TWI771805B - 探針頭連接方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露了一種探針頭連接方法，包含以下步驟。首先，於探針頭與針測機之間，設置載板與測試夾具，測試夾具設置於針測機中，且測試夾具用以容置載板。啟動探針頭的吸真空功能，並且移動探針頭以對位測試夾具。接著，移動探針頭至接觸測試夾具中的載板。最後，以至少一卡合件以固定探針頭與測試夾具。其中載板用以直接對接晶圓。

Description

探針頭連接方法
本發明係關於一種探針頭連接方法，特別是關於一種直接對接探針頭與針測機的連接方法。
在晶圓測試階段，為了妥善地移動與承載晶圓，晶圓通常會放置在針測機之中，並由探針頭對晶圓進行後續的檢測。一般來說，探針頭上有許多的測試卡(probe card)，而測試卡會電性連接到載板(load board)，再由載板電性連接到晶圓。傳統上，載板不會直接接觸晶圓，而是載板要先連接到測試插座(pogo tower)，再由測試插座接觸晶圓。在此，由於探針頭和針測機之間需要放置測試插座和載板，顯然探針頭會較遠離針測機。此外，載板到晶圓之間還設置有測試插座，使得訊號傳輸路徑較長，也會有較多的干擾以及較大的訊號衰減。
為了解決上述訊號傳輸路徑較長的問題，目前也有部分的針測機可以讓載板接觸到晶圓，此種載板和晶圓的連接方式稱為直接對接(direct docking)。由於載板直接對接晶圓，故不需要測試插座，從而可以讓訊號的傳輸路徑更短，故開始漸漸被業界採用。但是，對於舊型或已購入的針測機，目前缺少可以移除測試插座而轉換成直接對接的模式。一個原因是，傳統的載板會先鎖固於探針頭，而測試插座鎖固在針測機。當測試晶圓時，探針頭與針測機會以機械手段固定在一起，使載板與測試插座的相對位置固定，再讓載板可以經過測試插座電性連接到晶圓。然而，傳統的針測機在設計上必須有測試插座的關係，載板和晶圓間隔較遠。也就是說，在移除測試插座之後，載板離晶圓還有一段距離，若還是把載板鎖固於探針頭，則有載板無法接觸到晶圓的問題。據此，業界需要一種新的探針頭連接方法，讓探針頭和針測機可以操作於直接對接模式。
本發明提供一種探針頭連接方法，可用於探針頭連接針測機。於所述方法中，載板係設置於針測機而非設置於探針頭，並且在探針頭接觸載板時，可以由探針頭的吸真空功能吸緊載板，以增加探針頭和針測機之間的穩定度。
本發明提出一種探針頭連接方法，包含以下步驟。首先，於探針頭與針測機之間，設置載板與測試夾具，測試夾具設置於針測機中，且測試夾具用以容置載板。啟動探針頭的吸真空功能，並且移動探針頭以對位測試夾具。接著，移動探針頭至接觸測試夾具中的載板。最後，以至少一卡合件以固定探針頭與測試夾具。其中載板用以直接對接晶圓。
於一些實施例中，測試夾具定義有一第一上表面，第一上表面定義有一第一容置空間，第一容置空間可以用以容置載板。在此，載板容置於第一容置空間時，載板與第一上表面可以形成共平面。此外，所述探針頭連接方法更可以包含提供測試夾具固定板可拆卸地鎖固於針測機，測試夾具固定板的第二上表面定義有第二容置空間，第二容置空間可以用以容置測試夾具。另外，第一上表面與第二上表面可以不共平面，且測試夾具可拆卸地鎖固於測試夾具固定板的第二容置空間中。
於一些實施例中，於移動探針頭以對位測試夾具的步驟中，更可以包含提供對位件，對位件設置於測試夾具，用以引導探針頭對準測試夾具。在此，探針頭接觸載板的上側面，測試夾具接觸載板的下側面，且載板於上側面至少定義有真空區，真空區由金屬邊條包圍。
綜上所述，本發明提供的探針頭連接方法可用於探針頭連接針測機，並且可以利用探針頭的吸真空功能吸緊載板，使得載板可以更緊密地壓緊於探針頭。此外，由於載板係設置於針測機中，也可以增加探針頭和針測機之間的穩定度。
