TWI677689B

TWI677689B - 探針卡裝置及其關節式探針

Info

Publication number: TWI677689B
Application number: TW108108071A
Authority: TW
Inventors: 謝開傑; Kai Chieh Hsieh; 刁盈銘; Ying Ming Tiao; 王憲瑜; Hsien Yu Wang
Original assignee: 中華精測科技股份有限公司; Chunghwa Precision Test Tech. Co., Ltd.
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2019-11-21
Also published as: TW202033964A

Abstract

本發明公開一種探針卡裝置及其關節式探針，所述關節式探針包含有一上針段、一下針段、及至少一個關節段。上針段包含有位於相反兩側的一固定部與一上樞接部，下針段包含有位於相反兩側的一偵測部與一下樞接部。至少一個所述關節段包含有分別樞接於所述上樞接部及下樞接部的兩個外接部。其中，至少一個所述關節段能相對於所述上針段與下針段樞轉，以使所述關節式探針選擇性地處於一植針位置與一偵測位置。當所述關節式探針處於所述偵測位置時，至少一個所述關節段未形變、並與所述上針段及所述下針段各形成有小於180度的一預定外夾角。

Description

探針卡裝置及其關節式探針

本發明涉及一種探針卡，尤其涉及一種探針卡裝置及其關節式探針。

現有的垂直式探針卡包含有多個導板及穿設於上述多個導板的多個導電探針，並且上述每個導電探針會受到多個導板的錯位設置所壓迫，進而產生形變。其中，由於所述導電探針的形變部位會有應力過度集中而易斷裂的情形發生，所以導電探針在現有的結構設計之下，其需維持在較長的長度。然而，過長的導電探針易有電感值與電阻值過大的問題，使得信號傳輸的衰減嚴重。

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探針卡裝置及其關節式探針，能有效地改善現有垂直式探針卡所可能產生的缺陷。

本發明實施例公開一種探針卡裝置，包括：一上導板與一下導板，彼此間隔地設置；以及多個關節式探針，分別穿設於所述上導板、並分別穿設於所述下導板；其中，每個所述關節式探針包含有：一上針段，穿設於所述上導板，並且所述上針段包含有分別位於所述上導板相反兩側的一固定部與一上樞接部；一下針段，穿設於所述下導板，並且所述下針段包含有分別位於所述下導板相反兩側的一偵測部與一下樞接部，而所述上樞接部與所述下樞接部位於所述上導板與所述下導板之間；及至少一個關節段，位於所述上導板與所述下導板之間，並且至少一個所述關節段包含有分別樞接於所述上樞接部及所述下樞接部的兩個外接部；其中，至少一個所述關節段能相對於所述上針段與所述下針段樞轉，以使所述關節式探針選擇性地處於一植針位置與一偵測位置；其中，當任一個所述關節式探針處於所述植針位置時，所述上針段、至少一個所述關節段、及所述下針段共同呈一直線狀構造；當任一個所述關節式探針處於所述偵測位置時，至少一個所述關節段未形變、並與所述上針段及所述下針段各形成有小於180度的一預定外夾角。

本發明實施例也公開一種探針卡裝置的關節式探針，包括：一上針段，包含有位於相反兩側的一固定部與一上樞接部；一下針段，包含有位於相反兩側的一偵測部與一下樞接部；及至少一個關節段，包含有分別樞接於所述上樞接部及所述下樞接部的兩個外接部；其中，至少一個所述關節段能相對於所述上針段與所述下針段樞轉，以使所述關節式探針選擇性地處於一植針位置與一偵測位置；其中，當所述關節式探針處於所述偵測位置時，至少一個所述關節段未形變、並與所述上針段及所述下針段各形成有小於180度的一預定外夾角。

綜上所述，本發明實施例所公開的探針卡裝置，其通過關節式探針的結構設計(如：以至少一個關節段樞接於上針段與下針段)，使得處於偵測位置的關節式探針不會有應力過度集中的問題(如：至少一個所述關節段未形變)，據以能夠使其總長度被縮短。因此，所述關節式探針的電感值與電阻值能夠有效地降低，進而改善信號傳輸的衰減問題。

