TWI680300B - 探針卡裝置及其導電探針 - Google Patents

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TWI680300B
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李文聰
Wen Tsung Lee
謝開傑
Kai Chieh Hsieh
曾照暉
Chao Hui Tseng
蘇偉誌
Wei Jhih Su
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中華精測科技股份有限公司
Chunghwa Precision Test Tech. Co., Ltd.
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Abstract

本發明公開一種探針卡裝置及其導電探針，所述導電探針包含有金屬針體、外電極、及介電層。金屬針體包含中間段、分別自所述中間段的相反兩端延伸所形成的第一連接段與第二連接段、自所述第一連接段朝遠離所述中間段方向延伸所形成的第一接觸段、及自所述第二連接段朝遠離所述中間段方向延伸所形成的第二接觸段。外電極至少局部於位置上對應於所述中間段並鄰近第一連接段。介電層夾持於金屬針體與外電極之間，並且所述金屬針體與外電極被介電層所完全隔開，以使外電極能與位置上相對應的介電層部位與金屬針體部位共同形成有一電容效應。

Description

探針卡裝置及其導電探針
本發明涉及一種探針卡，尤其涉及一種探針卡裝置及其導電探針。
半導體晶片進行測試時，測試設備是透過一探針卡裝置而與待測物電性連接，並藉由信號傳輸及信號分析，以獲得待測物的測試結果。現有的探針卡裝置設有對應待測物的電性接點而排列的多個探針，以藉由上述多個探針同時點接觸待測物的相對應電性接點。
然而，現有探針卡裝置在面臨高速信號傳輸的相關測試時，現有探針卡裝置的構造容易使供電網路(power delivery network，PDN)的目標阻抗值過高。現有的改良手段大都在轉接板上進行調整，其易衍生信號失真等問題。
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導電探針，能有效地改善現有探針卡裝置所可能產生的缺陷。
本發明實施例公開一種探針卡裝置，包括：一接地片，形成有多個接地孔；一下導板，形成有多個下貫孔，所述下導板大致平行於所述接地片，並且多個所述下貫孔的位置分別對應於多個 所述接地孔的位置；以及多個導電探針，分別穿設於所述接地片的多個所述接地孔、並分別穿過所述下導板的多個所述下貫孔；其中，每個所述導電探針包含有一金屬針體、一外電極、及夾持於所述金屬針體與所述外電極之間的一介電層，並且所述金屬針體與所述外電極被所述介電層所完全隔開，以使所述外電極能與位置上相對應的所述介電層部位與所述金屬針體部位共同形成有一電容效應；每個所述金屬針體包含：一中間段，局部穿設於相對應的所述接地孔內且被所述介電層所完全包覆；一第一連接段，自所述中間段一端延伸所形成；一第二連接段，自所述中間段另一端延伸所形成並穿設於相對應的所述下貫孔內；一第一接觸段，自所述第一連接段延伸所形成；及一第二接觸段，自所述第二連接段延伸所形成且穿出相對應的所述下貫孔；其中，於每個所述導電探針，所述外電極的至少局部抵接於所述接地片、且位置對應於所述中間段，以使多個所述導電探針的所述外電極通過所述接地片而彼此電性連接。
本發明實施例也公開一種探針卡裝置的導電探針，包括：一金屬針體，包含：一中間段；一第一連接段與一第二連接段，分別自所述中間段的相反兩端延伸所形成；一第一接觸段，自所述第一連接段朝遠離所述中間段方向延伸所形成；及一第二接觸段，自所述第二連接段朝遠離所述中間段方向延伸所形成；一外電極，至少局部於位置上對應於所述中間段並鄰近所述第一連接段；以及一介電層，夾持於所述金屬針體與所述外電極之間，並且所述金屬針體與所述外電極被所述介電層所完全隔開，以使所述外電極能與位置上相對應的所述介電層部位與所述金屬針體部位共同形成有一電容效應。
