专利名称：探针元件及其测试卡的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体元件测试部件，特别是一种探针元件及其测试卡。
背景技术：
一般而言，晶圆上的积体电路元件必须先行测试其电气特性，以判定积体电路元件是否良好。良好的积体电路将被选出以进行后续的封装制程；不良品将被舍弃以避免增加额外的封装成本。
完成封装的积体电路元件亦必须再进行另一次电性测试以筛选出封装不良品，进而提升最终成品良率。
传统测试卡采用悬臂式探针及垂直式探针两种。
悬臂式探针为借由横向悬臂提供探针针部在接触待测积体电路元件时适当的纵向位移，以避免探针针部施加于待测积体电路元件的针压过大。然而，由于悬臂式探针需要空间容纳横向悬臂，而此空间将限制悬臂式探针以对应高密度讯号接点的待测积体电路元件的细间距排列，因此无法应用于具有高密度讯号接点的待测积体电路元件。
垂直式探针虽可对应高密度讯号接点的待测积体电路元件的细间距排列，并借由针体本身的弹性变形提供针尖在接触待测积体电路元件所需的纵向位移。然而，当针体本身的变形量过大时，相邻探针会接触而发生短路或相互碰撞。
美国专利号US 5,914,613揭示一种用以测试待测积体电路元件电气特性的弹性薄膜测试组件。弹性薄膜测试组件为将数个探测端子设置于黏弹性(elastomeric)层上，并借由黏弹性层提供各探测端子适当的移动距离，以便各探测端子在接触待测积体电路元件的讯号垫时可刮破讯号垫上的氧化层。惟，黏弹性层提供的移动距离并不均匀，在黏弹性层中心部较大，而在周围则相对较小。如此，数个探测端子无法均匀地刮除讯号垫上的氧化层，导致彼此之间的阻抗不同。此外，黏弹性层为多层结构且由多种材料构成，不同材料的热膨胀系数差异限制弹性薄膜测试组件在高温电性量测的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种可自动调整施加于待测积体电路元件的针压、自动中心对准的探针元件及其测试卡。
本发明探针元件包括绝缘本体、至少一个设置于绝缘本体中的承载构件、设置于承载构件中心的探针及设置于绝缘本体中且电气连接于承载构件的电讯号导线；测试卡包含设有数个测试接点的电路板及组设数个探针元件的探针座；电路板设有数个电气连接数个测试接点及电路板下表面的导电通路；探针元件包括绝缘本体、至少一个设置于绝缘本体中的承载构件、设置于承载构件的中心的探针及设置于绝缘本体中且电气连接于承载构件及电路板导电通路的电讯号导线。
其中承载构件为螺旋弹簧。
承载构件包含数个以探针为中心呈放射状设置的悬臂，且两相邻悬臂间的夹角相同。
承载构件还包括至少一连接各悬臂的连接环。
绝缘本体具有供承载构件设置的开口。
绝缘本体上的开口呈三角形；承载构件由三个悬臂及至少一个连接各悬臂的连接环构成，且两相邻悬臂间的夹角为120°。
绝缘本体上的开口呈四角形；承载构件为螺旋弹簧。
绝缘本体上的开口呈四角形；承载构件由四个悬臂构成，且两相邻悬臂间的夹角为90°。
绝缘本体上的开口呈六角形；承载构件为螺旋弹簧。
绝缘本体上的开口呈六角形；承载构件由六个悬臂构成，且两相邻悬臂间的夹角为60°。
探针及承载构件的材质选自铜、镍、钴、锡、硼、磷、铬、钨、钼、铋、铟、铯、锑、金、银、铑、钯、铂、钌及其合金所组成之群。
一种测试卡，它包含设有至少一测试接点的电路板、组设至少一探针元件的探针座及设置于电路板与探针座之间的介面板；探针元件还包括绝缘本体、至少一个设置于绝缘本体中的承载构件、设置于承载构件中心的探针及设置于绝缘本体中且电气连接于承载构件的电讯号导线；介面板上、下表面分别设有至少一个可电气连接于电路板上测试接点及电气连接于探针座上电讯号导线的第一、二讯号接点。
