一种组装探针卡上探针头的方法和组装系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种组装探针卡上探针头的方法及组装系统。该方法包括:将多块定位板叠放在一起，每块定位板都直接与至少一块其他的定位板紧贴，这样每块定位板上的孔也与其他定位板上对应的孔对齐；探针分别插入多块定位板上对应的孔；当探针插入后，分隔开多块定位板，这样没有一块定位板与其他定位板接触。一块或多块多层分隔片用于分隔定位板。
【专利说明】一种组装探针卡上探针头的方法和组装系统
[0001]优先权要求
本发明要求于2013年8月22日递交的名称为:“SYSTEM AND METHOD FOR ASSEMBLINGA PROBE HEAD”的美国专利申请N0.13 / 973748的优先权。
【技术领域】
[0002]本发明涉及用于测试集成电路元件的探针卡，且特别涉及用于探针卡的探针头的组装。
【背景技术】
[0003]探针卡主要用于测试集成电路(IC )元件。根据其设计，探针卡特别适用于测试整块半导体晶圆，在其切割、封装之前检测瑕疵部分。举例来说，典型的探针卡由一块印刷电路板(PCB)构成，印刷电路板上有大量电子接触元件和信号线，以此连接到一台测试机。印刷电路板连接到一个探针头，探针头上有大量探针，这些探针与被测元件(DUT)接触，以便电子信号从被测元件传出或者将信号传入被测元件。因此，探针卡作为测试机和被测元件之间的接口。
[0004]图1A所示是一种典型探针头100的剖面图。探针头100包括一些定位板110-130，这些定位板用于定位/导通一组探针150和被测元件(DUT)。更具体的描述，每块定位板110-130包括一组孔112-132，探针150分别插入对应的孔内。如此，定位板110-130用来控制探针150与被测元件(DUT)上对应的电触头(例如焊盘/焊锡球)导通。
[0005]探针头100也包括一组分隔片140⑴-140⑵，当探针150与被测元件
(DUT)接触时，允许探针150弯曲/扭曲。如图1B所示，每块分隔片140由一层绝缘材料141 (例如陶瓷)构成。绝缘材料141中间开大孔143，探针150穿过大孔143可以自由地弯曲。由于被测元件(DUT)上的电触头一般非常小且精密，因此分隔片140(1)-140(2)通过允许探针150弯曲，这样确保探针150与一个或多个电触头良好接触(例如，足够的接触力)而不损坏它们。
[0006]更进一步的，探针头的间距(例如探针150之间的间隔)通常非常小，这样才能对准与被测元件(DUT)上对应的接触焊盘。因此，中层定位板(浮动定位板)130用于确保探针150相互隔开。也就是说，浮动定位板130用来避免探针150弯曲时互相接触。
[0007]通常定位板110-130与分隔片140 (I)-140⑵首先组装(例如图1A所示)，之后才插入探针150。然而由于定位板110-130之间的间隙(分隔片140(1)-140(2)形成)，探针150必须很小心地穿过定位板110-130上对应的孔112-132。因此每根探针150都用人手装入(即人工制作)。
【发明内容】
[0008]本概要主要介绍一些简化的选择的概念，这些概念在【具体实施方式】中进一步说明。本概要不是为了确定权利要求的关键特征或所涉及内容的基本特征，也不是限制权利要求所要求保护的范围。
[0009]本专利所述为一种组装探针头的方法和系统(也叫设备)。探针头包括一些定位板，每块定位板包括一组孔。在所述实施例中，定位板叠放在一起，这样每块定位板都直接与至少一块其他的定位板紧贴，这样每块定位板上的孔也与其他定位板上的孔对齐。一组探针分别穿过这些定位板上对应的孔。当完成插针后，这些定位板分开，每块定位板不直接紧贴其余定位板。
[0010]在一些实施例中，一个或多个多层的分隔片隔开这些定位板。每片多层分隔片可能由至少由两部分组成，确保探针在接触被测元件时可以弯曲或扭曲。
[0011]在一些实施例中，定位板包括至少一片上层定位板和一片下层定位板。更进一步的，一片浮动定位板位于上层和下层定位板之间，控制探针的弯曲或扭曲。更具体的说，浮动定位板确保探针弯曲或扭曲时相互之间不接触。
