專利名稱：用于低機械撓曲強度的電氣路由選擇基片的探針板結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及一種用于測試在晶片上的集成電路的測試系統(tǒng)的結構。特別地，本發(fā)明涉及一種探針板機械支撐結構，該支撐結構用于帶有機械撓曲強度較低的電氣路由選擇基片的探針板。
背景技術：
隨著晶片尺寸的增加，用于測試晶片的測試系統(tǒng)探針板的尺寸和復雜度相應地增加。隨著越來越大的晶片，在晶片測試系統(tǒng)中的探針板基片通常會變大，變大的基片設計來支撐更多的探針或彈簧觸點，從而連接和測試在晶片上的更多的集成電路(IC)。由于增加的探針，變大的探針板通常導致在探針板上更多的彎曲載荷。
當增加的晶片尺寸導致具有更高的探針密度的更大的探針板結構時，出現(xiàn)一種在探針板中使用撓曲強度低的材料的相似的策略。使用彎曲強度低的材料的策略起因于提高探針板的電氣性能的需求，此需求是半導體裝置復雜程度的增加和在所測試的晶片上的每單位面積的IC密度的增加要求的。為了滿足這樣的電氣性能需求，選擇來用于支撐探針的空間轉換器基片的材料和制造技術導致了更細、強度更低的結構。當探針板的額外的彈簧觸點接觸所測試的晶片時，探針板基片的更大的彎曲還由隨著IC密度的增加而增加的探針數(shù)目(載荷)引起。
參照圖1，它顯示了使用了探針板來測試半導體晶片上的IC的測試系統(tǒng)的經(jīng)簡化的方塊圖。該測試系統(tǒng)包括通過通信電纜6連接到測試頭8的測試控制器4。測試系統(tǒng)還包括含有平臺12的探測器10，平臺12用于安裝被測試的晶片14，可移動而使晶片14與在探針板18上的探針16接觸。探測器10包括支撐接觸在晶片14上形成的IC的探針16的探針板18。
在測試系統(tǒng)中，測試數(shù)據(jù)由測試控制器4產(chǎn)生，并傳過通信電纜6、測試頭8、探針板18、探針16，最終傳到晶片14上的IC。然后從晶片上的IC提供的測試結果回傳，通過探針板18到測試頭8，由測試頭8傳回測試控制器4。一旦測試完成，晶片被切成方塊，分離出IC。
從測試控制器4提供的測試數(shù)據(jù)被分到由電纜6提供的單獨的測試通道中，而且在測試頭8中被分開，從而每條通道延伸到單獨的一根探針16。來自測試頭8的通道通過連接件24連接到探針板18，連接件24可以是零嵌入力(ZIF)的柔性的電纜連接件、彈簧單高蹺(pogo)針或其他的連接件類型。然后探針板18將每條通道連接到單獨的一根探針16。
圖2顯示了探針板18的部件的剖視圖。探針板18被構造來既提供電氣通路又提供用于將直接接觸晶片的彈簧探針16的機械支撐。探針板電氣通路通過印刷電路板(PCB)30、插入器32和空間轉換器34提供。來自測試頭8的測試數(shù)據(jù)通過通常連接在PCB 30的外緣上的柔性的電纜連接件24提供。通道傳輸線40將來自連接件24的信號在PCB 30中水平地傳播到在PCB 30上的接觸點，從而與在空間轉換器34上的焊徑的路由間距相匹配。插入器32包括基片42，基片42具有放置在兩側的彈簧探針電氣觸頭44。插入器32把在PCB 30上的單獨的焊徑電氣地連接到在空間轉換器34上形成焊接區(qū)網(wǎng)格陣列(LGA)的焊徑。LGA焊徑連接通常以規(guī)則的多行方式布置，在空間轉換器34的基片45中的傳輸線46將信號線從LGA分布到成陣列地構造的彈簧探針16。帶有內(nèi)含電路、探針和連接點的空間轉換基片45稱為探頭。
為電氣通路提供支撐的部件的機械特性由電氣需求規(guī)定，這是因為被測試的在晶片上的部件通常以非常高的頻率運行。用于這樣的基片的機械支撐應該提供以下所說的1.空間轉換器基片45的撓度和應力控制。
2.空間轉換器基片45的橫向位置控制。
3.空間轉換器基片45的精確調平。
4.插入器32電氣觸頭的機械壓縮的控制，建立空間轉換器基片45和PCB30之間的電氣連接。
5.所有特別的作為母線的電路結構的電絕緣。
電氣部件的機械支撐由驅動板50、支架(探頭支架)52、內(nèi)框架(探頭框架)54、插入器32和片簧56提供。在PCB 30的一側上提供驅動板50，而在另一側提供支架52并通過螺釘59將其附連。片簧56由螺釘58附在支架52上。插入器32包括定位在對角的兩對對準銷釘41和43。在插入器的底部的銷釘43與在框架54中的精確對準孔對準，而在插入器上部的銷釘與PCB中的精確孔對準。插入器銷釘41和43的位置和在PCB 30及框架54中的對準孔控制橫向運動，從而通過插入器彈簧44控制在基片45上的LGA接觸點與PCB上的接觸點的對齊。框架54還包括水平擴展部分60，用于支撐在其內(nèi)壁中的空間轉換器34。在空間轉換器34的外部邊緣周圍提供的支架52和框架54保持橫向位置平衡。插入器32的探針彈簧44提供一種機械力，分離PCB 30和空間轉換器34，同時使框架54靠在片簧56上。
