TWI397692B - 探針單元 - Google Patents

Description

探針單元

本發明係有關一種用以收容導電性探針之探針單元，該導電性探針係在半導體積體電路等之電氣特性檢查進行訊號之輸入輸出者。

以往，IC晶片等半導體積體電路之電氣特性檢查，係對應於該半導體積體電路所具有之外部電極之設置圖案，使用將複數個導電性探針收容在預定位置之探針單元。探針單元係具備設有複數個可供接觸探針插通之探針固持具，藉由使此探針固持具所保持之導電性探針之兩端部分別與半導體積體電路及輸出檢查用訊號之電路基板之電極接觸，而將半導體積體電路與電路基板之間予以電性連接(參照例如後述之專利文獻1)。

[專利文獻1]日本特開2002-107377號公報

然而，近年來，在檢查汽車控制系統用半導體等時，需要一種可供電流值約10至20A左右之大電流流通之探針。為了因應此需求，加大探針直徑即可。但是如半導體電極之最大徑或間距在1mm以下時，反而必須縮小探針直徑，結果會造成容許電流變小之問題。再者，如4端子測量時之1個端子需要進行2個探針之檢查時亦需細徑之探針，而不得不降低容許電流。

本發明係鑑於上述問題而研創者，其目的在於提供一種探針單元，可抑制起因於探針之細徑化所引起之容許電流的降低。

為了要解決上述課題並達成目的，本發明之探針單元係具備：複數個大徑探針，分別使用導電性材料形成，且沿著長度方向伸縮自如：複數個小徑探針，分別使用導電性材料形成，且其直徑比上述大徑探針之直徑小；大徑探針固持具，具有：複數個大孔部，個別地保持上述複數個大徑探針；及複數個收容孔部，其直徑比上述大孔部之直徑小，且與上述複數個大孔部之任一個連通，並在與上述大徑探針實體地接觸之狀態下收容上述小徑探針之端部；同時互相連通之上述大孔部及上述收容孔部之組合係在厚度方向貫穿該大徑探針固持具；及小徑探針固持具，以朝厚度方向貫穿該小徑探針固持具之方式設有以防脫狀態個別地保持上述複數個小徑探針之複數個小孔部，上述小徑探針固持具疊層在上述大徑探針固持具上，以使各小孔部與上述複數個收容孔部之任一個連通，而互相連通之上述大孔部與上述小孔部之長度方向之中心軸互異，且在上述複數個小孔部，包含有鄰接之二個小孔部之中心軸間距離比分別對應該二個小孔部之二個大 孔部之中心軸間距離小者。

再者，本發明之探針單元係在上述發明中，上述大徑探針係具有：第1柱塞，形成大致針狀；第2柱塞，其前端指向與上述第1柱塞之前端相反的方向，並與上述小徑探針接觸；及彈性構件，其長度方向之一端部安裝在上述第1柱塞，且另一端部安裝在上述第2柱塞，並沿著該長度方向伸縮自如。

再者，本發明之探針單元係在上述發明中，上述第2柱塞之前端係形成與上述大徑探針之長度方向大致正交之平面。

再者，本發明之探針單元係在上述發明中，於上述大徑探針固持具與上述小徑探針固持具中，至少與上述大徑探針及/或上述小徑探針接觸之部分具有絕緣性。

再者，本發明之探針單元係在上述發明中，上述小徑探針固持具係由以使上述小徑探針之任一方端部分別露出之方式保持該小徑探針之二片基板疊層而成者。

再者，本發明之探針單元係在上述發明中，上述大徑探針固持具係具有：第1基板，以使上述第1柱塞之前端部露出之方式保持該第1柱塞；及第2基板，疊層於上述第1基板，同時也疊層於上述小徑探針固持具，並收容上述小徑探針固持具所保持之上述小徑探針之端部。

再者，本發明之探針單元係在上述發明中，上述大徑探針係為彈性探針。

再者，本發明之探針單元係在上述發明中，與上述小徑探針接觸之上述彈性探針之前端，係形成與上述大徑探針之長度方向大致正交之平面。

再者，本發明之探針單元係在上述發明中，上述大徑探針固持具係具有：第1基板，以使未與上述小徑探針接觸之上述彈性探針之前端露出之方式保持該彈性探針；及第2基板，疊層於上述第1基板，同時也疊層於上述小徑探針固持具，並收容上述小徑探針固持具所保持之上述小徑探針之端部。

