CN101105506A - 高频探针卡 - Google Patents

Abstract

本发明一种高频探针卡，包括有一电路板、多数条传输线及多数个信号探针，电路板上设有多数个信号线路及接地线路，传输线为双导线的结构，其中一导线用以传递高频信号，另一导线则电性连接于接地线路，电测机台提供高频电测信号至各信号线路后则透过一导线传递高频信号至信号探针，信号传输过程中邻近配合有接地线路及另一导线的设置，可因此有效传递高频信号以维持阻抗匹配的特性，且各传输线可维持仅约一毫米甚至更小的线径，使在电路板上可有多数且低空间密度分布的传输线设置结构，以供作大量电子元件的高频电测。

Description

高频探针卡

技术领域

本发明是与探针卡有关，特别是指一种以低空间密度传输线分布的探针卡。

背景技术

探针卡的主要目的是将探针卡上的探针与集成电路晶片上的芯片测试焊垫直接接触，配合电测设备与软件控制将测试信号透过探针卡上电路板传输至探针以至芯片，达到自动化的晶片级测试目的，其中探针的排列密度则需细微到可对应于芯片上相邻测试焊垫之间隙，且单一探针卡为了可广泛应用于不同制备技术的集成电路晶片，探针卡的电路板设计往往不会以特定走线布设的方式作为电路传输的结构，而为在电测机台用以探点的导线与探针间设置传输线的跳线结构，通过此将电测信号送至探针。

然而将传输线与细微尺寸的探针结构相较之下，传输线的线径约略大了两个级数以上，若要将各传输线对应连接至一探针，越接近探针处则传输线的设置越密集，尤其在晶片电路越趋复杂及多元化的设计下，为能快速量测多种电路元件特性，以符合晶片级测试的要求，探针卡上则必须设有更多的探针与各电路元件对应，使传输线的设置密度要求越高甚至需以交错重迭的方式才能确切连接至探针，如图12所示现有悬臂式探针的探针卡结构，往往造成传输线模块工程的繁杂及困难度；以作为高频信号传输的同轴传输线结构而言，轴芯的金属信号导线需配合环绕有特定厚度的绝缘材质，以控制维持信号传输的特性阻抗，但又需顾及与外围接地金属间的寄生电容效应造成的介电损耗，避免产生信号阻抗不匹配的情形，故绝缘材质需有相当的厚度且依照介电常数不同而有所差异，但不论选用何种绝缘材质，传输线本身的线径皆较轴芯的金属信号导线大了许多，如此更增加了传输线的空间分布密度，故往往用以传输高频信号的探针卡无法设置较多的信号探针以点测需做高频测试的电子元件。

现有技术纵使可在探针卡上设置有所谓空间转换器的多层电路结构，如图13所示的现有垂直式探针卡5，包括有由上而下相迭置的一电路板5a、一空间转换器5b及多数个探针5c，电路板5a上布设有特定线路以作为信号传输的导线路径，自电路板5a上表面延伸至下表面，上表面的线路供电测机台的探测针头6探点，下表面的线路供空间转换器5b电性连接，空间转换器5b一般为以多层陶瓷板(Multi-Layer Ceramic，MLC)或有机多层板(Multi-Layer Organic，MLO)结构所制成，在空间转换器5b的上、下两侧并设有不同尺寸间距的导电接点，分别为了对应连接于电路板5a与探针5c，空间转换器5b的内部则有如半导体制备的多层线路布设结构，越接近探针5c则线路间距越小，以将电路板5a的导线与较密集布设的探针5c之间作电性连接，达到电路空间转换的作用，因此可对应探点晶片7上高密度的电子元件，然而此种垂直式探针结构的空间转换器不但须以微机电或薄膜制备方式制作，甚至需利用特定的绝缘介质作为基底材料，使得光空间转换器的材料与制备成本耗费远大于探针卡电路板的制造成本，因此探针卡如何能以最经济实惠的线路传输结构，快速并全面的对高密集的电子元件作高频电测，同时兼顾维持高频信号传输的特性阻抗，使具有最佳的高频电测品质，实为现今探针卡制造者所面临的一大考验。