用于調平的機械部件包括四個黃銅球(兩個如標號66和標號68所示)，它們在每個角落附近與空間轉換器34接觸。黃銅支撐球提供在空間轉換器34的LGA的外緣上的點接觸，從而保持電氣部件的電絕緣。基片的調平依靠通過使用推進螺釘(所示的兩螺釘62和64)來調整這些球來實現(xiàn)，將推進螺釘稱為調平釘。旋轉調平釘62和64，穿過在驅動板50中的以及PCB兩側上的支撐65。
為了空間轉換器基片的調平和可能補償不是平面或者彎曲的基片，調平釘62和64是可調節(jié)來推壓空間轉換器34。為了調平，通過調平釘62和64提供的對基片45的推壓將防止從水平位置的輕微偏離，使在空間轉換器基片45的一側上的彈簧探針16接觸晶片，同時過大的力施加在彈簧探針16和在另一側的晶片之間。對于不是平面的、弓形彎曲的或畸形的基片，調平釘62和64的推壓可用于彌補此類變形。對于表面之間不平行或不平的空間轉換器基片，調節(jié)調平釘62和64，從而包含探針的平面與晶片平面平行。對于弓形彎曲的空間轉換器基片，通過調平釘62和64在基片的邊緣提供的推壓可以使弓形彎曲的形狀在某種程度上變直。因為越大的基片越容易彎曲，希望提供更多的支撐結構來彌補這樣的彎曲，就像在標題為“用于半導體接觸器的平面器”的美國專利第6509751號(在此參照了其全部內(nèi)容)中描述的那樣。
在過去，晶片較小，所以在空間轉換器上的彈簧探針的數(shù)目要受到限制。因此，需要一種“探查器”重定位晶片，以便使得與晶片與探針板的接觸成倍增加，從而在晶片上的所有IC都可以被測試。在晶片探針板的結構中的使用的典型空間轉換器基片已是相對地剛性的(撓曲強度較高)，利用圖2所示的探針板結構使得撓曲和應力的控制成為可能。
由于空間轉換器具有較大的表面面積以及更多的針來測試要求較少觸地的晶片，空間轉換器基片可能因插入器施加的力或者因探查引起的力使水平的平面形狀破裂或者彎曲。典型的空間轉換器基片45由相對地剛性的多層陶瓷構成。利用如插入器32、調平釘62和64以及如圖2所示那樣構造成的框架54那樣的部件，使用具有有限應力的這些剛性陶瓷基片提供了調平?？蚣?4防止基片隨插入器32彎曲，但是不能應付因探查引起的彎曲力，因為空間轉換器45在探查晶片時被推離框架54。隨著越來越柔性的基片，有希望提供增加的支撐，從而防止由插入器的力引起的彎曲，以及在探查期間施加的彎曲力。
在將來，更軟更柔性的基片，象以壓層材料為基礎的薄的有機物或隔膜可以在撓曲剛度極其低或者相對為零的探針板中使用。將希望能提供一種用于探針板基片的機械支撐結構，從而這些撓曲剛度/強度極其低的基片可以在不會受過大的撓曲或應力的情況下提供。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于探針板的機械支撐結構，它提供用撓曲剛度/強度低的基片的增加的支撐。
根據(jù)本發(fā)明，修改了五個部件，從而提供了附加的機械支撐和探針頭的調平，使得可以使用撓曲剛度/強度低的基片。這五個部件包括(1)具有增加了長度的水平擴展部分的框架；(2)片簧，片簧的彎頭使得片簧能在豎直方向延伸從而使框架與彈簧探針結合得更近；(3)絕緣的柔性的隔膜，或加工成探針頭框架一部分的載荷支撐元件，此部件添加來離基片邊緣更遠的地方接觸空間轉換器基片；(4)附加的支撐結構，例如調平釘被添加來提供在空間轉換器的中心附近的支撐；以及(5)極其剛硬的界面瓦，在探針和撓曲強度較低的空間轉換器基片之間提供。
第一修改是框架的水平擴展部分的長度的增加，增加的長度提供了比以前的框架擴展部分在空間轉換器基片上伸出得更遠的金屬支撐。增加的水平擴展部分降低了在空間轉換器基片的邊緣上的力的量，把力分散在空間轉換器基片上，從而防止了較大的基片的破裂或彎曲。
第二修改是關于片簧的，包括提供在片簧中的彎頭，以便使得它們能在豎直方向從支架伸出來。由于這樣的彎頭，片簧在一端通過螺釘附著在支架上，而且彎頭使得片簧的另一端能讓彈簧觸頭在框架上的一點處與彈簧探針在豎直方向接觸得更近。彎頭使得支架能從框架凹進，從而支持片簧的螺釘不會在豎直方向接近探針彈簧。在豎直方向延伸片簧的彎頭還使得彈簧力能在遠離空間轉換器的邊緣施加在基片的中心，從而防止較大的空間轉換器的基片的彎曲或破裂。
