一端中之接觸端的部分以外，其遍及其間的整個長度都具有均等的直徑d₁。直徑d₁的大小，係根據鄰接之針16之間的最短間距(pitch)p來決定。

針16係從連接於針連接部20之屬於固定端的一端朝向導引板連接構件19的貫通孔17並以適當的向下的傾斜而延伸。針16在穿過貫通孔17後，接著便在針中間固定部22被固定。從在針中間固定部22被固定的位置往前的部分，針16就成為自由端，因此針中間固定部22係具有使針16成為屬於懸臂的懸臂型探針卡的作用。針中間固定部22係使用在以預定間隔配置各針16的狀態下將整體予以樹脂塑模者。另一方式，亦可使用在絕緣體設有各針16之固定用孔的構件，且使各針16穿過固定用孔並以環氧樹脂等來固定。針16係從針中間固定部22中之基板12的外周側的端面進入，且朝屬於其相反側之端面的基板12之中央側的端面突出。兩端面之間之針16的部分係為固定部分。如第1圖所示，針16之針中間固定部22中的固定部分，係相對於基板12及導引板14呈平行。此係為例示，亦可依據探針卡10的規格，相對於基板12及導引板14保持為具有適當的傾斜角度。

針16係在針中間固定部22被固定，且於從針中間固定部22之端面中為基板12的中央側的端面突出之後，在適當的位置朝向導引板14側彎曲。以該彎曲的位置為邊界，將針中間固定部22的部分稱為樑部24，且將從樑部24之前端朝向導引板14側彎曲之後的部分稱為針尖部26。如第1圖所示，當針16之針中間固定部22中的固定部分相對於基板12及導引板14呈平行時，樑部24係相對於基板12及導引板14呈平行。針尖部26之前端側之具有均等的直徑d₁的部分，係為相對於基板12及導引板14呈垂直下降的垂直部28，且通過垂直開設於導引板14的圓形貫通孔18。

針16成為自由端的部分，係為在針中間固定部22於固定部分被固定之後，朝基板12之中央側之端面突出之前面部分的樑部24與針尖部26。從針16自針中間固定部22中之基板12之中央側的端面突出的位置沿著垂直方向測量，直到針尖部26之垂直部28之前端為止的高度，係相當於作為懸臂之針16的針高度。至於針16從針中間固定部22中之基板12之中央側之端面突出的位置，相對於基板12或導引板14的高度，係根據作為懸臂樑之針16的針高度而設定。

在此，於針尖部26中，從針中間固定部22之端面中為基板12之中央側的端面至樑部24之前端為止之樑部24的長度L，係依據目標針壓值Tp、及針16的直徑d₁來設定。在此，當設樑部24的撓曲量為δ、E為彈性係數，針壓為P_n時，撓曲量δ係可藉由δ=(P_n×L³)/(3×E×d₁ ⁴×π/64)的公式來求出。在此公式中，當撓曲量δ、彈性係數E、直徑d₁為固定時，可得知針壓P_n係與長度L之3乘方的L³成反比。亦即，L愈長針壓P_n就愈下降， L愈短針壓P_n就愈上升。再者，當撓曲量δ、彈性係數E、直徑d₁為固定，且在預定的目標針壓值T_p之下，由於直徑d₁之4乘方的d₁ ⁴與L³的比為一定，因此樑部24的長度L係被設定為隨著直徑d₁變小而變短。

針中間固定部22係使用環氧系樹脂或陶瓷、玻璃等的絕緣材料所構成。針中間固定部22係被設置成即使在針16的全長變長的情形下，也可藉由縮短長度L而提高針壓P_n。針中間固定部22係配置於導引板14的中央側，用以固定複數個針16。另外，針中間固定部22亦可配置於基板12側。另外，在此，針中間固定部22與導引板連接構件19雖被記載為個別構件，但亦可將其形成為一體。

在此，針對針尖部26之接觸端的形狀進行說明。所謂針尖部26的接觸端，係指屬於針尖部26之前端側之具有均等的直徑d₁之部分的垂直部28的最前端部，且為針16之另一端接觸LSI晶片之銲墊的部位。接觸端的形狀，並非是將均等的直徑d₁之針16朝軸方向垂直切斷的圓形平坦面，而為前端具有圓弧的形狀。第3圖中，係於第3圖(a)顯示第1接觸端形狀30，且於第3圖(b)顯示第2接觸端形狀32，以作為前端具有圓弧之接觸端的形狀之例。另外，在第3圖(c)中，係顯示圓形平坦面形狀34以作為比較例。

