TWI717585B - 供高頻應用之改良探針卡 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於電子裝置之測試裝置之探針卡(20)，包括：一測試頭(21)，容置複數個接觸元件(22)沿一第一端部(24A)和一第二端部(24B)之間之長度軸(H-H)延伸；一支撐板(23)，該第一端部(24A)鄰接於該支撐板(23)；以及一彈性膜(25)，包括一第一面(F1)和相對之一第二面(F2)。該彈性膜(25)之第一部分(25A)簡易地設置於至少一支撐件(28)之上，並且包括延伸於一近端(27A)和一遠端(27B)之間之複數個條帶(27)；該探針卡(20)另具有複數個微接觸探針(30)，包括沿一第一端部(30A)和一第二端部(30B)之間之長度軸(H-H)延伸之一本體(30C)；於各自條帶(27)之遠端(27B)，該些接觸元件(22)之第二端部(24B)分別鄰接於該彈性膜(25)之第一面(F1)；以及，於各自之接觸元件(22)處，該些微接觸探針(30)之第一端部(30A)各自鄰接於該彈性膜(25)之第二面(F2)；該彈性膜(25)藉由其第二部分(25B)電性連接該支撐板(23)，該些微接觸探針(30)之第二端部(30B)係用於接觸待測裝置之接觸墊(32)，其中至少一該支撐件(28)具有複數個導孔(28h)，用於容置該些微接觸探針(30)。

Description

供高頻應用之改良探針卡
本發明係關於一種用於測試整合於一半導體晶圓的電子裝置之探針卡；且以下敘述係參照此領域的應用，並且主要目標在於簡化其描述。
探針卡係一種裝置，用於將多個微結構的接觸墊，例如整合於晶片上的電子裝置，電性連接於對應的執行測試(特定而言，電性檢查，或廣泛而言，測試)之測試設備的通道。
執行於整合裝置上的測試，特別用於在製備流程中盡早偵測及分離瑕疵電路。一般而言，探針卡因此可用於在切割和組合於晶片包覆封裝之前，電性測試整合於晶圓上的裝置。
探針卡包括：一測試頭，包括複數個可移動接觸探針，藉由實質上平板狀或彼此平行至少一對支撐件或導板來保留。該些平板狀支撐件具有適當之孔洞，並且彼此之間具有適當距離，以留下空間或空隙使接觸探針移動或容許可能之變形，探針通常為特定合金之導線且具有良好電性及機械特性。
圖1示意地揭露一種已知的探針卡15，包括：一測試頭1，包括至少一平板狀支撐件或上導板2，通常稱為「上模」；以及一平板狀支撐件或下導板3，通常稱為「下模」；分別具有導孔4,5，複數個接觸探針6可滑入其內。
各接觸探針6的末端具有接觸端點7，鄰接於晶圓9上待測裝置之接觸墊8，以達成待測裝置和末端具有測試頭的測試裝置(未揭示)之間的機械及電性接觸，前述探針卡為該測試裝置之末端元件。
如圖1所示，該上導板2和該下導板3之間適當地具有空隙10，可使接觸探針6產生變形。
藉由按壓測試頭1於裝置上，可確保待測裝置之接觸墊8和接觸探針6之間適當連接，接觸探針6可於形成於導板之導孔內移動，按壓接觸時於空隙10中彎曲，並於各導孔內滑動。此類測試頭一般稱之為「垂直探針頭」。
特定狀況下，接觸探針將其測試頭固定於上平板狀支撐件；若如此，該測試頭則稱為「阻式探針測試頭」。
測試頭經常具有非固定的探針，該探針連接至一面板，可能為微接觸面板，如此該探針則稱為「非阻式探針測試頭」。由於除了接觸探針外，還可使其上接觸墊相對於待測裝置之接觸墊在空間上重新分布，微接觸面版通常稱為「空間轉換器」；特定而言，可緩衝接觸墊中心之間距之限制。
因此如圖1所示，各接觸探針6進一步具有末端區域或範圍，於末端具有接觸頭，朝向具有測試頭1之探針卡15之空間轉換器13之複數個接觸墊之一。可藉由按壓接觸探針6之接觸頭於該空間轉換器13之該接觸墊12，確保探針6和空間轉換器13之接觸墊12之間良好電性接觸，如同該接觸端點7和整合於晶圓9上之待測裝置之接觸墊8之間的接觸。
再者，探針卡15包括一支撐板14，一般而言為印刷電路板(PCB)，藉由探針卡15與測試裝置連接，連接空間轉換器13。
探針卡正確的操作方法基本上為連接二參數：接觸探針的垂直移動或超程移動，以及接觸墊上接觸探針之接觸端點之水平移動或摩擦。
前述特徵應於製造探針卡的過程中評估且調整，以確保待測裝置和探針之間良好電性連接。
亦同樣重要的是，應確保探針之接觸端點與待測裝置之接觸墊之間按壓接觸不會過強，造成探針或接觸墊破損。
上述問題於所謂短探針，即有限本體長度之探針，特定而言小於5000μm，將更加突顯。此類探針用於，例如，高頻率應用，縮短長度的探針限制了連接自電感現象(the connected self-inductance phenomenon)。特定而言，「應用於高頻率之探針」意指可傳遞頻率高於1GHz之訊號。
因此有需要研發可攜帶高至射頻以上之頻率之探針卡，並且接觸探針長度大幅縮短，可使訊號傳遞且無額外噪音，例如連接自電感現象的噪音。
但探針本體長度縮減會劇烈地增加探針的硬度，造成接觸端點對於待測裝置之接觸墊之施力增加，並造成接觸墊破損以及待測裝置不可回復之損壞，因而必須避免。更糟的是，由於本體長度縮短而增加接觸探針之硬度，亦增加探針本身損壞之風險。
本發明係提供一種探針卡，具有結構及功能特徵可克服已知解決方法之限制和缺陷，特定而言可攜帶高頻率訊號且無額外噪音，同時確保接觸探針與待測裝置之接觸墊間適當之操作，避免接觸探針與接觸墊損壞。
本發明提供之解決方法係實施一種探針卡，具有用於接觸待測裝置之微接觸探針；該些微接觸探針各自具有一端部，可鄰接形成於探針卡之彈性膜上之複數條帶之各端；其中，該探針卡之測試頭之接觸元件亦具有一端部，鄰接彈性模另一面之條帶之端部，可做為對應於微接觸探針之阻擋支撐元件，該些條帶之端部可於微接觸探針接觸待測裝置時移動。