第三修改包括使用柔性的隔膜或在框架的水平擴展部分提供載荷支撐元件使得框架能在一點處與空間轉換器基片嚙合，力遠離空間轉換器基片的邊緣施加在所述點處，從而防止較大基片的彎曲或破裂。水平擴展部分的目的是要提供在主區(qū)域的正上方的基片的支撐，在所述主區(qū)域處，插入器彈簧將力施加在探頭的底部。這導致了空間轉換器基片夾在插入器彈簧和延伸的框架提供的剛性支撐之間。柔性的隔膜在空間轉換器基片和框架之間提供，以便有效地產(chǎn)生可變的載荷支撐元件，從而框架在遠離空間轉換器基片的邊緣的一點處接觸空間轉換器基片。不同尺寸隔膜的使用使得載荷支撐的接觸位置能夠容易地移動或調節(jié)，從而在基片上的一點處定位載荷支撐接觸區(qū)域，在所述點處空間轉換器基片的彎曲力被最小化。柔性隔膜還由提供了在金屬框架和在空間轉換器基片上的電氣部件之間的電絕緣的聚合體材料造成。載荷支撐元件可以加工成框架的一部分，但是將不再提供利用柔性隔膜來改變載荷支撐接觸位置的電絕緣特性和靈活性。
對于第四修改，附加的支撐結構被添加，以便接觸空間轉換器基片的中心附近區(qū)域，提供了在基片中心的附加的支撐，從而防止了撓曲或彎曲。添加的支撐結構可以利用具有直接接觸基片的接頭球的諸如調平釘支撐銷釘提供，或者可替換地通過將彈性體墊片靠在基片上的相似的支撐螺釘上或接觸附著在空間轉換器基片上的強度高的金屬支撐元件來提供。為了防止中心支撐結構和在空間轉換器基片上的LGA焊徑之間的電接觸，修改了在空間轉換器中的路由，從而LGA焊徑不在中心支撐接觸空間轉換器的區(qū)域中。在一個實施例中，象絕緣電容器的分離的部件在LGA焊徑移開的地方提供。為了容納移開的LGA焊徑，修改插入器，以便重新布置彈簧觸頭，從而符合在空間轉換器基片上的新的LGA焊徑位置。進一步修改插入器，以便包括開口，從而中心的支撐螺釘可以通過插入器，接觸空間轉換器基片。中心的支撐結構可以用于彌補空間轉換器的彎曲。中心支撐還提供在晶片測試期間的基片的背部的支撐，以便防止空間轉換器在探針力的作用下彎曲或破裂。
對于第五修改，極其剛硬的界面瓦在探針和撓曲強度較低的空間轉換器基片之間提供。如果沒有剛性的界面瓦，由于撓曲強度較低的空間轉換器基片，在過大的探針載荷將探針壓入基片時產(chǎn)生“漂浮”接觸。極其剛硬的瓦分散探針載荷，防止了象撓曲強度較低的空間轉換器基片的機械損傷。剛性瓦包含直饋送通路，它將探針連接到空間轉換器，而水平路由選擇在剛性強度較低的空間轉換器中提供。


在附圖的輔助下解釋本發(fā)明的更多的細節(jié)，在附圖中圖1顯示了典型的晶片測試系統(tǒng)的部件的方塊圖；圖2是用于圖1的晶片測試系統(tǒng)的傳統(tǒng)的探針板的剖視圖；圖3是用于根據(jù)本發(fā)明的晶片測試系統(tǒng)的探針板的剖視圖；圖4是將圖3修改后添加了柔性的支撐隔膜的用于根據(jù)本發(fā)明的晶片測試系統(tǒng)的探針板的剖視圖；圖5是圖3的探針板的部件的分解裝配視圖；圖6是圖4的探針板的部件的分解裝配視圖；圖7顯示了具有絕緣電容器的探針板的一部分的剖視圖，說明空間轉換器基片厚度“d”如何影響絕緣；圖8A顯示了替換的探針板結構，在該結構中，利用彈性體墊片將中心支撐提供給空間轉換器；圖8B顯示了替換的探針板結構，在該結構中，通過將剛性的中心支撐結構附著在空間轉換器上提供中心支撐；圖9是在插入器的地方、在基片的兩側上利用彈簧單高蹺(pogo)針的替換的探針板配置的剖視圖；圖10顯示了具有將PCB與空間轉換器直接相連的彈簧單高蹺(pogo)針的另一種替換的探針板結構；以及圖11顯示了將圖4修改從而在探針和撓曲強度較低的空間轉換器之間包括剛性界面瓦的探針板的剖視圖。
具體實施例方式
圖3是用于晶片測試系統(tǒng)的探針板的剖視圖，該探針板根據(jù)本發(fā)明已做修改，以便提供用于撓曲剛度/強度較低的基片的附加的機械支撐。圖3的探針板包括提供電氣通路的部件，與圖2的傳統(tǒng)的探針板相似，這些部件包括印刷電路板(PCB)30A、插入器32A和空間轉換器34A。圖3的探針板還包括用于電氣部件的機械支撐，與圖2的傳統(tǒng)探針板相似，機械支撐包括帶動板50A、框架(探頭框架)54A、支架(探頭支架)52以及片簧56A。從圖2遺留下來的部件在圖3中同樣地編號，修改過的部件包含在引用數(shù)字后的字母“A”。
