TWI788813B - 探針及電性連接裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之目的為提供一種減低滑動時的探針與周圍之摩擦的探針及電性連接裝置。

一種探針10係具備：管形狀之探針筒11，係具有沿著中心軸方向而伸縮的拉伸彈簧12；以及柱塞13，係基端部位於探針筒11之內部，且前端部從探針筒11之一方的開口端露出。拉伸彈簧12之一方的端部係固定於柱塞13之基端部；拉伸彈簧12之另一方的端部係在比柱塞13之基端部更接近前端部的位置被固定於探針筒11。

Description

探針及電性連接裝置

本發明係關於一種使用於被檢查體之電氣特性測量的探針(probe)及電性連接裝置。

為了要在不從晶圓(wafer)分離的狀態下測量半導體積體電路等的被檢查體之電氣特性，而使用具有與被檢查體接觸之探針的電性連接裝置。在使用探針的測量中係要確保被檢查體與探針之電性連接。例如，使用具有朝向中心軸方向伸縮之推壓彈簧的探針，且以將探針按壓於被檢查體之方式施加過驅動(over drive)(參照專利文獻1)。

探針係對應於被檢查體之檢查用連接墊(pad)的位置而配置。從而，當半導體積體電路之細微化進展而檢查用連接墊之配置間隔變窄時，探針之配置間隔亦會變窄。探針係伴隨檢查用連接墊之窄間距化而朝細徑化進展。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

專利文獻1：日本特開2013-53931號公報

當具有推壓彈簧的探針細徑化時，推壓彈簧就會因橫方向之剛性不足而在收縮時蛇行。因此，在滑動時探針會與周圍摩擦，使得探針會磨損或被刮削。結果，發生探針之滑動不足或探針之破損等。

本發明之目的在於提供一種探針及電性連接裝置，係減低滑動時之探針與周圍的摩擦。

依據本發明之一態樣，能提供一種探針，係具備：管形狀之探針筒(barrel)，係具有沿著中心軸方向而伸縮的拉伸彈簧；以及柱塞(plunger)，係基端部位於探針筒之內部，且前端部從探針筒之一方的開口端露出。拉伸彈簧之一方的端部係固定於柱塞之基端部；拉伸彈簧之另一方的端部係在比柱塞之基端部更接近前端部的位置被固定於探針筒。

依據本發明，可以提供一種減低滑動時的探針與周圍之摩擦的探針及電性連接裝置。

1:電性連接裝置

2:被檢查體

10,10a:探針

10B:固定長度探針

11:探針筒

12:拉伸彈簧

13:柱塞

14:導電膜

15:金屬球

16:板簧

20:探針頭

21:第一主面

22:第二主面

30:配線基板

31:連接盤

40:固定柱塞

100:比較探針

101:第一探針

102:第二探針

110:探針筒

120:推壓彈簧

131:第一柱塞

132:第二柱塞

F:推力

P1,P2:固定點

P10,P20,P40:接合點

圖1係顯示本發明之第一實施型態的電性連接裝置之構成的示意圖。

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與被檢查體接觸後之狀態的示意圖。

圖3係顯示比較例的探針之構成的示意圖。

圖4係顯示比較例的探針之彈簧部被壓縮後之狀態的示意圖。

圖5係顯示本發明的第一實施型態之第一變化例的電性連接裝置之構成的示意圖。

圖6係顯示本發明的第一實施型態之第一變化例的電性連接裝置之探針與被檢查體接觸後之狀態的示意圖。

圖7係顯示本發明的第一實施型態之第一變化例的電性連接裝置之另一構成的示意圖。

圖8係顯示本發明的第一實施型態之第二變化例的電性連接裝置之構成的示意圖。

圖9係顯示本發明的第一實施型態之第二變化例的電性連接裝置之探針與被檢查體接觸後之狀態的示意圖。

圖10係顯示本發明之第二實施型態的探針之構成的示意圖。

圖11係顯示本發明之第二實施型態的探針與被檢查體接觸後之狀態的示意圖。

其次，參照圖式來說明本發明的實施型態。在以下的圖式之記載中，在相同或類似的部分係附記相同或類似的符號。但是，圖式係為示意性，各部之厚度的比率等會與現實物不同。又，即便是在圖式彼此間仍包含有相互之尺寸的關係或比率不同的部分。以下所示的實施型態係例示用以將該發明之技術思想具體化的裝置或方法，該發明之實施型態並非將構成零件之材質、形狀、結 構、配置等限定於下述。

