TW201814296A - 插銷式探針 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種插銷式探針，包含：一針頭，其一端具有一插銷：一針尾，具有一對應於該插銷之插銷孔；一彈性件，與該針頭和該針尾連接。該針頭之該插銷之至少一部份插入該針尾之該插銷孔內，並且當該彈性件沿著直線運動時，該插銷隨之在該插銷孔內移動。
Description
本發明是關於一種插銷式探針，特別是關於一種用於探針卡之插銷式探針。
近年來，隨著電子產品朝向精密與多功能化發展，應用在電子產品內的積體電路之晶片結構也趨於複雜。在製造時為了確保晶片的電氣品質，在將晶片封裝前會先進行晶片級量測。現今的晶片量測方法係採用探針卡(Probe card)來測試晶片，並且根據探針的型態可分為懸臂式探針卡(cantilever probe card)與垂直式探針卡(vertical probe card)。在使用上，藉由將探針卡的探針直接與晶片的接觸墊(pad)或凸塊(bump)電性接觸，再經由探針卡的電路板將電氣訊號連接到測試機(Tester)，使測試機傳送測試訊號到晶片或接收來自晶片的輸出訊號，進而達到量測晶片的電氣特性之功效，並且使用者可根據量測的結果將不良晶片剔除，以節省不必要的封裝成本。
請參照第1圖，其顯示一種習知的彈簧式探針10之結構示意圖。該彈簧式探針10包含一針頭11以及一彈性件12，該彈性件12之一端與該針頭11焊接，並且該彈性件12之另一端組裝在探針卡上。請參照第2圖，其顯示另一種習知的彈簧式探針20之結構示意圖。該彈簧式探針20包含一 針頭21、一彈性件22以及一針尾23。該彈簧式探針20與該彈簧式探針10大致相似，差別在於，該彈簧式探針20之該彈性件22的兩端分別與該針頭21和該針尾23焊接，並且將該針尾23之另一端與探針卡組裝。此外，該彈簧式探針20還可包含一定位套管(未繪示於圖中)，套設在該彈性件22之外，用於限制該彈性件22只可在一直線上進行往復運動，進而確保該針頭21和該針尾23的對應位置不會產生橫移。
當藉由習知的該彈簧式探針10、20進行量測時，會先將該針頭11、21與晶片的接觸墊或凸塊的位置對準，接著再對該彈簧式探針10、20施加一壓力，以確保該針頭11、21能與該晶片有效地電性接觸，進而經由該彈簧式探針10、20傳遞電流。也就是說，流經的電流必需透過該彈性件12、22傳遞。一般而言，由於為了確保該彈性件12、22彈性形變能力，該彈性件12、22的彈性材料必須具有一較小的截面積。然而，當載運的電流超過彈性件12、22的最大耐電流時，該彈性件12、22容易因過熱而導致形變，也就是所謂的燒針現象。另一方面，當該彈簧式探針10、20進行高速的訊號傳遞時，由於該彈性件12、22的傳輸路徑太長，容易產生電感效應，進而影響訊號的品質。
有鑑於此，有必要提供一種改良的探針結構，以解決習知技術所存在的問題。
為解決上述技術問題，本發明之目的在於提供一種探針，具有一特殊的導電結構，連接且形成在針頭與針尾上，作為主要電流與訊號傳遞的元件。並且該導電結構具有一定尺寸的截面積，故可避免當載運的 電流超過該導電結構的最大耐電流時，該導電結構會因過熱而產生燒針現象。再者，該導電結構係採用直線無彎折的構型，使得電流與訊號是經由該導電結構的直線路徑傳遞，故可達到高頻與高速傳遞之功效，並且訊號傳遞時產生的電感也相對較小。
為達成上述目的，本發明提供一種插銷式探針，包含：一針頭，其一端具有一插銷，另一端具有一針尖：一針尾，與該針頭設置在同一軸線上且該針尾具有一對應於該插銷之插銷孔，其中該針頭之該插銷之至少一部份插入該針尾之該插銷孔內；一彈性件，與該針頭和該針尾連接，且由彈性材料構成並且環繞在該針頭之該插銷外，其中藉由在該針頭施加或釋放一壓力，使得該彈性件沿著一直線運動，並且當該彈性件沿著該直線運動時，該插銷隨之在該插銷孔內移動。
於本發明其中之一較佳實施例中，該針尾之該插銷孔包含一開口端和一底端，當該彈性件未被壓縮時，該插銷的末端與該插銷孔的底端相隔一距離，以及當該彈性件被壓縮時，該距離隨之縮短。
於本發明其中之一較佳實施例中，該針頭之該插銷的外表面與該針尾之該插銷孔的內表面接觸。