依據前述解決問題之概念，前述技術問題可藉由電子裝置之測試裝置之探針卡解決，該探針卡包括：一測試頭，容置複數個接觸元件，該些接觸元件沿一第一端部和一第二端部之間之長度軸延伸；一支撐板，用於使該第一端部鄰接於該支撐板；以及，一彈性膜，包括一第一面和相對之一第二面；該探針卡之特徵在於，該彈性膜之第一部分設置於至少一支撐件之上，以及包括延伸於一近端和一遠端之間之複數個條帶；該探針卡另具有複數個微接觸探針，包括沿一第一端部和一第二端部之間之長度軸延伸之一本體；於各自條帶之遠端，該些接觸元件之第二端部分別鄰接於該彈性膜之第一面；以及，於各自之接觸元件處，該些微接觸探針之第一端部各自鄰接於該彈性膜之第二面；該彈性膜藉由其第二部分電性連接該支撐板，該些微接觸探針之第二端部係用於接觸待測裝置之接觸墊，其中至少一該支撐件具有複數個導孔，用於容置該些微接觸探針。
特定而言，本發明另包括以下技術特徵，可依需求單獨或合併實施。
依據本發明一實施方式，該探針卡可另包括保留裝置，用於維持該彈性膜之位置。
依據本發明一實施方式，該保留裝置包括具有複數個導孔之另一支撐件，用於容置該些接觸元件；該彈性膜設置於該支撐件和該另一支撐件之間；該支撐件和該另一支撐件之間具有一間隔，使該些條帶之遠端可於該些微接觸探針之第二端部接觸該待測裝置之該接觸墊時移動。
依據本發明另一實施方式，該支撐件和該另一支撐件之間之間隔形成於該另一支撐件之凹部；或，該另一支撐件分離形成具有一中心開口之一第一板狀元件和設置於該第一板狀元件之上之一第二板狀元件；該間隔係該第一板狀元件之中心開口。
此外，該支撐件之導孔包括一凹部，該凹部於該支撐件形成一肩部。
依據本發明一實施方式，該支撐件包括彼此重疊並整合之至少一第一板狀元件和至少一第二板狀元件，該第一板狀元件具有複數個開口，該些開口之直徑大於該第二板狀元件之對應的複數個開口之直徑，該第一板狀元件之開口依據同圓心重疊該第二板狀元件之開口，前述重疊之開口形成具有該凹部之該支撐件之導孔。
依據本發明另一實施方式，該彈性膜之條帶之遠端各自包括一開口，該些微接觸探針之第一端部包括一連接部，用於連接該開口；其中該連接部包括以一距離分離的一第一元件和一第二元件，該些元件係用於嵌入該開口以及自該開口之一壁向另一壁移動。
依據本發明另一實施方式，該些微接觸探針之長度小於該些接觸元件之長度；較佳地，該些微接觸探針之長度小於500μm；前述長度係沿該長度軸而測量。
此外，該彈性膜包括延伸自該條帶之遠端之導電通道。
可觀察到，該些條帶之遠端各自包括：設置於該第二面之一下接觸墊或一下導電層，鄰接該些微接觸探針之第一端部，該些導電通道延伸自該下接觸墊或該下導電層。
依據本發明一實施方式，該彈性膜之導電通道電性連接該支撐板之接觸墊。
依據本發明另一實施方式，該彈性膜和該支撐板藉由按壓接觸、導電膠帶、或焊接形成電性連接。
依據本發明另一實施方式，該些導電通道沿該彈性膜之第一和/或第二面延伸，和/或於該彈性膜內延伸。
依據本發明另一實施方式，該些條帶之遠端各自包括：設置於該第一面之一上接觸墊或一上導電層，鄰接該些接觸元件之第二端部。
依據本發明一實施方式，該上導電層包括至少一下部，用於容置該些接觸元件之第二端部。
依據本發明一實施方式，該支撐板係一印刷電路板，用於連接該測試裝置。
此外，該支撐件可以陶瓷材料製成。
依據本發明一實施方式，該探針卡另包括複數個接觸元件，用於傳遞待測裝置和該支撐板之間之電力訊號和/或接地訊號和/或低頻率訊號。於此，該支撐件可另包括複數個導孔，用於容置該些接觸元件。
依據本發明另一實施方式，該測試頭之接觸元件包括一接觸元件群組，該群組之接觸元件電性連接對應之微接觸探針，非屬該群組之接觸元件 電性絕緣於該些微接觸探針和該群組之接觸元件，該群組之接觸元件係用於傳遞電力訊號和/或接地訊號和/或低頻率訊號。
於此，該群組之接觸元件藉由形成於該彈性膜之連接導電通道電性連接於對應之微接觸探針，該些連接導電通道延伸於該彈性膜之第一面和第二面之間。
此外，該測試頭包括具有複數個導孔之至少一導板，該些接觸元件可滑入該些導孔內。
依據本發明一實施方式，該些微接觸探針之第一端部於其上緣處包括一斜部。
依據本發明另一實施方式，該些微接觸探針之第一端部之直徑大於該微接觸探針之本體之直徑，前述直徑係指涉最大橫向距離。特定而言，該本體之直徑可沿該長度軸改變，該本體為柱狀並且包括一增大部；該直徑沿該長度軸於該增大部內遠離該第一端部縮小，並且於該增大部外維持不變。
此外，該彈性膜之第一部係其中心部，並且該彈性膜之第二部(25B)係其週邊部。
依據本發明另一實施方式，該條帶包括一凸起部。
最後，該探針卡另包括具有不同長度之條帶，前述長度係沿該條帶之軸而測量。
本發明之探針卡之特徵及優勢配合圖式詳述於以下實施例，但該些實施例並非本發明之限制。
20:探針卡
21:測試頭
21’:主體
22,22bis:接觸元件
22’:接觸元件群組
22b:本體
23:支撐板
24A,24A’:第一端部
24B:第二端部
25:彈性膜
25A:第一部或中心部
25B:第二部或週邊部
25r:開口
25v:間隔
26:接觸墊
27:條帶
27A:第一端或近端
27B:第二端或遠端
28:支撐件
28A:第一板狀元件
28Ah:開口
28B:第二板狀元件
28Bh:開口
28h,28h’:導孔
28l:凹部
29:保留裝置(支撐件)
29h:導孔
30:微接觸探針
