TWI737208B

TWI737208B - 電性連接裝置

Info

Publication number: TWI737208B
Application number: TW109107281A
Authority: TW
Inventors: 林崎孝幸; 赤平明久; 成田寿男; 今瑞穂; 須藤賢一
Original assignee: 日商日本麥克隆尼股份有限公司
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2021-08-21
Also published as: CN113544831A; JP2020143976A; KR20210123339A; US20220146553A1; WO2020179596A1; US12000867B2; TW202041865A; JP7381209B2; KR102623985B1

Abstract

本發明提供一種可抑制肇因於在設置於探針頭的導板的導孔內之探針的滑動所致的探針的損傷的電性連接裝置。電性連接裝置1係具備：探針10、及探針頭20，該探針頭20係具有在頂部導板21與底部導板22之間且配置靠近於底部導板22而由探針10所貫穿的中間導板23。在頂部導板21與中間導板23中，探針10所貫穿的導孔的位置係以錯開的方式設置，且探針10在頂部導板21與中間導板23之間以彎曲的狀態被保持。探針10係具有：相較於受前端部與被檢查體接觸而施加於屈曲的探針之應力為最大的最大應力部位，在最大應力部位以外的區域中更容易彎曲的構造。

Description

電性連接裝置

本發明是關於一種用來測定被檢查體的電性特性的電性連接裝置。

為了在不與晶圓分離的狀態下測定積體電路等被檢查體的電性特性，使用一種具有使其與被檢查體接觸的探針的電性連接裝置。在使用該電性連接裝置的測定中，使探針的一端部與被檢查體接觸，並使探針的另一端部接觸於配置在印刷電路板等的電極焊墊。電極焊墊係與測試器等的測定裝置電性連接。

探針係在探針貫穿設置於導板之導孔的狀態下被保持在配置有導板的探針頭。通常，探針頭係以沿著探針的軸向配置複數片的導板。例如，使用如下的構造：在最上段的導板與最下段的導板之間，以鄰接的探針彼此不會接觸的方式配置複數片的導板的構造。

在具有複數片的導板的探針頭中，導板的導孔位置以彼此錯開的方式配置，藉此在探針頭的內部使探針傾斜地被保持(參照專利文獻1)。藉由這樣的構成，在使探針與被檢查體接觸時探針會屈曲，可使探針與被檢查體在穩定的壓力下接觸。

(先前技術文獻)

(專利文獻)

專利文獻1：日本特開2015-118064號公報

然而，在與被檢查體接觸的狀態與非接觸的狀態之間，探針會因在導孔的內部滑動，而使探針的側面與導孔的開口部摩擦。結果，會產生探針損傷的問題。

有鑑於上述問題點，本發明之目的在於一種可抑制肇因於在設置於探針頭的導板的導孔內之探針的滑動所致的探針的損傷的電性連接裝置。

根據本發明的一態樣提供一種電性連接裝置，其係具備：探針，係於測定時前端部與被檢查體接觸；以及探針頭，係具有頂部導板、底部導板、及中間導板，該頂部導板係由靠近於探針之基端部的區域所貫穿，該底部導板係由較頂部導板還靠近於探針之前述前端部的區域所貫穿，該中間導板係在頂部導板與底部導板之間且配置靠近於底部導板而由探針所貫穿。從頂部導板的主面的面法線方向觀看，在頂部導板與中間導板中，探針所貫穿的導孔位置係以錯開的方式設置，且探針係在頂部導板與中間導板之間以彎曲的狀態被保持。探針係具有：相較於受前端部與被檢查體接觸而施加於屈曲的探針之應力為最大的最大應力部位，在最大應力部位以外的區域中前端部與被檢查體接觸時更容易彎曲的構造。