依據本發明之探針單元，由於以錯開彼此之軸線的狀態組合大徑探針與小徑探針而構成1組探針，因此在對應檢查對象之間距之狹小化時，亦無需使探針雙方之端部細徑化。因此可抑制起因於探針細徑化所造成之容許電流的降低。

以下參照圖式說明用以實施本發明之理想形態(以下稱為實施形態)。惟，圖式僅為示意性者，要留意各部分之厚度與寬度之關係、各個部分之厚度比率等亦有與實際不同之情形，圖式彼此間亦有彼此尺寸關係或比率不同之情形。

第1圖為本發明之一實施形態之探針單元主要部構成的部分剖面圖。第1圖所示之探針單元1係在進行作為檢查對象之半導體積體電路的電氣特性檢查時所使用之裝置，且為用以將半導體積體電路與對半導體積體電路輸出檢查用訊號之電路基板間進行電性連接之裝置。探針單元1係具備：複數個大徑探針2，其一端分別與設在電路基板之電極接觸；複數個小徑探針3，其直徑比大徑探針2之直徑小，且其一端分別與大徑探針2接觸，同時另一端與半導體積體電路之電極接觸；大徑探針固持具4，以防脫狀態保持複數個大徑探針2；及小徑探針固持具5，以拆卸自如之方式疊層在大徑探針固持具4上，且以防脫狀態保持複數個小徑探針3。

大徑探針2係使用導電性材料形成，且具備：大致針狀之第1柱塞21；彈簧構件22，其一端裝設於第1柱塞21，且沿著長度方向伸縮自如；及第2柱塞23，安裝有彈簧構件22之另一端，同時其前端指向與第1柱塞21相反之方向。於第1圖所示之狀態下，第1柱塞、彈簧構件22及第2柱塞23，其長度方向之中心軸一致。

第1柱塞21為具備：前端部21a，具有尖鋭端；凸緣部21b，其直徑比前端部21a之直徑大；轂部21c，經由凸緣部21b朝前端部21a之相反方向突出，且形成其直徑比凸緣部21b之直徑小但比彈簧構件22之內徑稍大之圓柱狀，而壓入有彈簧構件22之端部；及基端部21d，形成其直徑比轂部21c之直徑小且比彈簧構件22之內徑小之圓柱狀。

彈簧構件22具有：疏捲繞部22a，其端部壓入於第1柱塞21之轂部21c；及密捲繞部22b，構成彈簧構件22之線材以比疏捲繞部22b更密之狀態捲繞，而其端部壓入於第2柱塞23。疏捲繞部22a與密捲繞部22b係相連結，而其直徑彼此相等。

第2柱塞23具有：圓柱狀之前端部23a；轂部23b，形成其直徑比前端部23a之直徑小且比彈簧構件22之內徑稍大之圓柱狀，而壓入有密捲繞部22b之端部；及基端部23c，其直徑比轂部23b之直徑小且比彈簧構件22之內徑小。前端部23a之外徑係比彈簧構件22之外徑稍大。再者，基端部23c之長度係只要大徑探針2在最大行程時不與第1柱塞21接觸之範圍內即可任意設定。例如，亦可將基端部23c之長度方向之長度設為比第1圖所示之長度長。於第1圖中構成第2柱塞23之上面的前端部23之前端面係為與大徑探針2之長度方向正交之平面，而小徑探針3與此平面接觸。

小徑探針3具有：分別具有尖鋭端之前端部31及基端部32；及凸緣部33，設在前端部31與基端部32之間，且其直徑比前端部31或基端部32之直徑大。前端部31之直徑與基端部32之直徑大致相同，兩者之直徑係比大徑探針2之外徑小。基端部32之前端係如上述與大徑探針2之第2柱塞23之前端部23a接觸。小徑探針3之中心軸係與大徑探針2之中心軸平行且互異，而小徑探針3係配置在相對於大徑探針2偏移之位置。

