TWI908553B - 探針頭、探針卡、測試設備及由測試設備進行測試的電子裝置 - Google Patents

Abstract

一種探針頭、探針卡、測試設備、及由測試設備進行測試的電子裝置被記載於此。該探針頭包含一對預彎型探針及導板。該對探針將整合在半導體晶圓中的電子裝置與測試機電性連接。各探針包含針頭、針尾、針身。針頭包含接觸尖端，在測試時接觸電子裝置上對應的接觸區。針身在針頭與針尾間根據縱向發展軸延伸，且針身的橫截面垂直於縱向發展軸。導板設有一對導孔，組態成可滑動地容置該對探針。該對探針沿平行於橫截面的方向排列，且該方向實質垂直於探針的挫曲方向。該對探針的各自的橫截面為實質矩形，且兩截面的中心連線通過各截面的短邊。

Description

探針頭、探針卡、測試設備及由測試設備進行測試的電子裝置

本發明涉及一種探針頭、探針卡、測試設備，以及由所述測試設備對其進行測試的待測裝置。更具體而言，本發明涉及一種縮短了各探針對之間的最小允許間距，以符合高頻／高速測試需求的探針頭、探針卡、測試設備，以及由所述測試設備對其進行測試的待測裝置。

探針卡（probe card）為一種測試半導體晶圓或封裝器件的電性的工具，其一般而言可至少包含探針頭（probe head）、空間轉換器、以及電路板。所述探針頭可包含多個探針，且各探針可與整合在半導體晶圓的待測裝置（device under test，DUT）上的接觸區進行接觸，以測試待測裝置的電性表現。於進行測試時，探針與待測裝置之間會在縱向發展軸上以一段距離相對移動，也就是探針的垂直移動（又稱超程 (overdrive/overtravel)），其通常是由夾具承載待測裝置自接觸高度往上移動而更靠近探針，使得探針的針頭部的接觸尖端接觸並壓迫待測裝置的接觸區。此作法可確保探針和待測裝置之間有充分的機械接觸及良好的電性連接。

近年來，針對待測裝置之高頻／高速測試需求與日俱增，而隨著測試中的資料傳輸速率提升（例如：自50~60十億位元每秒（Gbps）提升至100Gbps以上），探針頭整體與待測裝置之間的阻抗匹配（impedance matching）對於高速訊號傳輸的影響愈發顯著。當測試路徑（即訊號傳輸路徑）的阻抗不匹配時，反射損失（return loss）的影響便將變得顯著。在高頻／高速的測試中，高速訊號傳輸可採用差動對或單端訊號的形式，惟不論是差動對的兩個訊號探針（例如兩根S針），或是單端訊號傳輸中的訊號探針（S針）與接地探針（G針），探針設計者皆期望盡可能地縮短兩探針之間的間距，以降低特性阻抗，因為這有利於高頻／高速訊號的傳輸。另一方面，隨著製造技術的進步，積體電路裝置所能容納的元件數量提升，導致對應的訊號探針在探針頭中的佔比也愈來愈高。待測裝置上的元件間距變得愈小，隨之而來的問題是如何避免對應的訊號探針在測試過程中彼此互相接觸，進而造成短路的情況。

有鑑於此，本發明所屬技術領域亟需一種提升探針對（尤其是差動對）的阻抗匹配效果，同時降低探針在測試過程中的相互接觸機率的解決方案。

為了至少解決上述技術問題，本發明提供一種探針頭。該探針頭包含一對探針以及一導板。該對探針組態成將整合在半導體晶圓中的一待測裝置與一測試機電性連接。各探針包含一針頭部、一針尾部以及一針身部。該針頭部包含一接觸尖端，組態成在測試時接觸該待測裝置上對應的一接觸區。該針身部在該針頭部與該針尾部之間根據一縱向發展軸延伸，且該針身部的一橫向截面垂直於該縱向發展軸。該導板設置有一對導孔，組態成可滑動地容置該對探針。該對探針為垂直式探針。此外，該對探針沿一第一方向排列，該第一方向平行於該橫向截面，且該第一方向實質垂直於該對探針的一挫曲方向。該對探針的各自的該橫向截面為一實質上的矩形，且該對探針的兩個該針身部的兩個該橫向截面的兩個幾何中心的一連線通過各該橫向截面的一短邊。

為了至少解決上述技術問題，本發明尚提供一種探針卡。該探針卡用以整合在一半導體晶圓的一電子裝置，並包含於一測試設備中，且該探針卡包含一電路板、設置在該電路板上的一空間轉換器、以及如上所述的探針頭。該探針頭設置在該空間轉換器相對於該電路板的另一側上，且該探針頭中的多個探針各自的該針尾部被組態成電性連接於該空間轉換器。

為了至少解決上述技術問題，本發明尚提供一種測試設備。該測試設備用以測試整合於一半導體晶圓中的一電子裝置，且該測試設備包含一夾具、一測試機、以及如上所述的探針卡。該夾具用以支持該半導體晶圓。該測試機與該電子裝置電性連接，用以建立一電性測試程序。該探針卡則設置於該測試設備。

為了至少解決上述技術問題，本發明尚提供一種電子裝置，該電子裝置是利用如上所述的測試設備進行一高頻測試程序，其中，該高頻測試程序是由該測試設備的該探針卡利用一高頻訊號進行測試。

綜上所述，本發明所提供之探針系統及其中之探針頭、探針卡及測試設備憑藉其探針排列方向實質垂直於挫曲方向的設置方式，使得探針對（例如：差動訊號傳輸中的兩個訊號探針，或單端訊號傳輸中的一個訊號探針搭配一個接地探針）的最小允許間距相較於現有技術中探針排列方向與挫曲方向一致的方案可被進一步地縮小，亦即，本發明所提供的探針頭上的各組探針對相較於現有技術有辦法更進一步地靠近彼此。此設置可使各探針對的特性阻抗接近待測裝置的特性阻抗，降低了阻抗不匹配所造成的資源損耗，符合高頻／高速傳輸的規格。

