TWM502175U - 探針頭 - Google Patents

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TWM502175U
TWM502175U TW104201817U TW104201817U TWM502175U TW M502175 U TWM502175 U TW M502175U TW 104201817 U TW104201817 U TW 104201817U TW 104201817 U TW104201817 U TW 104201817U TW M502175 U TWM502175 U TW M502175U
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Chin-Yi Lin
Tien-Chia Li
Ching-Hung Yang
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Chin-Yi Lin
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Description

探針頭
本新型是有關於一種探針頭，且特別是關於一種垂直式探針卡的探針頭。
習知的垂直式探針卡(vertical probe card)可包含電路板、空間轉換板與探針頭。探針頭具有複數個探針與定位探針用的上導引板與下導引板。探針的兩端分別穿出上導引板與下導引板，其中穿出下導引板的一端用來接觸待測物(device under test，簡稱DUT)上的接觸接點，例如銲墊(pad)或凸塊(bump)；而穿出上導引板的一端透過空間轉換板與電路板電性連接。而，下導引板上的貫穿孔的排列方式皆係因應待測物上的接觸接點。
一般而言，進行探針頭之組裝，是先將探針固定在下導引板上，之後再安裝上導引板，但組裝完成後，探針頭中的這些探針常常會出現左右偏擺方向不一致，因此容易造成探針頭中這些探針無法與待測物穩定接觸的問題。
本新型提供了一種探針頭，可以有效使得探針頭中 的複數根探針大致上朝同一方向擺動。
本新型之一實施例提供了一種應用於垂直式探針卡的探針頭，包含具有複數個上貫穿開口的上導引板，具有複數個下貫穿開口的下導引板，下導引板位於上導引板的一側，以及複數個探針。這些探針設置於上導引板與下導引板之間，各依序具有針尖段、針身段與針尾段，這些探針分別單獨穿過每一上貫穿開口與每一下貫穿開口，每一探針之針尖段與針尾段之間分別具有探針偏移量，每一探針具有目標探針偏移量d1 ，上導引板與下導引板之間具有探針頭偏移量d2 ，上述之目標探針偏移量d1 與上述之探針頭偏移量d2 之間的關係符合以下關係式：d2 =d1 ±50~200微米。
本新型藉由設計目標探針偏移量d1 與探針頭偏移量d2 之間的關係符合以下關係式：d2 =d1 ±50~200微米，進而可以達到探針頭在組裝完成後，可以讓探針頭中的這些探針大致上朝向同一方向擺動的目的。
100‧‧‧探針頭
110‧‧‧上導引板
112‧‧‧上貫穿開口
120‧‧‧下導引板
122‧‧‧下貫穿開口
130‧‧‧探針
132‧‧‧針尖段
1321‧‧‧針尖端
134‧‧‧針身段
1341‧‧‧彈性部
136‧‧‧針尾段
O、P‧‧‧交點
θ ‧‧‧夾角
l 1 ‧‧‧第一假想線
l 2 ‧‧‧第二假想線
l 3 ‧‧‧第三假想線
l 4 ‧‧‧第四假想線
d‧‧‧探針偏移量
d1 ‧‧‧目標探針偏移量
d2 ‧‧‧探針頭偏移量
X1 、X2 ‧‧‧中心軸
第1圖為本新型之探針頭一實施例的剖面示意圖。
第2圖為本新型之探針的示意圖。
第3圖為本新型之探針頭中的上、下導引板的示意圖。
第4A圖至第5B圖為本新型之探針頭採用不同的探針頭偏移量的測試結果的折線圖。
第6圖為將第4A圖至第5B圖之探針頭偏移量測試結果以標準差表示的折線圖。