綜上所述，本發明實施例所公開的探針卡裝置，其於導電探針形成具有電容效應的信號傳輸路徑，以使所述導電探針在進行待測物的高速信號測試時，能夠於接收信號後就立即耦合電容， 以有效地確保高速信號傳輸的完整性並降低諧振頻率點的電源阻抗，進而能夠提升供電網路的效能。
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‧‧‧上貫孔
2‧‧‧接地片
21‧‧‧接地孔
3‧‧‧間隔墊
4‧‧‧下導板
41‧‧‧下貫孔
5‧‧‧間隔板
6‧‧‧導電探針
61‧‧‧金屬針體
611‧‧‧中間段
612‧‧‧第一連接段
613‧‧‧第二連接段
614‧‧‧第一接觸段
615‧‧‧第二接觸段
62‧‧‧外電極
63‧‧‧介電層
200‧‧‧轉接板
T‧‧‧厚度
圖1為本發明實施例的探針卡裝置的剖視示意圖。
圖2為圖1中的導電探針的立體示意圖。
圖3為圖2沿剖線Ⅲ-Ⅲ的剖視示意圖。
圖4為本發明實施例的導電探針為圓針時的立體示意圖。
圖5為本發明實施例的探針卡裝置於導電探針的第一連接段外包覆有介電層時的剖視示意圖。
圖6為本發明實施例的探針卡裝置於導電探針的外電極僅設置在介電層的一個側面時的剖視示意圖。
圖7為本發明實施例的導電探針於外電極設置在介電層的三個側面時的立體示意圖。
圖8為本發明實施例的探針卡裝置於導電探針的外電極僅設置在接地孔內時的剖視示意圖。
圖9為本發明實施例的探針卡裝置於導電探針的外電極彼此接觸時的剖視示意圖。
請參閱圖1至圖9所示，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。
如圖1所示，本實施例公開一種探針卡裝置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)能用來測試一待測物(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。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)、一接地片2、夾持於上導板1與接地片2之間的一間隔墊3、一下導板4(lower die)、夾持於上述接地片2與下導板4之間的一間隔板5、及多個導電探針6。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的上導板1、間隔墊3、及間隔板5也可以省略或是其他構件取代。再者，所述導電探針6也可以搭配其他構件或是單獨地應用(如：販賣)。
其中，所述上導板1與接地片2呈間隔設置，並且上導板1與接地片2於本實施例中是通過間隔墊3而彼此平行地間隔設置，但本發明不受限於此。上導板1鄰近於遠離下導板4的所述接地片2一側(也就是，上導板1鄰近於接地片2的頂側)。進一步地說，所述上導板1形成有多個上貫孔11，所述接地片2形成有多個接地孔21，並且上述多個上貫孔11分別於位置上對應於多個接地孔21。
需說明的是，所述接地片2於本實施例中是以一金屬片體來說明，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，所述接地片2可以包含一絕緣片及包覆於上述絕緣片外表面的一金屬層，或者，所述接地片2可以是材質主要為聚醯 亞胺(PI)的一軟性導板。
再者，所述下導板4與接地片2呈彼此平行地間隔設置，而下導板4與接地片2於本實施例中是通過間隔板5而彼此平行地間隔設置，但本發明不受限於此。其中，所述下導板4形成有多個下貫孔41，並且多個下貫孔41的位置分別對應於多個接地孔21的位置；也就是說，上述多個下貫孔41的位置分別對應於多個上貫孔11的位置。
