專利名稱：清潔測試器接口接觸元件和支持硬件的裝置、器件和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種用于清潔測試器接口接觸元件和支持硬件的器件。
背景技術(shù)：
個體半導(dǎo)體(集成電路)器件典型地通過使用公知的半導(dǎo)體加工技術(shù)在半導(dǎo)體晶 片上制造多個器件來生產(chǎn)，所述公知的半導(dǎo)體加工技術(shù)能夠包括光刻、淀積和濺射。通常， 這些工藝意圖制造晶片級的完整功能集成電路器件(IC)。結(jié)果，從半導(dǎo)體晶片將個體IC器 件單體化(Singulated)或切割為分立且獨立的管芯。使用公知的組裝技術(shù)(其可以包括 管芯附接到引線框、線接合或焊球附接)，將單體化后的IC器件進(jìn)行組裝，以最終完成于封 裝中或并入電子裝置中，并且通常利用多種模制技術(shù)來向封裝提供具有外電氣連接的本體 來對其進(jìn)行包封。但是，實踐中，晶片自身的物理缺陷和/或晶片加工中的缺陷會不可避免地導(dǎo)致 晶片上的一些管芯是完整功能的，一些管芯是無功能的，以及一些管芯具有較低性能或需 要維修。通常期望優(yōu)選在從晶片單體化并組裝為消費器件之前，識別晶片上哪些管芯是完 整功能的。在單體化之前，利用稱為晶片級測試(現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)常稱為“晶片挑選”)的工 藝，識別由晶片的某些物理缺陷、IC電路層的缺陷、和/或與半導(dǎo)體加工技術(shù)有關(guān)的缺陷 所導(dǎo)致的無功能、較低性能和可維修的器件。根據(jù)產(chǎn)品的性能來在晶片級挑選或重新分級 (binning) IC器件能夠為制造商在后續(xù)的制造過程中節(jié)約可觀的成本以及提供源自最高性 能器件的銷售的增加的收入，其中，所述產(chǎn)品性能由電測試來確定。一旦器件已經(jīng)被單體化，在操縱和組裝期間的某些過程步驟會不可避免地導(dǎo)致切 割缺陷、操縱缺陷、組裝和封裝相關(guān)缺陷，這些缺陷只能被電氣識別以將器件重新分級為完 整功能、無功能或可能“可維修”。在實踐中，組裝和封裝后的半導(dǎo)體器件，在它們最終完成 或并入電子裝置之前，經(jīng)受一系列電氣測試過程。封裝級的處理或在運輸之前的最終測試 包括但不局限于單體化后的器件一或者裸管芯、封裝后的IC(臨時或永久的)、或者它們 之間的變型一的測試。通常，在晶片級或封裝級的IC器件的電氣測試借助自動測試設(shè)備(ATE)來實現(xiàn)， 所述自動測試設(shè)備(ATE)被機(jī)械地以及電氣地配置用于激勵半導(dǎo)體器件；根據(jù)預(yù)定的測 試?yán)虂硎褂迷撈骷?；以及然后檢查輸出以評定適當(dāng)?shù)墓δ堋Ｔ诰壍臏y試中，傳統(tǒng)的接口硬件是連接有多個探針元件的“探針卡”，所述多 個探針元件匹配受測器件(DUT)輸入/輸出(I/O)墊的布局。更具體地，在典型的晶片測 試過程中，將探針卡安裝到探針器(prober)，以及使得探針接觸元件(簡稱為“探針”)與 在晶片的管芯上形成的接合墊、焊球和/或金凸塊進(jìn)行接觸。通過施加探針尖端抵靠接合 墊、焊球和/或金凸塊的受控移位，實現(xiàn)了允許傳輸功率信號、接地信號和測試信號的電氣 連接。探針尖端抵靠接合墊、焊球和/或金凸塊的重復(fù)的刮擦、變形和穿透，產(chǎn)生殘屑和污 染物，這些殘屑和污染物附著并累積到探針接觸表面上。在封裝級測試中，測試器加載板提供在自動測試設(shè)備(ATE)或手動測試設(shè)備與測試器加載板傳統(tǒng)地包括一個或多個接觸器組件，有時稱為“(一個或多 個)測試插口”，(一個或多個)DUT被插入到該(一個或多個)測試插口中。在測試過程 期間，DUT由操縱者插入或布置到插口中，并在測試持續(xù)期間保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｔ诓迦氲?插口中之后，DUT，經(jīng)由引腳元件，通過測試器加載板、其子組件和其他接口裝置電氣連接到 ATE。與ATE相關(guān)聯(lián)的接觸引腳元件被布置為與DUT的金屬化接觸表面進(jìn)行物理和電氣接 觸。這些表面可以包括測試墊、引線、引腳連接、接合墊、焊球、和/或其他導(dǎo)電介質(zhì)。通過 各種電氣輸入和對于輸出的測量的響應(yīng)來評估DUT的功能。隨著重復(fù)的測試，接觸元件尖 端會變得被由晶片和半導(dǎo)體器件制造和測試過程導(dǎo)致的諸如鋁、銅、鉛、錫、金、二元產(chǎn)物、 有機(jī)物膜或氧化物的材料所污染。兩種類型的IC測試(晶片級和封裝級)遇到的主要挑戰(zhàn)之一是，確保在與接觸器 元件相關(guān)聯(lián)的接觸引腳和DUT的接觸表面之間的最佳電氣接觸。在每個測試過程中，隨著 引腳接觸元件到接合墊、焊球和/或金凸塊的重復(fù)接觸，殘屑和其他殘留物會累積并污染 引腳元件的接觸區(qū)域。該殘屑可能源自測試和操縱過程自身，或可以包括來自器件制造和 /或(一個或多個)組裝過程或來自其他源的制造殘留物。除了污染物的存在，重復(fù)強迫(forcing)電流通過接觸引腳的小的金屬間“a點 (a-spot) ”也會降低接觸表面的導(dǎo)電性能，由此影響正確電氣測試的金屬間質(zhì)量。隨著污染 物的累積，連同接觸表面的退化，接觸電阻(CREQ上升并降低了測試的可靠性。增加的以 及不穩(wěn)定的CRES會影響產(chǎn)率和/或測試時間，因為產(chǎn)率恢復(fù)測試增加。這樣的錯誤讀數(shù)可 能導(dǎo)致另外良好的DUT的錯誤廢棄，導(dǎo)致了經(jīng)常顯著的產(chǎn)率損失。通過多遍(multi-pass) 測試，一些產(chǎn)率恢復(fù)是可能的；但是，將器件重測多次來驗證損壞的器件或?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)率恢復(fù)導(dǎo) 致了總生產(chǎn)成本的增加。對于晶片級和封裝級的測試接觸器技術(shù)的高性能需求推進(jìn)了具有預(yù)定和定制的 機(jī)械性能和彈性特性的獨特成形接觸元件的發(fā)展。很多新的先進(jìn)的接觸技術(shù)具有獨特的接 觸元件幾何形狀以及機(jī)械性能，以便利一致的(consistent)、可重復(fù)的、以及穩(wěn)定的電氣接 觸。一些技術(shù)使用光刻組裝技術(shù)來構(gòu)造；而其他技術(shù)則使用高精度微加工技術(shù)來制造。接 觸器的改進(jìn)的電氣特性還使用具有改進(jìn)的電氣性能且抵制氧化的多種材料來實現(xiàn)。接觸元 件被設(shè)計為便利一致的氧化物穿透同時減小施加于接合墊、焊球和/或金凸塊的承載力。 這依然會與接合墊、焊球和/或金凸塊形成物理接觸；從而生成殘屑和污染物，而該殘屑和 污染物會影響電氣性能測試過程的結(jié)果。 典型地，需要從接觸元件周期性地除去生成的殘屑，來防止堆積(build-up)，該堆 積導(dǎo)致增加的接觸電阻、連續(xù)性故障和錯誤的測試指示，這些又人工地導(dǎo)致更低的產(chǎn)率和 后續(xù)增加的產(chǎn)品成本。響應(yīng)于微粒附著到接觸元件和支持硬件的問題，開發(fā)出了許多種技術(shù)。例如，一種 技術(shù)使用包含硅酮橡膠的清潔材料，所述硅酮橡膠提供用于磨耗微粒的基質(zhì)(matrix)。此 外，可以使用安裝有抵靠探測針摩擦的磨耗陶瓷清潔塊的清潔晶片，或也可以使用具有磨 耗微粒的橡膠基質(zhì)以及由玻璃纖維制成的清潔刷。在一種技術(shù)中，可以對探測針噴灑清潔 溶液或?qū)⑻綔y針浸在清潔溶液中。在另一種技術(shù)中，可以使用具有隨機(jī)表面形態(tài)的氣孔和 可變高度的基于開孔泡沫(opencelled foam)的清潔器件。