TWI879002B - 具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭 - Google Patents

Abstract

一種探針頭，包含一探針座及一垂直式探針，垂直式探針由下而上依序有一針頭、一針身及一針尾，針尾及針頭分別穿設於探針座的上、下導孔，針尾包含一擋止部、一位於擋止部與針身之間且穿設於上導孔內的穿設區段，以及一沿一橫軸向地貫穿針尾的開孔，穿設區段包含有沿縱軸向區分出的一抵接部，以及一較遠離擋止部且未抵接於上導孔內表面的非抵接部，抵接部具有朝向另一橫軸向之正、負向的二抵接側，其中至少一抵接側抵接於上導孔內表面，針尾的開孔至少局部位於上導孔內。本發明可在測試時及維修時避免垂直式探針發生卡針及向上脫出的問題。

Description

具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭

本發明係與用於探針卡的垂直式探針有關，特別是關於一種具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭。

請參閱圖1及圖2，習用的垂直式探針10A、10B包含錯位式探針10A及非錯位式探針10B，垂直式探針10A或10B係與一探針座15共同構成一探針頭，探針座15主要包含有一上導板16及一下導板17，上、下導板16、17分別設有供垂直式探針10A或10B穿過的上、下導孔162、172。錯位式探針10A及非錯位式探針10B皆包含有一穿設於上導孔162的針尾11、一穿設於下導孔172的針頭12，以及一位於上、下導板16、17之間的針身13。錯位式探針10A及非錯位式探針10B最主要的差異在於，非錯位式探針10B安裝於探針座15之後，針尾11與針頭12是位在同一假想垂直線上，而錯位式探針10A安裝於探針座15之後，針尾11與針頭12是橫向地錯開而位在不同假想垂直線上。

錯位式探針10A可能是直接製造成針尾11與針頭12橫向地錯開的形狀，或者錯位式探針10A亦可能是製造成直線狀，並藉由上、下導板16、17橫向地相對移動而使錯位式探針10A呈現針尾11與針頭12橫向地錯開的形狀，如此使得錯位式探針10A的針身13彎曲而具有良好的彈性，同時亦使得錯位式探針10A定位於探針座15而不會向下掉落。

相對而言，非錯位式探針10B的針尾11則會設有一擋止部14，以利用擋止部14抵靠在上導板16頂面而避免非錯位式探針10B向下掉落。非錯位式探針10B的針身13可能如圖2所示地呈直線狀，或者，非錯位式探針10B的針身13亦可能製造成彎曲狀，藉以提升其彈性。此外，在前述之錯位式探針10A是製造成直線狀的情況下，錯位式探針10A也可能設有如同非錯位式探針10B的擋止部14，在探針安裝過程中，當上、下導板16、17尚未橫向地相對移動時，擋止部14可避免尚呈直線狀的錯位式探針10A向下掉落。

然而，不論是錯位式探針10A或非錯位式探針10B，其針尾11及針頭12可能會抵靠在上、下導孔162、172的內表面，進而在上、下移動時產生摩擦力。在進行測試時，亦即針頭12的底端點觸一待測物（圖中未示）而使探針向上移動時，若針尾11及針頭12無法在上、下導孔162、172內縱向移動至適當位置，也就是探針因前述之摩擦力過大而無法正常作動（下文中稱為卡針）。

另一方面，探針頭的頂部會設置一空間轉換器或電路板（圖中未示），針尾11的頂端係頂抵於所述空間轉換器或電路板底面的接點。在探針通電測試一段時間後，由於焦耳加熱（Joule heating；又稱為電阻加熱（resistive heating））造成溫度升高，所述空間轉換器或電路板底面的接點可能會與針尾11頂端產生金屬擴散（diffusion）現象，如此一來，在探針卡進行維修而要將所述空間轉換器或電路板與探針頭分開時（下文中簡稱為維修時），探針容易會因針尾11黏住所述空間轉換器或電路板底面的接點而從上導板16上方脫出（下文中稱為向上脫出），進而導致維修作業變得更加困難。

有鑑於上述缺失，本發明之主要目的在於提供一種具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭，可在測試時及維修時避免垂直式探針發生卡針及向上脫出的問題。

為達成上述目的，本發明所提供之探針頭包含有一探針座，以及一垂直式探針。探針座包含有一上導板、一下導板、一貫穿上導板的上導孔，以及一貫穿下導板的下導孔。垂直式探針能定義出相互垂直的一縱軸向、一第一橫軸向及一第二橫軸向，垂直式探針係沿縱軸向定義長度且沿第一橫軸向定義寬度，垂直式探針包含有由下而上依序連接的一針頭、一針身及一針尾，針尾係穿設於探針座之上導板的上導孔，針頭係穿設於探針座之下導板的下導孔，針身係位於上導板與下導板之間，針尾包含有一用以抵靠於上導板的擋止部、一位於擋止部與針身之間且穿設於上導孔內的穿設區段，以及一沿第二橫軸向地貫穿針尾的開孔，穿設區段包含有沿縱軸向區分出的一抵接部及一非抵接部，抵接部係較非抵接部更靠近擋止部，抵接部具有二抵接側，所述二抵接側分別朝向第一橫軸向的一正向及一負向，所述二抵接側至少其中之一抵接於上導孔的一內表面，非抵接部未抵接於上導孔的內表面，開孔至少局部位於上導孔內。

