TWI836352B - 探針及探針卡 - Google Patents

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TWI836352B
TWI836352B TW111106050A TW111106050A TWI836352B TW I836352 B TWI836352 B TW I836352B TW 111106050 A TW111106050 A TW 111106050A TW 111106050 A TW111106050 A TW 111106050A TW I836352 B TWI836352 B TW I836352B
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豊田美岬
今瑞穂
須藤賢一
林崎孝幸
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Abstract

本發明提供一種抑制探針間的短路，且在探針頭中的動作不受到阻礙的探針及探針卡。
本發明的探針係插入導引板的貫通孔，且使用於被檢查體的檢查；該探針係具備：柱狀的導體部；及複數個絕緣性的被覆材，係沿導體部的中心軸方向彼此分開地直接配置在導體部的表面。

Description

探針及探針卡
本發明係有關使用於被檢查體的電性特性的檢查之探針(probe)及探針卡(probe card)。
為了在不自晶圓(wafer)分離的狀態下檢查半導體積體電路等被檢查體的電性特性，而使用具有接觸被檢查體的探針之探針卡(參照下述之專利文獻1)。在探針卡中，係將探針配置在與被檢查體的檢查用接墊(pad)對應的位置。因此，當檢查用接墊的配置間隔因半導體積體電路的微細化而變窄，探針的配置間隔便也變窄。當把探針的配置間隔縮窄，在探針於被檢查體的檢查時在探針頭(head)內部的空間彎曲時，相鄰接的探針彼此便有接觸的可能性。因此，採取在探針頭內部的空間配置讓探針貫通而進行保持的導引膜(guide film)之對策。
(先前技術文獻)
(專利文獻)
專利文獻1：日本國特開2015-118064號公報
導引膜的材料使用樹脂等。因此，導引膜容易變形。此外，樹脂容易因熱而變形，故導引膜容易因熱變形而形變。當導引膜變形，貫通於形成在導引膜的貫通孔之探針在探針頭內部滑移的動作便受到阻礙。結果，造成探針與檢查用接墊的接觸不良、和造成探針從與檢查用接墊接觸之狀態回復成與檢查用接墊分開之狀態的動作受到防礙。如上述，因在探針頭使用導引膜，使探針的動作受到阻礙。本發明的目的在於提供抑制探針間的短路，且在探針頭中的動作不受到阻礙的探針及探針卡。
依據本發明的一態樣提供一種探針，係插入導引板(guide plate)的貫通孔，且使用於被檢查體的檢查；該探針係具備：柱狀的導體部；及複數個絕緣性的被覆材，係沿導體部的中心軸方向彼此分開地直接配置在導體部的表面。
依據本發明，能夠提供抑制探針間的短路，且在探針頭中的動作不受到阻礙的探針及探針卡。
1:探針卡
2:被檢查體
10,10M:探針
11:導體部
11A:管筒
11B:柱塞
11B1:前端部
11B2:插入部
12,12a:被覆材
20,20M:探針頭
21:頂導引板
22:底導引板
23:MGC導引板
25:間隔件
30:配線基板
31:焊墊
101:第1面
102:第2面
103:第1側面
104:第2側面
111:第1端部
112:第2端部
121:第1端面
122:第2端面
200:中間區域
t:厚度
MGF,PI:導引膜
圖1係顯示本發明的實施型態的探針的構成之示意圖。
圖2係本發明的實施型態的探針的與導體部的中心軸方向垂直的剖面的示意圖。
圖3係顯示具有本發明的實施型態的探針之探針卡的構成之示意圖。
圖4係顯示配置在探針頭的探針的排列的例子之示意圖。
