TWI707145B - 用於影像感測晶片之探針卡的探針頭結構 - Google Patents

Abstract

一種用於影像感測晶片之探針卡的探針頭結構，包括由上而下固定在一起的電路板、間隔固定板、及探針載片。多個懸臂式探針呈水平式被固定於該探針載片上。多個彈性頂針被限制在該間隔固定板內，且每個彈性頂針上下兩端分別電性連接於該電路板的電路接點及相對應的該懸臂式探針。該懸臂式探針具有一向下彎曲的尖端，該探針載片具有多個定位孔，每個該尖端經相對應的該定位孔向下延伸出去，該尖端能與待測晶片接觸，藉此能大幅縮小探針頭縱向尺寸，適用於後焦距離小於3mm之影像感測晶片的測試作業。

Description

用於影像感測晶片之探針卡的探針頭結構

本發明為一種探針卡之探針頭的技術領域，尤其指一種適用於後焦距小於3mm之影像感測測晶片的測試。

現今數位影像技術不斷創新、變化，特別是在數位相機與行動電話等的數位攝像載體皆朝小型化發展，內部攝像模組縱向尺寸可小於8mm。為達到此要求，光學系統的影像感測晶片不外乎採用感光耦合元件(Charge Coupled Device；CCD)或互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor Sensor；CMOS Sensor)兩種。搭配的光學鏡頭組則是採用多片式透鏡結構，例如4片、5片、甚至達7片，藉此縮短光學鏡頭組與影像感測晶片之間的後焦距，進一步降低尺寸。

『後焦距』指光學鏡頭組最後一個光學表面頂點至後方焦點的距離，日前技術後焦距可達3mm之下，相對地此類影像感測晶片的測試作業也必須於此距離內進行。目前用於此類探針卡的探針成型方式主要分為兩類:一、由薄膜沉積技術製成；二、採用微電機製程直接成型於基板上；但前述兩者所需的設備投資成本較高。為此本發明人設計了另一種用於影像感測晶片之探針卡的探針頭結構。

本發明之主要目的是提供一種用於影像感測晶片之探針卡的探針頭結構，主要是在提供一種多層式堆疊組合結構，縮小探針頭的縱向尺寸，另以水平方式承著懸臂式探針，藉此在後焦距小的環境下，保持著懸臂式探針的彈性及強度，確保測試時維持良好的電性連接狀態。

為達上述之目的，本發明係提供一種用於影像感測晶片之探針卡的探針頭結構，包括由上而下固定在一起的電路板、間隔固定板、及探針載片。多個懸臂式探針呈水平式被固定於該探針載片上。多個彈性頂針被限制在該間隔固定板內，且每個彈性頂針上下兩端分別電性連接於該電路板的電路接點及相對應的該懸臂式探針。該懸臂式探針具有一向下彎曲的尖端，該探針載片具有多個定位孔，每個該尖端經相對應的該定位孔向下延伸出去，該尖端能與待測晶片接觸。

在本發明的較佳實施例中，該電路板具有至少一上層窗，該上層窗周圍於該電路板的下表面具有多個該電路接點；該間隔固定板具有至少一中層窗，該間隔固定層於該中層窗周圍分佈著多個限位孔；探針載片具有至少一下層窗，於該下層窗周圍於該探針載片上表面設有至少一容置區；多個該懸臂式探針被黏固在該容置區內，該彈性頂針位於相對應的該限位孔內，且每個彈性頂針上下兩端頂制於該電路接點與該懸臂式探針且構成電性連接。

在本發明的較佳實施例中，該間隔固定板由上而下依序包括一第一間隔板及一第二間隔板，該第一間隔板及該第二間隔板皆具有同一中心的該限位孔及該中層窗。

在本發明的較佳實施例中，該懸臂式探針以黏固劑黏固於凹陷的該容置區內，該黏固劑的組成物包括樹脂或樹脂與陶瓷粉末的混合物。

在本發明的較佳實施例中，該探針載片包括一上層片及一下層片堆疊黏固而成，該上層片與該下層片皆具有該下層窗，該下層窗周圍於該下層片分佈著該定位孔，該上層片於該下層窗周圍另連接著多個缺口，該缺口在該上層片與該下層片結合後則形成構該容置區。

