TW201606314A - 探針卡結構及其組裝與更換方法 - Google Patents

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徐文元
邱聖勛
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Abstract

本發明係有關於一種探針卡結構及其組裝與更換方法。該探針卡結構包含電路板與探針頭組件；電路板具有第一側與相對第一側之第二側，且電路板具有至少一第一連接部與一容置孔，容置孔貫穿電路板之第一側與第二側；探針頭組件係局部地容置於容置孔中，並包含固定部與探針頭；固定部具有對應至少一第一連接部的至少一第二連接部，固定部透過第二連接部連接第一連接部而可拆卸式的與電路板固定連接；探針頭與固定部為一體或可拆卸式的連接。

Description

探針卡結構及其組裝與更換方法
本發明係有關於一種探針卡結構，特別係有關於一種可不需翻轉電路板即可組裝或更換之探針頭組件之探針卡結構及其相關的組裝與更換方法。
探針卡係半導體積體電路的晶圓測試中重要的檢測工具，藉由探針卡之探針與晶圓特定的銲墊或電性接點接觸，得以測量晶圓上電路的電性，進而判斷晶圓的好壞而篩選出不良品。傳統的晶圓偵測裝置如圖1所示，探針卡100A包含電路板110A與探針頭120A，電路板110A具有一測試器側（Tester Side）112A與一晶圓側114A（Wafer Side），探針頭120A係安裝至且電性連接晶圓側114A，且探針頭120A使用其上的針腳130A以檢測晶圓W之電路。在此傳統晶圓偵測裝置中，探針頭120A係包含多層組裝結構，並透過隱藏探針頭120A與電路板110A之間的安裝件200A而將探針頭120A安裝至電路板110A，當探針卡100A損壞、耗損或須更換時，則需先將探針卡100A翻轉後，再透過複雜或繁瑣的拆卸程序將探針頭120A拆解至一定程度後，安裝件200A才會顯露在可供操作者可拆卸的情況，讓操作人員透過拆卸安裝件200A後，方可自電路板110A完整地拆卸探針頭120A，並且需要反向重複拆卸探針頭120A的程序以安裝一可用或需求的探針頭120A於電路板110A，進而更換探針頭120A，十分耗時耗力。甚至，在另一範例中（未顯示），探針卡100A之電路板110A與探針頭120A係為一體的，使得當探針頭120A需要更換時，整個探針卡100A都需要被替換，相當耗費成本。
在一改良技術中，如圖2A所示，探針卡100B之電路板110B與探針頭120B係為可拆卸的連接，其中以可供一操作者直接操作的安裝件200B將電路板110B與探針頭120B相互鎖合固定。然而，在該改良技術中，因探針頭120B必須位在面對一晶圓W的位置，探針頭120B係設置於電路板110B之晶圓側114B（相對測試器側112B），使得若探針頭120B需要更換時，仍需將整個探針卡100B翻轉後方可卸除安裝件200B，才能將一探針頭120B自電路板110B拆卸，同樣耗費時間成本。舉例而言，當探針卡100B係用於測試時，探針卡100B係透過一半自動探針卡更換器（SACC；Semi-Automatic Probe Card Changer）與一測試裝置連接（未顯示）；而當探針卡100B中的探針頭120B需要更換時，其更換的流程如圖2B所示。其中，如圖2B所示，首先依步驟S201，透過該半自動探針卡更換器將探針卡100B自該測試設備卸載；接著依步驟S202，一操作者或一操作設備將探針卡100B自半自動探針卡更換器取出；再依步驟S203，相同或不同的操作者或操作設備需先將探針卡100B翻轉；再依步驟S204，相同或不同的操作者或操作設備將一探針頭120B自電路板110B之第二側114B移除；再依步驟S205，相同或不同的操作者或操作設備將另一探針頭120B自電路板110B之第二側114B安裝；再依步驟S206，相同或不同的操作者或操作設備再將探針卡100B翻轉；再依步驟S207，相同或不同的操作者或操作設備將探針卡100B安裝至半自動探針卡更換器；最後依步驟S208，透過該半自動探針卡更換器將探針卡100B裝載至該測試設備；而待步驟S208完成後，探針卡100B可再進行相關的測試程序。