對本發(fā)明的探針板的修改考慮具有有限的撓曲強度的空間轉換器基片。特別重要的基片被認為在探查時是剛性的，但是因為探針載荷，它們將變形。探查過程要求在基片上循環(huán)加載，因為在基片內(nèi)部的跡線疲勞，這可能導致電氣失效。恰當配線的基片包括聚合體材料，例如聚酰亞胺、溴樹脂、FR-4、BCB、環(huán)氧樹脂或在本技術領域內(nèi)的其他有機材料?；€可以包括含有氧化鋁、氮化硅、低溫共燒的陶瓷，以及如銅—因瓦—銅一樣的絕緣金屬芯子材料。
第一修改包括相對如圖2所示的水平擴展部分60而增加在框架54A上的水平擴展部分60A的長度。增加了長度的水平擴展部分60A提供金屬支撐，該金屬支撐在空間轉換器45A上比在先前的框架54上的金屬支撐伸出得更遠。增加的水平擴展部分降低了在空間轉換器基片45A的邊緣上提供的力的量，把力在空間轉換器45A上分散，從而防止較大的基片的破裂或彎曲。傳統(tǒng)的水平擴展部分覆蓋空間轉換器基片的少于10％的面積。圖3的修改過的水平擴展部分60A較佳地覆蓋空間轉換器基片的70％或更多的面積。
第二修改是關于片簧56A的，包括彎頭71和73。彎頭71和73使得片簧56A在豎直方向和在水平方向伸出支架52。因為這樣的彎頭71和73，通過螺釘58將片簧56A在一端附著在支架52上，而且彎頭使得片簧56A的另一端能比在圖2中的結構中使用的接觸區(qū)域77在豎直方向與彈簧探針16更近地接觸在框架54A上的點75。彎頭71和73使得支架52能從框架54凹進，從而支持片簧56A的螺釘58不會在豎直方向接近探針彈簧16。彎頭71和73在豎直方向延伸片簧56A，也使得彈簧力能施加在框架54A上，從而力遠離空間轉換器基片45A的邊緣而施加，防止較大基片的變形或破裂。
在一個實施例中的第三修改包括加工在框架54A上的載荷支撐元件70。載荷支撐元件70在豎直方向伸出框架54A的水平擴展部分60A，在一點處接觸空間轉換器基片45A，在所述點，力遠離基片45A的外緣而施加，從而防止較大基片的彎曲或破裂。
在另一個實施例中的第三修改包括使用在空間轉換器基片45A和框架54B之間提供的柔性隔膜80和82，如圖4所示。從圖3遺留到圖4的其他部件在圖4中同樣地標示。柔性隔膜80和82有效地造成圖3的載荷支撐元件70，從而框架54B在遠離基片45A的邊緣的一點處接觸空間轉換器基片45A。第一隔膜80符合框架54B的水平擴展部分60A的形狀，而第二隔膜82具有更有限的尺寸來有效地提供圖3的載荷支撐元件。第二隔膜82將粘著第一隔膜80，以便支撐。隔膜82的不同尺寸的使用使得載荷支撐位置能方便地移動或調整，從而在基片上的一區(qū)域中定位載荷支撐，在所述區(qū)域處致使空間轉換器34A彎曲的力被最小化。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，柔性隔膜80和82由高分子膜材料做成，以便提供在金屬框架54B和在空間轉換器基片45A上的電氣部件之間的電絕緣。作為分開的隔膜的一種選擇，單獨的隔膜可以通過將兩更薄的聚合物隔膜層80和82作為單一的隔膜而結合在一起形成，從而隔膜的表面的內(nèi)部比外部要厚。作為另一種選擇，單獨的隔膜82可以在沒有隔膜80的情況下使用。
高分子膜的使用提供了基片45A與金屬框架54B的電絕緣。由于圖3的載荷支撐元件70加工成金屬框架54B的一部分，將不再提供利用不同尺寸的柔性隔膜82而改變載荷支撐的電絕緣特性和靈活性。即使隔膜是不需要的，可是在一個實施例中，柔性隔膜80和82用于決定圖3的金屬載荷支撐元件70的位置。為了決定金屬載荷支撐元件的最佳位置，使用了不同尺寸的柔性隔膜82以及測量了基片45A的柔韌性。一旦選擇了最佳的隔膜82，它的位置用于確定在圖3的框架54A中的什么地方加工成金屬載荷支撐元件70。
對于第四修改，添加了附加的支撐結構，以便接觸空間轉換器基片的中心附近部分，提供在基片中心的附加的支撐，從而防止撓曲或彎曲。在一個實施例中，利用兩附加的支撐銷釘72和74以及接觸空間轉換器基片45A的中心附近部分的球76和78(可由黃銅構成)提供附加的支撐。雖然支撐銷釘72和74以及球76和78顯示成分離的，但在一個實施例中它們結合在一起，形成有圓形端的支撐銷釘。作為另一種選擇，當與空間轉換器基片接觸的接頭點不重要時，支撐銷釘72和74可以提供平面端。