上述內容提供了本發明的基本說明，包含本發明解決的技術問題、採用的技術手段以及達到的技術效果，而以下將進一步舉例說明本發明的各種實施方式。

以下的實施例並無意被用來將欲請求保護之發明限制到特定的環境、應用、結構、處理、或情境。在檢附的圖式中，與欲請求保護之發明無直接相關之元件將省略。在檢附的圖式中，元件的尺寸以及元件之間的尺寸比例也只是作為示意範例，並無意被用來限制欲請求保護之發明。除非特別說明，不然下文中相同元件符號可指向相同的元件。

此處描述之術語（terminology）只是易於敘述實施例之內容，而無意被用來限制欲請求保護之發明。除非特別清楚指出，不然單數「一」或「一個」應視為包含複數。「包含」、「包括」、「具有」等用語是用以具體說明其後所陳述的特徵、整數、步驟、操作、元件、成分及／或群組之存在，但並不排除存在或附加一或多個其他額外的特徵、整數、步驟、操作、元件、成分及／或群組等等。「及／或」這個用語用以表示一或多個相關列舉項目中的任一個或所有組合。當「第一」、「第二」、「第三」等用語被用來描述元件，目的並不是要限制這些被描述的元件，而只是用來區隔被描述的元件。因此，舉例而言，在不脫離欲請求保護之發明之精神或範圍的情況下，第一元件也可以被命名為第二元件。

參照圖1A，其繪示一種測試設備101。所述測試設備101可用於透過探針來接觸以測試待測裝置102，且可至少包含探針卡103、夾具（chuck）104以及測試機105。所述探針卡103可用於電性連接及／或機械接觸待測裝置102，並且可用於測試待測裝置102的電性表現。探針卡103可用於測試待測裝置102，所述待測裝置102可以是形成於半導體晶圓（semiconductor wafers）上的一種電子裝置。夾具104可用於承載待測裝置102，以供探針卡103對待測裝置102進行測試。

待測裝置102可包含一或多個接觸區（例如圖1A所示的接觸區116），使得各探針的接觸區被配置以在待測裝置102的測試期間接觸所述一或多個接觸區其中之一。所述接觸區的型態會因應於探針的類型以及探針針頭部上不同類型的接觸尖端而有所不同。舉例而言，待測裝置上具有凸塊（bump）型態的接觸區對應於鈍面型態的接觸尖端，而具有銲墊（pad）型態的接觸區則對應於尖銳型態的接觸尖端。

探針卡103可包含電路板106、空間轉換器107及探針頭（probe head）108。空間轉換器107可設置於電路板106上，而探針頭108可設置於空間轉換器107上。探針頭108基本上可包含多個探針及至少一導板，而各探針的其中一端可透過空間轉換器107而與電路板106電性連接，另一端則可於測試時與待測裝置102上的接觸區（例如：金屬銲墊或導體凸塊）進行接觸。須說明，上方所述的空間轉換器107設置於電路板106上，其僅是依據空間轉換器107與電路板106各自的常規大小關係而如此敘述，並非限制空間轉換器107必然位於電路板106於物理意義上的上方。

測試機105可透過探針卡103對待測裝置進行各種高頻測試程序及／或傳送測試資訊（communicate test information）。測試機105的一種具體示例可為針測機（tester）的測試頭（test head）。所述高頻測試程序指的是一種利用高頻訊號對電子裝置（例如待測裝置102）進行測試和評估的測試方式。此種測試程序的主要目的是確保電子裝置在高頻運作狀態下的性能、穩定性和可靠性。在進行高頻測試時，測試設備會提供一個高頻訊號（例如，數百MHz到GHz級別的頻率範圍），並將其注入待測電子裝置中。測試程序中，所施加的高頻訊號可涵蓋多種測試條件，如訊號的幅度、頻率範圍及波形等。測試過程中的測量數據會被收集並用於分析電子裝置在高頻工作條件下的行為。在某些測試方式中，所述高頻測試程序可包含回送測試程序（loopback test），其是一種由待測裝置102自身發出測試訊號，並經過測試設備101中的探針卡103再回送至待測裝置102的測試方式。在此過程中，待測裝置102會生成測試訊號並將其經由探針卡103回送給自己，這樣測試設備101可以測量回傳的訊號，以確保裝置在高頻環境下的訊號傳遞和反應。回送測試程序允許測試設備101直接分析待測裝置102內部的反射訊號、延遲、衰減等特性，這些參數對於評估裝置在高頻條件下的訊號完整性及性能表現至關重要。高頻測試程序廣泛應用於無線通訊、雷達系統、高速資料傳輸裝置及其他需要高頻運作的電子設備中。透過這些測試，可確保電子裝置在高頻環境下的工作穩定性，並確保其達到產品設計的性能要求。

電路板106可包含晶圓側（wafer side）以及測試側（tester side）。電路板106的晶圓側及電路板106的測試側是相對設置的，且電路板106的測試側是被提供以連接測試設備。在本實施方式中，當在測試機105內使用探針卡103時，所述晶圓側可以是電路板106的下側面，其可面向空間轉換器107及／或面向待測裝置102，而所述測試側則可以是電路板106的上側面，其可背向待測裝置102及／或面向測試機105。電路板106在本實施方式中是採用一般的印刷電路板，電路板106具有頂面、底面以及位於其內部的多種訊號線路，並在頂面與底面上形成與訊號線路電性連接的接點（contact pad）。透過測試設備的頂針（pogo pin）頂觸到電路板106頂面的接點。測試設備的測試訊號可經由前述訊號線路傳遞至電路板106的底面。