在一種傳統(tǒng)的接觸元件的清潔過程中，采用刷、吹和沖洗接觸引腳和/或接觸器體的一些組合。該過程需要停止測試操作，手動介入來執(zhí)行清潔，以及可能從測試環(huán)境中 除去測試接口(探針卡、插口等)。該方法提供不一致的殘屑除去并可能提供不了在成形的 接觸元件的幾何特征中的充分清潔行為。在清潔之后，必須重新安裝測試接口并重新建立 測試環(huán)境，以便測試可以再繼續(xù)。在一些情況下，接觸元件被除去、清潔和更換，結(jié)果由于不 定的設(shè)備停工期而導(dǎo)致成本升高。在另一種傳統(tǒng)方法中，具有磨耗表面涂層或磨耗地涂敷有聚氨酯泡沫 (polyurethane foam)層的清潔墊被用于除去附著到接觸元件上的異物。通過重復(fù)地抵靠 (以及可能進(jìn)入)清潔墊擦拭接觸元件，從接觸元件和支持硬件擦掉附著的異物。使用磨耗 墊清潔的過程拋光接觸元件，但并不一定除去殘屑。實際上，拋光事實上導(dǎo)致接觸元件的磨 損，從而改變接觸幾何結(jié)構(gòu)的形狀并縮短了接觸器的使用壽命。當(dāng)在清潔過程期間一致地且可預(yù)測地執(zhí)行從接觸元件和支持硬件除去殘屑時，獲 得最高的清潔效力。使用由開孔泡沫構(gòu)造的磨耗墊進(jìn)行清潔的過程不提供一致的清潔。實 際上，利用隨機(jī)取向以及不受控的泡沫結(jié)構(gòu)進(jìn)行的拋光動作導(dǎo)致不均勻的磨損以及優(yōu)先對 于接觸元件的磨損，從而不可預(yù)測地改變接觸幾何結(jié)構(gòu)的形狀以及接觸元件和支持硬件的 機(jī)械性能；從而不可預(yù)測地縮短接觸器的使用壽命。在工業(yè)中，已經(jīng)看到，由多個接觸元件，多達(dá)150000個測試探測元件，構(gòu)成的測試 器接口硬件，以及支持硬件能夠耗費多達(dá)每ATE測試單元600K美元。由不適當(dāng)或非最佳的 清潔實踐所導(dǎo)致的過早磨損和損壞可能等于每個ATE測試單元每年數(shù)百萬美元。因此，鑒 于全世界范圍內(nèi)有數(shù)千個ATE測試單元在操作，對于維修、維護(hù)以及更換成本的影響會是 非?？捎^的。改進(jìn)傳統(tǒng)探測清潔過程的另一嘗試包括使用粘性磨耗地填充的或未填充的聚合 物清潔材料來除去異物。更具體地，該聚合物墊與接觸元件進(jìn)行物理接觸。附著的殘屑被 利用該粘性聚合物松開，并粘貼到聚合物表面，從而從接觸元件和其他測試硬件被除去。聚 合物材料被設(shè)計為維持接觸元件的總體形狀，但是，與聚合物層的相互作用可能無法提供 在成形的接觸元件的幾何特征中的充分的清潔動作。當(dāng)利用磨耗地填充的或磨耗地涂敷的材料膜(該膜具有連續(xù)、均勻的表面或具有 隨機(jī)取向和隨機(jī)間隔開的表面特征的表面)進(jìn)行清潔時，優(yōu)先磨耗通過如下效應(yīng)來表征 “邊緣引腳”效應(yīng)(例如，測試探針陣列的外圍接觸元件以與陣列內(nèi)的接觸元件不同的速率 發(fā)生磨耗性磨損)；或“相鄰引腳間隔”效應(yīng)(例如，緊密相間的接觸元件以與稀疏相間的接 觸元件不同的速率發(fā)生磨損)；或“相鄰引腳取向”效應(yīng)(例如，接觸元件的空間接近性能夠 導(dǎo)致接觸元件的優(yōu)先和不對稱磨損)。接觸元件和支持硬件的不均勻的磨損將影響在IC半 導(dǎo)體器件測試期間的性能一致性，并能導(dǎo)致不期望的產(chǎn)率損耗、設(shè)備停工期以及維修成本。在晶片級和封裝級測試的典型的接觸元件清潔過程對于終端用戶來說可能是昂 貴的，因為利用基于磨料的接觸清潔過程，接觸器可能以不同的速率不受控制地磨損。當(dāng)使 用相同組分和大小的磨耗微粒時，例示性測試數(shù)據(jù)(圖1)示出關(guān)鍵接觸元件幾何形狀的磨 損速率或尺寸減小速率，能夠由于磨耗材料層、表面特征和下層的柔性(compliance)的相 對小的改變(大約2%到3%)而受到急劇影響。數(shù)據(jù)曲線101、102、103和104示出隨著 清潔材料的總體柔性被修改和減少所發(fā)生的接觸元件長度的減小速率。數(shù)據(jù)曲線101表 示具有最低磨損速率的柔性材料(compliant material)，以及數(shù)據(jù)曲線104表示具有最高磨損速率的剛性柔性材料。由于在世界范圍內(nèi)有數(shù)千個IC器件測試單元(探針器和操縱 器)進(jìn)行操作，由在測試期間保持清潔接觸元件沒有早期磨損對工業(yè)的影響能夠是非?？?觀的。這些方法中沒有一種方法充分提供了一種清潔器件和方法，其包括具有不同材料 和機(jī)械特性的多層、預(yù)定的幾何特征以及表面處理的清潔墊結(jié)構(gòu)來可預(yù)測地控制整體清潔 材料性能。此外，用于修復(fù)和更換那些已經(jīng)利用磨耗性接觸器清潔過程磨損掉的接觸器的 設(shè)備和人工勞力向執(zhí)行的任務(wù)添加了額外的成本。因此，需要一種用于清潔和維持接觸元 件的改進(jìn)的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供一種測試探針清潔材料，用于對用于晶片級或封裝級 IC半導(dǎo)體器件功能測試的測試接口的接觸元件和支持結(jié)構(gòu)進(jìn)行清潔，所述清潔材料包括清潔墊層；在所述清潔墊層下方的一個或多個中間層，所述一個或多個中間層支持所述清潔 墊層并具有所述一個或多個中間層的一組預(yù)定的性質(zhì)，選擇所述一組預(yù)定的性質(zhì)以優(yōu)化用 于測試接口的特定接觸元件和支持結(jié)構(gòu)的清潔材料，其中彈性模量在大于40MPa到600MPa 之間的范圍，每個層具有在25 μ m到300 μ m之間的厚度，以及每個層具有在30度邵氏A到 90度邵氏A之間的硬度；以及其中，所述中間層還包括具有7或更大的莫氏硬度的多個磨耗微粒，所述多個磨 耗微粒被選擇以優(yōu)化用于測試接口的特定接觸元件和支持結(jié)構(gòu)的清潔材料。根據(jù)本發(fā)明的第二方面提供一種測試探針清潔材料，用于對用于晶片級或封裝級 IC半導(dǎo)體器件功能測試的測試接口的接觸元件和支持結(jié)構(gòu)進(jìn)行清潔，所述清潔材料包括清潔墊層，具有具備預(yù)定的幾何和尺寸特性的多個幾何微特征，選擇所述預(yù)定的 幾何和尺寸特性來優(yōu)化所述清潔材料，以便接觸區(qū)域和周圍的支持硬件被清潔而沒有變形 或損壞，以及其中，所述清潔墊層還包括具有7或更大的莫氏硬度的多個磨耗微粒，所述多 個磨耗微粒被選擇以優(yōu)化用于測試接口的特定接觸元件和支持結(jié)構(gòu)的清潔材料；以及在所述清潔墊層下方的一個或多個中間層，所述一個或多個中間層支持所述清潔 墊層并具有所述一個或多個中間層的一組預(yù)定的性質(zhì)，選擇所述一組預(yù)定的性質(zhì)以優(yōu)化用 于測試接口的特定接觸元件和支持結(jié)構(gòu)的清潔材料，其中彈性模量在大于40MPa到600MPa 之間的范圍，每個層具有在25 μ m到300 μ m之間的厚度，以及每個層具有在30度邵氏A到 90度邵氏A之間的硬度。根據(jù)本發(fā)明的第三方面提供一種用于清潔在半導(dǎo)體測試裝置中的引腳接觸元件 和支持硬件的清潔器件，所述清潔器件包括具有適于特定引腳接觸元件的預(yù)定構(gòu)造的清潔層；具有在測試裝置的正常測試操作期間被引導(dǎo)到所述測試裝置內(nèi)的構(gòu)造的襯底，其 中，所述襯底包括半導(dǎo)體晶片或封裝后的IC器件代替品；所述清潔層被固定到所述襯底，具有預(yù)定的性質(zhì)，所述預(yù)定的性質(zhì)導(dǎo)致所述墊在 所述引腳接觸元件和支持硬件接觸所述墊時從所述引腳接觸元件和支持硬件清潔殘屑，以 便清潔所述引腳接觸元件和支持硬件而不會改變測試機(jī)器的正常操作。