探针元件包含电气连接电讯号导线及介面板第二讯号接点的焊垫。
探针座包含数个电气连接电读号导线及介面板第二讯号接点的焊垫。
探针元件包含电气连接电讯号导线及电路板导电通路的焊垫。
探针座包含数个电气连接电读号导线及电路板导电通路的焊垫。
由于本发明探针元件包括绝缘本体、至少一个设置于绝缘本体中的承载构件、设置于承载构件中心的探针及设置于绝缘本体中且电气连接于承载构件的电讯号导线；测试卡包含设有数个测试接点的电路板及组设数个探针元件的探针座；电路板设有数个电气连接数个测试接点及电路板下表面的导电通路；探针元件包括绝缘本体、至少一个设置于绝缘本体中的承载构件、设置于承载构件的中心的探针及设置于绝缘本体中且电气连接于承载构件及电路板导电通路的电讯号导线。本发明探针元件的探针偏离中心时，借由承载构件可自动地将探针推回中心位置，可确保探针的侧向稳定度以使探针自动中心对准，而探针座的探针彼此不会接触发生短路且彼此不会产生碰撞等作动干扰；使探针与待测积体电路元件的接触不是会破坏待测积体电路元件的硬接触，而是弹性接触；避免探针座的探针在接触焊垫的瞬间因针压不平均而造成焊垫的损坏，且延长探针使用寿命；本发明测试卡使用时，探针座上数个探针元件的探针以尖端电气接触待测积体电路元件的焊垫，以撷取待测积体电路元件的电气特性，端可在接触焊垫时，刺破焊垫表面的氧化物以避免氧化物的阻抗产生量测误差；并使探针座的探针可以不同针压施加于待测积体电路元件上；不仅可自动调整施加于待测积体电路元件的针压，而且可自动中心对准，从而达到本发明的目的。
图1、为本发明探针元件实施例一结构示意立体图。
图2、为本发明探针元件实施例二结构示意立体图。
图3、为本发明探针元件实施例三结构示意立体图。
图4、为本发明探针元件实施例四结构示意立体图。
图5、为本发明探针元件实施例五结构示意立体图。
图6、为本发明探针元件实施例六结构示意立体图。
图7、为本发明探针元件实施例七结构示意立体图。
图8、为本发明测试卡实施例一结构示意剖视图。
图9、为本发明测试卡实施例一探针座结构示意俯视图。
图10、为本发明测试卡实施例一探针座结构示意立体图。
图11、为本发明测试卡实施例一作用示意图。
图12、为本发明测试卡实施例二结构示意剖视图。
图13、为本发明测试卡实施例二探针座结构示意立体图。
图14、为本发明测试卡实施例二探针座结构示意立体图(组设探针元件图15、为本发明测试卡实施例二探针座结构示意立体图(组设探针元件图16、为本发明测试卡实施例二探针座结构示意立体图(组设探针元件
具体实施例方式
本发明探针元件实施例一如图1所示，本发明探针元件10包含具有圆形开口14的绝缘本体12、两个上、下设置于开口14中的承载构件20、设置于两个承载构件20中的探针26及设置于绝缘本体12中且电气连接上承载构件20的电讯号导线28。
承载构件20为螺旋弹簧，其内端22连接于探针26，而其外端24连接于绝缘本体12。当探针26偏离中心时，螺旋弹簧的横向弹性可自动地将探针26推回中心位置，亦即，螺旋弹簧可限制并拘束探针26实质上仅可进行纵向移动，以避免习知技艺的探针因横向移动所引起的缺点。
再者，当探针26的针尖接触待测积电路元件时，为螺旋弹簧承载构件20的纵向弹性可自动调整探针26施加于待测积体电路元件上的针压。亦即，本发明借由为螺旋弹簧承载构件20的弹性使探针26与待测积体电路元件的接触不是会破坏待测积体电路元件的硬接触(hard contact)，而是弹性接触(softcontact)。探针26及承载构件20由弹性导电材料构成。较佳地，探针26及承载构件20的材质选自铜、镍、钴、锡、硼、磷、铬、钨、钼、铋、铟、铯、锑、金、银、铑、钯、铂、钌及其合金所组成之群。亦即，借由探针26撷取待测积体电路元件的电气讯号，再经由两个承载构件20及电讯号导线28向外输出。
