TWI402509B - 扁頭探針測試連接器 - Google Patents

Description

扁頭探針測試連接器

IC電性測試是為了了解IC製造的品質，在半導體元件製程上為不可或缺的一環。連接器就是提供測試系統與待測IC之接點之導通連接。藉此導通來達成訊號量測之目的。但亦有用於其它電性連接之領域，如手機電池及手機天線之連接。

在量測低電阻電路時，經常使用Kelvin連接，其線路圖如第十二圖，簡單的說就是在同一接腳用兩個接觸點來量測其電性，藉此來補正或消除因線路或接觸時所引入的阻抗，增加量測的精度。習知之示意圖如第一圖。

請參閱第十一圖所示，本圖為各種不同測試用探針的代表圖，其資料來自專利檢索，圖面上附有專利號碼。大體而言這些探針均具備以下相類似的特徵：

1.均為圓柱形。

2.以彈簧提供回復力與接觸力。

3.探針頭直徑比筒管小。

4.探針在保持器中是可以旋轉的。

當這些探針在實施Kelvin連接時，如第一圖所示。這時同一側的兩支探針101需接觸到同一支接腳，T1是探針頭的內緣間距，L1是待測元件的腳長。所以如果T1越小則兩支探針頭要同時接觸L1的機會就越大，反之則機會越小。因為探針頭直徑D1比筒管712、722小(第七圖)，所以T1取決於P1兩支探針的中心距離，再減掉探針頭的直徑。是故T1間距有其侷限性。在實務操作上，此設計需要的對位精度較高，待測元 件位置偏差過多時就無法正確測試，亦即測試良率受影響。

這些探針在實施一般連接時，如第二圖所示，測試之一般連接就是每根探針101對應於個別之接腳，連接至測試系統做測試。在接腳的排列方向，如第二B圖所示，也因為D1的因素使得在此方向的位置敏感度較高，待測元件位置偏差過多時就無法正確測試，測試良率同樣受影響。

本發明之主要目的，在於提供一種對位置敏感度較低之側試連接器，藉此提升測試的良率。

連接器需具備確實的傳遞電子訊號的功能。一般來說，連接器與待測元件之相對位置需正確才能得到良好的接觸品質。在一般性連接時，連接器之可接觸面積越大，代表著待測元件越容易得到良好的接觸。在實施Kelvin連接時，需同時接觸之兩個接觸點越接近，也同樣代表著待測元件越容易得到良好的接觸位置，如此也意味著測試良率的改善。

本連接器包括一組複數個探針與一組探針保持器，此探針保持器因探針的設計概念的改變，而與一般傳統保持器的特徵不同。

一般而言，探針屬於連接器的基本元件。探針保持器則會根據探針特性尺寸與待測物之接腳位置來加以設計，組合後即為一連接器。

在探針方面大致分為兩種，兩段式探針為筒管與探針頭組合，筒管內部放置彈簧提供回復力。三段式探針之探針頭位於兩端並與筒管組合，筒管內部放置彈簧提供回復力。這兩類探針工作原理大致雷同。傳統探針多半針對球型陣列封裝(BGA)的封裝形式設計，故其探針頭均為圓柱型，再由接觸點的幾何形狀變化去適應不同的接觸情形，如皇冠型或尖椎形等。

當被接觸元件的接觸點為平面型時，例如：具有兩排海鷗翅膀(Gull Wing)的SO封裝，或是四排海鷗翅膀的QFP封裝，這些常見的探針頭形狀便發生了限制，其限制如【先前技術】之內容所示。

本發明為解決此一限制，將探針利用元件接觸端的功能性特徵做設計變革，使的探針與保持器產生無法旋轉的相對關係，再利用此種無法旋轉的特性來設計適合的元件接觸端。

無論是兩段式探針或是三段式探針，在本發明中並不加以區分因為其工作原理及與本發明之特徵均同時適用。

本發明之扁頭探針，在與待測元件之接觸端為一矩形構造，此矩形構造之長邊大於或等於筒管直徑，短邊小於筒管直徑，短邊與筒管圓周之差異所形成之肩部，用以抵住探針保持器上部之長條孔邊緣。長邊與筒管圓周之差異所形成之肩部，用以抵住探針保持器下部之圓孔邊緣。當探針未裝入保持器時各段尚可相互旋轉。保持器在此兩肩部所需之邊緣需保留空隙使探針頭有上下移動之空間。因此，此扁頭探針在裝入保持器後，因長條孔的限制只能做上下運動，無法旋轉。由於探針頭不可旋轉，所以長邊均為有效的可接觸範圍，此範圍較傳統圓柱頭探針大。