空間轉換器107也可包含晶圓側及測試側。在此需要說明的是，空間轉換器107可以是由多層電路板構成。空間轉換器107的測試側可連接設置在電路板106的晶圓側。在本實施方式中，當在測試機105內使用探針卡103時，空間轉換器107的晶圓側可以是空間轉換器107的下側面，其可面向探針頭108及／或待測裝置102，而空間轉換器107的測試側則可以是空間轉換器107的上側面，其可背向待測裝置102、可面向電路板106、且／或可面向測試機105。空間轉換器107在本實施方式中，可包含多層有機（multilayer organic，MLO）載板或是多層陶瓷（multilayer ceramic，MLC）載板，其可根據實際需求進行調整材質，本發明不對此進行限制。空間轉換器107的內部具有多種訊號線路，並在其頂面與底面上形成與其內部訊號線路電性連接的接點，且頂面接點之間的間距是大於底面接點之間的間距。空間轉換器107是機械性並電性連接的配置於電路板106的晶圓側，也就是電路板106的底面，而且是位於電路板106的下方，以使空間轉換器107頂面的接點可以電性連接於電路板106的底面的接點，以使空間轉換器107內部的訊號線路與電路板106的訊號線路電性連接。在此需要說明的是，空間轉換器107與電路板106之間，亦可透過另一載板（例如：墊高板），而使空間轉換器107間接地機械性及／或電性連接的配置於電路板106的晶圓側。

探針頭108可以機械性及／或電性連接的形式設置在空間轉換器107的晶圓側。如圖1A所示，探針頭108可包含上導板單元109、下導板單元110及多個探針（例如：圖1A中所示的探針111）。各探針可實體地接觸待測裝置102。上導板單元109可包含至少一上導板，且該至少一上導板各自可設置有多個上導孔。下導板單元110可包含至少一下導板，且該至少一下導板各自可設置有多個下導孔。上導板單元109及下導板單元110可以是沿縱向發展軸（例如：實質上沿著圖1A的局部參考系的座標軸Z（下簡稱為「Z軸」）的方向）而上下相對設置。每一個探針都可穿過所述多個上導孔其中的一對應者，並且穿過所述多個下導孔其中的一對應者。

探針通常是由具有良好電性與機械性質的特殊金屬所製成。藉由將探針頭108壓在待測裝置102上，可確保探針與待測裝置102的接觸區之間的良好連接。在加壓接觸期間，探針可於上、下導板單元上的對應的導孔內滑動，且探針可於上、下導板單元之間的空氣間隙內產生彎折。

本發明提供的探針頭108所包含的各探針可為本領域中被稱為預彎型探針（又稱「眼鏡蛇（cobra）」）的探針，其為一種具有彎曲形狀的探針，類似於眼鏡蛇的頭部。這種形狀使探針具有良好的順應性，可在不損壞被測器件的情況下與之接觸。此類探針可由例如但不限於彈簧鋼或鈹銅等材料製成，並通過沖壓或蝕刻等工藝製造。探針的針身部在其整個長度上可具有恆定的橫向截面（例如：實質上的矩形，較佳為正方形或長方形）。當探針是透過線材沖壓的方式製成時，僅針身部會具有呈實質矩形的橫向截面，針頭部與針尾部則可維持原本線材的圓形橫向截面，因此，上導板單元109與下導板110上對應的各導孔可為實質上的圓形。在透過線材沖壓的方式製成的實施例中，探針的針身部會具有「實質上的矩形」的橫向截面，其中所謂「實質上的矩形」具體而言為兩個相對長邊各自可為平坦的直線狀（對應於針身部線材經沖壓處理後形成的平坦面），另外兩個相對短邊則各自可略為弧形狀（對應於針身部線材未直接被沖壓處理的曲面），其具體的一示例可如圖1B中的一橫向截面121所示。橫向截面121的兩個相對的長邊122及123各自為平坦的直線狀，而兩個相對的短邊124及125則各自為弧形。然而，除了透過線材沖壓的方式製造之外，探針頭108上的探針也可以是以微機電系統（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）的方式製成，此時，探針的針頭部與針尾部在某些實施方式中可和針身部一樣具有矩形的橫向截面，故上導板單元109與下導板110上對應的各導孔則可為實質上的矩形。根據實施方式的不同，探針頭108上的探針可全部都是透過線材沖壓的方式製成，可全部都是透過MEMS製成，也可以是兩類並存於同一實施態樣之中。相對地，上導板單元109與下導板110上與探針對應的多個導孔可全部都是實質上的圓形，可全部都是實質上的矩形，也可以是兩類並存於同一實施態樣之中。如探針頭108上的探針是上述兩類並存的情況，則較佳可為訊號探針以MEMS製作出，其他的非訊號探針（例如：接地探針、電源探針等）以沖壓或蝕刻的方式製作出。

本文中所述「實質上的矩形」指的是矩形及其他為了製造出矩形的針身部橫向截面及導孔而可能產生的實際結果，例如梯形。更具體而言，本發明所屬技術領域中具有通常知識者理應理解，即便製造探針或導板的設備是被指定為製作出具有矩形橫向截面的探針或導孔，其實際製作出來的探針或導孔的橫向截面仍可能具有一定的公差或製造誤差，使得探針或導孔的針身部的橫向截面的形狀在某些實施態樣中並非幾何上完美的矩形。類似地，本文中所述「實質上的圓形」指的是圓形及其他為了製造出圓形的針身部橫向截面及導孔而可能產生的實際結果，例如橢圓形。更具體而言，本發明所屬技術領域中具有通常知識者理應理解，即便製造探針或導板的設備是被指定為製作出具有圓形橫向截面的探針或導孔，其實際製作出來的探針或導孔的橫向截面仍可能具有一定的公差或製造誤差，使得探針或導孔的針身部的橫向截面的形狀在某些實施態樣中並非幾何上完美的圓形。