為了防止在球76和78與在空間轉換器基片45A上的LGA的焊徑之間的電氣接觸，相對圖2修改了在空間轉換器34A中的線46A的路線安排，從而在兩增加的球76和78接觸的區(qū)域中沒有提供焊徑。同樣地，修改插入器32A，重新布置彈簧觸點44A，以便與在空間轉換器基片上的新的焊徑位置一致。還修改插入器32A來包括開口，從而兩銷釘72和74可以通過插入器32A的中心，以便接觸球76和78而靠著空間轉換器基片45A。
實際上，可能通過利用外緣的調平銷螺釘62和64首先調整空間轉換器34A的平面度而裝配探針板以及進行調平。一旦空間轉換器基片45A是平面的，中心支撐銷釘72和74前進，與基片45A接觸，從而穩(wěn)定空間轉換器34A，適應探針載荷。螺釘72和74的調整還使得能彌補基片的任何彎曲。
為中心支撐銷釘72和74提供的在空間轉換器的中心附近的LGA焊徑的移除，使得能添加分離的部件75到基片。為了提高探針板組件的性能，分立的部件75較佳地是退耦電容器。退耦電容器用于彌補在檢測器和探針之間的線路電容。線路電容導致信號延遲，以及在通過探針16提供到晶片的和來自晶片的測試信號中的噪音。
利用退耦電容器通過最小化電容器到探針的安置距離提高性能。圖7說明了在空間轉換器基片34上的退耦電容器75和探針16之間的最小化的距離“d”將提高性能但有可能削弱基片。在裝載探針16期間的由中心支撐銷釘72和74提供的后側支撐在距離“d”變小時成為必要的。
圖5是圖3的探針板的部件的分解的組件視圖。圖6是圖4的探針板的部件的分解的組件視圖。通過包括兩隔膜80和82，圖6的結構是根據(jù)圖5修改的。圖5的探針板組件使用了載荷支撐元件70(在圖5中面向下，沒有顯示)，載荷支撐元件70加工成框架54A的一部分，而不是隔膜80和82。
參照圖5和圖6，如顯示的那樣，利用兩螺釘59，支撐板50A附著在PCB30A和支架52上。提供包括螺釘62和64的四個調平螺釘，它們通過支撐板50A和PCB 30A，到達在空間轉換器基片34A的角落附近的、包括球66和68的四個球。注意圖3和圖4的剖面視圖是用不規(guī)則的而不是線性的平面通過圖5和圖6切割的，以便說明兩角落調平螺釘62和64，以及提供來在空間變換器基片34A中心附近接觸球76和78的新添加的中心支撐螺釘72和74。如圖5和圖6所示，中心支撐螺釘72和74通過支撐板50A、PCB 30A，與螺釘62和64不同，通過在插入器32A中的開口。在圖5中，直接在空間轉換器基片34A上提供框架54A，框架34A在支架52中安裝。片簧56A通過螺釘58附著在支架52上。盡管附加的螺釘58(沒有顯示)在整個外圍提供，以便連接片簧56A，但只顯示了兩螺釘58，以便參照。在圖6中，框架34通過隔膜80和82與空間轉換器基片分離。
盡管圖3-6說明了一個實施例，在該實施例中，后側支撐通過一個或多個支撐螺釘72和74提供，但其他的實施例是可以得到的，如圖8A-8B所示。圖8A的實施例包括可以旋轉而通過在支承板50和PCB 30中的支撐從而壓靠在接頭球86上的支撐螺釘84。然后，球86形成轉動接頭，與在高密度彈性體墊片90上提供的金屬板88接觸。彈性體墊片90然后接觸在空間轉換器34上提供的分離的元件75。彈性體墊片90提供了元件75與金屬板88之間的絕緣。利用如圖8A所示的支撐結構，單獨的調平釘84可以通過板88轉移力，從而在空間轉換器34的大范圍內(nèi)提供調平力。還有，圖8A的彈性體支撐結構確保了與分離的元件75的電絕緣，即使在不需要分離的元件75的情況下，可以提供直接接觸空間轉換器基片的彈性體墊片的使用。
圖8B說明了包括支撐螺釘84的支撐結構的另一個實施例，支撐螺釘84可以旋轉而通過在支承板50和PCB 30中的支承，從而壓靠在接頭球86上，接頭球86然后接觸附著在空間轉換器34的后側上的剛性支承元件92。剛性支承結構92可以具有所示的開口，以便提供給分離的元件75，例如電容器，或象無此類開口的平板那樣提供剛性支承結構92。極其剛硬的結構92可以是金屬或陶瓷材料。強度高的元件92可以用于防止由接觸晶片的彈簧探針16產(chǎn)生的過大的載荷，避免致使由減弱的撓曲強度的材料構成的空間轉換器的機械損傷。當探針16接觸晶片時，支承螺釘84可以調節(jié)來進一步彌補在支承元件92上的彈簧探針載荷。
盡管圖3-6也說明了具有彈簧觸點的插入器32的用法，不是插入器的其他結構也可以用于把空間轉換器34電氣地連接到PCB 30，如圖9和圖10所示。圖9顯示了一種選擇，其中彈簧單高蹺(pogo)針94把PCB 30連接到空間轉換器34上。彈簧單高蹺(pogo)針94是彈簧加載的，并且在基片96的兩側上提供，以便起與在前面的圖中所示的插入器32相似的作用。雖然在兩側顯示，彈簧單高蹺(pogo)針94可以在基片96的一側提供，而且其他的非柔性連接器在另一側，或者可替換地彈簧單高蹺(pogo)針可以在其他的結構中提供。例如，圖10顯示了在沒有插入基片的情況下彈簧單高蹺(pogo)針96直接地把PCB 30與空間轉換器34連接的一種選擇。