此扁頭探針在與待測元件之接觸面，因應接觸特性之需要，可製作成為：

1. 斜面

2. 平面

3. 圓面

4. V型溝槽(兩種方向)

5. 雙V溝槽

6. 雙斜面(尖形)

7. 凸字形

8. L形

側面因應與相鄰探針之配合，使接觸點交錯，可製作成為：

1. 雙斜面(尖形)

2. 雙斜面(凹形)

3. 波浪型

4. 圓弧形

因應與相鄰探針的排列需求，也可於探針頭的相鄰對應面(垂直於元件接觸面)，塗佈絕緣層，將相鄰之探針確實隔絕。

本發明之另一種稱為寬頭探針，在與待測元件之接觸端為一矩形構造，此矩形構造之兩邊長均大於或等於筒管直徑，其中一邊與對邊之下緣具一凸緣，此凸緣所形成之肩部，用以抵住探針保持器上部之長條孔邊緣。矩形邊長與筒管圓周之差異所形成之肩部，用以抵住探針保持器下部之圓孔邊緣。當探針未裝入保持器時各段尚可相互旋轉。保持器在此兩肩部所需之邊緣需保留空隙使探針頭有上下移動之空間。因此，此寬頭探針在裝入保持器後，因長條孔的限制只能做上下運動，無法旋轉。由於探針頭不可旋轉，所以邊長均為有效的可接觸範圍，此範圍較傳統圓頭探針大。

此寬頭探針在與待測元件之接觸面，因應接觸特性之需要，可製作成為：

1. 斜面

2. 平面

3. 圓面

4. V型溝槽(兩種方向)

5. 雙V溝槽

6. 雙斜面(尖形)

7. 凸字形

8. L形

因應與相鄰探針的排列需求，也可於探針頭的相鄰對應面(垂直於元件接觸面)，塗佈絕緣層，將相鄰之探針確實隔絕。

探針保持器用於裝置探針，使的探針可以正確的對應到待測元件與測試儀器的電路。

用以裝置扁頭探針的保持器分為兩種，一種是Kelvin連接，另一種是一般連接。

扁頭探針Kelvin連接的保持器，分為上下兩層，上層排列有複數個對應於待測元件接點的長條溝槽，用以放置探針頭，下層排列有複數個對應於待測元件接點的圓孔，用以放置筒管，兩夾層間具空間，使探針頭可以上下運動，每一個待測元件接腳對應兩支探針。下層排列有複數圓孔的上平面可增加長條溝槽，可使扁頭探針在組裝時先將探針頭方向對正，以便於保持器上層的安裝。

扁頭探針一般連接的保持器，分為上下兩層，上層排列有複數個對應於待測元件接點的長條溝槽，用以放置探針頭，下層排列有複數個對應於待測元件接點的圓孔，用以放置筒管，兩夾層間具空間，使探針頭可以上下運動。下層排列有複數圓孔的上平面可增加長條溝槽，可使扁頭探針在組裝時先將探針頭方向對正，以便於保持器上層的安裝。

用以裝置寬頭探針的保持器，分為上下兩層，上層排列一複數個對應於待測元件整列接點的長條溝槽，用以放置探針 頭，下層排列有複數個對應於待測元件接點的圓孔，用以放置筒管，兩夾層間具空間，使探針頭可以上下運動。

當探針頭為凸字形或L形時，可將探針保持器上層長條溝槽，變成非完全貫穿之溝槽，再開一細縫讓探針頭伸出。如此可使的探針頭工作時的偏擺被限制在溝槽範圍內。

將扁頭探針放入Kelvin連接的保持器，即成為扁頭探針Kelvin連接器。

將扁頭探針放入一般連接的保持器，即成為扁頭探針一般連接器。

將寬頭探針放入寬頭探針的保持器，即成為寬頭探針一般連接器。

為期使對於本創作之目的、功效及構造特徵能有更詳細明確的瞭解，茲舉出如下述較佳之實施例並配合圖示說明如后：

由於測試之連接方法分為Kelvin連接與一般連接，探針傳統上有兩段與三段，本發明有分為扁頭與寬頭。在此先列表將所用名稱加以彙總，以便在文中、圖式簡單說明與主要元件符號說明中清楚區分，表格如下：