根據本發明，可提供一種可抑制肇因於在設置於探針頭的導板的導孔內之探針的滑動所致的探針的損傷的電性連接裝置。

1:電性連接裝置

2:被檢查體

3:夾盤

10:探針

10A:探針

11:縮窄部

15:絕緣塗覆材

20:探針頭

20A:探針頭

21:頂部導板

22:底部導板

23:中間導板

24:間隔件

30:電極基板

31:電極焊墊

32:連接焊墊

100:制動區域

150:高硬度區域

200:中空區域

210:導孔

220:導孔

230:導孔

231:第一中間導板

232:第二中間導板

A:區域

B:區域

C:區域

圖1係本發明之第一實施型態的電性連接裝置的構成的示意圖。

圖2係顯示本發明之第一實施型態的電性連接裝置之探針的構成的示意圖。

圖3係沿著圖2中之III-III方向的剖面圖。

圖4係顯示本發明之第一實施型態的電性連接裝置之探針的彎曲狀態的示意圖

圖5係顯示本發明之第一實施型態的電性連接裝置的探針與比較例的探針的彎曲狀態的示意圖。

圖6係顯示本發明之第一實施型態的電性連接裝置之探針的屈曲狀態的示意圖

圖7係沿著圖6中之VII-VII方向的剖面圖。

圖8係顯示比較例之探針頭的構成的示意圖。

圖9係顯示本發明之第一實施型態之變形例的電性連接裝置的構成的示意圖。

圖10係顯示本發明之第二實施型態的電性連接裝置之探針的構成的示意圖。

圖11係顯示本發明之其他實施型態的電性連接裝置之探針的構成的剖面圖。

接下來，參照圖面來說明本發明之實施型態。在以下的圖面記載當中，在相同或相似的部分附上相同或相似的符號。然而，圖面僅為示意圖，須注意各部的厚度的比率等與現實不同。並且，在圖面彼此之間當然也包含彼此的尺寸關係或比率不同的部分。以下所示的實施型態係例示出將本發明的技術性思想加以具體化的裝置或方法，本發明的實施型態並非將構成零件的材質、形狀、構造、配置等限定在以下所記載的內容。

(第一實施型態)

圖1所示之第一實施型態的電性連接裝置1係使用於測定被檢查體2的電性特性。電性連接裝置1係具備有：探針10、以及保持探針10的探針頭20。

雖然圖1中省略圖示，惟如圖2所示，於探針10的側面形成縮窄部11。如圖3所示，與探針10的軸向成垂直的剖面形狀(以下，稱為「剖面形狀」)為矩形狀，圖3所示的縮窄部11係以遍及探針10的側面全周方式形成。

探針頭20係具有：頂部導板21、及底部導板22，該頂部導板21係由靠近於探針10之基端部的區域所貫穿者，而該底部導板22係由較頂部導板21還靠近於探針10之前端部的區域所貫穿者。在頂部導板21與底部導板22之間配置有由探針10所貫穿的中間導板23。在探針10所貫穿的部分，係分別在頂部導板21、底部導板22及中間導板23形成有圖1中省略圖示的導孔。

探針頭20中，為了在頂部導板21與底部導板22之間構成中空區域200，在頂部導板21的外緣區域與底部導板22的外緣區域之間配置有間隔件24。在中空區域200的內部中之靠近於底部導板22之側，配置有板狀的中間導板23。

從頂部導板21的主面的面法線方向觀看(以下，稱為「俯視觀看」)，同一探針10所貫穿的頂部導板21的導孔與中間導板23的導孔位置係以與主面平行地錯開的方式配置(以下，稱為「偏移配置」)。另一面，底部導板22的導孔與中間導板23的導孔的位置在平面觀看下大致一致。在圖1所示之例中，中間導板23及底部導板22的導孔相對於頂部導板21的導孔係朝紙面的左側錯開而配置。藉由偏移配置，在中空區域200的內部頂部導板21與中間導板23之間，探針10會受彈性變形而彎曲。

在被檢查體2的測定時，朝探針頭20的底部導板22的底面露出之探針10的前端部係與配置於電性連接裝置1之下方的被檢查體2的檢查用焊墊(圖示省略)接觸。圖1中，顯示探針10與被檢查體2接觸的狀態。電性連接裝置1係垂直動作式探針卡，例如，搭載被檢查體2的夾盤3上昇，使探針10的前端部與被檢查體2接觸。

