TWI565951B - 探針頭 - Google Patents

Description

探針頭

本發明是有關於一種探針頭，特別是有關於一種垂直式探針卡的探針頭。

請參閱第6圖所示習知之垂直式探針卡4，主要包含有電路板40、設於電路板40之下表面的空間轉換器41以及設於空間轉換器41之探針頭42，其中探針頭42具有上導板420、下導板421、設於上、下導板421、422之間的定位片423以及複數個穿設於上、下導板421、422與定位片423之探針420。在組裝時，可先將定位片423支撐至相對於下導板422有一預定之高度後，再使各探針420穿過定位片423及下導板422。最後，於定位片423上覆蓋上導板421以維持各探針420直立狀態，再透過凸出於上導板421之各探針420與空間轉換器41的下表面接點電性連接。另外，空間轉換器41的上表面接點又與電路板40電性連接，且空間轉換器41的上表面上兩相鄰接點的間距(Pitch)會大於其下表面上兩相鄰接點的間距。因此，探針卡4能透過各探針420凸出於下導板422之針尖部位點觸晶圓的晶粒(待測元件)接點，以執行測試工程。若定位片423於探針頭42中並未被固定，則在探針420接觸待測元 件時，定位片423會隨探針420作上下位移。相反地，若定位片423於探針頭42中被固定，則在探針420接觸待測元件時，探針420的位置會被定位片423限制，使得探針420位置不佳，可能導致探針420與待測元件接點或空間轉換器41的接點的電性接觸不佳，或者導致探針420的損壞。

再者，實際應用上，測試探針經過長時間的使用後難免需進行更換等維修工程，故在維修上述習知探針卡4的探針頭42之探針420時，須先將上導板421取下後，才將欲更換的探針420抽取出。然而，由於定位片423為可撓性材料，若無適當支撐使其固定，則會發生變形，且面積越大其變形下垂的現象將更加明顯。不僅如此，在更換其中一探針420時，若此探針420勾到定位片423而鼓起，將會造成其他探針420同時脫離定位片423，使得探針420失去固定，並造成後續組裝作業必須重新進行，如此增加了探針420維修的困難度以及更多的人工時間成本，更甚者使翻起的探針420損毀而增加成本支出。

有鑑於此，本發明之一目的在於提出一種可解決上述問題的探針頭。

為了達到上述目的，依據本發明之一實施方式，一種探針頭包含第一導位板、第二導位板、間隔件、定位組件以及複數個探針。第二導位板與第一導位板疊置。一容置空間形成於第一導位板與第二導位板之間。間隔件設置於第二導位 板，並位於容置空間中。定位組件支撐於間隔件上，並可移動地限位於間隔件與第一導位板之間。定位組件包含支撐框以及輔助膜。支撐框包含至少一肋部。輔助膜固定至支撐框。探針穿設第一導位板、第二導位板與輔助膜，並形成複數個探針區。探針區中的至少兩相鄰者之間形成非探針區。肋部位於非探針區。

根據上述結構配置，本發明的探針頭包含可在第一導位板與第二導位板之間浮動的定位組件，其中定位組件的輔助膜可對穿設的探針進行定位，而定位組件的支撐框可用來支撐或限位輔助膜，進而避免輔助膜在正常使用時明顯下垂，或避免在更換探針時發生翻膜問題(即，在更換某一探針時因勾到輔助膜而造成其他探針脫離輔助膜)而失去固定。具體來說，支撐框是藉由延伸於相鄰兩探針區之間的區域的肋部來支撐或限位輔助膜。藉由支撐框的肋部延伸至探針區之間的區域，即可避免輔助膜在探針區周遭的部分(特別是探針區之間的部分)的變形量過大，進而可避免上述下垂與翻膜問題。