大徑探針固持具4係由使用樹脂、可機械加工陶瓷，矽等絕緣材料分別形成之第1基板41與第2基板42在厚度方向(第1圖之上下方向)疊層而成者。大徑探針固持具4具有：複數個大孔部4a，個別地保持複數個大徑探針2；及複數個收容孔部4b，其直徑比大孔部4a之直徑小而與複數個大孔部4a任一者連通，在與大徑探針2接觸之狀態下收容小徑探針3之基端部32。同時互相連通之大孔部4a與收容孔部4b之組合係在厚度方向貫穿大徑探針固持具4。再者，互相連通之大孔部4a與收容孔部4b之長度方向之中心軸為平行且互異。大孔部4a之中心軸與收容孔部4b之中心軸之距離d係設定為比前端部23a之構成前端面之圓的半徑小。藉由以上述方式設定距離d，而可使分別插通在互相連通之大孔部4a與收容孔部4b之大徑探針2與小徑探針3確實地接觸。

在第1基板41設有複數個構成大孔部4a之一部分的第1孔部41a。第1孔部41a具有：圓筒狀之小徑孔411a，可供第1柱塞21之前端部21a插通；及圓筒狀之大徑孔412a，其直徑比小徑孔411a之直徑大，且與小徑孔411a形成同軸。小徑孔411a之直徑係比第1柱塞21之凸緣21b之直徑小。小徑孔411a係在使第1柱塞21之前端部21a露出之狀態下防止第1柱塞21之脫落。此外，大徑孔412a之最大徑係比大徑探針2之最大徑大。

在第2基板42設置有：複數個收容孔部4b；及構成大孔部4a之一部分，且與所對應之收容孔部4b連通而朝厚度方向貫穿第2基板42之複數個第2孔部42a。第2孔部42a之直徑係與大徑孔412a之直徑相等。複數個第2孔部42a之各個係在與連通於收容孔部4b之端部不同之端部，和複數個大徑孔412a之任一個同軸連通。

小徑探針固持具5係將使用與大徑探針固持具4相同之絕緣材料所分別形成之第3基板51與第4基板52在厚度方向(第1圖之上下方向)疊層而成者。在小徑探針固持具5係設有以防脫狀態個別地保持複數個小徑探針3，且朝厚度方向貫穿該小徑探針固持具之複數個小孔部5a。小徑探針固持具5係疊層於大徑探針固持具4上，以使複數個小孔部5a之各個與複數個收容孔部4b之任一個同軸連通。

於第3基板51設有複數個構成小孔部5a之一部分之第3孔部51a。第3孔部51a具有：圓筒狀之小徑孔511a，具有圓形剖面，可供小徑探針3之前端部31插通；及圓筒狀之大徑孔512a，其直徑比小徑孔511a之直徑大，且與小徑孔511a形成同軸。小徑孔511a之直徑係比小徑探針3之凸緣部33之直徑小。此外，大徑孔512a之直徑係為可收容小徑探針3之凸緣部33之大致與凸緣部33相同程度之大小。第3基板51係在使小徑探針3之前端部31露出之狀態下防止小徑探針3之脫落。

於第4基板52設有與所對應之第3孔部51連通而構成小孔部5a之複數個第4孔部52a。第4孔部52a具有：圓筒狀之小徑孔521a，可供小徑探針3之基端部32插通；及圓筒狀之大徑孔522a，其直徑比小徑孔521a之直徑大且與小徑孔521a形成同軸。小徑孔521a係與收容孔部4b連通。小徑孔521a之直徑係與收容孔部4b之直徑相等。此外，大徑孔522a之直徑係與大徑孔512a之直徑相等。複數個大徑孔522a之各個係與複數個大徑孔512a之任一個同軸連通。第4基板52係在使小徑探針3之基端部32露出之狀態下防止小徑探針3之脫落。

