TWM486056U - 微力量測裝置 - Google Patents

Description

微力量測裝置

一種微力量測裝置，尤指一種可量測微牛頓等級之微力與微米等級位移量的量測裝置。

現今積體電路(IC)元件的電性測試方式，主要是依賴將極細的探針(probe)插壓在積體電路元件表面的金屬接觸墊(Metal Pad)上，而探針的另一端則藉由導線連接到測試機台的控制器，由控制器透過導線及探針來測試該積體電路元件表的電子特性。

然而，現在電子物理學已證實，深次微米與奈米級的積體電路元件，其積體電路在受到壓力時的電子特性也會改變。因此，在進行電性測試時，探針施壓在金屬接觸墊的力量以及插入金屬接觸墊的深度都必須受到很精密的控制，其必須達到微牛頓等級之微力與微米等級位移量的精密控制程度；否則，積體電路元件電性測試的精確性將會受到影響。

是以，為改善上述之缺失，本創作人經過不斷試驗及改進，終於提出一種巧妙之設計，且能有效改善上述缺失之微力量測裝置結構。

本創作的主要目的係在於提供一種微力量測裝置，其是在一狹長扁薄片狀的延伸臂上設置一探針及一應變規。當把位於延伸臂最前端(自由端)之探針壓插在積體電路元件之金屬接觸墊上時，應變規可偵測到該延伸臂的極微小變形量並產生對應之電氣訊號。依據狹長物體在極小變形量時的變形量與應變量是呈線性關係的特性，可藉由解讀該電氣訊號 來將其轉換成相對應之探針施壓在金屬接觸墊上的極微力量值，來達到微力量測及控制的功效。

為達到前述之目的，本創作提供一種微力量測裝置，其包括有：一可調基座，其包括有一夾桿且可至少調整該夾桿於一垂直方向上的位移；一延伸臂，其具有一固定端及一自由端，該固定端係固定於該夾桿上；一探針，其一端係固定於該延伸臂之該自由端上，另一端可用於接觸於外界之一待測物以傳輸一第一電氣訊號；一應變規，設置於該延伸臂且位於該固定端與該自由端之間，用以偵測該延伸臂之一變形量並將其轉換為一第二電氣訊號；以及一控制器，以至少一導線電性連接於該探針及該應變規，用以接受來自該探針之該第一電氣訊號及該應變規之該第二電氣訊號並加以處理。

於一實施例中，該可調基座係可對該夾桿進行垂直、左右、及前後共三維方向的位移調整。

於一實施例中，該可調基座更包括有：一第一座台，其設置有一水平位移機構、一第一調整鈕、以及一第二調整鈕；以及，一第二座台，其設置有一垂直位移機構、一第三調整鈕、以及一承架；該第二座台以可相對水平位移的方式組裝於該第一座台上，藉由操作該第一調整鈕與該第二調整鈕可讓該第二座台進行相對於該第一座台的左右方向及前後方向的二維位移運動；並且，藉由操作該第三調整鈕可讓該承架進行相對於該第二座台的上下方向的位移運動；其中，該夾桿係固定於該承架。

於一實施例中，該延伸臂是呈一狹長扁薄片狀結構。

於一實施例中，該延伸臂是金屬材質。

於一實施例中，該延伸臂於該固定端處之寬度係大於該自由端處之寬度。

於一實施例中，該延伸臂的寬度是從固定端朝該自由端逐漸縮小。

於一實施例中，依據狹長物體在極小變形量時的變形量與應變量是呈線性關係的特性，更可將應變規所量測到的極微力量值轉換成延伸臂最前端之相對應的極微位移量，以得知探針壓插入積體電路元件之金屬接觸墊上的極微深度。

1‧‧‧積體電路元件

2‧‧‧基板

10‧‧‧微力量測裝置

20‧‧‧可調基座

21‧‧‧第一座台

211‧‧‧底座

212‧‧‧水平位移機構

213‧‧‧第一調整鈕

214‧‧‧第二調整鈕

22‧‧‧第二座台

221‧‧‧垂直位移機構

222‧‧‧第三調整鈕

223‧‧‧承架

224‧‧‧夾桿

225‧‧‧頂台

30、30a‧‧‧延伸臂

301‧‧‧固定端

302‧‧‧自由端

31‧‧‧探針

311、321‧‧‧導線

32‧‧‧應變規

40‧‧‧控制器

圖一為本創作微力量測裝置適用於進行積體電路元件之電性測試時之一較佳實施例的示意圖。

圖二為本創作微力量測裝置適用於進行積體電路元件之電性測試時之一較佳實施例的立體視圖。

圖三為本創作微力量測裝置適用於進行積體電路元件之電性測試時之一較佳實施例的側視圖。

首先請參閱圖一至圖三，其分別係本創作微力量測裝置適用於進行積體電路元件之電性測試時之一較佳實施例的示意圖、立體視圖、以及側視圖。於本創作中，該微力量測裝置10主要包括有：一可調基座20、一延伸臂30、一探針31、一應變規32以及一控制器40。