扁頭探針如第七AB圖，此兩種探針具有上下兩接觸頭711、713、721、723，以筒管712、722相連接，彈簧716、726在筒管內提供接觸力給接觸面。此上探針頭711、721用以接觸待測元件104。其長邊L2大於或等於筒管直徑D2，此 差異形成肩部714、724，此肩部可與保持器形成搭接，使探針可裝置在保持器中。其短邊W3大於或等於筒管直徑D2，此差異形成肩部715、725，此肩部可與保持器形成搭接，使探針可裝置在保持器中。

寬頭探針如第七CD圖，此兩種探針具有上下兩接觸頭717、713、727、723，以筒管712、722相連接，彈簧716、726在筒管內提供接觸力給接觸面。此上探針頭717、727用以接觸待測元件104。其長邊L3、W2均大於或等於筒管直徑D2，其中一邊與其對邊的頭端下緣具一凸緣718、728，此凸緣可與保持器形成搭接，使探針可裝置在保持器中。

扁頭Kelvin測試連接器之保持器如第三B圖，分為兩層，上層302具有複數個對應於接腳的長條溝槽304，此溝槽用於容納探針頭711，有一空間307可使探針頭有上下移動之空間。下層301具有複數個對應於接腳的圓孔305，此圓孔用於容納探針筒管712，下層之上平面亦具有長條溝槽306，此溝槽可使得探針在裝入時在方向上可先對正，使上層保持器容易安裝。

扁頭一般測試連接器之保持器如第五B圖，分為兩層，上層502具有複數個對應於接腳的長條溝槽506，此溝槽用於容納探針頭711，有一空間505可使探針頭有上下移動之空間。下層501具有複數個對應於接腳的圓孔503，此圓孔用於容納探針筒管712，下層之上平面亦具有長條溝槽504，此溝槽可使得探針在裝入時在方向上可先對正，使上層保持器容易安裝。

當扁頭探針頭型為凸字型或L形時，如第十C圖。將上層302具有複數個對應於接腳的長條溝槽304、506，變更為分完全貫穿的槽，上表面做一溝槽1003，使得探針頭可由此伸出，與待測元件之接腳接觸。

寬頭一般測試連接器之保持器如第六C圖，分為兩層，上層602具有複數個對應於接腳的長條溝槽605，此溝槽用於容納探針頭717，有一空間604可使探針頭有上下移動之空間。下層601具有複數個對應於接腳的圓孔606，此圓孔用於容納探針筒管712。

當寬頭探針頭型為凸字型或L形時，如第十AB圖。將上層602具有複數個對應於接腳的長條溝槽605，變更為分完全貫穿的槽，上表面做一溝槽1001，使得探針頭可由此伸出，與待測元件之接腳接觸。

扁頭Kelvin測試連接器如第三A圖與第四AB圖，將扁頭探針303裝入扁頭Kelvin測試連接器之保持器301、302，即為扁頭Kelvin測試連接器。此連接器之探針頭之間距G1、G2、G3，因為探針頭的長邊大於筒管直徑，所以間距G1、G2、G3可以很靠近，甚至可以接觸G1,G2,G3=0。若將探針頭之相鄰邊做成尖形與凹形，如第九DH圖，接觸點可以交錯O1。如需使相鄰探針頭完全隔絕，可在相鄰的面塗佈絕緣材料。

扁頭一般測試連接器如第五A圖，將扁頭探針303裝入扁頭一般測試連接器之保持器501、502，即為扁頭一般測試連接器。因為探針頭的長邊大於筒管直徑，所以左右可接觸之區域L2較大。

寬頭一般測試連接器如第六AB圖，將寬頭探針603裝入寬頭一般測試連接器之保持器601、602，即為寬頭一般測試連接器。此連接器之探針頭與相鄰探針頭無保持器隔絕，所以探針頭的邊長可接近於接腳間距，使得待測元件在間距方向之可接觸範圍加大。如需使相鄰探針頭完全隔絕，可在相鄰的面塗佈絕緣材料。

以上之實施例說明，僅為本創作之較佳實施例說明，凡習於此項技術者當可依據本創作之上述實施例說明 而作其它種種之改良及變化。然而這些依據本創作實施例所作的種種改良及變化，當仍屬於本創作之創作精神及界定之專利範圍內。

