CN116298435B - 一种有效减小接触电阻的垂直探针组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种有效减小接触电阻的垂直探针组件，包括基板，以及设置在基板下方并排分布的探针本体；基板下端通过焊接的连接组件与多个探针本体相互连接，连接组件为多个连接元件并排分布并通过绝缘层隔开形成的格栅结构；探针本体包括探针头部以及探针中部，所述连接元件的下端开设有方便探针头部***的插接槽，且探针头部和插接槽采用间隙配合。本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过在基板和探针本体之间加入呈格栅分布的连接组件，提高了基板和探针本体之间的连接效果，而且减少了与空气的接触面，减少了污染层的产生，同时由于探针本体与连接组件采用摩擦接触，还能去除表面的污染层，提高了接触效果，提高了对被测晶元的测试精度。
Description
技术领域
本发明涉及晶元测试技术领域，尤其是一种有效减小接触电阻的垂直探针组件。
背景技术
随着垂直探针卡在晶元测试领域的应用越来越广泛，测试过程中晶元通过与探针接触，探针的另一头与基板（MLO）上的焊盘（PAD）接触，基板与PCB焊接在一起，PCB与设备进行信号交换，来实现设备对晶元的测试。因此探针与基板的接触电阻值会直接影响到探针测试卡对晶元测试的结果，如何有效减小探针与基板的接触电阻成为一个具有前景的课题。
目前的方法：将探针与基板接触的一侧制作成平头，增加探针与基板上焊盘的接触面积，但是也局限了探针的头部结构；将基板用上的铜焊盘进行电镀金作为表面处理，防止表面产生氧化膜；对电镀金的厚度与硬度进行调整，使得表面耐百万次的触碰不露出铜；提高基板上焊盘的平整度使得探针与基板接触时的有效接触面积更接近于探针的平面面积。
现有的探针即使采用了上述方法仍然存在以下的技术缺陷：金面的粗糙度不易改善，实际上探针与焊盘接触的面积远小于理论值；金面虽然不易氧化，但是测试环境在空气中，与探针接触的焊盘表面的金的表面能比较高，其表面会形成一层有机气体吸附膜，而且空气中的尘埃等也会在其表面形成沉积膜。
为此我们提出一种有效减小接触电阻的垂直探针组件。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种有效减小接触电阻的垂直探针组件，通过在基板和探针本体之间加入呈格栅分布的连接组件，提高了基板和探针本体之间的连接效果，而且减少了与空气的接触面，减少了污染层的产生，提高了测试精度。
本发明所采用的技术方案如下：
一种有效减小接触电阻的垂直探针组件，包括基板，以及设置在基板下方并排分布的探针本体；
所述基板下端通过焊接的连接组件与多个探针本体相互连接，连接组件为多个并排分布的连接元件，多个连接元件通过绝缘层隔开以形成格栅结构；
所述探针本体包括探针头部以及连接在探针头部下端用于触碰探测被测晶元的探针中部，所述连接元件的下端开设有方便探针头部***的插接槽，且探针头部和插接槽采用间隙配合，通过摩擦减少接触面的污染层；
沿着所述插接槽的内壁以及连接元件的下端面开设有多个呈“L”形分布的排气槽，排出探针头部和插接槽接触产生的空气和杂质。
所述基板上方焊接有PCB板。
所述连接元件的上端通过连接元件焊盘与基板上设置的基板焊盘相互焊接，所述连接元件焊盘的外表面由电镀金制作，且厚度在0.1um以上，内部由铜锡合金组成，而基板焊盘的外表面采用化学镀金制作，且厚度大于0.03um。
所述连接组件的上端采用下凹结构来连接连接元件焊盘。
所述探针本***于探针中部的下端还连接有宽度较小的探针尾部，同时多个探针尾部上均滑动插接在同一个限位板上设置的滑孔中，滑孔的宽度介于探针中部和探针尾部之间。
所述限位板和PCB板之间通过多个可拆卸的连杆进行连接，且PCB板底部到探针中部底部的各部件的垂直高度与连杆的高度差≤探针头部的垂直高度，确保探针头部能限制在插接槽内滑动。
所述插接槽为柱形槽，探针头部与插接槽的结构相吻合，提高插接槽和探针头部的侧边摩擦的行程以减少侧边接触的污染层。