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。

1000‧‧‧探針卡裝置

100‧‧‧探針頭

1‧‧‧上導板

11‧‧‧上穿孔

2‧‧‧下導板

21‧‧‧下穿孔

3‧‧‧間隔板

31‧‧‧容置空間

4‧‧‧關節式探針

41‧‧‧上針段

41a‧‧‧內層結構

41b‧‧‧外層結構

411‧‧‧固定部

412‧‧‧上樞接部

4121‧‧‧上樞軸

413‧‧‧配合結構

42‧‧‧下針段

42a‧‧‧內層結構

42b‧‧‧外層結構

421‧‧‧偵測部

422‧‧‧下樞接部

4221‧‧‧下樞軸

43‧‧‧關節段

43a‧‧‧內層結構

43b‧‧‧外層結構

431‧‧‧外接部

4311‧‧‧上軸孔

4312‧‧‧下軸孔

432‧‧‧外止擋結構

433‧‧‧內接部

434‧‧‧配合結構

435‧‧‧內止擋結構

200‧‧‧轉接板

D‧‧‧最大距離

α1‧‧‧預定外夾角

α2‧‧‧預定內夾角

C‧‧‧中心線

Dp‧‧‧預定方向

圖1為本發明實施例一的探針卡裝置在植針位置時的立體示意圖。

圖2為本發明實施例一的探針卡裝置在偵測位置時的立體示意圖。

圖3為圖1的局部側視示意圖。

圖4為圖2的局部側視示意圖。

圖5為本發明實施例一的探針卡裝置對待測物進行偵測的示意圖。

圖6為圖3的局部放大示意圖。

圖7為圖4的局部放大示意圖。

圖8為圖6沿剖線ⅤⅢ-ⅤⅢ的剖視示意圖。

圖9為本發明實施例一的關節式探針的上針段與關節段的局部示意圖。

圖10為本發明實施例二的探針卡裝置在植針位置時的側視示意圖。

圖11為本發明實施例二的探針卡裝置在偵測位置時的側視示意圖。

圖12為圖10的局部放大示意圖。

圖13為圖11的局部放大示意圖。

圖14為本發明實施例二的探針卡裝置對待測物進行偵測的示意圖。

請參閱圖1至圖14，其為本發明的實施例，需先說明的是，本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。

[實施例一]

如圖1至圖9所示，其為本發明的實施例一。如圖1和圖2所示，本實施例公開一種探針卡裝置1000(也就是，垂直式探針卡裝置1000)，其包括有一探針頭100(probe head)以及抵接於上述探針頭100一側(如：圖1中的探針頭100頂側)的一轉接板200(space transformer)，並且所述探針頭100的另一側(如：圖1中的探針頭100底側)能用來頂抵測試一待測物(device under test，DUT)(圖未繪示，如：半導體晶圓)。

需先說明的是，為了便於理解本實施例，所以圖式僅呈現探針卡裝置1000的局部構造，以便於清楚地呈現探針卡裝置1000的各個元件構造與連接關係，但本發明並不以圖式為限。以下將分別介紹所述探針頭100的各個元件構造及其連接關係。

如圖1所示，所述探針頭100包含有一上導板1(upper die)、一下導板2(lower die)、夾持於上導板1與下導板2之間的一間隔板3、及多個關節式探針4。需說明的是，於本發明未繪示的其他實施例中，所述探針頭100的間隔板3也可以省略或是其他構件取代。再者，所述關節式探針4也可以搭配其他構件或是單獨地應用。

所述間隔板3夾持於所述上導板1與下導板2之間，以使上導板1與下導板2能夠彼此平行地間隔設置，但本發明不受限於此。其中，所述上導板1形成有多個上穿孔11，所述下導板2形成有多個下穿孔21，並且所述多個下穿孔21的位置分別對應於多個上穿孔11的位置。所述間隔板3形成有連通於多個上穿孔11與多個下穿孔21的一容置空間31。再者，所述間隔板3於本實施例中可以是環形構造、並夾持於上導板1及下導板2的相對應外圍部位，由於所述間隔板3與本發明的改良重點的相關性較低，所以下述不詳加說明間隔板3的細部構造。