30A:第一端部
30B:第二端部
30C:本體
30D:增大部
31:間隔
31’:凹部
32:接觸墊
33:晶圓
34:開口
35:突出部
36A:第一突出部
36B:第二突出部
37:斜部
37S:斜面
38:導電通道
38’:連接導電通道
39:下接觸墊
40:上接觸墊
39’,40’:導電層
40’l:下部
41:連接部
41a:第一元件
41b:第二元件
41g:空間
6:接觸探針
D1,D2:直徑
F:測試頭之一面
F1:第一面
F2:第二面
h:高度
L:凸起部
S1:肩部
S2:平面
圖1示意地揭示先前技術之探針卡。
圖2A示意地揭示本發明之探針卡。
圖2B示意地揭示本發明較佳實施例之探針卡。
圖3示意地揭示圖2A和2B之探針卡之俯視圖，特定而言係設置於支撐件上的彈性膜之部分。
圖4A揭示圖2B之探針卡之細部側視圖。
圖4B揭示本發明另一實施例之探針卡之細部側視圖。
圖5A和5B揭示本發明之探針卡之微接觸探針之不同視圖。
圖6揭示本發明之探針卡之彈性膜之部分俯視圖，特定而言係圖3揭示之彈性膜之相對面。
圖7示意地揭示本發明另一實施例之探針卡。
圖8示意地揭示本發明另一實施例之探針卡。
圖9示意地揭示圖8之探針卡之部分俯視圖，特定而言係設置於支撐件上的彈性膜之部分。
圖10A和10B示意地揭示本發明之探針卡於不同操作狀況下的操作。
配合圖式，特別是圖2A之實施例，本發明之探針卡示意地揭示為元件20。
應注意本發明所揭示之示意圖並非以實際比例繪製，而是強調本發明之重要特徵。此外，於圖式中僅示意地顯示不同元件，但其外觀可依實際 應用而改變。再者，圖式中相同元件符號指涉相同外觀或功能之元件。最後，一圖式中實施例之特定特徵亦可應用於其他圖式。
一般而言，該探針卡20係用於連接一裝置(圖式未揭露)，並測試整合於半導體晶圓上之電子裝置。
該探針卡20包括一測試頭21，可容置複數個接觸元件22，圖2A僅揭示該些接觸元件22其中四者作為例示。
一般而言，該測試頭21包括一主體21’，可容置該些接觸元件22，故該主體21’係該些接觸元件22之支撐構造。
該探針卡20另包括一支撐板23，較佳地係一印刷電路板(PCB)，可確保該探針卡20和測試裝置之間的連接。
該些接觸元件22包括一本體22b，沿一第一端部24A和一第二端部24B之間之長度軸H-H延伸，該第一端部24A係鄰接該支撐板23。
該探針卡20另包括一彈性膜25，該彈性膜25具有一第一面F1鄰接該接觸元件22之第二端部24B，以及一第二面F2相對於該第一面F1；該第二面F2係圖2A中局部參考系統之底面，即面對待測裝置之一面；該第一面F1係圖2A中局部參考系統之頂面，即面對測試頭21之一面。
該測試頭21適當地設置於該彈性膜25和該支撐板23之間。具體而言，該彈性膜25包括一第一部或中心部25A以及一第二部或週邊部25B，分別用於接觸該測試頭21和該支撐板23。
該彈性膜25藉由其週邊部25B電性連接該支撐板23，前述電性連接可藉由，例如，支撐板23之導電接觸墊26、和形成於彈性膜25之週邊部25B上的接觸墊或導電部(未揭示)而達成，如下文所述。
如圖2A所示，該支撐板23之接觸墊26形成於面對該測試頭21之一面F，該面F係圖2A中局部參考系統之底面。
於圖式未揭示之實施例中，該支撐板23可包括適當開口，以使該彈性膜25可穿過該開口；於此，該彈性膜25連接形成於該支撐板23相對該面F之另一面之接觸墊(未揭示)，即圖2A中局部參考系統之頂面。可替代地，該彈性膜25可直接連接該測試裝置。
於本發明一較佳實施例，該彈性膜25之導電部藉由按壓接觸連接該支撐板23之接觸墊26。可替代地，該彈性膜25和該支撐板23可藉由導電膠帶或焊接連接。
如圖2A所示，若該彈性膜25之週邊部25B接觸該支撐板23，則其中心部25A連接至少一支撐件28，較佳地該支撐件28為平板狀。
於本發明一較佳實施例，該彈性膜25設置於該支撐件28上，該支撐件28包括複數個導孔28h，複數個微接觸探針30可滑入其內，該些微接觸探針30係用於接觸晶圓33上待測裝置之接觸墊32；該彈性膜係設置於該些接觸元件22和該些微接觸探針30之間。
如圖2B所示，本發明之探針卡20另包括適當之保留裝置29，用於維持該彈性膜25之位置。因此，可確保於操作時該彈性膜25可適當地保留於該探針卡20中，特定而言可確保該彈性膜25被拉緊並且位於支撐件28上的正確位置，避免例如微接觸探針30接觸測試裝置之接觸墊32時該彈性膜25不必要的位移。
圖2B所示本發明一較佳實施例中，該保留裝置29為支撐件之形式，仍以元件符號29指稱，該彈性膜25係設置於該支撐件28及另一支撐件29之間。
該另一支撐件29另包括複數個導孔29h，用於容置該些接觸元件22。可替代地，該另一支撐件29可僅包括一開口，用於容置所有接觸元件22。
該微接觸探針30包括一本體30C，於一第一端部30A和一第二端部30B之間沿長度軸H-H延伸，該第二端部30B係用於接觸整合於晶圓33上的待測裝置之接觸墊32。
本發明中，該彈性膜25較佳地可具有適當外型，以包括(較佳地於其中心部25A)複數個條帶或指針27(即，彈性膜25中的斷流器(cutout))。
特定而言，如圖3所示，自該彈性膜25之中心部25A，沿實質上垂直H-H軸之H’-H’軸，於連接彈性膜25之第一端或近端27A、以及突出並不連接該彈性膜25任何部分之第二端或遠端27B之間，該條帶27突出且延伸。
換言之，該彈性膜25具有至少一開口25r，較佳地該開口25r形成於其中心部25A，該條帶27於中心部25A延伸，該條帶之遠端27B則不被固定，其中相鄰條帶之間具有適當間隔25v以使條帶彼此分離。