圖1所示的電性連接裝置1更具備電極基板30。朝探針頭20的頂部導板21的頂面突出之探針10的基端部係與電極焊墊31接觸，該電極焊墊31係配置於與探針頭20相對向的電極基板30之底面。

電極基板30的電極焊墊31係藉由配置於電極基板30之內部的配線(圖示省略)，與配置於電極基板30之頂面的連接焊墊32電性連接。連接焊墊32係與省略圖示之IC測試器等檢查裝置電性連接。經由探針10，藉由檢查裝置來對被檢查體2施加預定的電壓及電流。於是，從被檢查體2所輸出的信號會經由探針10傳送到檢查裝置，而檢查被檢查體2的特性。

藉由偏移配置頂部導板21的導孔及中間導板23的導孔，當基端部與電極焊墊31連接的探針10的前端部與被檢查體2接觸時，在中空區域200中探針10會屈曲。也就是，在頂部導板21與中間導板23之間，探針10受到撓曲變形而進一步大幅彎曲。此時，探針10各自被中間導板23所保持，藉此防止在中空區域200中鄰接的探針10彼此接觸。

如上述方式，探針10從在處於探針10未與被檢查體2接觸之非接觸狀態的彎曲形狀，屈曲成處於探針10與被檢查體2接觸之狀態的進一步彎曲形狀，藉此以預定的壓力來使探針10與被檢查體2接觸。也就是，藉由偏移配置，可使用探針10來穩定測定被檢查體2的電性特性。在測定被檢查體2的電性特性後，使搭載被檢查體2的夾盤3下降，使探針10與被檢查體2成為非接觸狀態。

探針10係具有：當探針10與被檢查體2成為非接觸狀態時，回復至與被檢查體2接觸之前的形狀的彈性。探針10的材料係使用鎢 (W)等。或者，探針10的材料使用：銅(Cu)合金，鈀(Pd)合金、鎳(Ni)合金、W合金等。

如圖4所示，探針10係貫穿頂部導板21的導孔210、中間導板23的導孔230、底部導板22的導孔220，並被保持於探針頭20。當探針10與被檢查體2接觸時，探針10會由前端部承受軸向按壓。此時，探針10的彎曲會集中在圖4所示之靠近於頂部導板21的區域A、靠近於頂部導板21與中間導板23之中間的區域B、靠近於中間導板23的區域C的三個部位。在此時，施加於探針10之應力為最大的部位(以下，稱為「最大應力部位」)為區域B。

形成在探針10的側面的縮窄部11係形成在探針10與被檢查體2接觸的狀態中之除最大應力部位以外剩餘的區域。如此，藉由在最大應力部位以外的區域形成縮窄部11，於探針10與被檢查體2接觸的狀態下，探針10之最彎曲的位置會朝基端部側(紙面的上方)移動。

於圖5顯示：第一實施型態之電性連接裝置1的探針10的屈曲狀態、與沒有形成縮窄部11之比較例的探針10A的屈曲狀態。如圖5所示，相對於虛線所示之比較例的探針10A，探針10中最灣區的位置會朝遠離中間導板23的方向移動。

在與被檢查體2的接觸及非接觸的狀態之間，探針10及/或探針10A會在頂部導板21的導孔210、底部導板22的導孔220、中間導板23的導孔230的內部滑動。由於基端部會被推頂在電極焊墊31，所以在探針10及/或探針10A其滑動在頂部導板21的導孔210內部的距離較短。另一面，探針10及/或探針10A其滑動在底部導板22的導孔220或中間導板23的導孔230的內部的距離較長。

此時，如圖5所示，比較例的探針10A會受到區域C的探針10的變形的影響，而以相對於中間導板23的主面傾斜地方式貫穿導孔230。因此，藉由探針10A在中間導板23的導孔230的內部滑動，使得探針10A的側面會在導孔230的開口部摩擦。結果，探針10A會損傷。