下方將以圖1A所示的探針111為例，說明探針頭108中的各探針的基本結構。探針111可包含針頭部112、針尾部113、及位於針頭部112與針尾部113之間的針身部114。針頭部112可結束於接觸尖端115，並可被組態成鄰接於待測裝置102的對應的接觸區116。

探針111的針尾部113可穿過上導板單元109上的導孔，以電性連接於空間轉換器107。所述針尾部113可結束於接觸頭，並可被組態成鄰接於空間轉換器107的接觸區（圖中未示出）。針身部114可在針頭部112與針尾部113之間基本上沿著該縱向發展軸延伸。在某些實施方式中，探針頭108中的各探針自針頭部的接觸尖端到針尾部的接觸尖端的探針長度可介於3毫米與8.2毫米之間。在某些實施方式中，所述探針長度還可不大於6毫米，甚至較佳可為不大於4毫米。

針頭部112可用於與待測裝置102電性接觸，亦即，其可被配置成與待測裝置102的相應接觸區進行電氣通訊及／或接觸通訊。所述通訊指的是探針可被配置成將探針卡103的測試訊號傳送到待測裝置102，及／或被配置成接收來自待測裝置102的訊號。

探針頭108所包含的該多個探針整體上可包含多個探針對。這些探針對可由差動對及／或單端訊號探針對所組成，其分布比例依實施方式而異。各差動對探針可用以傳輸一組差動（differential）訊號。在本發明的較佳實施例中所述的差動對可使用兩條單端訊號線（例如：P線與N線）分別連接TX+與RX+，以及TX-與RX-，用以同時傳輸訊號，且此兩訊號具備訊號電壓幅度相同但訊號相位相反。各單端訊號探針對可由一個訊號探針（用以傳輸單端訊號）與一個接地探針（用以與待測裝置上的接地銲墊）所組成。

在探針頭108中，各對探針可沿第一方向排列，該第一方向可平行於探針的針身部的橫向截面，且該第一方向可實質垂直於該對探針的一挫曲方向。所述橫向截面是指垂直於縱向發展軸（即圖中的Z軸方向）的一個假想平面與針身部相交而得的截面。所述挫曲方向指的是探針在接觸待測裝置102的對應接觸區時，針身部因受力而進一步彎折的方向。以圖1A所示的探針111及另外三個探針117、118、119為例，它們的挫曲方向即為局部參考系的座標軸X（以下簡稱為「X軸」）的正方向。所述實質垂直則是指除了夾角90度整之外，還可包含對於本發明所屬技術領域中具有通常知識者而言常見的誤差，例如在正、負5度內的誤差。

圖1A中雖展示了探針111、探針117、探針118及探針119，惟這四個探針並未共同組成任何的差動探針對／單端訊號探針對。這四個探針所屬差動對中的另一探針均未於圖1A中示出。以圖1A的視角而言，這四個探針所屬探針對中的另一個探針是沿著出／入紙面方向設置於對應的探針旁。

參照圖2，其以一種探針頭201的局部結構為例，展示了本發明所提供的探針頭上的探針對所可能具有的排列方向、挫曲方向及間距關係。首先參照圖2，其中的探針頭201可包含多個探針，例如圖中示出的探針202、探針203、探針204、探針205、探針206、探針207、探針208、以及探針209。探針頭201還可包含上導板單元210及下導板單元211。各探針的針尾部可穿過上導板單元210中對應的上導孔，針頭部則可穿過下導板單元211中對應的下導孔。

探針203和探針204可形成一個探針對（例如但不限於差動對），探針207和探針208也可形成一個探針對。探針202、探針205、探針206、探針209也可分屬於其他的探針對，惟它們在圖2所示情境中未共同形成任何探針對。在圖2中，探針202、探針203、探針204、探針205形成接地-訊號-訊號-接地（GSSG）的配置，探針206、探針207、探針208、探針209亦形成接地-訊號-訊號-接地（GSSG）的配置。

如圖2所示，由探針203和探針204所形成的探針對，其中探針203和探針204是沿平行於局部參考系的座標軸Y（以下簡稱「Y軸」）的方向排列，而這兩探針對的挫曲方向則均是X軸的正方向，亦即，這兩探針對各自的探針排列方向（無論是Y軸的正方向還是負方向）實質上垂直於自己的探針的挫曲方向。由探針207和探針208所形成的探針對，其中探針207和探針208是沿平行於局部參考系的座標軸Y（以下簡稱「Y軸」）的方向排列，而這兩探針對的挫曲方向則均是X軸的正方向，亦即，這兩探針對各自的探針排列方向（無論是Y軸的正方向還是負方向）實質上垂直於自己的探針的挫曲方向。

圖3以圖2中的探針202、探針203、探針204及探針205為例，透過俯視的視角展示了探針排列方向與挫曲方向的關係。參照圖3，探針202、探針203、探針204及探針205的各自的針身部的橫向截面可為實質上的矩形。探針的排列方向（即平行於Y軸的方向）實質上垂直於探針的挫曲方向303。此外，做為探針對的探針203和探針204，它們的針身部橫向截面的兩個幾何中心301及302的一連線304通過各自的橫向截面的一個短邊，亦即，做為探針對的探針203與探針204是以針身部的短邊相對。須說明，圖3所示者為各探針的針身部的橫向截面，其僅為示意性的畫面，而非以俯視的視角實際觀測探針頭201時所能看到的結果。

透過探針排列方向實質上垂直於自己的探針的挫曲方向的安排，當各探針對在進行測試而受力彎曲時較不易與彼此接觸而造成干擾、短路、甚至是結構上的互相損害等負面結果。因此，相較於挫曲方向與探針排列方向一致的態樣，本發明所提供的探針頭上的各探針對之間的最小允許間距可被縮減至更小。