於本發明其中之一較佳實施例中，該針尾之該插銷孔的該內表面的材料包含具有低摩擦係數的導電材料。
於本發明其中之一較佳實施例中，該具有低摩擦係數的導電材料包含石墨。
於本發明其中之一較佳實施例中，該針頭之該插銷的截面積大於該彈性件之該彈性材料的截面積。
於本發明其中之一較佳實施例中，該針頭之該插銷為一直線無彎折的柱狀結構。
於本發明其中之一較佳實施例中，該針頭還包含一第一固定塊設置於其上，以及在該彈性件之第一端口上形成有一對應於該第一固定塊之第一卡合槽，該彈性件藉由該第一卡合槽與該第一固定塊銜接而與該針頭連接。
於本發明其中之一較佳實施例中，該針尾還包含一第二固定塊設置於其上，以及在該彈性件之一相對該第一端口之第二端口上形成有一對應於該第二固定塊之第二卡合槽，該彈性件藉由該第二卡合槽與該第二固定塊銜接而與該針尾連接。
於本發明其中之一較佳實施例中，該針頭和該針尾由一內層導電材料和一外層導電材料組合構成，且該外層導電材料包覆在該內層導電材料之外。
於本發明其中之一較佳實施例中，該外層導電材料的導電度高於該內層導電材料，以及該內層導電材料的硬度高於該外層導電材料。
於本發明其中之一較佳實施例中，該針頭之該插銷與該針尖為一體成型。
10、20‧‧‧彈簧式探針
11、21‧‧‧針頭
12、22‧‧‧彈性件
23‧‧‧針尾
30‧‧‧插銷式探針
31‧‧‧針頭
311‧‧‧插銷
3111‧‧‧外表面
3112‧‧‧末端
312‧‧‧針頭段
313‧‧‧針尖
32‧‧‧彈性件
321‧‧‧第一端口
322‧‧‧第二端口
33‧‧‧針尾
331‧‧‧插銷孔
3311‧‧‧開口端
3312‧‧‧底端
3313‧‧‧內表面
341‧‧‧第一固定塊
342‧‧‧第一卡合槽
351‧‧‧第二固定塊
352‧‧‧第二卡合槽
X、Y、Z‧‧‧方向
D‧‧‧距離
A-A‧‧‧對應至第5圖的截線
B-B‧‧‧對應至第7圖的截線
第1圖顯示一種習知的彈簧式探針之結構示意圖；第2圖顯示另一種習知的彈簧式探針之結構示意圖；第3圖顯示一種根據本發明之較佳實施例的插銷式探針之立體爆炸 圖；第4圖顯示第3圖之插銷式探針之立體組合圖；第5圖顯示沿著第4圖之A-A截線之剖面示意圖；第6圖顯示第4圖之插銷式探針於受壓後之作動示意圖；以及第7圖顯示沿著第6圖之B-B截線之剖面示意圖。
為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
請參照第3圖，其顯示一種根據本發明之較佳實施例的插銷式探針30之立體爆炸圖。該插銷式探針30是用於組裝在一探針卡的探針裝置上，包含一針頭31、一彈性件32以及一針尾33，該彈性件32與該針頭31和該針尾33連接。該針頭31與該針尾33設置在同一軸線(即X軸)上。該彈性件32由彈性材料構成並且環繞在該針頭之該插銷外。該針頭31包含一針頭段312和一與該針頭段312連接之插銷311。並且該針頭段312具有一針尖313，該針尖313可採用平頭狀、圓頭狀、尖頭狀(如第3圖所示)、或多爪狀等構型，不侷限於此。較佳地，整個針頭31為一體成型，亦即，該針頭段312、該針尖313與該插銷311係一體成型。另外，該針尾33的主體結構為一柱狀體(如第3圖所示的圓柱體)，然而在其他實施例中亦可採用不同的幾何柱體，不侷限於此。如第3圖所示，該針尾33的中心形成有一插銷孔331，該插銷孔331的位置、大小與形狀係對應於該針頭31之該插銷311。應當注意的是，雖然在第3圖中繪示的該插銷311係呈現四邊柱狀的結構以及該插銷孔331的開口係採用方形口，然而在不同實施例中亦可將該插銷311 與該插銷孔331採用不同的幾何構型，只須確保兩者結構可互相匹配。