发明内容

本发明的主要目的乃在于提供一种高频探针卡，可以低空间密度且高品质的传输线结构传送高频电测信号至探针上，有效简化传输线模块工程并提升探针卡的高频电测品质。

为达成前揭目的，本发明所提供一种高频探针卡，是具有一电路板、多数条传输线、多数个信号探针及至少一接地探针，该电路板上设有多数个信号线路及接地线路，与各该信号线路相邻特定的间距上设有至少一该接地线路，该些信号线路供以传输该测试机台的测试信号，该些接地线路电性导通至该测试机台的电位零点，有防止外部噪声干扰该信号线路的电性防护作用，并作为各该信号线路的特性阻抗参考基准；该些传输线设于该电路板上，各该传输线具有一第一及一第二导线，各该第一及一第二导线为具导电性的金属材料所制成的金属线且相邻特定的间距，该第一导线的两端分别电性连接该信号线路及该信号探针，该第二导线为电性连接该接地线路；该些信号探针及接地探针皆为具有适当硬度及导电性的金属材料所制成，且一端皆用以设于电路板上，另一端用以接触待测电子元件的导电凸块。

附图说明

以下，兹配合图示列举若干较佳实施例，用以对本发明的结构与功效作详细说明，其中所用图示的简要说明如下：

图1是本发明所提供第一较佳实施例的顶视图；

图2是上述第一较佳实施例的底视图；

图3是上述第一较佳实施例的结构示意图；

图4是上述第一较佳实施例所提供传输线的结构示意图；

图5是上述第一较佳实施例所提供传输线的信号频率响应量测图；

图6是本发明所提供第二较佳实施例的传输线结构示意图；

图7是本发明所提供第三较佳实施例的传输线结构示意图；

图8是本发明所提供第四较佳实施例的传输线结构示意图；

图9是本发明所提供第五较佳实施例的结构示意图；

图10是本发明所提供第六较佳实施例的结构示意图；

图11是本发明所提供第七较佳实施例的结构示意图；

图12是现有悬臂式探针的探针卡顶视图；

图13是现有垂直式探针的探针卡结构示意图。

【主要元件符号说明】

1、2、3、4探针卡

10、60电路板           101上表面

102下表面              103、601测试区

104、602跳线区         105、106焊点

105a、106a信号焊点     105b、106b接地焊点

11信号线路             12接地线路

20、23、70探针座       21、231、74接地面

22、230固定环          23缺口

30、34、36、38传输线   31第一导线

311、321、411包覆体    312、322第一端

313、323第二端         32第二导线

33、35、43套管         37粘着物

40高频探针              41、81信号探针

410、500、811、821针尖

42、13地线              50、82接地探针

S11反射耗损曲线

S21插入耗损曲线

603探针区                701槽口

702槽底                  71壁面

72底座                   720通孔

73绝缘层                 80探针组

810、820末端             83固定片

5垂直式探针卡            5a电路板

5b空间转换器             5c探针

6探测针头                7晶片

具体实施方式

请参阅图1至图3所示本发明所提供的第一较佳实施例，为一用以高频量测的探针卡1，包括有一电路板10、一探针座20、多数个传输线30、多数个高频探针40及多数个接地探针50，该电路板10可定义出相对的一上表面101及一下表面102，以及外圈的一测试区103及内圈的一跳线区104，该电路板10上布设有电子电路，该跳线区104的上、下表面101、102上分别设有多数个金属焊点105、106，电子电路于该上表面101的测试区103电气连接至一测试机台(图中未示)，该测试机台可输出高频量测信号至该探针卡1，该上表面101的焊点105与该些传输线30电性连接，并与下表面101的焊点106直接电性导通，该下表面102的焊点106用以电性连接该些探针40、50，其中：