大孔部4a、收容孔部4b及小孔部5a係進行鑽孔加工、蝕刻、衝切成形，或進行利用雷射、電子束、離子束、線放電等之加工所形成。

再者，大徑探針固持具4與小徑探針固持具5亦可為以絕緣性材料覆蓋由導電性材料所成之基板表面(亦包含對應大孔部4a、收容孔部4b及小孔部5a之側面的部分)之構成。

第2圖為大孔部4a與小孔部5a之位置關係的示意圖，更具體而言為，大徑孔412a與小徑孔511a之位置關係的示意圖。大徑孔412a之中心軸間距離H係比小徑孔511a之中心軸間距離h大。又，於連通之大孔部4a與小孔部5a中，大徑孔412a之中心軸與小徑孔511a之中心軸之距離係與大孔部4a之中心軸與收容孔部4b之中心軸之距離d相等。藉由以上述方式設定大孔部4a與小孔部5a之位置關係，即可使與檢查對象接觸之小徑探針3側之間距比大徑探針2側之間距更狹窄化。

第3圖為探針單元1之組裝概要圖。在組裝探針單元1時，以使大徑探針固持具4之第2基板42與小徑探針固持具5之第4基板52相對向之方式組合2個探針固持具後，使用螺栓等予以鎖緊。再者，預先在大徑探針固持具4與小徑探針固持具5分別設置定位用之開口部，在大徑探針固持具4之開口部、及對應於該開口部之小徑探針固持具5之開口部***定位銷，藉此進行兩者之定位，即可更容易且迅速地進行探針單元1之組裝。

第4圖為探針單元1之整體構造、及使用探針單元1之半導體積體電路之電氣特性檢查之概要斜視圖。在探針單元1設有固持具構件6，其係用以抑制檢查時半導體積體電路100發生位置偏移，且設在大徑探針固持具4與小徑探針固持具5之外周。在固持具構件6之底面側安裝有電路基板200，其係具備用以輸出檢查用訊號之電路。

第5圖為半導體積體電路100在檢查時之探針單元1之主要構成的局部剖面圖。於第5圖所示之狀態下，大徑探針2係因與電路基板200之電極201接觸而承受圖中向上之作用力。另一方面，小徑探針3係因與半導體積體電路100之電極101接觸而承受圖中向下之作用力。因此，大徑探針2之彈簧構件22係比小徑探針3未與半導體積體電路100之電極101接觸之狀態更沿著長度方向縮入。

半導體積體電路100在檢查時所產生之檢查用訊號係經由電路基板200之電極201，且經由大徑探針2之第1柱塞21、密捲繞部22b、第2柱塞23後，再經由小徑探針3而到達半導體積體電路100之電極101。如此，於大徑探針2中，因第1柱塞21與第2柱塞23透過密捲繞部22b而導通，因此可使電氣訊號之導通路徑為最小。因此，可在檢查時防止訊號流向疏捲繞部22a，可降低電感及電阻並謀求穩定化。

探針單元1反覆進行檢查時，小徑探針3係在每次檢查時反覆進行與電極101之接觸、離開，以致長期使用會造成前端部31磨損或小徑探針3破損。此時，在本實施形態中，可自大徑探針固持具4拆下小徑探針固持具5，而可簡易地僅更換小徑探針3。

依據如上說明之本發明之一實施形態，由於在將彼此之軸線錯開之狀態下組合大徑探針與小徑探針而構成一組探針，因此在對應檢查對象之間距狹小化時，亦可不必將雙方探針之端部細徑化。因此可抑制起因於探針之細徑化所造成之容許電流的降低。

再者，依據本實施形態，因經時性劣化大且接觸電阻值增大為最大要因之小徑探針，能獨立地與大徑探針進行更換，而可簡單地進行維修。而且，僅需更換小徑探針，因此若大徑探針夾無特別之問題即可繼續使用。因此可節省大徑探針而頗為經濟。

再者，依據本實施形態，因分別加工大徑探針之第2柱塞與小徑探針，因此相較於將大徑探針與小徑探針偏置而一體成形之情形，其加工更為容易。

將大徑探針與小徑探針偏置而一體成形時，探針不會形成軸對稱形狀。因此在將一體成形之探針收容在探針固持具時，必須留意供對應於小徑探針之部分插通之孔部的位置以進行定位，以致有收容探針費時費工夫之問題。相對於此，於本實施形態中，將大徑探針與小徑探針分離，使各探針形成為軸對稱形狀，因此可容易地將各探針收容於探針固持具。

