探针结构和探针卡的制作方法

本发明涉及晶圆测试技术领域，尤其涉及用于晶圆可接受性测试的探针结构和探针卡。

背景技术：

晶圆可接受性测试(wat，waferacceptancetest)设备由测试机、探针机和探针卡组成。测试机主要用于施加电信号，控制探针机的托盘移动，提供操作界面等。探针机的功能主要是将晶圆载入和载出，对晶圆进行精确定位，与测试机通信等。探针卡的主要功能是连接测试机和探针机托盘上的晶圆。

现有的wat量测使用的探针卡都是将若干探针(一般有18或22根)固定在卡盘上，而每根探针在实际使用过程中状态不尽相同，即使只有某一根探针发生损坏而其他探针均正常时，也只能将一套探针卡全部更换。这就导致了探针资源的浪费和测试成本的增加。

技术实现要素：

本发明技术方案要解决的技术问题是现有的探针资源浪费和wat测试成本增加的问题。

为解决上述技术问题，本发明技术方案提供一种探针结构，包括：探针，所述探针的末端侧部设有针把；针帽，所述针帽的内侧壁设有相接的第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽和第二沟槽用于容纳所述针把；所述第一沟槽的延伸方向与所述探针的插拔方向相同，所述第二沟槽的延伸方向与所述探针的旋转方向相同，所述旋转方向垂直于所述插拔方向；弹性金属件，所述弹性金属件固定于所述针帽内，当所述针把位于所述第一沟槽和第二沟槽的相接处时，所述探针末端与所述弹性金属件接触且所述探针末端压缩所述弹性金属件。

可选的，所述弹性金属件为金属弹簧，所述金属弹簧的一端与所述探针末端接触，所述金属弹簧的另一端固定于所述针帽的顶部。

可选的，所述金属弹簧的一端设有金属片，所述探针末端与所述金属片接触。

可选的，所述弹性金属件为金属弹片，所述金属弹片的一端与所述探针末端接触，所述金属弹片的另一端固定于所述针帽的顶部。

可选的，所述探针的材料为铼、钨或铼钨合金。

可选的，所述针帽的材料为钨。

可选的，所述针帽顶部设有通孔，所述探针结构还包括：穿过所述通孔且与所述弹性金属件连接的导线。

为解决上述技术问题，本发明技术方案还提供一种探针卡，包括：所述的探针结构；卡盘，所述卡盘表面设有金属连接件，所述探针结构的针帽固定于所述卡盘。

可选的，所述针帽焊接于所述卡盘。

可选的，所述金属连接件通过导线与所述弹性金属件连接。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：利用探针的针把和针帽内侧壁的沟槽配合，可使探针装卸于针帽；并且当探针与针帽内的弹性金属件接触并压缩所述弹性金属件时，利用弹性金属件的弹力和沟槽使探针与弹性金属件充分接触，且探针也不会从针帽中脱落。当有探针损坏时，由于探针可以方便地拆卸和装配，因此只需更换损坏的探针，而无需更换未损坏的探针，这样就不会造成探针资源的浪费，同时也延长了探针卡的使用寿命和降低了测试成本。

附图说明

图1为本发明实施例的探针结构的探针未插入状态的示意图；

图2和图3为本发明实施例的探针结构的探针插入状态的示意图；

图4为本发明实施例的探针结构的探针固定状态的示意图；

图5为本发明实施例的探针卡的结构示意图。

具体实施方式

现有的wat量测使用的探针卡都是将若干探针固定在卡盘上，当某一根探针发生损坏而其它探针均正常时，需要将一套探针卡全部更换。这就导致了探针资源的浪费和测试成本的增加。

基于上述问题，本发明技术方案提供一种可更换探针的探针结构，包括带有针把的探针、内侧壁设有沟槽的针帽和设于针帽内的弹性金属件。利用探针的针把和针帽内侧壁的沟槽配合，可使探针装配于针帽；并且当探针与针帽内的弹性金属件接触并压缩弹性金属件时，利用弹性金属件的弹力和沟槽将探针定位于针帽。