如圖3所示，各條帶27之遠端27B包括一上接觸墊40設置於面對該測試頭21之第一面F1，較佳地為金屬材料，並且鄰接接觸元件22之第二端部24B。
如圖4A所示，即圖2B之探針卡20之部分側視圖，於各自條帶27之遠端27B，每個接觸元件22之第二端部24B各自鄰接該彈性膜25之第一面F1。相似地，每個微接觸探針30之第一端部30A同樣於該遠端27B鄰接該彈性膜25之第二面F2。
換言之，該接觸元件之第二端部24B和該微接觸探針30之第一端部均鄰接該彈性膜25上相同條帶27之遠端27B，但於該條帶27之相對側則分別鄰接該彈性膜25之第一面F1和第二面F2。如此，較佳地當該接觸元件22藉由其第二端部24B鄰接該彈性膜25之第一面F1時，特定而言於各自條帶27之遠端27B， 該微接觸探針30藉由其第一端部30A鄰接該彈性膜25之第二面F2，特定而言於各自接觸元件。
較佳地，該微接觸探針30之長度遠小於已知之接觸探針長度，特定而言，其長度至少小於500微米(μm)。應注意的是，本說明書用語「長度」指稱沿平行長度軸H-H方向測量微接觸探針30和接觸元件22之尺寸。
因此可知，本發明之探針卡20之微接觸探針30係用於測試高頻裝置，其長度縮短係避免不良自電感現象。
依據圖2A、2B、3、4A之實施例，各接觸元件22於微接觸探針30各自之第一端部30A處，鄰接該彈性膜25之條帶27之第一面F1，該第一端部30A則鄰接該彈性膜25之第二面F2。特定而言，本實施例接觸元件22之數量對應於微接觸探針30之數量，因而使該接觸元件22和該微接觸探針30之間為一對一對應。換言之，每一微接觸探針30分別對應一接觸元件22，該接觸元件22鄰接於該彈性膜25之相對面。於下文可得知，接觸元件22係作為微接觸探針30之阻擋元件，可傳遞探針卡20和整合於晶圓33上的待測裝置之間之訊號。
應注意的是，本實施例中，接觸元件22電性絕緣微接觸探針30，特定而言由於二者之間設有彈性膜25而絕緣。
如圖4A所示，該支撐件28和另一支撐件29可使該條帶27沿長度軸H-H垂直移動，特定而言指該條帶27之遠端27B。
具體而言，該支撐件28和另一支撐件29之間具有一間隔31，當該微接觸探針30之第二端部30B接觸待測裝置之接觸墊32時，可使該條帶27之遠端27B移動。
於本發明一較佳實施例，如圖4A所示，該另一支撐件29包括一凹部31’，可形成該支撐件28和另一支撐件29之間之間隔31，該條帶27可於該間隔31內移動。
因此，由於設有該間隔31，該條帶27之遠端27B具有彈性，並且可於該微接觸探針30按壓待測裝置之接觸墊32時自由移動。
該凹部31’可藉該另一支撐件29的下降過程所形成。可替代地，於圖式未揭示之實施例中，該另一支撐件29可區分為：一第一板狀元件，與該彈性膜25接觸並且包括一中心開口；以及，一第二板狀元件，設置於該第一板狀元件上並且包括導孔用於容置該接觸元件22；於此，該第一板狀元件之中心開口定義該間隔31。
當微接觸探針30接觸待測裝置時，接觸元件22係作為阻擋元件(即減震器)，調整施加於待測裝置之接觸墊32之壓力。
該測試頭21之接觸元件22之長度一般介於1.5-10mm，即長度遠大於微接觸探針30之長度(微接觸探針之長度如前所述應小於500μm)，因此具有更佳的彎曲能力，以確保前述阻擋效果。
接觸元件22可為適當之金屬材料，以最佳化微接觸探針30之阻擋效果。
此外，應注意的是，該些接觸元件22可各自獨立於鄰近之接觸元件而移動；因此，當接觸待測裝置之接觸墊32時，該些微接觸探針可各自獨立於鄰近之微接觸探針而移動。故，由於該彈性膜25及其條帶27具有彈性，可有效地補償待測裝置之高度差，特定而言，其接觸墊32之高度差。
亦應注意的是，接觸元件22亦作為預載元件，使該彈性膜25，特定而言條帶27之遠端27B，可緊壓微接觸探針30之第一端部30A，接觸元件22因此可確保微接觸探針30和該彈性膜25之間正確的機械配對。
如圖3和4A所示，該彈性膜25之條帶27之遠端27B包括一開口34，微接觸探針30之第一端部30A包括一突出部35連接該開口34，使微接觸探針30和該彈性膜25之間可有更佳的配對；該突出部35形成於微接觸探針30之第一端 部30A之上，特定而言該第一端部30A之上緣，前述上緣係當微接觸探針30連接各自條帶27時，距離該條帶27之近端27A最遠者。
該突出部35連接該條帶27之開口34，並作為條帶27之障礙或容置元件，形成其凸起部L。特定而言，該凸起部L之存在取決於該微接觸探針30(連接該條帶27之遠端27B)和條帶27之近端27A之設置。該凸起部L之高度h係依據該彈性膜25所擺放之平面所對應之軸H-H測量，可適當地調整，因此該條帶27之遠端27B於越程(overtravel)時可凸起，以避免對於該彈性膜25有過度的拉力。於非限制性的實施例中，越程最大值為100μm，凸起部L之高度h可適當地調整，因此條帶27之遠端27B於越程時可凸起至少15μm。
該些條帶27之遠端27B各自適當地包括下接觸墊39設置於該第二面F2，該下接觸墊39係以金屬材料製成，並且鄰接微接觸探針30之第一端部30A，其中導電通道自該下接觸墊39延伸，揭示於下文。
更特定而言，該彈性膜25之接觸墊39,40形成於其中心部25A，因此該中心部25A為該彈性膜25之接觸區，該接觸區實質上對應於整合於晶圓33上之待測裝置具有接觸墊32之部分；該彈性膜25之週邊部25B為該接觸區以外之部分。