圖11說明根據(jù)本發(fā)明的第五修改。第五修改改變了圖4的探針板結構，從而包括在探針16和撓曲強度較低的空間轉換器基片45B之間的剛性界面瓦100。如果沒有界面瓦100，當過大的探針載荷出現(xiàn)時，大力地將探針16壓入空間轉換器基片45B，產(chǎn)生“漂浮”接觸。非常剛硬的界面瓦100分散探針載荷，防止象這樣的撓曲強度低的空間轉換器基片的機械損傷。由構成撓曲強度低的空間轉換器基片的材料的樣品包括有機材料，例如FR4，或者低溫共烤陶瓷(LTCC)。用于剛性界面瓦界面100的撓曲強度較高的樣品包括高溫共烤陶瓷(HTCC)。
極其剛硬的界面瓦100包括把探針和空間轉換器電氣地連接的直饋送通路102。通路102通過焊球104與在空間轉換器基片45B中的形狀相同的通路線附連。焊球104還將界面瓦100附著在空間轉換器45B上。然后水平方向的路由選擇通過線46A在剛度較低的空間轉換器基片45B中提供，連接到插入器32A。雖然剛度較高的界面瓦100的使用與圖4的探針板結構一起顯示，但是剛性界面瓦100可以類似地與圖3的結構或者在此描述的其他結構一起使用。
雖然本發(fā)明在前面以特例來描述，但是這僅是教會本技術領域的普通技術人員如何制作和使用本發(fā)明。許多的附加的修改將落入本發(fā)明的范圍，就像由下面的權利要求書所限定的范圍那樣。
權利要求
1.一種用于測試一裝置的探針板組件，包括具有在第一表面上的探針觸頭的基片；把所述探針觸頭電氣地連接到測試系統(tǒng)的探針板；把所述探針觸頭連接到所述探針板的電氣連接構件；以及定位靠在所述基片的第二表面上的支撐構件，其基本位于所述探針觸頭的對面，以便傳送當所述探針觸頭被迫靠在所測試的所述裝置上的相應的觸頭時產(chǎn)生的探針力。
2.如權利要求1所述的探針板組件，其特征在于，所述基片包括陶瓷材料。
3.如權利要求1所述的探針板組件，其特征在于，所述基片包括有機材料。
4.如權利要求1所述的探針板組件，其特征在于，所述支撐構件包括螺釘元件。
5.如權利要求1所述的探針板組件，其特征在于，所述支撐構件包括彈性體墊片。
6.如權利要求1所述的探針板組件，其特征在于，所述支撐構件包括萬向接頭。
7.如權利要求1所述的探針板組件，其特征在于，所述支撐構件包括在所述探針觸頭對面附連在所述基片上的剛性支撐元件。
8.如權利要求1所述的探針板組件，其特征在于，所述支撐構件包括可移去地接觸附連在所述基片上的剛性支撐元件的萬向接頭。
9.如權利要求1所述的探針板組件，其特征在于，所述電氣連接構件包括插入器。
10.如權利要求1所述的探針板組件，其特征在于，所述電氣連接構件包括彈簧單高蹺(pogo)針。
11.如權利要求1所述的探針板組件，其特征在于，還包括設置在所述基片外緣上的框架，所述框架包括在所述基片的所述表面上延伸的水平擴展部分，其中所述探針力通過所述支撐傳送到所述框架。
12.如權利要求11所述的探針板組件，其特征在于，所述框架的水平擴展部分包括一載荷支撐元件，所述載荷支撐元件在豎直方向從所述水平擴展部分的表面伸出，從而與在從所述基片的所述外緣分離的區(qū)域中的所述基片的所述第一表面結合。
13.如權利要求11所述的探針板組件，其特征在于，還包括設置在所述框架的所述水平擴展部分的表面和所述第一基片表面之間的第一隔膜；以及第二隔膜，設置在所述第一隔膜和所述基片之間，用以在從所述基片的所述外緣分離的區(qū)域中與所述基片結合。
14.如權利要求11所述的探針板組件，其特征在于，所述探針板包括一印刷電路板，具有與在第一側上的測試頭連接的連接件，以及用于連接到所述電氣連接構件的、在相反的第二側上的電氣連接焊徑，所述探針板組件還包括固定地附連在所述印刷電路板的所述第二側上的支架，所述支架設置在所述框架的外緣上；以及具有第一端和第二端的片簧，所述第一端附連在所述支架上，所述第二端接觸所述框架，從而由所述片簧施加的力和支撐構件將所述基片支撐在所述框架內(nèi)。
15.如權利要求8所述的探針板組件，其特征在于，所述探針板包括具有連接件的印刷電路板，所述連接件在第一側連接到所述測試頭，并且在反向側連接到電氣連接焊徑，所述印刷電路板包括供所述螺釘元件通過的開口；以及插入器，在每側具有導電彈簧觸頭，用以把所述印刷電路板的所述焊徑連接到在所述基片的所述第二表面上的電氣觸頭，所述插入器包括供所述螺釘元件通過的開口。
