TWM575110U - Cleaning needle module and probe device having the same - Google Patents

Abstract

一種清針模組，包含有一懸臂座、一用以供探針點觸清潔的清針板，以及四感測元件。懸臂座具有一固定端部、一固設有該清針板的自由端部，以及一介於該固定端部與該自由端部之間的鏤空槽。四個感測元件分別上下成對地設於該懸臂座且分別對應該鏤空槽的二端，當探針接觸該清針板致使該懸臂座受力而變形時，各該感測元件隨該懸臂座的變形量而產生一電阻值變化。藉由檢測感測元件的電阻值變化，可確保探針接觸清針板至預定深度。本創作亦同時揭露使用該清針模組的探針裝置。

Description

清針模組以及具有該清針模組的探針裝置

本創作與用來點測諸如晶片之類的待測物的探針裝置有關，特別是指一種用來清潔探針的清針模組，以及使用該清針模組的探針裝置。

在諸如晶片、發光二極體、雷射晶片之類的電子元件製作完成之後，通常需要以探針對此類電子元件(以下簡稱待測物)進行電性測試，以篩選出不良品。但是在探針使用一段時間之後，探針之針尖會因為與眾多待測物的電性接點頻繁的接觸而沾附碎屑，這些碎屑容易影響後續點測的可靠度，因此需要定時對探針進行清潔，使兩者之間保持良好的電性導通。

一般而言，探針的清潔，主要係讓探針接觸諸如擦拭紙之類的清針板來達到清潔效果，但是在清潔過程中，一旦接觸壓力過大，將會造成探針插入清針板的深度過深，進而容易導致針尖磨損，反之，若是接觸壓力過小，又會讓針尖無法有效地完成清潔。詳而言之，現行技術是將清針板固定在探針點測區附近，一旦需要進行清針作業時，位移機構帶動探針位移至清針板位置處，讓探針相對清針板進行一固定行程的進給使探針接觸清針板，而後進行一定距離的平移使探針與清針板相互摩擦而達到清針的效果，然而，前述的探針進給行程(探針接觸清針板的深度)往往是事先設定，在探針長期使用、頻繁點觸待測 物以及進行多次清針之後，目前業界所用的探針裝置並無任何機制來輔助判斷原先所設定的清針進給深度是否仍然合適，亦即，無從判斷是否會因為探針或清針板磨耗、位移機構位移誤差等因素而造成後續清針作業中，探針插入清針板的深度是否會過深或過淺，因此，在後續的清針作業中，也無從適時調整探針接觸清針板的深度，以便在不會過度磨損探針針尖的前提下仍然能達成良好的清針效果。

此外，對於背點式(亦即待測物的電性接點朝下，探針由下往上的方式進行點測)點測機的探針裝置來說，清針板配置在工作平台底部，以致探針必須由下往上的方式與清針板進行接觸而進行清針作業，但是，礙於位置的關係，在清針作業進行時，實在難以目視方式直接觀察探針接觸清針板之情形以及探針的清潔狀況，因此，往往需要藉助攝影鏡頭來監控整個清針過程，如此一來，不但需要在狹小的空間架設攝影鏡頭，並藉由影像辨識來得知探針與清針板的接觸情形或探針的清潔情形，過程顯得繁瑣，且在相關器材的添購上也要耗費不少的成本。

本創作的目的之一在於提供一種用於探針裝置的清針模組，在清針作業中，探針能與清針板保持適當的接觸深度，以致能在不會造成針尖過度磨損的前提下確實地完成探針的清潔。

本創作之另一目的在於提供一種特別適用於背點式點測機的探針裝置的清針模組，在清針作業中探針能與清針板保持適當的接 觸深度，而不需要利用影像辨識來判斷探針與清針板的接觸情形或清潔情形，以減省工序，同時也能節省使用攝影鏡頭的相關費用。