所述多個關節式探針4分別穿設於所述上導板1(的上穿孔11)、並分別穿設於所述下導板2(的下穿孔21)。其中，所述關節式探針4於本實施例中為可導電的多段式構造，關節式探針4的橫剖面大致呈矩形，並且本實施例的關節式探針4可以是由微機電系統(MEMS)技術所製造，但本發明不以此為限。

由於本實施例探針頭100的多個關節式探針4構造皆大致相同，所以下述說明是以單個關節式探針4為例，但本發明不受限於此。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，所述探針頭100的多個關節式探針4也可以是具有彼此相異的構造。

如圖1至圖4所示，所述關節式探針4於本實施例中包含有一上針段41、一下針段42、及樞接於所述上針段41與下針段42的一關節段43。沿所述轉接板200朝向待測物的一方向(如：圖1中的由上往下)來看，所述關節式探針4是包含有依序樞接的上針段41、關節段43、及下針段42。其中，所述上針段41穿設且定位於上導板1(的相對應上穿孔11)並且頂抵於轉接板200的相對應導電接點，所述下針段42穿設於下導板2(的相對應下穿孔21)並且用來可分離地頂抵(或壓抵)於待測物的相對應導電接點(圖中未示出)，而所述關節段43則是位於所述上導板1與下導板2之間。

需補充說明的是，於本發明未繪示的其他實施例中，所述上導板1可以採用彼此錯位設置的雙導板結構，以使所述關節式探針4的上針段41能夠被所述雙導板結構卡持，據以定位於上導板1。

更詳細地說，如圖3和圖4所示，所述上針段41包含有分別位於上導板1相反兩側的一固定部411與一上樞接部412，並且所述下針段42包含有分別位於下導板2相反兩側的一偵測部421與一下樞接部422。其中，所述固定部411是頂抵於轉接板200(如：圖2)的相對應導電接點，所述偵測部421用來可分離地頂抵(或壓抵)於待測物的相對應導電接點，而所述上樞接部412與下樞接部422則是位於所述上導板1與下導板2之間。

再者，所述關節段43包含有分別樞接於所述上樞接部412及下樞接部422的兩個外接部431，以使所述關節段43能相對於所述上針段41與下針段42樞轉，進而令關節式探針4選擇性地處於一植針位置(如：圖1、圖3)與一偵測位置(如：圖2、圖4)。

如圖1和圖3所示，當所述關節式探針4處於上述植針位置時，所述上導板1的多個上穿孔11是分別位於所述下導板2的多個下穿孔21的正上方，並且所述上針段41、關節段43、及下針段42共同呈一直線狀構造。其中，所述上針段41的固定部411末端與所述下針段42的偵測部421末端之間的一最大距離D(也就是，關節式探針4的總長度)於本實施例中是介於2~2.5公厘(mm)，但本發明不受限於此。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，所述關節式探針4的總長度也可以是1~10公厘。

如圖2和圖4所示，當所述關節式探針4處於上述偵測位置時，所述上導板1與下導板2是在一水平面彼此錯位設置(也就是，多個上穿孔11是分別沿一傾斜方向對應於多個下穿孔21)，所述關節段43未形變、並與所述上針段41及下針段42各形成有小於180度的一預定外夾角α 1。其中，所述預定外夾角α 1較佳是介於120度~150度(如：135度)，但本發明不受限於此。

再者，如圖4和圖5所示，當以處於偵測位置的關節式探針4來對待測物進行測試時，所述下針段42的偵測部421壓抵於待測物，以使所述下針段42能沿其長度方向移動，而所述關節段43通過與上針段41的結構搭配(如：下述的配合結構413與外止擋結構432)，而傾向與所述上針段41維持於所述預定外夾角α 1，因而使關節段43以形變來吸收下針段42的移動量(也就是，提供行程)、並蓄有一回彈力。

