本申請將以下申請的全部內(nèi)容通過引用合并于此：于2010年3月10日提交的US-2010/0231251-A1(USSN 12/721039)；于2012年1月4日作為13/226606的CIP提交的USSN 13/243328，該13/226606要求于2010年9月7日提交的臨時性61/380494和于2010年9月16日提交的61/383411的優(yōu)先權(quán)；和+于2011年10月19日提交的US-2012/0092034-A1(USSN 13/276893)，其本身為于2010年4月21日提交的12/764603的CIP，該12/764603要求于2009年4月21日提交的61/171141、于2009年11月2日提交的61/257236和于2010年2月24日提交的61/307501的優(yōu)先權(quán)；于2013年6月19日提交的USSN 13/921484和于2014年3月10日提交的USSN 61/950404。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路制造和測試。更具體的，本發(fā)明涉及用于測試在半導體晶片襯底上的多個集成電路晶粒(dies)的方法和結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的集成電路制造技術(shù)通常包含在單個半導體襯底(稱為晶片)上形成多個單獨的集成電路。在制造完成后，該晶片通常被切割或被劃刻以將單獨的集成電路分離成單獨的器件(通常被稱為單片器件或晶粒(singulated devices or die))或分離成整行器件(通常被稱為“長條(strip)”)。通常，在晶片上，這些單獨的單片集成電路器件(“芯片”)被稱為晶粒(dies)或粒塊(dice)，它們在晶片上彼此間隔分開以容納用來分割晶片的切割工具。因此晶片的外觀為被可以容納切割操作的交叉線分離開的一系列集成電路晶粒(晶塊)。這些線通常被稱為劃刻線、道或路。這種晶塊可以放置進IC封裝體中，并且導線會由該晶粒連接至該IC封裝體中的引線。隨后即可以在該封裝體引線或觸點上進行測試，該觸點相對而言比IC晶粒上的觸點大得多。因此用于測試IC引線封裝的技術(shù)并不特別類似于晶片級測試，并且我們發(fā)現(xiàn)在沒有實質(zhì)上的修正和創(chuàng)新的輸入的情況下，IC封裝引線測試的原理是不可行的。

在很多情況下，測量晶片級或長條級的單獨的集成電路晶粒的電學功能被認為是有優(yōu)勢的。即，在晶片被分割并且單獨的集成電路晶粒彼此分離之前。

典型地，通過將一系列測試探針放置為與在每個集成電路晶粒的曝露的表面上形成的電輸入輸出(I/O)墊片、或焊接墊或凸起或球接觸來執(zhí)行該測試。如果集成電路晶粒隨后被封裝，那么這些I/O墊片通常連接至引線框的元件。在Corrigan的美國專利5 532 174中示出了這種測試器的示例。

半導體集成電路器件(“晶粒”)還可以在它們?nèi)蕴幱诎雽w晶片(形成該晶粒的晶片)上時被測試。這種晶片級測試通常是基于每個晶粒來完成的，其中，采用通常被稱為晶片探測器的精密晶片處理系統(tǒng)來使探針尖端與給定晶粒的焊接墊或球接觸。對于每種應用，探針的具有特定設(shè)計的空間配置(一般被稱為探針陣列)與焊接墊或球的空間陣列相匹配。在晶片探測器中，單個的晶?；蚨鄠€晶粒均可以經(jīng)由測試器來通過探針尖端被刺激和測試。對于每個晶片探測器步長指數(shù)均測試單個晶粒的情況，探針陣列通常被稱為單位點(single site)。對于每個晶片探測器步長指數(shù)均測試兩個或更多的晶粒的情況，探針陣列通常被稱為多位點(multi site)。在單位點或多位點晶粒被測試之后，晶片探測器系統(tǒng)指向會被同樣地測試的下個晶?；蚓Я＝M等。探針陣列通常被固定在印刷電路板(PCB)元件上以使得信號線回路可以與測試系統(tǒng)連接；所述探針陣列和PCB的這種組合通常被稱為探針卡。

但是，已經(jīng)存在可以測試整個半導體晶片的晶片探測器和大探針陣列系統(tǒng)，其可以同時地測試晶片上的所有晶粒(即芯片)或同時地測試晶片上的大部分晶粒。通常，這樣的大探針陣列系統(tǒng)對被稱為“晶片分類”的處理步驟(用以簡單地識別晶片上的哪些晶粒可以進行電接觸、以及哪些晶粒不呈現(xiàn)電接觸或燒入(burn in))的測試能力受限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