為達成上述目的，本創作提供一種用於探針裝置中、供探針點觸清潔的清針模組，其包含有一懸臂座、一清針板以及四感測元件。懸臂座具有一固定端部、一自由端部以及一介於該固定端部與該自由端部之間的鏤空槽。清針板連接於該懸臂座之自由端部，用以供探針接觸清潔。而四感測元件中，其中二個感測元件上下相對地設於該懸臂座且對應該懸臂座之鏤空槽的一端，另外二個感測元件上下相對地設於該懸臂座且對應該懸臂座之鏤空槽的另一端，當探針接觸該清針板致使該懸臂座受力而變形時，各該感測元件隨該懸臂座的變形量而產生一電阻值變化。

藉由上述技術特徵，當進行清針作業進行時，在探針受位移機構帶動而點觸清針板並持續進給(持續增加探針接觸清針板的深度)的過程中，懸臂座會因自由端受力而產生彎曲變形，造成感測元件隨著懸臂座之彎曲變形而產生電阻值變化，如此一來，藉由檢測感測元件的電阻值變化，即可相對得知探針點觸清針板之針壓(與探針點觸清針板之深度成正比)是否已經達到事先校正設定的針壓(深度)，進而判斷否需要停止探針進給。藉此，本創作所提供之用於探針裝置的清針模組，在探針清潔作業中，可以確保探針有效地接觸清針板至一預先設定的適當深度，以致能在不會造成針尖過度磨損的前提下確實地完成探針的清潔。而且，藉由檢測感測元件電阻值的變化(對應探針接觸清針板的壓力)，可以得知探針已經確實接觸清針板至一定深度，而不需要 利用影像辨識來判斷探針與清針板的接觸情形或清潔情形，以減省工序降低成本。

本創作的另一方面在於提供一種使用上述清針模組的背點式點測機的探針裝置，所述探針裝置包含有一測試平台、一探針頭及上述之清針模組。該測試平台用來承載一待測物；該探針頭係可相對該測試平台位移地設於該測試平台的下方並具有至少一探針，且探針之針尖朝向該測試平台之一下表面；所述清針模組的懸臂座的固定端部係設於該測試平台之下表面，所述清針板藉由該測試平台與該探針頭之間的相對位移而與探針接觸以進行清針作業。藉此，本創作的探針裝置除了可以達成在不會造成針尖過度磨損的前提下確實完成探針清潔的功效外，亦不需要在測試平台下方架設攝影機來藉由影像辨識判斷探針與清針板的接觸情形或清潔情形，以致可以減省工序降低成本。

較佳地，該懸臂座具有一上表面、一下表面、一左側面及一右側面，其中二該感測元件設於該懸臂座之上、下表面，另外二該感測元件設於該懸臂座之上、下表面，該鏤空槽貫穿該懸臂座之左、右側面，且該清針板連接於該懸臂座之自由端部的下表面。藉此，該懸臂座在受力時較容易產生變形。

較佳地，該鏤空槽具有一第一端部、一第二端部及一連通該第一、第二端部之中間部，該第一端部對應其中二該感測元件，該第二端部對應另外二該感測元件，此外，該第一端部之寬度等於該第二端部之寬度，且該第一、第二端部之寬度均大於該中間部之寬度。藉此， 該懸臂座在靠近該第一、第二端部的位置會先行變形，而且會產生較大的變形量，故能有效提升懸臂座在受力時的變形靈敏度。

在一實施例中，清針模組更包含有一安裝座，安裝座設於懸臂座之自由端部，而清針板設於安裝座並位於懸臂座之自由端部之外。

在另一實施例中，清針板係可拆卸地設於懸臂座之自由端部。

較佳地，該測試平台之下表面具有一凹槽，該清針模組位於該凹槽內，藉此懸臂座且/或安裝座不會凸出於該測試平台之下表面，以避免在該測試平台與該探針頭之間相對位移時，該懸臂座且/或安裝座與探針發生碰撞。

有關本創作所提供之清針模組以及具有所述清針模組的探針裝置的詳細構造、特點、組裝或使用方式，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本創作領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本創作所列舉的特定實施例，僅係用於說明本創作，並非用以限制本創作之專利申請範圍。