圖5係顯示比較例的探針與探針頭的構成之示意圖。
圖6係供說明將探針插入導引板的導引孔的方法之用的示意圖。
圖7係顯示比較例的被覆材的形狀之示意圖。
圖8係顯示將配置有比較例的被覆材的探針插入導引板的導引孔時的障礙之示意圖。
圖9係顯示本發明的實施型態的探針的被覆材的形狀的變形例之示意圖(之一)。
圖10(a)至圖10(d)係顯示本發明的實施型態的探針的被覆材的形狀的變形例之示意圖(之二)。
圖11(a)至圖11(d)係顯示本發明的實施型態的探針的被覆材的形狀的變形例之示意圖(之三)。
圖12(a)至圖12(d)係顯示本發明的實施型態的探針的被覆材的形狀的變形例之示意圖(之四)。
圖13(a)至圖13(g)係顯示本發明的實施型態的探針的被覆材的形狀的其他變形例之示意圖(之一)。
圖14(a)至圖14(d)係顯示本發明的實施型態的探針的被覆材的形狀的其他變形例之示意圖(之二)。
圖15係供說明本發明的實施型態的探針的被覆材的形成方法的例子之用的示意圖。
圖16(a)至圖16(c)係顯示本發明的實施型態的變形例的探針的被覆材的構造之示意圖。
圖17(a)及圖17(b)係顯示本發明的實施型態的變形例的探針的被覆材的形狀的例子之示意圖。
圖18(a)及圖18(b)係顯示本發明的實施型態的變形例的探針的被覆材的配置的例子之示意圖。
圖19(a)至圖19(c)係顯示本發明的實施型態的其他變形例的探針的被覆材的構造之示意圖。
圖20(a)至圖20(c)係顯示本發明的實施型態的其他變形例的探針的被覆材的形狀的例子之示意圖。
圖21(a)及圖21(b)係顯示本發明的實施型態的其他變形例的探針的被覆材的配置的例子之示意圖。
圖22A係顯示本發明的其他實施型態的探針的構成之示意圖。
圖22B係顯示本發明的其他實施型態的探針的其他構成之示意圖。
接著，參照圖式，說明本發明的實施型態。在以下的圖式的記載中，相同或類似的部分係給予相同或類似的元件符號。惟，圖式屬於示意性，須留意各部的厚度的比率等或有可能不同於實物。此外，當然在圖式彼此間亦或有可能含有尺寸之關係和比率互異的部分。以下所示的實施型態乃係將本發明的技術思想予以具體化之用的裝置和方法之例示，本發明的實施型態並不將構成零件的材質、形狀、構造、配置及製造方法等界定為下述內容。
圖1所示的實施型態的探針10係使用於被檢查體的電性特性的檢查。探針10係具備：柱狀的導體部11，其與中心軸方向垂直的剖面的形狀為矩形形狀；及複數個絕緣性的被覆材12，係沿導體部11的中心軸方向彼此分開 地直接配置在導體部11的至少一個表面。
於圖2顯示導體部11的與中心軸方向(以下，亦簡稱為「中心軸方向」)垂直的剖面。圖2乃係沿圖1中的II-II方向之剖面圖。探針10的剖面乃係以第1面101、與第1面101相對向的第2面102、以及分別連接至第1面101及第2面102的第1側面103與第2側面104定義的矩形形狀。在圖2所示的探針10中，被覆材12在從第1側面103經由第1面101而遍及到第2側面104的範圍，配置在導體部11的表面。
在圖式中，Y軸方向乃係導體部11的中心軸方向。中心軸方向係如後述，係與探針10插入探針頭的方向平行。X軸方向係與Y軸方向垂直之導體部11的第1面101的寬度方向。Z軸方向乃係第1面101的面法線方向，亦為被覆材12的厚度方向。
在被覆材12的與導體部11的至少一方端部相對向的端面，該端面的與中心軸方向垂直的剖面積(以下，稱為「端面的面積」)係隨著沿中心軸方向遠離與導體部11的端部最接近的部分而逐漸擴大。從第1面101的面法線方向觀之(以下，稱為「俯視觀察」)，圖1所示的探針10的被覆材12的形狀為少了兩端的橢圓形形狀。因此，在探針10中，與導體部11的第1端部111相對向的被覆材12的第1端面121的面積係從與第1端部111最接近的部分沿中心軸方向逐漸擴大。此外，與導體部11的第2端部112相對向的被覆材12的第2端面122的面積係從與第2端部112最接近的部分沿中心軸方向逐漸擴大。