本发明探针元件实施例二如图2所示，本发明探针元件40A包含具有四角形开口44的绝缘本体42、两个上、下设置于开口44中的承载构件50A、设置于两个承载构件50A中的探针56及设置于绝缘本体42中且电气连接上承载构件50A的电讯号导线58。
承载构件50A包含四个以探针56为中心呈放射状设置的悬臂52，且两相邻悬臂52间的夹角相同，实质上为90°。亦即，四个悬臂52形成‘十字型’结构，而探针56则位于‘十字型’结构的中心处。悬臂52的一端连接于探针56，而其另一端则连接于绝缘本体42，四个悬臂52中之一电气连接电讯号导线58及探针56。
本发明探针元件实施例三如图3所示，本发明探针元件40B包含具有四角形开口44的绝缘本体42、两个上、下设置于开口44中的承载构件50B、设置于两个承载构件50B中的探针56及设置于绝缘本体42中且电气连接上承载构件50B的电讯号导线58。
承载构件50B包含四个以探针56为中心呈放射状设置的悬臂52及四个以探针56为中心呈放射状设置且与悬臂呈约45°夹角的斜置悬臂54构成。电讯号导线58的一端电气连接于四个悬臂52中之一，以传送测试讯号至探针56或将探针56撷取自待测积体电路元件的电气讯号向外输出。
本发明探针元件实施例四如图4所示，本发明探针元件40C包含具有四角形开口44的绝缘本体42、两个上、下设置于开口44中的承载构件50C、设置于两个承载构件50C中的探针56及设置于绝缘本体42中且电气连接上承载构件50C的电讯号导线58。
承载构件50C为方形螺旋弹簧，其内端连接于探针56，而其外端则连接于绝缘本体52。较佳地，探针56位于方形螺旋弹簧的中心处。电讯号导线58电气连接于上承载构件50C的外端，以传送测试讯号至探针56或将探针56撷取自待测积体电路元件的电气讯号向外输出。
本发明探针元件实施例五如图5所示，本发明探针元件60A包含具有六角形开口64的绝缘本体62、两个上、下设置于开口64中的承载构件70A、设置于两个承载构件70A中的探针76及设置于绝缘本体62中且电气连接上承载构件70A的电讯号导线78。
承载构件70A由六个悬臂72及两个连接各悬臂72的连接环74构成。六个悬臂72的一端分别连接于探针76，而其另一端分别连接于绝缘本体62，且六个悬臂72中之一电气连接电讯号导线78及探针76。数个悬臂72以探针76为中心呈放射状设置，且两相邻悬臂72间的夹角相同，实质上为60°。
本发明探针元件实施例六如图6所示，本发明探针元件60B包含具有六角形开口64的绝缘本体62、两个上、下设置于开口64中的承载构件70B、设置于两个承载构件70B中的探针76及设置于绝缘本体62中且电气连接上承载构件70B的电讯号导线78。
承载构件70B为六角形螺旋弹簧，其内端连接于探针76，而其外端连接于绝缘本体72。较佳地，探针76位于六角形螺旋弹簧的中心处。电讯号导线78电气连接于上承载构件70B的外端，以传送测试讯号至探针76或将探针76撷取自待测积体电路元件的电气讯号向外输出。
本发明探针元件实施例七如图7所示，本发明探针元件80包含具有三角形开口84的绝缘本体82、两个上、下设置于开口84中的承载构件90、设置于两个承载构件90中的探针96及设置于绝缘本体82中且电气连接上承载构件90的电讯号导线98。
承载构件80由三个悬臂92及两个连接各悬臂92的连接环94构成。三悬臂92的一端分别连接于探针96，而其另一端分别连接于绝缘本体82，三个悬臂92中之一电气连接该电讯号导线98及探针96。数个悬臂92以探针96为中心呈放射状设置，且两相邻悬臂92间的夹角相同，实质上为120°。
本发明测试卡实施例一如图8、图11所示，本发明测试卡测试卡100包含电路板110及探针座140。