10‧‧‧探針裝置

20‧‧‧測試平台

21‧‧‧測試區

22‧‧‧清針區

23‧‧‧下表面

24‧‧‧凹槽

30‧‧‧探針頭

31‧‧‧探針

32‧‧‧針尖

33‧‧‧探針調整座

40‧‧‧清針模組

50‧‧‧懸臂座

51‧‧‧上表面

52‧‧‧下表面

53‧‧‧左側面

54‧‧‧右側面

55‧‧‧鏤空槽

552‧‧‧第一端部

554‧‧‧第二端部

556‧‧‧中間部

W1、W2、W3‧‧‧寬度

56‧‧‧固定端部

57‧‧‧自由端部

58‧‧‧清針板

59‧‧‧安裝座

60‧‧‧感測元件

第1圖為本創作一實施例所提供之具有清針模組的探針裝置的外觀立體圖。

第2圖為本創作該實施例所提供之探針裝置的局部剖視圖。

第3圖為本創作該實施例所提供之清針模組的外觀立體圖。

第4圖為本創作該實施例所提供之清針模組於另一視角的外觀立體圖。

第5圖為本創作該實施例所提供之清針模組的側視圖。

申請人首先在此說明，在以下將要介紹之實施例以及圖式中，相同之參考號碼，表示相同或類似之元件或其結構特徵。其次，當述及一元件設置於或連接於另一元件時，代表前述元件係直接設置或連接該另一元件，或者前述元件係間接地設置或連接在該另一元件，亦即，二元件之間還設置或連接有一個或多個其他元件。

第1及2圖繪製本創作一較佳實施例所提供之背點式點測機的探針裝置10，其包含有一測試平台20、一探針頭30，以及一清針模組40。必須加以說明的是，本創作所提供的清針模組40並不限於使用在第1及2圖所揭露的背點式檢測機的探針裝置10中，換言之，清針模組40亦可使用於正面點觸式點測機的探針裝置中，例如用於點觸待測物為正面發光且正面設有電極之發光二極體或雷射晶片的探針裝置中。

測試平台20具有一測試區21與一清針區22，測試區21位於測試平台20之中央，清針區22位於測試平台20之邊緣，其中的測試區21是用來設置一待測物(如發光二極體晶片、雷射晶片，圖中未示)，至於清針區22是用來設置清針模組40，清針模組40的結構容後敘述。

探針頭30係可相對測試平台20位移地設於測試平台20的下方且具有多個探針31(數量不限)，該等探針31之針尖32均朝向測試平台20之下表面23。更明確地說，探針頭30安裝於一可帶動探針頭30進行 三維(X、Y、Z軸)移動及旋轉之探針調整座33，此一探針調整座33係受點測機的控制器(圖中未示)控制而位移，並位於測試平台20的下方，使得探針頭30可以透過探針調整座33讓該等探針31以由下往上的方式點觸待測物之電性接點。

在此需要補充說明的是，為達成探針頭30可相對測試平台20位移的目的，在此實施例中所提供的測試平台20是固定不動而探針頭30可受探針調整座33之帶動而相對測試平台20移動，然而，測試平台20與探針頭30之間的相對運動關係並不以此實施例所揭露者為限，換言之，可以採用現行技術中所使用的各種相對運動模式，亦即不管測試平台20是固定不能移動，探針頭30藉由前述探針調整座33相對測試平台20移動，或者是探針頭30保持不動，測試平台20藉由平移機構(圖中未示)相對探針頭30移動，或者探針頭30與測試平台20皆可受位移機構帶動而可以相對運動，只要測試平台20與探針頭30之間能夠相對位移，讓探針頭30能夠在測試區21與清針區22之間來回相對移動並相對測試平台20上下相對位移，前述各種相對運動機構皆可採用。