下面结合实施例和附图进行详细说明，图1至图4为本发明实施例的探针结构的不同状态示意图，其中，图1为探针未插入针帽的状态示意图，图2和图3为探针插入针帽的状态示意图，图4为探针固定在针帽内的状态示意图。需要说明的是，为了方便说明针帽的内部结构，图示中的针帽为透视示意图。

请参考图1至图4，本实施例的探针结构包括：探针1、针帽2和弹性金属件3。

所述探针1带有针把11，如图所示，探针1的末端侧部设有针把11。针把11可以与探针主体一体成型，如针把11可以是自探针1的侧部延伸出的凸出部。针把11也可以通过焊接等方式连接在探针1的侧部。

所述针帽2的内侧壁设有相接的第一沟槽21和第二沟槽22。所述第一沟槽21的延伸方向与所述探针1的插拔方向相同，在图示中为竖直方向。所述第二沟槽22的延伸方向与所述探针1的旋转方向相同，探针1的旋转方向与探针1的插拔方向垂直。第一沟槽21和第二沟槽22用于容纳针把11，以使针把11可沿第一沟槽21和第二沟槽22运动。第一沟槽21和第二沟槽22的深度和宽度均与针把11相适应，以使针把11能卡位于其中，并在外力作用下沿沟槽延伸方向运动。第一沟槽21的长度根据探针1需要插入针帽2的深度而确定，第二沟槽22的长度不限，只要能使针把11卡在第二沟槽22中且在没有外力作用的情况下所述针把11不会旋转至第一沟槽21即可。

本实施例中，针帽2为圆柱体，第一沟槽21在所述圆柱体的内侧壁沿高度方向开设，第二沟槽22在所述圆柱体的内侧壁沿圆弧方向开设。探针1插入针帽2时，针把11沿第一沟槽21向上运动，到达第二沟槽22与第一沟槽21的相接处后，针把11沿第二沟槽22旋转运动(图示中为逆时针方向旋转)使针把11卡在第二沟槽22中。

所述弹性金属件3固定于所述针帽2内，当所述针把11位于所述第一沟槽21和第二沟槽22的相接处时，所述探针1末端与所述弹性金属件3接触，且所述探针1末端压缩所述弹性金属件3。

本实施例中，所述弹性金属件3为金属弹簧，所述金属弹簧3的一端用于与所述探针1末端接触，所述金属弹簧3的另一端固定于所述针帽2的顶部，例如金属弹簧3的另一端可以通过焊接等方式固定在所述针帽2的顶部。

进一步，所述金属弹簧3的一端设有金属片31，所述探针1末端与所述金属片31接触。在金属弹簧3的一端设置金属片31，可以提供与探针1末端更大的接触面积，当探针1末端压缩金属弹簧3时，金属弹簧3的弹力可以确保金属片31与探针1充分接触，以使得在测试时实现更好的电性连接。

需要说明的是，所述弹性金属件并不限于本实施例所述的金属弹簧，只要能够利用其弹性力确保能与探针末端充分接触均可适用，例如弹性金属件也可以为金属弹片，所述金属弹片的一端与所述探针末端接触，所述金属弹片的另一端固定于所述针帽的顶部。

另外，金属弹簧3的一端也可以不设金属片，金属弹簧3的尺寸与探针1末端的尺寸相适应，当针把11位于所述第一沟槽21和第二沟槽22的相接处时，探针1末端可以略微插入金属弹簧3中并压缩所述金属弹簧3，使得金属弹簧3能够卡住探针1且与探针1充分接触。

本实施例中，所述针帽2顶部设有通孔23，所述探针结构还包括：穿过所述通孔23且与所述弹性金属件3连接的导线4。

所述探针可以选用铼、钨或铼钨合金等金属材料制成，所述针帽可以选用钨等材料制成。金属铼耐高温、耐腐蚀、机械性能好，适用于制电极。金属钨硬度高、熔点高，化学性质很稳定，常温下不受空气侵蚀。