下接觸墊39和上接觸墊40可用於加強該彈性膜25之條帶，特定而言，可用於阻擋該接觸元件22之第二端部24B和該微接觸探針30之第一端部30A鄰接該彈性膜25，即實質上作為該彈性膜25於該些條帶27處之保護結構，特定而言於其遠端27B處。此外，下接觸墊39亦可使來自該些微接觸探針30之訊號被傳遞至該彈性膜25之導電通道。
於本發明一較佳實施例，微接觸探針30和該彈性膜25之連接係為夾狀連接。特定而言，如圖4B所示，微接觸探針30之第一端部30A於其頂端包括一連接部41，用於連接該彈性膜25之開口34，該連接部41包括一第一元件41a和 一第二元件41b，該第一元件41a和該第二元件41b藉由一空間41g彼此分離；因此當該連接部41嵌入該彈性膜25之開口34時，該第一元件41a和該第二元件41b可藉由該開口34之壁所施加的側邊(即橫向)力，朝向彼此移動，該空間41g則縮小。因此該彈性膜25和該連接部41之第一元件41a和第二元件41b可施加相對之側邊力，以維持該微接觸探針30之位置，故該連接部41可作為一夾。
此外，亦可於該彈性膜25上設置導電層39’,40’取代該些接觸墊39,40，如圖4B所示。於此，設置於面對該接觸元件22之第一面F1之導電層40’位於該彈性膜25之開口34處具有至少一下部40’l，該下部40’l係作為該接觸元件22之第二端部24B之容置座，並且該第二端部24B鄰接該容置座。於圖式未揭示之實施例中，該下部40’l係為通孔狀，該接觸元件22之第二端部24B直接鄰接該彈性膜25。
同樣如圖4A和4B所示，該支撐件28之導孔28h包括一凹部28l，形成各導孔28h之肩部S1。
於本發明之較佳實施例，同樣如圖4A和4B所示，該支撐件28包括至少一第一元件和一板狀元件，元件符號分別為28A和28B，彼此重疊且整合。
更特定而言，該第一板狀元件28A之開口28Ah之直徑大於對應之第二板狀元件28B之開口28Bh，因此當該第一板狀元件28A和該第二板狀元件28B之開口28Ah,28Bh依據同一圓心重疊時，係形成該支撐件28之導孔28h，該導孔28h具有前述凹部28l。
應注意的是，本說明書用語「直徑」指稱最大橫向距離。
該些板狀元件28A,28B之厚度可依據實際需求和/或情況改變。例如，該第一板狀元件28A之厚度可介於150-200μm，較佳地為150μm；而該第二板狀元件28B之厚度可介於80-150μm，較佳地為100μm。若具有該另一支撐件29，其厚度可介於200-400μm，較佳地為250μm。
該些板狀元件28A,28B之材料可相同或相異。此外，該支撐件28亦可具有多於二之板狀元件。
參照圖5A，該微接觸探針30之第一端部30A之直徑D1大於該微接觸探針30之本體30C之直徑D2，以便該條帶27之遠端27B連接該第一端部30A。
微接觸探針30之第一端部30A之直徑D1大於該本體30C之直徑，並且該第一端部30A定義一第一和一第二突出部所突出之平面S2，該些突出部之元件符號分別為36A和36B。換言之，該第一和第二突出部36A,36B自該第一端部30A之平面S2朝向該導孔28h之肩部S1突出，且彼此不鄰接。特定而言，該第一和第二突出部36A,36B和該肩部S1之間通常具有僅數微米(μm)之調整間隔。
此外，微接觸探針30之第一端部30A於其上緣處包括一斜部37。特定而言，該斜部37形成於該第一端部30A之上緣，該上緣係當該微接觸探針30連接各自條帶27時，最接近條帶27之近端27A者。換言之，若具有突出部35，該斜部37形成於該突出部35之相對緣。
該斜部37定義位於該第一端部30上的一斜面37S；當接觸探針30接觸待測裝置之接觸墊32時，即微接觸探針30垂直移動或越程時，該條帶27位於該斜面37S上。如此，因為具有該斜部37，由於可防止該彈性膜25停留於尖銳角，可避免越程時造成該彈性膜25損壞。
此外，如圖5A和5B所示，微接觸探針30之本體30C係一桿狀體，適當地可為錐狀。特定而言，微接觸探針30之本體30C之直徑D2可沿長度軸H-H改變，因此該本體30C之剖面沿長度軸H-H並非維持不變。
更特定而言，該直徑D2於該第一端部30A具有最大值且大於該第二板狀元件28B之開口28Bh之直徑，該直徑D2沿該長度軸H-H自該第一端部30A往該第二端部30B減小，至其維持不變。換言之，微接觸探針30之本體30C包括一增大部30D，形成於其接近於該第一端部30A之部分，其中該直徑D2於該第一 端部30A具有最大值，以及遠離該第一端部30A而縮小，並於該增大部30D外維持不變，特定而言，小於該第二板狀元件28B之開口28Bh之直徑。
微接觸探針30之本體30C之四壁其中至少一者傾斜可獲得可變之直徑D2，較佳地為二壁。例如，該增大部30D內的直徑D2可變，並可包括二面朝向桿狀本體30C內部傾斜，該些面自該第一端部30A之下表面傾斜。該些面可具有凹度，較佳地為二相鄰面，其餘面則彼此平行。
微接觸探針30之本體30C之外型適當地可避免其卡在導孔28h中，並可減少其與導孔28h之間的間隙，特定而言，該第二板狀元件28B之開口28Bh之壁。
由於該增大部30D之斜面鄰接該肩部S1之邊緣，微接觸探針30可停留於該些導孔28h中。在該些面磨損的情況下，前述停留可藉由該第一和第二突出部36A,36B和該些導孔28h之肩部達成。
此外，若加載預載之接觸元件22，該本體30C之外型可使該微接觸探針30重新定位，與其接觸待測裝置之接觸墊32後之操作位置相同。
應注意的是，圖4A、4B、5A、和5B之實施例非本發明之限制，微接觸探針30可為任何適當外型。