请配合图1参照，该电路板10的电子电路是有多数个信号线路11及接地线路12，于该上表面101测试区103中各该接地线路12为环绕于该信号线路11而相邻特定的间距，该些信号线路11供以传输该测试机台的测试信号，该些接地线路12电性导通至该测试机台的电位零点，有防止外部噪声干扰该信号线路11的电性防护作用，并作为各该信号线路11的特性阻抗参考基准，另请配合图3参照，该接地线路12于该电路板10内测试区103中具有共平面的导线布设，并设于该信号线路11下方与的相邻特定的间距，该电路板10内跳线区104中该信号线路11及接地线路12即用以将上表面101的焊点105直接正向电性导通至下表面102的焊点106。

请参阅如图2及图3所示的该探针座20，是设置于该电路板10下表面102的跳线区104内侧，具有一接地面21及一固定环22，该接地面21为具导电性的金属材料所制成，设于该电路板10上形成为环状的金属平面，该固定环22设于该接地面21上，用以固设各该探针40、50的身部，并使探针40、50的针尖部位露出该固定环22的环形缺口23中，该固定环22为具有绝缘及抗震特性的材料所制成，如本实施例所提供的环氧树脂材料。

请参阅如图3所示的各该传输线30，是于该测试区103内缘与电子电路电性连接，并延伸布设至该跳线区104与该些焊点105对应电性连接，具有一第一及一第二导线31、32，为具导电性的金属材料所制成的金属线，各该导线31、32上沿轴向的外圈具有一包覆体311、321，为具有良好绝缘特性的材质所制成的绝缘套管，最外层并有一套管33用以固定各该导线31、32，各该导线31、32的两端可分别界定出一第一端312、322及一第二端313、323，各该第一导线31的二端312、313分别电性连接该测试区103的信号线路11及一信号焊点105a，各该第二导线32的二端322、323分别电性连接该跳线区104的接地线路12及一接地焊点105b；另请配合图4参照，各该包覆体311、321不但可分别用以保护各该导线31、32免受氧化、污染或遭受损毁，且通过由各该包覆体311、321存在的特定厚度，使该套管33包围二该导线31、32时可维持相互紧邻且平行，各该导线31、32的相邻间距即为二该包覆体311、321的厚度。

请参阅如图2及图3所示的各该高频探针40，具有一信号探针41、一地线42及一套管43，各该信号探针41为具有适当硬度及导电性的金属导体，一端用以电性连接至电路板10上的一信号焊点106a，另一端为其针尖410部位用以接触待测电子元件(图中未示)可传递信号的导电凸块，且沿轴向的外圈包覆有一包覆体411，与上述该传输线30的包覆体311具有相同的功能特性，各该信号探针41的前段介于该固定环20与焊点106间为与该地线42并排设置且共同由该套管43紧密包覆，该地线42两端分别电性连接至一接地焊点106b及该接地面21，由于该信号焊点106a及接地焊点106b分别与上表面101的信号焊点105a及接地焊点105b直接电性导通，因此该信号探针41可传输电测信号至待测电子元件，该地线42则为电性接地并维持该信号探针41传输信号的特性阻抗；各该接地探针50同为具有适当硬度及导电性的金属导体，一端用以电性连接至电路板10上的接地焊点106b，另一端为其针尖500部位用以接触上述电子元件的接地导电凸块，其身部则与该接地面21电性连接，因此使该探针卡1的所有接地电位皆于该接地面21上形成有共接平面。