所述插接槽内还设置有向下凸出的插接头，且探针头部上设置有与插接头相对应的凹槽，提高探针头部端面与插接头的摩擦行程以减少端部接触的污染层。
所述插接头为锥形结构，或者接触面为斜面的其他结构。
所述锥形结构包括圆锥或棱锥。
所述插接槽为锥形槽，且探针头部与插接槽的结构相吻合。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过在基板和探针本体之间加入呈格栅分布的连接组件，提高了基板和探针本体之间的连接效果，而且减少了与空气的接触面，减少了污染层的产生，同时由于探针本体与连接组件采用摩擦接触，还能去除表面的污染层，提高了接触效果，丰富了探针头部的设计灵活度，另外通过设置限位板和连杆的连接结构，使得整体的稳定性更好，综合提高了对被测晶元的测试精度。
同时，本发明还具备如下优点：
1. 连接元件的上端均通过连接元件焊盘与基板上设置的基板焊盘相互焊接，由于基板和连接组件之间焊接直连，减少了基板焊盘与空气的接触，减少了对接触电阻的影响。
2. 探针头部与插接槽以及和插接头接触时产生摩擦力将探针头部与插接槽接触部位的污染层破坏，加大了探针头部与连接元件之间的接触面积。
3. 连接元件焊盘的外表面由电镀金制作厚度在.um以上，内部由铜锡合金组成，而基板焊盘的外表面采用化学镀金的方式替代传统的电镀金的方式，镀金厚度大于.um，由于基板焊盘和连接元件焊盘是焊接直连的，因此不需要再针对进行复杂的电镀金处理，降低制作难度的同时将流程简化。
4. 通过单独制作的连接组件作为探针本体与基板的连接通道，使得探针头部的设计变得灵活多样，无需采用传统的平头设计。
5.探针本***于探针中部的下端还连接有宽度较小的探针尾部，同时多个探针尾部上均滑动插接在同一个限位板上设置的滑孔中，滑孔的宽度介于探针中部和探针尾部之间，既不影响探针尾部的滑动，又能从底部托住探针中部，对探针中部的位置进行限位，同时保持垂直度。
6.限位板和PCB板之间通过多个可拆卸的连杆进行连接，提高了整体的稳定性，且PCB板底部到探针中部底部的各部件的垂直高度与连杆的高度差≤探针头部的垂直高度，确保探针头部能限制在插接槽内滑动，减少暴露在空气中的时间，同时也能提高导向效果，配合探针尾部在滑孔中的导向，提高垂直度。
7.连接组件的上端采用下凹结构来连接连接元件焊盘，提高连接稳定性，减少暴露在空气中的时间时间。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明连接组件的剖视图。
图3为本发明连接组件的仰视示意图。
图4为实施例2的结构示意图。
图5为本发明连接元件的局部剖视示意图。
图6为实施例3中连接元件另一种结构示意图。
图7为实施例4中连接元件另一种结构示意图。
其中：
1、基板；2、连接组件；3、探针本体；4、被测晶元；5、晶元安装板；6、PCB板；7、限位板；8、连杆；
101、基板焊盘；
201、连接元件；202、绝缘层；203、插接槽；204、插接头；205、排气槽；206、连接元件焊盘；
301、探针头部；302、探针中部；303、探针尾部。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
实施例1
本实施例公开了一种有效减小接触电阻的垂直探针组件，包括基板1、基板1上方焊接的PCB板6、以及多个连接在基板1下方并排分布的探针本体3，基板1的下端通过焊接连接组件2与多个探针本体3相互连接。
连接组件2为多个连接元件201，多个连接元件201并排分布并通过绝缘层202隔开形成格栅结构，减少不同连接元件201之间的电阻干扰，每个独立的连接元件201的上端均通过连接元件焊盘206与基板1上设置的基板焊盘101相互焊接，由于基板1和连接组件2之间焊接直连，减少了基板焊盘101与空气的接触，减少了对接触电阻的影响，而且通过单独制作的连接组件2作为探针本体3与基板1的连接通道，使得探针头部301的设计变得灵活多样，无需采用传统的平头设计；