本創作主要供一種有別於習用設計的清針模組40。如第3及4圖所示，清針模組40主要具有一懸臂座50、一清針板58及四感測元件60。

懸臂座50為金屬材質，例如鋁金屬，利用一體成型及機械加工方式所製成之矩形體。懸臂座50具有一上表面51、一下表面52、一左側面53、一右側面54以及一貫穿左、右側面53、54之鏤空槽55，且鏤空槽55之延伸方向平行於懸臂座50之長度方向。在本實施例中，鏤空槽 55具有一第一端部552、一第二端部554及一連通第一、第二端部552、554之中間部556。如第5圖所示，第一端部552之寬度W1等於第二端部554之寬度W2，且第一、第二端部552、554之寬度W1、W2均大於中間部556之寬度W3，其中，第一、第二端部552、554之斷面形狀可(但不限於)為圓弧形，中間部556之斷面形狀可(但不限於)為矩形，然而需要特別說明的是，鏤空槽55之形狀並不限於兩端寬中間窄的態樣，也可以用兩端與中間具有相同寬度的態樣(如長條形)呈現。此外，如第2至4圖所示，懸臂座50更具有一鄰接鏤空槽55第二端部554的固定端部56與一鄰接鏤空槽55第一端部552的自由端部57，懸臂座50之固定端部56藉由諸如螺絲之類的固定元件固設於測試平台20之清針區22的下表面，懸臂座之自由端部57則銜接清針板58(以下詳述)並呈現懸空狀態，藉此，當懸臂座50之自由端部57受到外力，例如來自探針31由下往上點觸清針板58的力量傳遞至自由端部57時，由於懸臂座50在靠近鏤空槽55之第一、第二端部552、554的位置相較於其他地方具有較薄的壁厚，所以在這兩個位置會先行變形，並且會產生較大的變形量，因此利用鏤空槽55之特殊形狀設計，可提升懸臂座50在受力時的變形靈敏度；另外，與實心懸臂座相較之下，具有鏤空槽55之懸臂座50具有較佳的抗扭曲強度，不像實心懸臂座50一樣容易產生扭曲變形的問題。

在本實施例中，清針板58可為(但不限於)諸如砂紙、清潔片、吸收有清潔劑的海綿等之類的清針元件。清針板58連接於懸臂座50之自由端部57，更明確地說，清針板58利用一安裝座59間接地連接於懸臂座50之自由端部57，用來對探針31提供清潔效果。如第4圖所示， 安裝座59藉由螺絲鎖固於懸臂座50之自由端部57，而清針板58藉由諸如黏著劑之類的固定手段固定於安裝座59並延伸於自由端部57之外，如此，藉由拆裝安裝座59，有利於清針板58之迅速更換，而且藉由安裝座59之設置，有助於清針板58位置配置的設計彈性。然而，在其他實施例中，清針板58係可藉由諸如螺絲、魔鬼氈、雙面膠之類的固定元件而可拆卸地直接連接固定於懸臂座50之自由端部57，換言之，此時安裝座59可以省略。

需要特別說明的是，由於測試平台20與探針頭30之間的空間有限，為了避免懸臂座50及/或安裝座59跟探針頭30之探針31之間產生碰撞，如第2圖所示，測試平台20之下表面23可以設置一凹槽24讓懸臂座50與安裝座59共同容納在內，使兩者不會過於凸出，如此，可避免測試平台20與探針頭30之間相對位移時，該懸臂座50且/或安裝座59與探針31之針尖32發生碰撞，至於清針板58則可些微露出於凹槽24外，讓探針31方便進行點觸。