[第一實施型態]

圖1係顯示將本發明之第一實施型態的探針作為第一探針101及第二探針102來使用的電性連接裝置1。以下，將第一實施型態的探針稱為「探針10」。電性連接裝置1係使用於被檢查體2之測量。

如圖1所示，探針10係具備：管形狀之探針筒11；以及柱塞13，係基端部位於探針筒11之內部，且前端部從探針筒11之一方的開口端露出。探針筒11係具有沿著探針筒11之中心軸方向伸縮的拉伸彈簧12。拉伸彈簧12之一方的端部係固定於柱塞13之基端部。又，拉伸彈簧12之另一方的端部係在比柱塞13之基端部更接近前端部的位置被固定於探針筒11。在圖1中係以固定點P1來表示將拉伸彈簧12固定於柱塞13的位置，且以固定點P2來表示已將拉伸彈簧12固定於探針筒11的位置(以下同樣)。

圖1所示的探針10之拉伸彈簧12，為貫通探針筒11之側面之形成有螺旋狀之切口的區域。該形成有切口的區域係成為彈簧部，探針10係伸縮自如於中心軸方向。在圖1所示的探針10中，固定點P2係指探針筒11之開始形成切口的位置。然後，柱塞13之基端部與探針筒11係在設定於探針筒11之沒有切口的區域之固定點P1接合。例如，柱塞13之基端部與探針筒11係藉由點熔接、壓接、接著材等而接合。

如圖1所示，電性連接裝置1係具備：探針頭(probe head)20，係保持第一探針101及第二探針102；以及配線基板30，係配置有探針頭20。

探針頭20係具有從第一主面21貫通直至與第一主面21相對向之第二主面22為止的貫通孔。第一探針101係將前端部露出於第一主面21並被插入 於探針頭20之貫通孔。第二探針102係將前端部露出於第二主面22並被插入於探針頭20之貫通孔。

供柱塞13之前端部露出的探針筒11之開口端係固定在探針頭20的貫通孔之開口部。再者，供柱塞13之前端部露出的探針筒11之開口端為從探針頭20露出後的部分，且具有外徑比探針頭20的貫通孔之開口部之內徑更粗的凸緣部。藉由該凸緣部勾住於探針頭20的貫通孔之開口部，來防止探針筒11被壓入探針頭20之貫通孔。

第一探針101之從探針頭20露出的前端部係面向被檢查體2。第二探針102之從探針頭20露出的前端部係與配置於配線基板30的連接盤(land)31連接。連接盤31係由金屬材等的導電性材料所構成，測試機(tester)等的檢查裝置(省略圖示)與連接盤31係電性連接。經由電性連接裝置1，電信號會在檢查裝置與被檢查體2之間傳輸。

電性連接裝置1為垂直動作式探針卡(probe card)，在測量被檢查體2時第一探針101之前端部會與被檢查體2之檢查用連接墊(未圖示)接觸。圖1係顯示第一探針101並未接觸於被檢查體2的狀態。

在被檢查體2之測量中，探針頭20係對被檢查體2相對地移動，且如圖2所示，第一探針101之前端部會接觸於被檢查體2。此時，第二探針102之前端部係抵接於連接盤31，第一探針101之柱塞13及第二探針102之柱塞13係朝向中心軸方向移動。因此，第一探針101之拉伸彈簧12及第二探針102之拉伸彈簧12會伸長。藉此，第一探針101就會藉由拉伸彈簧12所承受的拉伸荷重以預定之按壓而被推壓於被檢查體2。

當被檢查體2之測量結束而第一探針101與第二探針102離開時， 第一探針101之拉伸彈簧12及第二探針102之拉伸彈簧12就會收縮。如此，第一探針101或第二探針102係在進行被檢查體2之測量時會在探針頭20的貫通孔之內部滑動。