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面提供一種用于清潔在半導(dǎo)體測試裝置中的引腳接觸元件 和支持硬件的清潔器件，所述清潔器件包括具有適于特定引腳接觸元件的預(yù)定構(gòu)造的清潔層，所述清潔層具有具備預(yù)定的幾 何和尺寸特性的多個幾何微特征，選擇所述預(yù)定的幾何和尺寸特性來優(yōu)化清潔材料，以便 所述接觸區(qū)域和周圍的支持硬件被清潔而沒有變形或損壞，以及其中，所述清潔墊層還包 括具有7或更大的莫氏硬度的多個磨耗微粒，所述多個磨耗微粒被選擇以優(yōu)化用于測試接 口的特定接觸元件和支持結(jié)構(gòu)的清潔材料；具有在測試裝置的正常測試操作期間被引導(dǎo)到所述測試裝置內(nèi)的構(gòu)造的襯底，其 中，所述襯底包括半導(dǎo)體晶片或封裝后的IC器件代替品；以及所述清潔層被固定到所述襯底，具有預(yù)定的性質(zhì)，所述預(yù)定的性質(zhì)導(dǎo)致所述墊在 所述引腳接觸元件和支持硬件接觸所述墊時從所述引腳接觸元件和支持硬件清潔殘屑，以 便清潔所述引腳接觸元件和支持硬件而不會改變測試機(jī)器的正常操作。根據(jù)本發(fā)明的第五方面提供一種用于對諸如晶片探針器或器件操縱器的半導(dǎo)體 測試裝置中的引腳接觸元件和支持硬件進(jìn)行清潔的方法，所述方法包括將清潔器件加載到所述晶片探針器或封裝后的器件操縱器內(nèi)，所述清潔器件具有 與通常利用測試裝置測試的IC半導(dǎo)體器件相同的構(gòu)造，所述清潔器件具有具備預(yù)定特性 的頂表面，其清潔所述探針元件；以及在所述晶片探針器或封裝后的器件的正常測試操作期間，將所述引腳接觸元件和 支持硬件與所述清潔器件接觸，以便在測試機(jī)器的正常操作期間將任何殘屑從所述引腳接 觸元件和支持硬件除去。


圖1示出了測試數(shù)據(jù)，該測試數(shù)據(jù)示出了在具有3 μ m的微粒大小但具有受控的材 料柔性差異的磨耗墊上的作為“著陸(touchdown)”周期函數(shù)的接觸元件關(guān)鍵大小減??；圖2A示出了具有探針墊的DUT (在晶片級或在封裝級)、電氣接觸元件和ATE接口 (探針卡或測試插口)的傳統(tǒng)示例； 圖2B是具有探針墊的DUT (在晶片級或在封裝級)、電氣接觸元件和ATE接口(探 針卡或測試插口)的示例的示意圖；圖3A是具有施加到晶片表面的清潔墊的典型清潔器件的頂視圖；圖;3B是具有施加到襯底表面的清潔墊的典型清潔器件的截面圖；圖3C是具有施加到IC封裝的清潔墊的典型清潔器件的截面圖；圖4A是在清潔墊層下方具有一個或多個中間柔性材料層的清潔介質(zhì)的截面圖；圖4B是在預(yù)定特性的清潔墊層的下方具有一個或多個中間剛性材料層的清潔介 質(zhì)的截面圖；圖4C是在預(yù)定特性的清潔墊層的下方具有一個或多個中間剛性和中間柔性材料 層的清潔介質(zhì)的截面圖；圖4D是在預(yù)定特性的清潔墊層的下方具有一個或多個交替的中間剛性材料層和 中間柔性材料層的清潔介質(zhì)的截面圖；圖5A是具有在一個或多個預(yù)定特性的材料層上構(gòu)造的均勻間隔的預(yù)定幾何形狀的微柱的清潔材料的截面圖；圖5B是具有從一個或多個預(yù)定特性的中間剛性材料層和中間柔性材料層的組合 構(gòu)造的均勻間隔的預(yù)定幾何形狀的微柱的清潔材料的截面圖；圖6A是從一個或多個中間材料層的組合構(gòu)造的均勻間隔的微柱的放大截面圖， 用于實現(xiàn)對于測試探針的接觸區(qū)域的一致清潔效力；圖6B是從一個或多個中間材料層的組合構(gòu)造的均勻間隔的微錐的放大截面圖， 用于實現(xiàn)對于測試探針的接觸區(qū)域的一致清潔效力；圖7A是使用“街(street)，，陣列相互去耦的微特征的一部分的平面圖，用于得到 截面慣性矩(second moment ofarea)或二次慣性矩(second moment of inertia)來控制 對于彎曲的抵抗力；圖7B是使用“路(avenue)，，陣列相互去耦的微特征的一部分的平面圖，用于得到 截面慣性矩或二次慣性矩來控制對于彎曲的抵抗力；圖7C是使用斜線陣列相互去耦的微特征的一部分的平面圖，用于截面慣性矩或 二次慣性矩來控制對于彎曲的抵抗力；圖8A是具有微柱的用于清潔用于晶片級測試的懸臂式測試探針的接觸尖端區(qū)域 的清潔材料的截面圖；以及圖8B是具有微柱的用于清潔用于晶片級、芯片級和封裝級測試的冠尖端(crown point)和單個尖端(single point)測試探針的接觸尖端的清潔材料的截面圖。
具體實施例方式本發(fā)明尤其適用于用于電氣測試探針的清潔墊，該電氣測試探針具有具備預(yù)定幾 何形狀的接觸元件(也就是皇冠尖端彈簧探針、矛尖端探針等)以及用于晶片級和封裝級 測試的測試器接口器件(也就是探針卡、測試插口以及其他類似的接口器件)的支持結(jié)構(gòu)， 并且將在此種環(huán)境下描述本發(fā)明。但應(yīng)該知道，清潔材料、器件和方法具有更大的用途，諸 如由其他類型的IC半導(dǎo)體器件評估設(shè)備使用的清潔測試接口，諸如彈簧引腳環(huán)接口、ZIFF 陽/陰連接器等。該器件是具有表面特性的柔性清潔介質(zhì)，以具有特定的磨料和殘屑除去效力，來 清潔電氣接觸元件和用于晶片級和封裝級測試的測試器接口器件(也就是探針卡、測試插 口和其他類似的接口器件)的結(jié)構(gòu)。使用適當(dāng)?shù)闹虚g層、表面微特征以及可變的磨耗度(其 能夠根據(jù)所清潔的接觸元件的類型和形狀、待除去的殘屑的組分和量、以及殘屑與接觸表 面的親合力來選擇)能夠獲得高水平的清潔效力。所清潔的接觸元件能夠是任何類型的測 試探針，諸如鎢針、垂直探針、cobra探針(cobra probe)、MEMs型探針、柱塞探針、彈簧探 針、滑移接觸器、在隔膜上形成的接觸凸塊探針等。更詳細(xì)說來，清潔材料可以由一個或多個層構(gòu)造，其中每個層具有預(yù)定的機(jī)械、材 料和尺寸特性，諸如磨耗度、密度、彈性、粘度、平坦度、厚度和孔隙率，以便當(dāng)引腳元件接觸 墊表面時，接觸區(qū)域和周圍支持硬件被清潔，從而除去殘屑和污染物。清潔器件可以具有犧牲頂保護(hù)材料層，該犧牲頂保護(hù)材料層可以在制造過程之 前、期間或之后施加，來保護(hù)和隔離清潔材料表面在制造過程和手動操縱操作期間免受污 染。該犧牲層在安裝到半導(dǎo)體測試設(shè)備之后被除去，并被用于確保清潔材料的工作表面沒
11有任何污染物，該污染物會危害清潔材料對接觸元件的清潔性能。清潔材料的各個層可以由固體彈性材料或多孔、開孔或閉孔的泡沫材料制成，其 可以包括橡膠以及合成和天然的聚合物以及聚氨酯、丙烯酸脂類等或其他已知的彈性材 料。清潔材料的頂層可以具有預(yù)定的磨耗度、彈性、密度以及表面張力參數(shù)，其允許探針尖 端變形并穿透彈性材料來除去接觸區(qū)域上的殘屑而不損害接觸元件的幾何形狀，同時保持 彈性基質(zhì)的完整性。清潔材料還可以具有多層結(jié)構(gòu)，其中，一個或多個柔性層被布置或堆疊來獲得預(yù) 定的總體柔性性能，以便當(dāng)引腳元件接觸墊表面并使得墊表面變形時，由該材料向接觸區(qū) 域和結(jié)構(gòu)給予限定的交互力(reciprocal force)，以增加除去殘屑和污染物的效力。此外， 清潔材料可以具有多層結(jié)構(gòu)，其中，表面層被填充了(populated with)多個統(tǒng)一成形并規(guī) 則間隔開的、幾何微特征，諸如微柱、微錐或其他這樣的結(jié)構(gòu)微特征，且這些微特征具有預(yù) 定的縱橫比(直徑比高度)、截面(方形、圓形、三角形等)以及磨耗微粒負(fù)荷，以改善殘屑 除去和收集效力。