各感測元件60在本實施例中為應變規(strain gauge)。其中兩個感測元件60利用黏著劑貼設於懸臂座50之上表面51，另外兩個感測元件60則貼設於懸臂座50之下表面52，此外，其中兩個上下相對之感測元件60對應於鏤空槽55之第一端部552，另外兩個上下相對之感測元件60對應於鏤空槽55之第二端部554。藉此，四個感測元件60根據惠斯通電橋(Wheatstone bridge)原理設置於懸臂座50並電性連接至點測機用以控制探針調整座33運動的控制器(圖中未示)，所以每一個感測元件60可視為可變電阻，如此，在懸臂座50產生變形時即可產生相對應 之電阻值變化傳遞至點測機的控制器，以利控制器控制探針調整座33的動作。需加以說明的是，前述應變規的技術應用以及點測機控制器控制探針調整座33或點測機其他位移機構的技術應用皆屬於習知，故在此不予贅述。此外，除了上述的四個感測元件60以外，還可以額外增加一個或以上的感測元件60，作為溫度感測之用，這個用於溫度感測的感測元件60(或稱溫度感測元件)會設置在不受力變形，但會受溫度影響而變形的位置，例如懸臂座50之自由端部57或固定端部56。

上述本創作所提供的具有清針模組40的探針裝置10，在探針頭30在測試平台20之測試區21對待測物進行測試一段時間後，藉由測試平台20與探針頭30之間的相對位移，使探針頭30位移至清針板58下方與清針板58相互對應，接著藉由探針調整座33之驅動讓探針31由下往上進給接觸清針板58進行清針，在探針31進給的過程中，懸臂座50會因為探針31對清針板58所施加的壓力而開始產生彎曲變形，此時，該等感測元件60的電阻值會隨著懸臂座50之彎曲變形而產生變化並傳送至點測機的控制器進行判讀比對，一旦探針31施加於清針板58的壓力(對應於探針31接觸清針板58的深度)到達一預先設定之針壓值(對應預先設定之清針作業時探針31接觸清針板58的應有深度)時，點測機的控制器立即控制探針調整座33停止進給作動，藉此，在探針清潔作業中，可以確保探針31有效地接觸清針板58至一預先設定的適當深度，以避免針壓過大而造成探針31在後續的清針動作中磨損，如此一來，即可在不會造成針尖過度磨損的前提下確實地完成探針31的清潔。

在前述清針過程當中，由於該等感測元件60是根據惠斯通電橋原理進行配置，並分別配置於特殊形狀設計之鏤空槽55的第一、第二端部552、554的上、下方，藉此，不論該等探針31碰觸清針板58的任何一個位置，該等感測元件60可快速反應懸臂座50的受力狀況，而且量測所得的針壓不會因為探針31碰觸清針板58的水平位置不同(例如探針31碰觸清針板58的前端位置或後端位置的不同)而有所改變，故可準確地感測到探針31施加於清針板58的壓力(對應於探針31點觸清針板58的深度)。

綜上所述，本創作所提供之清針模組40以及配備有前述清針模組40之探針裝置10，藉由檢測感測元件60的電阻值變化，可以判斷探針31是否已經有效地接觸清針板58至預先設定的適當接觸深度，以確保探針31的針尖能在適當的、不至於造成過度磨損的壓力下擦拭清針板58而完成探針31的清潔。而且，整個清針作業不需要利用影像辨識來判斷探針31與清針板58的接觸情形或清潔情形，故可減省工序降低成本，特別適合應用於背點式點測機中。

最後，必須再次說明，本創作於前揭實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。

Claims (15)