在本發明的較佳實施例中，該間隔固定板及該探針載片是由氮化矽、碳化矽、氧化鋯、氧化鋁其中至少一種所構成。

綜合以上所述，本發明用於影像感測晶片之探針卡的探針頭結構，具有下列幾項具體的功能：1.本發明探針載片是利用高硬度薄片承載著小尺寸的懸臂式探針，一方面維持懸臂式探針強度及彈性，一方面能縮小縱向尺寸，以利在後焦距短的空間中亦能進行測試作業；2.本發明之探針載片上具有多個定位孔，除了在組裝時能更快速及準確地安裝各個小尺寸之懸臂式探針的位置，且後續測試接觸中，對於間距小且密集的影像感測晶片的電性接墊，也很能快速及準確地接觸；3.探針載片可由隔熱材料所構成，在後焦距短的情形下，能阻絶影像感測晶片測試時的高溫熱傳遞，降低熱脹冷縮對樹脂所構成之黏固劑的影響，後續進行測試時，不會有因熱脹冷縮而產生晶圓探針刮痕(Wafer Probe Mark)時大時小的問題，且延長整體使用壽命。

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。

如圖1及圖2所示，分別為本發明之剖面圖及局部放大示意圖。本發明用於影像感測晶片之探針卡的探針頭結構包括電路板1、間隔固定板2、探針載片3、多個懸臂式探針4及多個彈性頂針5。電路板1、間隔固定板2、及探針載片3是由上而下堆疊固定在一起。多個懸臂式探針4呈水平式局部被固定於該探針載片3上。多個彈性頂針5被限制在該間隔固定板2內，且每個彈性頂針5上下兩端分別電性連接於電路板1的電路接點11及位置相對應的懸臂式探針4。在 本實施例中，每個懸臂式探針4前端具有向下彎曲的尖端41，該探針載片3具有多個定位孔31，該尖端41經相對應的定位孔31向下延伸出去，該尖端41能與待測晶片接觸。其中懸臂式探針4前端仍能向上輕微升起，使之保持著彈性及維持接觸後的壓力。本發明利用降低探針載片3的縱向尺寸且維持著懸臂式探針4的強度，使之能進入後焦距離小於3mm作業環境，對影像感測晶片進行測試作業。

接著就各構件的結構作一詳細的說明：電路板1負責與測試機台相結合，以進行影像感測晶片的相關測試。該電路板1底面具有多個電路接點11，該電路接點11經彈性頂針5與相對應之懸臂式探針4作電性連接。本發明由於是用於影像感測晶片的測試，電路板1具有至少一上層窗12，此上層窗12用以安裝光學鏡頭組，該測試機台亦會提供燈源，以模擬實際的運作環境，測試影像感測晶片是否為良品，詳細運作方式於後段內容再作描述。一個上層窗12代表一個影像感測晶片的測試區，圖中僅畫出一個，實際上一個電路板1上會有許多個。每個該上層窗12周圍於該電路板1的下表面皆具有數目及位置的多個電路接點11。

請一併參閱圖3所示，間隔固定板2除了用以增加探針載片3的強度。間隔固定板2與設置其中的彈性頂針5是作為中間電性連接體(Interposer)，可使電路板1的訊號經此讓懸臂式探針4接收，且也可將訊號順利傳送至測試機台進行判讀。間隔固定板2具有至少一中層窗21，此中層窗21供該光學鏡頭組通過。間隔固定層2於該中層窗21周圍分佈著多個限位孔22。每一個彈性頂針5位於相對應的該限位孔22內。彈性頂針5可選用半導體業常用的POGO PIN，如彈簧針、彈簧銷、彈簧式探針等這類電連接器，利用垂直方向可被壓縮及恢復的彈性，使每個彈性頂針5上下兩端能分別頂制於電路接點11與該懸臂式探針4且構成電性連接。

