TWI641839B - 偵測裝置 - Google Patents

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TWI641839B
TWI641839B TW106128107A TW106128107A TWI641839B TW I641839 B TWI641839 B TW I641839B TW 106128107 A TW106128107 A TW 106128107A TW 106128107 A TW106128107 A TW 106128107A TW I641839 B TWI641839 B TW I641839B
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陳政憶
陳世宗
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中華精測科技股份有限公司
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Abstract

一種偵測裝置，包括探針卡及安裝於探針卡上的壓觸開關。探針卡包含電路板、設置於電路板上的框架、及安裝於框架的探針頭。探針頭包含板狀單元及多個探針。每個探針電性連接電路板。遠離電路板的多個探針的末端分別對應於電路板形成有多個高度。壓觸開關包含有電性連接電路板的壓觸探針。壓觸探針具有遠離電路板的末端，並且壓觸探針的末端與電路板間的最大距離不大於多個高度中的最小高度。當外部元件壓觸多個探針的末端以及壓觸探針的末端時，壓觸開關能觸發警戒信號，以停止探針卡與外部元件的相對移動。

Description

偵測裝置
本發明涉及一種探針卡，尤其涉及一種具有防撞功能的偵測裝置。
目前，在半導體製程中，晶圓製程完成而尚未進行切割封裝之前，為了確保晶圓的良率及避免構裝的浪費，必須先進行晶圓階段的電性測試，將探針卡上的探針直接與晶圓上的焊墊或凸塊直接接觸，引出晶圓訊號，再配合周邊測試儀器與軟體控制達到自動化量測的目的。
現有探針卡的探針頭需依賴晶圓針測機(Prober)做針位與高度的對準。在操作時，需經由操作人員設定針壓後，承載晶圓的承載平台(Chuck)會與探針頭做精準與精密地接觸。由於探針頭與晶圓接觸的行程很短(可能只有30~80μm)，因此當晶圓施予探針的壓力超過了針壓極限(假設約120μm)，將提升探針頭因過壓而被壓毀的風險。目前的晶圓針測機雖然具有設定針壓極限的功能，以防止探針頭過壓，然而僅透過晶圓針測機的內部監控機制，探針頭仍然會有容易過壓而損毀的風險。
於是，本發明人認為上述缺陷可改善，乃特潛心研究並配合科學原理的運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺陷的本發明。
本發明實施例在於提供一種偵測裝置，能有效地改善現有探針卡在進行晶圓針測時所可能產生的缺陷。
本發明實施例公開一種偵測裝置，包括：一探針卡，包含有：一電路板；一框架(Jig)，設置於所述電路板上；及一探針頭，安裝於所述框架，並且所述探針頭包含一板狀單元及穿設於所述板狀單元的多個探針；其中，每個所述探針電性連接於所述電路板，而遠離所述電路板的多個所述探針的末端分別對應於所述電路板形成有多個高度，並且多個所述探針的所述末端用來壓觸於一外部元件；以及一壓觸開關，可拆卸地安裝於所述探針卡，所述壓觸開關包含有電性連接於所述電路板的一壓觸探針，所述壓觸探針具有遠離所述電路板的一末端，並且所述末端與所述電路板之間的一最大距離不大於多個所述高度中的一最小高度，而所述最大距離與所述最小高度的一差值介於40微米至90微米；其中，當所述外部元件壓觸於多個所述探針的所述末端並且接觸到所述壓觸探針的所述末端時，所述壓觸開關能通過所述電路板觸發一警戒信號，以停止所述探針卡與所述外部元件的相對移動。