下文將進一步揭露本發明之特徵、目的及功能。然而，以下所述者，僅為本發明之實施例，當不能以之限制本發明之範圍，即但凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化及修飾，仍將不失為本發明之要意所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故應將視為本發明的進一步實施態樣。
請參閱圖1，圖1係繪示本發明一實施例之探針頭和針測機的裝置示意圖。如圖1所示，本發明的探針頭連接方法可用於探針頭1連接針測機2，針測機2中可以設置有待測的晶圓(圖未示)，探針頭1可以經由載板(未示於圖1)電性連接到晶圓。為了方便說明探針頭1和針測機2之間結構與元件，本實施例於圖1繪示了探針頭1稍微遠離於針測機2的狀態，可以看到探針頭1是位於針測機2上方，探針頭1還未連接針測機2。實務上，探針頭1還可以連接有機械臂或支架(圖未示)，所述機械臂或支架可以讓探針頭1移動或翻轉，例如機械臂或支架可以讓探針頭1垂直地接近或遠離針測機2，並且可以轉動探針頭1以調整探針頭1內部的元件。當然，所述機械臂或支架也有可能讓探針頭1水平地移動到其他位置，本實施例在此不加以限制。以下將分別說明探針頭1和針測機2的結構與操作方式。
請一併參閱圖1、圖2與圖3，圖2係繪示本發明一實施例之探針頭的立體示意圖，圖3係繪示本發明一實施例之探針頭於另一角度的立體示意圖。如圖所示，探針頭1可以包含機殼10，並且於外觀結構上還包含了凸出於機殼10的座體12。於一個例子中，機殼10可以定義有一個底面10a，座體12也可以定義有一個測試面12a，底面10a和測試面12a都面向圖1中的針測機2。座體12大致上接近正方體形，座體12於一軸向上的寬度W2會略窄於機殼10的寬度W1，本實施例不限制寬度W1與寬度W2的數值或比例關係。由於座體12會凸出於底面10a，於所屬技術領域具有通常知識者可以理解，底面10a和測試面12a將不共平面。以圖1的例子來說，測試面12a會比底面10a更接近圖1中的針測機2。此外，機殼10內部可以設置有用於電性測試與吸真空的各種元件，例如機殼10內部可以設置有多個探針卡(probe card)，每個探針卡可以有一個以上的探針組，所述探針組可以由測試面12a上的開口120凸出於測試面12a。
於一個例子中，測試面12a上的每一個開口120不一定都對應有探針卡，例如機殼10內部可能只有少數的探針卡，從而有些開口120可以沒有凸出的探針組。以圖2和圖3繪示的例子來說，測試面12a上的開口120可以分為兩排，每一排開口120的數量相同，本實施例在此不限制測試面12a上的開口120數量。於外觀上，開口120可以分為兩排，每一排的開口120周圍可以由一個密封條122包圍。實務上，密封條122包圍的區域中設置有一個或一個以上用於吸真空的通孔，即密封條122包圍的區域會關聯於探針頭1的吸真空功能，將於後說明。
此外，機殼10上還可以設有卡合件100、固定件102與對位件104，為了理解卡合件100、固定件102與對位件104如何固定和針測機2，以下將以圖4中繪示的針測機2進行說明。請一併參閱圖1、圖3與圖4，圖4係繪示本發明一實施例之針測機的立體示意圖。如圖所示，針測機2可以包含機殼20，於機殼20鄰近探針頭1的一側可以設有測試夾具22以及測試夾具固定板24。於一個例子中，測試夾具固定板24係先設置於機殼20，而測試夾具22再藉由測試夾具固定板24固定於機殼20。詳細來說，測試夾具22係可拆卸地鎖固於測試夾具固定板24，例如測試夾具22可以用螺絲固定於測試夾具固定板24，本實施例不加以限制。