參照圖6，該彈性膜25包括適當之導電通道38，如前所述，用於傳遞和路由(routing)待測裝置和支撐板23之間的訊號。特定而言，導電通道38自條帶27之遠端27B延伸，特定而言自微接觸探針30之第一端部30A鄰接之條帶點延伸。
因此，該彈性膜藉由該導電通道38，可提供往PCB之訊號路由，故亦可執行一般已知的探針卡之空間轉換器具有之功能。
明顯地，該探針卡20可包括具有空間轉換器功能之另一電路板，因此訊號路由可由該彈性膜25之導電通道38和該空間轉換器執行。
於圖2A-2B、3、4A、4B、和6揭示之實施例中，接觸元件22並非用於傳遞訊號，而是作為探針卡20之阻擋元件而設置，因此可克服微接觸探針30硬度的問題，並且避免其接觸待測裝置之接觸墊32時斷裂。
可替代地，於圖7所揭示之實施例中，該些接觸元件22之一群組22’亦用於傳遞待測裝置和測試裝置之間的訊號。因此該群組22’中各接觸元件藉由該彈性膜25中的連接導電通道38’，電性連接對應之微接觸探針30，該連接導電通道38’延伸於該彈性膜25之第一面F1和第二面F2之間。換言之，該連接導電通道38’係用於使相對之該彈性膜25之第一面F1和第二面F2彼此連接，該些通道可藉由，例如，將導電材料填充於該彈性膜25中的通孔或通路形成。
因此，該群組22’之接觸元件可執行二種功能，即可作為探針卡20之阻擋元件，特定而言微接觸探針30之阻擋元件，另一方面可傳遞訊號至支撐板23。本實施例中，非屬該群組22’之接觸元件電性絕緣於微接觸探針30(且絕緣於其它接觸元件)並僅作為阻擋元件。該群組22’之接觸元件係用於傳遞待測裝置和前述支撐板23之間的電力訊號和/或接地訊號和/或低頻率訊號。
本實施例中，該支撐板23另包括位於該群組22’之接觸元件之第一端部24A’之導電接觸墊(圖中未揭示)，該些端部鄰接於該些導電接觸墊，可確實傳遞訊號至測試裝置。
該連接導電通道38’可連接該面F1之下接觸墊39和該面F2之上接觸墊40，或可僅具有一導電接觸墊穿透該彈性膜25並且顯露於該些面F1,F2。
任何情況下，該導電通道38自該彈性膜25之中心部25A沿該條帶27往該週邊部25B延伸，因此可連接該支撐板23。特定而言，該導電通道38電性連接該支撐板23之接觸墊26，例如藉由按壓接觸或焊接。
同樣參照圖6，該導電通道38沿該彈性膜25之第二面F2自各微接觸探針30延伸，特定而言自各下接觸墊39延伸。
若結構上有必要，導電通道38亦可於該彈性膜25之第一面F1上延伸。
此外，該導電通道亦可於該彈性膜25內延伸(即可嵌入其中)。若是如此，該彈性膜中的導電通道38則從該第二面F2開始於不同層上形成。形成該導電通道38之該彈性膜25之層數可依實際需求和/或情況改變，特定而言依據需傳遞的訊號數以及因此依據該彈性膜25之路由模式複雜度。例如，可具有一結構，其中一第一層包括用於傳遞電力訊號之通道，以及一第二層包括用於傳遞接地訊號之通道。
該微接觸探針30係用於接觸整合於半導體晶圓33上待測裝置之接觸墊32，並且為導電材料或適當合金材料。
該彈性膜25係以介電材料製造，較佳地為聚醯胺，可提供所需的彈性及電性絕緣，而導電通道38係以導電金屬材料製造，較佳地為銅。
該支撐板23與已知的PCB相似，差異在於，其接觸墊26較佳地設置於其週邊區，因此接觸墊26於該彈性膜25之週邊部25B可電性接觸導電通道38(或彈性膜之接墊)。
此外，該支撐件28和另一支撐件29(若有設置)較佳地以陶瓷材料製造。
應指出的是，條帶27之長度，即其沿H’-H’軸測量之長度，可依據實際需求和/或情況改變。例如，條帶27之長度可非常小，僅比下接觸墊39之最大長度稍大，可減少一些接地訊號之路徑。較佳地，該彈性膜25包括長度稍大於下接觸墊39的條帶，以及具有較大延展的條帶。
於本發明另一實施例，如圖8所示，該探針卡20之測試頭21包括另一接觸元件22bis，用於傳遞待測裝置和該支撐板23之間的電力訊號和/或接地訊號和/或低頻率訊號，即，亦可為長探針傳遞之訊號。
特定而言，本實施例之該支撐件28另包括導孔28h’，可使該另一接觸元件22bis通過。若設有另一支撐件29，如圖8所示，其包括複數個第二導孔29h’，以該些導孔28h’之中心為基準設置，可使該另一接觸元件22bis通過。
如圖9所示，該些導孔28h’形成於該支撐件28之一區域，對應於該彈性膜25之開口25r，因此不會損壞該彈性膜25。
於圖式未揭示之實施例中，該彈性膜25之外型或剪裁可使接觸元件22bis於膜上任何部分通過。
接觸元件22和另一接觸元件22bis之設置，明顯地可使接觸元件22bis和微接觸探針30於越程時向待測裝置之接觸墊32施加實質上相同的力，其之間的摩擦亦同。
圖10A和10B揭示本發明之探針卡20於不同操作狀況下之操作。特定而言，自該彈性膜25之條帶27落於該支撐件28之位置(圖10A)起，當微接觸探針30之第二端部30B接觸待測裝置(圖10B)時，該彈性膜25之條帶27凸起並沿長度軸H-H移動，並且該接觸元件22可確保微接觸探針30可正確地按壓待測裝置之接觸墊32、以及確保該彈性膜25可正確地按壓微接觸探針30之第一端部30A。此外，應注意的是，該條帶27之凸起部L可避免不當的牽引力。
因此，應指出的是，接觸元件22施加於微接觸探針30之按壓應適當地調整，使該彈性膜25可擠壓微接觸探針30之第一端部30A，另一方面可確保微接觸探針30正確地機械和電性接觸待測裝置，即應考量預載壓力和操作壓力而調整。
最後，於圖式未揭示之實施例可觀察到，該探針頭21之主體21’包括至少一導版，該導版具有複數個導孔，接觸元件22可滑入該些導孔內。