[0012]因此，关于上述实施例的探针头组装方法，可以提供一种自动化的(电脑控制)探针头插针工艺(例如，探针插入对应的定位板孔内)。此外，至少所述的一些实施例可以使整个探针头组装工艺更加有效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]所述实施例以举例的方式说明，但不限于附图所述内容。
[0014]图1A-1B分别所示为一种典型探针头和其分隔片的剖面图和平面视图。
[0015]图2所示为本发明与所述实施例一致的组装探针头的操作流程图；
图3A-3C为与所述实施例一致的组装探针头的剖面图。
[0016]图4A-4B所示为图3C中多层分隔板的平面视图。
[0017]图5是与一些实施例一致的探针组装的工装控制框图。
【具体实施方式】
[0018]在下面的描述中，为了清楚地理解本专利，提供大量具体的细节。并且为了解释清楚，设定具体的专业名称以便更深入地了解发明本身。然而对于本专业的从业者来说，不必实践此发明即可理解。在某些情况下，众所周知的电路和元件使用框图表示，以避免描述晦潘难懂。术语“稱合”在这里表示直接连接或通过一个或多个中间元件或电路连接。这里描述的任何总线产生的信号可以与其他的信号分时多工，并提供一条或多条公共总线每一根总线可以替换为单信号线，每一根单信号线也可以替换为总线。每一根单信号线或总线也可以表示大量的元件之间通讯的物理或逻辑机制。
[0019]图2所示的是一个组装探针头的示范操作200的工作流程图，它与现在的实施例是一致的。为了说明此内容，示范操作200参考图3A-3C进行描述，图3A-3C是探针头300的剖面图。探针头300包括一块上层定位板310，一块下层定位板320和一块浮动定位板330。浮动定位板用于一组探针350和被测元件(DUT)之间对准和连接。在一些实施例中，定位板310-330使用绝缘材料(例如陶瓷)制作。每块定位板310-330分别包括一组孔312-332，探针350分别插入对应的孔内。
[0020]参考图3A，定位板310-330首先堆叠放置(210 )。在一些实施例中，定位板310-330堆叠在一起，互相之间直接紧贴。例如，浮动定位板直接叠放在下层定位板上面，上层定位板直接叠放在浮动定位板上面。更进一步的，定位板310-330相互对准，这样同时孔312-332也相互对准(220)。在一些实施例中，每块定位板的孔(例如定位板310)与其他定位板(320-330)上对应的孔对齐。
[0021]参考图3B，探针350分别插入定位板310-330上对应的孔(230)。在一些实施例中，探针350可以使用机器或电脑控制的设备插入孔内。例如，当定位板310-330叠放在一起，每块定位板上对应的孔312-332形成连续的通路，这条通路从上层定位板310 —直延伸到下层定位板320。更具体的，上层定位板310的孔312引导探针350穿过浮动定位板330上对应的孔332 (反之亦然)。同样的，浮动定位板330上的孔332进一步引导探针插入下层定位板320上对应的孔322 (反之亦然)。在组装过程中，下层定位板320下方放置一个平面，防止探针完全掉出这些孔。这样相对于插针工艺的在先技术，探针可以更快更有效率的插入3层定位板310-330。
[0022]参考图3C，当探针350插入孔321-332后，定位板310-330可以被分隔开(240)。在一些实施例中，探针350可以被多层分隔片分开(例如分隔片零件342和344的组合)，这些分隔片在定位板310-330之间。例如，第一组分隔片零件342 (I)和344 (I)放置在上层定位板310和浮动定位板330之间，第二组分隔片零件342 (2)和344 (2)放置在下层定位板330和浮动定位板320之间。多层分隔片在定位板310-330之间产生间隙，这样当加载压力或去掉时，为探针350弯曲或扭曲提供空间(例如当探针350与被测元件(DUT)接触时)。定位板之间产生的间隙的宽度等于分隔片342(1)/344(1)和342 (2)/344 (2)的厚度。