结合图1至图4说明本实施例的探针结构装配过程：如图1所示，将带有针把11的探针1插入针帽2，插入方向在图示中为向上，如图1的箭头a11所示；如图2所示，针把11卡入针帽2内侧壁的第一沟槽21，插入探针1使针把11沿着第一沟槽21向第二沟槽22移动，移动方向在图示中为向上，如图2的箭头a11所示，当针把11移动到靠近两沟槽的相接处时，探针1的末端与金属弹簧3的金属片31接触；继续插入探针1使针把11沿着第一沟槽21向第二沟槽22移动，直至针把11移动到两沟槽的相接处，如图3所示，此时探针1的末端通过挤压金属弹簧3确保与金属片31充分接触；旋转探针1，旋转方向在图示中为逆时针，如图3的箭头a21所示，使得针把11沿第二沟槽22旋转并卡在第二沟槽22中；此时，如图4所示，藉由金属弹簧3的弹力与第二沟槽22配合，确保探针1末端与金属片31充分接触，并且针把11卡在第二沟槽22中使得探针1不会从针帽2中脱落，由此实现探针1与针帽2的装配，探针1部分插入针帽2中，探针1的针尖露在针帽2外。

本实施例的探针结构拆卸过程如下所述：旋转探针1，旋转方向在图示中为顺时针，如图4的箭头a22所示，使得针把11沿第二沟槽22向第一沟槽21旋转到两沟槽的相接处；拔出探针1，拔出方向在图示中为向下，如图4的箭头a12所示，使得针把11沿着第一沟槽21向远离第二沟槽22的方向移动，直至探针1完全拔出。

基于上述的探针结构，本发明技术方案还提供一种探针卡，如图5所示，所述探针卡包括：上述的探针结构和卡盘5。所述卡盘5包括相对的第一表面51和第二表面52。所述第一表面51上设有金属连接件53，所述探针结构的针帽2固定于所述第二表面52。

本实施例中，所述针帽2通过焊接的方式固定于所述卡盘5的第二表面52上。针帽2和卡盘5连接的方式并不限于本实施例中所述的焊接方式，只要能使针帽2固定在卡盘5上的方式均适用。所述金属连接件53为片状，贴在所述第一表面51，金属连接件53与导线4连接，所述卡盘5具有贯穿孔54，所述导线4穿过卡盘5的贯穿孔54和固定于卡盘5的针帽2顶部的通孔23(参考图1至图4)，与针帽2内的弹性金属件3(参考图1至图4)连接。

探针卡的金属连接件53用于连接测试机，探针结构的探针1用于接触探针机托盘上的晶圆，测试机通过由金属连接件53、导线4、弹性金属件3、探针1组成的测试线路，对晶圆施加电信号，实现晶圆的可靠性测试。

需要说明的是，图5仅示出了一组探针结构与卡盘5相接，实际应用时，探针卡带有预定数量的探针1，则卡盘5上会固定对应数量的针帽2，探针1装配于针帽2中。当有某根探针损坏时，按上述的探针结构拆卸过程将损坏的探针拔出，然后按上述的探针结构装配过程更换新的探针。

本发明技术方案利用探针的针把和针帽内侧壁的沟槽配合，可使探针装卸于针帽；并且当探针与针帽内的弹性金属件接触并压缩所述弹性金属件时，利用弹性金属件的弹力和沟槽使探针与弹性金属件充分接触，且探针也不会从针帽中脱落。当有探针损坏时，由于探针可以方便地拆卸和装配，因此只需更换损坏的探针，而无需更换未损坏的探针，这样就不会造成探针资源的浪费，同时也延长了探针卡的使用寿命和降低了测试成本。

本发明虽然已以较佳实施方式公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。