因此，在習知技術中，若需要更換探針頭時，都需要將探針卡進行反覆地翻轉，造成組裝或更換步驟繁雜；此外，在探針卡翻轉或取出的過程中，可能會造成刮傷探針卡正面金點導致接觸不良的風險，或是碳針頭針腳損傷的問題。
為了解決上述問題，本發明目的之一係提供一種探針卡結構及其組裝與更換方法，透過其電路板與探針頭組件間的結構與配置關係，簡化本發明之探針頭組件的組裝與更換流程。
依據本發明一實施例，一種探針卡結構，其包含電路板及探針頭組件；該電路板具有一第一側與相對該第一側之一第二側，該電路板具有至少一第一連接部與一容置孔，該容置孔貫穿該電路板之該第一側與該第二側；該探針頭組件係局部地容置於該容置孔中，並包含一固定部及一探針頭，其中該固定部具有對應該至少一第一連接部的至少一第二連接部，且該固定部透過該至少一第二連接部連接該至少一第一連接部而可拆卸式的與該電路板固定連接；該探針頭係與該固定部為一體或可拆卸式的連接。
較佳的，該探針頭組件具有一第一最大寬度，該容置孔具有一第二最大寬度，該第一最大寬度係大於該第二最大寬度。藉此，使該探針頭組件之整體無法由該電路板之該第一側穿越至該電路板之該第二側。
較佳的，該探針卡結構進一部包含一待測物，其係位於面對該電路板之該第二側的位置，且該探針頭具有多個針腳，該探針頭係透過該多個針腳與該待測物電性連接。
較佳的，該電路板之該第一側具有一特定形狀以界定一容置空間，該容置空間係與該容置孔連通，且該容置空間之形狀係對應於該固定部之形狀。
較佳的，該探針卡係設置於一半自動探針卡更換器中。
根據本發明之一實施例，一種組裝探針卡之方法，包含下列步驟：提供一電路板，該電路板具有一第一側與相對該第一側之一第二側，該電路板具有一至少一第一連接部與一容置孔，該容置孔貫穿該電路板之該第一側與該第二側；將一探針頭組件自該電路板之該第一側進行安裝，該探針頭組件包含一固定部，該固定部具有對應該至少一第一連接部的至少一第二連接部，並透過該至少一第二連接部與該至少一第一連接部連接。
較佳的，該探針頭組件具有一探針頭，該探針頭係與該固定部為一體或可拆卸式的連接。
較佳的，一待測物係位於面對該電路板之該第二側的位置，且該待測物與該探針頭為電性連接。
根據本發明之一實施例，一種更換探針卡之方法，其包含下列步驟：提供一探針卡，其包含：一電路板及一探針頭組件；該電路板具有一第一側與相對該第一側之一第二側，該電路板具有至少一第一連接部與一容置孔，該容置孔貫穿電路板之該第一側與該第二側；該探針頭組件係局部地容置於該容置孔中並包含一固定部，該固定部具有對應該至少一第一連接部的至少一第二連接部，該固定部透過該至少一第二連接部連接該至少一第一連接部而可拆卸式的與該電路板固定連接；自該電路板之該第一側拆解該固定部之該至少一第二連接部與該電路板之該至少一第一連接部間的連接關係；以及自該電路板之該第一側直接移除該探針頭組件。
較佳的，在移除該探針頭組件之後，該更換探針卡之方法進一部包含：將另一探針頭組件自該電路板之該第一側進行安裝，該另一探針頭組件包含另一固定部，該另一固定部具有對應該至少一第一連接部的一至少一另第二連接部；使該另一探針頭組件局部的插設於電路板之容置孔，並使該至少一另第二連接部與該至少一第一連接部連接。