[0023]图4A-4B所示为图3C所示多层分隔片的更加具体的实施例。如上所述，多层分隔片400包括2个零件342和344。在一些实施例中，零件342和344可以由绝缘材料构成(例如陶瓷)。然而应当指出的是，两个零件可以由相同的材料构成。如图4A所示，不同的分隔片零件342和344是独立的零件，它们(例如分隔片零件342和344)可以相互连接形成一个多层组合分隔片。在一些实施例中，分隔片零件342与344完全相同。如图4B所示，多层分隔片400 —旦组合完成，就与图1中所示的分隔片140类似。例如，分隔片零件342和344可以说环形结构，中间有大孔410，便于探针350穿过。(例如，提供足够的水平空间便于探针弯曲变形)。需要注意的是，在另一些实施例中，多层分隔片400可以由任意多个分隔片零件构成。
[0024]如图4A-4B所不,多层分隔片400可以由简单的对齐两个或多个分隔层零件(例如分隔片零件342和344)组成(需要注意的是分隔片零件可以接触或不接触)。这些特征可以使多层分隔片400在装配过程中的任何时候插入探针头300中，甚至在探针插入定位板310-330之后。因此在一些实施例中，探针头的组装过程可以部分或全部由自动化设备或系统(例如电脑控制)完成。这样就可以实现探针头插针过程的自动化(例如电脑控制)。因此相对于在先技术，这种方式使得探针头组装过程更加快速稳定。
[0025]应当注意的是，探针头300包括3块定位板310-330，上面所述的探针组装操作200可以很容易地增加或减少定位板的数量。因此，一些实施例中，探针头300可以只包括上层定位板310和下层定位板320 (例如没有浮动定位板330)。在另一些实施例中，探针头300可以包括多个浮动定位板330。
[0026]图5所示是一种探针组装工装控制框图500，这种探针组装工装控制与一些实施例是一致的。工装控制500包括控制界面510，处理器520和存储器530。控制界面510可以用来与工装控制500发送或接受指令。例如，控制界面510可以从处理器520发出指令到探针组装工装控制的其他部分，以运行一步或多步探针头组装操作。应当注意探针组装工装可以是这样的机器或装置，它包含一个或多个本专业众所周知的电脑控制机器零部件(例如机器人手臂)。
[0027]存储器530可以包括永久的计算机可读取存储介质(例如一种或多种非易失性存储元素，比如EPROM，EEPR0M,闪存和硬盘)，它可以存储以下软件模块:
定位板堆叠模块532，用于堆叠对准探针头的定位板；
插针模块534，用于将一组探针插入每片定位板对应的孔；
定位板分隔模块536，用于插针完成后分隔开定位板。
[0028]每个软件模块必须包括如下指令，当处理器执行此指令时，探针组装工装(或其中零部件)执行相应的功能。因此，存储器520中的非易失性电脑可读存储介质包括指令去完成如图2所描述的部分或全部操作。
[0029]处理器520连接控制界面510和存储器530，它可以是任意一种可执行一个或多个软件程序指令的处理器，这些指令存在工装控制500内(例如，存储在存储器530中)。例如，处理器520可以执行定位板堆叠模块532,插针模块534,以及定位板分隔模块536。
[0030]处理器520执行定位板堆叠模块532，使得探针组装工作堆叠/对准探针头的定位板。例如，定位板堆叠时每块定位板紧贴其他定位板。因此，每块定位板上的孔都与其他定位板上对应的孔对准。在一些实施例中，一组定位板包括一块上层定位板，一块下层定位板和浮动定位板。
[0031]处理器520执行插针模块534时，探针组装工装将探针插入每块定位板对应的孔内。例如，当定位板堆叠紧贴在一起时，每块定位板上对应的孔形成连续通路，通路从上层定位板一直延续到下层定位板。因此，上层定位板的孔可以控制探针插入浮动定位板对应的孔，进而控制探针插入下层定位板对应的孔。
[0032]处理器520执行定位板分隔模块536时，已经插入探针的定位板被分隔开。
[0033]在一些实施例中，处理器520执行定位板分隔模块536时，探针组装工装通过在定位板之间插入多层分隔片(例如图4A-4B所述)来分隔开定位板。因此，多层分隔片可以在定位板间形成间隙，以便于探针接触被测工件(DUT)时可以弯曲或扭曲。
[0034]在前文中，所述的实施例以具体举例的实施例形式描述。但是很明显，在不偏离附录的权利声明中更广泛范围的情况下，可以做出多种改进和变化。所以本专利中的说明和附图仅是说明性的，而非限制性的。例如，图2中的流程图所述的方法，可以以其他合适的顺序实施，其中的多个步骤可以合并成一个，也可以忽略一些步骤。
