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TWI876428B - 電性連接裝置 - Google Patents

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TWI876428B
TWI876428B TW112126728A TW112126728A TWI876428B TW I876428 B TWI876428 B TW I876428B TW 112126728 A TW112126728 A TW 112126728A TW 112126728 A TW112126728 A TW 112126728A TW I876428 B TWI876428 B TW I876428B
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TW112126728A
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林孝幸
今瑞穂
豊田美岬
Original Assignee
日商日本麥克隆尼股份有限公司
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Abstract

本發明之課題在於提供可抑制由於覆蓋側面之保護材的形成所致之探針的翹曲之探針及電性連接裝置。
本發明之探針係插入於探針頭所包含的導板的導孔而被保持於前述探針頭。探針係具備：柱狀的母材；及硬度高於母材之保護材，該保護材係覆蓋母材之通過導孔的區域的側面之至少一部分。覆蓋母材之通過相同的導孔的區域之保護材係沿著母材的軸方向被分割成複數個部分。

Description

電性連接裝置
本發明係關於在檢查對象物之電特性的檢查中所使用的探針及電性連接裝置。
為了在晶圓(wafer)狀態檢查半導體積體電路等檢查對象物之電特性，係使用包含探針的電性連接裝置。在使用探針的檢查中，係使探針之一方的端部與檢查對象物之電極焊墊(pad)接觸，使探針之另一方的端部與配置於印刷基板等的端子(以下稱為「焊盤」(land)。)接觸。焊盤係與測試機(tester)等檢查裝置電性連接。
於檢查對象物的檢查中，係進行下列處理：在使探針與電極焊墊接觸之後，進一步使電性連接裝置與檢查對象物接近(overdrive，針測行程)，藉此使探針因彈性變形而彎曲。藉由使探針彎曲，可藉由探針的彈力使探針穩定地與電極焊墊及焊盤接觸。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2018-91870號公報
探針係在貫通形成於導板的導孔的狀態下，由具有複數個導板的探針頭支撐。為了防止因探針的側面與導孔的內壁面或開口部接觸而使探針破損，係以比探針的母材更硬的材料之保護材覆蓋探針之貫通導孔的區域的側面的周圍。但是，有時會因由於形成保護材而施加於探針的應力，使探針產生翹曲。
本發明之目的在於提供可抑制由於覆蓋側面之保護材的形成所致之探針的翹曲之探針及電性連接裝置。
本發明一態樣之探針係插入於探針頭所包含的導板的導孔而被保持於探針頭。探針係具備：柱狀的母材；及硬度高於母材之保護材，該保護材係覆蓋母材之通過導孔的區域的側面之至少一部分。覆蓋母材之通過相同的導孔的區域之保護材係沿著母材的軸方向被分割成複數個部分。
依據本發明，可提供可抑制由於被覆側面之保護材的形成所致之探針的翹曲之探針及電性連接裝置。
1:探針
2:檢查對象物
10:母材
11:接觸部
12:連結部
13:彎曲部
15:凸部
20:探針頭
21:第一導板
22:第二導板