电路板110包含数个设置于其上表面112的测试接点116及数个设置于其内部的导电通路118。数个测试接点116以间距122分隔且可电气连接于测试机台；导电通路118为用以电气连接数个测试接点116至电路板110的下表面114。
如图9所示，探针座140包含数个如图1所示的探针元件10、数个焊垫144及数条电气连接电讯号导线28与焊垫144的导线146。数个探针元件10的排列方式可设计以对应于待测积体电路元件170的焊垫172。例如，如图10所示，数个探针元件10以3×6的阵列方式排列。
本发明测试卡100使用时，如图11所示，电路板110由四层积层板120构成，且导电通路118的间距由上表面112向下表面114渐缩。探针座140的焊垫144的位置对应于电路板110的导电通路118，因此可电气连接探针元件10的电讯号导线28及电路板110的导电通路118。探针座140的探针26以间距142设置，其中间距142对应分隔待测积体电路元件170的焊垫172的间距。探针26以尖端电气接触待测积体电路元件170的焊垫172，以撷取待测积体电路元件170的电气特性，而尖端可在接触焊垫172时，刺破焊垫172表面的氧化物以避免氧化物的阻抗产生量测误差。
本发明测试卡实施例二如图12所示，本发明测试卡200包含印刷电路板220、介面板230及探针座150。
印刷电路板220包含数个测试接点222及数条电气连接测试接点222至测试机台的导线224。
介面板230包含上表面232、以间距大约等于印刷电路板220上的测试接点222的间距设置数个讯号接点234、下表面236及以间距小于设置于上表面232讯号接点234间距设置的数个讯号接点238。
如图13所示，探针座150包含数个如图1所示的探针元件10及数个电气连接电讯号导线28的焊垫30。
探针座150的焊垫30的位置对应于介面板230下表面236的讯号接点238，以电气连接探针元件10的电讯号导线28及讯号接点238。相较于图6所示的探针座140，探针座150所占用的空间明显地较小。
此外，测试卡200亦可组设如图9所示的探针座140替代探针座150。探针座140的焊垫144的位置对应于介面板230下表面236的讯号接点238，以电气连接探针元件10的电讯号导线28及讯号接点238。
测试卡200亦可组设如图14所示的探针座240，探针座240由数个如图2所示本发明探针元件实施例二的探针元件40A构成。数个探针元件40A的排列方式可设计以对应于待测积体电路元件的焊垫。探针座240亦可由数个如图3所示的探针元件40B或如图4所示的探针元件40C构成。探针座240与电路板的接合可选择性地采用如图9所示或图13所示的设计，以电气连接电讯号导线58至电路板的焊垫。
测试卡200亦可组设如图15所示的探针座250，探针座250由数个如图5所示的探针元件60A构成。数个探针元件60A的排列方式可设计以对应于待测积体电路元件的焊垫。此外，探针座250亦可以如图6所示的探针元件60B构成，亦即采用为螺旋弹簧构成的承载构件70B。探针座250与电路板的接合亦可选择性地采用如图9所示或图13所示的设计，以电气连接电讯号导线78至电路板的焊垫。
测试卡200亦可组设如图16所示的探针座260，探针座240由数个如图7所示的探针元件80构成，数个探针元件80的排列方式亦可设计以对应于待测积体电路元件的焊垫。探针座260与电路板的接合亦可选择性地采用如图6所示或图9所示的设计，以电气连接电讯号导线98至电路板的焊垫。
相较于习知技艺，本发明具有下列优点1、由于承载构件的横向弹性限制探针实质上仅可进行纵向移动以避免探针的横向移动，因此本发明的探针元件可确保探针的侧向稳定度以使探针自动中心对准，而探针座的探针彼此不会接触发生短路且彼此不会产生碰撞等作动干扰。