藉此，本發明之探針頭在進行測試時，垂直式探針的針頭底端受到向上的作用力，會使得針尾稍微向上移動，而針尾穿設於上導孔內的穿設區段只有較靠近擋止部的部分抵接於上導孔的內表面，較遠離擋止部的部分則未抵接於上導孔的內表面，亦即穿設區段沿縱軸向區分出抵接部及非抵接部，如此係較穿設區段未沿縱軸向區分出抵接部及非抵接部的態樣更不容易發生卡針現象。而在進行維修時，即使針尾頂端受到向上的作用力，穿設區段與上導孔的內表面仍會有摩擦力而可避免垂直式探針向上脫出。然而，僅只有穿設區段沿縱軸向區分出抵接部及非抵接部的特徵對於上述卡針和向上脫出的改善不夠明顯，為了近一步解決這個問題，本發明之垂直式探針的針尾設有所述開孔而會在穿設區段具有彈性，此彈性可調節針尾作用於上導孔之內表面的正向力，進而調節針尾及上導孔內表面彼此之間的摩擦力，如此可更進一步地避免卡針及向上脫出的問題，並且更可在測試時使針尾頂端與其上方之空間轉換器或電路板的接點保持接觸，進而提升測試的穩定性。進一步而言，本發明藉由垂直式探針之穿設區段及開孔的尺寸設計，可使得針尾與上導孔的內表面之間的摩擦力落在一適當範圍內，例如所述摩擦力小於探針點觸待測物的接觸力（可避免測試時探針因所述摩擦力過大而無法正常上、下移動），且所述摩擦力大於所述接觸力的一半（可抵抗維修時針尾因頂端黏住其上方之空間轉換器或電路板的接點所受到向上的作用力），藉以避免垂直式探針發生卡針及向上脫出的問題。

較佳地，針尾的開孔係延伸至擋止部上方，針尾包含有受開孔分隔開的一第一分岔段及一第二分岔段，以及一位於第一分岔段與第二分岔段之間的分岔段支撐部。換言之，開孔並非呈向上開放狀，而是以分岔段支撐部封閉開孔頂端，使得第一、二分岔段不會擺動。藉此，在針尾與上導孔的內表面相互摩擦時，第一、二分岔段除了產生調節摩擦力的些微彈性變形之外，不會有其他側向活動，如此可讓針尾作用在上導孔的內表面之正向力維持穩定，而且分岔段支撐部也不會有側向活動，使其在第一、二分岔段之間的支撐力維持穩定。開孔不只位於穿設區段，更向上延伸至針尾的其他部分，如此可讓探針在與上導孔的內表面相互摩擦時承受較小的應力，藉以避免探針損壞。

較佳地，第一分岔段及第二分岔段其中之一具有一自分岔段支撐部所在處向上延伸的接觸端部。藉此，接觸端部可用以接觸針尾上方之空間轉換器或電路板的接點，且接觸端部因僅由第一、二分岔段其中之一向上延伸而尺寸相當小，可對應所述空間轉換器或電路板之小尺寸及小間距的接點，以滿足細微間距（fine pitch）的接觸需求。此外，接觸端部會偏向針尾一側，可供辨識探針的方向性。

較佳地，垂直式探針之針尾的穿設區段包含有一寬度漸縮段，寬度漸縮段具有一最寬部及一最窄部，寬度漸縮段係自最寬部寬度漸縮地向下延伸至最窄部，開孔係自寬度漸縮段的最寬部向下延伸，開孔係自寬度漸縮段的最寬部寬度漸增地向上延伸至分岔段支撐部。此特徵係利於針尾與上導孔的內表面之間的摩擦力抵抗維修時針尾所受到向上的作用力，以提升垂直式探針避免向上脫出的功效。藉此，寬度漸縮段能以其最寬部抵接於上導孔的內表面，而最寬部下方的部分則不會抵接於上導孔的內表面，如此可達到前述之沿縱軸向區分出抵接部及非抵接部的特徵，且寬度漸縮段在上導孔內向上移動係相較於寬度均一者更不容易發生卡針現象。

較佳地，分岔段支撐部係不可分離地連接於第一分岔段及第二分岔段。如此之垂直式探針係較容易製造。在此態樣下，更佳地，分岔段支撐部係沿縱軸向定義縱向厚度，分岔段支撐部的縱向厚度小於分岔段支撐部的寬度。藉此，在進行植針時，亦即將垂直式探針安裝入探針座時，分岔段支撐部的縱向厚度小可避免植針應力過大而使分岔段支撐部斷裂。此外，分岔段支撐部縱向厚度小，可避免因對第一、二分岔段的支撐力過大而影響針尾的彈性。

較佳地，分岔段支撐部係不可分離地連接於第一分岔段且能接觸第二分岔段。換言之，分岔段支撐部與第二分岔段沒有連接成一體但可維持相互接觸或幾乎相互接觸，藉此，分岔段支撐部在受力時可略微相對於第二分岔段滑移，如此可避免植針應力過大而損壞探針，亦可提升針尾調節摩擦力的效果，進而提升垂直式探針避免卡針及向上脫出的功效。更佳地，分岔段支撐部係沿縱軸向定義縱向厚度，分岔段支撐部係自第一分岔段縱向厚度漸縮地朝向第二分岔段延伸，藉以使得分岔段支撐部與第二分岔段接觸面積小。

更佳地，分岔段支撐部具有一圓弧面，圓弧面係能接觸第二分岔段，如此更使得分岔段支撐部與第二分岔段呈線接觸。藉由前述接觸面積小或甚至線接觸的特徵，可提升分岔段支撐部相對於第二分岔段滑移的效果，進而更加避免植針應力過大而損壞探針，以及提升垂直式探針避免卡針及向上脫出的功效。

較佳地，第二分岔段具有一凹槽，分岔段支撐部係位於凹槽內。如此可避免分岔段支撐部相對於第二分岔段滑移程度過大而影響針尾的彈性。

較佳地，寬度漸縮段的最寬部係直接連接擋止部。此特徵係利於寬度漸縮段與上導孔的內表面之間的摩擦力抵抗維修時針尾所受到向上的作用力，藉以提升垂直式探針避免向上脫出的功效。