較佳的，該探針頭組件具有一探針頭，該探針頭與該固定部為一體或可拆卸式的連接。
較佳的，一待測物係位於面對該電路板之該第二側的位置，且該待測物與該探針頭為電性連接。
以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
請參閱圖3A與圖3B，根據本發明一實施例之探針卡1包含一電路板10與一探針頭組件20。電路板10具有一第一側12與相對於第一側12之一第二側14，電路板10具有至少一第一連接部16；且電路板10具有一容置孔18，容置孔18係貫穿電路板10之第一側12與第二側14。較佳的，第一側12係為一測試器側用以供一測試器（未顯示）連接，第二側14係為一晶圓側用以對應一晶圓（未顯示）。探針頭組件20係可拆卸的連接電路板10，並局部的設置於容置孔18，且探針頭組件20包含固定部22及探針頭24，且探針頭24係可與固定部22為一體或可拆卸的連接。其中，探針頭組件20局部設置於容置孔18中的配置係包含以下三種範例：於一範例中，僅探針頭24局部的設置於容置孔18中（如圖3B所示）；於另一範例中，固定部22與探針頭24皆局部的設置於容置孔中（如圖3C所示）；於再一範例中，僅固定部22局部的設置於容置孔18中（如圖3D所示）。其中，當探針頭組件20係連接電路板10時，固定部22係可透過彈簧連接器（Pogo Pin）（未顯示）與電路板10電性的連接。在一範例中，當探針頭24係與固定部22為一體時，探針頭24與固定部22係透過球柵陣列（BGA；Ball Grid Array）（未顯示）連接的方式形成一體。在另一範例中，當探針頭24係與固定部22為可拆卸的連接時，探針頭24與固定部22係可透過彈簧連接器（Pogo Pin）（未顯示）電性的連接。
固定部22具有對應於第一連接部16之至少一第二連接部26，固定部22透過第二連接部26連接至第一連接部16而可拆卸地與電路板10連接；探針頭24可選擇的包含多個針腳28朝遠離固定部22的方向延伸，以用於與一待測物或一晶圓（未顯示）電性連接；換句話說，該待測物係位於面對電路板10之第二側14之位置，探針頭24係透過針腳28電性連接該待側物；可選擇的，更包含一測試器（未顯示）位於面對電路板10之第一側12之位置。更詳細的說明，第一連接部16與第二連接部26係以螺接或卡扣接合等方式連接，但不以此等方式為限。舉例而言，在一範例中，如圖3A至圖3D所示，當第一連接部16與第二連接部26係以螺接的方式連接時，一安裝件30係用於將第二連接部26固定至第一連接部16，使一操作者可透過拆解安裝件30而解除第一連接部16與第二連接部26的連接關係，進而分離探針頭組件20與電路板10。於另一範例中，如圖4A與圖4B所示，當第一連接部16與第二連接部26係以螺接的方式連接時，第一連接部16係具有一第一螺紋，第二連接部18具有對應該第一螺紋之一第二螺紋，使一操作者透過將探針頭組件20相對電路板10旋轉，而使該第一螺紋與該第二螺紋互相卡合而達成安裝或分離探針頭組件20至電路板10之功效。於再一範例中，如圖5A至圖5B所示，當第一連接部16與第二連接部26係以卡扣接合的方式連接，且第一連接部16與第二連接部26分別具有一第一卡扣機構與一第二卡扣機構，透過該第一卡扣機構與該第二卡扣機構之卡合，可將探針頭組件20安裝至電路板10，並且一操作者可透過操作該第一卡扣機構或該第二卡扣機構以分離探針頭組件20與電路板10。於再另一範例中，當第一連接部16與第二連接部26係以一特定的卡合方式（卡合位置或卡合角度的操作）而卡扣接合時，一操作者可依循該特定的卡合方式以安裝或分離探針頭組件20與電路板10；例如，如圖6A至圖6D所示，第一連接部16是具有一特定軌跡之一卡槽，第二連接部26是可容置於該卡槽中之一凸出部。