在本實施例中，間隔固定板2的厚度小於5mm，實際上僅3.5mm以下，因此必須具備高強度且熱膨脹係小的特性，可由氮化矽、碳化矽、氧化鋯、氧化鋁其中至少一種材料所構成。另外為了加工的方便，間隔固定板2包括一第一間隔板23及一第二間隔板24。第一間隔板23及第二間隔板24雖皆設有位置相對的中間窗21但形狀並不相同，其中該第二間隔板24的厚度較第一間隔板23薄且位置能延伸至光學鏡頭組下方，此目的在結合時能增加探針載片3的強度。另外第一間隔板23及該第二間隔板24也具有同中心的限位孔22。

請一併參閱圖4所示，在本實施例中，懸臂式探針4外徑為圓柱狀且細長的金屬探針，最大直徑小於0.5mm。本發明採用探針載片3承載多個懸臂式探針4，在後焦距3mm以下的空間且相對光學鏡頭組尺寸大的條件下，克服懸臂式探針4因懸空距離太長而強度不佳的問題，確保懸臂式探針4的強度且能進行相關的電性接觸及測試。探針載片3具有一下層窗32，此處供光線能投射至下方待測晶片，故下層窗32形狀及尺寸係與待測晶片相對應。於下層窗32周圍於該探針載片3上分別設有多個定位孔31及呈凹陷狀的至少一容置區33。容置區33是供多個懸臂式探針4設置於此，且讓懸臂式探針4前端具有向下彎曲的尖端41經相對的定位孔31向下延伸出去。定位放置後的懸臂式探針4局部由黏固劑6加以固定(如3所示)，該黏固劑6可由樹脂或樹脂與陶瓷粉末的混合物所構成。固定後的懸臂式探針4前端仍能向上輕微升起，保有彈性及維持接觸後的壓力。由於尖端41上升距離短，故並不會脫離定位孔31或與之產生干涉。

在本實施例中，探針載片3的厚度小於1mm，實際上僅小於等於0.5mm，因此也必須具備高強度且熱膨脹係小的特性，可由氮化矽、碳化矽、氧化鋯、氧化鋁其中至少一種材料所構成。在本實施例中另外為了加工的方便，如圖5所示，探針載片3包括一上層片34及一下層片35堆疊黏固而成。上層片34及下層片35雖皆具有位置相對的下層窗32但形狀並不相同。上層片34於下層窗32周圍另連接著多個缺口341，缺口341在上層片34與下層片35結合後則構成容置區33。下層片35則於下層窗32周圍於分佈著定位孔31。

著將本發明之組裝方式作一說明。先將加工後的上層片34與下層片35黏固成為探針載片3。多個懸臂式探針4利用治具安裝於探針載片3上，且讓懸臂式探針4的尖端41經定位孔31伸出，之後並用黏固劑6的原料如樹脂初步固定。之後將間隔固定板2堆疊於探針載片3，多個彈性頂針5放入相對應的限位孔22內，如圖6所示，即為組裝後的立體圖示意圖，如圖所示，一個間隔固定板2具有多組的彈性頂針5及懸臂式探針4。之後再將電路板1組裝於間隔固定板2上，利用螺栓貫穿在電路板1、間隔固定板2、探針載片3加以鎖固，確保彈性頂針5兩端分別與電路板1與懸臂式探針4電性連接，即可完成整體的組裝。

如圖7所示，為本發明實際運作的示意圖。本發明主要用於影像感測晶片的測試。該電路板1是結合於測試機台7。測試機台7縱向包括多組固定燈源71、擴散件(Diffuser)72及光學鏡頭組73。晶圓位於最下方位置，晶圓表面具有多個影像感測晶片8。測試時由燈源71提供光線經擴散件(Diffuser)72、光學鏡頭組73投射至影像感測晶片8上。在本實施例中，該光學鏡頭組7與影像感測晶片8之間的後焦距小於3mm。運用本發明之設計，探針載具3及第二間隔板24的尺寸小於2mm，甚至僅1.5mm，能讓承載懸臂式探針4伸光學鏡頭組73下方，進而與影像感測晶片8接觸進行相關的測試，滿足廠商的需求。