另外，以下，亦將被覆材12的第1端面121與第2端面122其中一方或雙方稱為「端面」。此外，亦將導體部11的第1端部111與第2端部112其中一方或雙方稱為「端部」。
以下，為了說明探針10的功能，針對含有將探針10保持的探針頭之探針卡進行說明。
於圖3顯示具備探針10的探針卡1。探針卡1係使用於被檢查體2的特性的檢查。被檢查體2係例如為形成在半導體基板的半導體積體電路。探針卡1係具備：探針頭20，係以將第1端部111朝向被檢查體2的方式保持探針10；及配線基板30。另外，在圖3中，雖然探針頭20所保持的探針10的根數為4根，但探針10的根數當然並不限於4根。
如圖3所示，探針10係貫通探針頭20。探針10的第2端部112係與配置在配線基板30的焊墊(land)31連接。焊墊31係由金屬等導電性材所構成，焊墊31係與測試機(tester)等檢查裝置(省略圖示)電性連接。經由探針卡1，電信號在檢查裝置與被檢查體2之間傳遞。配線基板30係例如為印刷基板(PCB)和中介(interposer；IP)基板。
探針頭20係具有複數個導引板，該些導引板分別形成有探針10所貫通的貫通孔(以下，亦稱為「導引孔」)。圖3中所示的探針頭20係具有：頂(top)導引板21，係與配線基板30相對向；底(bottom)導引板22，係與被檢查體2相對向；及MGC導引板23，係配置在頂導引板21與底導引板22之間。MGC導引板23係配置在靠近底導引板22的位置。在頂導引板21的外緣區域與底導引板22的外緣區域之間配置間隔件(spacer)25，藉此，在探針頭20內部，係在構成頂導引板21與MGC導引板23之間構成中間區域200。探針頭20的導引板和間隔件25乃係陶瓷(ceramic)等絕緣性材或金屬材。
從形成有導引孔開口部的導引板的主面的面法線方向觀之，同一根探針10所貫通的頂導引板21的導引孔的位置與底導引板22及MGC導引板 23的導引孔的位置係沿與主面平行的方向偏置。藉由如上述的導引孔的配置(偏移(offset)配置)，在中間區域200，探針10係因彈性變形而彎曲。因此，探針10在與被檢查體2接觸時挫曲，探針10以預定的推壓來接觸被檢查體2。
如圖4所示，從導引板的主面的面法線方向觀之，探針10係例如配置成矩陣(matrix)狀。惟，探針10的配置並不限於矩陣狀。被保持於1個探針頭20的探針10的根數係或有高達數百根至數萬根的情形。此外，因半導體積體電路的集體化的發展等，使檢查用接墊的配置間隔變得愈來愈窄，伴隨於此，探針10的配置間隔也跟著變窄。因此，相鄰接的探針10彼此接觸的可能性提高了。
對此，在探針10的表面係配置有絕緣性的被覆材12。因此，當探針10在中間區域200挫曲時，即使探針10彼此接觸，其中一方的探針10的導體部11係接觸另一方的探針10的被覆材12。因此，能夠防止因探針10的導體部11彼此接觸造成的探針10間的短路。
另外，不是將被覆材12連續性地沿中心軸方向配置在探針10的表面，而是將複數個被覆材12沿導體部11的中心軸方向彼此分開地配置。因此，能夠抑制因將被覆材12連續性地配置在探針10的表面而產生的探針10的撓曲。
另一方面，在圖5所示的比較例的探針卡的探針頭20M中，係在頂導引板21與底導引板22之間配置導引膜PI及導引膜MGF。此外，令探針10M貫通在導引膜PI及導引膜MGF的導引孔，藉此，防止在探針10M間的短路。然而，如前面之說明所述，因在探針頭20M使用容易變形的導引膜，使探針10M的滑移受到阻礙。相對於此，依據在導體部11表面配置有被覆材12之 構成的探針10，能夠不使用導引膜就抑制探針10間的短路。因此，在使用探針10的探針卡1中，探針10在探針頭20中的動作不受到阻礙。