微特征可以由固體彈性材料或多孔、開孔或閉孔的泡沫材料制成，其可 以包括橡膠以及合成和天然的聚合物以及聚氨酯、丙烯酸脂類等或其他已知的彈性材料。 在其他實施例中，微特征可以具有施加到頂表面的、沿著微特征的長度的、在微特征的體內(nèi) 的、或在微特征的基部的磨耗微粒。具體說來，平均的微特征能夠具有1. Oym或更大的截 面寬度、400 μ m或更小的高度、以及小于15. 0 μ m的平均磨耗微粒大小。典型的磨料可以被 并入并遍及材料層，以及微特征可以包括氧化鋁、碳化硅以及金剛石，然而磨耗微粒也可以 是具有7或更大的莫氏硬度(Mohs Hardness)的其他公知磨耗材料。在其他實施例中，微特征被相互去耦并形成有預(yù)定的幾何結(jié)構(gòu)，以使用“街”和 “路”的陣列得到截面慣性矩或二次慣性矩，來控制對于彎曲的抵抗力，從而除去不期望的 相互作用和其他耦合效應(yīng)并獲得預(yù)定的表面柔性，以便當(dāng)引腳元件接觸墊表面時，由材料 對接觸元件尖端幾何結(jié)構(gòu)內(nèi)的接觸區(qū)域以及支持結(jié)構(gòu)施加交互力，以增加除去殘屑和污染 物的效力。相互去耦的微特征具有預(yù)定的尺寸(dimension)，以對接觸元件陣列中的每個測 試探針和支持硬件提供可預(yù)測且均勻的交互力。遍及清潔材料的表面形成去耦的微特征， 以減小并消除“邊緣引腳”效應(yīng)、“相鄰引腳間隔”效應(yīng)和“相鄰引腳取向”效應(yīng)。在清潔器件的另一方面，微特征可以具有特定的均勻表面光潔度，以便探針器/ 測試器器件能夠檢測清潔墊的表面。清潔材料的表面紋理和粗糙度還可以有助于工作表面 聚合物材料的清潔效力。在該方法的一個方面，清潔介質(zhì)可以手動地布置在自動化測試設(shè)備(諸如晶片探 針器或封裝的器件操縱器)中的預(yù)定位置處，以便引腳元件和表面將周期性地與清潔介質(zhì) 相互作用，以除去殘屑和/或清潔引腳元件的接觸表面，而不過度地磨損測試探針。在該方 法的另一方面，提供一種用于清潔在晶片探針器或封裝器件操縱器上的探針元件的方法， 其中，該方法包括以類似于被測試的半導(dǎo)體晶片、單體化IC器件或封裝的IC器件的形式， 將清潔介質(zhì)加載到晶片探針器或封裝器件操縱器中，以及清潔介質(zhì)的頂表面具有預(yù)定的特 性，諸如磨耗度、粘度、硬度，其清潔接觸元件和支持結(jié)構(gòu)。該方法還包括在晶片探針器或封 裝器件操縱器中進(jìn)行正常測試操作期間使得接觸元件與清潔介質(zhì)接觸，以便在晶片探針器 或封裝器件操縱器的正常操作期間從探針元件除去任何殘屑。當(dāng)探針器/測試器能夠檢測清潔墊的表面時，則探針器能夠被設(shè)置到自動清潔模式。在自動清潔模式下，探針器/測試器將自動地確定何時清潔測試探針接觸元件、何時定 位清潔器件、何時清潔探針尖端以及然后返回到測試操作。在清潔器件的另一實施例中，可 以由導(dǎo)電材料形成清潔介質(zhì)的各層，以便使用電導(dǎo)檢測表面的測試器/探針器能夠檢測清 潔介質(zhì)的表面。典型的IC半導(dǎo)體測試系統(tǒng)(在圖2A和2B中示意性示出)典型地包括某一類型 的測試器10、測試頭11、測試器接口 12 (例如探針卡或測試插口)、接觸元件13以及晶片或 器件操縱器16。電氣接觸元件13或測試探針，在測試器接口內(nèi)從測試器接口延伸以允許與 DUT 15進(jìn)行直接接觸。使用自動化、半自動化或手動設(shè)備將DUT(晶片、單體化器件或封裝 的IC)移動到適當(dāng)?shù)奈锢砦恢?，以便探針墊14和/或焊球16與測試器接口 12的接觸元件 13對準(zhǔn)。一旦處于適當(dāng)?shù)奈恢?，就抵靠接觸元件13移動DUT 15，或者抵靠DUT 15移動接 觸元件13，以進(jìn)行電氣測試。隨著重復(fù)的著陸，接觸元件變得受污染。代替除去測試接口以 進(jìn)行清潔，預(yù)定結(jié)構(gòu)的清潔介質(zhì)將在正常測試操作期間清潔幾何結(jié)構(gòu)被限定的接觸元件。圖3AJB和3C示出三種典型不同類型的清潔器件，利用向各種襯底材料、不同大 小的襯底、不同形狀的襯底施加的清潔介質(zhì)或在一些應(yīng)用中沒有襯底來制造這些清潔器 件。如圖3A和;3B中所示，清潔器件20和21，分別可以包括襯底23和清潔介質(zhì)或墊24，該 墊M被分別固定、附著或施加到晶片的表面或已知幾何形狀的襯底。襯底23可以是塑料、 金屬、玻璃、硅、陶瓷或任何其他類似材料。此外，襯底25可以具有與封裝的IC器件或DUT 22的幾何形狀接近的幾何形狀，從而將清潔介質(zhì)M附著到承載測試探針和支持硬件的接 觸元件的表面?，F(xiàn)在，參考附圖和實施例來更詳細(xì)地描述具有一個或多個中間柔性層的清潔介 質(zhì)。在一個實施例(圖4A中所示)中，清潔介質(zhì)220可以由預(yù)定特性的清潔墊層202制 成，所述預(yù)定特性諸如有助于接觸所述墊的接觸元件的清潔的硬度、彈性模量等。清潔介質(zhì) 220也可以具有附著到清潔墊層并處于清潔墊層下方的一個或多個中間柔性層203。各層 的組合產(chǎn)生由獨立的構(gòu)成材料無法得到的材料特性，而多種基質(zhì)、磨耗微粒和幾何形狀顧 及了(allow for) 一種產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)，該種產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)必須選擇最佳組合來最大化清潔性能。 通過在剛性清潔層下方添加柔性或微孔泡沫下層，減小了清潔材料的總體磨損性質(zhì)和/或 提高了尖端成形性能，以便延長探針元件的總體使用壽命而不危害接觸幾何結(jié)構(gòu)的形狀或 功能。例如，將磨耗微粒層施加到剛性聚酯膜上創(chuàng)建了具有切削(stock removal)性質(zhì)的 研磨膜型清潔材料，用于創(chuàng)建和維持具有平坦接觸區(qū)域幾何結(jié)構(gòu)的探針接觸元件。將相同 的磨耗微粒層施加到柔性未填充聚合物的表面或微孔泡沫的“皮膚”側(cè)，得到具有優(yōu)選切削 性質(zhì)的多層材料，用于創(chuàng)建和維持具有圓角(radius)或半圓角(semi-radius)接觸區(qū)域幾 何結(jié)構(gòu)的探針接觸元件。隨著(一個或多個)下層的總體柔性系統(tǒng)地增加(或剛性降低)， 清潔材料的總體磨損性質(zhì)從創(chuàng)建并維持平坦尖端接觸區(qū)域幾何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為創(chuàng)建并維持圓 角(radius)或半圓角(semi-radius)接觸區(qū)域幾何結(jié)構(gòu)。清潔介質(zhì)220還可以具有可除去保護(hù)層201，該可除去保護(hù)層201在意圖用于接觸 元件清潔之前被安裝，以便將表面清潔墊層與非測試相關(guān)污染物隔離開。可除去保護(hù)層201 保護(hù)清潔墊層202的工作表面免于殘屑/污染物，直到清潔器件準(zhǔn)備好被用于在清潔室內(nèi) 清潔測試器接口。當(dāng)清潔器件準(zhǔn)備好被用于在清潔室內(nèi)清潔測試器接口時，可除去保護(hù)層 201可以被除去以暴露清潔墊層202的工作表面。保護(hù)層可以由已知的非反應(yīng)性聚合物膜材料制成，以及優(yōu)選由聚酯(PET)膜制成。保護(hù)層可以具有無光飾面(matte finish)或其 他“帶紋理的”特征，來改善通過測試設(shè)備對清潔器件的光學(xué)檢測和/或提高清潔效力。將清潔器件安裝到預(yù)定的襯底材料上是通過如下步驟來執(zhí)行的除去第二釋放內(nèi) 襯層205(由與第一釋放內(nèi)襯層相同的材料制成)以暴露粘性層204 ；接著利用粘性層204 施加到襯底表面上。