当该探针卡1测试区103的电子电路电气连接至上述测试机台，则通过由各该信号线路11传递电测信号至该第一导线31然后至该信号探针41，由于信号传输过程中邻近依序配合有该些接地线路12、第二导线32及地线42的设置，可因此有效传递高频信号使维持阻抗匹配的特性，并防止不必要的电性耦合效应，使该探针卡1具有极佳的高频电测可靠性；另由于各该传输线30为平行双导线的结构，信号特性阻抗主要取决于二导线31、32的相邻距离，以本实施例所提供的即为二该包覆体311、321的厚度，可维持二该导线31、32之间小于1毫米的间隙，却能使该第一导线31的特性阻抗控制于如传统同轴传输线所需50至75奥姆的标准规格，而不必如传统同轴传输线般受限于内部同轴导线周围绝缘材质的介电特性，使用有数毫米厚度的绝缘材质，请配合图5参照，为本实施例所提供该传输线30的频率特性曲线图，图中该传输线30的反射耗损(return loss)曲线S11自100MHz至高频GHz频段皆有极低的反射耗损，显示其于高频段有极佳的阻抗匹配特性，图中该传输线30的插入耗损(insertionloss)曲线S21更显示该传输线30于-3dB增益的通带(passband)限制频率可高至1.2GHz，具有良好的的高频信号传输品质，如此使该探针卡1在传输高频电测信号不但具有低损耗、匹配佳的特性，且各该传输线30为小于一毫米的线径，在该跳线区104上可设置多数但低空间密度的传输线30以供传递高频信号作大量电子元件的探测，更能有效避免跳线模块工程的困难度以致降低探针卡1的电路品质。

由于本发明所提供的传输线主要为以双导线的结构使提升信号传输的品质及降低传输线的空间设置密度，因此双导线的结构型态亦可如图6至图8所示，分别为本发明第二、第三及第四较佳实施例所提供的传输线34、36、38，其中：

图6参照，该传输线34具有该第一及一第二导线31、32以及包覆该第一导线31的包覆体311，最外层为由一套管35包围，同样可维持二该导线31、32相互紧邻且平行，各该导线31、32的相邻间距则仅为该包覆体311的厚度，如此可控制该第一导线31传递高频信号的特性阻抗为50奥姆的标准规格，更可缩小各该传输线34的线径使该些传输线34占有更小的空间密度。

图7参照，该传输线36具有该第一及一第二导线31、32以及包覆各该导线31、32的包覆体311、321，该二包覆体311、321之间则有一粘着物37相互固定，以维持二该导线31、32相互紧邻且平行，如此更可缩小该些传输线36所占的空间密度。

图8参照，该传输线38具有该第一及一第二导线31、32以及包覆各该导线31、32的包覆体311、321，该二导线31、32为相互缠绕的双绞线结构以维持相互紧邻，各该导线31、32的相邻间距即为二该包覆体311、321的厚度，使该传输线38较上述第一、第二及第三实施例所提供者占有更小的空间密度。

值得一提的是，上述该探针座20的设置主要为固定该些探针40、50，并通过由接地面21所提供的共接效果使该探针卡1有一共同的等电位接地平面，因此并不限定该接地面21的结构型态，若如图9所示本发明第五较佳实施例提供的一探针卡2，则以一探针座23取代上述第一较佳实施所提供，其中该探针座23具有一固定环230及一接地面231，该固定环230是直接设于该电路板10下表面102上并与上述实施例所提供者有相同的功能结构特性，该接地面231为设于该固定环230外环周围的侧壁上，供该些地线42及接地探针50电性连接，不但同样可提供为等电位接地的共平面，且由于该固定环230为固设于该电路板10而非如同上述实施例的该固定环22为透过该接地面21设于该电路板10上，因此该固定环230与电路板10之间并无金属构件，可避免金属随温度变化所发生的热涨冷缩效应使该固定环230发生位移现象，而导致该些探针40、50随的位移无法准确的用以点测电子元件。

另请参阅如图10所示本发明第六较佳实施例所提供的一垂直式探针卡3，包括有一电路板60、一探针座70、一探针组80及该些传输线30，其中：

该电路板60可定义出环形外圈的一测试区601及环形内圈的一跳线区602，该电路板60环形缺口中形成一探针区603，用以设置该探针座70，该电路板60测试区601是与上述第一较佳实施例所提供者同样具有该些信号线路11及接地线路12，并分别与各该传输线30的第一及一第二导线31、32电性连接，所相异者为该电路板60上更设有多个地线13电性连接该接地线路12，该些传输线30及地线13为自测试区601向跳线区602延伸设置然后连接至该探针座70上。