此外，為了將探針10設置(set)至探針頭20，令探針10貫通在導引板的導引孔。例如，在使全部的導引板的導引孔的中心軸一致的狀態下，如圖6中的箭頭所示，令探針10依序連續貫通頂導引板21、MGC導引板23及底導引板22。此時，如圖6所示，將探針10從第1端部111之側插入導引板的導引孔。
當將導引板的導引孔的內壁與探針10的外緣之間隔(間隙(clearance))形成得過寬，在導引孔的內部，探針10會發生位置變動。結果，探針10與被檢查體的對位精度降低。因此，間隙較窄為佳，間隙係例如設定為2μm(micrometer；微米)至5μm程度。
然而，在表面配置有被覆材12的探針10中，在將探針10插入導引孔時，被覆材12容易與導引板碰撞。具體而言，當被覆材12在俯視觀察下的形狀(以下，亦簡稱為「形狀」)如圖7所示的比較例的被覆材12a所示為四邊形，則被覆材12a的靠近導引板201的部分便為四邊形的一邊。亦即，在探針10如箭頭所示靠近導引板201時，被覆材12a的與導引板相對向的區域具有一定的面積。因此，如圖8中的×記號所示，被覆材12a的端面碰撞導引板201的導引孔的周邊，產生阻礙探針10插入導引孔的障礙。例如，間隙愈窄，被覆材12愈容易與導引板碰撞。
相對於此，探針10的被覆材12的端面為曲面。因此，與第1端部111相對向的被覆材12的第1端面121的面積係隨著沿導體部11的中心軸方向遠離與第1端部111最接近的部分而逐漸擴大。如上述，被覆材12的端面在 俯視觀察下為曲線狀，故被覆材12的接近導引板的區域係在俯視觀察下為點狀。亦即，即便假設被覆材12的第1端面121碰撞導引板，導引板與第1端面121也不是以面產生碰撞。因此，被覆材12不會卡在探針頭20，探針10係就這麼持續地移動。如上述，依據探針10，能夠抑制起因於被覆材12的端面碰撞導引板而阻礙探針10的移動之情形。
另外，在上述中，係顯示被覆材12的形狀為橢圓形時的情形。然而，被覆材12的形狀只要是與導體部11的至少一方端部相對向的端面的面積逐漸擴大的形狀，則不限定為橢圓形。例如，如圖9的變形例所示，被覆材12的形狀係亦可為：與導體部11的一方端部相對向的端面為曲面、且與導體部11的另一方端部相對向的端面為平面之單側圓形形狀。此外，如圖10(a)至圖10(d)的變形例所示，被覆材12為將頂點朝向導體部11的端部配置的三角形形狀。另外，亦可如圖10(d)所示，被覆材12為配置有複數個三角形之形狀。此外，亦可如圖11(a)至圖11(d)的變形例所示，被覆材12為將頂點朝向導體部11的端部配置的多邊形形狀。此外，亦可如圖12(a)至圖12(d)的變形例所示，被覆材12為組合複數個三角形或多邊形之形狀。
如上所述，亦可為將被覆材12的形狀採用多邊形，將被覆材12的與導體部11的端部相對向的端面構成為與中心軸方向斜向交叉的傾斜面。藉由將端面構成為傾斜面，使與端部最接近的部分在俯視觀察下成為多邊形的頂點，而使與端部相對向的端面的面積逐漸擴大。
在上述的變形例中，係將被覆材12的一方端面採用曲面或與中心軸方向斜向交叉的傾斜面，藉此，在探針10對導引孔的插入中，能夠抑制被覆材12與導引板接觸而阻礙探針10的移動之情形。此外，將被覆材12的兩方 的端面採用曲面或傾斜面，藉此，在將探針10從導引板拔出時，同樣能夠抑制被覆材12與導引板接觸而阻礙探針10的移動之情形。例如，當從第1端部111之側將探針10插入導引板的導引孔，且從第2端部112之側將探針10從導引板的導引孔拔出時，能夠抑制探針10的移動受到阻礙之情形。於圖13(a)至圖13(g)顯示被覆材12的兩方的端面採用曲面或傾斜面的變形例。另外，亦可如圖14(a)至圖14(d)所示，被覆材12為組合複數個多邊形之形狀。
如以上所說明，在實施型態的探針10中，係能夠在導體部11的表面配置被覆材12而藉此抑制探針10間的短路。此外，係能夠將在將探針10插入導引板的導引孔時最早接近導引板的被覆材12的端面採用曲面和傾斜面，藉此抑制被覆材12與導引板接觸而阻礙探針10的移動之情形。