關於所述最小允許間距，更具體而言可至少是指兩探針之間的針身部中心間距、針身部內緣間距、以及針頭部中心間距其中之一的最小允許間距。惟須說明，即便本發明透過上述機制縮短了最小允許間距，此並非代表本發明中的各探針對在全部實施態樣中的針身部中心間距、針身部內緣間距、及針頭部中心間距等距離數值都必須是處於最短的狀態，而僅是表示本發明相較於先前技術具有更大的可安排空間。

此外，在某些實施方式中，各探針對上的兩個探針可以是在所有探針中距離彼此最為接近者。具體而言，探針203與探針204的針身部之間的內緣間距D1可小於這兩個探針與其他探針之間的內緣間距，亦即探針對的兩探針間距可為探針頭201所包含的多個探針中兩兩之間的間距最小者。所述內緣間距是指兩探針互相面對彼此的兩面之間的表面間距。舉例而言，探針203與探針204的針身部之間的內緣間距D1可小於探針203與探針202之間的內緣間距D2。探針203與探針204的針身部之間的內緣間距D1也可小於探針204與鄰近的探針208之間的內緣間距D3。此外，探針203與探針204的針身部之間的針身部的中心間距D4（例如：可介於120微米與170微米之間）也可小於這兩個探針與其他探針之間的中心間距。

除了透過探針排列方向實質垂直於探針挫曲方向的配置方式來縮短最小允許間距之外，本發明亦提供其他可實質縮短探針間距的方案與其搭配實作。在某些實施方式中，探針203與探針204的針身部的中心間距D4可被設置為小於待測裝置上對應的兩個接觸區212、213的中心間距D5。此時，由於上述的內緣間距D1小於中心間距D4，故自然也會小於中心間距D5。為了達成此結果，可將探針的針頭部的接觸尖端組態成相較於同一探針的針身部為偏心設置。更具體的示例請先參照圖4，其以俯視的視角例示了圖2中的探針203和探針204的針頭部接觸尖端的一種可行的偏移方式。圖4所示者可代表透過平行於X軸和Y軸的一個假想的X-Y平面向圖2中的探針203和探針204的針身部分別截出的橫向截面401、402，以及在不同Z軸高度的另一個假想的X-Y平面向探針203和探針204的針頭部接觸尖端分別截出的橫向截面403和404。

如圖4所示，探針203的接觸尖端橫向截面的幾何中心405可在X軸的正方向上以距離D6偏離於探針203的針身部橫向截面的幾何中心301，並在Y軸的負方向上以距離D7偏離於針身部橫向截面的幾何中心301。另一方面，探針204的接觸尖端橫向截面的幾何中心406可在X軸的正方向上以距離D8偏離於探針204的針身部橫向截面的幾何中心302，並在Y軸的正方向上以距離D9偏離於針身部橫向截面的幾何中心302。此一結構安排（尤其是在針身部及／或針頭部連線方向上的相互遠離的設置，即圖中兩針沿Y軸正、負方向上的偏離）在探針對的針頭部接觸尖端的中心間距（對應至待測裝置上的兩個接觸區212、213的中心間距D5，例如可介於120微米與170微米之間）固定不變的情況下，允許雙針的針身部進一步縮短間距，使得探針203與探針204的針身部的中心間距D4可小於待測裝置上對應的兩個接觸區212、213的中心間距D5。詳言之，對於一組探針對而言，由於兩探針的針頭部接觸尖端的中心間距（pitch）原則上會需要與待測裝置上的接觸區的中心間距相同，且考量所述接觸區的中心間距（或其他測試時探針接觸區所接觸待測裝置上的兩位置的間距）可能不屬於探針製造者一方所能自行決定的規格，故此一針頭部接觸尖端的偏心設置使得一探針對中的兩個探針可在兩接觸尖端的中心間距固定不變的情況下進一步縮短兩針身部的間距，藉此提升做為差動對的探針對的電性表現。在某些實施方式中，待測裝置的兩個接觸區的所述中心間距D5可介於130微米與220微米之間。

在某些實施方式中，本發明提供的探針頭上的各探針對的針頭部亦可只在針身部及／或針頭部連線方向上相互遠離，若沿用圖4中的示例來描述，即探針203的接觸尖端橫向截面的幾何中心405可只在Y軸的負方向上以距離D7偏離於針身部橫向截面的幾何中心301，而探針204的接觸尖端橫向截面的幾何中心406也可只在Y軸的正方向上以距離D9偏離於針身部橫向截面的幾何中心302。

儘管圖4中所示者為假想的X-Y平面向圖2中的探針203和探針204的針身部分別截出的橫向截面401、402以及在不同Z軸高度的另一個假想的X-Y平面向探針203和探針204的針頭部接觸尖端分別截出的橫向截面403和404，但在某些實施方式中，圖4所示者亦可代表各探針對的針頭部上的偏心設置方式，亦即，橫向截面401與橫向截面402可改為分別代表兩針頭部上除了接觸尖端以外的其餘部位的橫向截面。

本發明提供的探針頭上的各探針對的針頭部除了以圖4所示的形式偏移之外，還可以是兩接觸尖端沿著遠離彼此的方向而向外偏移的方式。圖5即是以兩組探針對為例，展示了根據本發明的一或多個實施例的探針的針頭部接觸尖端相對於針身部及／或針頭部其餘部位的另一種偏心設置方式。

參照圖5，左半邊所示的探針對501為針頭部未發生偏移的態樣，而右半邊所示的探針對502的兩個探針中，位於左邊的探針503的接觸尖端的幾何中心線與該縱向發展軸之間可具有一個夾角504。所述夾角504可以是由探針503的接觸尖端朝偏離探針對中的另一者的方向（即圖5中的Y軸的負方向）而形成的，且可為銳角。相對地，位於右邊的探針505的接觸尖端的幾何中心線與該縱向發展軸之間可具有一個夾角506。所述夾角506可以是由探針505的接觸尖端朝偏離探針對中的另一者的方向（即圖5中的Y軸的正方向）而形成的。