較佳地，針尾的穿設區段更包含有一連接於寬度漸縮段與擋止部之間且寬度均一的寬度均一段，寬度均一段的寬度等於寬度漸縮段之最寬部的寬度。藉此，寬度均一段及寬度漸縮段都會位於上導孔內，可增加針尾與上導孔的內表面之接觸面積，進而更加提升垂直式探針避免向上脫出的功效。

較佳地，在前述之針尾的穿設區段包含有寬度漸縮段的態樣中，探針座的上導孔能分別沿第一橫軸向及第二橫軸向定義出一第一寬度及一第二寬度，針尾之寬度漸縮段的最寬部之寬度大於上導孔的第一寬度，針尾能沿第二橫軸向定義出一橫向厚度，針尾的橫向厚度小於上導孔的第二寬度。藉此，針尾之開孔所產生的彈性讓針尾可沿第一橫軸向彈性壓縮，使得寬度漸縮段的最寬部可進入上導孔，並且針尾因彈性壓縮所產生的彈性恢復力會讓寬度漸縮段的最寬部卡抵於上導孔的內表面並施予上導孔的內表面一定的正向力，如此可確保寬度漸縮段與上導孔的內表面之間會有一定的摩擦力。

較佳地，針尾的穿設區段具有一粗糙面，粗糙面係抵靠於上導孔的一內表面。更佳地，粗糙面包含有多個凸點。藉此，本發明亦可藉由粗糙面的設計，將針尾與上導孔的內表面之間的摩擦力調整在適當範圍。

較佳地，垂直式探針能沿縱軸向定義出一探針總長度，開孔能沿縱軸向定義出一開孔長度，開孔長度小於探針總長度的25%。如此可使得開孔僅位於針尾在上導孔內或鄰近上導孔的部分，以發揮最佳的彈性並避免影響探針其他部分（例如針身）的作動。

較佳地，針身包含有一彈性變形段，開孔係位於彈性變形段上方。換言之，開孔沒有位在針身的彈性變形段，以避免針身的彈性變形受到開孔影響。

較佳地，針尾的開孔局部位於上導板的下方。如此可提升針尾的彈性，以達到良好的調節摩擦力的功效，進而提升避免垂直式探針卡針及向上脫出的功效。

較佳地，該上導孔與該下導孔係同軸對應。亦即所述垂直式探針為先前技術中所述之非錯位式探針，非錯位式探針係較錯位式探針更適合採用本發明的技術特徵來避免卡針及向上脫出的問題。

較佳地，上導孔係沿第一橫軸向定義寬度，上導孔具有一最寬部及一最窄部，上導孔係自最窄部寬度漸增地向下延伸至最寬部。藉此，即使垂直式探針之針尾的穿設區段呈寬度均一的態樣，穿設區段會抵接於上導孔的最窄部，而不會抵接於最窄部下方的部分，如此可達到前述之穿設區段沿縱軸向區分出抵接部及非抵接部的特徵，藉以避免發生卡針現象。

有關本發明所提供之具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭的詳細構造、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，在本發明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發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。

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。需注意的是，圖式中的各元件及構造為例示方便並非依據真實比例及數量繪製，且若實施上為可能，不同實施例的特徵係可以交互應用。其次，當述及一元件設置於另一元件上時，代表前述元件係直接設置在該另一元件上，或者前述元件係間接地設置在該另一元件上，亦即，二元件之間還設置有一個或多個其他元件。而述及一元件「直接」設置於另一元件上時，代表二元件之間並無設置任何其他元件。

請先參閱圖3，本發明一第一較佳實施例所提供之垂直式探針21能定義出相互垂直的一縱軸向（Z軸）、一第一橫軸向（Y軸）及一第二橫軸向（X軸），垂直式探針21係沿縱軸向（Z軸）定義長度且沿第一橫軸向（Y軸）定義寬度，垂直式探針21包含有由下而上依序連接的一針頭30、一針身40及一針尾50。

請參閱圖4，垂直式探針21係用以與一探針座60共同構成一探針頭71，探針座60包含有一上導板61、一下導板62、一連接於上、下導板61、62之間的中導板63，以及一位於上、下導板61、62之間的容置空間64。或者，探針座60亦可無中導板63，則上、下導板61、62係直接相互連接。上導板61具有一上表面611、一下表面612，以及一貫穿上、下表面611、612的上導孔613。下導板62具有一上表面621、一下表面622，以及一貫穿上、下表面621、622的下導孔623。垂直式探針21的針頭30係局部穿設於下導孔623且局部位於下導孔623下方，針尾50係局部穿設於上導孔613且局部位於上導孔613上方，針身40係位於容置空間64。本發明的探針頭實際上包含有許多垂直式探針，為了簡化圖式並便於說明，本發明各圖式中僅顯示出一垂直式探針及其對應的上、下導孔。

探針頭71係用以與一設於其頂側的空間轉換器（圖中未示）及一設於空間轉換器頂側的主電路板（圖中未示）共同構成一探針卡，針尾50的頂端係用以抵接空間轉換器底面的導電接點，進而透過空間轉換器及主電路板而與一測試機（圖中未示）電性連接。或者，探針頭71與主電路板之間可能沒有空間轉換器，則針尾50的頂端係抵接於主電路板底面的導電接點。針頭30的底端係用以點觸一待測物的導電接點（圖中未示），使得測試機透過探針卡而與待測物電性連接。