此外，測試夾具22上可以設置有卡合件220與對位件222，卡合件220和卡合件100在結構上可以互相對應，例如卡合件100可以是一個卡槽，卡合件220是一個短柱，所述短柱可以滑入所述卡槽以互相卡合固定。為了輔助卡合件220進入卡合件100，對位件104和對位件222可以用於定位探針頭1和針測機2。如圖3和圖4所示，對位件104可以是一個凹槽，對位件222可以是一個柱狀體，且對位件104可以容置對位件222。本實施例在此不限制對位件104和對位件222的形狀，只要對位件222的形狀上能夠對應對位件104，即應屬本實施例所述對位件104和對位件222的範疇。另外，雖然圖4中繪示了卡合件220與對位件222是在測試夾具22的邊緣，並且朝向圖1中的探針頭1，但卡合件220與對位件222也有可能不設置於測試夾具22而改設置於測試夾具固定板24，本實施例不加以限制。於一個例子中，當卡合件220進入卡合件100之後，為了確實固定卡合件100和卡合件220，使用者可以拉動探針頭1上的固定件102(例如一個把手)以鎖定卡合件100和卡合件240的相對關係，使得探針頭1和針測機2位置上可以大致固定。舉例來說，固定件102有可能帶動一個擋止結構(圖未示)，以避免卡合件220退出或脫離卡合件100，本實施例不限制所述擋止結構的手段。
在直接對接(direct docking)的架構下，探針頭1的測試面12a會接觸載板，再由載板直接對接晶圓。為了說明上述直接對接的架構，請一併參閱圖5和圖6。圖5係繪示本發明一實施例之載板的結構示意圖，圖6係繪示本發明一實施例之測試夾具和測試夾具固定板的結構示意圖。於圖6繪示的例子中，可以看出測試夾具22和測試夾具固定板24是可分離的，故將測試夾具22和測試夾具固定板24分開繪示。如圖所示，測試夾具22有上表面22a(第一上表面)，上表面22a定義有容置空間224(第一容置空間)。測試夾具固定板24定義有上表面24a(第二上表面)，上表面24a中央有凹陷的空間，所述凹陷的空間可以定義為容置空間240(第二容置空間)。於圖6繪示的例子中，測試夾具固定板24可以是一種中空的框架，本實施例不限制測試夾具固定板24的尺寸，只要容置空間240可以用於容置測試夾具22即可。
測試夾具22除了前述的卡合件220與對位件222之外，於外觀上是一個盆型結構，且測試夾具22的盆型結構邊緣可以鎖固於測試夾具固定板24，而測試夾具22的盆型結構底部可以容置在測試夾具固定板24內。於一個例子中，測試夾具22是鎖固於上表面24a，因此測試夾具22的邊緣會高於底部，或者說測試夾具22的邊緣相較於底部會更接近探針頭1的測試面12a。實務上，測試夾具22的底部即為上表面22a(第一上表面)，當測試夾具22容置在測試夾具固定板24內時，上表面22a與上表面24a不共平面。此外，容置空間224為上表面22a中一個略為凹陷區域，而容置空間224可以用以容置載板26。容置空間224可以與上表面22a一體成形，或者說是上表面22a的一部分。載板26的尺寸應小於或等於容置空間224，也就是容置空間224應當可以讓載板26放入其中。
於載板26鄰近探針頭1的上側面26a(例如圖5所繪示的表面)，載板26可以具有多個接墊260以及真空區262。與圖2和圖3繪示的例子類似，載板26上的接墊260也可以分為兩排，並且每一排接墊260位於一個真空區262之內。於一個例子中，載板26在上側面26a的邊緣還設置有金屬邊條264，金屬邊條264外觀上可以看成一個矩形並包圍了兩個真空區262。本實施例在此不限制金屬邊條264的設置位置與形狀，例如金屬邊條264也有可能不設置於上側面26a的邊緣，而是設置於每一個真空區262的邊緣，外觀上可以看成兩個矩形並各自包圍一個真空區262。當然，於載板26遠離探針頭1的下側面(例如圖5所繪示的另一側表面)，載板26可以具有用於連接晶圓的多個探針(圖未示)，並且所述探針可以經由測試夾具22中的測試槽226穿過上表面22a，而直接接觸設置於下方的晶圓(圖未示)，本實施例在此不加以贅述。