另一方面，如圖5所示，探針10係相對於中間導板23的主面沿接近垂直的方式貫穿中間導板23的導孔230。也就是，探針10與導孔230的中心線大致平行地，在導孔230的內部滑動。因此，在探針10在導孔230的內部滑動的情形，也會抑制探針10的側面摩擦導孔230的開口部而損傷的情形。

縮窄部11係形成於探針10，俾使屈曲的探針10的最彎曲的位置會靠基端部之側移動。例如，以因應探針10的材料、被檢查體2的檢查用焊墊或電極焊墊31與探針10之間穩定接觸所需的壓力大小等，來設定縮窄部11的寬度或深度等的大小、於探針10中的位置、形成的個數等。

例如，如在圖4所示之區域B與區域C之間的位置，於探針10形成縮窄部11。進一步，在區域B與區域A之間亦可形成縮窄部11。此外，亦可沿探針10的軸向配置複數個縮窄部11。

另外，在圖3中顯示以遍及探針10的全周的方式形成縮窄部11之例。惟，只要是會使探針10與中間導板23的導孔230的中心線大致平行地貫穿，則形成縮窄部11的範圍可任意地設定。例如，亦可在如圖 6所示探針10屈曲時會沿探針10的軸向伸縮之圖7所示之面形成縮窄部11。在圖7中，探針10之朝向紙面的上方與下方之面形成有縮窄部11。

然而，探針10的側面會在中間導板23的導孔230摩擦的情形，當中間導板23的材料使用陶瓷等之硬度較高的材料時，探針10就易損傷。因此，中間導板23的材料要使用硬度較陶瓷還低的材料的樹脂等的薄膜。

但是，樹脂等的薄膜散熱性比陶瓷還低，而難以使探針10所生的熱釋放至外部。此外，當在探針頭20更換探針10的情形等，必須使構成探針頭20的各導板的導孔在俯視觀看下呈一致，惟導板使用柔軟且容易變形的薄膜時難以使導孔的位置對合。

相對於此，若是第一實施型態的電性連接裝置1，可抑制探針10的側面在中間導板23的導孔230摩擦的情事。因此，中間導板23的材料可使用陶瓷。結果，使來自產生熱的探針10的散熱容易。再者，使用硬度較高的陶瓷，藉此使得導孔的位置對合容易，使電性連接裝置1的維護性提升。

此外，在使用比較例的探針10A的電性連接裝置中，必須在頂部導板21與底部導板22之間配置複數片的中間導板。這是因為，當使用剖面形狀為圓形狀的探針時等，必須藉由使探針的撓曲方向一致來抑制鄰接的探針間的接觸。

因此，例如以圖8所示之比較例的探針頭20A的方式，在靠近於中空區域200內部之頂部導板21之側配置第一中間導板231，且於靠近於底部導板22之側配置第二中間導板232。

相對於此，在第一實施型態的電性連接裝置1中，由於探針10的剖面形狀為矩形狀，所以會使被保持在探針頭20的複數跟探針10的撓曲方向統一為同一方向。因此，配置於頂部導板21與底部導板22之間的導板可為中間導板23一片。因此，根據電性連接裝置1，減少中間導板的片數，可使探針頭20的構成零件個數減少。

如以上說明，本發明的第一實施型態的電性連接裝置1中，於探針10彎曲的部分當中除最大應力部位以外的區域形成縮窄部11。因此，探針10與導孔230的中心線大致平行地在中間導板23的導孔230內部滑動。藉此，防止探針10與導孔230的開口部點接觸。因此，根據圖1所示的電性連接裝置1，可抑制肇因於在設置於探針頭20的導孔之探針10的滑動所致的探針10的損傷。

<變形例>

如圖9所示方式，亦可在探針10形成制動區域100。制動區域100係設置於較探針10之貫穿底部導板22的區域還靠基端部之側的區域，制動區域100的外徑係較底部導板22的導孔220的內徑還大。