本實施例的垂直式探針21是藉由MEMS（microelectromechanical systems；微機電系統）製造而成，因此在圖3中垂直式探針21是呈沿X軸層疊的結構，但本發明的垂直式探針不限為MEMS探針。此外，本實施例的垂直式探針21為非錯位式探針，亦即垂直式探針21尚未安裝於探針座60時，針頭30與針尾50在Z軸上是相互同軸對應，而且，垂直式探針21安裝完成後，其所穿設之上、下導孔613、623也是同軸對應，因此針頭30與針尾50仍是在Z軸上相互同軸對應。但本實施例的垂直式探針21並非完全呈直線狀，而是針身40製造成局部彎曲狀，此局部彎曲部分為針身40的一彈性變形段41，當針頭30因其底端點觸待測物的導電接點而受到向上的作用力時，針身40的彈性變形段41會彈性變形，如此可避免點觸力過大而損壞探針或待測物。然而，本發明的垂直式探針不限為非錯位式探針，亦不限為針身彎曲的形狀，針身即使呈直線狀仍會有一彈性變形段，會在受力時略為彈性變形，惟如本實施例所示之呈彎曲狀的彈性變形段41具有更好的彈性。

請參閱圖5，本發明的主要技術特徵在於針尾50，針尾50包含有一用以穿設於上導孔613內的穿設區段59，以及一位於上導孔613上方的外露段52。本實施例中的穿設區段59包含有一寬度漸縮段51，寬度漸縮段51具有一最寬部511及一最窄部512，寬度漸縮段51係自最寬部511寬度漸縮地向下延伸至最窄部512。換言之，最寬部511的寬度W1即為寬度漸縮段51的最大寬度，最窄部512的寬度W2即為寬度漸縮段51的最小寬度。外露段52包含有一與寬度漸縮段51連接的擋止部521，本實施例中的擋止部521包含外露段52底部的平面及其與寬度漸縮段51連接的圓角，實際上不一定要有圓角。如圖5及圖6所示，上導孔613能分別沿第一橫軸向（Y軸）及第二橫軸向（X軸）定義出一第一寬度W6及一第二寬度W7，在圖5及圖6中，第一寬度W6與寬度漸縮段51之最寬部511的寬度W1相等，此部分將詳述於下文。擋止部521的寬度W3大於寬度漸縮段51之最寬部511的寬度W1且大於上導孔613的第一寬度W6，藉此，垂直式探針21在安裝過程中即使受到向下的作用力，擋止部521可抵靠於上導板61的上表面611而避免垂直式探針21再往下移動。

在此需說明的是，圖6為圖5所示之上導板61與垂直式探針21在寬度漸縮段51的最寬部511的剖視示意圖。如圖5及圖6所示，上導孔613為矩形孔，垂直式探針21的橫截面形狀呈矩形，寬度漸縮段51的最寬部511係以其兩個邊抵接於上導孔613的內表面614，如此可避免垂直式探針21轉動，本發明中其他平行Y-Z平面的縱剖視圖亦如同圖5所顯示的位置。如圖5所示，針尾50穿設於上導孔613內的穿設區段59大概僅以寬度漸縮段51的最寬部511抵接於上導孔613的內表面614，最寬部511下方的部分則未抵接於上導孔613的內表面614，如此一來，穿設區段59可沿縱軸向（Z軸）區分出一抵接部591及一非抵接部592，抵接部591係較非抵接部592更靠近擋止部521，換言之，抵接部591與非抵接部592的劃分方式是將穿設區段59分為上下兩部分，抵接部591是指抵接於上導孔613的內表面614的部分，在本實施例中抵接部591為寬度漸縮段51的最寬部511，非抵接部592是指位於抵接部591下方未抵接於上導孔613的內表面614的部分。如圖6所示，抵接部591具有分別朝向第一橫軸向(Y軸)正向及第一橫軸向(Y軸)負向的二抵接側591a，抵接側591a抵接於上導孔613的內表面614。

如圖5所示，針尾50更包含有一沿第二橫軸向（X軸）地貫穿寬度漸縮段51及外露段52的開孔53。詳而言之，本發明中的開孔53主要係設於穿設區段59，因此開孔53至少局部位於上導孔613內。在本實施例之穿設區段59包含有寬度漸縮段51的態樣中，開孔53主要係設於寬度漸縮段51的最寬部511且自最寬部511向下延伸，可不延伸到最窄部512，亦可延伸到最窄部512或甚至到最窄部512下方，只要開孔53是位於針身40的彈性變形段41上方即可，亦即開孔53不會位在針身40的彈性變形段41，以避免針身40的彈性變形受到開孔53影響。開孔53主要係用以使穿設區段59具有彈性，在本實施例中則主要是使寬度漸縮段51具有彈性，亦即寬度漸縮段51可受外力作用而沿Y軸彈性壓縮而使寬度略為縮小。

為了提升寬度漸縮段51或甚至整個針尾50的彈性，本實施例中的開孔53不只位於寬度漸縮段51，開孔53可更自寬度漸縮段51的最寬部511向上延伸至擋止部521上方。詳而言之，針尾50包含有受開孔53分隔開的一第一分岔段54及一第二分岔段55，以及連接於第一、二分岔段54、55之間的分岔段支撐部56，使得開孔53並非呈向上開放狀，而是以分岔段支撐部56封閉開孔53頂端，使得第一、二分岔段54、55不會擺動。