於實際的操作中，除了測試夾具22會鎖固於測試夾具固定板24，且測試夾具固定板24固定於機殼20之外，載板26還會預先鎖固於測試夾具22的容置空間224中。於一個例子中，當載板26鎖固於容置空間224時，載板26的上側面26a可以和測試夾具22的上表面22a同高(共平面)，或者位於上側面26a的金屬邊條264頂部可以和測試夾具22的上表面22a同高(共平面)，本實施例不加以限制。換句話說，當載板26鎖固於容置空間224時，至少有一部分的載板26會和上表面22a形成共平面。此外，由於載板26與測試夾具22不會相對移動，當探針頭1和針測機2靠近時，探針頭1的座體12對準測試夾具22，也表示測試面12a上的開口120可以對準上側面26a上的接墊260。實務上，載板26的上側面26a用於接觸探針頭1的座體12，而載板26相對於上側面26a的一側面(例如下側面)則是用來接觸測試夾具22。
接著，當探針頭1和針測機2會逐漸靠近，直到座體12的測試面12a鄰近測試夾具22的上表面22a以及載板26的上側面26a。為了更穩固地讓凸出開口120的探針組接觸接墊260，於座體12的測試面12a壓向載板26的上側面26a時，探針頭1可以先啟動吸真空功能，從座體12上鄰近開口120的位置吸氣。換句話說，當測試面12a推向上側面26a時，密封條122會壓緊於真空區262的邊緣，使得測試面12a、上側面26a以及密封條122所包圍的空間形成氣密，再由座體12從測試面12a進行抽氣。值得一提的是，當探針頭1和針測機2靠近時，探針頭1和針測機2可以進行對位的步驟，例如讓對位件104和對位件222互相對準，以及讓卡合件220進入卡合件100。本實施例在此不限制是探針頭1和針測機2先進行對位，或探針頭1可以先啟動吸真空功能，這兩個步驟應當可以互相替換。此外，為了避免密封條122過度壓緊於上側面26a，損壞凸出開口120的探針組和接墊260，金屬邊條264可以當成一種支撐件，以維持測試面12a和上側面26a之間的間隙。
當卡合件220進入卡合件100後，如前所述，使用者可以拉動探針頭1上的固定件102以鎖定卡合件100和卡合件240的相對關係。到此步驟即可稱探針頭1已連接或固定針測機2。值得一提的是，探針頭1已連接針測機2的狀態下，部分的座體12會被推入測試夾具22凹陷的盆型結構。例如測試夾具22凹陷的盆型結構外觀上可以是正方形，並且於一軸向上具有寬度W3。此時，只要座體12於一軸向上的寬度W2小於寬度W3，部分的座體12便可以陷進上表面24a，使得座體12的測試面12a會在上表面22a(或上側面26a)和上表面24a之間。有別於傳統的探針頭和針測機之間原本設計有測試插座，若移除測試插座則會讓載板和晶圓的間距過大，有載板無法接觸到晶圓的問題。本實施例將測試夾具22設計成凹陷的盆型結構，讓座體12可以推入針測機2中並且更接近載板26，從而解決了載板無法接觸到晶圓的問題。
另一方面，本實施例提到探針頭1所具有的吸真空功能，除了可以用來穩定的探針組和接墊260的電性連接關係之外，可以應用於其他的目的。舉例來說，探針頭1可能原本就設計有吸真空功能，惟不是用來穩定的探針組和接墊260的電性連接，例如吸真空功能可能被設計來吸取待測物周圍的廢氣或者是用來吸住被取代的測試插座，即本實施例改變了吸真空功能的應用方式。
為了說明本發明提供的探針頭連接方法，請一併參閱圖1到圖7，圖7係繪示本發明一實施例之探針頭連接方法的步驟流程圖。如圖所示，於步驟S30中，於探針頭1與針測機2之間，設置載板26與測試夾具22，測試夾具22設置於針測機2中，且測試夾具22用以容置載板26。於步驟S32中，啟動探針頭1的吸真空功能，並且於步驟S34中，移動探針頭1以對位測試夾具22。接著，於步驟S36中，移動探針頭1至接觸測試夾具22中的載板26。以及於步驟S38中，卡合件100和卡合件220以固定探針頭1與測試夾具22。在上述步驟中，探針頭1與針測機2是一種直接對接(direct probing)的連接方式，並且載板26可以直接接觸晶圓。關於探針頭連接方法的其他步驟都已於前面實施例描述，本實施例在此不予贅述。