16.如權利要求1所述的探針板組件，其特征在于，所述基片包括在第一表面上具有探針觸頭的第一基片層，所述第一基片包括第一材料；以及附連在所述第一基片的第二表面上的第二基片，所述第二基片包括電氣地連接所述探針觸頭的路由線，所述路由線還提供連接到所述探針板的連接，所述第二基片包括比所述第一材料的撓曲強度要低的第二材料。
17.一種用于測試一裝置的探針板組件，包括在第一側上具有探針觸頭的基片，以及在所述第一側對面的所述基片的第二側上的電氣觸頭陣列，所述電氣觸頭連接于所述探針觸頭；以及一支撐，基本在由所述電氣觸頭陣列圍繞的區(qū)域內(nèi)可移去地接觸所述基片的所述第二側。
18.如權利要求17所述的探針板組件，其特征在于，所述支撐包括接觸一萬向接頭的銷釘，所述萬向接頭接觸所述基片的所述第二側。
19.如權利要求17所述的探針板組件，其特征在于，所述支撐包括接觸靠在金屬板上的萬向接頭的銷釘，所述金屬板接觸彈性體墊片，所述彈性體墊片接觸附連于所述基片的諸分離的元件。
20.如權利要求17所述的探針板組件，其特征在于，所述支撐包括支撐靠在所述基片上的彈性體墊片的銷釘。
21.如權利要求20所述的探針板組件，其特征在于，所述銷釘支撐接觸附連在所述彈性體墊片上的金屬板的萬向接頭。
22.如權利要求17所述的探針板組件，其特征在于，所述支撐包括接觸一萬向接頭的銷釘，所述萬向接頭靠在附連于所述基片的所述第二側的剛性支撐元件上。
23.如權利要求22所述的探針板組件，其特征在于，所述剛性支撐元件具有用于附連在所述基片的所述第二側上的諸分離的電氣元件的開口。
24.如權利要求23所述的探針板組件，其特征在于，所述諸分離的電氣元件包括絕緣電容器。
25.如權利要求17所述的探針板組件，其特征在于，所述支撐還接觸電氣觸頭陣列的外側的基片，所述支撐包括可移動地連接于所述基片的支撐板；球，包括接觸所述基片的邊緣附近區(qū)域的諸第一球，以及至少一個接觸所述基片的中心附近區(qū)域的第二球；以及螺紋擰過所述支撐板的銷釘，每個所述銷釘定位成與所述球的一個結合，從而能調平所述基片的所述第一表面。
26.一種用于測試一晶片的探針板組件，包括具有支撐探針觸頭的表面的基片；以及設置在所述基片的外緣上的框架，所述框架包括在支撐所述探針觸頭的所述基片的所述表面上延伸的水平擴展部分，所述水平擴展部分包括載荷支撐元件，所述載荷支撐元件在豎直方向上從所述水平擴展部分的表面伸出，從而與在一區(qū)域中支撐所述探針觸頭的所述基片的所述表面結合，所述區(qū)域與所述基片的所述外緣分離。
27.如權利要求26所述的探針板組件，其特征在于，所述載荷支撐元件加工于所述框架中。
28.如權利要求26所述的探針板組件，其特征在于，所述載荷支撐元件包括柔性的隔膜。
29.如權利要求26所述的探針板組件，其特征在于，所述柔性的隔膜包括設置在所述框架的所述水平擴展部分的表面和所述基片表面之間的第一隔膜；以及第二隔膜，設置在所述第一隔膜和所述基片之間，用以與在從所述基片的所述外緣分離的所述區(qū)域中支撐所述探針觸頭的所述基片的所述表面結合。
30.如權利要求29所述的探針板組件，其特征在于，所述第一隔膜和所述第二隔膜包括電絕緣材料。
31.如權利要求26所述的探針板組件，其特征在于，所述水平擴展部分在支撐所述探針觸頭的所述基片的所述表面的70％或更多的面積上延伸。
32.一種用于測試一晶片的探針板組件，包括一基片，具有支撐探針觸頭的第一表面和具有電氣連接焊徑的焊接區(qū)域網(wǎng)格陣列的第二表面；一印刷電路板，具有用于在一側連接到測試頭的連接件，以及用于連接所述焊接區(qū)域網(wǎng)格陣列的所述焊徑的、設置在第二側上的電氣連接；固定地連接于所述印刷電路板的支架；設置在所述基片的外緣上的框架，所述框架包括在所述基片的所述第一表面上延伸的水平擴展區(qū)域；以及片簧，具有附連在所述支架上的第一端和與所述框架的表面結合的第二端，所述片簧包括在所述第一端和所述第二端之間的彎頭，從而使得所述框架的所述外緣能在豎直方向從所述支架伸出。
33.如權利要求32所述的探針板組件，其特征在于，所述片簧的所述第一端通過螺釘附連，而且在所述片簧的所述第一端和所述第二端之間的彎頭防止所述螺釘頭在豎直方向伸過所述探針觸頭。