需說明的是，所述上導板1、接地片2、及下導板4於本實施例中未有相對錯位設置，以使每個導電探針6呈直線狀，但本發明不以此為限。再者，所述間隔墊3與間隔板5於本實施例中可以是環形構造、並夾持於上導板1、接地片2、及下導板4的相對應外圍部位，由於所述間隔墊3與間隔板5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墊3與間隔板5的細部構造。
如圖1至圖3所示，所述多個導電探針6大致呈矩陣狀排列，並且多個導電探針6分別穿設於上導板1的多個上貫孔11、分別穿設接地片2的多個接地孔21、並分別穿設於下導板4的多個下貫孔41。也就是說，所述每個導電探針6是依序穿設於所述上導板1的相對應上貫孔11、所述接地片2的相對應接地孔21、及所述下導板4的相對應下貫孔41。
再者，本實施例的導電探針6雖是以矩形探針作一說明，但所述導電探針6的具體構造也可以並不受限於此。舉例來說，所述導電探針6也可以是圓形探針(如：圖4)或是其他形狀的探針。
如圖1至圖3所示，由於本實施例探針頭100的多個導電探針6構造皆大致相同，所以圖式及下述說明是以單個導電探針6為例，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，所述探針頭100的多個導電探針6也可以是具有彼此相異的構造。
所述導電探針6於本實施例中為可導電且具有可撓性的直條狀構造，並且導電探針6的橫剖面大致呈矩形(包含正方形)。所述導電探針6包含有一金屬針體61、一外電極62、及夾持於上述金屬針體61與外電極62之間的一介電層63。其中，所述金屬針體61與外電極62是由導電材質所製成，而介電層63是由絕緣材質所製成，並且所述金屬針體61與外電極62被所述介電層63所完全隔開，以使所述外電極62能與位置上相對應的介電層63部位與金屬針體61部位共同形成有一電容效應。
據此，本實施例的導電探針6形成具有電容效應的信號傳輸路徑，以使所述導電探針6在進行待測物的高速信號測試時，能夠於接收信號後就立即耦合電容，以有效地確保高速信號傳輸的完整性並降低諧振頻率點的電源阻抗，進而能夠提升供電網路(PDN)的效能。
具體來說，如圖1至圖3所示，所述金屬針體61包含有一中間段611、分別自上述中間段611的相反兩端延伸所形成的一第一連接段612與一第二連接段613、自所述第一連接段612朝遠離所述中間段611方向延伸所形成的一第一接觸段614、及自所述第二連接段613朝遠離所述中間段611方向延伸所形成的一第二接觸段615。
換個角度來說，沿所述轉接板200朝向待測物的一直線方向(如：圖1中的由上往下)，所述金屬針體61依序形成有第一接觸段614、第一連接段612、中間段611、第二連接段613、及第二接觸段615。其中，所述第一接觸段614穿出上導板1的相對應上貫孔11並且頂抵於轉接板200的相對應導電接點(也就是，轉接板200固定於每個導電探針6的第一接觸段614)；所述第一連 接段612穿設於上導板1的相對應上貫孔11內；所述中間段611位於上導板1與下導板4之間，並且中間段611的局部穿設於接地片2的相對應接地孔21內；所述第二連接段613穿設於下導板4的相對應下貫孔41內；所述第二接觸段615穿出下導板4的相對應下貫孔41並且頂抵於待測物的相對應導電接點(圖中未示出)。
再者，所述導電探針6於本實施例中是以具備相同外徑的第一接觸段614、第一連接段612、中間段611、第二連接段613、及第二接觸段615來說明，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，所述第一接觸段614的最大外徑可以大於相對應上貫孔11的孔徑，藉以避免第一接觸段614掉落至上貫孔11內；或者，所述第一接觸段614與第二接觸段615各能夠形成尖銳狀的結構。