以上雖係說明實施本發明之之最佳形態，但是本發明並不受限於上述實施形態。第6圖為本發明其他實施形態之探針單元之主要構成之局部剖面圖。第6圖所示之探針單元7係除了大徑探針之構成之外，皆具有與上述探針單元1相同之構造。探針單元7所具有之大徑探針8為彈性探針，且具有：第1柱塞81、第2柱塞82、及將介置於第1柱塞81與第2柱塞82間之彈簧構件(未圖示)之外周加以覆蓋之管構件83。第2柱塞82之前端係構成與大徑探針8之長度方向正交之平面。藉由具有如此構成之探針單元7，可獲得與上述實施形態相同之效果。

由上述說明可知，本發明可包含未記載於此之各種實施形態等，在不脫離由本申請專利範圍所特定之技術思考的範圍內，得進行各種設計變更等。

(產業上之可利用性)

如上所述，本發明之探針單元係有用於IC晶片等半導體積體電路之電氣特性檢查。

1、7．．．探針單元

2、8．．．大徑探針

3．．．小徑探針

4．．．大徑探針固持具

4a．．．大孔部

4b．．．收容孔部

5．．．小徑探針固持具

5a．．．小孔部

6．．．固持具構件

21、81．．．第1柱塞

21a、23a、31．．．前端部

21b、33．．．凸緣部

21c、23b．．．轂部

21d、23c、32．．．基端部

22．．．彈簧構件

22a．．．疏捲繞部

22b．．．密捲繞部

23、82．．．第2柱塞

41．．．第1基板

41a．．．第1孔部

42．．．第2基板

42a．．．第2孔部

51．．．第3基板

51a．．．第3孔部

52．．．第4基板

52a．．．第4孔部

83．．．管構件

100．．．半導體積體電路

101、201．．．電極

200．．．電路基板

411a、511a、521a．．．小徑孔

412a、512a、522a．．．大徑孔

第1圖係本發明之一實施形態之探針單元的要部構成圖。

第2圖係大孔部與小孔部之位置關係的示意圖。

第3圖係本發明之一實施形態之探針單元的組裝概要圖。

第4圖係本發明之一實施形態之探針單元的整體構成之示意斜視圖。

第5圖係本發明之一實施形態之探針單元在檢查時的狀態圖。

第6圖係本發明之一實施形態之探針單元之構成圖。

1．．．探針單元

2．．．大徑探針

3．．．小徑探針

4．．．大徑探針固持具

4a．．．大孔部

4b．．．收容孔部

5．．．小徑探針固持具

5a．．．小孔部

21．．．第1柱塞

21a、23a、31．．．前端部

21b、33．．．凸緣部

21c、23b．．．轂部

21d、23c、32．．．基端部

22．．．彈簧構件

22a．．．疏捲繞部

22b．．．密捲繞部

23．．．第2柱塞

41．．．第1基板

41a．．．第1孔部

42．．．第2基板

42a．．．第2孔部

51．．．第3基板

51a．．．第3孔部

52．．．第4基板

52a．．．第4孔部

411a、511a、521a．．．小徑孔

412a、512a、522a．．．大徑孔

Claims (19)