以下將以圖式及詳細清楚說明本新型之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本新型之較佳實施例後，當可由本新型所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本新型之精神與範圍。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
如先前技術所述，由於探針頭中的探針在組裝完成後會出現左右偏擺方向不一致的問題，因此無法與待測物穩定接觸。
有鑑於此，本新型便提出了一種探針頭，藉由設計目標探針偏移量d1 與探針頭偏移量d2 之間的關係符合以下關係式：d2 =d1 ±50~200微米，進而可以達到探針頭在組裝完成後，讓探針頭中的這些探針大致上朝向同一方向偏擺，進而實現與待測物穩定接觸的目的。
參照第1圖，其為本新型之探針頭一實施例的剖面示意圖。探針頭100包含有上導引板110、位於上導引板11一側的下導引板120以及位於上導引板110以及下導引板120之間的複數個探針130。上導引板110以及下導引板120分別具有複數個上貫穿開口112與下貫穿開口122，用以容置與固定探針130。
探針130各依序包含有針尖段132、針身段134以及針尾段136。針尖段132穿出下導引板120的下貫穿開口122，並且針尖段132之針尖端1321用以與待測物(未圖式)接觸。針尾段136容置在上導引板110的上貫穿開口112中，並針尾段136穿出上導引板110的上貫穿開口112，進一步可以抵接於空間轉換板(未圖式)或電路板(未圖式)的接點(pad)。針身段134位於上導引板110以及下導引板120之間。當針尖端1321接觸待測物時，上導引板110以及下導引板120會限制探針130的位移。更具體地說，上導引板110以及下導引板120之間具有探針頭偏移量d2 ，亦即上導引板110之上貫穿開口112不會對齊下導引板120之下貫穿開口122，以讓探針130在穿過上貫穿開口112與下貫穿開口122之後至少部分抵靠於上導引板110或下導引板120而定位。
在本實施例中，探針130為可彈性變形之金屬結構，例如為垂直挫屈針(又稱Cobra針)，故針身段134為一概呈彎曲的針身並且在鄰近針尾段136的位置具有彈性部1341，彈性部1341作為挫屈結構，以在探針130受到外力時利用挫屈原理讓探針130變形產生彈力。
接著來到第2圖以及第3圖，其中第2圖為本新型之探針一實施例的示意圖，第3圖則是本新型之探針頭中的上、下導引板一實施例的示意圖。請先參照第2圖，當探針130處於自然狀態，即未受到外力影響時，將針尖段132視為垂直往下指(即是朝向針尖端1321方向)。針尾段 136與針尖段132之間具有交點P，交點P的位置上，針身段134與針尾段136分別朝向不同的方向延伸。針身段134在鄰近針尾段136的位置具有彈性部1341，針身段134在彈性部1341的曲率大於針身段134在鄰近針尖段132的部分的曲率。針身段134與針尖段132之間亦具有交點O，而在交點O的位置處，針身段134與針尖段132大致上朝向同一方向延伸，探針130可以由針尖段132之針尖端1321自其中心軸拉出第一假想線l 1 ，對應地，在針身段134與針尾段136之交點P的位置可以垂直拉出一條平行於針尖段132的第二假想線l 2 ，第一假想線l 1 與第二假想線l 2 之間的距離即為探針130之針尖段132與針尾段136之間的探針偏移量d(offset)。如前所述，由於針尾段136不會平行於針尖段132，因此在針尾段136與第二假想線l 2 之間會形成非零的夾角θ。
理想狀態下，一個探針頭100中的這些/同一批探針130應具有相同的目標探針偏移量d1 ，也就是說，這些/同一批探針130的探針偏移量d也應該要相同，但是因為這些/同一批探針130會有製造公差的緣故，因此每根探針130實際的探針偏移量d可能會跟理想狀態(即不考慮製作公差的狀態)下的目標探針偏移量d1 之間會有著正負25微米不等的差異。即一個探針頭100中的這些/同一批探針130中具有最小探針偏移量者，其實際的探針偏移量d，即這些/同一批探針130中的最小探針偏移量大致上應為目標探針偏移量d1 減去25微米；這些/同一批探針130中具有最大 探針偏移量者，其實際的探針偏移量d，即這些/同一批探針130中的最大探針偏移量大致上應為目標探針偏移量d1 加上25微米。更具體地說，以一個探針頭中的這些/同一批探針的目標探針偏移量d1 為500微米的探針為例，其各個探針實際的探針偏移量d可能會從475微米至525微米不等。