1、2、3‧‧‧探針頭

10、20‧‧‧第一導位板

100、200‧‧‧通孔

11‧‧‧第二導位板

12、32‧‧‧間隔件

120‧‧‧螺孔

13、33‧‧‧定位組件

130、330‧‧‧支撐框

130a、330a‧‧‧框體

130b、330b‧‧‧肋部

131、331‧‧‧輔助膜

132‧‧‧穿孔

14‧‧‧探針

15‧‧‧螺絲

150‧‧‧頭部

151‧‧‧螺紋部

26‧‧‧中介板

35‧‧‧磁性元件

A‧‧‧方向

L1‧‧‧第一長度

L2‧‧‧第二長度

W‧‧‧寬度

Z1‧‧‧探針區

Z2‧‧‧非探針區

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為繪示本發明一實施方式之探針頭的上視圖。

第2圖為繪示第1圖中之探針頭沿著線段2-2’的剖面示意圖。

第3圖為繪示本發明另一實施方式之探針頭的剖面示意圖。

第4圖為繪示本發明另一實施方式之探針頭的剖面示意圖。

第5圖為繪示本發明另一實施方式之探針頭的剖面示意圖。

第6圖為繪示習知之垂直式探針卡的示意圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。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。

請參照第1圖以及第2圖。第1圖為繪示本發明一實施方式之探針頭1的上視圖。第2圖為繪示第1圖中之探針頭1沿著線段2-2’的剖面示意圖。如圖所示，於本實施方式中，探針頭1包含第一導位板10、第二導位板11、間隔件12、定位組件13以及複數個探針14。以下將詳細介紹各元件的結構、功能以及各元件之間的連接關係。

第二導位板11與第一導位板10疊置。一容置空間形成於第一導位板10與第二導位板11之間。間隔件12設置於第二導位板11，並位於容置空間中。於一實施方式中，第一導 位板10與第二導位板11可以螺絲鎖固的方式相互固定，但本發明並不以此為限。

定位組件13支撐於間隔件12上，並可移動地限位於間隔件12與第一導位板10之間。換句話說，間隔件12與第一導位板10之間的距離大於定位組件13的厚度。定位組件13包含支撐框130以及輔助膜131。支撐框130包含至少一肋部130b。輔助膜131固定至支撐框130，且由不具導電性之絕緣物質所製成。

探針14穿設第一導位板10、第二導位板11與輔助膜131上所開設的針孔，並形成複數個探針區Z1。探針14為具良好導電性之金屬材質所製成。於實際應用中，每一探針區Z1可用以點測晶圓電路上的至少一待測元件(Device Under Test,DUT)，待測元件即是指晶粒。

於本實施方式中，輔助膜131面向第一導位板10，並且支撐框130面向間隔件12。於本實施方式中，輔助膜131黏固至支撐框130。特別來說，支撐框130還包含框體130a，肋部130b連接於框體130a的內緣，而輔助膜131同時黏固至支撐框130的框體130a與肋部130b。特別來說，探針區Z1中的至少兩相鄰者之間形成非探針區Z2。肋部130b位於非探針區Z2。藉此，支撐框130可用來支撐或限位輔助膜131，進而避免輔助膜131在探針區Z1周遭的部分(特別是輔助膜131對應於非探針區Z2的部分)的變形量過大，進而可避免上述下垂與翻膜問題(即，在更換某一探針14時因勾到輔助膜131而造成輔助膜131上升，使得其他探針14脫離輔助膜131)。具 體來說，藉由支撐框130支撐或限位輔助膜131，可避免輔助膜131在正常使用時明顯下垂，或避免在更換探針14時發生翻膜問題而失去固定。

於一實施方式中，輔助膜131的一側邊的長度大於10毫米。對於側邊的長度大於10毫米的輔助膜131來說，由於其面積較大，在探針頭1正常使用時或更換探針14時往往變形量會過大。藉由支撐框130用來支撐或限位輔助膜131，即可有效地抑制輔助膜131的變形量過大的問題。

於本實施方式中，第一導位板10具有通孔100。探針頭1還包含固定件。固定件用以經由第一導位板10的通孔100可拆卸地將定位組件13固定至間隔件12。具體來說，於本實施方式中，間隔件12具有螺孔120，且固定件為螺絲15，用以鎖固至間隔件12的螺孔120，進而將定位組件13固定至間隔件12。在組裝探針頭1時，可先藉由螺絲15與螺孔120間的鎖固結構將定位組件13鎖固於第二導位板11上後，再將各探針14分別穿過第二導位板11與輔助膜131上所開設的針孔，以維持探針14之針立狀態。接著，將探針14準確對位於該第一導位板10上之針孔以蓋上第一導位板10，之後再將螺絲15取出，即可使定位組件13於橫向、縱向上具有微量的浮動自由度，因此完成探針頭1之組裝。由此可知，本實施方式的探針頭1中的各探針14在接觸所有待測元件時，輔助膜131可隨探針14作上下位移。因此，相較於習知固定式定位片，探針14的位置並不會被本實施方式的輔助膜131所限制，使得探針14可維持較佳的位置，進而可有效避免探針14與待測元件接點或 空間轉換器(圖未示)的接點的電性接觸不佳，或者探針14損壞的問題發生。