因此，藉由以上之配置，探針頭組件20係可自電路板10之第一側12與電路板10分離，使一操作者在從電路板10拆卸探針頭組件20時，可直接於電路板之第一側12拆卸，而不需如習知技術（如圖1與圖2所示）中先翻轉電路板100A、100B後才可拆卸探針頭120A、120B。應注意的是，於圖3A至圖6D中，第一連接部16與第二連接部26僅係示例性（Illustratively）的繪示為一個或兩個，然本發明之探針卡1之結構並不限於此，其可包含至少一個或多個第一、第二連接部16、26；並應注意的是，於圖3A至圖6D中之第一連接部16與第二連接部26之構造僅作為螺接或卡扣接合之連接方式的說明，而並不以此為限。
在一較佳實施例中，如圖7所示，探針頭組件20具有一第一最大寬度L1 ，電路板10之容置孔18具有一第二最大寬度L2 ，第一最大寬度L1 係大於第二最大寬度L2 ，使得探針頭組件20之整體無法由電路板10之第一側12穿越至電路板10之第二側14。更詳細的說明，當探針頭組件20係安裝至電路板10時，第一最大寬度L1 係位在電路板10之第二側14朝向第一側12之方向的一位置。
較佳的，電路板10的第一側12具有一特定形狀。更佳的，在一範例中，如圖8A所示，具有該特定形狀的第一側12界定一容置空間40，並使第一側12具有一第一表面12a與相對第一表面12a的一第二表面12b，該容置空間40係與容置孔18連通，且該容置空間40之形狀係對應固定部22之形狀，使探針頭組件20安裝至電路板10時，固定部22向外延伸／遠離第二側12的一表面22a係與第一側之第一表面12a大致上齊平（如圖8B所示）；而透過此等配置，當探針頭組件20安裝至電路板10時，可避免因固定部22係局部突出電路板10的第一側12，而影響一測試器（未顯示）與電路板10間的安裝。在其他實施範例中，透過容置空間40之形狀係對應固定部22之形狀，可在探針頭組件20安裝至電路板10時具有定位的功效；其中，固定部22係局部或全部的容置於容置空間40中。
根據以上本發明探針卡1之結構，說明將探針頭組件20組裝至電路板10及自電路板10更換之方法如下。當組裝探針頭組件20至電路板10時，即一種組裝探針卡1之方法，其包含：提供一電路板10，其具有一第一側12與相對第一側12之一第二側14，第一側12具有至少一第一連接部16，且電路板10具有一容置孔18，容置孔18貫穿電路板10之第一側12與第二側14；將一探針頭組件20自電路板10之第一側12進行安裝（如圖9A所示），探針頭組件20包含一固定部22，固定部22具有對應至少一第一連接部16的至少一第二連接部26；使探針頭組件20局部的插設於電路板10之容置孔18，並使第二連接部26與第一連接部16連接（如圖9B所示），進而完成安裝探針頭組件20至電路板10之程序。當探針頭組件20，特別是探針頭24，發生故障或需更換時，即一種更換探針卡1之方法，其包含：提供一探針卡1，其包含一電路板10與一探針頭組件20；電路板10具有一第一側12與相對第一側12之一第二側14，第一側12具有至少一第一連接部16，且電路板10具有一容置孔18，容置孔18貫穿電路板10之第一側12與第二側14；探針頭組件20係局部地容置於容置孔18中，並包含一固定部22，固定部22具有對應至少一第一連接部16的至少一第二連接部18，固定部22透過第二連接部26連接第一連接部16而可拆卸式的與電路板10連接；自電路板10之第一側12直接拆解固定部22之第二連接部26與電路板10之第一連接部16間的連接關係（如圖9C所示）；自電路板10之第一側12直接移除探針頭組件20（如圖9D所示），進而將探針頭組件20移除；接著，再以另一探針頭組件20重複如圖9A至圖9B所對應的組裝步驟，其包含：將另一探針頭組件20自電路板10之第一側12進行安裝（如圖9A所示），該另一探針頭組件20包含一另一固定部22， 