要特別說明的是，請繼續參照第2圖，在此所述的「交點P」是指自針尾136的中心軸拉出之第三假想線l 3 與自針身134之彈性部1341的中心軸拉出之第四假想線l 4 的交點。
接著請參照第3圖，上導引板110與下導引板120之間具有探針頭偏移量d2 ，使得上導引板110的這些上貫穿開口112不會對齊下導引板120的這些下貫穿開口122，藉以限制探針130的位移。以上導引板110的其中一個上貫穿開口112以及該上貫穿開口112相對之下導引板120的其中一個下貫穿開口122為例，上導引板110的該上貫穿開口112具有中心軸X1 ，下導引板120的該下貫穿開口122亦具有中心軸X2 ，相鄰兩中心軸X1 、X2 之間的距離即為上導引板110與下導引板120之間的探針頭偏移量d2 。上導引板110與下導引板120之間的探針頭偏移量d2 為呈相對設置，亦即若是將上導引板110視為基礎，則下導引板120相對上導引板110往左或往右偏移一探針頭偏移量d2 ，反之亦然。
請同時參照第1圖至第3圖，探針130之目標探針 偏移量d1 與上、下導引板110、120之間的探針頭偏移量d2 較佳須符合一定的關係式，以使得探針頭100組裝完成後，這些探針130大致上可以朝同一方向偏擺。須注意的是，由於探針130在擺入上導引板110與下導引板120之後，針尾段136及/或針尖段132會分別抵靠於上、下導引板110、120而有些微變形，因此，以下所提到的探針130的探針偏移量d或是目標探針偏移量d1 ，均是指如第2圖所示的，探針130在自然狀態下的探針偏移量d或是目標探針偏移量d1 ，合先敘明。
更具體地說，當在組裝探針頭100的時候，可包含先將探針130的針尖段132分別置入下導引板120之下貫穿開口122中，接著，再將探針130的針尾段136分別置入上導引板110的上貫穿開口112中。此時，上導引板110之一上貫穿開口112之中心軸與對應之下導引板120的下貫穿開口122之中心軸，二者中心軸之間的距離(即探針頭偏移量d2 )，約等同於探針130的目標探針偏移量d1 。然而，此時會出現探針130左右偏擺的方向不一致的問題。因此，本新型便進一步地調整探針頭100中上、下導引板110、120之間的探針頭偏移量d2 符合本新型之關係式：d2 =d1 ±50~200微米，以讓組裝完成後的探針頭100中的這些探針130大致上可以朝向同一方向偏擺。
具體而言，可以在將探針130置入上導引板110與下導引板120後，若是以下導引板120視為基礎的話，進一步可以將上導引板110往右拉，讓上、下導引板110、120 在X軸方向的距離增大，即是符合本新型之關係式：d2 =d1 +50~200微米；或是進一步可以將上導引板110往左拉，讓上、下導引板110、120在X軸方向的距離減少，即是符合本新型之關係式：d2 =d1 -50~200微米。如此一來，便可以在將探針130一一置入上、下導引板110、120後，透過橫向拉動上導引板110，使得上、下導引板110、120之間的探針頭偏移量d2 符合本新型之關係式d2 =d1 ±50~200微米的方式，可以讓組裝完成後的探針頭100中的這些探針130大致上朝向同一方向偏擺。當然地，由於上、下導引板110、120二者之間的探針頭偏移量d2 為呈相對設置，亦可以將上導引板110視為基礎，進一步將下導引板往右或往左拉動，使得上、下導引板110、120之間的探針頭偏移量d2 符合本新型之關係式：d2 =d1 ±50~200微米，不應用以限制本新型。
在此要特別說明的是，本新型中的「探針頭組裝完成後」是指，將一個探針頭100中的這些/同一批探針置入上、下導引板110、120後，進一步需將上導引板110或下導引板120往左或往右拉(以視上、下導引板110、120其中之一者為基礎而定)，使得上、下導引板110、120之間的探針頭偏移量d2 得以符合本新型之關係式：d2 =d1 ±50~200微米。