相對地，當部分之探針14需進行更換時，可先將螺絲15穿過第一導位板10之通孔100以及定位組件13的穿孔132，並與間隔件12的螺孔120相互鎖設，因而可將定位組件13固定於第二導位板11上。接著，將第一導位板10取下，最後再將欲更換探針14抽取出，重新穿入良好的探針14，即可有效完成探針14的更換。

進一步來說，螺絲15具有頭部150以及螺紋部151。螺紋部151用以穿過定位組件13的穿孔132而鎖固至間隔件12的螺孔120，且頭部150用以壓抵定位組件13至間隔件12。

然而，本發明並不以此為限，於實際應用中，定位組件13可以不具有穿孔132，螺紋部151直接鎖固至間隔件12的螺孔120，且頭部150壓抵定位組件13的邊緣至間隔件12，同樣可達到將定位組件13固定至間隔件12的目的。

於一實施方式中，第二導位板11與間隔件12可為一體成型的結構。

於一實施方式中，探針14所形成的探針區Z1的數量並不以第1圖為限，可依據需求而彈性地變化。

於一實施方式中，如第1圖所示，本發明的探針14的探針區Z1是以跳IDUT的方式進行設置。當每一探針區Z1預設為點測一待測元件時，兩相鄰探針區Z1之間的區域可能有其他待測元件被跳過而未被點測，而這就是所謂的跳DUT點測。藉此，支撐框130的肋部130b即可設置於被跳過而未被 點測之待測元件所對應的區域，即非探針區Z2，以對此區域進行有效地利用。

具體來說，請參照第1圖，於本實施方式中，兩相鄰探針區Z1實質上沿著方向A排列。此兩相鄰探針區Z1在方向A上各具有第一長度L1。兩相鄰探針區Z1之間的非探針區Z2在方向A上具有第二長度L2，並且第二長度L2大於第一長度L1。舉例來說，當非探針區Z2對應至跳一個待測元件的情況時，由於每一探針區Z1僅涵蓋一個待測元件的範圍，而非探針區Z2的範圍須涵蓋一個待測元件以及與兩側相鄰的待測元件之間所設有的切割道的範圍，因此上述第二長度L2會大於第一長度L1。當非探針區Z2對應至跳多個待測元件的情況時，由於非探針區Z2的範圍須涵蓋多個待測元件以及多個切割道的範圍，因此上述第二長度L2更必然會大於第一長度L1。也就是說，具有上述長度限制的非探針區Z2可對應至跳一或多個待測元件的情況。

此外，位於非探針區Z2之肋部130b在方向A上具有寬度W，並且寬度W小於非探針區Z2的第二長度L2藉此，當探針頭1被使用來沿著上述方向A移動以測試待測元件時，輔助膜131對應於非探針區Z2的部分可受支撐框130的肋部130b所支撐。

請參照第3圖，其為繪示本發明另一實施方式之探針頭1的剖面示意圖。如圖所示，於本實施方式中，探針頭1同樣包含第一導位板10、第二導位板11、間隔件12、定位組件13、複數個探針14以及固定件。這些元件的結構、功能以 及各元件之間的連接關係皆與第2圖所示之實施方式大致相同，因此可參照前述相關說明，在此不再贅述。在此要說明的是，本實施方式與第2圖所示之實施方式的差異之處，在於本實施方式中的定位組件13的設置方位與第2圖所示之實施方式相反。

具體來說，於本實施方式中，定位組件13的支撐框130面向第一導位板10，並且定位組件13的輔助膜131面向間隔件12。並且，輔助膜131僅黏固至支撐框130的框體130a。在此配置之下，即使輔助膜131並未黏固至支撐框130的肋部130b，在將某一探針14向上抽出以進行更換時，位於輔助膜131上方的支撐框130仍可對輔助膜131限位，進而可防止輔助膜131向上鼓起，同樣可避免前述翻膜問題的發生。因此，本實施方式的探針頭1可採用面積較小的輔助膜131，因為即使輔助膜131並未黏固至支撐框130的肋部130b，面積較小的輔助膜131在正常使用時的下垂變形量也不會很明顯，並不影響其定位探針14的功能。