該另一固定部22具有對應至少一第一連接部16的至少一另第二連接部26；使該另一探針頭組件20局部的插設於電路板10之容置孔18，並使該另第二連接部26與第一連接部16連接（如圖9B所示），進而完成安裝該另一探針頭組件20至電路板10之程序，即可完整的完成更換探針卡1之程序。
更詳細的說明，當本發明之探針卡1係用於測試時，探針卡1係設置於一半自動探針卡更換器（未顯示），並透過該半自動探針卡更換器與一測試裝置連接（未顯示）；而當探針卡1中的探針頭24需要更換時，根據本發明說明書以上所述之配置與方法，其更換的流程如圖10所示。首先依步驟S61，透過該半自動探針卡更換器將探針卡1自該測試設備卸載；接著依步驟S62，一操作者或一操作設備可直接將探針頭組件20自電路板10之第一側12移除；接著再依步驟S63，相同或不同的操作者或操作設備可直接自電路板10之第一側12組裝另一探針頭組件20；最後依步驟S64，透過該半自動探針卡更換器將探針卡1裝載至該測試設備；而待步驟S64完成後，探針卡1可再進行相關的測試程序。
因此，藉由本發明所提供之探針卡1及其組裝與更換方法，可在不需要翻轉探針卡1或電路板10的情況下，直接於電路板10的上方的第一側12進行探針頭組件20的組裝或更換，達成減少習知技術中更換探針頭的步驟，並降低習知技術中因需翻轉探針卡而易使探針卡刮傷、接觸不良、壞損等風險。
以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
1‧‧‧探針卡
10‧‧‧電路板
12‧‧‧第一側
12a‧‧‧第一表面
12b‧‧‧第二表面
14‧‧‧第二側
16‧‧‧第一連接部
18‧‧‧容置孔
20‧‧‧探針頭組件
22‧‧‧固定部
22a‧‧‧表面
24‧‧‧探針頭
26‧‧‧第二連接部
28‧‧‧針腳
30‧‧‧安裝件
40‧‧‧容置空間
100A、100B‧‧‧探針卡
110A、110B‧‧‧電路板
112A、120B‧‧‧測試器側
114A、114B‧‧‧晶圓側
120A、120B‧‧‧探針頭
130A、130B‧‧‧針腳
200A、200B‧‧‧安裝件
L1‧‧‧第一最大寬度
L2‧‧‧第二最大寬度
W‧‧‧晶圓
S61~S64‧‧‧步驟
S201~S208‧‧‧步驟
圖1顯示一習知探針卡結構之剖面示意圖； 圖2A顯示另一習知探針卡結構之剖面示意圖； 圖2B係根據圖2A之探針卡，顯示當探針卡設置於半自動探針卡更換器時，更換該探針卡之流程； 圖3A顯示本發明一實施例之探針卡結構的剖面分解示意圖； 圖3B顯示根據圖3A之探針卡結構的剖面組合示意圖，並顯示探針頭組件之一範例； 圖3C顯示相對圖3B之探針頭組件之另一範例； 圖3D顯示相對圖3B與圖3C之探針頭組件之再一範例； 圖4A與圖4B係分別顯示電路板之第一連接部與探針卡組件之第二連接部為螺接的另一範例的剖面分解示意圖與剖面組合示意圖； 圖5A與圖5B係分別顯示電路板之第一連接部與探針卡組件之第二連接部為卡扣接合的一範例的剖面分解示意圖與剖面組合示意圖； 圖6A至圖6D係顯示電路板之第一連接部與探針卡組件之第二連接部為卡扣接合的另一範例的剖面組裝作動示意圖； 圖7係顯示一實施例之探針頭組件與電路板之寬度的剖面示意圖； 圖8A顯示相對圖3A之探針卡結構中電路板的另一範例之剖面分解示意圖； 圖8B顯示根據圖3A之探針卡結構的剖面組合示意圖； 圖9A與圖9B顯示自電路板之第一側安裝探針頭組件的作動示意圖； 圖9C與圖9D顯示自電路板之第一側拆卸探針頭組件的作動示意圖；及 圖10係根據本發明之探針卡，顯示當探針卡設置於半自動探針卡更換器時，更換探針頭組件之流程。