其中，由於所述關節式探針4的結構設計，以使關節式探針4在總長度介於2~2.5公厘的態樣中，能夠支撐所述下針段42沿其長度方向移動至少100微米(μm)。也就是說，所述關節式探針4的結構設計能夠使其總長度被縮短，據以降低關節式探針4的電感值與電阻值，進而有效地改善信號傳輸的衰減問題。

此外，當所述下針段42的偵測部421離開上述待測物時，所述關節段43會通過其與上針段41的結構搭配來釋放回彈力，而使關節段43回復成直線狀且未形變。

進一步地說，如圖6和圖7所示，所述上樞接部412形成有一配合結構413，對應於上樞接部412的外接部431形成有一外止擋結構432，並且所述上樞接部412的配合結構413位於相對應外接部431的外止擋結構432的移動路徑上。據此，當所述關節式探針4處於偵測位置(如：圖7)時，所述上樞接部412的所述配合結構413止擋於上述相對應外接部431的外止擋結構432，以使所述關節段43能與所述上針段41傾向維持於所述預定外夾角α 1。其中，上述配合結構413與相對應的外止擋結構432於本實施例中是以軌道槽與凸塊的配合來說明，但本發明不受限於此。

需額外說明的是，所述上針段41的上樞接部412與所述相對應關節段43的外接部431的樞接方式可以依據設計需求而加以調整變化。而為便於理解本實施例，下述以其中一種樞接方式來說明，但本發明不受限於此。

如圖8和圖9所示，所述關節式探針4的上針段41、下針段42、及關節段43各包含有一內層結構41a、42a、43a及分別成形於內層結構41a、42a、43a相反兩側的兩個外層結構41b、42b、43b。也就是說，所述上樞接部412、下樞接部422、及兩個外接部431各包含有內層結構41a、42a、43a及分別成形於內層結構41a、42a、43a相反兩側的兩個外層結構41b、42b、43b。而於本實施例的上針段41、下針段42、及關節段43的其中任一個之中，所述內層結構41a、42a、43a及兩個外層結構41b、42b、43b可以是通過微機電系統技術而逐層製造所形成，據以利於所述上樞接部412(或下樞接部422)與其所樞接的所述外接部431能夠形成彼此樞接的結構。

更詳細地說，所述上樞接部412與其所樞接的所述外接部431的其中之一形成有一上軸孔4311、而其中另一形成有可轉動地穿設於所述上軸孔4311的一上樞軸4121，並且下樞接部422與其所樞接的所述外接部431的其中之一形成有一下軸孔4312、而其中另一形成有可轉動地穿設於所述下軸孔4312的一下樞軸4221。於本實施例中，所述上軸孔4311、上樞軸4121、下軸孔4312、及下樞軸4221較佳是分別形成於相對應所述上樞接部412、下樞接部422、及兩個外接部431的所述內層結構41a、42a、43a上，但本發明不以此為限。

[實施例二]

如圖10至圖14所示，其為本發明的實施例二，本實施例類似於上述實施例一，所以兩個實施例的相同處則不再加以贅述，而本實施例相較於實施例一的差異主要如下所述：

所述關節式探針4的上針段41定位於所述上導板1，並且上針段41與上導板1之間的定位方式可以依據設計需求而加以調整變化。舉例來說，於本發明未繪示的其他實施例中，所述上導板1可以採用彼此錯位設置的雙導板結構，以使所述關節式探針4的上針段41能夠被所述雙導板結構卡持，據以定位於上導板1。

如圖10和圖11所示，所述關節式探針4所包含的關節段43數量於本實施例中為兩個，每個關節段43包含有一內接部433，並且兩個所述關節段43的內接部433彼此樞接，而上述兩個關節段43彼此遠離的部位則分別為所述兩個外接部431。其中，上述兩個內接部433之間的樞接方式可以是如同上樞接部412與相對應外接部431之間的樞接方式，本實施例在此不加以贅述。再者，所述述兩個內接部433之間也形成有配合結構434與內止擋結構435，其類似於上述實施例一的配合結構431與外止擋結構432的結構搭配，所以本實施例不再加以贅述。