该探针座70为设于该电路板60中央环形缺口的一槽体，其槽口701向上可供该些传输线30及地线13延伸进入，具有沿该电路板60内环所设置的一壁面71以及构成其槽底702的一底座72，该底座72上依序迭设有一绝缘层73及一接地面74，该壁面71及接地面74皆为具导电性的金属材质所制成，该底座72及绝缘层73皆为具良好绝缘特性的材料所制成，该底座72上设有多数个通孔720，各通孔720大小为相当于各该第一导线31与其包覆有该包覆层311的线径，各该第一导线31连同其包覆层311穿过该接地面74延伸至绝缘层73内且各该第一导线31穿过通孔720后于该槽底702露出，该些第二导线32为电性连接该接地面74，各该地线13电性连接至该接地面74并穿过至该绝缘层73后使末端设于该槽底702露出，因此该探针座70的槽底702即有自该些通孔720中外露的第一导线31及地线13。

该探针组80设于该探针座70的槽底702上，具有多数个信号探针81及接地探针82，为具有适当硬度及导电性的金属导体，各该探针81、82是穿设于二固定片83上形成直立状，该二固定片83为具良好绝缘特性的材料所制成，使各该信号探针81的末端810于该通孔7 20中对应至一该第一导线31与的电性连接，各该接地探针82的末端820于该通孔720中对应至一该地线13与的电性连接，且各该探针81、82的针尖811、821外露可用以点触待测电子元件。

因此该探针卡3是直接以该些传输线30传递电测信号至信号探针81接触待测电子元件，并无如上述实施例的电路板10于跳线区104所设置的焊点105、106，使电测信号需纵向通过该电路板10才传至高频探针40上，因此可避免高频信号在电路板60内层传递可能发生的介电耗损或因阻抗不匹配而发生的反射耗损情形，使该探针卡3不但同样有低密度设置空间且高品质传输的该些传输线30，更能维持高频信号传输的特性阻抗以获得更佳的电测可靠性。

当然上述该探针卡3中该探针座70所提供的接地等电位平面并不限定于该接地面74的连接设置结构，亦可如图11所示，为本发明第七较佳实施例所提供的一探针卡4，较的于上述该探针卡3为直接省去该接地面74的设置而利用该壁面71作为等电位接地共平面，使该些第二导线32及地线13电性连接该壁面71，并将该壁面71直接与各该接地探针82电性连接，同样具有本发明所欲达成的功效。

唯，以上所述，仅为本发明的较佳可行实施例而已，故举凡应用本发明说明书及申请专利范围所为的等效结构变化，理应包含在本发明的专利范围内。

Claims (22)

1.一种高频探针卡，其特征在于包括有：

一电路板，是布设有多数个信号线路及接地线路，与各该信号线路相邻的间距上设有至少一该接地线路，该些接地线路电性导通至电位零点；

多数条传输线，设于该电路板上，各该传输线具有一第一及一第二导线，各该第一及一第二导线为具导电性的金属材料所制成的金属线，该第一及一第二导线为相邻特定之间距且分别电性连接该信号线路及该接地线路；以及

多数个信号探针及至少一接地探针，皆为具导电性的金属材料所制成，各该信号探针是电性连接该第一导线，各该接地探针是电性导通至电位零点。

2.依据权利要求1所述的高频探针卡，其特征在于，所述该电路板界定出相对的一上表面及一下表面，以及环绕于外圈的一测试区及内圈的一跳线区，于该上表面的测试区中各该接地线路为环绕于该信号线路而相邻特定之间距。

3.依据权利要求2所述的高频探针卡，其特征在于，所述该跳线区的上、下表面上分别设有多数个金属焊点，该些焊点区分为多数个信号焊点及接地焊点，该上表面的各该信号焊点及接地焊点是分别由该信号线路及该接地线路正向导通至下表面的一该信号焊点及一该接地焊点，该上表面的各该信号焊点与该第一导线电性连接，该下表面的各该信号焊点与该信号探针电性连接。