本新型中，將一個探針頭100中的這些/同一批探針130之目標探針偏移量d1 與上、下導引板110、120之探針頭偏移量d2 的關係設計為d2 =d1 ±50~200微米。換言之， 當上、下導引板110、120之間的探針頭偏移量d2 的關係設計為d2 =d1 +50~200微米時，即是指d2 =d1 +50微米至d1 +200微米之間，此時上、下導引板110、120之間的探針頭偏移量d2 至少大於這些/同一批探針130中具有最大探針偏移量者。此時除了可以使得這些探針130於探針頭組裝完成後大致上均朝向同一方向偏擺之外；進行測試時，更可以降低這些探針130與待測物之間的接觸力，亦可以提升這些待測物在被接觸時的完整性。
或者，當上、下導引板110、120之間的探針頭偏移量d2 的關係設計為d2 =d1 -50~200微米時，即是指d2 =d1 -200微米至d1 -50微米之間，此時上、下導引板110、120之間的探針頭偏移量d2 至少小於這些探針130中具有最小探針偏移量者。此時除了可以使得這些探針130於探針頭組裝完成後大致上均朝向同一方向偏擺之外；進行測試時，進而可以提供這些探針130與待測物之間的穩定接觸。
請參照第4A圖至第5B圖，其分別為本新型之探針頭採用不同的探針頭偏移量的測試結果的折線圖。第4A圖至第5B圖中之折線表示在不同的探針頭補償量下組裝完成探針頭後的結果，圖中的縱軸表示探針頭組裝完成後其內的探針的偏擺幅度(單位為微米)，圖中的横軸則是表示此10根探針的探針編號。
此處所指的「探針頭補償量」是指在每次進行測試時，將上、下導引板之間的距離逐漸加大或是減少的變化量。亦即，如前所述，當在將探針放入上、下導引板後， 上、下導引板之間的探針頭偏移量d2 約等同於目標探針偏移量d1 ，當探針頭補償量為0微米時，即表示探針頭偏移量d2 約等於目標探針偏移量d1 ；若是探針頭補償量為正25微米時，即表示探針頭偏移量d2 約等於目標探針偏移量d1 加上25微米；若是探針頭補償量為負25微米時，即表示探針頭偏移量d2 約等於目標探針偏移量d1 減去25微米。
第4A圖與第4B圖中之探針頭補償量為正值，表示探針頭中上導引板與下導引板之間的探針頭偏移量d2 ，即是上導引板與下導引板在第3圖中X方向的距離設計較大。探針頭偏移量d2 從約等於目標探針偏移量d1 (此時之探針頭補償量為0微米，即關係式應為d2 =d1 +0微米)至大於目標探針偏移量d1 200微米(此時之探針頭補償量為200微米，即關係式應為d2 =d1 +200微米)。其中第4A圖為探針頭補償量為0微米、25微米、50微米、75微米的測試結果，第4B圖為探針頭補償量為100微米、125微米、150微米、175微米、200微米的測試結果，此測試結果主要是檢視上述探針編號1~10的10根探針在探針頭組裝完成後的偏擺方向。
從第4A圖與第4B圖中可以得知，當探針頭補償量在0微米以及25微米的時候，這些探針(即是指上述探針編號1~10的10根探針)在探針頭組裝完成之後的偏擺幅度有正值、有負值，即表示這些探針在探針頭組裝完成後的偏擺方向不會朝向同一方向；而當探針頭補償量在50微米至200微米的時候，這些探針在探針頭組裝完成後的偏 擺幅度皆為正值，即表示這些探針在探針頭組裝完成後的偏擺方向大致上朝向同一方向。
相對應地，第5A圖與第5B圖中之探針頭補償量為負值，表示探針頭中上導引板與下導引板之間的探針頭偏移量d2 ，即是上導引板與下導引板在第3圖中X方向的距離設計較小。探針頭偏移量d2 從約等於目標探針偏移量d1 (此時之探針頭補償量為0，即關係式應為d2 =d1 -0微米)至小於目標探針偏移量d1 200微米(此時之探針頭補償量為負200微米，即關係式應為d2 =d1 -200微米)。其中第5A圖探針頭補償量為0微米、負25微米、負50微米、負75微米的測試結果，第5B圖為探針頭補償量為負100微米、負125微米、負150微米、負175微米、負200微米的測試結果，此測試結果主要是檢視上述探針編號1~10的10根探針在探針頭組裝完成後的偏擺方向。