綜上所述，本發明提供一探針卡，具有用於接觸待測裝置之微接觸探針，各微接觸探針具有一端部鄰接於形成於該探針卡之彈性膜中之複數個 條帶各自之一端，其中該探針卡之測試頭之接觸元件亦具有一端部鄰接條帶之一端但位於該彈性膜之相對面，如此可做為對應之微接觸探針之阻擋支撐元件，該些條帶之端部可於該微接觸探針接觸該待測裝置時移動。
本發明之優勢在於，該探針卡減小其所具有之微接觸探針之長度，其長度遠小於該接觸元件之長度並且特定而言小於500μm，因此可實施於射頻應用。
彈性膜和PCB之間設有測試頭之接觸元件，可做為各微接觸探針之阻擋元件(即，可阻擋該微接觸探針和待測裝置之接觸墊之間的接觸)，克服微接觸探針具有較短長度所產生的硬度問題，顯著地降低微探針損壞之可能性，同時確保其施加的壓力可適當地減小，避免鄰接微接觸探針的待測裝置之接觸墊破損。
該測試頭之接觸元件，由於其長度大於各微接觸探針之長度，具有更佳的彎曲能力。
因此，本發明之探針卡一方面可測試高頻率之電子裝置，另一方面可避免其微接觸探針和/或待測裝置之接觸墊損壞，可解決本發明所提出之技術問題。
本發明之探針卡之微接觸探針具有較長使用壽命，任何狀況之下均可輕易置換。
相較於已知技術，設置分散的接觸元件鄰接彈性膜之條帶之遠端使本發明更有優勢，各接觸元件提供對應之微接觸探針之支撐，獨立於其他接觸元件和其他微接觸探針，因此探針卡高度、水平、和施加於接觸墊的力不整齊時，可彌補之。
如此，由於做為微探針之阻擋之各接觸元件係獨立移動並且於膜上設置不同彈性條帶，各微接觸探針與相鄰者係完全獨立移動。
因此，若元件或晶圓或待測裝置並非平面，本發明之探針卡仍可水平且正確地運作。
此外，接觸元件亦作為微接觸探針之預載元件，確保微接觸探針與膜之各自彈性條帶可連接，並且執行探針卡中的訊號路由。
另可觀察到，本發明之彈性膜、微接觸探針、和接觸元件較佳地為彼此獨立結構，確保探針卡可妥當地運作。例如，接觸元件並無固定(如焊接)於彈性膜上，而是簡單地臨接彈性膜，故可避免產生不必要的壓力。
再者，若為組合式結構，其中具有另一接觸元件用於傳遞特定訊號，可藉由彈性膜大量地簡化訊號路由，特別是探針卡傳遞數種訊號時。例如，可藉由另一接觸元件傳遞電力和/或接地訊號，即無需短接觸探針之訊號；需短探針以避免自電感問題的高頻率訊號則藉由連接彈性膜之微接觸探針傳遞。
最後應指出的是，本發明之探針卡所具有的多項優勢係藉由實施垂直探針測試頭所達成，而無須使其製程過度複雜化。
明顯地，本發明所屬領域習知技術者可依據實際需求和規格而針對前述探針卡進行不同變換以及修改，並且可為本發明之申請專利範圍所涵蓋和保護。
20:探針卡
21:測試頭
21’:主體
22:接觸元件
22b:本體
23:支撐板
24A:第一端部
24B:第二端部
25:彈性膜
25A:第一部或中心部
25B:第二部或週邊部
25r:開口
26:接觸墊
27:條帶
28:支撐件
28h:導孔
30:微接觸探針
30A:第一端部
30B:第二端部
30C:本體
32:接觸墊
33:晶圓
F:測試頭之一面
F1:第一面
F2:第二面

Claims (28)

  1. 一種用於電子裝置之測試裝置之探針卡(20)，包括：一測試頭(21)，容置複數個接觸元件(22)，該些接觸元件(22)沿一第一端部(24A)和一第二端部(24B)之間之長度軸(H-H)延伸；一支撐板(23)，用於使該第一端部(24A)鄰接於該支撐板(23)；以及，一彈性膜(25)，包括一第一面(F1)和相對之一第二面(F2)；其中，該彈性膜(25)之第一部分(25A)設置於至少一支撐件(28)之上，以及包括延伸於一近端(27A)和一遠端(27B)之間之複數個條帶(27)；該探針卡(20)另具有複數個微接觸探針(30)，包括沿一第一端部(30A)和一第二端部(30B)之間之長度軸(H-H)延伸之一本體(30C)；於各自條帶(27)之遠端(27B)，該些接觸元件(22)之第二端部(24B)分別鄰接於該彈性膜(25)之第一面(F1)；以及，於各自之接觸元件(22)處，該些微接觸探針(30)之第一端部(30A)各自鄰接於該彈性膜(25)之第二面(F2)；該彈性膜(25)藉由其第二部分(25B)電性連接該支撐板(23)，該些微接觸探針(30)之第二端部(30B)係用於接觸一待測裝置之接觸墊(32)，其中至少一該支撐件(28)具有複數個導孔(28h)，用於容置該些微接觸探針(30)；其中，該些條帶(27)可從第一配置移動至第二配置，第一配置是它們落於該支撐件(28)，第二配置是在接觸該待測裝置的期間它們的遠端(27B)被該些微接觸探針(30)凸起。
  2. 如請求項1所述之探針卡(20)，其中另包括一保留裝置(29)，用於維持該彈性膜(25)之位置。
  3. 如請求項2所述之探針卡(20)，其中該保留裝置(29)包括具有複數個導孔(29h)之另一支撐件，該些導孔(29h)用於容置該些接觸元件(22)；該彈性膜(25)設置於該支撐件(28)和該另一支撐件(29)之間；該支撐件(28)和該另一支撐 件(29)之間具有一間隔(31)，使該些條帶(27)之遠端(27B)可於該些微接觸探針(30)之第二端部(30B)接觸該待測裝置之該接觸墊(32)時移動。
  4. 如請求項3所述之探針卡(20)，其中該支撐件(28)和該另一支撐件(29)之間之間隔(31)形成於該另一支撐件(29)之凹部(31’)；或，該另一支撐件(29)分離形成具有一中心開口之一第一板狀元件和設置於該第一板狀元件之上之一第二板狀元件；該間隔(31)係該第一板狀元件之中心開口。