然后，可以將粘性層204布置為抵靠襯底，以將清潔器件220附著到襯 底。襯底可以是如現(xiàn)有技術(shù)中描述的具有不同目的的多種不同材料。上述的清潔墊層202和下述的清潔墊層可以向清潔材料提供預(yù)定的機(jī)械、材料和 尺寸性質(zhì)。例如，清潔墊層可以提供磨耗度(在下面更詳細(xì)描述)；(例如在0.75到2. 27 的范圍內(nèi)的)比重，其中比重是密度與特定溫度下的水的密度的比率；(例如在40MI^到 600MPa的范圍內(nèi)的)彈性；(例如在20到800克的范圍內(nèi)的)粘度(tackiness)；平面度； 以及(例如在25μπι到300μπι之間的范圍內(nèi)的)厚度。一個或多個中間層(其能夠如上所述是柔性的、如下所述是剛性的、或如下所述 是柔性層和剛性層的組合)，可以向清潔材料提供預(yù)定的機(jī)械、材料和尺寸性質(zhì)。例如，該一 個或多個中間層可以提供磨耗度(在下面更詳細(xì)描述)；(例如在0.75到2. 27的范圍內(nèi) 的)比重，其中比重是該一個或多個中間層的密度與特定溫度下的水的密度的比率；(例如 在40MPa到600MPa的范圍內(nèi)的)彈性；(例如在20到800克的范圍內(nèi)的)粘度；平面度； 以及(例如在25μπι到300μπι之間的范圍內(nèi)的)厚度；和/或(例如在每英寸10個到150 個微孔的范圍內(nèi)的)孔隙率，該孔隙率是每英寸孔的平均數(shù)量。在圖4Β中所示的另一實施例中，清潔介質(zhì)220可以由清潔墊層202連同在該清潔 墊層202下方的一個或多個中間剛性層206構(gòu)成。對于另一實施例(圖4C)而言，清潔介 質(zhì)220可以使用一個或多個中間剛性層206和預(yù)定特性的在清潔墊層202下方的柔性材料 層203的組合來構(gòu)造。圖4D示出了一個實施例，其中，清潔介質(zhì)220通過將一個或多個中 間剛性層206和預(yù)定特性的在清潔墊層202下方的柔性材料層203進(jìn)行交替來構(gòu)造。清潔 墊202和下層O03、206等)將具有預(yù)定的磨耗、密度、彈性和/或粘度特性，這些特性有助 于清潔具有已知幾何結(jié)構(gòu)的接觸元件。清潔層和中間材料層特性的迭加可以根據(jù)接觸元件 的特定結(jié)構(gòu)和幾何特征來改變。清潔墊層202的磨耗度將從探針接觸元件松開并修剪殘屑。使用預(yù)定的體積和質(zhì) 量密度的磨耗微粒；墊的磨耗度能夠被系統(tǒng)性地影響，以便弄圓或弄尖探針尖端。清潔材 料層中的典型的磨耗材料和微粒重量百分比載荷能夠在30%到500%重量百分比的范圍。 如這里使用的，重量百分比聚合物載荷被定義為聚合物的重量除以聚合物的重量加上磨耗 微粒的重量。可以并入到材料中的典型的磨料可以包括氧化鋁、碳化硅以及金剛石，然而 磨耗材料也可以是其他公知的磨耗材料。磨料可以包括氧化鋁、碳化硅或金剛石的空間地 或優(yōu)選分布的微粒，然而磨耗微粒也可以是其他公知的具有7或更大的莫氏硬度的磨耗材 料。清潔層的受控表面粘度將導(dǎo)致接觸元件上的殘屑優(yōu)先地粘附到墊上并由此在清潔操作 期間從接觸元件除去。在一個實施例中，清潔材料層、和/或中間剛性層、和/或中間柔性層(每個都是 “材料層”)可以由固體或基于泡沫的、具有開孔或閉孔的彈性材料制成，其可以包括橡膠以 及合成和天然聚合物。每個材料層可以具有在大于40MPa到小于600MPa之間的范圍內(nèi)的 彈性模量，以及各層的厚度的范圍可以在25 μ m或更大且小于或等于300 μ m之間。每個材料層可以具有在30度邵氏A (Shore Α)或更多且不超出90度邵氏A之間的層的硬度范圍。 清潔和粘性層可以具有在-50C到+200C之間的工作范圍。每個彈性材料可以是利用預(yù)定 粘度或磨耗微粒制造的材料，所述預(yù)定粘度或磨耗微粒空間地或優(yōu)先地分布在該材料的體 內(nèi)。每個材料可以具有預(yù)定的彈性、密度和表面張力參數(shù)，其可以允許接觸元件穿透彈性 材料層并除去接觸元件上的殘屑而不損害接觸元件的幾何特征，同時保持彈性基質(zhì)的完整 性。每個材料層將具有通常在1和20密耳厚之間的預(yù)定厚度。每個層的厚度可以根據(jù)探 針尖端的特定結(jié)構(gòu)來改變。例如，薄材料清潔材料層( 1密耳厚)會適于“非穿透”探針 幾何結(jié)構(gòu)，諸如平坦接觸器，以及厚材料清潔層( 20密耳)會良好適于“穿透”探針幾何 結(jié)構(gòu)，諸如矛頭或尖頭彎曲梁(buckling beam)。在自動化、半自動化、或手動DUT操縱器件 的正常操作期間，當(dāng)測試器接口的一個或多個探針元件和支持硬件接觸清潔墊時，垂直接 觸力驅(qū)動接觸元件進(jìn)入墊中，其中，接觸元件上的殘屑將由墊材料除去并保留在墊材料中。在清潔介質(zhì)221的另一實施例(在圖5A和5B中示出)中，能夠使用多個統(tǒng)一成 形且規(guī)則間隔開的幾何微特征來提高清潔材料的最大清潔效力，該幾何微特征諸如具有預(yù) 定的縱橫比(直徑與高度之比)、截面(方形、圓形、三角形等)的微柱212或微錐。在圖 5A中，從單個層212跨過具有預(yù)定特性的各中間柔性層或剛性層207的組合來構(gòu)造間隔開 的微特征。作為一種類型的微特征構(gòu)造的示例，圖5A中所示的方形微柱能夠使用精密加工 和受控切割方法的組合來創(chuàng)建，從而長軸具有100微米的尺寸，并且“街”和“路”寬度小于 50微米。通過切割方法來控制“街”和“路”的深度，以便獲得縱橫比。在該示例中，各特征 具有100微米的長軸寬度到200微米的深度(或高度)。在該結(jié)構(gòu)中，無需切割通過清潔材 料層或切割到(一個或多個)下層中而獲得深度。在圖5B中，均勻間隔開的微特征可以從 具有預(yù)定特性的中間柔性層或剛性層207的多個層213來構(gòu)造。微特征的大小和幾何形狀 可以根據(jù)接觸元件的構(gòu)造和材料改變，以獲得將除去殘屑但不會損壞探針元件的墊。如果 微特征相對于接觸元件幾何形狀較大，則這會不利地影響清潔性能。如果微特征相對于接 觸元件幾何形狀較小，則交互力不足以促進(jìn)除去附著污染物的高清潔效力。通常，微特征能夠具有數(shù)種類型的幾何形狀，包括圓柱體、方形、三角形、矩形等。 每個微特征的長軸的截面大小可以大于或等于25 μ m且小于300 μ m,且每個微特征可以具 有在1 10到20 1之間的范圍內(nèi)的縱橫比(高度比寬度)。在清潔層的制造期間可以 調(diào)節(jié)微特征幾何形狀，以便能夠使用該材料來再成形、弄尖或再拋光探針元件尖端。在一個實施例中，圖6A和圖6B示出具有微特征(分別是清潔材料224、324的微 柱219和微錐319)的清潔材料的放大截面圖，然而這樣的特征也能夠是任何其他的規(guī)則幾 何特征。微特征在負(fù)荷下的撓曲不僅僅取決于負(fù)荷，還取決于特征的截面的幾何形狀。在圖6A中，根據(jù)接觸元件和支持硬件的特定結(jié)構(gòu)來預(yù)先確定下述參數(shù)微柱間隔 或節(jié)距215 ；截面慣性矩(area moment of inertia)或二次慣性矩216，其是能夠用于預(yù)測 特征對于彎曲和撓曲的抵抗力的形狀的特性；清潔墊長度217 ；中間墊長度218 ；以及微柱 的總長度219。對于尖頭和/或矛形接觸元件的陣列來說，微柱幾何形狀使得清潔特征能夠 配合于接觸元件“之間”以及與接觸元件形成物理接觸來提供沿著探針尖端的側(cè)部的清潔 動作和殘屑收集。在該示例中，接觸元件接口設(shè)計能夠?qū)τ?60微米的暴露的尖端長度具 有125微米的接觸元件間隔(或節(jié)距)。對于清潔材料來說，特征的截面長軸長度小于125 微米，且高度為至少60微米，以便利進(jìn)入清潔材料中的超行程(overtravel)。