23:第三導板
30:基板
31:焊盤
50:保護材
50A:第一保護部分
50B:第二保護部分
60:被覆材
100:電性連接裝置
111:第一接觸部
112:第二接觸部
121:第一連結部
122:第二連結部
130:連接區域
131:第一連接區域
132:第二連接區域
133:中間區域
200:中空區域
300:支撐台
501:第一保護材
502:第二保護材
503:第三保護材
F:方向
圖1係顯示本發明實施型態之電性連接裝置之構成的示意圖。
圖2係顯示本發明實施型態之探針之構成的示意圖。
圖3係沿著圖2之III-III方向的示意剖面圖。
圖4係顯示本發明實施型態之探針之製造過程的狀態之例的示意圖。
圖5A係顯示本發明實施型態的第一變形例之探針之構成的示意圖。
圖5B係沿著圖5A之V-V方向的示意剖面圖。
圖6係顯示本發明實施型態的第二變形例之電性連接裝置之構成的示意圖。
圖7係沿著圖6之VII-VII方向的示意剖面圖。
接著，參照圖式說明本發明實施型態。以下之圖式的記載中，對於相同或相似的部分附加相同或相似的符號。不過，圖式為示意圖，應留意會有各部的厚度之比率等與實物不同之情形。此外，圖式相互間當然包含相互的尺寸之關係、比率不同的部分。以下所示之實施型態係例示用以使本發明之技術思想具體化的裝置或方法，本發明之實施型態並非將構成部件的材質、形狀、構造、配置及製造方法等具體指定為下述內容所述者。
圖1所示之本發明實施型態之電性連接裝置100係在檢查對象物2之電特性的檢查中所使用。電性連接裝置100中，探針1係由探針頭20所保持。具體而言，複數個探針1係插入於探針頭20所包含的第一導板21、第二導板22及第三導板23的導孔而被保持於探針頭20。探針頭20係具有使第一導板21、第二導板22、第三導板23於導板之主面的面法線方向相互分隔配置而成的構成。以下，於未限定第一導板21、第二導板22及第三導板23之各者時，係記載為導板。
探針1係具有屬於一方的端部之第一接觸部111及屬於另一方的端部之第二接觸部112。在檢查對象物2的檢查時，探針1的第一接觸部111係與檢查對象物2之電極焊墊(省略圖示)接觸。探針1的第二接觸部112係與基板30之焊盤31接觸。焊盤31係與省略圖示的IC測試機等檢查裝置電性連接。第一接觸部111係通過貫通第二導板22及第三導板23的導孔。第二接觸部112係通過貫通第一導板21的導孔。
探針1係具備：柱狀的母材；及硬度高於母材之保護材50，該保護材50係覆蓋母材之通過導孔的區域的側面之至少一部分。圖1所示之探針1包含：第一保護材501，係覆蓋通過第一導板21的區域的外周；第二保護材502，係覆蓋通過第二導板22的區域的外周；及第三保護材503，係覆蓋通過第三導板23的區域的外周。以下，於未限定第一保護材501、第二保護材502及第三保護材503之各者時，係記載為保護材50。
藉由保護材50防止由於探針1與導孔的側面接觸所造成之探針的破損。導孔的「側面」係包含導孔的內壁面及開口部。實施型態之探針1中，在貫通導板之複數個區域中之至少任一個區域中，覆蓋母材10之通過相同的導孔的區域之保護材50係沿著母材10的軸方向被分割成複數個部分。圖1所示的探針1中，第三保護材503係被分割成第一保護部分50A與第二保護部分50B。
如圖1所示，探針頭20中，關於相同的探針1所貫通的導孔，係相對於第一導板21的導孔而使第二導板22的導孔之位置朝與第一導板21之主面平行的方向F偏移配置。以下，將使導孔之位置偏移的配置稱為「偏置(offset)配置」。此外，將使導孔之位置偏移的方向F也稱為「偏置方向」。藉由偏置配 置，使探針1在第一導板21與第二導板22之間彎曲。亦即，在第一導板21與第二導板22之間的中空區域200，探針1為因彈性變形而彎曲的狀態。從導板的面法線方向觀察，第二導板22的導孔之位置與第三導板23的導孔之位置一致。