請參照第3圖和第4圖，第4圖顯示第3圖之插銷式探針30之立體組合圖。該針頭31具有一對第一固定塊341設置於其上，以及該針尾33具有一對第二固定塊351設置於其上。該彈性件32包含一第一端口321和相對該第一端口321之一第二端口322。在該彈性件32之該第一端口321上形成有一對與該對第一固定塊341相對設置的第一卡合槽342，以及在該彈性件32之該第二端口322上形成有一對與該對第二固定塊351相對設置的一對第二卡合槽352。如第4圖所示，當該針頭31、該彈性件32和該針尾33三者組裝在一起時，該彈性件32藉由該第一卡合槽342與該第一固定塊341銜接而與該針頭31連接，以及該彈性件32還藉由該第二卡合槽352與該第二固定塊351銜接而與該針尾33連接。因此，藉由上述元件的設置可使得該針頭31、該彈性件32和該針尾33三者穩固地連接在一起，且藉由該第一固定塊341和該第一卡合槽342以及該第二固定塊351和該第二卡合槽352可互相卡合，使得該針頭31、該彈性件32和該針尾33三者的位置不會發生相對的旋轉偏移。應當注意的是，上述該第一固定塊341、該第一卡合槽342、該第二固定塊351和該第二卡合槽352的數量以及形狀大小僅為示例，不局限於此。
請參照第5圖，其顯示沿著第4圖之A-A截線之剖面示意圖。該針尾33之該插銷孔331包含一開口端3311、一底端3312和一內表面3313。該插銷311之至少一部份插入該插銷孔331內，該針頭31之該插銷311的外表面3111與該針尾33之該插銷孔331的該內表面3313會互相接觸。應當注意的是，該插銷式探針30之該針頭31和該針尾33是由導電材料(例如金屬或石墨)形成。因此，當電流流經過該插銷式探針30時，藉由互相接觸的該內 表面3313與該外表面3111可使電流可在該插銷式探針30上順利地傳遞。另外，當該彈性件32未被壓縮時，該插銷311的末端3112與該插銷孔331的底端3312相隔一距離D。可以理解的是，該距離D界定出該插銷311在該插銷孔331內作相對移動時的運動空間。
請參照第6圖和第7圖，第6圖顯示第4圖之插銷式探針30於受壓後之作動示意圖，以及第7圖顯示沿著第6圖之B-B截線之剖面示意圖。由於該彈性件32是由一彈性材料構成(例如捲繞形成)，因此藉由在該針頭31施加或釋放一壓力，可使得該彈性件32沿著一直線(X方向上的直線)運動(例如往復運動)，進而當該彈性件32沿著該直線運動時，該針頭31之該插銷311隨之在該插銷孔331內移動。詳言之，當對該插銷式探針30之該針頭31施加一壓力F使該彈性件32被壓縮而產生彈性形變後，該插銷311的末端3112與該插銷孔331的底端3312相隔的該距離隨之縮短。即，該插銷311之該末端3112朝該插銷孔331之該底端3312靠近，最終可抵靠於該底端3312。亦即，前述距離D最終可為0。反之，當釋放該壓力F時，該插銷311之該末端3112遠離該插銷孔331之該底端3312。應當注意的是，該彈性件32與該針頭31之該插銷311兩者之間不會產生結構上的干涉，進而確保該彈性件32能順利地作動。
當藉由組裝有該插銷式探針30之探針卡進行晶片量測時，該插銷式探針30之該針尾33會與探針卡之電路板上的一接觸墊(例如金屬焊墊、金屬凸塊、錫球等)電性連接，並且該針頭31之該針頭段312會先與待測元件(例如晶片)之相對應的接觸墊(pad)或凸塊(bump)的位置對準，接著再對該插銷式探針30施加一壓力F使該彈性件32產生彈性形變，以確保 該針頭31能與該晶片有效地電性接觸，進而經由該探針卡的該電路板將電氣訊號連接到測試機(Tester)，使測試機傳送測試訊號到該待測元件或接收來自該待測元件的輸出訊號，以達到量測該待測元件之電氣特性之功效，並且使用者可根據量測的結果將不良待測元件剔除，以節省不必要的封裝成本。
可以理解的是，由於集膚效應(Skin effect)的影響，電流在導體上傳遞時容易集中在導體的表面。因此，為了提高電流的傳遞效率，在本發明中該針頭31和該針尾33皆係由一內層導電材料和一外層導電材料組合構成，且該外層導電材料包覆在該內層導電材料之外。並且，該外層導電材料係選用相對於該內層導電材料具有較高導電度的材料。再者，為了提高整體結構的強度，該內層導電材料係選用相對於該外層導電材料具有較高硬度的材料。較佳地，該外層導電材料可選用導電度較佳的金或銀或它們的合金，以及該內層導電材料可選用剛性硬度較高的銅或鐵或它們的合金。另外，為了使該插銷311能在該插銷孔331內順利地滑動，該插銷孔331之該內表面3313的材質較佳地係選用低摩擦係數較小的材料，例如石墨。