該特征將向尖頭和/或矛形接觸元件上提供交互力，以啟動清潔和/或材料除去動作。在圖6B中，根 據(jù)接觸元件和支持硬件的特定結(jié)構(gòu)來預(yù)先確定下述參數(shù)微錐頂點間隔或節(jié)距315 ；沿著 高度的可變慣性矩316 ；清潔墊錐長度317 ；錐平截頭體高度318 ；以及微錐的總高度319。 作為示例，對于多點冠狀接觸元件的陣列來說，微錐幾何形狀使得清潔材料能夠配合在冠 狀接觸的齒中并在接觸元件之間形成物理接觸，以提供沿著探針尖端的側(cè)部的清潔動作和 殘屑收集。對于多點冠狀接觸元件的陣列來說，微特征幾何形狀使得清潔特征能夠配合在 接觸元件“之間”和“之內(nèi)”，以及與接觸元件形成物理接觸，從而提供沿著探針尖端的側(cè)部 的清潔動作和殘屑收集。如果使用精密切割工藝，則微特征的形狀由切口(也就是“街寬度 和形狀”，以及“路寬度和形狀”)來限定，或如果使用鑄造工藝，則微特征的形狀由模制形狀 來限定。作為示例，接觸元件接口設(shè)計能夠具有125微米的接觸元件中的齒到齒間隔、300 微米的暴露的齒長度、以及125微米的接觸元件間隔(或節(jié)距)。對于清潔材料的微特征來 說，微特征頂表面的截面長軸長度會小于125微米，以促進(jìn)接觸器內(nèi)清潔。總體高度為至少 200微米，以促進(jìn)進(jìn)入清潔材料的超行程，并向接觸元件的多點冠狀尖端中提供足夠的交互 力以啟動清潔和/或材料除去動作。微特征可以具有沿著微特征的長度、在微特征的體內(nèi)、或在微特征的基部處被施 加到頂表面的磨耗微粒。在一個實施例中，平均微特征能夠具有Ι.Ομπι或更多的截面寬 度，具有400 μ m或更少的高度，以及具有小于15. 0 μ m的平均磨耗微粒大小?？梢员徊⑷?到并遍及材料層和微特征的典型的磨料可以包括氧化鋁、碳化硅以及金剛石，然而磨耗微 粒也可以是具有7或更大的莫氏硬度的其他公知磨耗材料。添加到微特征的磨耗材料的量 和大小可以根據(jù)接觸元件的構(gòu)造和材料來改變，以獲得墊，該墊會除去并收集殘屑，但不會 損害接觸元件或支持硬件。圖7A、7B和7C是分別示出清潔材料2M和324的實施例的圖示，其中，微特征使 用預(yù)定的街陣列351、路陣列352以及斜線陣列353來相互去耦并形成有預(yù)定慣性矩，以除 去不期望的相互作用及其他耦合效應(yīng)，并獲得預(yù)定的表面柔性，以便當(dāng)引腳元件接觸墊表 面時，由材料向接觸區(qū)域內(nèi)、向接觸元件尖端幾何結(jié)構(gòu)內(nèi)、以及向支持結(jié)構(gòu)給予交互力，以 增加除去殘屑和污染物的效力。街、路和斜線大小的寬度可以根據(jù)探針元件的構(gòu)造和材料 來改變，以獲得去耦后的材料表面，從而從接觸元件的側(cè)部以及幾何特征接觸元件尖端內(nèi) 均勻地除去殘屑。街、路和斜線可以具有跨寬度均勻地或優(yōu)先地分布的磨耗微粒。街、路和 斜線的寬度以及跨寬度的磨耗材料的大小可以根據(jù)接觸元件的構(gòu)造和材料來改變。清潔系統(tǒng)和清潔墊不僅從接觸元件和支持硬件表面除去并收集附著的微粒，還維 持接觸表面的形狀和幾何特性。將測試器接口的接觸元件插入到清潔器件中，諸如下述器 件圖3A中所示的晶片器件20、圖;3B中所示的襯底器件21以及圖3C中的假(dummy)封 裝器件22，會從接觸元件和支持硬件除去附著的殘屑而不留下必須利用附加的在線或離線 過程后續(xù)除去的任何有機(jī)殘留物。此外，接觸元件的總體電氣性質(zhì)和幾何形狀不受影響，但 是，恢復(fù)了高產(chǎn)率和低接觸電阻所需的總體電氣性能?，F(xiàn)在，將描述一種用于清潔多個探針元件和支持硬件的方法。該方法實現(xiàn)了無需 從ATE除去測試器接口的情況下從接觸元件除去殘屑的目標(biāo)，從而提高了測試器的生產(chǎn) 率?？梢跃哂信c正被測試器進(jìn)行測試的典型的DUT相同的大小和形狀的清潔器件可以被插 入到預(yù)定的清潔槽(tray)中。器件的清潔材料層具有根據(jù)測試器接口的接觸元件和支持硬件的構(gòu)造和材料的預(yù)定的物理、機(jī)械和幾何特性。具有微特征的清潔材料的實施例適于清潔用于晶片級測試的測試器接口 12的接 觸元件13，該接觸元件13諸如鎢針、垂直探針、cobra探針、MEMs型探針、柱塞探針、彈簧探 針、滑移接觸器、在隔膜上形成的接觸凸塊探針等。對于這些說明性的示例來說，在圖8A中 示出了標(biāo)準(zhǔn)的懸臂式探針卡。清潔材料2M被安裝到晶片襯底20或清潔區(qū)域襯底500上。 當(dāng)與接觸元件接觸地驅(qū)動清潔材料2M到某個預(yù)設(shè)垂直位置時，以指定的間隔清潔接觸元 件?；诮佑|元件400的構(gòu)造和材料來配置微柱的間隔215、慣性矩216以及總長度219， 接觸元件在該情況下是懸臂式探針。隨著接觸元件400在清潔材料224中的運動，與接觸 元件的表面接觸地且沿著尖端長度的一側(cè)除去殘屑。微柱的間隔、幾何形狀和磨耗度使得 在接觸元件上的交互壓力給予高效的清潔以從接觸元件除去并收集殘屑。如上所述，該清潔步驟可以在如下的任何一個時間發(fā)生當(dāng)從布置在測試器接口 的接觸元件下方的清潔槽或每次從晶片盒周期性地安裝清潔器件時；或ATE利用安裝到拋 光板上的清潔材料執(zhí)行接觸元件的清潔操作的任何時間。由于接觸元件的清潔是在測試機(jī) 器的正常操作期間實現(xiàn)的，因此清潔器件的使用無論如何也不會中斷ATE的操作。以此種 方式，清潔器件便宜且允許清潔和/或成形接觸元件而無需從ATE除去接觸元件或測試器 接口?，F(xiàn)在，將描述清潔器件的另一實施例。現(xiàn)在，將描述清潔器件的另一實施例，其中，清潔器件可以用于清潔接觸元件，所 述接觸元件被用于電氣地測試DUT，其中，來自晶片的個體半導(dǎo)體器件已經(jīng)被包封到諸如塑 料的材料中。上述實施例典型地用于一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)測試晶片，或當(dāng)半導(dǎo)體晶片上的一個 或多個管芯被單體化和/或包封到組裝的封裝中之前測試這些管芯。在該說明性示例中， 清潔器件可以與ATE和測試器一起使用，用于操縱和測試封裝后的集成電路(IC)。IC封 裝可以具有從封裝延伸出來與封裝15內(nèi)的管芯傳輸電氣信號的一個或多個電氣引線或焊 球，所述電氣信號諸如功率信號、接地信號等。測試器接口，在此情況下稱為測試插口 12，將 具有多個接觸元件13 (類似于上述的探針卡測試器)，這些接觸元件接觸封裝的引線并測 試所封裝的DUT的電氣性質(zhì)。通常，接觸元件被安裝到加載有彈簧的測試探針上，并具有具 備單個矛狀403或包括多個齒402的皇冠狀特征的幾何構(gòu)造。類似于探針卡清潔器實施例，清潔器件可以近似于具有襯底的DUT形狀，在該襯 底上施加有清潔墊材料22，以便測試插口的接觸元件可以周期性地接觸清潔墊表面來從探 針元件的尖端除去殘屑。可以修改清潔器件的大小來配合特定插口的大小和形狀，或近似 于特定器件的尺寸。在圖8B中所示的微特征的實施例中，可以使用微錐結(jié)構(gòu)324，其中，清 潔器件的幾何特征具有間隔、幾何形狀和磨耗度，使得在接觸元件上的交互壓力給予高效 的清潔以從接觸元件405的中心內(nèi)除去并收集殘屑。根據(jù)接觸元件的構(gòu)造和材料，預(yù)先確 定對包括具有寬度和深度的街350、路351和斜線352的微錐結(jié)構(gòu)326的去耦。微錐的間 隔、幾何形狀和磨耗度使得在接觸元件上的交互壓力給予高效的清潔以從接觸元件除去并 收集殘屑。因此，可以控制墊/聚合物/襯底層以及表面微特征的數(shù)量，從而提供對于清潔 器件的總體厚度以及清潔厚度的柔性的控制。該多層實施例還提供對于插口和探針器的接 觸器的內(nèi)部的“邊緣-側(cè)”清潔。此方法和裝置提供一種或多種優(yōu)點，包括但不局限于維持清潔接觸器和接觸引 腳。雖然參考某些說明性實施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但在這里描述的那些實施例并不意圖以限制的意義進(jìn)行解釋。例如，在特定情況下可以使用所示和所描述的實施例中的步驟