綜上所述，本發明實施例所公開的偵測裝置，可藉由在探針卡上另行安裝有壓觸開關，以及透過壓觸開關與探針卡彼此之間的連結結構設計，讓壓觸開關能用來監控探針卡與外部元件的距離是否過於靠近，並且當所述的距離過於靠近時，壓觸開關能發出警戒信號，以停止探針卡與外部元件的相對移動，從而有效地降低探針頭過壓的風險。
為能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，但是此等說明與附圖僅用來說明本發明，而非對本發明的保護範圍作任何的限制。
100‧‧‧偵測裝置
1‧‧‧探針卡
11‧‧‧電路板
12‧‧‧框架
121‧‧‧安裝部
122‧‧‧容置空間
123‧‧‧穿孔
124‧‧‧螺絲
13‧‧‧探針頭
131‧‧‧板狀單元
1311‧‧‧第一導引板
1312‧‧‧第二導引板
1313‧‧‧間隔板
132‧‧‧探針
1321‧‧‧連接段
1322‧‧‧偵測段
14‧‧‧轉接板
2‧‧‧壓觸開關(偵測器)
21‧‧‧承載件
211‧‧‧支撐體
212‧‧‧第一定位片
213‧‧‧第二定位片
214‧‧‧配合孔
22‧‧‧壓觸探針
221‧‧‧中間段
222‧‧‧偵測段
223‧‧‧連接段
3‧‧‧固定支架
200‧‧‧晶圓針測機台
201‧‧‧承載模組
202‧‧‧驅動模組
203‧‧‧處理模組
O‧‧‧外部元件
C‧‧‧晶圓
D‧‧‧距離
DV‧‧‧可變化距離
HL‧‧‧最小高度
S‧‧‧警戒信號
圖1為本發明偵測裝置的立體示意圖。
圖2為圖1的分解示意圖。
圖3為圖1沿III-III剖線的剖視示意圖。
圖4為圖1沿IV-IV剖線的剖視示意圖。
圖5為本發明實施例中外部元件壓觸於多個探針偵測段的示意圖。
圖6為本發明實施例中壓觸開關設置於電路板上並且位在框架外側的示意圖。
圖7為本發明的偵測裝置應用於晶圓針測機台的示意圖。
請參閱圖1至圖7，為本發明的實施例，需先說明的是，本發明各實施例對應附圖所提及的相關數量與外型，僅用來具體地說明本發明的實施方式，以便於了解本發明的內容，而非用來侷限本發明的保護範圍。
如圖1及圖2，本發明的實施例公開一種偵測裝置100，包括一探針卡1、一偵測器2、及一固定支架3，其中所述偵測器2安裝於探針卡1上，探針卡1安裝於固定支架3上。以下將分別說明本實施例偵測裝置100的各個元件具體構造，而後再適時說明偵測裝置100的各個元件間的連接關係。
需先說明的是，為了便於理解本實施例，所以圖式僅呈現偵測裝置100的局部構造，以便於清楚地呈現偵測裝置100的各個元件構造與連接關係。
如圖1至圖4，所述探針卡1包含一電路板11、一框架12(Jig)、一探針頭13、以及一轉接板14。其中，所述框架12設置於電路板11上，探針頭13安裝於框架12上，轉接板14設置於電路板11上，並且位於框架12的內側。
更具體地說，所述框架12呈環狀(如圖2)且在其內側上緣形成有階梯狀的一安裝部121，並且上述安裝部121的形狀相對應於所述探針頭13的外緣，以使得探針頭13能安裝於安裝部121 上，並且使得探針頭13能與電路板11呈間隔地設置。所述框架12在上述安裝部121的外側形成有一容置空間122以及多個穿孔123，所述容置空間122能用以容置所述偵測器2。多個所述穿孔123較佳是間隔地分布於框架12上，並且每個所述穿孔123能用以供一螺絲124穿過(如圖3)。藉此，形成有多個穿孔123的框架12能透過多個相對應的螺絲124將其鎖固於電路板11上。另，倘若需要補強電路板11的整體強度，多個螺絲124可穿透所述電路板11，並且進一步鎖固於所述固定支架3，藉以使電路板11夾持固定於框架12與固定支架3之間。
如圖4，所述探針頭13包含一板狀單元131及穿設於板狀單元131的多個探針132。較佳地，所述板狀單元131可進一步包含一第一導引板1311、一第二導引板1312、以及設置於第一導引板1311與第二導引板1312之間的一間隔板1313。所述間隔板1313對應於探針132的部分通常呈現中空狀態，因此探針132不會觸碰到間隔板1313。