在上述中係為了易於理解說明而顯示了探針頭20保持的第一探針101與第二探針102分別為1支的情況。對應於被檢查體2的檢查用連接墊之個數，探針頭20係保持複數對的第一探針101與第二探針102。

與以上所說明的探針10之動作相較，並針對圖3所示的彈簧部為推壓彈簧120之比較例的探針(以下，稱為「比較探針100」)之動作加以檢討。比較探針100之貫通探針筒110之側面之形成有螺旋狀之切口的區域為彈簧部。與被檢查體接觸的第一柱塞131之前端部係從探針筒110之一方的開口端露出，且將第一柱塞131之基端部配置於探針筒110之內部。第一柱塞131係在鄰近於探針筒110之開口端的接合點P10與探針筒110接合。第二柱塞132之前端部係從探針筒110之另一方的開口端露出，且將第二柱塞132之基端部配置於探針筒110之內部。第二柱塞132係在鄰近於探針筒110之開口端的接合點P20與探針筒110接合。雖然省略圖示，但是第二柱塞132之前端部係連接於例如配線基板30之連接盤31。

在測量被檢查體時，比較探針100之推壓彈簧120會因第一柱塞131藉由抵接於被檢查體所承受的推力F而壓縮。此時，在比較探針100之直徑較細的情況下，推壓彈簧120會因比較探針100之剛性不足而如圖4所示地蛇行。結果，在比較探針100伸縮時，比較探針100與探針頭20會摩擦。

當比較探針100與探針頭20摩擦時，藉由反覆進行被檢查體之測量，比較探針100就會在比較探針100與探針頭20之接觸部分慢慢地被刮削。因 此，例如會因比較探針100之側面裂成毛邊而勾住於探針頭20等，而在比較探針100與探針頭20之間產生摩擦力。結果，會因比較探針100之伸縮受到阻礙而發生比較探針100之滑動不足，或比較探針100破損。

相對於此，在彈簧部為拉伸彈簧12的探針10中，在進行被檢查體2之測量時，彈簧部係伸長而不是壓縮。因此，即便探針10細徑化，在測量時彈簧部仍不會蛇行。從而，在彈簧部伸縮時探針10與探針頭20不會摩擦。如此，依據探針10，則會減低探針10之滑動不足或探針10之破損。

再者，將導電性之材料使用於電性連接連接盤31與被檢查體2的探針10。例如，將鎳(nickel)(Ni)材料等使用於探針筒11，且將AgPdCu(銀鈀銅)材料等使用於柱塞13。又，將非導電性之材料使用於探針頭20。例如，將陶瓷(ceramic)材料等使用於探針頭20。

第一探針101與第二探針102係在探針頭20之內部電性連接。例如在圖1所示的探針頭20中，導電膜14係被覆貫通孔之壁面。探針筒11之側面係與導電膜14接觸，第一探針101與第二探針102係經由導電膜14而電性連接。導電膜14係例如將膜厚2μm左右的銅(Cu)膜、膜厚1μm左右的Ni膜以及金(Au)膜予以積層而成的積層結構。導電膜14之膜厚為屬於一般之孔鍍覆(hole plating)厚度之數μm左右。

如以上所說明，在第一實施型態的探針10中，探針10之前端部係利用伸長後的拉伸彈簧12所承受之拉伸荷重以預定之按壓來接觸於被檢查體2。然後，將拉伸彈簧12使用於彈簧部的探針10係減低探針10在探針頭20的貫通孔之內部滑動時的彈簧部之蛇行。因此，依據探針10，會防止探針10與探針頭20摩擦。從而，探針10係減低探針10之破損或測量時的探針10之滑動不足。

又，在將彈簧部設成推壓彈簧的情況下，彈簧部不會壓縮到低於密接高度。因此，探針之長度會受到限制，以使探針會在彈簧部比密接高度更長的狀態下接觸於被檢查體2。另一方面，在已將拉伸彈簧12使用於彈簧部的情況下係沒有該種的限制，設計自由度較高。

[第一變化例]