1. 一種探針單元，係具備：複數個大徑探針，分別使用導電性材料形成，且沿著長度方向伸縮自如：複數個小徑探針，分別使用導電性材料形成，且其直徑比上述大徑探針之直徑小；大徑探針固持具，具有：複數個大孔部，個別地保持上述複數個大徑探針；及複數個收容孔部，其直徑比上述大孔部之直徑小，且與上述複數個大孔部之任一個連通，並在與上述大徑探針實體地接觸之狀態下收容上述小徑探針之端部；同時互相連通之上述大孔部及上述收容孔部之組合係在厚度方向貫穿該大徑探針固持具；及小徑探針固持具，以朝厚度方向貫穿該小徑探針固持具之方式設有以防脫狀態個別地保持上述複數個小徑探針之複數個小孔部，上述小徑探針固持具疊層在上述大徑探針固持具上，以使各小孔部與上述複數個收容孔部之任一個連通，而互相連通之上述大孔部與上述小孔部之長度方向之中心軸互異，且在上述複數個小孔部，包含有鄰接之二個小孔部之中心軸間距離比分別對應該二個小孔部之二個大孔部之中心軸間距離小者。
2. 如申請專利範圍第1項之探針單元，其中， 上述大徑探針係具有：第1柱塞，形成大致針狀；第2柱塞，其前端指向與上述第1柱塞之前端相反的方向，並與上述小徑探針接觸；及彈性構件，其長度方向之一端部安裝在上述第1柱塞，且另一端部安裝在上述第2柱塞，並沿著該長度方向伸縮自如。
3. 如申請專利範圍第2項之探針單元，其中，上述第2柱塞之前端係形成與上述大徑探針之長度方向大致正交之平面。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之探針單元，其中，於上述大徑探針固持具與上述小徑探針固持具中，至少與上述大徑探針及/或上述小徑探針接觸之部分具有絕緣性。
5. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之探針單元，其中，上述小徑探針固持具係由以使上述小徑探針之任一方端部分別露出之方式保持該小徑探針之二片基板疊層而成者。
6. 如申請專利範圍第5項之探針單元，其中，於上述大徑探針固持具與上述小徑探針固持具中，至少與上述大徑探針及/或上述小徑探針接觸之部分具有絕緣性。
7. 如申請專利範圍第2項或第3項之探針單元，其中，上述大徑探針固持具係具有： 第1基板，以使上述第1柱塞之前端部露出之方式保持該第1柱塞；及第2基板，疊層於上述第1基板，同時也疊層於上述小徑探針固持具，並收容上述小徑探針固持具所保持之上述小徑探針之端部。
8. 如申請專利範圍第7項之探針單元，其中，於上述大徑探針固持具及上述小徑探針固持具中，至少與上述大徑探針及/或上述小徑探針接觸之部分具有絕緣性。
9. 如申請專利範圍第7項之探針單元，其中，上述小徑探針固持具係由以使上述小徑探針之任一方端部分別露出之方式保持該小徑探針之二片基板疊層而成者。
10. 如申請專利範圍第9項之探針單元，其中，於上述大徑探針固持具與上述小徑探針固持具中，至少與上述大徑探針及/或上述小徑探針接觸之部分具有絕緣性。
11. 如申請專利範圍第1項之探針單元，其中，上述大徑探針係為彈性探針。
12. 如申請專利範圍第11項之探針單元，其中，與上述小徑探針接觸之上述彈性探針之前端，係形成與上述大徑探針之長度方向大致正交之平面。
13. 如申請專利範圍第11項或第12項之探針單元，其中，於上述大徑探針固持具與上述小徑探針固持具中，至少與上述大徑探針及/或上述小徑探針接觸之部分具有絕緣性。
14. 如申請專利範圍第11項或第12項之探針單元，其中，上述小徑探針固持具係由以使上述小徑探針之任一方端部分別露出之方式保持該小徑探針之二片基板疊層而成者。
15. 如申請專利範圍第14項之探針單元，其中，於上述大徑探針固持具與上述小徑探針固持具中，至少與上述大徑探針及/或上述小徑探針接觸之部分具有絕緣性。
16. 如申請專利範圍第11項或第12項之探針單元，其中，上述大徑探針固持具係具有：第1基板，以使未與上述小徑探針接觸之上述彈性探針之前端露出之方式保持該彈性探針；及第2基板，疊層於上述第1基板，同時也疊層於上述小徑探針固持具，並收容上述小徑探針固持具所保持之上述小徑探針之端部。
17. 如申請專利範圍第16項之探針單元，其中，於上述大徑探針固持具與上述小徑探針固持具中，至少與上述大徑探針及/或上述小徑探針接觸之部分具有絕緣性。
18. 如申請專利範圍第16項之探針單元，其中，上述小徑探針固持具係由以使上述小徑探針之任一方端部分別露出之方式保持該小徑探針之二片基板疊層而成者。
19. 如申請專利範圍第18項之探針單元，其中，於上述大徑探針固持具與上述小徑探針固持具中，至少與上述大徑探針及/或上述小徑探針接觸之部分具有絕緣性。