導體部11的材料係例如可為鎳(Ni)、鐵(Fe)、鈷(Co)等金屬材。或者，導體部11的材料係亦可為含有上列金屬的合金等。被覆材12係例如可為樹脂類、玻璃纖維、永久阻劑(resist)、陶瓷蒸鍍物等。
要在導體部11的表面的預定的位置形成特定的形狀的被覆材12，係在將被覆材12形成在導體部11的表面後，對被覆材12進行圖案成形(patterning)。例如，藉由使用形成有如圖15所示橢圓形圖案的光罩(photomask)120進行的光微影(photolithography)技術，將光罩120上的圖案轉移至形成在導體部11的第1面101的永久阻劑上。關於圖15中所示的光罩120上的橢圓形的圖案，橢圓形的兩端係超出到第1面101旁。藉由在該超出的橢圓形的兩端的曝光，使形成在導體部11的第1側面103與第2側面104的永久阻劑進行圖案成形。另外，亦可使用光微影技術在導體部11的表面形成樹脂、玻璃纖維、陶瓷蒸鍍物等的被覆材12。
被覆材12的沿中心軸方向的間隔愈窄，愈能夠防止探針10間的短路。被覆材12的中心軸方向的長度和間隔係能夠相應於導體部11的粗度和材料等而在探針10不產生撓曲的範圍內任意設定。此外，被覆材12的厚度係在能夠確保導引孔與探針10之間隙的範圍內設定為能夠防止探針10間的短路的厚度。
<變形例>
於圖16(a)至圖16(c)顯示本發明的實施型態的變形例的探針10的被覆材12的構造。圖16(a)至圖16(c)乃係從與第1面101的面法線方向垂直的方向觀看(以下，亦稱為「側視觀察」)的被覆材12的側視圖。如圖16(a)至圖16(c)所示，在實施型態的變形例的探針10中，被覆材12的與導體部11的端部最接近的部分係接觸導體部11的表面。此外，被覆材12的厚度t係隨著遠離導體部11的端部而逐漸變厚。圖16(a)所示的被覆材12之側視觀察的端面的形狀為曲線狀。圖16(b)所示的被覆材12在側視觀察下為端面沿中心軸方向傾斜的梯形形狀。圖16(b)所示的被覆材12在側視觀察下為端面沿中心軸方向傾斜的三角形形狀。
另外，變形例的探針10的被覆材12的俯視觀察的形狀為任意形狀。例如，亦可如圖17(a)所示，被覆材12的端面的形狀為曲面，亦可如圖17(b)所示，被覆材12的形狀為矩形形狀。
此外，亦可如圖18(a)和圖18(b)所示，沿中心軸方向排列複數個被覆材12。圖18(a)乃係將複數個被覆材12相互分離地排列的構成例。圖18(b)乃係將複數個被覆材12連結排列的構成例。
在上述中，係針對一方端面的厚度t隨著遠離導體部11的端部而逐漸變厚的被覆材12進行顯示。藉此，例如，在探針10對導引孔的插入中，能 夠抑制被覆材12與導引板接觸而阻礙探針10的移動之情形。
此外，針對被覆材12的兩方的端面，將厚度t形成為隨著遠離導體部11的端部而逐漸變厚，藉此，在將探針10從導引板拔出時，同樣能夠抑制被覆材12與導引板接觸而阻礙探針10的移動之情形。於圖19(a)至圖19(c)顯示被覆材12的兩方的端面的厚度t從靠近端部的部分起逐漸變厚的變形例。圖19(a)所示的被覆材12在側視觀察下之兩方的端面的形狀為曲面。圖19(b)所示的被覆材12係在側視觀察下為梯形形狀，且端面沿中心軸方向傾斜。圖19(c)所示的被覆材12係在側視觀察下為三角形形狀，且端面沿中心軸方向傾斜。
在圖19(a)至圖19(c)所示的變形例中，被覆材12的俯視觀察的形狀同樣為任意形狀。例如，被覆材12俯視觀察的形狀係既可如圖20(a)所示為單側圓形形狀，亦可如圖20(b)所示為矩形形狀，亦可如圖20(c)所示為圓形形狀。
此外，亦可如圖21(a)至圖21(b)所示，沿中心軸方向排列複數個被覆材12。圖21(a)乃係將在側視觀察下為半圓狀的複數個被覆材12相互分離地排列的構成例。圖21(b)乃係將在側視觀察下為半圓狀的複數個被覆材12連結排列的構成例。
(其他實施型態)