  5. 如請求項1所述之探針卡(20)，其中該支撐件(28)之導孔(28h)包括一凹部(281)，該凹部(281)於該支撐件(28)形成一肩部(S1)。
  6. 如請求項5所述之探針卡(20)，其中該支撐件(28)包括彼此重疊並整合之至少一第一板狀元件(28A)和至少一第二板狀元件(28B)，該第一板狀元件(28A)具有複數個開口(28Ah)，該些開口(28Ah)之直徑大於該第二板狀元件(28B)之對應的複數個開口(28Bh)之直徑，該第一板狀元件(28A)之開口(28Ah)依據同圓心重疊該第二板狀元件(28B)之開口(28Bh)，前述重疊之開口(28Ah,28Bh)形成具有該凹部(281)之該支撐件(28)之導孔(28h)。
  7. 如請求項1所述之探針卡(20)，其中該彈性膜(25)之條帶(27)之遠端(27B)各自包括一開口(34)，該些微接觸探針(30)之第一端部(30A)包括一連接部(41)，用於連接該開口(34)；其中該連接部(41)包括以一距離(41g)分離的一第一元件(41a)和一第二元件(41b)，該些元件(41a,41b)係用於嵌入該開口(34)以及自該開口(34)之一壁向另一壁移動。
  8. 如請求項1所述之探針卡(20)，其中該些微接觸探針(30)之長度小於該些接觸元件(22)之長度；較佳地，該些微接觸探針(30)之長度小於500μm；前述長度係沿該長度軸(H-H)而測量。
  9. 如請求項1所述之探針卡(20)，其中該彈性膜(25)包括延伸自該些條帶(27)之遠端(27B)之導電通道(38)。
  10. 如請求項9所述之探針卡(20)，其中該些條帶(27)之遠端(27B)各自包括：設置於該第二面(F2)之一下接觸墊(39)或一下導電層(39’)，鄰接該些微接觸探針(30)之第一端部(30A)，該些導電通道(38)延伸自該下接觸墊(39)或該下導電層(39’)。
  11. 如請求項9所述之探針卡(20)，其中該彈性膜(25)之導電通道(38)電性連接該支撐板(23)之接觸墊(26)。
  12. 如請求項11所述之探針卡(20)，其中該彈性膜(25)和該支撐板(23)藉由按壓接觸、導電膠帶、或焊接形成電性連接。
  13. 如請求項9所述之探針卡(20)，其中該些導電通道(38)沿該彈性膜(25)之第一面和/或第二面(F1,F2)延伸，和/或於該彈性膜(25)內延伸。
  14. 如請求項1所述之探針卡(20)，其中該些條帶(27)之遠端(27B)各自包括：設置於該第一面(F1)之一上接觸墊(40)或一上導電層(40’)，鄰接該些接觸元件(22)之第二端部(24B)。
  15. 如請求項14所述之探針卡(20)，其中該上導電層(40’)包括至少一下部(40’l)，用於容置該些接觸元件(22)之第二端部(24B)。
  16. 如請求項1所述之探針卡(20)，其中該支撐板(23)係一印刷電路板，用於連接該測試裝置。
  17. 如請求項1所述之探針卡(20)，其中該支撐件(28)係以陶瓷材料製成。
  18. 如請求項1所述之探針卡(20)，其中另包括複數個接觸元件(22bis)，用於傳遞該待測裝置和該支撐板(23)之間之電力訊號和/或接地訊號和/或低頻率訊號。
  19. 如請求項18所述之探針卡(20)，其中該支撐件(28)包括複數個導孔(28h’)，用於容置該些接觸元件(22bis)。
  20. 如請求項1所述之探針卡(20)，其中該測試頭(21)之接觸元件(22)包括一接觸元件群組(22’)，該群組(22’)之接觸元件電性連接對應之微接觸探針(30)，非屬該群組(22’)之接觸元件電性絕緣於該些微接觸探針(30)和該群組(22’)之接觸元件，該群組(22’)之接觸元件係用於傳遞電力訊號和/或接地訊號和/或低頻率訊號。
  21. 如請求項20所述之探針卡(20)，其中該群組(22’)之接觸元件藉由形成於該彈性膜(25)之連接導電通道(38’)電性連接於對應之微接觸探針(30)，該些連接導電通道(38’)延伸於該彈性膜(25)之第一面(F1)和第二面(F2)之間。
  22. 如請求項1所述之探針卡(20)，其中該測試頭包括具有複數個導孔之至少一導板，該些接觸元件(22)可滑入該些導孔內。
  23. 如請求項1所述之探針卡(20)，其中該些微接觸探針(30)之第一端部(30A)於其一上緣處包括一斜部。
  24. 如請求項1所述之探針卡(20)，其中該些微接觸探針(30)之第一端部(30A)之直徑(D1)大於該本體(30C)之直徑(D2)，前述直徑係指涉最大橫向距離。
  25. 如請求項24所述之探針卡(20)，其中該本體(30C)之直徑(D2)可沿該長度軸(H-H)改變，該本體(30C)為柱狀並且包括一增大部(30D)；該直徑(D2) 沿該長度軸(H-H)於該增大部(30D)內遠離該第一端部(30A)縮小，並且於該增大部(30D)外維持不變。
  26. 如請求項1所述之探針卡(20)，其中該彈性膜(25)之第一部(25A)係其一中心部，並且該彈性膜(25)之第二部(25B)係其一週邊部。
  27. 如請求項1所述之探針卡(20)，其中該條帶(27)包括一凸起部(L)。
  28. 如請求項1所述之探針卡(20)，其中另包括具有不同長度之條帶(27)，前述長度係沿該條帶(27)之軸(H’-H’)而測量。
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