所述外電極62與介電層63相對於金屬針體61的位置與區域可以視設計需求而加以調整變化，但須符合下述條件：穿設於接地孔21內的中間段611部位被所述介電層63所完全包覆，所述外電極62的至少局部抵接於接地片2、且位置對應於所述中間段611，以使多個所述導電探針6的外電極62通過所述接地片2而彼此電性連接。
需額外說明的是，每個導電探針6的第一接觸段614與第二接觸段615上較佳是未形成有所述介電層63及外電極62，但本發明不受限於此。
由於外電極62與介電層63相對於金屬針體61的位置與區域能夠視設計需求而加以調整變化，所以本實施例難以載明所述導電探針6的所有變化態樣。因此，以下僅就本實施例導電探針6的部分態樣作一說明。
如圖1至圖3所示，於每個導電探針6中，所述介電層63環繞地包覆於金屬針體61中間段611的外表面的至少80%，並且所述介電層63的厚度T介於0.1微米(μm)~8微米；也就是說，所述介電層63的厚度T可以介於5微米~8微米。此外，如圖5所示，所述介電層63也可以包覆中間段611的所有外表面、並可以進一步延伸包覆於第一連接段612及/或第二連接段613。
需額外說明的是，所述導電探針6的介電層63於本實施例中是用來電容器之部分，而非僅僅作為多個導電探針6之間的絕緣，所以僅用來作為多個導電探針之間的絕緣的任何絕緣層應非為本實施例所指的介電層63。再者，上述『環繞地包覆』於本實施例中是指：在包含有介電層63的任一個導電探針6的截面上，所述中間段611的外表面是被介電層63完全包覆，但本發明不受限於此。
於每個導電探針6中，所述外電極62環繞地包覆於上述介電層63的外表面的至少80%。也就是說，所述介電層63的兩端部突伸出上述外電極62，據以避免導電探針6的外電極62與金屬針體61相互接觸而形成短路。再者，上述『環繞地包覆』於本實施例中是指：在包含有外電極62與介電層63的任一個導電探針6的截面上，所述介電層63是被外電極62完全包覆，但本發明不受限於此。舉例來說，如圖6和圖7所示，所述外電極62也可以是設置於上述介電層63的外表面的至少一側、而非環繞地包覆於上述介電層63的外表面。
其中，所述外電極62的局部位於相對應的接地孔21內、並抵接於所述接地孔21的孔壁，並且導電探針6能通過上述外電極62與接地孔21的配合而固定於所述接地片2。也就是說，所述外電極62與接地孔21能通過彼此干涉配合或是彼此嵌合而使導電探針6固定於所述接地片2。
如圖8所示，於每個導電探針6中，所述外電極62完全位於相對應的接地孔21內、並抵接於接地孔21的孔壁，並且所述導電探針6通過外電極62與接地孔21的配合而固定於所述接地片2。需說明的是，依據圖1至圖8所示，於本實施例的每個導電探針6中，所述外電極62能以其至少局部位於相對應的接地孔21內，並且上述外電極62至少局部抵接於接地孔21的孔壁。
此外，如圖9所示，所述外電極62與接地孔21之間也可以僅為接觸配合，而未能將導電探針6固定於所述接地片2，所以導電探針6可以是通過所述上導板1、接地片2、及下導板4的相對錯位設置，而使上述導電探針6定位於上導板1、接地片2、及下導板4。
據此，基於多個所述導電探針6的外電極62通過所述接地片2而彼此電性連接，所以於任兩個相鄰的所述導電探針6中，位於所述接地片2與下導板4之間的兩個所述外電極62部位能夠彼此抵接，據以有效地縮小多個導電探針6之間的間距，進而能夠提升探針頭100的導電探針6密度。
[本發明實施例的技術效果]
綜上所述，本發明實施例所公開的探針卡裝置，其於導電探針形成具有電容效應的信號傳輸路徑，以使所述導電探針在進行待測物的高速信號測試時，能夠於接收信號後就立即耦合電容，以有效地確保高速信號傳輸的完整性並降低諧振頻率點的電源阻抗，進而能夠提升供電網路的效能。