在此需說明的是，當針尾50穿設於上導孔613且沒有沿Y軸彈性壓縮時，可能如圖7所示之狀態，寬度漸縮段51的最寬部511位於上導孔613上方，此時最寬部511的寬度W1是大於圖5及圖6所示的寬度W1，亦即大於上導孔613的第一寬度W6，但前述開孔53所產生的彈性讓針尾50可沿Y軸彈性壓縮，使得寬度漸縮段51的最寬部511可進入上導孔613，如圖5所示，並且針尾50因彈性壓縮所產生的彈性恢復力會讓寬度漸縮段51的最寬部511卡抵於上導孔613的內表面614並施予上導孔613的內表面614一定的正向力，如此可確保寬度漸縮段51與上導孔613的內表面614之間會有一定的摩擦力。此外，針尾50能沿第二橫軸向（X軸）定義出一橫向厚度T1（如圖6所示），橫向厚度T1小於上導孔613的第二寬度W7，如此可讓針尾50更容易穿設於上導孔613。換言之，圖5及圖6係顯示針尾50已沿Y軸彈性壓縮而使得寬度漸縮段51的最寬部511卡抵於上導孔613的內表面614之狀態，因此寬度漸縮段51之最寬部511的寬度W1在圖5及圖6中係與上導孔613的第一寬度W6相等，本發明之其他實施例的圖式亦繪製成類同於圖5的狀態。然而，本發明不限於以上述狀態安裝垂直式探針，只要寬度漸縮段51與上導孔613的內表面614有接觸就會產生摩擦力。

在探針卡進行測試時，垂直式探針21因針頭30底端點觸待測物而受到向上的作用力，會使得針尾50稍微向上移動，而寬度漸縮段51在上導孔613內向上移動係相較於寬度均一者更不容易發生卡針現象。在探針卡進行維修時，即使針尾50頂端受到向上的作用力，寬度漸縮段51與上導孔613的內表面614之間會有摩擦力而可避免垂直式探針21向上脫出。而且，針尾50因設有開孔53所產生的彈性可調節針尾50作用於上導孔613之內表面614的正向力，進而調節其彼此之間的摩擦力，如此可更進一步地避免卡針及向上脫出的問題，並且更可在測試時使針尾50頂端與其上方之空間轉換器或主電路板的接點保持接觸，進而提升測試的穩定性。

此外，如圖4所示，垂直式探針21能沿縱軸向（Z軸）定義出一探針總長度L1，開孔53能沿縱軸向（Z軸）定義出一開孔長度L2，開孔長度L2小於探針總長度L1的25%。此特徵可確保開孔53僅位於針尾50在上導孔613內或鄰近上導孔613的部分，以發揮最佳的彈性並避免影響探針其他部分（例如針身40）的作動。較佳地，開孔長度L2可小於探針總長度L1的20%，藉以更進一步地避免影響探針其他部分（例如針身40）的作動，並仍可使針尾50具有良好的彈性以避免卡針及向上脫出的問題。

進一步而言，本發明藉由寬度漸縮段51及開孔53的尺寸設計，可使得針尾50與上導孔613的內表面614之間的摩擦力落在一適當範圍內，例如所述摩擦力小於針頭30點觸待測物的接觸力（可避免測試時探針因所述摩擦力過大而無法正常上、下移動），且所述摩擦力大於所述接觸力的一半（可抵抗維修時針尾50因頂端黏住其上方之空間轉換器或主電路板的導電接點所受到向上的作用力），藉以避免卡針及向上脫出的問題。舉例來說，若本發明的垂直式探針正常測試時的接觸力為2gw，則所述摩擦力介於1gw與2gw之間為較佳設計。

如圖5所示，開孔53可（但不限於）自寬度漸縮段51更向上延伸至外露段52，如此不但可提升針尾50的彈性，亦可讓垂直式探針21在與上導孔613的內表面614相互摩擦時承受較小的應力，藉以避免探針損壞。此外，針尾50的第一、二分岔段54、55受分岔段支撐部56連接的設計，會使得針尾50與上導孔613的內表面614相互摩擦時，第一、二分岔段54、55除了產生調節摩擦力的些微彈性變形之外，不會有其他側向活動，如此可讓針尾50作用在上導孔613的內表面614之正向力維持穩定，而且分岔段支撐部56也不會有側向活動，使其在第一、二分岔段54、55之間的支撐力維持穩定。另外，第二分岔段55（或者也可以是第一分岔段54）可（但不限於）具有一自分岔段支撐部56所在處向上延伸的接觸端部57，接觸端部57係用以接觸針尾50上方之空間轉換器或主電路板的導電接點，接觸端部57因僅由第一、二分岔段54、55其中之一向上延伸而具有相當小的尺寸，可對應空間轉換器或主電路板之小尺寸及小間距的接點，以滿足細微間距（fine pitch）的接觸需求，且接觸端部57會偏向針尾50一側（例如在圖5中偏左側），可供辨識探針的方向性。再者，開孔53可（但不限於）自寬度漸縮段51的最寬部511寬度漸增地向上延伸至分岔段支撐部56，此特徵係利於針尾50與上導孔613的內表面614之間的摩擦力抵抗維修時針尾50所受到向上的作用力，以提升垂直式探針避免向上脫出的功效。在此實施例中，針尾50包含寬度漸縮段51及外露段52，針尾50的一端為接觸端部57，接觸端部57為外露段52的一端部或稱自由端部，為外露段52的末端，外露段52的另一端部連接寬度漸縮段51，外露段52的另一端部為擋止部521。請參考圖3並配合圖4，針尾50長度小於針身40長度。

在本實施例中，分岔段支撐部56係不可分離地連接於第一分岔段54及第二分岔段55，但本發明不限為此態樣，例如可如第二、三較佳實施例之態樣（詳述於下文）。在本實施例的態樣中，分岔段支撐部56沿縱軸向（Z軸）所定義之縱向厚度T2可（但不限於）小於分岔段支撐部56的寬度W4，藉此，在將垂直式探針21安裝入探針座60時（亦稱為植針），分岔段支撐部56的縱向厚度T2小可避免植針應力過大而使分岔段支撐部56斷裂，亦可避免分岔段支撐部56因對第一、二分岔段54、55的支撐力過大而影響針尾50的彈性。