再者，每個所述探針132是電性連接於電路板11，而遠離所述電路板11的多個探針132的末端(如下述探針132的偵測段1322的末端)分別對應於電路板11形成有多個高度。更具體地說，在本實施例中，每個探針132的相反兩端部位分別穿出所述板狀單元131的第一導引板1311及第二導引板1312，並且可分別定義為一連接段1321與一偵測段1322。多個所述探針132的連接段1321是電性連接於所述電路板11。多個探針132的偵測段1322可用來壓觸於一外部元件O。另外，多個所述偵測段1322的末端分別對應於電路板11形成有多個高度，也就是說，多個所述高度是由多個偵測段1322的末端至電路板11之間距離所定義。必須說明的是，本實施例的探針頭13是以每個探針132的相反兩端部位分別穿出所述板狀單元131的第一導引板1311及第二導引板1312，並且分別定義為一連接段1321與一偵測段1322為例，但於實際應 用時，探針頭13的探針132與板狀單元131的結構以及彼此之間的連結關係存在多種不同的變化形式，因此本發明不受限於此。
所述轉接板14在本實施例中為一訊號轉接板14(Signal Transfer Board，STB)。所述轉接板14可用以任意放大或縮小電路板11與多個探針132之間電性接點(圖未標號)的對應比例或分布範圍，也就是說，電路板11與轉接板14的多個電性接點的分布範圍可大於或小於多個探針132與轉接板14的電性接點的分布範圍。
進一步地說，所述轉接板14是設置於電路板11與探針頭13之間，並且位於所述框架12的內側。多個所述探針132的連接段1321抵接於轉接板14，以通過轉接板14而電性連接於電路板11，但本發明不受限於此。舉例來說，所述電路板11與所述探針卡1之間也可以不具有轉接板14(圖未繪示)，只要所述電路板11與所述探針卡1可以電性連接即可。
如圖3至圖6，所述偵測器2可用來監控所述探針頭13與所述外部元件O的距離是否過於靠近，以避免探針頭13因過壓而產生被壓毀(撞卡)的風險。在本實施例中，所述偵測器2是採用一壓觸開關2(如圖3)。所述壓觸開關2包含有一承載件21及設置於承載件21的一壓觸探針22。所述承載件21可進一步包含有一支撐體211、一第一定位片212、及一第二定位片213。
所述第一定位片212與第二定位片213彼此間隔地設置於支撐體211，壓觸探針22穿設定位於第一定位片212與第二定位片213。所述壓觸探針22具有一中間段221、一偵測段222、及一連接段223，其中，所述中間段221位於第一定位片212與第二定位片213之間。所述偵測段222穿出於第一定位片212，並且偵測段222的自由端定義為一末端。所述連接段223穿出於第二定位片213，並且連接段223穿過上述框架12而電性連接於電路板11。 值得一提的是，所述壓觸探針22的中間段221是通過上述第一定位片212與第二定位片213的定位而呈現彎曲狀，以使偵測段222與連接段223呈彼此錯位設置，藉此，壓觸探針22可被穩定地固定於承載件21上，從而避免了滑落的風險。
所述第一定位片212與第二定位片213於本實施例中所採用的材質為聚酯薄膜(Mylar)，但本發明不受限於此。舉例來說，在本發明未繪示的實施例中，所述第一定位片212與第二定位片213採用的材質也可以是橡膠片或矽膠片。
所述壓觸探針22於本實施例中所採用的材質與構造可相同於任何一個所述探針132的材質與構造，但本發明不受限於此。也就是說，在製作所述壓觸開關2時，並不需要特別去尋找其它種類的探針132，只需要採用與探針頭13的探針132相同的種類即可。藉此，可節省壓觸開關2的製作成本及降低製作的難易度。
進一步地說，所述壓觸開關2是設置於所述框架12的容置空間122內(如圖3)，但本發明不受限於此。所述壓觸開關2的設置位置能夠依據設計者的需求而加以調整，例如：壓觸開關2也可以安裝於電路板11上並且位在框架12的外側(如圖6)。