如上述，本發明係藉由實施型態進行了說明，但構成本揭示的一部分的論述及圖式不應理解為限定本發明者。本技術領域人員自可從上述揭示而清楚各式各樣的替代實施型態、實施例及運用技術。
例如，在上述中，雖然係顯示在剖面為矩形形狀的探針10的3個面和1個面配置被覆材12的例子，但亦可在探針10的2個面和4個面配置被覆材12。藉由在探針10的至少一個面配置被覆材12，能夠抑制探針10間的短路。
此外，在上述中，雖然係針對探針10的與中心軸方向垂直的剖面的形狀為矩形形狀時的情形進行說明，但探針10的剖面亦可為其他形狀。例如，亦可構成為探針10的剖面為圓形形狀、或矩形形狀以外的多邊形形狀。
此外，亦可如圖22A所示，探針10的導體部11為具有管形狀的管筒(barrel)11A及插入到管筒11A開口端的柱塞(plunger)11B之構造。被覆材12係例如配置在管筒11A的表面。柱塞11B乃係具有插入到管筒11A內部的插入部11B2及與插入部11B2連結的前端部11B1之棒形狀。在圖22A所示的探針10中，例如，亦可為令一方的柱塞11B的前端部11B1接觸被檢查體，令另一方的柱塞11B的前端部11B1接觸焊墊。另外，圖22A所示的探針10乃係在管筒11A的兩端的開口端分別插入柱塞11B之構造，但亦可如圖22B所示，探針10為僅在管筒11A的一方的開口端插入柱塞11B之構造。在圖22B所示的探針10中，例如，亦可為令柱塞11B的前端部11B1接觸被檢查體，令管筒11A的沒有插入柱塞11B之側的端部接觸焊墊。
如上述，本發明包含未記載於本說明書中的各式各樣的實施型態等當自不待言。
10:探針
11:導體部
12:被覆材
111:第1端部
112:第2端部
121:第1端面
122:第2端面

Claims (10)

  1. 一種探針，係插入導引板的貫通孔，且使用於被檢查體的電性特性的檢查；前述探針係具備：柱狀的導體部；及複數個絕緣性的被覆材，係沿前述導體部的中心軸方向彼此分開地直接配置在前述導體部的表面。
  2. 如請求項1所述之探針，其中，在前述被覆材的與前述導體部的至少一方端部相對向的端面，該端面的與前述中心軸方向垂直的剖面積係隨著沿前述中心軸方向遠離與前述端部最接近的部分而逐漸擴大。
  3. 如請求項2所述之探針，其中，與前述導體部的2個前述端部分別相對向的前述端面的前述剖面積係隨著沿前述中心軸方向遠離與前述端部最接近的部分而逐漸擴大。
  4. 如請求項2或3所述之探針，其中，前述導體部的與前述中心軸方向垂直的剖面乃係以第1面、與前述第1面相對向的第2面、以及分別連接至前述第1面及前述第2面的第1側面與第2側面定義的矩形形狀；且在前述導體部的至少一個表面配置有前述被覆材。
  5. 如請求項4所述之探針，其中，前述被覆材配置在從前述第1側面經由前述第1面而遍及到前述第2側面的範圍。
  6. 如請求項2或3所述之探針，其中，從配置有前述被覆材的前述表面的面法線方向觀之，前述被覆材的前述端面為曲線狀。
  7. 如請求項2或3所述之探針，其中，從配置有前述被覆材的前 述表面的面法線方向觀之，前述被覆材的前述端面的與前述端部最接近的部分為多邊形的頂點。
  8. 如請求項7所述之探針，其中，從前述面法線方向觀之，前述被覆材為組合複數個多邊形的形狀。
  9. 如請求項2或3所述之探針，其中，前述被覆材的前述最接近的部分係接觸前述導體部的前述表面；前述被覆材在前述端面的厚度係隨著遠離前述導體部的前述端部而逐漸變厚。
  10. 一種探針卡，係使用於被檢查體的電性特性的檢查；前述探針卡係具備：複數根探針；及至少一個導引板；且在前述導引板係形成複數個供前述探針插入的貫通孔；前述探針係具備：柱狀的導體部；及複數個絕緣性的被覆材，係沿前述導體部的中心軸方向彼此分開地直接配置在前述導體部的表面。
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