34.如權利要求32所述的探針板組件，其特征在于，還包括一插入器，在每側具有導電彈簧觸頭，以便將所述印刷電路板的所述焊徑連接到所述基片的所述焊接區(qū)域網(wǎng)格陣列的所述焊徑。
35.一種用于確定在框架和含有探針觸頭的基片之間的最佳接觸區(qū)域的方法，所述探針觸頭用于接觸晶片，從而測試在晶片上的集成電路，所述方法包括在所述框架的水平擴展部分和包括所述探針觸頭的所述基片的表面之間的所述框架的水平擴展部分上提供不同的隔膜，其中每個所述不同的框架在不同的隔膜接觸所述基片；以及由各隔膜確定所述基片的撓性，從而能選擇一個所述隔膜而使所述基片的撓曲最小化。
36.一種用于測試一裝置的探針板組件，包括具有在第一表面上的探針觸頭的第一基片，所述第一基片包括第一材料；以及附連在所述第一基片的第二表面上的第二基片，所述第二基片包括電氣地連接于所述探針觸頭的路由線，所述路由線還提供與測試系統(tǒng)的連接，所述第二基片包括不同于所述第一材料的第二材料。
37.如權利要求36所述的探針板組件，其特征在于，所述第一材料比所述第二材料更堅硬。
38.如權利要求36所述的探針板組件，其特征在于，所述第一基片包括高溫共烤陶瓷材料，以及所述第二基片包括低溫共烤陶瓷材料。
39.如權利要求36所述的探針板組件，其特征在于，所述第一基片是高溫共烤陶瓷材料，以及所述第二基片是有機材料。
40.如權利要求36所述的探針板組件，其特征在于，所述第一基片包括把所述探針觸頭連接到所述第二基片的所述路由線的直饋送通路。
41.如權利要求36所述的探針板組件，其特征在于，所述第二基片通過焊接點附連在所述第一基片上，所述焊接點還用于把所述第一基片的所述通路電氣地連接到所述第二基片的所述路由線。
42.如權利要求36所述的探針板組件，其特征在于，包括印刷電路板，具有用于在一側連接到測試頭的連接件，以及用于連接到所述第二基片的所述路由線的、設置在第二側上的電氣連接；固定地連接到所述印刷電路板的支架；設置在所述第二基片的外緣上的框架，所述框架包括在所述第二基片的所述第一表面上延伸的水平擴展部分；以及片簧，具有連接到所述支架的第一端和與所述框架的一表面結合的第二端。
43.如權利要求42所述的探針板組件，其特征在于，所述水平擴展部分包括一載荷支撐元件，所述載荷支撐元件在豎直方向從所述水平擴展部分的一表面伸出，從而與所述第二基片的所述表面結合，所述第二表面在與所述第二基片的所述外緣分離的區(qū)域中支撐所述探針觸頭。
44.如權利要求43所述的探針板組件，其特征在于，所述載荷支撐元件加工于所述框架中。
45.如權利要求43所述的探針板組件，其特征在于，所述載荷支撐元件包括柔性隔膜。
46.如權利要求42所述的探針板組件，其特征在于，所述片簧包括在所述第一端和所述第二端之間的彎頭，從而使得所述框架的所述外緣能在豎直方向從所述支架伸出。
47.如權利要求42所述的探針板組件，其特征在于，還包括一插入器，在每側具有導電彈簧觸頭，以便把所述第二基片的所述路由線連接所述印刷電路板的焊徑。
48.一種用于測試一裝置的探針板組件，包括第一基片，具有在第一表面上的探針觸頭，和將所述探針觸頭連接到與所述第一表面相對的第二表面的直通路；以及附連到所述第一基片的第二表面的第二基片，所述第二基片包括電氣地連接到所述直通路的路由線，所述路由線提供在所述第二基片內(nèi)的橫向和豎向路由線，從而提供與測試系統(tǒng)的連接。
49.如權利要求48所述的探針板組件，其特征在于，所述第二基片通過焊接點附連到所述第一基片，所述焊接點還用于將所述第一基片的所述直通路電氣地連接到所述第二基片的所述路由線。
全文摘要
提供用于晶片測試系統(tǒng)的探針板的機械支撐結構，從而增加了用于支撐彈簧觸頭的撓曲強度很低的支撐。增加的機械支撐由下列組件提供(1)在基片的外緣上的框架，具有在基片的表面上的尺寸增加的水平擴展部分；(2)具有彎頭的片簧，所述彎頭使得片簧能在豎直方向接近彈簧觸頭并且能結合內(nèi)框架；(3)絕緣柔性隔膜，或加工成內(nèi)框架一部分的載荷支撐元件，遠離彎曲強度較低的基片的邊緣與之結合；(4)像支撐銷釘一樣的支撐結構，添加來提供支撐，從而抵消在空間轉換器基片的中心附近的探針載荷；和/或(5)極其堅硬的界面。
文檔編號G01R31/28GK1957262SQ200580005593
公開日2007年5月2日 申請日期2005年1月18日 優(yōu)先權日2004年1月16日
發(fā)明者M·S·希恩德, R·A·拉爾德爾, T·E·庫帕, R·V·夏諾伊, B·N·埃爾德里奇 申請人:佛姆法克特股份有限公司