於本實施例中，該可調基座10包括有一夾桿224以供夾持該延伸臂30且可至少調整該夾桿224連同該延伸臂30於一垂直方向上的位移。較佳者，該可調基座10係可調整該夾桿224連同該延伸臂30於水平左右(X方向)、水平前後(Y方向)、及垂直上下(Z方向)共三維方向上的位移。

於本實施例中，該延伸臂30具有位於延伸臂30後端之一固定端301及位於延伸臂30最前端之一自由端302，且該固定端301係以可被拆卸的方式固定於該夾桿224上。該延伸臂30是金屬材質且是呈一狹長扁薄片狀 結構，此外，該延伸臂30於該固定端301處之寬度係大於該自由端302處之寬度且是從固定端301朝該自由端302逐漸縮小。藉由此種結構，可讓位於延伸臂30最前端之該自由端302處呈現相對較可撓的狀態，以便在受到微牛頓等級之極微力量時可以產生相對較大但仍屬微米等級之極微小的位移量(如圖一所示之位移量h，圖一中之元件編號30a是示意表現位移後之虛線延伸臂30a的位置)。至於該夾桿224則應該採用剛性較大(例如較厚實堅硬)的結構設計，以便在當延伸臂30最前端之該自由端302處受到微力時，夾桿224處的變形量幾乎等於零而相對可被忽略。

該探針31是一般可適用於進行積體電路元件1之電性測試的習知探針31，其一端係固定於該延伸臂30之該自由端302上，另一端(尖銳端)則可用於接觸與壓插在外界之一待測物(例如，積體電路元件1)之接觸墊以供傳輸一第一電氣訊號(例如，積體電路之電性測試訊號)。一般來說，該積體電路元件1是設置或置放於一基板2上，該基板2有時是一電路板；並且，為了進行電性測試，在同一積體電路元件1上有時可能會同時壓插有數根探針31。

該應變規32(Strain Gauge)是設置於該延伸臂30且是位於該固定端301與該自由端302之間的一預定位置，可用以偵測該延伸臂30之一變形量並將其轉換為一第二電氣訊號。由於此所述之應變規32係屬市面上可購得之習知元件，所以不予贅述其細節構成。

該控制器40係以數條導線311、321分別電性連接於該探針31及該應變規32，用以接受來自該探針31之該第一電氣訊號及該應變規32之該第二電氣訊號並加以處理。於本實施例中，該控制器40接收到來自該應變規32之該第二電氣訊號後，會加以解讀並換算成相對應之微力值，其精確度可達到數微牛頓(μN)。於而在一較佳實施例中，該控制器40更可依據狹長物體在極小變形量時的變形量與應變量是呈線性關係的特性，將應變規所量測到的微力值轉換成延伸臂30最前端(自由端301)之相對應的極微位移量h，以得知探針31之尖銳前端壓插入積體電路元件1之金屬接觸墊上的極微深度，其精確度可達到數微米(μm)。

至於，透過探針31所傳遞之第一電氣訊號(例如，積體電路之電性測試訊號)及其判讀與分析方式，由於是屬於現有積體電路元件電 性測試的習知技術，所以於此不予贅述。

於本創作之一實施例中，該可調基座20更包括有：一第一座台21以及一第二座台22。於該第一座台21中包括有：一底座211、一水平位移機構212、一第一調整鈕213、以及一第二調整鈕214。於該第二座台22中設置有一垂直位移機構221、一第三調整鈕222、以及一承架223；其中，該夾桿224係固定於該承架223。該第二座台22以可相對水平位移的方式組裝於該第一座台21上(例如，該第二座台22係藉由一頂台225以可相對水平位移的方式架置於該第一座台21上)，藉由操作該第一調整鈕213與該第二調整鈕214可讓該第二座台22進行相對於該第一座台21的左右方向及前後方向的二維位移運動。並且，藉由操作該第三調整鈕222可讓該承架223進行相對於該第二座台22的上下方向的位移運動。於本實施例中，該水平位移機構212及垂直位移機構221可以包括由螺桿、齒輪或滑軌等傳動元件所構成之機構。

於一實施例中，使用本創作之微力量測裝置10來進行積體電路元件電性測試時之微力量測與控制的操作步驟如下：

步驟(A)：準備微力量測裝置10及待測物。

提供本創作之微力量測裝置10以及待測物(例如，積體電路元件1)；該微力量測裝置10主要包括有：一可調基座20、一延伸臂30、一探針31、一應變規32以及一控制器40。該可調基座10包括有一夾桿224以供夾持該延伸臂30且可至少調整該夾桿224連同該延伸臂30於一垂直方向上的位移。該延伸臂30具有位於延伸臂30後端之一固定端301及位於延伸臂30最前端之一自由端302，且該固定端301係以可被拆卸的方式固定於該夾桿224上。該探針31是一般可適用於進行積體電路元件1之電性測試的習知探針31，其一端係固定於該延伸臂30之該自由端302上，另一端(尖銳端)則可用於接觸與壓插在外界之待測物(例如，積體電路元件1)之接觸墊以供傳輸一第一電氣訊號(例如，積體電路之電性測試訊號)。該應變規32(Strain Gauge)是設置於該延伸臂30且是位於該固定端301與該自由端302之間的一預定位置，可用以偵測該延伸臂30之一變形量並將其轉換為一第二電氣訊號。該控制器40係以數條導線311、321分別電性連接於該探針31及該應變規32，用以接受來自該探針31之該第一電氣訊號及該應變規32之該第二電 氣訊號並加以處理。