請參閱圖8及圖9，本發明一第二較佳實施例所提供之探針頭72，包含有一與第一較佳實施例相同的探針座60，以及一垂直式探針22，垂直式探針22係類同於第一較佳實施例的垂直式探針21，惟其主要差異在於本實施例之垂直式探針22的分岔段支撐部56係不可分離地連接於第一分岔段54但可分離地接觸第二分岔段55。詳而言之，垂直式探針22尚未安裝於探針座60時，分岔段支撐部56可能已接觸第二分岔段55，或者亦可能二者之間有微小的間距。在垂直式探針22安裝於探針座60且針尾50係彈性壓縮地穿設於上導孔613時，原本與第二分岔段55有微小間距的分岔段支撐部56已略為朝向第二分岔段55移動而可接觸第二分岔段55，如圖9所示。換言之，本實施例中的分岔段支撐部56與第二分岔段55沒有連接成一體但維持相互接觸或幾乎相互接觸，如此之分岔段支撐部56在受力時可略微相對於第二分岔段55滑移，可避免植針應力過大而損壞探針，亦可提升針尾50調節摩擦力的效果，進而提升垂直式探針避免卡針及向上脫出的功效。

進一步而言，分岔段支撐部56係沿縱軸向（Z軸）定義縱向厚度，本實施例中的分岔段支撐部56係自第一分岔段54縱向厚度漸縮地朝向第二分岔段55延伸，換言之，分岔段支撐部56的最大縱向厚度是位於其與第一分岔段54連接處，而分岔段支撐部56的最小縱向厚度是位於其與第二分岔段55可分離地接觸之處，甚至此最小縱向厚度可為零，亦即如同本實施例所示者，分岔段支撐部56具有一圓弧面561，圓弧面561係可分離地接觸第二分岔段55，使得分岔段支撐部56與第二分岔段55呈線接觸。藉此，分岔段支撐部56與第二分岔段55的接觸面積小或甚至為線接觸，可提升分岔段支撐部56相對於第二分岔段55滑移的效果，進而更加避免植針應力過大而損壞探針，以及提升垂直式探針避免卡針及向上脫出的功效。

此外，本實施例的垂直式探針22與第一較佳實施例的垂直式探針21的另一差異在於，本實施例中垂直式探針22的開孔53係自寬度漸縮段51的最窄部512更向下延伸，且開孔53是位於上導孔613內且局部位於上導板61的下方。由此可知，本發明中垂直式探針之針尾50的開孔53可完全位於上導孔613內而沒有顯露在上導孔613下方（如圖5所示）；或者，開孔53亦可往下開得更長而局部顯露在上導孔613下方（如圖9所示），藉以提升針尾50的彈性，以達到良好的調節摩擦力的功效，進而提升避免垂直式探針卡針及向上脫出的功效。

請參閱圖10，本發明一第三較佳實施例所提供之探針頭73，包含有一與第一、二較佳實施例相同的探針座60，以及一垂直式探針23，垂直式探針23係類同於第二較佳實施例的垂直式探針22，惟其主要差異在於本實施例之垂直式探針23的第二分岔段55具有一凹槽551，分岔段支撐部56係位於凹槽551內，如此可避免分岔段支撐部56相對於第二分岔段55滑移程度過大而影響針尾50的彈性。

請參閱圖11，本發明一第四較佳實施例所提供之探針頭74，包含有一與第一至第三較佳實施例相同的探針座60，以及一垂直式探針24，垂直式探針24係類同於第一較佳實施例的垂直式探針21，其主要差異詳述如下。

如圖5所示，垂直式探針21之寬度漸縮段51的最寬部511係直接連接擋止部521，此特徵係利於寬度漸縮段51與上導孔613的內表面614之間的摩擦力抵抗維修時針尾50所受到向上的作用力，藉以提升垂直式探針避免向上脫出的功效。如圖11所示，垂直式探針24的針尾50更包含有一連接於寬度漸縮段51與擋止部521之間且寬度均一的寬度均一段58，且寬度均一段58的寬度W5等於寬度漸縮段51之最寬部511的寬度W1，如此之設計會使得上導孔613內不但有寬度漸縮段51，還會有寬度均一段58。換言之，寬度均一段58係屬於穿設區段59的一部份，且寬度均一段58會與寬度漸縮段51之最寬部511一起抵接於上導孔613的內表面614，亦即寬度均一段58係屬於穿設區段59之抵接部591的一部份。相較於圖5所示之針尾50，圖11所示之針尾50與上導孔613的內表面614有較大的接觸面積，可更加提升垂直式探針避免向上脫出的功效。由此可知，本發明中針尾50之寬度漸縮段51的最寬部511不一定要直接連接擋止部521，而且，寬度漸縮段51的最窄部512也不一定要直接連接針身40，只要寬度漸縮段51位於擋止部521與針身40之間即可。在此實施例中，針尾50包含寬度均一段58、寬度漸縮段51及外露段52，針尾50的一端為接觸端部57，接觸端部57為外露段52的一端部或稱自由端部，為外露段52的末端，外露段52的另一端部連接寬度均一段58，寬度均一段58連接寬度漸縮段51，外露段52的另一端部為擋止部521。請參考圖3並配合圖4，針尾50長度小於針身40長度。

請參閱圖12，本發明一第五較佳實施例所提供之探針頭75，包含有一與第一至第四較佳實施例相同的探針座60，以及一垂直式探針25，垂直式探針25係類同於第一較佳實施例的垂直式探針21，惟其主要差異在於本實施例之垂直式探針25的寬度漸縮段51具有一粗糙面513，粗糙面513係用以抵靠於上導孔613的內表面614。更進一步而言，本實施例中的粗糙面513包含有多個凸點514。藉此，本發明亦可藉由粗糙面513的設計，將針尾50與上導孔613的內表面614之間的摩擦力調整在適當範圍。