第1接觸端形狀30係為將垂直部28之均等的直徑d₁之1/2的(d₁/2)設為半徑r₁的的半球形狀。第1接觸端形狀30之針尖部26中之沿著軸方向的長度，係為r₁=(d₁/2)。茲舉尺寸的一例，將垂直部28之均等的的直徑d₁設為35μm，第1接觸端形狀30之半球形狀的半徑r₁，係為17.5μm。直徑d₁及半徑r₁的值，係作為說明之用的例示，其可依據探針卡10之針16的規格而適當變更。

第2接觸端形狀32係從垂直部28之均等的之直徑d₁的前端側以預定的尖細形狀延伸，而其最前端係為具有預定半徑r₂的部分球面。預定的尖細形狀，係為以預定的斜錐(taper)角度成為尖細形狀的圓錐前端形狀。換言之，起初先設定最前端之部分球面之預定的半徑r₂，再規定斜錐角度以與其平滑地連接。預定的半徑r₂，係以實驗等方式而預先求得適於穩定接觸LSI晶片之銲墊的大小，而設定為其值。預定的半徑r₂，較佳為垂直部28之均等的直徑d₁的約15%至30%左右。茲舉大小的一例，將d₁設為35μm，第2接觸端形狀32之圓錐前端形狀之前端之部分球面的半徑r₂為d₁之約22%的7.5μm。此係作為說明之用的例示，其可依探針卡10之針16的規格而適當變更。

在上述中，預定的尖細形狀，雖設為以預定的斜錐角度成為尖細形狀的圓錐前端形狀，但亦可為具有適當的膨脹圓弧形狀的尖細形狀，以取代具有直線性斜錐角度的圓錐前端形狀。例如，亦可為愈往前端，則變尖細之程度愈大的砲彈形形狀。此外，亦可為直徑d₁之部分與尖細形狀之間的連接形狀具有適當的圓弧，亦可為尖細形狀與最前端之部分球面之間的連接形狀具有適當的圓弧。

接下來說明上述構成之探針卡10的作用。在探針卡10的針16中，針尖部26之前端側之屬於具有均等的直徑d₁之部分的垂直部28，係垂直穿過導引板14的圓形貫通孔18而與銲墊接觸。藉此，針尖部26之前端側的垂直部28即相對於銲墊的表面大致或最大限度地垂直地接近而接觸，因此可抑制垂直部28接觸銲墊時之針尖部26的滑動。

此外，依據上述的探針卡10，針尖部26之垂直部28之均等的直徑d₁與圓形貫通孔18之孔徑d₂之間的間隙尺寸，係被設定為預定的值。茲舉預定之值的一例，係為d₁或d₂的10至20%左右。此係為一例，亦可依據探針卡10的規格而適當變更。藉此，即使是針尖部26接觸銲墊時，針尖部26之垂直部28傾斜的力產生作用的情形下，垂直部28的移動也會被圓形貫通孔18阻止。因此，可抑制針尖部26相對於銲墊的表面傾斜。

再者，在探針卡10中，並未如習知的垂直型探針卡使用上側導引板與下側導引板的2片導引板，而僅使用1片導引板14來構成。因此，不需使針尖部26穿過複數個導引板的貫通孔，因此相較於習知的垂直型探針卡，可更簡單地進行製造，而且，可減少構件的零件數。

在探針卡10中，如上所述，樑部24的長度L，在目標針壓值T_p之下，係被設定為隨著直徑d₁變小而變短。因此，即使在為了使鄰接之針尖部26之間的間距p 成為狹窄間距而縮小直徑d₁的情形下，也可藉由調整長度L而使針壓P_n配合目標針壓值T_p。

第4圖係為顯示針尖部26之接觸端之形狀的效果。第4圖之各圖的橫軸，係以使針16之接觸端接觸LSI晶片之銲墊的次數作為接觸次數，且取得接觸次數從1次至200次進行顯示。縱軸係顯示各接觸次數的接觸電阻。第4圖(a)係顯示具有d₁=35μm之第1接觸端形狀30之針16的結果，第4圖(b)係顯示具有半徑r₂=7.5μm之第2接觸端形狀32之針16的結果。在第2接觸端形狀32中，若半徑r₂=7.5μm相同，則即使預定的尖細形狀有些許變化，結果也不會出現大的差異。在第4圖(b)中，係使用了砲彈形形狀作為預定的尖細形狀。第4圖(c)係顯示作為比較例之具有圓形平坦面形狀34之針16的結果。