步驟(B)：歸零校正操作。

操作該可調基座20，使探針31的尖銳前端接觸到積體電路元件1之金屬接觸墊但是尚未開始施加壓力給積體電路元件1。於此步驟(B)中，可藉由對探針31提供一測試電壓，當探針31還未接觸到積體電路元件1之金屬接觸墊時在探針31處不會有電流導通；而當探針31一開始接觸到積體電路元件1之金屬接觸墊時，該測試電壓便可在探針31產生一流通電流，而可以得知探針31剛剛開始接觸到積體電路元件1。此時，藉由分析來自該應變規32之該第二電氣訊號可以得知探針31施加在積體電路元件1的施力是否為零；若大於零，則操作該可調基座20使探針31上移極微小的位移量，直到探針31施加在積體電路元件1的施力等於或趨近於零、且同時探針31仍保持在接觸積體電路元件1的狀態為止。

步驟(C)：操作該可調基座20，使探針31的尖銳前端向下移動極微小的位移量而壓插在積體電路元件1之金屬接觸墊，同時藉由分析來自該應變規32之該第二電氣訊號以得知探針31施加在積體電路元件1的施力值大小，直到該施力達到一預設的微力值範圍為止，例如但不侷限於：數十微牛頓的施力。所述的該施力達到一預設的微力值範圍，是指現今積體電路元件進行電性測試時所適用的探針施力值適當範圍。針對不同種類的積體電路元件其探針施力值適當範圍也可能不同，而本創作之微力量測裝置10非常適於量測及調整此所述探針的微小施力值。

步驟(D)：進行電性測試。

一旦探針31施力值已達到適當範圍內時，即可開始透過探針31所傳遞之第一電氣訊號來進行對積體電路元件1的電性測試工作，而無須擔心因為探針施力過大或是過小而影響到電性測試的精確性。

以上所述僅為本創作之較佳可行實施例，非因此侷限本創作之專利範圍，故舉凡運用本創作說明書及圖示內容所為之等效技術變化，均包含於本創作之範圍內。

1‧‧‧積體電路元件

2‧‧‧基板

10‧‧‧微力量測裝置

21‧‧‧第一座台

211‧‧‧底座

213‧‧‧第一調整鈕

214‧‧‧第二調整鈕

22‧‧‧第二座台

222‧‧‧第三調整鈕

223‧‧‧承架

224‧‧‧夾桿

225‧‧‧頂台

30‧‧‧延伸臂

301‧‧‧固定端

302‧‧‧自由端

31‧‧‧探針

311、321‧‧‧導線

32‧‧‧應變規

40‧‧‧控制器

Claims (7)

1. 一種微力量測裝置，包括有：一可調基座，其包括有一夾桿且可至少調整該夾桿於一垂直方向上的位移；一延伸臂，其具有一固定端及一自由端，該固定端係固定於該夾桿上；一探針，其一端係固定於該延伸臂之該自由端上，另一端可用於接觸於外界之一待測物以傳輸一第一電氣訊號；一應變規，設置於該延伸臂且位於該固定端與該自由端之間，用以偵測該延伸臂之一變形量並將其轉換為一第二電氣訊號；以及一控制器，以至少一導線電性連接於該探針及該應變規，用以接受來自該探針之該第一電氣訊號及該應變規之該第二電氣訊號並加以處理。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微力量測裝置，其中，該可調基座係可對該夾桿進行垂直、左右、及前後共三維方向的位移調整。
3. 如申請專利範圍第2項所述之微力量測裝置，其中，該可調基座更包括有：一第一座台，其設置有一水平位移機構、一第一調整鈕、以及一第二調整鈕；以及，一第二座台，其設置有一垂直位移機構、一第三調整鈕、以及一承架；該第二座台以可相對水平位移的方式組裝於該第一座台上，藉由操作該第一調整鈕與該第二調整鈕可讓該第二座台進行相對於該第一座台的左右方向及前後方向的二維位移運動；並且，藉由操作該第三調整鈕可讓該承架進行相對於該第二座台的上下方向的位移運動；其中，該夾桿係固定於該承架。
4. 如申請專利範圍第1項所述之微力量測裝置，其中，該延伸臂是呈一狹長扁薄片狀結構。
5. 如申請專利範圍第4項所述之微力量測裝置，其中，該延伸臂是金屬材質。
6. 如申請專利範圍第4項所述之微力量測裝置，其中，該延伸臂於該固定端處之寬度係大於該自由端處之寬度。
7. 如申請專利範圍第6項所述之微力量測裝置，其中，該延伸臂的寬度是從固定端朝該自由端逐漸縮小。