藉由使第一導板21的導孔與第二導板22的導孔偏置配置，當探針1的第一接觸部111與檢查對象物2接觸時，探針1在中空區域200挫曲。亦即，在探針1與檢查對象物2接觸的狀態(以下，「接觸狀態」)下，探針1由於撓曲變形而從探針1與檢查對象物2未接觸的狀態(以下，「非接觸狀態」)之彎曲形狀進一步彎曲。由於探針1進一步彎曲，使得探針以預定之推力而與檢查對象物2接觸。據此，藉由偏置配置，可使用探針1穩定地量測檢查對象物2之電特性。探針1係具有在成為非接觸狀態時恢復至與檢查對象物2接觸之前之形狀的彈性。
以下，參照圖2說明探針1的詳細內容。
圖2所示之實施型態之探針1為柱狀，該柱狀係包含使第一接觸部111、第一連結部121、彎曲部13、第二連結部122及第二接觸部112沿著軸方向依序連接而成的構造。以下，於未限定第一接觸部111與第二接觸部112之各者時，係記載為接觸部11。此外，於未限定第一連結部121與第二連結部122之各者時，係記載為連結部12。換言之，探針1係包含接觸部11、彎曲部13、及將接觸部11與彎曲部13連結的連結部12。
第一連結部121係將第一接觸部111與彎曲部13連結。第二連結部122係將第二接觸部112與彎曲部13連結。第一接觸部111的前端係在檢查 時與檢查對象物接觸。第二接觸部112的前端係在檢查對象物的檢查時與焊盤接觸。在檢查對象物的檢查時，探針1因彈性變形而彎曲。
本發明實施型態的說明中，如圖2所示定義X方向、Y方向、Z方向。圖2中，X方向與紙面的左右方向平行，Y方向與紙面的深度方向平行，Z方向與紙面的上下方向平行。探針1的軸方向係沿著Z方向。以下，說明探針1之與軸方向垂直的剖面為矩形之情形。而且，將X方向設為探針1的寬度方向，將Y方向設為探針1的厚度方向。
圖3中，係顯示沿著圖2之III-III方向之與探針1的軸方向垂直的剖面(以下，簡稱為「剖面」。)的構造。圖3所示的探針1中，係例示性地顯示母材10的四個側面當中，一個長邊與兩個短邊由保護材50覆蓋之情形。如圖3所示，剖面為矩形的母材10的三個側面藉由保護材50被覆，剩餘的一個側面可不藉由保護材50被覆。或者，保護材50亦可圍繞母材10的側面。
依據實施型態之探針1，藉由於母材10的側面配置保護材50，可抑制由於與導孔的側面接觸所造成之探針1的損傷。例如，於母材10使用鎳(Ni)或鎳合金等。可於保護材50較佳地使用例如銠(Rh)等。或者，亦可於保護材50使用DLC(Diamond Like Carbon，類鑽碳)等。另外，母材10亦可為單一的材料，亦可為不同材料的積層構造。
探針1中，如圖2所示，亦可使彎曲部13之與連結部12連接的區域之剖面的面積小於彎曲部13之其它區域之剖面的面積。以下，彎曲部13之與連結部12連接的區域亦稱為「連接區域」。此外，除了連接區域之外的彎曲部13之剩餘的區域亦稱為「中間區域」。圖2所示之彎曲部13係包含：中間區域133；與中間區域133之一方的端部連結的第一連接區域131；及與中間區域 133之另一方的端部連結的第二連接區域132。第一連接區域131係與第一連結部121連接，第二連接區域132係與第二連結部122連接。以下，於未限定第一連接區域131與第二連接區域132之各者時，係記載為連接區域130。
藉由在彎曲部13中使連接區域130之剖面的面積小於中間區域133，在探針1彎曲時，會使得連接區域130在中間區域133與連結部12之間特別大幅地彎曲。因此，可確保在彎曲部13的相反側與連結部12連接之接觸部11的直線度。例如，如圖2所示，亦可於X方向使連接區域130的寬度窄於中間區域133的寬度，藉此使連接區域130之剖面的面積小於中間區域133之剖面的面積。此時，從X方向觀察，彎曲部13的厚度固定。