2、由于承载构件提供的纵向弹性可使各探针独立地进行纵向移动以补偿积体电路的焊垫的水平高度差异，并避免探针座的探针在接触焊垫的瞬间因针压不平均而造成焊垫的损坏。
3、承载构件的纵向及横向弹性可吸收探针在运动过程中产生的扭应力及弯曲应力，以减少探针的疲劳及翘曲变形。因此，相较于习知的垂直式探针在接触待测积体电路元件时产生的针体变形，本发明的探针元件借由承载构件可提升探针的寿命。
4、由于承载构件的弹性可个别地设计，因此探针座的探针可以不同针压施加于待测积体电路元件上。例如，待测积体电路元件的周围可设计成具有较小的针压，而中心处则具有较大针压以减少探针与待测积体电路元件间的不平衡接触压力。
权利要求
1.一种探针元件，它包括探针；其特征在于它还包括绝缘本体、至少一个设置于绝缘本体中的承载构件及设置于绝缘本体中且电气连接于承载构件的电讯号导线；探针设置于承载构件的中心。
2.根据权利要求1所述的探针元件，其特征在于所述的承载构件为螺旋弹簧。
3.根据权利要求1所述的探针元件，其特征在于所述的承载构件包含数个以探针为中心呈放射状设置的悬臂，且两相邻悬臂间的夹角相同。
4.根据权利要求3所述的探针元件，其特征在于所述的承载构件还包括至少一连接各悬臂的连接环。
5.根据权利要求1所述的探针元件，其特征在于所述的绝缘本体具有供承载构件设置的开口。
6.根据权利要求5所述的探针元件，其特征在于所述的绝缘本体上的开口呈三角形；承载构件由三个悬臂及至少一个连接各悬臂的连接环构成，且两相邻悬臂间的夹角为120°。
7.根据权利要求5所述的探针元件，其特征在于所述的绝缘本体上的开口呈四角形；承载构件为螺旋弹簧。
8.根据权利要求5所述的探针元件，其特征在于所述的绝缘本体上的开口呈四角形；承载构件由四个悬臂构成，且两相邻悬臂间的夹角为90°。
9.根据权利要求5所述的探针元件，其特征在于所述的绝缘本体上的开口呈六角形；承载构件为螺旋弹簧。
10.根据权利要求5所述的探针元件，其特征在于所述的绝缘本体上的开口呈六角形；承载构件由六个悬臂构成，且两相邻悬臂间的夹角为60°。
11.根据权利要求1所述的探针元件，其特征在于所述的探针及承载构件的材质选自铜、镍、钴、锡、硼、磷、铬、钨、钼、铋、铟、铯、锑、金、银、铑、钯、铂、钌及其合金所组成之群。
12.一种测试卡，它包含设有至少一测试接点的电路板及组设至少一探针元件的探针座；探针元件包括探针；其特征在于所述的电路板与探针座之间设有介面板；探针元件还包括绝缘本体、至少一个设置于绝缘本体中的承载构件及设置于绝缘本体中且电气连接于承载构件的电讯号导线；探针设置于承载构件的中心；介面板上、下表面分别设有至少一个可电气连接于电路板上测试接点及电气连接于探针座上电讯号导线的第一、二讯号接点。
13.根据权利要求12所述的测试卡，其特征在于所述的承载构件为螺旋弹簧。
14.根据权利要求12所述的测试卡，其特征在于所述的承载构件包含数个以探针为中心呈放射状设置的悬臂，且两相邻悬臂间的夹角相同。
15.根据权利要求14所述的测试卡，其特征在于所述的承载构件还包括至少一连接各悬臂的连接环。
16.根据权利要求12所述的测试卡，其特征在于所述的绝缘本体具有供承载构件设置的开口。
17.根据权利要求16所述的测试卡，其特征在于所述的绝缘本体上的开口呈三角形；承载构件由三个悬臂及至少一个连接各悬臂的连接环构成，且两相邻悬臂间的夹角为120°。
18.根据权利要求16所述的测试卡，其特征在于所述的绝缘本体上的开口呈四角形；承载构件为螺旋弹簧。
19.根据权利要求16所述的测试卡，其特征在于所述的绝缘本体上的开口呈四角形；承载构件由四个悬臂构成，且两相邻悬臂间的夹角为90°。