在圖1中係已顯示第一探針101與第二探針102藉由被覆於探針頭20的貫通孔之壁面的導電膜14而電性連接之例。除了圖1所示的方法以外，為了電性連接第一探針101與第二探針102還能夠採用各種的方法。

例如，亦可在探針頭20的貫通孔之內部配置具有導電性的連接構件。連接構件係配置成在探針10之拉伸彈簧12伸長後的狀態中會由第一探針101之基端部與第二探針102之基端部來夾住該連接構件。藉此，第一探針101與第二探針102係經由連接構件而電性連接。

圖5係顯示電性連接第一探針101與第二探針102的連接構件為金屬球15之例。金屬球15為能夠沿著貫通孔之內壁而自如地移動的球狀體。當拉伸彈簧12因柱塞13藉由抵接於被檢查體2所承受的推力F而伸長時，就如圖6所示，金屬球15會包夾於第一探針101之基端部與第二探針102之基端部之間。藉此，第一探針101與第二探針102就會電性連接。

再者，連接構件之形狀係不限於球形狀。例如，亦可使用具有導電性的柱狀之連接構件來取代金屬球15。或是，如圖7所示，亦可將具有導電性的板簧16作為連接構件來配置於探針頭20之內部。又，亦可將加工成網目(mesh)狀等而具有彈力性的金屬材料使用於連接材料。

[第二變化例]

在圖1所示的電性連接裝置1中，第一探針101與第二探針102都是具有拉伸彈簧12的探針10。但是，亦可將第一探針101與第二探針102之其中任一方設成探針10，將另一方設成沿著中心軸方向之長度為固定的探針(以下稱為「固定長度探針」)。即便將沒有彈簧部的固定長度探針使用於第一探針101與第二探針102之一方，第一探針101仍會藉由另一方的探針10之拉伸彈簧12伸長而以預定之按壓來接觸於被檢查體。

圖8係顯示將探針10使用於第一探針101且將固定長度探針10B使用於第二探針102的電性連接裝置1之例。將使用圖8所示的電性連接裝置1來測量被檢查體2的狀態顯示於圖9。如圖9所示，第一探針101之拉伸彈簧12係因第一探針101之柱塞13藉由抵接於被檢查體2所承受的推力而伸長，第一探針101與第二探針102係經由金屬球15而電性連接。

藉由第一探針101之拉伸彈簧12伸長，第一探針101就會以預定之按壓來接觸於被檢查體2。此時，因第一探針101之彈簧部為拉伸彈簧12，故彈簧部不會蛇行，且可以防止第一探針101與探針頭20摩擦。

藉由將第一探針101與第二探針102之一方設成容易製造的固定長度探針，就可以減低電性連接裝置1之成本。再者，亦可為第二探針102為探針10，第一探針101為固定長度探針。又，在第一探針101與第二探針102之電性連接中，可使用金屬球15以外的連接構件，亦可如圖1所示使用導電膜14。

[第二實施型態]

如圖10所示，本發明之第二實施形態的探針10a為將拉伸彈簧12配置於探針筒11之內部的彈簧針型(pogo pin type)。在探針10a中，拉伸彈簧12之一方的端部係在固定點P1中被固定於探針筒11之內部所配置的柱塞13之基端部。拉伸彈簧 12之另一方的端部係在比柱塞13之基端部更接近前端部的固定點P2被固定於探針筒11。

又，探針10a係更具備前端部從探針筒11之另一方的開口端露出的固定柱塞40。固定柱塞40係不具有彈簧，且沿中心軸方向之長度為固定。固定柱塞40係在接合點P40與探針筒11接合。柱塞13與固定柱塞40係在探針筒11之內部電性連接。例如，柱塞13與固定柱塞40係經由具有導電性的探針筒11而電性連接。固定柱塞40之前端部係連接於配線基板30之連接盤31。

探針10a之拉伸彈簧12為線圈型拉伸彈簧。柱塞13係在探針筒11之內部通過拉伸彈簧12之內側。

如圖11所示，柱塞13係因柱塞13藉由前端部抵接於被檢查體所承受的推力F而被壓入於探針筒11之內部。此時，拉伸彈簧12會伸長，且柱塞13之前端部會以預定之按壓來與被檢查體接觸。