以下內(nèi)容意在幫助讀者理解整個發(fā)明和權(quán)利要求。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求所限定，而并非由下述內(nèi)容限定。

本發(fā)明公開了一種測試接觸針裝置或探針陣列以暫時地接觸晶片級集成電路器件上的測試墊，其中該測試墊包括與晶片上的測試晶粒粘附以形成電接觸的金屬膜、電鍍凸起、后結(jié)構(gòu)或焊球材料。公開的測試接觸針裝置包括至少一個上端針或上端探針，還包括縱向延伸，至少一個橫向凸緣或一些其他接觸面，以及用于電接觸底端針或底端探針的接觸面。公開的測試接觸針裝置還包括至少一個具有用于與上端針電接觸的接觸表面的下端針、和腳，所述針通過偏移力完好地固持，該偏移力將接觸面維持到一起但彼此之間具有可滑動的關(guān)系。還可存在處于未壓縮狀態(tài)時具有預定高度的彈性材料，該材料環(huán)繞針以制造偏移力并且維持表面為可滑動的電接觸。還可存在位于彈性材料頂部的剛性頂面，該上止表面包括至少一個孔徑，所述孔徑用于接收所述縱向延伸的一部分。所述上止表面還可包括至少一個通道，所述通道具有上止壁和凹槽以接收和接觸在針上的所述至少一個凸緣或其他接觸面，所述通道的尺寸足夠大以與側(cè)壁最小的摩擦接觸來接收所述凸緣；使得所述上止表面通過其與凸緣的接觸來為上針提供向上停止限制。該配置中的通道提供鍵控功能以防止接觸旋轉(zhuǎn)，所述通道可以為凹陷、凹槽或具有類似限制效果的立壁?；蛘撸叽缈烧{(diào)整為接收所述凸緣的所述通道可被包括在緊鄰上止表面放置的構(gòu)造中的附加元件中。

上止表面固定在所述腳或其他底部邊界層上方預定距離處的位置，所述距離小于未壓縮的彈性材料的高度與至少一個凸緣的高度之和，因此該彈性材料在上針與IC墊接觸之前處于預壓縮狀態(tài)。當結(jié)合所述上端針的橫向凸緣元件使用時，該上止表面的預定位置會提供精確的基準。該預壓縮狀態(tài)會為該上端針提供負載力以抵住精確的上止表面。此外，預壓縮狀態(tài)還會提供更均勻的偏移力以在針接觸IC墊時抵住該針。若沒有預壓縮，則該針的初始移動將比該彈性體未處于預壓縮狀態(tài)時具有更低的反應力。

本發(fā)明還公開了一種用于與晶片級集成電路器件上的測試墊暫時接觸的接觸/探針/針陣列裝置，包括上探針，被配置為當與所述墊或球接觸時沿Z軸向下移動，所述針具有：縱向上部，具有頂端和底端；一對橫向延伸的凸緣(或其他停止銜接組件)，具有預定寬度和上邊緣，所述凸緣從所述上部的所述底端延伸出。還可存在從所述凸緣延伸出的下部、在所述下部與所述上針可滑動地接觸的下針、以及作為剛性板的上止板。

上止板的材料優(yōu)選為實質(zhì)上絕緣且不吸水的材料。此外，對于晶片針測常用的溫度范圍內(nèi)的測試，上止板的材料優(yōu)選具有盡可能接近硅晶片的膨脹系數(shù)的線性膨脹系數(shù)。上止板的底(或其他接觸)表面可包括多個間隔分離的凹槽，所述凹槽的大小恰好能以最小的摩擦接觸來容納所述凸緣，并且能將所述凸緣限制在預定方向，至少一個所述凸緣的上邊緣接觸所述板的所述底表面以為所述針界定上移動極限；使得所述針的旋轉(zhuǎn)移動被限制并且具有通過所述板進行限定的上移動極限，從而在允許所述針沿Z軸移動的同時保持所述針在各軸內(nèi)對準?；蛘撸现拱蹇删哂衅教沟牡妆砻?，對著該底表面設(shè)置有具有尺寸可接收所述凸緣的多個凹槽的附加元件。在任一情況下，所述凹槽或通道優(yōu)選設(shè)置有足夠的深度，以使得需要的Z軸移動絕不會將所述凸緣推向通道之外。本發(fā)明還公開了一種為晶片級集成電路上的測試墊提供多個共面或非共面、或多面接觸針尖端的方法，包括具有以下所有或一些步驟，可以為任何順序：為所述針形成具有孔徑的頂板(以下稱為針導板、或探針導板(術(shù)語“針”和“探針”可互換地使用))，使得所述冠部從所述孔徑突出；在每個所述針上形成停止元件；在所述頂板的下側(cè)上形成上止部；配置每個所述針以在所述停止元件和所述上止部之間銜接，從而限制所述針沿Z軸向上移動；在頂板的所述下側(cè)形成通道，所述通道的大小為能夠接收所述針的一部分使得所述針在所述通道內(nèi)的旋轉(zhuǎn)被限制，使得所述針的Z軸上移動極限受到上止接觸的限制。該針的移動被限制使得所述凸緣絕不會完全脫離該通道。