在探針1與檢查對象物2接觸之接觸狀態下使得探針1彎曲時，於彎曲部13包含中間區域133與連接區域130之情形，探針1係在連接區域130特別大幅地彎曲。因此，可確保接觸部11之沿著導孔的直線移動。其結果，可抑制導孔的側面與接觸部11接觸。不過，於彎曲部13即使未包含連接區域130也可抑制導孔的側面與接觸部11接觸之情形，亦可使彎曲部13的直徑固定。
保護材50亦可超過接觸部11與連結部12之連接部分而覆蓋連結部12之一部分。亦即，亦可形成為：以保護材50覆蓋連結部12之接近接觸部11的區域，且不以保護材50覆蓋連結部12之接近彎曲部13的區域。藉由以保護材50覆蓋連結部12之接近接觸部11的區域，即使在連結部12之一部分通過導孔的內部時，也可抑制探針1因與導孔的側面接觸而損傷。
保護材50係因應探針1之通過導孔的區域的範圍而分割，以覆蓋通過導孔之開口部的區域的母材10。換言之，配置有保護材50的母材10的區域係於檢查對象物的檢查時及非檢查時皆通過導孔的區域。例如，在藉由偏置配 置使母材10於探針頭20的內部彎曲的狀態下，母材10之通過導孔的區域係由保護材50覆蓋。進而，在檢查對象物的檢查時為了將探針1推抵於檢查對象物藉由施加針測行程而通過導孔的母材10的區域係由保護材50覆蓋。
例如，考慮到沿著探針1的軸方向的導孔的長度(例如250μm)及由於探針1的彎曲所致之行程(stroke)的長度(例如120μm)等，將保護材50分割。此處所謂「行程」，係意指在接觸狀態與非接觸狀態之間通過導孔的範圍之變化量。
偏置方向例如為母材10之剖面之長邊所朝向的方向。此情形，如圖3所示，在三個側面藉由保護材50被覆的母材10中，係於朝向與偏置方向平行的方向的側面中之至少任一個側面配置有保護材50。另一方面，朝向與偏置方向平行的方向的側面當中，朝向配置有保護材50的側面之相反方向的側面亦可不藉由保護材50被覆。換言之，亦可於朝向偏置方向的側面或除了朝向與偏置方向相反之方向的側面之任一方的側面之外的母材10之剩餘的側面，形成保護材50。
近年來，探針卡追求窄化探針之間隔的窄間距化，為了防止與鄰接探針之短路而使探針變細。藉由於有可能與導板接觸的母材10的側面被覆保護材50，可抑制探針1變粗，且同時可抑制母材10與導孔接觸而破損。例如，本實施例的探針1係於朝向偏置方向的側面或除了朝向與偏置方向相反之方向的側面之任一方的側面之外的母材10之剩餘的側面，被覆保護材50。另一方面，係於朝向與偏置方向相反之方向的側面使母材10露出。因此，藉由於三個面被覆保護材50，且於一個面使母材10露出，可抑制因保護材50被覆於母材10的表面而使探針1變粗，且同時可抑制母材10與導孔接觸而破損。
另外，不限制為僅於母材10的三個面被覆保護材50。此外，也可考慮藉由將保護材50埋入母材10而抑制探針1變粗，且同時抑制母材10與導孔接觸而破損。並未限定要在探針1設置將保護材50被覆於母材10的表面的構造與將保護材50埋入母材10的構造的其中一種構造。
探針1係例如藉由蝕刻處理，將形成於平板狀的基台之上的母材10的材料圖案化(patterning)而形成為預定之形狀。探針1之製造過程中，保護材50藉由鍍覆加工等而形成於母材10的表面。此時，例如圖4的俯視圖所示，母材10係一端被支撐於支撐台300而以懸空的狀態形成在基台(省略圖示)之上方。因此，母材10係從與支撐台300一體化的第二接觸部112起隨著朝向第一接觸部111而容易受到應力之影響。亦即，第一接觸部111中之保護材50所鍍覆的區域會因鍍覆加工所造成之應力之影響而容易產生翹曲。特別是，在形成保護材50的程序之後容易使探針1產生翹曲。進而，即使在製造程序之後，探針1中之以保護材50被覆的區域也容易產生翹曲。對此，實施型態之探針1可藉由分割保護材50而減少應力施加於母材10之影響，抑制翹曲之產生。探針1例示性地顯示之情形為分割第三保護材503，該第三保護材503係形成於特別容易產生翹曲的第一接觸部111的周圍。