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。

1:電路板 11:電接接點 12:上層窗 2:間隔固定板 21:中層窗 22:限位孔 23:第一間隔板 24:第二間隔板 3:探針載片 31:定位孔 32:下層窗 33:容置區 34:下層片 341:缺口 35:上層片 4:懸臂式探針 41:尖端 5:彈性頂針 6:黏固劑 7:測試單元 71:燈源 72:擴散件 73:光學鏡頭組 8:影像感測晶片

圖1為本發明之剖面示意圖；圖2為本發明之局部放大的剖面示意圖；圖3為本發明之局部放大的立體圖；圖4A為本發明探針載片固定著懸臂式探針的局部放大圖；圖4B為圖4A中的局部放大圖；圖5A為本發明探針載片的局部放大分解示意圖；圖5B為圖5A中的局部放大圖；圖6為本發明間隔固定板與探針載片組裝後的立體示意圖；圖7為本發明實際運作的示意圖

1:電路板

12:上層窗

2:間隔固定板

21:中層窗

22:限位孔

23:第一間隔板

24:第二間隔板

3:探針載片

32:下層窗

33:容置區

34:下層片

35:上層片

4:懸臂式探針

41:尖端

5:彈性頂針

6:黏固劑

Claims (7)

1. 一種用於影像感測晶片之探針卡結構的探針頭結構，包括由上而下固定在一起的電路板、間隔固定板、及探針載片；多個懸臂式探針呈水平式被固定於該探針載片上；多個彈性頂針被限制在該間隔固定板內，且每個該彈性頂針上下兩端分別電性連接著該電路板的電路接點及相對應的該懸臂式探針；該懸臂式探針具有一向下彎曲的尖端，該探針載片具有多個定位孔，每個該尖端經相對應的該定位孔向下延伸出去，該尖端能與欲測試晶片接觸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於影像感測晶片之探針卡結構的探針頭結構，該電路板具有至少一上層窗，該上層窗周圍於該電路板的下表面具有多個該電路接點；該間隔固定板具有至少一中層窗，該間隔固定層於該中層窗周圍分佈著多個限位孔；探針載片具有至少一下層窗，於該下層窗周圍於該探針載片上表面設有至少一容置區；多個該懸臂式探針被黏固在該容置區內，該彈性頂針位於相對應的該限位孔內，且每個該彈性頂針上下兩端頂制於該電路接點與該懸臂式探針且構成電性連接。
3. 如申請專利範圍第2項所述之用於影像感測晶片之探針卡結構的探針頭結構，其中該間隔固定板由上而下依序包括一第一間隔板及一第二間隔板，該第一間隔板及該第二間隔板皆具有同一中心的該限位孔及該中層窗。
4. 如申請專利範圍第2項所述之用於影像感測晶片之探針卡結構的探針頭結構，其中該懸臂式探針以黏固劑固定該容置區內，該黏固劑的組成物包括樹脂或樹脂與陶瓷粉末的混合物。
5. 如申請專利範圍第2項所述之用於影像感測晶片之探針卡結構的探針頭結構，其中該探針載片包括一上層片及一下層片堆疊黏固而成，該上層 片與該下層片皆具有該下層窗，該下層窗周圍於該下層片分佈著該定位孔，該上層片於該下層窗周圍另連接著多個缺口，該缺口在該上層片與該下層片結合後則形成構該容置區。
6. 如申請專利範圍第1項所述之用於影像感測晶片之探針卡結構的探針頭結構，其中該間隔固定板是由氮化矽、碳化矽、氧化鋯、氧化鋁其中至少一種所構成。
7. 如申請專利範圍第1項所述之用於影像感測晶片之探針卡結構的探針頭結構，其中該探針載片是由氮化矽、碳化矽、氧化鋯、氧化鋁其中至少一種所構成。

Images