本發明提供的各探針對的針頭部可相對於針身部偏心設置，其具體的例子已至少如上述的圖4與圖5所展示。應理解，「針頭部相對於針身部偏心設置」亦可被視為「針身部相對於針頭部偏心設置」，惟此二者可以是分別著重於針對針頭部或針身部所做的額外設置。圖5中所示主要是針對針頭部所做出的偏心設置，而圖6則是以三組探針對為例，展示了根據本發明的一或多個實施例的針身部相對於針頭部的偏心設置方式。

參照圖6，左半邊所示的探針對601為針身部相較於針頭部未偏移的態樣，中間部分所示的探針對602為針身部偏移但未增厚的態樣，而右半邊所示的探針對603則為針身部偏移且同時增厚的態樣。更具體而言，探針對601的兩個探針各自的針身部的幾何中心線與相對於針頭部的幾何中心線而言是無偏心設置的，探針對602的兩個探針各自的針身部的幾何中心線604、605則是往面向另一者的一側偏離於自己的針頭部的幾何中心線606、607，故相較於探針對601，會呈現朝內集中的結果。探針對602上的設置方式使得兩探針的針身部的內緣間距可被進一步地縮小。探針對603的兩個探針各自的針身部的幾何中心線608、609與探針對602同樣是往面向另一者的一側偏離於自己的針頭部的幾何中心線610、611，惟除此之外，該兩個探針的針身部各自在面向另一者的一側相較於該針身部的其餘部分還具有一擴增厚度，使得兩探針的針身部的內緣間距相較於探針對602上的狀況可更進一步地縮小。

鑒於本發明提供的設置方式可令各探針對的針身部間距被儘可能地縮小，故在某些實施方式中，還可在各探針對的兩探針之間設置用以維持針身部的內緣間距及／或預防兩探針在測試過程中因受力彎曲而使針身部互相接觸的相關措施。更具體的示例如圖7所示，其以四組探針對701、702、703、704為例，展示了根據本發明的一或多個實施例的探針對的絕緣間隔件與絕緣緩衝件的設置方式。

參照圖7，在某些實施方式中，各探針對的兩個探針的兩個針身部上可設置有共同的至少一絕緣間隔件，該至少一絕緣間隔件可用以全時地維持該兩個針身部的一間距。舉例而言，探針對701的兩個探針的針身部在兩者之間便設置有共同的絕緣間隔件705，探針對702則是設置了在平行於縱向發展軸的方向上被分隔開的多個絕緣間隔件706、707、708。所述絕緣間隔件可用以維持兩探針之間的間距。如其名稱所形容的，所述絕緣間隔件可具有絕緣材質，例如但不限於絕緣膠、強化塑膠、塑鋼等材質。在某些實施方式中，該絕緣間隔件的材質可為多孔填充材質。在某些實施方式中，絕緣間隔件的材質可具有不大於6的相對介電常數。在某些實施方式中，絕緣間隔件的材質甚至可具有不大於4的相對介電常數。在某些實施方式中，所述絕緣間隔件的材質所具有的相對介電常數可不大於上導板單元314中的各上導板的材質及下導板單元315中的各下導板的材質所具有的相對介電常數。

在某些實施方式中，各探針對的兩個探針的兩個針身部其中至少一者可設置有至少一絕緣緩衝件，所述絕緣緩衝件可用以避免該兩個針身部在測試過程中互相接觸。舉例而言，探針對703的兩個探針之間便設置有絕緣緩衝件709、710、711，具體是設置在位於圖中左側的探針上。探針對704的兩個探針之間也設置有絕緣緩衝件712、713、714，惟與探針對703的差異在於，再探針對704中是兩探針的針身部上均有設置絕緣緩衝件。應理解，兩探針的針身部上均設置絕緣緩衝件的方式並不侷限於圖7所例示的探針對704中沿著縱向發展軸而左、右交錯設置的方式。所述絕緣緩衝件與上述絕緣間隔件一樣可具有絕緣材質，例如但不限於強化塑膠、塑鋼等材質，惟因其用途非用以全時間維持兩探針的針身部內緣間距，故相較於絕緣間隔件，絕緣緩衝件在材質層面上對於剛性的要求標準可稍微降低，例如還可以是一般塑膠、高密度泡棉等材質。

接著，請重新參照圖2。在某些實施方式中，下導板單元211上容置探針203和探針204的兩個導孔214和215可包含彼此相對的兩個邊，且彼此相對的該兩個邊各自的長度可為相較於所屬導孔中的其他邊為最短的。此外，在某些實施方式中，下導板單元211中容置探針203和探針204的導孔214和導孔215的中心間距可小於待測裝置上對應的兩個接觸區的中心間距D5，且導孔214和導孔215的所述中心間距在某些進一步的實施方式中可介於120微米與170微米之間。

接著，請重新參照圖1A。在某些實施方式中，各探針對的兩個探針的針頭部的接觸尖端可因為被加粗（例如：圖1A中的探針118的灰色半透明區域）而具有一擴張區域120，使得探針對的兩個針頭部的兩個接觸尖端的中心間距可小於待測裝置上對應的兩個接觸區的中心間距（亦即透過加粗後的接觸尖端的邊緣區域來正常地接觸中心間距較接觸尖端更大的待測裝置接觸區）。具體而言，加粗接觸尖端的做法可使各探針的針頭部的接觸尖端的橫向直徑可大於該針頭部的其餘部份（即，除了接觸尖端之外的其他部分）的橫向直徑，甚至在某些實施方式中還可進一步大於所屬探針的針身部的橫向直徑。所述橫向直徑是指透過垂直於縱向發展軸（即Z軸）的一個假想的平面（即X-Y平面）對各目標部位所截出的截面積的直徑，對於探針對而言，亦可指該目標部位在兩探針的中心連線方向上的厚度。