的變型或組合，而不會偏離本發(fā)明。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，通過參考附圖、說明書和權(quán)利
要求書，說明性實施例的多種修改和組合以及本發(fā)明的其他優(yōu)點和實施例將變得顯而易
見。意圖本發(fā)明的范圍由附于此處的權(quán)利要求及它們的等效物來限定。 雖然在前面已經(jīng)參考了本發(fā)明的特定實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，能夠
對該實施例進(jìn)行改變而不會偏離本發(fā)明的原理和精神，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種測試探針清潔材料，用于對用于晶片級或封裝級IC半導(dǎo)體器件功能測試的測 試接口的接觸元件和支持結(jié)構(gòu)進(jìn)行清潔，所述清潔材料包括清潔墊層；在所述清潔墊層下方的一個或多個中間層，所述一個或多個中間層支持所述清潔墊層 并具有所述一個或多個中間層的一組預(yù)定的性質(zhì)，選擇所述一組預(yù)定的性質(zhì)以優(yōu)化用于測 試接口的特定接觸元件和支持結(jié)構(gòu)的清潔材料，其中彈性模量在大于40MPa到600MI^之間 的范圍，每個層具有在25 μ m到300 μ m之間的厚度，以及每個層具有在30度邵氏A到90 度邵氏A之間的硬度；以及其中，所述中間層還包括具有7或更大的莫氏硬度的多個磨耗微粒，所述多個磨耗微 粒被選擇以優(yōu)化用于測試接口的特定接觸元件和支持結(jié)構(gòu)的清潔材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔材料，其中，所述一個或多個中間層還包括一個或多個 柔性層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔材料，其中，所述一個或多個中間層還包括一個或多個 剛性層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔材料，其中，所述一個或多個中間層還包括至少一個剛 性層和至少一個柔性層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔材料，其中，所述一個或多個中間層提供下述特性中的 一種或多種磨耗度、比重、彈性、粘度、平面度、厚度和孔隙率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的清潔材料，其中，所述清潔墊層提供下述特性中的一種或多 種磨耗度、比重、彈性、粘度、平面度、厚度和孔隙率。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的清潔材料，其中，每個柔性層由下述材料中的一種或多種制 成具有在從每英寸10個微孔到每英寸150個微孔的范圍內(nèi)的孔隙率的天然聚合物、合成 聚合物和橡膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的清潔材料，其中，每個剛性層由下述材料中的一種或多種制 成具有在從每英寸10個微孔到每英寸150個微孔的范圍內(nèi)的孔隙率的天然聚合物、合成 聚合物和橡膠。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔材料，其中，所述多個磨耗微粒還包括從由氧化鋁、碳化 硅和金剛石構(gòu)成的組中選擇的一種或多種微粒。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔材料，其中，所述多個磨耗微粒還包括從由氧化鋁、碳 化硅和金剛石構(gòu)成的組中選擇的一種或多種微粒的混合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔材料，其中，所述多個磨耗微粒還包括均具有從在 0. 05μπι到15 μ m之間的大小范圍內(nèi)選擇的大小的一種或多種微粒的混合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的清潔材料，其中，所述多個磨耗微粒還包括從由氧化鋁、碳 化硅和金剛石構(gòu)成的組中選擇的一種或多種微粒的混合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔材料，其中，所述多個磨耗微?？臻g地分布在所述中間 材料層中。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔材料，還包括犧牲頂保護(hù)層，用以保護(hù)并隔離所述清潔 墊層免受污染。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔材料，還包括附著到所述一個或多個中間層的粘性層，所述粘性層將所述清潔材料固定到襯底。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的清潔材料，還包括可除去釋放內(nèi)襯，所述可除去釋放內(nèi)襯 被除去以暴露所述粘性層。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔材料，其中，所述清潔墊層還包括具有預(yù)定的幾何和尺 寸特性的多個幾何微特征，選擇所述預(yù)定幾何和尺寸特性來優(yōu)化所述清潔材料，以便接觸 區(qū)域和周圍的支持硬件被清潔而沒有變形或損壞。
18.—種測試探針清潔材料，用于對用于晶片級或封裝級IC半導(dǎo)體器件功能測試的測 試接口的接觸元件和支持結(jié)構(gòu)進(jìn)行清潔，所述清潔材料包括清潔墊層，具有具備預(yù)定的幾何和尺寸特性的多個幾何微特征，選擇所述預(yù)定的幾何 和尺寸特性來優(yōu)化所述清潔材料，以便接觸區(qū)域和周圍的支持硬件被清潔而沒有變形或損 壞，以及其中，所述清潔墊層還包括具有7或更大的莫氏硬度的多個磨耗微粒，所述多個磨 耗微粒被選擇以優(yōu)化用于測試接口的特定接觸元件和支持結(jié)構(gòu)的清潔材料；以及在所述清潔墊層下方的一個或多個中間層，所述一個或多個中間層支持所述清潔墊層 并具有所述一個或多個中間層的一組預(yù)定的性質(zhì)，選擇所述一組預(yù)定的性質(zhì)以優(yōu)化用于測 試接口的特定接觸元件和支持結(jié)構(gòu)的清潔材料，其中彈性模量在大于40MPa到600MI^之間 的范圍，每個層具有在25 μ m到300 μ m之間的厚度，以及每個層具有在30度邵氏A到90 度邵氏A之間的硬度。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的清潔材料，其中，每個幾何微特征被統(tǒng)一地成形并被規(guī)則 地間隔開。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的清潔材料，其中，所述微特征截面以及所述多個磨耗微粒 改善了殘屑除去和收集效力。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的清潔材料，其中，每個微特征具有縱橫比以及得到的截面 慣性矩或二次慣性矩，來控制微特征對于彎曲的抵抗力。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的清潔材料，其中，所述多個磨耗微粒以下述方式之一來施 加施加到每個微特征的頂表面上，沿著每個微特征的側(cè)部施加，以及施加到每個微特征的 各面上。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的清潔材料，其中，所述多個磨耗微粒分布在每個微特征的 體內(nèi)。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的清潔材料，其中，所述多個磨耗微粒被施加在每個微特征 的基部處。