如圖3，所述框架12的容置空間122連通於多個穿孔123的其中一個穿孔123。壓觸開關2的承載件21形成有一配合孔214，並且配合孔214的位置對應於連通容置空間122的穿孔123。藉此，所述螺絲124可依序地穿設過上述相對應的配合孔214以及穿孔123，並且鎖固於所述電路板11(及固定支架3)，從而將壓觸開關2可拆卸地安裝於所述探針卡1上，並且電性連接於所述電路板11。再者，透過螺絲124的固定，壓觸開關2可以被穩定地固定於探針卡1上，不會因為外力撞擊或拉扯而輕易掉落，造成探針卡1的毀損。
如圖4至圖5，所述壓觸探針22的偵測段222的末端對應於 電路板11的距離D會小於多個所述探針132的偵測段1322的末端對應於電路板11所形成的多個高度中的一最小高度HL(固定值)。簡單地說，所述壓觸探針22的偵測段222的末端與電路板11之間的一最大距離D不大於多個所述高度中的一最小高度HL。
如圖5，當所述外部元件O壓觸於多個所述探針132的偵測段1322時，外部元件O與電路板11之間具有一可變化距離DV，並且壓觸開關2能用來監控可變化距離DV與最小高度HL之間的一待監測差值。當壓觸開關2所監控的待監測差值大於一臨界值時，壓觸開關2能通過電路板11觸發一警戒信號S(如圖7)，以停止探針卡1與外部元件O的相對移動。其中，所述臨界值是介於40微米至90微米，並且所述最大距離D與最小高度HL的一差值也是介於40微米至90微米。
換個角度說，當所述外部元件O剛好接觸到多個探針132中具有最小高度HL的探針132的末端時，所述壓觸開關2所監控的待監測差值大致為零，探針頭13的所有探針132皆開始產生針壓，但是針壓尚在可以忍受的範圍。此時，外部元件O已接觸到探針頭13中的所有探針132。接著，當所述外部元件O繼續朝電路板11的方向壓觸探針頭13的探針132，所述待監測差值會持續提升，探針132的針壓也會跟著持續提升，但是針壓仍在可以忍受的範圍。最後，當所述外部元件O接觸到壓觸開關2的壓觸探針22的末端時，所述待監測差值會大於臨界值(40微米至90微米之間的一個值)，此時探針132的針壓已快要超出可忍受的範圍，若在持續地壓觸探針頭13的探針132，探針頭13可能會有被壓毀的風險。為了解決此一問題，本實施例的壓觸開關2能進一步通過電路板11觸發一警戒信號S，以停止探針卡1與外部元件O的相對移動。
藉此，本實施例的偵測器2採用承載件21及壓觸探針22，即可製作出所述壓觸開關2，具有製作成本低廉、製作方式簡單、及 製作品質穩定等有益效果。再者，本實施例透過將所述壓觸開關2設置於探針卡1上(外部防撞機制)，不僅有效地降低探針頭13因過壓而被壓毀的風險，並且大幅地提升了探針卡1的使用可靠性。另外，由於壓觸開關2是通過壓觸探針22與電路板11電性連接(內部走線)，因此避免了使用到外部的線路，從而降低了壓觸開關2可能因為外力撞擊或拉扯而掉落的風險。
需說明的是，本實施例的壓觸開關2是以承載件21定位壓觸探針22來作一說明，但本發明不受限於此。也就是說，當探針卡1形成有能夠定位上述壓觸探針22的構造時，所述承載件21也可以被省略。
請參閱圖7，為本實施例的偵測裝置100應用於一晶圓針測機台200的示意圖。所述晶圓針測機台200包括有一承載模組201(相當於外部元件O)、所述偵測裝置100、一驅動模組202、及一處理模組203。其中，所述承載模組201(chuck)的一面是用以承載一晶圓C。所述偵測裝置100位於承載模組201的上方。所述驅動模組202連接於承載模組201另一面。所述處理模組203電性連接於探針卡1的電路板11以及驅動模組202。當操作者在執行探針頭13的針位與高度的對準時，所述承載模組201(包含晶圓C)會與探針頭13做精密地接觸，並且探針頭13的多個探針132會開始產生針壓。當所述承載模組201接觸到壓觸開關2的壓觸探針22的末端時，所述探針頭13的探針132的針壓已快要超出可忍受的範圍。此時，所述壓觸開關2能通過電路板11觸發一警戒信號S並且傳遞至處理模組203。所述處理模組203能根據警戒信號S停止探針卡1與承載模組201的相對移動，從而避免探針頭13被壓毀的情況發生。
以上所述僅為本發明的優選可行實施例，並非用來侷限本發 明的保護範圍，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的權利要求書的保護範圍。