接觸尖端可以是在生產的過程中被加粗，具體的方式則可以是以覆蓋整個接觸尖端的形式整體地加粗（例如圖1A透過探針118所例示的情況，惟加粗後的接觸尖端整體外型並不限於所示的矩形，而是可為其他形狀，或亦可以是沿著接觸尖端的外緣均勻地將其加粗），或是僅加粗在該探針中心連線方向上的局部（亦即，兩探針間面對彼此的局部）。然而，所述加粗接觸尖端的方式不以電鍍為限，例如對微機電探針（MEMS Wire）來說，可透過微機電製程使接觸尖端增加厚度。當各探針的該接觸尖端被加粗，則其接觸待測裝置的接觸區的面積也會增加，藉此可提供更穩定的接觸方式。特別是，在本發明將探針對之間的最小允許間距縮小，且探針製造者也確實將探針對的接觸尖端中心間距設計為趨近於所述最小允許間距的情況下，被加粗過的接觸尖端將仍有辦法透過較邊緣的區域而正常地接觸到對應的接觸區。經加粗的該接觸尖端的橫向直徑增加幅度可為針頭部的一其餘部分及該針身部其中至少一者的一橫向直徑的102%至130%，且較佳為116%，具體可為介於1至15微米之間，且較佳可為介於6至10微米之間。以透過電鍍方式對例如蛇形探針（cobra）的接觸區加粗（即增加直徑）為例，當探針的針頭部的厚度為50微米時，可於對應的接觸區形成6至10微米的厚度，此時經加粗的該接觸尖端的厚度為56至60微米。

須說明，上述針對探針203和探針204的各段描述亦可適用於探針207和探針208，以及本發明所提供的探針頭上的各個探針對。本發明所屬技術領域中具有通常知識者理應可根據上述針對探針203和探針204的說明內容，清楚地瞭解在本發明的探針頭上的其他探針對中的實作方式。

綜上所述，本發明所提供之探針系統及其中之探針頭、探針卡及測試設備憑藉其探針排列方向實質垂直於挫曲方向的設置方式，使得兩探針（例如：差動對）的最小允許間距相較於排列方向與挫曲方向一致的方案可被進一步地縮小，亦即雙針相較於先前技術有辦法更進一步地靠近彼此。此設置可使一差動對的特性阻抗接近待測裝置的特性阻抗，降低了阻抗不匹配所造成的資源損耗，符合高頻／高速傳輸的規格。如將本發明所提供的上述機制應用於探針頭上的越多對探針（例如：差動對），則可獲得越高的改善成效。

上述實施方式僅用來例舉本發明之部分實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，而非用來限制本發明之保護範疇及範圍。任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，而本發明之權利保護範圍以申請專利範圍為準。

101:測試設備 102:待測裝置 103:探針卡 104:夾具 105:測試機 106:電路板 107:空間轉換器 108:探針頭 109:上導板單元 110:下導板單元 111:探針 112:針頭部 113:針尾部 114:針身部 115:接觸尖端 116:接觸區 117,118,119:探針 120:擴張區域 121:橫向截面 122,123:長邊 124,125:短邊 201:探針頭 202,203,204,205,206,207,208,209:探針 210:上導板單元 211:下導板單元 212,213:接觸區 214,215:導孔 301,302:幾何中心 303:挫曲方向 304:連線 401,402,403,404:橫向截面 405,406:幾何中心 501,502:探針對 503,505:探針 504,506:夾角 601,602,603:探針對 604,605,606,607,608,609,610,611:幾何中心線 701,702,703,704:探針對 705,706,707,708:絕緣間隔件 709,710,711,712,713,714:絕緣緩衝件 D1,D2,D3:內緣間距 D4,D5:中心間距 D6,D7,D8,D9:距離 X,Y,Z:座標軸

如下所示： 圖1A例示了根據本發明的一或多個實施例的探針卡、探針頭所在的探針系統及接受測試的電子裝置。 圖1B例示了根據本發明的一或多個實施例中的透過線材沖壓方式製成的預彎型探針的針身部的橫向截面。 圖2例示了根據本發明的一或多個實施例的探針頭中的探針的位置分布關係。 圖3以俯視的視角例示了圖2中的多個探針的排列關係。 圖4以圖2中的一個探針對為例，展示了根據本發明的一或多個實施例的探針的針頭部接觸尖端相對於針身部及／或針頭部其餘部位的偏心設置方式。 圖5以兩組探針對為例，展示了根據本發明的一或多個實施例的探針對的各針頭部接觸尖端相對於針身部及／或針頭部其餘部位的另一種偏心設置方式。 圖6以三組探針對為例，展示了根據本發明的一或多個實施例的探針對的針身部相對於針頭部偏心設置的方式。 圖7以四組探針對為例，展示了根據本發明的一或多個實施例的探針對的絕緣間隔件與絕緣緩衝件的設置方式。 圖1A至圖7所示內容僅是作為說明本發明的實施例的範例，而非為了限制本發明的保護範圍。

201:探針頭 202,203,204,205,206,207,208,209:探針 210:上導板單元 211:下導板單元 212,213:接觸區 214,215:導孔 D1,D2,D3:內緣間距 D4,D5:中心間距 X,Y,Z:座標軸

Claims (21)