請參照第4圖，其為繪示本發明另一實施方式之探針頭2的剖面示意圖。如圖所示，於本實施方式中，探針頭2同樣包含第一導位板20、第二導位板11、間隔件12、定位組件13、複數個探針14以及固定件。這些元件的結構、功能以及各元件之間的連接關係皆與第2圖所示之實施方式大致相同，因此可參照前述相關說明，在此不再贅述。在此要說明的是，本實施方式與第2圖所示之實施方式的差異之處，在於本實施方式的探針頭2對第一導位板20的外型進行改變，並額外 包含中介板26。第一導位板20同樣具有通孔200，且固定件同樣可經由第一導位板20的通孔200可拆卸地將定位組件13固定至間隔件12。

具體來說，於本實施方式中，第一導位板20與第二導位板11分別固定至中介板26的相對兩側。第一導位板20、第二導位板11與中介板26共同環繞形成前述之容置空間。藉此，當為了因應實際需求(例如，採用不同規格的探針14)而需要調整容置空間的高度(即第一導位板20與第二導位板11中央部位之間的距離)時，僅需更換不同規格的中介板26即可，並不需更換整個第一導位板20或第二導位板11。由於中介板26的結構相較於第一導位板20或第二導位板11的結構來說較為簡單且易於製造，因此為了因應前述實際需求而製備不同規格的中介板26的成本也相對低廉。

於一實施方式中，中介板26可為中空的框架以環繞於間隔件12、定位組件13與探針14的外圍。於一實施方式中，中介板26可為位於間隔件12、定位組件13與探針14兩側的間隔塊。然而，本發明的中介板26並不以此為限。

於一實施方式中，第一導位板20與第二導位板11可以螺絲鎖固的方式分別固定至中介板26的相對兩側，但本發明並不以此為限。

請參照第5圖，其為繪示本發明另一實施方式之探針頭3的剖面示意圖。如圖所示，於本實施方式中，探針頭3同樣包含第一導位板10、第二導位板11、間隔件32、定位組件33、複數個探針14以及固定件。這些元件的結構、功能以 及各元件之間的連接關係皆與第2圖所示之實施方式大致相同，因此可參照前述相關說明，在此不再贅述。在此要說明的是，本實施方式與第2圖所示之實施方式的差異之處，在於本實施方式中的探針頭3對間隔件32與定位組件33的外型進行改變，固定件為磁性元件35，且間隔件32包含導磁材料，其中定位組件33同樣包含支撐框330以及輔助膜331，且支撐框330同樣包含框體330a以及肋部330b。

具體來說，於本實施方式中，間隔件32不具有第2圖所示之間隔件12的螺孔120，且定位組件33不具有第2圖所示之定位組件13的穿孔132。在此結構配置之下，當磁性元件35被放置於第一導位板10的通孔100且受到與間隔件32相吸之磁力作用時，磁性元件35係壓抵定位組件33至間隔件32，同樣可達到將定位組件33固定至間隔件32的目的。

於一實施方式中，可於探針頭3下方放置有具磁性感應功能的裝置(圖未示)，使之與磁性元件35產生相互吸引的磁力，則可在插設探針14時具有固定定位組件33於第二導位板11上之功能。當然，本實施方式所提供之磁感應方式並不限定感應裝置的種類，且並不限定感應裝置的放置處(即感應磁場的方向)，只要可與磁性元件35產生磁力感應，同時磁力作用方向為使磁性元件35將定位組件33壓抵至第二導位板11上，皆可發揮本發明之功效。相對地，當部分之探針14需進行更換時，則同樣可以磁性元件35穿過第一導位板10之通孔100，藉由磁性感應方式使磁性元件35施以作用力於定位組件 33上，進而固定定位組件33於第二導位板11上，因而達成本發明所需之功能特性。

於一實施方式中，支撐框130、330具有第一硬度，輔助膜131、331具有第二硬度，且第一硬度大於第二硬度。藉此，支撐框130、330即可提供輔助膜131、331足夠的支撐。