據此，所述兩個關節段43不但能彼此樞轉、還能相對於所述上針段41與下針段42樞轉，以使所述關節式探針4選擇性地處於一植針位置(如：圖10、圖12)與一偵測位置(如：圖11、圖13)。需先說明的是，所述關節式探針4於本實施例中自上述植針位置朝偵測位置移動是通過上導板1與下導板2沿一鉛錘方向彼此靠近而達成。

如圖圖10和圖12所示，當所述關節式探針4處於上述植針位置時，所述上導板1的多個上穿孔(圖未示)是分別位於所述下導板2的多個下穿孔(圖未示)的正上方，並且所述上針段41、關節段43、及下針段42共同呈一直線狀構造。其中，所述兩個內接部433彼此樞接的位置是與任一個關節段43的一中心線C呈偏移設置，以使所述關節式探針4朝向偵測位置移動時，兩個關節段43的內接部433能沿一預定方向Dp移動。也就是說，所述探針頭100能通過上述偏移設置，以使多個關節式探針4的內接部433皆沿著相同的預定方向Dp移動。

如圖圖11和圖13所示，當所述關節式探針4處於上述偵測位置時，所述上針段41位於所述下針段42的長度方向上，所述兩個關節段43未形變並且所述兩個關節段43之間通過上述配合結構434與內止擋結構435而形成有小於180度的一預定內夾角α 2。其中，所述預定內夾角α 2較佳是介於60度~120度(如：90度)，但本發明不受限於此。

再者，如圖11、圖13、和圖14所示，當以處於偵測位置的關節式探針4來對待測物進行測試時，所述下針段42的偵測部421壓抵於待測物，以使所述下針段42能沿其長度方向移動，並且所述兩個內接部433之間的結構搭配(如：配合結構434與內止擋結構435)能使其傾向維持於所述預定內夾角α 2，因而使兩個關節段43以形變來吸收下針段42的移動量(也就是，提供行程)、並蓄有一回彈力。

此外，當所述下針段42的偵測部421離開上述待測物時，所述兩個關節段43會通過其配合結構434與內止擋結構435的結構搭配來釋放回彈力，而使關節段43回復成直線狀且未形變。

依據上述實施例一和實施例二的內容可得知，所述每個關節式探針4所包含的關節段43數量可以是至少一個；也就是說，每個關節式探針4所包含的關節段43數量可以視設計需求而加以調整變化。

[本發明實施例的技術效果]