1. 一種清針模組，係用於清潔一探針裝置之一探針，該清針模組包含有：一懸臂座，具有一固定端部、一自由端部以及一介於該固定端部與該自由端部之間的鏤空槽；一清針板，連接於該懸臂座之自由端部，用以供該探針接觸清潔；以及四感測元件，其中二該感測元件上下相對地設於該懸臂座且對應該懸臂座之鏤空槽的一端，另外二該感測元件上下相對地設於該懸臂座且對應該懸臂座之鏤空槽的另一端，且當該探針接觸該清針板致使該懸臂座受力而變形時，各該感測元件隨該懸臂座的變形量而產生一電阻值變化。
2. 如請求項1所述之清針模組，其中該鏤空槽具有一第一端部、一第二端部及一連通該第一、第二端部之中間部，該第一端部之寬度等於該第二端部之寬度，且該第一、第二端部之寬度均大於該中間部之寬度；其中二該感測元件對應該第一端部，另外二該感測元件對應該第二端部。
3. 如請求項1或2所述之清針模組，其中該懸臂座具有一上表面、一下表面、一左側面及一右側面，其中二該感測元件分別設於該懸臂座之上、下表面，另外二該感測元件分別設於該懸臂座之上、下表面，該鏤空槽貫穿該懸臂座之左、右側面，且該清針板連接於該懸臂座之自由端部的下表面。
4. 如請求項1所述之清針模組，其中該懸臂座具有一上表面、一下表面、一左側面及一右側面；該鏤空槽貫穿該懸臂座之左、右側面，且具有一第一端部、一第二端部及一連通該第一、第二端部之中間部，該第一端部之寬度以及該第二端部之寬度均大於該中間部之寬度，且該鏤空槽之第一端部鄰接該懸臂座之自由端部，該鏤空槽之第二端部鄰接該懸臂座之固定端部；各該感測元件係為應變規，其中二該感測元件分別設於該懸臂座之上、下表面對應該鏤空槽之第一端部的位置，另外二該感測元件分別設於該懸臂座之上、下表面對應該鏤空槽之第二端部的位置。
5. 如請求項1或4所述之清針模組，更包含有一安裝座，該安裝座設於該懸臂座之自由端部，而該清針板設於該安裝座並位於該自由端部之外。
6. 如請求項1或4所述之清針模組，其中該清針板係可拆卸地設於該懸臂座之自由端部。
7. 如請求項1所述之清針模組，更包含有一溫度感測元件。
8. 如請求項7所述之清針模組，該溫度感測元件設置在該懸臂座之自由端部或固定端部。
9. 一種探針裝置，包含有：一測試平台，具有一上表面與一下表面； 一探針頭，係可相對該測試平台位移地設於該測試平台的下方且具有至少一探針，該至少一探針之針尖朝向該測試平台之下表面；以及一清針模組，該清針模組包含有：一懸臂座，具有一設於該測試平台之下表面的固定端部、一自由端部以及一介於該固定端部與該自由端部之間的鏤空槽；一清針板，連接於該懸臂座之自由端部，用以供該至少一探針接觸清潔；以及四感測元件，其中二該感測元件上下相對地設於該懸臂座且對應該懸臂座之鏤空槽的一端，另外二該感測元件上下相對地設於該懸臂座且對應該懸臂座之鏤空槽的另一端，且當該至少一探針接觸該清針板致使該懸臂座受力而變形時，各該感測元件隨該懸臂座的變形量而產生一電阻值變化。
10. 如請求項9所述之探針裝置，其中該懸臂座具有一上表面、一下表面、一左側面及一右側面；該鏤空槽貫穿該懸臂座之左、右側面，且具有一第一端部、一第二端部及一連通該第一、第二端部之中間部，該第一端部之寬度以及該第二端部之寬度均大於該中間部之寬度，且該鏤空槽之第一端部鄰接該懸臂座之自由端部，該鏤空槽之第二端部鄰接該懸臂座之固定端部；各該感測元件係為應變規，其中二該感測元件分別設於該懸臂 座之上、下表面對應該鏤空槽之第一端部的位置，另外二該感測元件分別設於該懸臂座之上、下表面對應該鏤空槽之第二端部的位置；該清針板連接於該懸臂座之自由端部的下表面。
11. 如請求項10所述之探針裝置，其中該清針模組更包含有一安裝座，該安裝座設於該懸臂座之自由端部，而該清針板設於該安裝座並位於該自由端部之外。
12. 如請求項10所述之探針裝置，其中該清針板係可拆卸地設於該懸臂座之自由端部。
13. 如請求項11或12所述之探針裝置，其中該測試平台之下表面具有一凹槽，該清針模組位於該凹槽內。
14. 如請求項9所述之探針裝置，更包含有一溫度感測元件。
15. 如請求項14所述之探針裝置，該溫度感測元件設置在該懸臂座之自由端部或固定端部。