在圖9所示的探針10中，於被檢查體2的測定時，制動區域100會抵接於底部導板22。因此，能夠進行將探針10的基端部用力推頂在電極焊墊31的預載(preload)。藉此，可使探針10與電極焊墊131的接觸穩定。因此，於探針10形成制動區域100，藉此能夠進行不用將探針10的前端部過度用力推頂在被檢查體2的檢查用焊墊的預載。

另外，制動區域100不會與中間導板23衝突而阻礙探針10的滑動。例如，將中間導板23的導孔230的內徑設為比制動區域100的外徑還大，亦可在中間導板23的導孔230的內部使制動區域100移動。

圖9係顯示在較貫穿底部導板22之區域還靠基端部之側形成制動區域100的探針10之例。惟，形成制動區域100的位置不限定為圖9所示的位置，亦可在被檢查體2的測定時抵接於頂部導板21、底部導板22及中間導板23中任一者的位置形成制動區域100。例如，亦可在貫穿頂部導板21之區域附近之較貫穿頂部導板21的區域還位在基端部之側，於探針10形成制動區域100。該情形，在被檢查體2的測定時制動區域100會抵接於頂部導板21，可確實地進行預載。或者，亦可在貫穿中間導板23之區域附近之較貫穿中間導板23的區域還位在基端部之側，於探針10形成制動區域100。該情形，在被檢查體2的測定時制動區域100會抵接於中間導板23，可確實地進行預載。

探針10係藉由使用光刻技術、電鍍、蝕刻技術之微機電(MEMS)製程所製作。制動區域100係使用玻璃製的遮罩等，與探針10的本體一體成形。

(第二實施型態)

在第二實施型態的電性連接裝置1中，探針10的機械性硬度在最大應力部位中比最大應力部位以外的區域還高。因此，探針10具有：相較於最大應力部位，在最大應力部位以外的區域中，前端部與被檢查體2接觸時更容易彎曲的構造。據此，相較於探針10整體屬於均勻的硬度的情形，使得屈曲的探針10之最彎曲的位置會靠基端部之側移動。結果，根據第二實施型態的電性連接裝置1，探針10會與導孔230的中心線大致平行地在中間導板23的導孔230的內部滑動。

相對於此，在第一實施型態中，在最大應力部位以外的區域於探針10的側面形成縮窄部11，藉此使屈曲的探針10之最彎曲的位置會靠基端部之側移動。也就是，在側面形成縮窄部11，藉此使得探針10的構造相較於最大應力部位，在最大應力部位以外的區域中更容易彎曲。另一方面，在第二實施型態中，探針10的硬度在最大應力部位比其他的區域還高，藉此在最大應力部位以外的區域中，使探針10容易彎曲。如此，在第二實施型態中，用以使探針10之最彎曲的位置移動的探針10的構造與第一實施型態不同。就其他的構成而言，第二實施型態的電性連接裝置1與第一實施型態同樣。

圖10所示之第二實施型態的電性連接裝置1的探針10中，在含有最大應力部位之區域B之固定範圍的高硬度區域150中，硬度會比探針10之其他區域還高。根據圖10所示之探針10，在探針10與被檢查體2接觸的狀態下，探針10最彎曲的位置相較於與探針10的整體為相同硬度的情形，會靠遠離中間導板23的方向移動。藉此，探針10會與導孔230的中心線大致平行地在導孔230的內部滑動。據此，當探針10在導孔230的內部滑動時，也會抑制探針10的側面在導孔230的開口部摩擦而損傷的情形。

(其他實施型態)

如上所述，雖利用實施型態來記載本發明，但是形成本揭示之一部份的論述及圖式不應理解為限定本發明的內容。依據該揭示，本發明所屬技術領域中具有通常知識者應可明瞭能有各式各樣的替代實施型態、實施例及運用技術。

例如，如圖11所示，亦可在探針10的表面塗佈絕緣塗覆材15。藉此，在鄰接的探針10彼此接觸時，亦可防止探針10間的短路。絕緣塗覆材15例如為樹脂等。

如上述，本發明當然包含在本說明書中未記載的各種實施型態等。因此，本發明的技術範圍應當依據上述說明，由適當之申請專利範圍的發明界定事項來決定。