1‧‧‧探針卡
10‧‧‧電路板
12‧‧‧第一側
14‧‧‧第二側
16‧‧‧第一連接部
18‧‧‧容置孔
20‧‧‧探針頭組件
22‧‧‧固定部
24‧‧‧探針頭
26‧‧‧第二連接部
28‧‧‧針腳
30‧‧‧安裝件

Claims (10)

  1. 一種探針卡結構，包含： 一電路板，其具有一第一側與相對該第一側之一第二側，該電路板具有至少一第一連接部與一容置孔，該容置孔貫穿該電路板之該第一側與該第二側；以及 一探針頭組件，局部地容置於該容置孔中，並包含： 一固定部，其具有對應該至少一第一連接部的至少一第二連接部，該固定部透過該至少一第二連接部連接該至少一第一連接部而可拆卸式的與該電路板固定連接；及 一探針頭，其與該固定部為一體或可拆卸式的連接。
  2. 如請求項1之探針卡結構，其中，該探針頭組件具有一第一最大寬度，該容置孔具有一第二最大寬度，該第一最大寬度係大於該第二最大寬度。
  3. 如請求項1之探針卡結構，進一步包含一待測物，該待測物係位於面對該電路板之該第二側的位置，該探針頭具有多個針腳，該探針頭係透過該多個針腳與該待測物電性的連接。
  4. 如請求項1或請求項2之探針卡結構，其中，該電路板之該第一側具有一特定形狀以界定一容置空間，該容置空間係與該容置孔連通，且該容置空間之形狀係對應固定部之形狀。
  5. 如請求項1或請求項2之探針卡結構，其中，該探針卡係設置於一半自動探針卡更換器。
  6. 一種組裝探針卡之方法，包含： 提供一電路板，其具有一第一側與相對該第一側之一第二側，該第一側具有至少一第一連接部，且該電路板具有一容置孔，該容置孔貫穿該電路板之該第一側與該第二側； 將一探針頭組件自該電路板之該第一側進行安裝，該探針頭組件包含一固定部，該固定部具有對應該至少一第一連接部的至少一第二連接部；以及 使該探針頭組件局部的插設於該電路板之該容置孔，並透過該至少一第二連接部與該至少一第一連接部連接。
  7. 如請求項5之組裝探針卡之方法，其中，該探針頭組件具有一探針頭，該探針頭與該固定部為一體或可拆卸式的連接。
  8. 一種更換探針卡之方法，包含： 提供一探針卡，其包含一電路板與一探針頭組件；該電路板具有一第一側與相對該第一側之一第二側，該第一側具有至少一第一連接部，且該電路板具有一容置孔，該容置孔貫穿該電路板之該第一側與該第二側；該探針頭組件係局部地容置於該容置孔中，並包含一固定部，該固定部具有對應該至少一第一連接部的至少一第二連接部，該固定部透過該至少一第二連接部連接該至少一第一連接部而可拆卸式的與該電路板連接； 自該電路板之該第一側拆解該固定部之該至少一第二連接部與該電路板之該至少一第一連接部間的連接關係；以及 自該電路板之該第一側直接移除該探針頭組件。
  9. 如請求項8之更換探針卡之方法，其中，在移除該探針頭組件後，進一步包含：將另一探針頭組件自該電路板之該第一側進行安裝，該另一探針頭組件包含一另一固定部，該另一固定部具有對應該至少一第一連接部的至少一另第二連接部；使該另一探針頭組件局部的插設於該電路板之該容置孔，並使該至少一另第二連接部與該至少一第一連接部連接。
  10. 如請求項8或請求項9之更換探針卡之方法，其中，該探針頭組件具有一探針頭，該探針頭與該固定部為一體或可拆卸式的連接。
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