如以上所說明，電性連接裝置100中，係於探針1之接觸部11之通過導孔的區域的周圍配置有硬度高於接觸部11之保護材50。藉此，依據電性連接裝置100，可抑制探針1與導孔的側面接觸而損傷。另一方面，沿著母材10的軸方向連續地形成保護材50的區域愈長，探針1愈容易產生翹曲。對此，實施型態之電性連接裝置100中，覆蓋探針1中之通過相同的導孔的區域之保護 材50係沿著母材10的軸方向分割成複數個部分。因此，可抑制由於保護材50的形成所致之探針1的翹曲。
<第一變形例>
圖5A及圖5B所示之第一變形例之探針1係於母材10的一個側面設置有沿著軸方向延伸的凸部15而成的構成。藉由將凸部15形成於母材10的側面，可提高母材10的剛性而抑制探針1的翹曲之產生。藉由將凸部15配置於母材10的側面，以使母材10的剛性更提升而使探針1插入於導孔之部位難以彎曲。例如，亦可將凸部15形成於母材10之朝向偏置方向的側面(以下，稱為「偏置面」。)。將凸部15形成於偏置面的原因在於，一般而言，在母材10之剖面為矩形時，容易在屬於作為偏置面之長邊的側面產生翹曲。保護材50係覆蓋包含朝向軸方向的端面之凸部15的表面而配置於母材10。
凸部15較佳為未延伸至母材10的前端。藉由不使凸部15形成於母材10的前端，在進行將探針1插入於探針頭20的導孔的程序之際，可抑制凸部15的端面抵接於導孔之開口部而阻礙探針1對於導孔之插入之情形。亦可僅於藉由保護材50被覆的區域形成凸部15。
<第二變形例>
圖6所示之第二變形例之電性連接裝置100，係於探針1的表面沿著探針1的軸方向相互地分隔而設置有複數個絕緣性的被覆材60。被覆材60係配置於配置有保護材50的區域之剩餘的區域。
檢查對象物的檢查時，在探針1於探針頭20的內部挫曲時，會有發生探針間之短路之虞。圖6所示的電性連接裝置100中，藉由使配置於探針1的表面之絕緣性的被覆材60與鄰接之探針1接觸，防止探針間之短路。
被覆材60較佳為配置於探針1的偏置面或朝向偏置面之相反方向的側面。例如，如圖7所示，亦可於具有矩形之剖面的母材10的偏置面及與偏置面鄰接之兩個側面連續地配置被覆材60。或者，亦可遍及探針1的全周而配置被覆材60。
被覆材60較佳為於探針1之通過中空區域200的部分中，至少包含彎曲的部分而間歇地配置。對此，當沿著軸方向從第一接觸部111至第二接觸部112連續地以被覆材60覆蓋母材10的表面時，容易使探針1產生翹曲。但是，圖6所示之探針1中，藉由沿著軸方向間歇地配置被覆材60，可抑制探針1的翹曲。
然而，為了將探針1安裝於探針頭20，係使探針1貫通導板的導孔。例如，在使所有導板的導孔的中心軸一致的狀態下，使探針1連續地貫通導板的導孔。因此，探針1的外徑與被覆材60的厚度之總和係設定為小於導孔的內徑。也就是說，被覆材60的厚度係設定為在可確保探針1的外徑與被覆材60的厚度之總和與導孔的內徑之間隙(clearance)的範圍內，且可防止探針間之短路的厚度。
被覆材60的材料亦可為例如樹脂類、玻璃纖維、永久抗蝕劑(resist)、陶瓷蒸鍍物等。例如，亦可在將被覆材60形成於探針1的整個表面之後，使用光微影(photolithography)技術等將被覆材60圖案化，以將被覆材60形成於探針1的表面的預定之位置。