连接元件焊盘206的外表面由电镀金制作厚度在0.1um以上，内部由铜锡合金组成，而基板焊盘101的外表面采用化学镀金的方式替代传统的电镀金的方式，镀金厚度大于0.03um，由于基板焊盘101和连接元件焊盘206是焊接直连的，因此不需要再针对进行复杂的电镀金处理，降低制作难度的同时将流程简化。
连接元件201的下端设置有方便探针本体3***的插接槽203，插接槽203为柱形槽，提高侧边的摩擦行程，能够将裸露在空气中时产生的污染层去除，减少对接触电阻的影响。
探针本体3包括延伸至插接槽203内的探针头部301以及连接在探针头部301下端的探针中部302，且探针头部301和插接槽203采用间隙配合以减少接触面的污染层，探针中部302经设备带动沿垂直方向移动间歇触碰下方的被测晶元4，在探针中部302与被测晶元4接触后产生的电信号经过探针头部301和连接组件2传递给基板1，再由基板1传递给PCB板6，PCB板6再与相应的设备进行信号交换，来实现对晶元的测试，多个被测晶元4安装在同一个晶元安装板5上；
插接槽203内还设置有向下凸出的插接头204，插接头204为锥形结构，锥形结构包括圆锥和棱锥，或者接触面为斜面的其他结构，且探针头部301上设置有与插接头204相对应的凹槽，为了保证在相同体积与高度下，拥有最大接触面积，通过插接头204和凹槽的设置能够对探针头部301的端部进行摩擦，去除探针头部301上端部的污染层，再次减少对接触电阻的影响。
同时由于凹槽与锥形结构接触较为紧密，因此为了方便空气和杂质排出，沿着插接槽203的内壁以及连接元件201的下端面，开设有多个呈“L”形分布的排气槽205，“L”形分布的排气槽205的数量少于等于4个，排气槽205的数量过多会影响接触面积，根据间隙大小设计排气槽205的数量和深度，如图3和5所示，通过设计好的排气槽205进行排气，平衡探针头部301与插接槽203形成的密闭区域内与外界大气压的压强，继而提高插接效果，摩擦掉表面的污染层。
实施例2
如图4所示，与实施例1不同的在于，探针本体3位于探针中部302的下端还连接有宽度较小的探针尾部303，同时多个探针尾部303上均滑动插接在同一个限位板7上设置的滑孔中，滑孔的宽度介于探针中部302和探针尾部303之间，既不影响探针尾部303的滑动，又能从底部托住探针中部302，对探针中部302的位置进行限位，同时保持垂直度；
限位板7和PCB板6之间通过多个可拆卸的连杆8进行连接，提高了整体的稳定性，且PCB板6底部到探针中部302底部的各部件的垂直高度与连杆8的高度差≤探针头部301的垂直高度，确保探针头部301能限制在插接槽203内滑动，减少暴露在空气中的时间，同时也能提高导向效果，配合探针尾部303在滑孔中的导向，提高垂直度。
工作时，将整个探针组件放置于被测晶元4之上，通过调整探针组件的上下位移，让探针尾部303与被测晶元4接触，在被测晶元4与探针尾部303接触后，探针尾部303会因为受到被测晶元4向上的反正作用力而向上，继而带动探针头部301***到插接槽203内，此时通过设计好的排气槽205进行排气，平衡探针头部301与插接槽203形成的密闭区域内与外界大气压的压强，同时探针头部301与插接槽203以及和插接头204接触时产生摩擦力将探针头部301与插接槽203接触部位的污染层破坏，加大了探针头部301与连接元件201之间的接触面积，然后将探针头部301与连接元件201接触后产生的电信号经过连接元件焊盘206和基板焊盘101传递给基板1，再由基板1传递给PCB板6，PCB板6再与相应的设备进行信号交换，来实现对晶元的测试，通过各个结构的相互配合，能够最大程度的减少接触电阻，提高测试的精度，而且整个装置形成的整体，稳定性更高。
实施例3
如图6所示，与实施例2不同的在于，插接槽203为锥形槽，且探针头部301与插接槽203的结构相吻合，能够一定程度实现探针头部301和插接槽203通过摩擦去除污染层的效果，虽然没有实施例2的效果出众，但是采用这种结构加工更加方便，用于对精度要求不是很高的测试环境。
实施例4
如图7所示，与实施例2不同的在于，连接组件2的上端采用下凹结构来连接连接元件焊盘206，提高连接稳定性，减少暴露在空气中的时间时间。