1. 一種探針頭，包含： 一對探針，組態成將整合在半導體晶圓中的一待測裝置與一測試設備電性連接，且各探針包含： 一針頭部，包含一接觸尖端，組態成在測試時接觸該待測裝置上對應的一接觸區； 一針尾部；以及 一針身部，在該針頭部與該針尾部之間根據一縱向發展軸延伸，且該針身部的一橫向截面垂直於該縱向發展軸；以及 一導板單元，設置有一對導孔，組態成可滑動地容置該對探針； 其中，該對探針為預彎型探針； 其中，該對探針沿一第一方向排列，該第一方向平行於該橫向截面，且該第一方向實質垂直於該對探針的一挫曲方向；以及 其中，該對探針的各自的該橫向截面為一實質上的矩形，且該對探針的兩個該針身部的兩個該橫向截面的兩個幾何中心的一連線通過各該橫向截面的一短邊。
2. 如請求項1所述的探針頭，其中，該對探針的兩個該針身部的一內緣間距小於該對探針的兩個該針身部各自與該探針頭上的其他探針的針身部的一內緣間距。
3. 如請求項2所述的探針頭，其中，該對探針的一中心間距為該對探針的兩個該針身部的一中心間距，且小於該待測裝置上對應的兩個該接觸區的一中心間距。
4. 如請求項2所述的探針頭，其中，該對探針的一中心間距為該對探針的兩個該針頭部的兩個該接觸尖端的一中心間距，且小於該待測裝置上對應的兩個該接觸區的一中心間距。
5. 如請求項1所述的探針頭，其中，該導板單元為一下導板，且該導板單元上容置該對探針的該對導孔的一中心間距小於該待測裝置上對應的兩個該接觸區的一中心間距。
6. 如請求項1所述的探針頭，其中，該對探針的一中心間距、該對探針的兩個該針身部的一中心間距、該對探針的兩個該針頭部的兩個該接觸尖端的一中心間距、以及該導板單元上容置該對探針的該對導孔的一中心間距其中的至少一者小於該待測裝置上對應的兩個該接觸區的一中心間距並且介於120微米與170微米之間，且該待測裝置上對應的兩個該接觸區的該中心間距介於130微米與220微米之間。
7. 如請求項1所述的探針頭，其中，該對探針的兩個該接觸尖端各自的一橫向直徑均大於同一探針的該針頭部的一其餘部分及該針身部其中至少一者的一橫向直徑。
8. 如請求項1所述的探針頭，其中，該對探針的兩個該接觸尖端各自的一橫向直徑為同一探針的該針頭部的一其餘部分及該針身部其中至少一者的一橫向直徑的102%至130%。
9. 如請求項1所述的探針頭，其中，該對探針各自自該針頭部的該接觸尖端到該針尾部的一接觸尖端的一長度介於3毫米與8.2毫米之間。
10. 如請求項1所述的探針頭，其中，該導板單元為一下導板，該導板單元上容置該對探針的該對導孔包含彼此相對的兩個邊，且彼此相對的該兩個邊各自的一長度相較於所屬導孔中的其他邊為最短的。
11. 如請求項1所述的探針頭，其中，該兩個探針其中至少一者的該接觸尖端的中心被組態成相較於同一探針的該針身部的中心在垂直於該縱向發展軸的至少一方向上具有一偏移量。
12. 如請求項11所述的探針頭，其中，該兩個探針的兩個該針身部各自的一幾何中心線是往面向該兩個探針中的另一者的一側偏離於所屬探針的該針頭部的一幾何中心線。
13. 如請求項12所述的探針頭，其中，該兩個探針的兩個該針身部各自在面向該兩個探針中的另一者的一側相較於該針身部的其餘部分具有一擴增厚度。
14. 如請求項1或13所述的探針頭，其中，該兩個探針的兩個該針身部上設置有共同的至少一絕緣間隔件，該至少一絕緣間隔件用以維持該兩個針身部的一間距。
15. 如請求項1或13所述的探針頭，其中，該兩個探針的兩個該針身部其中至少一者設置有一絕緣緩衝件，該絕緣緩衝件用以避免該兩個針身部在測試過程中互相接觸。
16. 如請求項1所述的探針頭，其中，該兩個探針其中之一的該接觸尖端的一幾何中心線與該縱向發展軸之間具有一夾角，且該夾角是由該接觸尖端朝偏離該兩個探針其中的另一者的一方向而形成的。
17. 如請求項1所述的探針頭，還包含多個訊號探針以及非訊號探針的多個其他探針，其中： 該多個訊號探針均為微機電探針，且該導板單元上容置該多個訊號探針的多個導孔均是實質上的矩形； 該多個其他探針均非微機電探針，且該導板單元上容置該多個其他探針的多個導孔均為實質上的圓形；且 該對探針為該多個訊號探針其中之二。
18. 如請求項1所述的探針頭，還包含多個訊號探針以及非訊號探針的多個其他探針，其中： 該多個訊號探針均為微機電探針，且該導板單元上容置該多個訊號探針的多個導孔均是實質上的矩形； 該多個其他探針均非微機電探針，且該導板單元上容置該多個其他探針的多個導孔均為實質上的圓形；且 該對探針其中一者為該多個訊號探針其中之一，另一者為該多個其他探針其中之一，且為接地探針。
19. 一種探針卡，用以測試整合在一半導體晶圓的一電子裝置，並包含於一測試設備中，且該探針卡包含： 一電路板； 一空間轉換器，設置在該電路板上；以及 一如請求項1所述的探針頭，設置在該空間轉換器相對於該電路板的另一側上，且該探針頭中的多個訊號探針各自的該針尾部被組態成電性連接於該空間轉換器。
20. 一種測試設備，用以測試整合於一半導體晶圓中的一電子裝置，該測試設備包含： 一夾具，用以支持該半導體晶圓； 一測試機，與該電子裝置電性連接，用以建立一電性測試程序；以及 一如請求項19所述的探針卡，設置於該測試設備。
21. 一種電子裝置，該電子裝置是利用如請求項20所述的測試設備進行一高頻測試程序，其中，該高頻測試程序是由該測試設備的該探針卡利用一高頻訊號進行測試。