(其它實施型態)
如上述，本發明雖由實施型態所記載，但形成本揭示之一部分的論述及圖式不應理解為用以限定本發明者。對於所屬技術領域中具有通常知識者而言，當然可從本揭示得知各種代替實施型態、實施例及運用技術。
例如，上述內容中，係例示性地說明將通過相同的導孔之保護材50分割成兩個部分之情形，但亦可將保護材50分割成三個以上的部分。不過，以使通過導板的導孔之開口部的母材10的區域藉由保護材50被覆的方式，分割保護材50。此外，雖然是說明將第三保護材503分割之情形，但亦可將第一保護材501與第二保護材502分割成複數個部分。
此外，上述內容中，係說明母材10之剖面之形狀為矩形之情形，但母材10之剖面亦可為其它形狀。例如，母材10之剖面亦可為矩形以外的多角形狀。無論母材10之剖面為何種形狀，都能夠以保護材50覆蓋母材10之通過導孔的區域的側面，藉此抑制由於與導孔的側面接觸所造成之探針1的損傷。而且，還可將通過相同的導孔之保護材50分割成複數個部分，藉此抑制探針1的翹曲之產生。
另外，雖然是說明探針頭20包含三片導板之情形，但探針頭20的導板之片數不限於三片。例如，探針頭20的導板之片數亦可為兩片，亦可為四片以上。不論探針頭20的導板之片數為何，較佳為將保護材50形成於通過各個導板的導孔的區域的母材10的側面，並且，將通過相同的導孔之保護材50分割成複數個部分。
綜上所述，本發明當然包含上述內容所未記載之各種實施型態等。
1:探針
2:檢查對象物
20:探針頭
21:第一導板
22:第二導板
23:第三導板
30:基板
31:焊盤
50A:第一保護部分
50B:第二保護部分
100:電性連接裝置
111:第一接觸部
112:第二接觸部
200:中空區域
501:第一保護材
502:第二保護材
503:第三保護材
F:方向(偏置方向)

Claims (5)

  1. 一種電性連接裝置，係使用於檢查對象物之電特性的檢查，該電性連接裝置係具備：探針頭，係具有使分別形成有導孔的第一導板、第二導板、第三導板於面法線方向互相分隔配置而成的構成；探針，係插入於前述導孔而被保持於前述探針頭；及基板；其中，前述探針係具備：第一接觸部，係與前述檢查對象物接觸；第二接觸部，係與前述基板之焊盤接觸；柱形狀之母材；及硬度高於前述母材之保護材，係覆蓋前述母材的側面之至少一部分；前述保護材係具備：第一保護材，係設於通過前述第一導板的前述導孔的區域；第二保護材，係設於通過前述第二導板的前述導孔的區域；及第三保護材，係設於通過前述第三導板的前述導孔的區域；前述第三保護材係位於前述第一接觸部的周圍，且在前述第三導板的前述導孔的內部分割。
  2. 如請求項1所述之電性連接裝置，其中，前述母材之與軸方向垂直的剖面為矩形；前述保護材係被覆前述母材的至少三個側面。
  3. 如請求項1所述之電性連接裝置，其中， 於前述母材的側面形成沿軸方向延伸的凸部；前述保護材係覆蓋包含朝向前述軸方向的端面之前述凸部的表面而配置於前述母材。
  4. 如請求項1所述之電性連接裝置，其中，關於相同的前述探針所貫通的前述導孔，係相對於前述第一導板的前述導孔而使前述第二導板的前述導孔之位置朝與前述第一導板之主面平行的偏置方向偏移而偏置配置；前述探針係以彎曲的狀態保持在前述第一導板與前述第二導板之間。
  5. 如請求項4所述之電性連接裝置，其中，前述探針之與前述母材的前述軸方向垂直的剖面為矩形；朝向與前述偏置方向平行的方向的前述母材的側面之其中一個側面藉由前述保護材被覆，而另一個側面則不藉由前述保護材被覆。
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