20.根据权利要求16所述的测试卡，其特征在于所述的绝缘本体上的开口呈六角形；承载构件为螺旋弹簧。
21.根据权利要求16所述的测试卡，其特征在于所述的绝缘本体上的开口呈六角形；承载构件由六个悬臂构成，且两相邻悬臂间的夹角为60°。
22.根据权利要求12所述的测试卡，其特征在于所述的探针元件包含电气连接电讯号导线及介面板第二讯号接点的焊垫。
23.根据权利要求12所述的测试卡，其特征在于所述的探针座包含数个电气连接电读号导线及介面板第二讯号接点的焊垫。
24.根据权利要求12所述的测试卡，其特征在于所述的探针及承载构件的材质选自铜、镍、钴、锡、硼、磷、铬、钨、钼、铋、铟、铯、锑、金、银、铑、钯、铂、钌及其合金所组成之群。
25.一种测试卡，它包含设有数个测试接点的电路板及组设数个探针元件的探针座；探针元件包括探针；其特征在于所述的电路板设有数个电气连接数个测试接点及电路板下表面的导电通路；探针元件还包括绝缘本体、至少一个设置于绝缘本体中的承载构件及设置于绝缘本体中且电气连接于承载构件及电路板导电通路的电讯号导线；探针设置于承载构件的中心。
26.根据权利要求25所述的测试卡，其特征在于所述的承载构件为螺旋弹簧。
27.根据权利要求25所述的测试卡，其特征在于所述的承载构件包含数个以探针为中心呈放射状设置的悬臂，且两相邻悬臂间的夹角相同。
28.根据权利要求27所述的测试卡，其特征在于所述的承载构件还包括至少一连接各悬臂的连接环。
29.根据权利要求25所述的测试卡，其特征在于所述的绝缘本体具有供承载构件设置的开口。
30.根据权利要求29所述的测试卡，其特征在于所述的绝缘本体上的开口呈三角形；承载构件由三个悬臂及至少一个连接各悬臂的连接环构成，且两相邻悬臂间的夹角为120°。
31.根据权利要求29所述的测试卡，其特征在于所述的绝缘本体上的开口呈四角形；承载构件为螺旋弹簧。
32.根据权利要求29所述的测试卡，其特征在于所述的绝缘本体上的开口呈四角形；承载构件由四个悬臂构成，且两相邻悬臂间的夹角为90°。
33.根据权利要求29所述的测试卡，其特征在于所述的绝缘本体上的开口呈六角形；承载构件为螺旋弹簧。
34.根据权利要求29所述的测试卡，其特征在于所述的绝缘本体上的开口呈六角形；承载构件由六个悬臂构成，且两相邻悬臂间的夹角为60°。
35.根据权利要求25所述的测试卡，其特征在于所述的探针元件包含电气连接电讯号导线及电路板导电通路的焊垫。
36.根据权利要求25所述的测试卡，其特征在于所述的探针座包含数个电气连接电读号导线及电路板导电通路的焊垫。
37.根据权利要求25所述的测试卡，其特征在于所述的探针及承载构件的材质选自铜、镍、钴、锡、硼、磷、铬、钨、钼、铋、铟、铯、锑、金、银、铑、钯、铂、钌及其合金所组成之群。
全文摘要
一种探针元件及其测试卡。为提供一种可自动调整施加于待测积体电路元件的针压、自动中心对准的半导体元件测试部件，提出本发明，探针元件包括绝缘本体、至少一个设置于绝缘本体中的承载构件、设置于承载构件中心的探针及设置于绝缘本体中且电气连接于承载构件的电讯号导线；测试卡包含设有数个测试接点的电路板及组设数个探针元件的探针座；电路板设有数个电气连接数个测试接点及电路板下表面的导电通路；探针元件包括绝缘本体、至少一个设置于绝缘本体中的承载构件、设置于承载构件的中心的探针及设置于绝缘本体中且电气连接于承载构件及电路板导电通路的电讯号导线。
文档编号G01R31/26GK1683933SQ200410031698
公开日2005年10月19日 申请日期2004年4月13日 优先权日2004年4月13日
发明者洪文兴 申请人:旺矽科技股份有限公司
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