於一實施方式中，支撐框130、330的材料包含金屬、陶瓷以及工程塑膠，但本發明並不以此為限。

由以上對於本發明之具體實施方式之詳述，可以明顯地看出，本發明的探針頭包含可在第一導位板與第二導位板之間浮動的定位組件，其中定位組件的輔助膜可對穿設的探針進行定位，而定位組件的支撐框可用來支撐或限位輔助膜，進而避免輔助膜在正常使用時明顯下垂，或避免在更換探針時發生翻膜問題(即，在更換某一探針時因勾到輔助膜而造成其他探針脫離輔助膜)而失去固定。具體來說，支撐框是藉由延伸於相鄰兩探針區之間的區域的肋部來支撐或限位輔助膜。藉由支撐框的肋部延伸至探針區之間的區域，即可避免輔助膜在探針區周遭的部分(特別是探針區之間的部分)的變形量過大，進而可避免上述下垂與翻膜問題。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並不用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧探針頭

10‧‧‧第一導位板

100‧‧‧通孔

11‧‧‧第二導位板

12‧‧‧間隔件

120‧‧‧螺孔

13‧‧‧定位組件

130‧‧‧支撐框

130a‧‧‧框體

130b‧‧‧肋部

131‧‧‧輔助膜

132‧‧‧穿孔

14‧‧‧探針

15‧‧‧螺絲

150‧‧‧頭部

151‧‧‧螺紋部

Z1‧‧‧探針區

Claims (15)

1. 一種探針頭，包含：一第一導位板；一第二導位板，與該第一導位板疊置，其中一容置空間形成於該第一導位板與該第二導位板之間；一間隔件，設置於該第二導位板，並位於該容置空間中；一定位組件，支撐於該間隔件上，並可移動地限位於該間隔件與該第一導位板之間，該定位組件包含：一支撐框，包含至少一肋部；以及一輔助膜，固定至該支撐框；以及複數個探針，穿設該第一導位板、該第二導位板與該輔助膜，其中該些探針形成複數個探針區，該些探針區中的至少兩相鄰者之間形成一非探針區，該肋部位於該非探針區。
2. 如請求項第1項所述之探針頭，其中該輔助膜黏固至該支撐框。
3. 如請求項第1項所述之探針頭，其中該輔助膜面向該第一導位板，並且該支撐框面向該間隔件。
4. 如請求項第1項所述之探針頭，其中該支撐框面向該第一導位板，並且該輔助膜面向該間隔件。
5. 如請求項第4項所述之探針頭，其中該支撐框還包含一框體，該肋部連接於該框體的內緣，並且該輔助膜黏固至該框體。
6. 如請求項第1項所述之探針頭，還包含一中介板，該第一導位板與該第二導位板分別固定至該中介板的相對兩側。
7. 如請求項第1項所述之探針頭，其中該第一導位板具有一通孔，該探針頭還包含一固定件，該固定件用以經由該通孔可拆卸地將該定位組件固定至該間隔件。
8. 如請求項第7項所述之探針頭，其中該定位組件具有一穿孔，該間隔件具有一螺孔，且該固定件為一螺絲，該螺絲具有一頭部以及一螺紋部，該螺紋部用以穿過該穿孔而鎖固至該螺孔，且該頭部用以壓抵該定位組件至該間隔件。
9. 如請求項第7項所述之探針頭，其中該固定件為一磁性元件，該間隔件包含一導磁材料，並且當該磁性元件受到與該間隔件相吸之一磁力作用時，該磁性元件係壓抵該定位組件至該間隔件。
10. 如請求項第1項所述之探針頭，其中該支撐框的材料包含金屬、陶瓷以及工程塑膠。
11. 如請求項第1項所述之探針頭，其中該輔助膜的一側邊的長度大於10毫米。
12. 如請求項第1項所述之探針頭，其中該些探針區中的該兩相鄰者實質上沿著一方向排列，該兩相鄰者在該方向上各具有一第一長度，該非探針區在該方向上具有一第二長度，並且該第二長度大於該第一長度。
13. 如請求項第1項所述之探針頭，其中該支撐框的硬度大於該輔助膜的硬度，致使該輔助膜受該支撐框支撐。
14. 如請求項第1項所述之探針頭，其中該間隔件與該第一導位板之間的距離大於該定位組件的厚度。
15. 如請求項第1項所述之探針頭，其中該支撐框位在該輔助膜的上方或下方。