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的專利範圍內。

Claims

一種探針卡裝置，包括：一上導板與一下導板，彼此間隔地設置；以及多個關節式探針，分別穿設於所述上導板、並分別穿設於所述下導板；其中，每個所述關節式探針包含有：一上針段，穿設於所述上導板，並且所述上針段包含有分別位於所述上導板相反兩側的一固定部與一上樞接部；一下針段，穿設於所述下導板，並且所述下針段包含有分別位於所述下導板相反兩側的一偵測部與一下樞接部，而所述上樞接部與所述下樞接部位於所述上導板與所述下導板之間；及至少一個關節段，位於所述上導板與所述下導板之間，並且至少一個所述關節段包含有分別樞接於所述上樞接部及所述下樞接部的兩個外接部；其中，至少一個所述關節段能相對於所述上針段與所述下針段樞轉，以使所述關節式探針選擇性地處於一植針位置與一偵測位置；其中，當任一個所述關節式探針處於所述植針位置時，所述上針段、至少一個所述關節段、及所述下針段共同呈一直線狀構造；當任一個所述關節式探針處於所述偵測位置時，至少一個所述關節段未形變、並與所述上針段及所述下針段各形成有小於180度的一預定外夾角；其中，於每個所述關節式探針中，所述上樞接部與其所樞接的所述外接部的其中之一形成有一上軸孔、而其中另一形成有可轉動地穿設於所述上軸孔的一上樞軸，並且下樞接部與其所樞接的所述外接部的其中之一形成有一下軸孔、而其中另一形成有可轉動地穿設於所述下軸孔的一下樞軸。
如請求項1所述的探針卡裝置，其中，於每個所述關節式探針中，所述上樞接部、所述下樞接部、及兩個所述外接部各包含有一內層結構及分別成形於所述內層結構相反兩側的兩個外層結構，並且所述上軸孔、所述上樞軸、所述下軸孔、及所述下樞軸分別形成於相對應所述上樞接部、所述下樞接部、及兩個所述外接部的所述內層結構上。
如請求項1所述的探針卡裝置，其中，於每個所述關節式探針中，所述上樞接部形成有一配合結構，對應於所述上樞接部的所述外接部形成有一外止擋結構；當任一個所述關節式探針處於所述偵測位置時，所述上樞接部的所述配合結構止擋於相對應所述外接部的所述外止擋結構，以使至少一個所述關節段能與所述上針段傾向維持於所述預定外夾角。
如請求項1所述的探針卡裝置，其中，當任一個所述關節式探針處於所述植針位置時，所述上針段的所述固定部末端與所述下針段的所述偵測部末端之間的一最大距離是介於2~2.5公厘(mm)；當任一個所述關節式探針處於所述偵測位置時，所述下針段能沿其長度方向移動至少100微米(μm)。
如請求項1所述的探針卡裝置，其中，每個所述關節式探針的所述上針段定位於所述上導板；於每個所述關節式探針中，至少一個所述關節段的數量進一步限定為兩個，並且每個所述關節段包含有一內接部，而兩個所述關節段的所述內接部彼此樞接；當任一個所述關節式探針處於所述偵測位置時，所述上針段位於所述下針段的一長度方向上，並且兩個所述關節段之間是形成有小於180度的一預定內夾角。
如請求項5所述的探針卡裝置，其中，當任一個所述關節式探針處於所述植針位置時，兩個所述內接部彼此樞接的位置是與任一個所述關節段的一中心線呈偏移設置，以使任一個所述關節式探針朝向所述偵測位置移動時，兩個所述關節段的所述內接部能沿一預定方向移動。
一種探針卡裝置的關節式探針，包括：一上針段，包含有位於相反兩側的一固定部與一上樞接部；一下針段，包含有位於相反兩側的一偵測部與一下樞接部；及至少一個關節段，包含有分別樞接於所述上樞接部及所述下樞接部的兩個外接部；其中，至少一個所述關節段能相對於所述上針段與所述下針段樞轉，以使所述關節式探針選擇性地處於一植針位置與一偵測位置；其中，當所述關節式探針處於所述偵測位置時，至少一個所述關節段未形變、並與所述上針段及所述下針段各形成有小於180度的一預定外夾角；其中，所述上樞接部與其所樞接的所述外接部的其中之一形成有一上軸孔、而其中另一形成有可轉動地穿設於所述上軸孔的一上樞軸，並且下樞接部與其所樞接的所述外接部的其中之一形成有一下軸孔、而其中另一形成有可轉動地穿設於所述下軸孔的一下樞軸。
如請求項7所述的探針卡裝置的關節式探針，其中，所述上樞接部形成有一配合結構，對應於所述上樞接部的所述外接部形成有一外止擋結構；當所述關節式探針處於所述植針位置時，所述上樞接部的所述配合結構分離於相對應所述外接部的所述外止擋結構；當所述關節式探針處於所述偵測位置時，所述上樞接部的所述配合結構止擋於相對應所述外接部的所述外止擋結構，以使至少一個所述關節段能與所述上針段傾向維持於所述預定外夾角。
如請求項7所述的探針卡裝置的關節式探針，其中，至少一個所述關節段的數量進一步限定為兩個，並且每個所述關節段包含有一內接部，而兩個所述關節段的所述內接部彼此樞接；當所述關節式探針處於所述偵測位置時，所述上針段位於所述下針段的一長度方向上，並且兩個所述關節段之間是形成有小於180度的一預定內夾角；當所述關節式探針處於所述植針位置時，兩個所述內接部彼此樞接的位置是與任一個所述關節段的一中心線呈偏移設置，以使所述關節式探針朝向所述偵測位置移動時，兩個所述關節段的所述內接部能沿一預定方向移動。