從第4圖的3個實驗結果的比較可得知，屬於針16之另一端的接觸端接觸LSI晶片之銲墊時的接觸電阻、及反覆接觸時的接觸電阻的變化，會因為針尖部26之接觸端的形狀，而產生極大的不同。比較例的第4圖(c)，接觸電阻會隨著反覆接觸而增大，接觸電阻的最大值成為約3.5Ω。相對於此，在第4圖(a)的第1接觸端形狀30中，反覆接觸時的接觸電阻的增加則比第4圖(c)緩和，接觸電阻的最大值亦縮小於2.7Ω以下。在第4圖(b)的第2接觸端形狀32中，即使反覆接觸亦幾乎未見接觸電阻的變化，而維持了初期之接觸電阻的狀態。從此結果來看，以針尖部26之接觸端的形狀而言，比起比較例之第4圖(c)的圓形平坦面形狀34，係以在前端側具有圓弧的形狀為佳，尤佳為使用第1接觸端形狀30，較之更佳者，可使用第2接觸端形狀32。

接著說明屬於探針卡10之第1變形例的探針卡10a。第5圖係為在探針卡10a中，對應第1圖之虛線B之局部放大圖的圖。探針卡10a與探針卡10的不同點，係在於針尖部26為由彎曲部25及垂直部28的兩個所構成。以下針對此不同點進行說明。

彎曲部25係被彎曲加工成與樑部24之間所構成的角度成為預定的角度θ₁，而與垂直部28之間所構成的角度成為預定的角度θ₂。一般而言，樑部24的長度L愈短，則針16接觸銲墊時的針壓愈高，因此針16係以易於撓曲為理想。探針卡10a係如上述被進行了彎曲加工，因此相較於沒有彎曲加工的情形，會有針16接觸銲墊時易於撓曲的優點。此外，藉由將θ₂接近180°，或增長針尖部26的長度，亦可達成更易於撓曲。

另外，在探針卡10、10a中，雖已說明了LSI晶片的銲墊係沿著Y方向排列配置成一排，但有時銲墊亦交錯配置成2排。第6圖係為顯示焊墊交錯配置成2排之探針卡10b的圖。在探針卡10、10a、10b中，當使交錯配置的銲墊成為狹窄間距時，有時針16會如第6圖所示被分成上下2段進行安裝。在此情形下，由於從上段的針16中之樑部24的前端至垂直部28為止的長度會比探針卡10、10a還長，因此藉由設置彎曲部25即可較佳地抑制壓曲的產生。此外，在探針卡10中，雖已說明了針16如第2圖所示配置於2邊，但不限定於此例，例如亦可配置於4邊。在探針卡10中，雖已說明了針16如第2圖所示延伸成直線狀，但亦可如第7圖所示使用具有彎曲形狀者。

Claims

一種探針卡，係包括：基板，係包含連接於外部裝置的配線；導引板，係配置成在前述基板的下方側且與前述基板呈平行，並具有垂直於板表面而貫通的複數個圓形貫通孔；及複數個針，係一端在前述基板的外周側連接於針連接部，而朝向前述基板的中央側延伸且經由針中間固定部進一步朝向前述基板的中央側延伸的另一端則成為與被測量對象之焊墊接觸的接觸端，且遍及除了前述一端之針連接部之部分與前述另一端之接觸端之部分以外的整個長度都具有均等的直徑；前述各針係包含：樑部，係在前述針中間固定部被固定，且從前述針中間固定部之前述中央側的端面突出；及垂直部，其具有前述均等的直徑的部分係從前述樑部的前端相對於前述導引板側往垂直方向彎曲，且垂直穿過前述圓形貫通孔，其中，前述圓形貫通孔之直徑與前述針之均等的直徑之間的間隙尺寸被設定為預定之值；前述垂直部的接觸端形狀係為具有圓弧的形狀。
如申請專利範圍第1項所述之探針卡，其中，前述接觸端形狀係為將前述垂直部之前述均等的直徑之1/2設為半徑的半球形狀。
如申請專利範圍第1項所述之探針卡，其中，前述接觸端形狀係從前述垂直部之均等的直徑的前端側以預定的尖細形狀延伸，而其最前端係為具有預定半徑的部分球面。
如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之探針卡，其中，前述針的直徑的大小，係根據鄰接之前述針尖部之間的最短間距而設定；前述樑部的長度係被設定為在目標針壓值下，隨著前述針的直徑變小而變短。
如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之探針卡，其中，前述針尖部係在前述樑部的前端與前述針尖部的垂直部之間具有彎曲部。
如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之探針卡，其中，前述針中間固定部係設於前述導引板或前述基板。