Claims (9)

  1. 一種偵測裝置，包括：一探針卡，包含有：一電路板；一框架(Jig)，設置於所述電路板上；及一探針頭，安裝於所述框架，並且所述探針頭包含一板狀單元及穿設於所述板狀單元的多個探針；其中，每個所述探針電性連接於所述電路板，而遠離所述電路板的多個所述探針的末端分別對應於所述電路板形成有多個高度，並且多個所述探針的所述末端用來壓觸於一外部元件；以及一壓觸開關，可拆卸地安裝於所述探針卡，所述壓觸開關包含有電性連接於所述電路板的一壓觸探針，所述壓觸探針具有遠離所述電路板的一末端，並且所述壓觸探針的所述末端與所述電路板之間的一最大距離不大於多個所述高度中的一最小高度，而所述最大距離與所述最小高度的一差值介於40微米至90微米；其中，當所述外部元件壓觸於多個所述探針的所述末端並且接觸到所述壓觸探針的所述末端時，所述壓觸開關能通過所述電路板觸發一警戒信號，以停止所述探針卡與所述外部元件的相對移動；其中，所述框架形成有一容置空間，並且所述容置空間是自遠離所述電路板的所述框架表面所凹設形成，而所述壓觸開關設置於所述框架的所述容置空間內。
  2. 如請求項1所述的偵測裝置，其中，所述框架形成有多個穿孔，並且每個所述穿孔用以供一螺絲穿過，所述容置空間連通於多個所述穿孔的其中一個所述穿孔，並且所述壓觸開關形成有一配合孔，並且所述配合孔的位置對應於連通所述容置空間的所述穿孔。
  3. 如請求項1所述的偵測裝置，其中，所述壓觸開關進一步包含有一支撐體、一第一定位片、及一第二定位片，所述第一定位片與所述第二定位片彼此間隔地設置於所述支撐體，所述壓觸探針穿設定位於所述第一定位片與所述第二定位片。
  4. 如請求項3所述的偵測裝置，其中，所述壓觸探針具有：一中間段，位於所述第一定位片與所述第二定位片之間；一偵測段，穿出於所述第一定位片，並且所述偵測段的自由端定義為所述末端；及一連接段，穿出於所述第二定位片，並且所述連接段連接於所述電路板。
  5. 如請求項4所述的偵測裝置，其中，於所述壓觸探針中，所述中間段呈彎曲狀，並且所述偵測段與所述連接段呈彼此錯位設置。
  6. 如請求項1至5中任一項所述的偵測裝置，其中，所述壓觸探針的材質與構造相同於任一個所述探針的材質與構造。
  7. 如請求項1至5中任一項所述的偵測裝置，其進一步包括有一固定支架，所述探針卡安裝於所述固定支架上，並且所述電路板夾持固定於所述框架與所述固定支架之間。
  8. 如請求項1至5中任一項所述的偵測裝置，其中，所述探針卡包含有一轉接板，並且所述轉接板設置於所述電路板上並位於所述框架的內側；其中，每個所述探針的相反兩端部位分別穿出所述板狀單元並分別定義為一連接段與一偵測段，多個所述探針的所述連接段抵接於所述轉接板，以通過所述轉接板而電性連接於所述電路板。
  9. 一種偵測裝置，包括：一探針卡，包含有：一電路板；一框架(Jig)，設置於所述電路板上；及一探針頭，安裝於所述框架，並且所述探針頭包含一板狀單元及穿設於所述板狀單元的多個探針；其中，每個所述探針電性連接於所述電路板，而遠離所述電路板的多個所述探針的末端分別對應於所述電路板形成有多個高度，並且多個所述探針的所述末端用來壓觸於一外部元件；以及一壓觸開關，可拆卸地安裝於所述探針卡，所述壓觸開關包含有電性連接於所述電路板的一壓觸探針，所述壓觸探針具有遠離所述電路板的一末端，並且所述壓觸探針的所述末端與所述電路板之間的一最大距離不大於多個所述高度中的一最小高度，而所述最大距離與所述最小高度的一差值介於40微米至90微米；其中，當所述外部元件壓觸於多個所述探針的所述末端並且接觸到所述壓觸探針的所述末端時，所述壓觸開關能通過所述電路板觸發一警戒信號，以停止所述探針卡與所述外部元件的相對移動；其中，所述壓觸開關安裝於所述電路板上並且位在所述框架的外側。
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