綜上所述，本發明提供的探針頭連接方法可用於舊款式的針測機，只要將測試夾具替換成凹陷的盆型結構，即可以讓舊款式的針測機和探針頭以直接對接方式互相連接。藉此，解決了傳統上要經過測試插座，而有訊號傳輸路徑較長的問題。此外，本發明還可以利用探針頭的吸真空功能吸緊載板，使得載板可以更緊密地壓緊於探針頭。由於載板係設置於針測機中，也可以增加探針頭和針測機之間的穩定度。
1:           探針頭 10:         機殼 10a:       底面 100:       卡合件 102:       固定件 104:       對位件 12:         座體 12a:       測試面 120:       開口 122:       密封條 2:           針測機 20:         機殼 22:         測試夾具 22a:       上表面 220:       卡合件 222:       對位件 224:       容置空間 226:       測試槽 24:         測試夾具固定板 24a:       上表面 240:       容置空間 26:         載板 26a:       上側面 260:       接墊 262:       真空區 264:       金屬邊條 W1:       寬度 W2:       寬度 W3:       寬度 S30~S38                    步驟流程
圖1係繪示本發明一實施例之探針頭和針測機的裝置示意圖。
圖2係繪示本發明一實施例之探針頭的立體示意圖。
圖3係繪示本發明一實施例之探針頭於另一角度的立體示意圖。
圖4係繪示本發明一實施例之針測機的立體示意圖。
圖5係繪示本發明一實施例之載板的結構示意圖。
圖6係繪示本發明一實施例之測試夾具和測試夾具固定板的結構示意圖。
圖7係繪示本發明一實施例之探針頭連接方法的步驟流程圖。
無
S30~S38                    步驟流程

Claims (10)

  1. 一種探針頭連接方法，用於連接一探針頭與一針測機，所述設備連接方法包含： 於該探針頭與該針測機之間，設置一載板與一測試夾具，該測試夾具設置於該針測機中，且該測試夾具用以容置該載板； 啟動該探針頭的一吸真空功能； 移動該探針頭以對位該測試夾具； 移動該探針頭至接觸該測試夾具中的該載板；以及 以至少一卡合件以固定該探針頭與該測試夾具； 其中該載板用以直接對接一晶圓。
  2. 如請求項1所述之探針頭連接方法，其中該測試夾具定義有一第一上表面，該第一上表面定義有一第一容置空間，該第一容置空間用以容置該載板。
  3. 如請求項2所述之探針頭連接方法，其中該載板容置於該第一容置空間時，該載板與該第一上表面形成共平面。
  4. 如請求項2所述之探針頭連接方法，更包含： 提供一測試夾具固定板可拆卸地鎖固於該針測機，該測試夾具固定板的一第二上表面定義有一第二容置空間，該第二容置空間用以容置該測試夾具。
  5. 如請求項4所述之探針頭連接方法，其中該第一上表面與該第二上表面不共平面。
  6. 如請求項4所述之探針頭連接方法，其中該測試夾具可拆卸地鎖固於該測試夾具固定板的該第二容置空間中。
  7. 如請求項2所述之探針頭連接方法，其中該載板可拆卸地鎖固於該第一容置空間中。
  8. 如請求項1所述之探針頭連接方法，其中於移動該探針頭以對位該測試夾具的步驟中，更包含： 提供一對位件，該對位件設置於該測試夾具，用以引導該探針頭對準該測試夾具。
  9. 如請求項1所述之探針頭連接方法，其中該探針頭接觸該載板的一上側面，該測試夾具接觸該載板的一下側面。
  10. 如請求項9所述之探針頭連接方法，其中該載板於該上側面至少定義有一真空區，該真空區由一金屬邊條包圍。
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