本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过在基板1和探针本体3之间加入呈格栅分布的连接组件2，提高了基板1和探针本体3之间的连接效果，而且减少了与空气的接触面，减少了污染层的产生，同时由于探针本体3与连接组件2采用摩擦接触，还能去除表面的污染层，提高了接触效果，丰富了探针头部301的设计灵活度，另外通过设置限位板7和连杆8的连接结构，使得整体的稳定性更好，综合提高了对被测晶元4的测试精度。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (11)
1.一种有效减小接触电阻的垂直探针组件，其特征在于：包括基板（1），以及设置在基板（1）下方并排分布的探针本体（3）；
所述基板（1）下端通过焊接的连接组件（2）与多个探针本体（3）相互连接，连接组件（2）为多个并排分布的连接元件（201），多个连接元件（201）通过绝缘层（202）隔开以形成格栅结构；
所述探针本体（3）包括探针头部（301）以及连接在探针头部（301）下端用于触碰探测被测晶元（4）的探针中部（302），所述连接元件（201）的下端开设有方便探针头部（301）***的插接槽（203），且探针头部（301）和插接槽（203）采用间隙配合，通过摩擦减少接触面的污染层；
沿着所述插接槽（203）的内壁以及连接元件（201）的下端面开设有多个呈“L”形分布的排气槽（205），排出探针头部（301）和插接槽（203）接触产生的空气和杂质。
2.如权利要求1所述的一种有效减小接触电阻的垂直探针组件，其特征在于：所述基板（1）上方焊接有PCB板（6）。
3.如权利要求2所述的一种有效减小接触电阻的垂直探针组件，其特征在于：所述连接元件（201）的上端通过连接元件焊盘（206）与基板（1）上设置的基板焊盘（101）相互焊接，所述连接元件焊盘（206）的外表面由电镀金制作，且厚度在0.1um以上，内部由铜锡合金组成，而基板焊盘（101）的外表面采用化学镀金制作，且厚度大于0.03um。
4.如权利要求3所述的一种有效减小接触电阻的垂直探针组件，其特征在于：所述连接组件（2）的上端采用下凹结构来连接连接元件焊盘（206）。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种有效减小接触电阻的垂直探针组件，其特征在于：所述探针本体（3）位于探针中部（302）的下端还连接有宽度较小的探针尾部（303），同时多个探针尾部（303）上均滑动插接在同一个限位板（7）上设置的滑孔中，滑孔的宽度介于探针中部（302）和探针尾部（303）之间。
6.如权利要求5所述的一种有效减小接触电阻的垂直探针组件，其特征在于：所述限位板（7）和PCB板（6）之间通过多个可拆卸的连杆（8）进行连接，且PCB板（6）底部到探针中部（302）底部的各部件的垂直高度与连杆（8）的高度差≤探针头部（301）的垂直高度，确保探针头部（301）能限制在插接槽（203）内滑动。
7.如权利要求5所述的一种有效减小接触电阻的垂直探针组件，其特征在于：所述插接槽（203）为柱形槽，探针头部（301）与插接槽（203）的结构相吻合，提高插接槽（203）和探针头部（301）的侧边摩擦的行程以减少侧边接触的污染层。
8.如权利要求7所述的一种有效减小接触电阻的垂直探针组件，其特征在于：所述插接槽（203）内还设置有向下凸出的插接头（204），且探针头部（301）上设置有与插接头（204）相对应的凹槽，提高探针头部（301）端面与插接头（204）的摩擦行程以减少端部接触的污染层。
9.如权利要求8所述的一种有效减小接触电阻的垂直探针组件，其特征在于：所述插接头（204）为锥形结构，或者接触面为斜面的其他结构。
10.如权利要求9所述的一种有效减小接触电阻的垂直探针组件，其特征在于：所述锥形结构包括圆锥或棱锥。
11.如权利要求1所述的一种有效减小接触电阻的垂直探针组件，其特征在于：所述插接槽（203）为锥形槽，且探针头部（301）与插接槽（203）的结构相吻合。
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