25.一種用于清潔在半導(dǎo)體測試裝置中的引腳接觸元件和支持硬件的清潔器件，所述 清潔器件包括具有適于特定引腳接觸元件的預(yù)定構(gòu)造的清潔層；具有在測試裝置的正常測試操作期間被引導(dǎo)到所述測試裝置內(nèi)的構(gòu)造的襯底，其中， 所述襯底包括半導(dǎo)體晶片或封裝后的IC器件代替品；所述清潔層被固定到所述襯底，具有預(yù)定的性質(zhì)，所述預(yù)定的性質(zhì)導(dǎo)致所述墊在所述 引腳接觸元件和支持硬件接觸所述墊時從所述引腳接觸元件和支持硬件清潔殘屑，以便清 潔所述引腳接觸元件和支持硬件而不會改變測試機(jī)器的正常操作。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的器件，還包括一個或多個中間層，所述一個或多個中間層提供下述特性中的一種或多種磨耗度、比重、彈性、粘度、平面度、厚度和孔隙率。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的器件，其中，所述清潔墊層提供下述特性中的一種或多種 磨耗度、比重、彈性、粘度、平面度、厚度和孔隙率。
28.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的器件，其中，所述一個或多個中間層還包括一個或多個柔性層。
29.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的器件，其中，所述一個或多個中間層還包括一個或多個剛性層。
30.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的器件，其中，所述一個或多個中間層還包括至少一個剛性 層和至少一個柔性層。
31.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的器件，其中，每個柔性層由下述材料中的一種或多種制成 具有在從每英寸10個微孔到每英寸150個微孔的范圍內(nèi)的孔隙率的天然聚合物、合成聚合 物和橡膠。
32.根據(jù)權(quán)利要求四所述的器件，其中，每個剛性層由下述材料中的一種或多種制成 具有在從每英寸10個孔到每英寸大約150個孔的范圍內(nèi)的孔隙率的天然聚合物、合成聚合 物和橡膠。
33.一種用于清潔在半導(dǎo)體測試裝置中的引腳接觸元件和支持硬件的清潔器件，所述 清潔器件包括具有適于特定引腳接觸元件的預(yù)定構(gòu)造的清潔層，所述清潔層具有具備預(yù)定的幾何和 尺寸特性的多個幾何微特征，選擇所述預(yù)定的幾何和尺寸特性來優(yōu)化清潔材料，以便所述 接觸區(qū)域和周圍的支持硬件被清潔而沒有變形或損壞，以及其中，所述清潔墊層還包括具 有7或更大的莫氏硬度的多個磨耗微粒，所述多個磨耗微粒被選擇以優(yōu)化用于測試接口的 特定接觸元件和支持結(jié)構(gòu)的清潔材料；具有在測試裝置的正常測試操作期間被引導(dǎo)到所述測試裝置內(nèi)的構(gòu)造的襯底，其中， 所述襯底包括半導(dǎo)體晶片或封裝后的IC器件代替品；以及所述清潔層被固定到所述襯底，具有預(yù)定的性質(zhì)，所述預(yù)定的性質(zhì)導(dǎo)致所述墊在所述 引腳接觸元件和支持硬件接觸所述墊時從所述引腳接觸元件和支持硬件清潔殘屑，以便清 潔所述引腳接觸元件和支持硬件而不會改變測試機(jī)器的正常操作。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的器件，其中，每個幾何微特征被統(tǒng)一地成形并被規(guī)則地間 隔開。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的器件，其中，所述微特征截面以及所述多個磨耗微粒改善 了殘屑除去和收集效力。
36.根據(jù)權(quán)利要求33所述的器件，其中，每個微特征具有縱橫比以及得到的截面慣性 矩或二次慣性矩，來控制微特征對于彎曲的抵抗力。
37.根據(jù)權(quán)利要求33所述的器件，其中，所述多個磨耗微粒以下述方式之一來施加施 加到每個微特征的頂表面上，沿著每個微特征的側(cè)部施加，以及施加到每個微特征的各面 上。
38.根據(jù)權(quán)利要求33所述的器件，其中，所述多個磨耗微粒分布在每個微特征的體內(nèi)。
39.根據(jù)權(quán)利要求33所述的器件，其中，所述多個磨耗微粒被施加在每個微特征的基 部處。
40.一種用于對諸如晶片探針器或器件操縱器的半導(dǎo)體測試裝置中的引腳接觸元件和 支持硬件進(jìn)行清潔的方法，所述方法包括將清潔器件加載到所述晶片探針器或封裝后的器件操縱器內(nèi)，所述清潔器件具有與通 常利用測試裝置測試的IC半導(dǎo)體器件相同的構(gòu)造，所述清潔器件具有具備預(yù)定特性的頂 表面，其清潔所述探針元件；以及在所述晶片探針器或封裝后的器件的正常測試操作期間，將所述引腳接觸元件和支持 硬件與所述清潔器件接觸，以便在測試機(jī)器的正常操作期間將任何殘屑從所述引腳接觸元 件和支持硬件除去。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述清潔還包括當(dāng)所述引腳接觸元件和支持 硬件正被清潔時，周期性地將一個或多個清潔器件加載到測試機(jī)器中。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述加載還包括將一個或多個清潔器件連同 半導(dǎo)體晶片一起加載到一個或多個器件載體中，使得在各個管芯和封裝后的器件的測試過 程期間接觸所述清潔器件，所述器件載體諸如是晶片盒和JEDEC槽，所述半導(dǎo)體晶片具有 正被晶片探針器或器件操縱器測試的管芯。
43.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述引腳接觸元件和支持硬件在較長的時間 段內(nèi)保持在清潔后的狀態(tài)，提高了產(chǎn)率性能，增加了制造商的收入量。
44.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述清潔材料特性，諸如密度和磨耗度，能夠 針對任何給定的探針元件材料或形狀來被選擇，以從引腳接觸元件和支持硬件除去被嵌入 或被接合的殘屑，減少了手動清潔需要的停工時間量，增加了制造商的生產(chǎn)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種清潔測試器接口接觸元件和支持硬件的裝置、器件和方法。一種用于當(dāng)測試器接口還在手動、半自動和自動操縱器件中時對所述測試器接口(諸如探針卡和測試插口)的接觸元件和支持硬件進(jìn)行可預(yù)測地清潔的介質(zhì)，以及公開了一種電氣測試設(shè)備，以便可以電氣地評估各個管芯或IC封裝的功能和性能。
文檔編號G01R1/067GK102087333SQ201010245950
公開日2011年6月8日 申請日期2010年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者A·E·漢弗萊, B·A·漢弗萊, J·J·布羅斯 申請人:國際測試技術(shù)公司