從第5A圖與第5B圖中可以得知，當探針頭補償量在0微米以及負25微米的時候，這些探針(即是指上述探針編號1~10的10根探針)偏擺幅度有正值、有負值，即表示這些探針在探針頭組裝完成後的偏擺方向不會朝向同一方向；而當探針頭補償量在負50微米至負200微米的時候，這些探針在探針頭組裝完成後的偏擺幅度皆為正值，即表示這些探針在探針頭組裝完成後的偏擺方向大致上朝向同一方向。
進一步，請一併參照表一與第6圖，第6圖為將第4A圖至第5B圖之探針頭偏移量測試結果以標準差表示的 折線圖。同樣地，從第6圖與表一可以得知當探針頭補償量為正、負50微米(含)以上，但未超過正、負200微米，亦皆有很好的變異。
綜上所述，將探針之目標探針偏移量d1 與上、下導引板之探針頭偏移量d2 的關係設計為d2 =d1 ±50~200微米，也就是說在將探針一一置入上、下導引板後，透過橫向拉動上導引板或下導引板(以視上、下導引板其中之一者為基礎而定)，使得上、下導引板110、120之間的探針頭偏移量d2 得以符合本新型之關係式d2 =d1 ±50~200微米，便可以讓探針頭組裝完成後，探針頭中的這些探針大致上朝向同一方向偏擺，進而實現與待測物穩定接觸的目的。
雖然本新型已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型，任何熟習此技藝者，在不脫離本新型之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本新型之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧探針頭
110‧‧‧上導引板
112‧‧‧上貫穿開口
120‧‧‧下導引板
122‧‧‧下貫穿開口
130‧‧‧探針
132‧‧‧針尖段
1321‧‧‧針尖端
134‧‧‧針身段
1341‧‧‧彈性部
136‧‧‧針尾段
d2 ‧‧‧探針頭偏移量
X1 、X2 ‧‧‧中心軸

Claims (10)

  1. 一種應用於垂直式探針卡的探針頭，包含：一上導引板，具有複數個上貫穿開口；一下導引板，位於該上導引板的一側，具有複數個下貫穿開口，該上導引板與該下導引板之間具有一探針頭偏移量d2 ；以及複數個探針，設置於該上導引板與該下導引板之間，每一該些探針各依序具有一針尖段、一針身段與一針尾段，每一該些探針分別單獨穿過每一該些上貫穿開口與每一該些下貫穿開口，每一該些探針之該針尖段與該針尾段之間分別具有一探針偏移量，每一該些探針具有一目標探針偏移量d1 ，該目標探針偏移量d1 與該探針頭偏移量d2 之間的關係符合以下關係式：d2 =d1 ±50~200微米(μm)。
  2. 如請求項1所述之探針頭，其中該些探針中具有最小探針偏移量者，其最小探針偏移量為d1 減去25微米。
  3. 如請求項1所述之探針頭，其中該些探針中具有最大探針偏移量者，其最大探針偏移量為d1 加上25微米。
  4. 如請求項1所述之探針頭，其中該上導引板與該下導引板之間的該探針頭偏移量為每一該些上貫穿開口之中心軸相對於每一該些下貫穿開口之中心軸之間的距離。
  5. 如請求項1所述之探針頭，其中該上導引板與該下導引板二者之間的該探針頭偏移量為呈相對設置。
  6. 如請求項1所述之探針頭，其中每一該些探針的探針偏移量為分別由該針尖段之一針尖端自中心軸拉出之一第一假想線與該針身段與該針尾段之交點所垂直拉出之平行於該針尖段自中心軸拉出之一第二假想線之間的距離。
  7. 如請求項1所述之探針頭，其中每一該些探針之該針身段具有一彈性部。
  8. 如請求項1所述之探針頭，其中每一該些探針為可彈性變形之金屬結構。
  9. 如請求項2所述之探針頭，當該目標探針偏移量與該探針頭偏移量之間的關係符合以下關係式d2 =d1 -50~200微米時，該探針頭偏移量小於該最小探針偏移量。
  10. 如請求項3所述之探針頭，當該目標探針偏移量與該探針頭偏移量之間的關係符合以下關係式d2 =d1 +50~200微米時，該探針頭偏移量大於該最大探針偏移量。
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