請參閱圖13，本發明一第六較佳實施例所提供之探針頭76，係類同於第一較佳實施例所提供之探針頭71，惟其主要差異在於本實施例之垂直式探針26的針尾50不具有如前述之寬度漸縮段51，而是探針座60的上導孔613呈由上而下寬度漸增的態樣。詳而言之，本實施例中針尾50的穿設區段59係寬度均一且與針身40的寬度相等，上導孔613係沿第一橫軸向（Y軸）定義寬度，上導孔613具有一鄰接上導板61之下表面612的最寬部613a，以及一鄰接上導板61之上表面611的最窄部613b，上導孔613係自最窄部613b寬度漸增地向下延伸至最寬部613a。針尾50的穿設區段59係抵接於上導孔613的最窄部613b，而不會抵接於最窄部613b下方的部分，如此一來，穿設區段59可沿縱軸向（Z軸）區分出一抵接部591及一非抵接部592，本實施例中的抵接部591為穿設區段59抵接於上導孔613的最窄部613b的部分，其下方未抵接於上導孔613之內表面614的部分為非抵接部592，如此之設計可達成類同於前述實施例中寬度漸縮段51之功效，可在測試時及維修時避免垂直式探針發生卡針及向上脫出的問題。

如前所述，本發明的垂直式探針可（但不限於）為非錯位式探針，亦即，在探針頭組裝過程中，沒有藉由上、下導板61、62相互平移而使針身40挫曲，如此可避免前述平移及挫曲的過程中可能造成的機械問題，並可讓探針傳輸訊號的路徑長度相對較短以符合高頻高速的測試需求。而且，錯位式探針大多係以其一側抵靠於下導孔且另一側抵靠於上導孔，相較之下，非錯位式探針較適合以前述之針尾50的寬度漸縮段51卡抵於上導孔613的內表面614或針尾50的穿設區段59卡抵於由上而下寬度漸增之上導孔613的內表面614之方式安裝，藉以產生可避免卡針及向上脫出的摩擦力。

如前所述，本發明所提供的探針頭係應用於探針卡，用以對待測物進行測試，因此本發明更提供一種測試方法，包含有以下步驟a)及步驟b)。

a) 如圖14所示，提供一探針卡81，探針卡81包含有一主電路板811及一探針頭812，探針頭812為前述之本發明所提供的探針頭，探針頭812設置於主電路板811，探針頭812的垂直式探針813與主電路板811電性連接。

換言之，探針頭812可為前述各實施例的探針頭71~76，垂直式探針813則對應地為前述各實施例的垂直式探針21~26，為了簡化圖式並便於說明，圖14中各元件僅簡化地示意性繪製。圖14中探針頭812直接設置於主電路板811底面，垂直式探針813的針尾直接與主電路板811底面的導電接點（圖中未示）電性連接。然而，探針頭812與主電路板811之間可更設置一空間轉換器（圖中未示），使得垂直式探針813的針尾透過空間轉換器而間接地與主電路板811底面的導電接點電性連接。

b) 提供一待測物82，並使探針卡81與待測物82相對移動，進而使探針卡81的垂直式探針813與待測物82相互接觸而相互電性連接，藉以完成對待測物82的測試。

舉例而言，待測物82可為一晶圓，待測物82及／或探針卡81係受一移動裝置（圖中未示）帶動，亦即可為待測物82不動而探針卡81移動，或是探針卡81不動而待測物82移動，或者兩者皆移動，先使得垂直式探針813的位置沿縱軸向地對應於待測物82的導電接點（圖中未示），再使探針卡81與待測物82沿縱軸向地相互靠近，進而使垂直式探針813的針頭底端接觸待測物82的導電接點。如此一來，待測物82的導電接點與垂直式探針813電性連接，進而透過主電路板811而與一測試機（圖中未示）電性連接，即可使待測物82進行測試。

最後，必須再次說明，本發明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。

10A:垂直式探針（錯位式探針） 10B:垂直式探針（非錯位式探針） 11:針尾 12:針頭 13:針身 14:擋止部 15:探針座 16:上導板 162:上導孔 17:下導板 172:下導孔 21,22,23,24,25,26:垂直式探針 30:針頭 40:針身 41:彈性變形段 50:針尾 51:寬度漸縮段 511:最寬部 512:最窄部 513:粗糙面 514:凸點 52:外露段 521:擋止部 53:開孔 54:第一分岔段 55:第二分岔段 551:凹槽 56:分岔段支撐部 561:圓弧面 57:接觸端部 58:寬度均一段 59:穿設區段 591:抵接部 591a:抵接側 592:非抵接部 60:探針座 61:上導板 611:上表面 612:下表面 613:上導孔 613a:最寬部 613b:最窄部 614:內表面 62:下導板 621:上表面 622:下表面 623:下導孔 63:中導板 64:容置空間 71,72,73,74,75,76:探針頭 81:探針卡 811:主電路板 812:探針頭 813:垂直式探針 82:待測物 L1:探針總長度 L2:開孔長度 T1:橫向厚度 T2:縱向厚度 W1,W2,W3,W4,W5:寬度 W6:第一寬度 W7:第二寬度