此外，該彈性件32可選擇採用導電材料或者是絕緣材料製成。倘若該彈性件32是採用絕緣材料製成，電流依然可順利地在該插銷式探針30上傳遞。另一方面，倘若該彈性件32是採用導電材料製成，由於從一橫截面(即YZ平面)視之時，該針頭31之該插銷311的截面積相對大於該彈性件32之彈性材料的截面積，因此電流主要還是藉由該插銷311傳遞，並且該彈性件32可進一步發揮分擔電流傳遞的功能。再者，為了形成具有較 小構型和高共面度與高精細度的該插銷式探針30，本發明較佳地係採用微機電製程(Microelectromechanical Systems，MEMS)來製造該插銷式探針30。此外，藉由微影技術搭配電鍍的方法製造該針頭31與該針尾33，可有效地調整該針頭31之該插銷311與該針尾33之該插銷孔331的構型，以控制該插銷311之該外表面3111與該插銷孔331之該內表面3313具有較大電性接觸面積。
綜上所述，在本發明中由於是藉由具有較大截面積的該針頭31之該插銷311進行電流的傳遞，而非藉由該彈性件32的螺旋彈性結構，故可避免當載運的電流超過彈性件32的最大耐電流時，該彈性件32的彈性材料(如第4圖所示的螺旋彈簧結構)會因過熱而產生燒針現象。另外，由於該針頭31之該插銷311為一直線無彎折的柱狀結構，因此訊號是經由該插銷311的直線路徑傳遞，而非由該彈性件32的螺旋路徑傳遞，故有效地縮短訊號的傳遞路徑，進而達到高頻與高速傳遞之功效，並且訊號傳遞時產生的電感也相對較小。
雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (12)
- 一種插銷式探針，包含：一針頭，其一端具有一插銷，另一端具有一針尖：一針尾，與該針頭設置在同一軸線上且該針尾具有一對應於該插銷之插銷孔，其中該針頭之該插銷之至少一部份插入該針尾之該插銷孔內；一彈性件，與該針頭和該針尾連接，且由彈性材料構成並且環繞在該針頭之該插銷外，藉由在該針頭施加或釋放一壓力，使得該彈性件沿著一直線運動，並且當該彈性件沿著該直線運動時，該插銷隨之在該插銷孔內移動。
- 如申請專利範圍第1項所述之插銷式探針，其中該針尾之該插銷孔包含一開口端和一底端，當該彈性件未被壓縮時，該插銷的末端與該插銷孔的底端相隔一距離，以及當該彈性件被壓縮時，該距離隨之縮短。
- 如申請專利範圍第1項所述之插銷式探針，其中該針頭之該插銷的外表面與該針尾之該插銷孔的內表面接觸。
- 如申請專利範圍第3項所述之插銷式探針，其中該針尾之該插銷孔的該內表面的材料包含具有低摩擦係數的導電材料。
- 如申請專利範圍第4項所述之插銷式探針，其中該具有低摩擦係數的導電材料包含石墨。
- 如申請專利範圍第1項所述之插銷式探針，其中該針頭之該插銷的截面積大於該彈性件之該彈性材料的截面積。
- 如申請專利範圍第1項所述之插銷式探針，其中該針頭之該插銷為一直線無彎折的柱狀結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之插銷式探針，其中該針頭還包含一第一固定塊設置於其上，以及在該彈性件之第一端口上形成有一對應於該第一固定塊之第一卡合槽，該彈性件藉由該第一卡合槽與該第一固定塊銜接而與該針頭連接。
- 如申請專利範圍第8項所述之插銷式探針，其中該針尾還包含一第二固定塊設置於其上，以及在該彈性件之一相對該第一端口之第二端口上形成有一對應於該第二固定塊之第二卡合槽，該彈性件藉由該第二卡合槽與該第二固定塊銜接而與該針尾連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之插銷式探針，其中該針頭和該針尾由一內層導電材料和一外層導電材料組合構成，且該外層導電材料包覆在該內層導電材料之外。
- 如申請專利範圍第10項所述之插銷式探針，其中該外層導電材料的導電度高於該內層導電材料，以及該內層導電材料的硬度高於該外層導電材料。
- 如申請專利範圍第1項所述之插銷式探針，其中該針頭之該插銷與該針尖為一體成型。
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