【权利要求】
1.一种组装探针卡上探针头的方法，该方法包括: 将多块定位板叠放在一起，每块定位板都直接与至少一块其他的定位板紧贴，这样每块定位板上的孔也与其他定位板上对应的孔对齐； 探针分别插入多块定位板上对应的孔； 当探针插入后，分隔开多块定位板，这样没有一块定位板与其他定位板接触。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于上述多块定位板中至少包括一块上层定位板和一块下层定位板。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于多块定位板还包括: 一块浮动定位板，位于上层定位板和下层定位板之间，用来控制探针的弯曲或扭曲。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于上述浮动定位板使得探针弯曲或扭曲时不会互相接触。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于分隔多块定位板包括: 在多块定位板之间插入一块或多块分隔片。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于当探针接触被测元件(DUT)时，一块或多块分隔片可以使得探针弯曲或扭曲。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于一块或多块分隔片组成的多层分隔片，它由至少2部分组装而成。
8.一种探针头组装系统，其特征在于探针组装工装、工装控制，所述工装控制包括带电脑可读存储介质的存储器、处理器、控制界面，电脑可读存储介质中包含程序指令，处理器执行这些指令时，控制探针组装工装进行如下步骤: 将一组探针分别插入多孔定位板上对应的一组孔； 在插入探针之前，多块定位板叠放在一起，每块定位板都直接与至少一块其他的定位板紧贴，这样每块定位板上的孔也与其他定位板上对应的孔对齐； 当插入探针之后，多块定位板分隔开，没有一块定位板与其他定位板接触。
9.根据权利要求8所述的探针头组装系统，其特征在于当插入探针之后，使用一块或多块多层分隔片来分隔开多块定位板。
10.根据权利要求9所述的探针头组装系统，其特征在于一块或多块多层分隔片由至少2部分组装而成。
11.根据权利要求8所述的探针头组装系统，其特征在于多块定位板至少包括一块上层定位板和一块下层定位板。
12.根据权利要求11所述的探针头组装系统，其特征在于多块定位板还包括: 一块浮动定位板，位于上层定位板和下层定位板之间，用来控制探针的弯曲或扭曲。
13.根据权利要求12所述的探针头组装系统，其特征在于浮动定位板使得探针弯曲或扭曲时不会互相接触。
14.根据权利要求8所述的探针头组装系统，其特征在于探针组装工装包括: 一种方法用于多块定位板叠放在一起，每块定位板都直接与至少一块其他的定位板紧贴，这样每块定位板上的孔也与其他定位板上对应的孔对齐； 一种方法用于一组探针分别插入多块定位板上对应的孔； 一种方法用于当插入一组探针之后，多块定位板分隔开，没有一块定位板与其他定位板接触。
15.一种探针头，包括: 多块可分隔定位板，每块定位板上包括一组孔； 一组探针分别插入多块定位板上对应的孔； 一块或多块多层分隔片在多块可分隔定位板之间形成空隙，使得探针接触被测元件(DUT)时可以弯曲或扭曲，所述分隔片由至少两部分组装而成，所述两部分之间可以接触或不接触。
16.根据权利要求15所述的探针头，其特征在于多块定位板至少包括一块上层定位板和一块下层定位板。
17.根据权利要求16所述的探针头，其特征在于多块可分隔定位板还包括: 一块浮动定位板，位于上层定位板和下层定位板之间，用来控制探针的弯曲或扭曲；根据权利要求17所述的探针头，其特征在于浮动定位板使得探针弯曲或扭曲时不会互相接触。
【文档编号】G01R1/073GK104345181SQ201410408588
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2013年8月22日
【发明者】弗雷德里克·L·泰伯二世 申请人:嘉兆科技有限公司