再者，基於多個所述導電探針的外電極通過所述接地片而彼此電性連接，所以於任兩個相鄰的所述導電探針中，位於所述接地片與下導板之間的兩個所述外電極部位能夠彼此抵接，據以有效地縮小多個導電探針之間的間距，進而能夠提升探針頭的導電 探針密度。
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 (10)

  1. 一種探針卡裝置，包括：一接地片，形成有多個接地孔；一下導板，形成有多個下貫孔，所述下導板大致平行於所述接地片，並且多個所述下貫孔的位置分別對應於多個所述接地孔的位置；以及多個導電探針，分別穿設於所述接地片的多個所述接地孔、並分別穿過所述下導板的多個所述下貫孔；其中，每個所述導電探針包含有一金屬針體、一外電極、及夾持於所述金屬針體與所述外電極之間的一介電層，並且所述金屬針體與所述外電極被所述介電層所完全隔開，以使所述外電極能與位置上相對應的所述介電層部位與所述金屬針體部位共同形成有一電容效應；每個所述金屬針體包含：一中間段，局部穿設於相對應的所述接地孔內且被所述介電層所完全包覆；一第一連接段，自所述中間段一端延伸所形成；一第二連接段，自所述中間段另一端延伸所形成並穿設於相對應的所述下貫孔內；一第一接觸段，自所述第一連接段延伸所形成；及一第二接觸段，自所述第二連接段延伸所形成且穿出相對應的所述下貫孔；其中，於每個所述導電探針，所述外電極的至少局部抵接於所述接地片、且位置對應於所述中間段，以使多個所述導電探針的所述外電極通過所述接地片而彼此電性連接。
  2. 如請求項1所述的探針卡裝置，其中，於每個所述導電探針中，所述外電極的所述至少局部位於相對應的所述接地孔內，並且所述外電極的所述至少局部抵接於所述接地孔的孔壁。
  3. 如請求項2所述的探針卡裝置，其中，每個所述導電探針通過所述外電極與所述接地孔的配合而固定於所述接地片。
  4. 如請求項1所述的探針卡裝置，其中，於每個所述導電探針中，所述介電層環繞地包覆於所述中間段的外表面的至少80%，並且所述介電層的厚度介於0.1微米(μm)~8微米，而所述外電極環繞地包覆於所述介電層的外表面的至少80%。
  5. 如請求項4所述的探針卡裝置，其中，於任兩個相鄰的所述導電探針中，位於所述接地片與所述下導板之間的兩個所述外電極部位能夠彼此抵接。
  6. 如請求項1所述的探針卡裝置，其中，於每個所述導電探針中，所述第一接觸段與所述第二接觸段上未形成有所述介電層及所述外電極。
  7. 如請求項1所述的探針卡裝置，其中，所述探針卡裝置進一步包括：一上導板，形成有多個上貫孔，所述上導板與所述接地片呈間隔設置，並且所述上導板鄰近於遠離所述下導板的所述接地片一側，而多個所述上貫孔分別於位置上對應於多個所述接地孔；其中，多個所述導電探針的所述第一連接段分別穿設於多個所述上貫孔內；及一轉接板，固定於每個所述導電探針的所述第一接觸段。
  8. 如請求項7所述的探針卡裝置，其中，所述上導板、所述接地片、及所述下導板未有相對錯位設置，以使每個所述導電探針呈直線狀。
  9. 一種探針卡裝置的導電探針，包括：一金屬針體，包含：一中間段；一第一連接段與一第二連接段，分別自所述中間段的相反兩端延伸所形成；一第一接觸段，自所述第一連接段朝遠離所述中間段方向延伸所形成；及一第二接觸段，自所述第二連接段朝遠離所述中間段方向延伸所形成；一外電極，至少局部於位置上對應於所述中間段並鄰近所述第一連接段；以及一介電層，夾持於所述金屬針體與所述外電極之間，並且所述金屬針體與所述外電極被所述介電層所完全隔開，以使所述外電極能與位置上相對應的所述介電層部位與所述金屬針體部位共同形成有一電容效應。
  10. 如請求項9所述的探針卡裝置的導電探針，其中，所述第一接觸段與所述第二接觸段上未形成有所述介電層及所述外電極，並且所述介電層的厚度介於0.1微米(μm)~8微米。
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