拉伸彈簧12伸縮的探針10a係在柱塞13於探針筒11之內部滑動時，防止因拉伸彈簧12蛇行而與探針筒11之內壁摩擦。因此，可以減低探針10a之破損或滑動不足。其他部分實質上與第一實施型態同樣，而省略重複的說明。

[其他實施型態]

如上述，雖然本發明係已藉由實施型態所記載，但是構成該揭露內容之一部分的論述及圖式不應理解為限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者自能根據該揭露內容而明白各種的替代實施型態、實施例及運用技術。

例如，在第一實施型態中，雖然已說明第一探針101與第二探針102之彈簧部都是拉伸彈簧12之例，但是亦可將第一探針101之彈簧部設成拉伸彈簧12，將第二探針102之彈簧部設成推壓彈簧。在被檢查體2之測量中，因接觸 於連接盤31的第二探針102之基端部的位置是被固定，故第二探針102之彈簧部伸縮的長度較短。因此，即便將推壓彈簧使用於第二探針102之彈簧部，彈簧部之蛇行仍較少，而使第二探針102與探針頭20之摩擦較少。

如此，本發明當然涵蓋並未於此記載之各種的實施型態等。

1:電性連接裝置

2:被檢查體

10:探針

11:探針筒

12:拉伸彈簧

13:柱塞

14:導電膜

20:探針頭

21:第一主面

22:第二主面

30:配線基板

31:連接盤

101:第一探針

102:第二探針

P1,P2:固定點

Claims (10)

1. 一種探針，係具備：

   管形狀之探針筒，係具有沿著中心軸方向而伸縮的拉伸彈簧；以及

   柱塞，係基端部位於前述探針筒之內部，且前端部從前述探針筒之一方的開口端露出；

   前述拉伸彈簧之一方的端部係固定於前述柱塞之基端部；

   前述拉伸彈簧之另一方的端部係在比前述柱塞之基端部更接近前端部的位置被固定於前述探針筒。
2. 如請求項1所述之探針，其中，前述拉伸彈簧為貫通前述探針筒之側面之形成有螺旋狀之切口的區域。
3. 如請求項1所述之探針，其中，前述拉伸彈簧係配置於前述探針筒之內部。
4. 如請求項3所述之探針，其中，前述拉伸彈簧為線圈型拉伸彈簧；前述柱塞係在前述探針筒之內部通過前述拉伸彈簧之內側。
5. 如請求項3或4所述之探針，係更具備：固定柱塞，係前端部從前述探針筒之另一方的開口端露出，基端部位於前述探針筒之內部，且沿著中心軸方向的長度為固定者；

   前述柱塞與前述固定柱塞係在前述探針筒之內部電性連接。
6. 一種電性連接裝置，係具備：

   第一探針及第二探針，係至少其中任一者為請求項1或2所述之探針；以及

   探針頭，係具有從第一主面貫通直至與前述第一主面相對向之第二主面為止的貫通孔，且前述第一探針係以前端部露出於前述第一主面之方式插入前述貫通孔，前述第二探針係以前端部露出於前述第二主面之方式插入前述貫通孔；

   供前述柱塞之前端部露出的前述探針筒之開口端係固定在前述探針頭的前述貫通孔之開口部；

   前述第一探針與前述第二探針係在前述探針頭之內部電性連接。
7. 如請求項6所述之電性連接裝置，其中，導電膜係被覆前述探針頭的前述貫通孔之壁面；前述第一探針與前述第二探針係經由前述導電膜而電性連接。
8. 如請求項6所述之電性連接裝置，係更具備：具有導電性之連接構件，係配置於前述探針頭的前述貫通孔之內部；

   前述第一探針之基端部與前述第二探針之基端部係在前述拉伸彈簧伸長後的狀態中經由前述連接構件而電性連接。
9. 如請求項8所述之電性連接裝置，其中，前述連接構件為能夠沿著前述貫通孔之內壁自如地移動的球狀體。
10. 如請求項8所述之電性連接裝置，其中，前述連接構件為板簧。

Images