4.依据权利要求1所述的高频探针卡，其特征在于，所述该电路板上设有一探针座，供以设置各该信号探针及接地探针，该探针座具有一接地面，为具导电性的金属材料所制成，各该接地探针是电性连接该接地面。

5.依据权利要求4所述的高频探针卡，其特征在于，所述各该信号探针并排设置有一地线，该地线是电性连接该接地线路及该接地面。

6.依据权利要求5所述的高频探针卡，其特征在于，所述各该信号探针沿轴向的外圈包覆有一包覆体，该包覆体为具有良好绝缘特性的材质所制成，该信号探针与该地线的相邻间距即为该包覆体管壁的厚度。

7.依据权利要求4所述的高频探针卡，其特征在于，所述该探针座具有一固定环，用以固设各该接地探针及信号探针的身部，并使各该接地探针及信号探针的针尖部位露出该固定环的环形缺口中，该固定环为具有绝缘及抗震特性的材料所制成。

8.依据权利要求7所述的高频探针卡，其特征在于，所述该固定环设于该电路板上，该接地面为设于该固定环外环周围的侧壁上。

9.依据权利要求1所述的高频探针卡，其特征在于，所述该电路板为环形结构，环形缺口中设有一探针座所构成的槽体，该探针座具有一槽底及一槽口，构成该槽底的一底座上设有一绝缘层，该底座及绝缘层皆为具良好绝缘特性的材料所制成，该些传输线自该电路板上向该槽口延伸设置至该探针座中，各该第一导线穿过该绝缘层及该底座自该槽底露出。

10.依据权利要求9所述的高频探针卡，其特征在于，所述各该信号探针设于该槽底并与该第一导线相接设。

11.依据权利要求10所述的高频探针卡，其特征在于，所述该电路板上更设有至少一地线电性连接该接地线路，该地线为具导电性的金属材料所制成的金属线，该地线自该电路板上向该槽口延伸设置至该探针座中，并穿过该绝缘层及该底座自该槽底露出。

12.依据权利要求11所述的高频探针卡，其特征在于，所述该绝缘层上设有一接地面，为具导电性的金属材质所制成，各该第二导线及该地线是与该接地面电性连接。

13.依据权利要求12所述的高频探针卡，其特征在于，所述各该接地探针设于该槽底并与该地线相接设。

14.依据权利要求10所述的高频探针卡，其特征在于，所述该探针座具有一壁面，沿该电路板内环的周围所设置，该壁面为具导电性的金属材质所制成，各该第二导线接设于该壁面上与的电性连接，各该接地探针电性连接该壁面。

15.一种传输线，其特征在于，包括有：

一第一及一第二导线，为具导电性的金属材料所制成的金属线，该第一及第二导线为相邻特定之间距，该第一导线用以传输高频信号并维持有特定的信号特性阻抗，该第二导线电性连接至电位零点；以及，

至少一包覆体，为不具导电性的绝缘材质所制成的管状套体，该至少一包覆体沿该第一导线的轴向包覆该第一导线。

16.依据权利要求15所述的传输线，其特征在于，所述该至少一包覆体的内径为该第一导线的线径。

17.依据权利要求16所述的传输线，其特征在于，所述该第一及第二导线的相邻间距即为该至少一包覆体管壁的厚度。

18.依据权利要求15所述的传输线，其特征在于，所述该第一及第二导线的相邻间距为小于1毫米之间隙。

19.依据权利要求15所述的传输线，其特征在于，所述具有二该包覆体，分别包覆该第一及第二导线，该二包覆体为相互紧邻接触。

20.依据权利要求15所述的传输线，其特征在于，所述具有一套管，该套管内沿其轴向即设置该第一及第二导线。

21.依据权利要求20所述的传输线，其特征在于，所述该套管的内径为该至少一包覆体的外径与该第二导线的线径的总和。

22.依据权利要求20所述的传输线，其特征在于，所述该套管的内径为二该包覆体的外径总和。

Images