101‧‧‧傳統探針

102‧‧‧探針保持器(Kelvin)下部

103‧‧‧探針保持器(Kelvin)上部

104‧‧‧待測元件

L1‧‧‧待測元件腳長

T1‧‧‧探針頭接觸點之間距

P1‧‧‧探針中心距離

201‧‧‧探針保持器下部

202‧‧‧探針保持器上部

D1‧‧‧探針頭直徑

W1‧‧‧待測元件腳寬

301‧‧‧探針保持器下部(Kelvin測試連接器第一型)

302‧‧‧探針保持器上部(Kelvin測試連接器第一型)

303‧‧‧扁頭探針(兩段式)

304‧‧‧容納探針頭之長條孔

305‧‧‧容納探針筒管之圓孔

306‧‧‧探針頭對位之長條孔

307‧‧‧探針頭上下行進之空間

G1‧‧‧探針頭接觸點之間距

401‧‧‧探針保持器下部(Kelvin測試連接器第二型)

402‧‧‧探針保持器上部(Kelvin測試連接器第二型)

403‧‧‧扁頭探針(三段式)

404‧‧‧扁頭探針頭(三段式)

405‧‧‧探針頭對位之長條孔(Kelvin測試連接器第二型)

O1‧‧‧探針頭之重疊距離

G2‧‧‧探針頭接觸點之間距(重疊型)

G3‧‧‧探針頭接觸點之間距(無重疊型)

501‧‧‧探針保持器下部(一般測試連接器第一型)

502‧‧‧探針保持器上部(一般測試連接器第一型)

503‧‧‧容納探針筒管之圓孔

504‧‧‧探針頭對位之長條孔

505‧‧‧探針頭上下行進之空間

506‧‧‧容納探針頭之長條孔

L2‧‧‧扁頭探針頭寬度

601‧‧‧探針保持器下部(一般測試連接器第二型)

602‧‧‧探針保持器上部(一般測試連接器第二型)

603‧‧‧寬頭探針(一般測試連接器第二型)