圖1及圖2為習用的兩種垂直式探針與探針座的剖視示意圖。 圖3為本發明一第一較佳實施例所提供之垂直式探針的立體圖。 圖4為本發明該第一較佳實施例所提供之探針頭的剖視示意圖。 圖5為圖4的局部放大圖。 圖6為本發明該第一較佳實施例所提供之探針頭在垂直式探針的一寬度漸縮段的一最寬部的剖視示意圖。 圖7係類同於圖5，惟顯示寬度漸縮段的最寬部未進入一上導孔的態樣。 圖8為本發明一第二較佳實施例所提供之探針頭的剖視示意圖。 圖9為圖8的局部放大圖。 圖10為本發明一第三較佳實施例所提供之探針頭的局部剖視示意圖。 圖11為本發明一第四較佳實施例所提供之探針頭的局部剖視示意圖。 圖12為本發明一第五較佳實施例所提供之探針頭的局部剖視示意圖。 圖13為本發明一第六較佳實施例所提供之探針頭的局部剖視示意圖。 圖14為本發明所提供的一探針卡與一待測物的示意圖。

21:垂直式探針

30:針頭

40:針身

41:彈性變形段

50:針尾

51:寬度漸縮段

52:外露段

53:開孔

60:探針座

61:上導板

611:上表面

612:下表面

613:上導孔

62:下導板

621:上表面

622:下表面

623:下導孔

63:中導板

64:容置空間

71:探針頭

L1:探針總長度

L2:開孔長度

Claims (17)

1. 一種具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭，包含有：一探針座，包含有一上導板、一下導板、一貫穿該上導板的上導孔，以及一貫穿該下導板的下導孔；以及一垂直式探針，能定義出相互垂直的一縱軸向、一第一橫軸向及一第二橫軸向，該垂直式探針係沿該縱軸向定義長度且沿該第一橫軸向定義寬度，該垂直式探針包含有由下而上依序連接的一針頭、一針身及一針尾，該針尾係穿設於該探針座之上導板的上導孔，該針頭係穿設於該探針座之下導板的下導孔，該針身係位於該上導板與該下導板之間，該針尾包含有一用以抵靠於該上導板的擋止部、一位於該擋止部與該針身之間且穿設於該上導孔內的穿設區段，以及一沿該第二橫軸向地貫穿該針尾的開孔，該穿設區段包含有沿該縱軸向區分出的一抵接部及一非抵接部，該抵接部係較該非抵接部更靠近該擋止部，該抵接部具有二抵接側，該二抵接側分別朝向該第一橫軸向的一正向及一負向，該二抵接側皆直接連接於該擋止部，該二抵接側至少其中之一抵接於該上導孔的一內表面，該非抵接部未抵接於該上導孔的內表面，該開孔至少局部位於該上導孔內；其中該針尾的開孔係延伸至該擋止部上方，該針尾包含有受該開孔分隔開的一第一分岔段及一第二分岔段，以及一位於該第一分岔段與該第二分岔段之間的分岔段支撐部。
2. 如請求項1所述之具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭，其中該第一分岔段及該第二分岔段其中之一具有一自該分岔段支撐部所在處向上延伸的接觸端部。
3. 如請求項1所述之具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭，其中該垂直式探針之針尾的穿設區段包含有一寬度漸縮段，該寬度漸縮段具有一最寬部及一最窄部，該寬度漸縮段係自該最寬部寬度漸縮地向下延伸至該最窄部，該開孔係自該寬度漸縮段的最寬部向下延伸，且該開孔係自該寬度漸縮段的最寬部寬度漸增地向上延伸至該分岔段支撐部。
4. 如請求項1所述之具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭，其中該分岔段支撐部係不可分離地連接於該第一分岔段及該第二分岔段，其中該分岔段支撐部係沿該縱軸向定義縱向厚度，該分岔段支撐部的縱向厚度小於該分岔段支撐部的寬度。
5. 如請求項1所述之具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭，其中該分岔段支撐部係不可分離地連接於該第一分岔段且能接觸該第二分岔段，其中該分岔段支撐部係沿該縱軸向定義縱向厚度，該分岔段支撐部係自該第一分岔段縱向厚度漸縮地朝向該第二分岔段延伸。
6. 如請求項5所述之具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭，其中該分岔段支撐部具有一圓弧面，該圓弧面係能接觸該第二分岔段。
7. 如請求項5所述之具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭，其中該第二分岔段具有一凹槽，該分岔段支撐部係位於該凹槽內。
8. 如請求項3所述之具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭，其中該寬度漸縮段的最寬部係直接連接該擋止部。
9. 如請求項3所述之具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭，其中該針尾的穿設區段更包含有一連接於該寬度漸縮段與該擋止部之間且寬度均一的寬度均一段，該寬度均一段的寬度等於該寬度漸縮段之最寬部的寬度。
10. 如請求項3所述之具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭，其中該探針座的上導孔能分別沿該第一橫軸向及該第二橫軸向定義出一第一寬度及一第二寬度，該針尾之寬度漸縮段的最寬部之寬度大於該上導孔的第一寬度，該針尾能沿該第二橫軸向定義出一橫向厚度，該針尾的橫向厚度小於該上導孔的第二寬度。
11. 如請求項1所述之具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭，其中該針尾的穿設區段具有一粗糙面，該粗糙面係抵靠於該上導孔的內表面。
12. 如請求項11所述之具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭，其中該粗糙面包含有多個凸點。
13. 如請求項1所述之具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭，其中該垂直式探針能沿該縱軸向定義出一探針總長度，該開孔能沿該縱軸向定義出一開孔長度，該開孔長度小於該探針總長度的25%。
14. 如請求項1所述之具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭，其中該針身包含有一彈性變形段，該開孔係位於該彈性變形段上方。
15. 如請求項1所述之具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭，其中該針尾的開孔局部位於該上導板的下方。
16. 如請求項1所述之具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭，其中該上導孔與該下導孔係同軸對應。
17. 如請求項1所述之具有針尾有彈性的垂直式探針之探針頭，其中該上導孔係沿該第一橫軸向定義寬度，該上導孔具有一最寬部及一最窄部，該上導孔係自該最窄部寬度漸增地向下延伸至該最寬部。

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