604‧‧‧探針頭上下行進之空間

605‧‧‧容納寬頭探針頭之長條孔

606‧‧‧容納探針筒管之圓孔

W2‧‧‧寬頭探針頭寬度

L3‧‧‧寬頭探針頭厚度

711‧‧‧扁頭兩段式探針頭

712‧‧‧扁頭兩段式探針筒管

713‧‧‧扁頭兩段式探針下探針頭

714‧‧‧扁頭兩段式探針頭下肩部

715‧‧‧扁頭兩段式探針筒管上肩部

716‧‧‧扁頭兩段式探針彈簧

717‧‧‧寬頭兩段式探針頭

718‧‧‧寬頭兩段式探針頭凸緣

721‧‧‧扁頭三段式探針頭

722‧‧‧扁頭三段式探針筒管

723‧‧‧扁頭三段式探針下探針頭

724‧‧‧扁頭三段式探針頭下肩部

725‧‧‧扁頭三段式探針筒管上肩部

726‧‧‧扁頭三段式探針彈簧

727‧‧‧寬頭三段式探針頭

728‧‧‧寬頭三段式探針頭凸緣

W3‧‧‧扁頭探針頭厚度

801‧‧‧寬頭探針絕緣塗層面

901‧‧‧扁頭探針絕緣塗層面

1001‧‧‧寬頭探針保持器上部之溝槽

1002‧‧‧凸字形寬頭探針頭

1003‧‧‧扁頭探針保持器上部之溝槽

第一圖 習知之Kelvin測試連接器剖面圖。

第二圖 習知之一般測試連接器剖面圖。

第三A圖 本發明之Kelvin測試連接器第一型剖面圖。

第三B圖 本發明之Kelvin測試連接器第一型之探針保持器立體圖。

第四A圖 本發明之Kelvin測試連接器第二型剖面圖(狀況一)。

第四B圖 本發明之Kelvin測試連接器第二型剖面圖(狀況二)。

第五A圖 本發明之一般測試連接器第一型剖面圖。

第五B圖 本發明之一般測試連接器第一型之探針保持器立體圖。

第六A圖 本發明之一般測試連接器第二型正視剖面圖。

第六B圖 本發明之一般測試連接器第二型側視剖面圖。

第六C圖 本發明之一般測試連接器第二型之探針保持器立體圖。

第七A圖 扁頭兩段式探針結構圖

第七B圖 扁頭三段式探針結構圖

第七C圖 寬頭兩段式探針結構圖

第七D圖 寬頭三段式探針結構圖

第八圖 寬頭探針之各種探頭型式

第九圖 扁頭探針之各種探頭型式

第十A圖 寬頭凸字形探頭與保持器上層之立體圖

第十B圖 寬頭凸字形探頭與保持器上層之剖面圖

第十C圖 扁頭凸字形探頭之保持器上層之立體圖

第十一圖 先前技術

第十二圖 先前技術

104‧‧‧待測元件

303‧‧‧扁頭探針(兩段式)

501‧‧‧探針保持器下部(一般測試連接器第一型)

502‧‧‧探針保持器上部(一般測試連接器第一型)

503‧‧‧容納探針筒管之圓孔

505‧‧‧探針頭上下行進之空間

506‧‧‧容納探針頭之長條孔

L1‧‧‧待測元件腳長

L2‧‧‧扁頭探針頭寬度

Claims (16)

1. 一種電性測試連接器的探針，包含：上、下兩接觸端點用以接觸待測物與測試設備，並以筒管連接，兩端點靠筒管內之彈簧來伸縮；探針在待測物接觸端為扁平狀，其扁平狀之長邊大於或等於筒管直徑，短邊小於筒管直徑；探針各接觸端可於軸心方向相互旋轉。
2. 依專利申請範圍第1項所述之探針，其中，待測物接觸端之接觸面為一斜面、平面、圓面、V形溝槽、雙V形溝槽或雙斜面。
3. 依專利申請範圍第1項所述之探針，其中，待測物接觸端之接觸面為一凸字形。
4. 依專利申請範圍第1項所述之探針，其中，待測物接觸端之接觸面為一L字形。
5. 依專利申請範圍第1項所述之探針，其中，待測物接觸端之側面為一尖形雙斜面。
6. 依專利申請範圍第1項所述之探針，其中，待測物接觸端之側面為一凹形雙斜面。
7. 依專利申請範圍第1項所述之探針，其中，待測物接觸端之側面為一圓弧形。
8. 依專利申請範圍第1項所述之探針，其中，待測物接觸端之側面塗佈絕緣鍍層。
9. 一種電性測試連接器的探針，包含：上、下兩接觸端點用以接觸待測物與測試設備，並以筒管連接，兩端點靠筒管內之彈簧來伸縮；探針在待測物接觸端為一矩形構造，此矩形構造之兩邊長均大於或等於筒管直徑，其中一邊與對邊之下緣具一凸緣； 探針各接觸端可於軸心方向相互旋轉。
10. 依專利申請範圍第9項所述之探針，其中，待測物接觸端之接觸面為一斜面、平面、圓面、V形溝槽、雙V形溝槽或雙斜面。
11. 依專利申請範圍第9項所述之探針，其中，待測物接觸端之接觸面為一凸字形。
12. 依專利申請範圍第9項所述之探針，其中，待測物接觸端之接觸面為一L字形。
13. 依專利申請範圍第9項所述之探針，其中，待測物接觸端之側面塗佈絕緣鍍層。
14. 一種電性測試連接器，包含：探針保持座：提供空間使探針可排列於待測物接觸點的相對位置；此保持座上部排列有複數個長條孔，下部排列有複數個圓孔用以排列探針；複數個探針：此探針具上下兩接觸端點並以筒管連接，兩端點靠筒管內之彈簧來伸縮，探針在待測物接觸端為扁平狀，其扁平狀之長邊大於或等於筒管直徑，短邊小於筒管直徑。
15. 依專利申請範圍第14項所述之測試連接器，其中，探針之排列為一個待測元件接腳對應兩個探針。
16. 一種電性測試連接器，包含：探針保持座：提供空間使探針可排列於待測物接觸點的相對位置；此保持座上部排列有複數個長條孔，下部排列有複數個圓孔用以排列探針；複數個探針：此探針具上下兩接觸端點並以筒管連接，兩端點靠筒管內之彈簧來伸縮，探針在待測物接觸端為一矩 形構造，此矩形構造之兩邊長均大於或等於筒管直徑，其中一邊與對邊之下緣具一凸緣。