該針導板可以通過機制或模型工藝來制造并且可以優(yōu)選地由陶瓷材料或玻璃填充復合物構(gòu)成。

本發(fā)明提供一種為抵在晶片級集成電路上的測試墊的多個探針/針提供均勻彈性向上偏移力的方法，具有以下所有或一些步驟，可以為任何順序：將具有優(yōu)選為楔形的電接觸表面的上針插入至彈性塊；將具有電接觸表面的與所述上針的電接觸表面接觸的下針插入至所述彈性塊中；以及通過限制上板和下板之間的所述塊來以預定量預壓縮所述塊。該預壓縮可以各種方法來完成，但主要作用是獲得均勻的z軸彈力來回應與IC墊的接觸。如果沒有預壓縮，那么由于該彈性體在初始壓縮時的“松弛”，彈力會極不均勻。彈性偏移力是彈性材料和圖案化的產(chǎn)物，從而可對所需的力的變化進行優(yōu)化，用于具體客戶的要求。

本發(fā)明還公開精確地使針導板對準保持器板的方法，所述保持器板在與集成電路測試設(shè)備一起使用時將探針陣列安裝至印刷電路板(PCB)。所述保持器板包括對準針，以在測試過程中給PCB提供準確的配準。這樣的一種用于集成電路測試設(shè)備的將具有邊角的針導板精確對準進具有類似的邊角并且尺寸可以接收所述針導板的保持器板中的方法，包括任意順序的任意或所有以下步驟：

a.精確地定位配準邊角和所述保持器板和所述針導板的相鄰的側(cè)壁；

b.將所述針導板松弛地插入所述保持器；

c.將至少一個對角相鄰的邊角的側(cè)壁中的偏移元件插入所述一個邊角中并且將所述針導板偏移進入所述配準邊角中，

使得所述針導板會對準進所述配準邊角中。

該方法還可包括將偏移元件插入至至少兩個邊角中。

該方法還可包括將偏移元件插入至除了所述配準邊角之外的全部邊角之中。

該方法還可包括切除或形成該配準邊角或該針導板上的邊角(或兩者)，使得這些邊角本身不接觸或碰到，但它們的由邊角延伸離開的側(cè)壁將會精準地銜接。這樣會避免邊角稍微錯配而阻礙側(cè)壁正確銜接以提供對準的問題，其原因在于加工精確的側(cè)壁比邊角更加容易。

本發(fā)明還公開一種用于集成電路測試器中的測試針的精確對準的對準系統(tǒng)，包括以下任何或全部元件：

a.針導板，具有至少兩個邊角，一個所述邊角為配準邊角而其他所述邊角為被驅(qū)動邊角，所述邊角具有由其延伸出的側(cè)壁；

b.保持器板，用以接收所述導板，所述保持器具有孔徑，所述孔徑的尺寸通常為可以接收所述導板并且同樣具有至少兩個邊角；所述保持器包括從所述邊角延伸遠離的側(cè)壁，一個所述邊角為配準邊角，其與所述導板一起界定所述測試探針的精確位置；其他所述邊角為驅(qū)動邊角；

c.所述驅(qū)動邊角的側(cè)壁中包含凹槽；

d.所述導板的所述被驅(qū)動邊角的所述側(cè)壁中包含凹槽；

e.彈性材料，其裝配于所述驅(qū)動凹槽和被驅(qū)動凹槽中，用以將所述針導板從所述被驅(qū)動邊角偏移進所述保持器板的所述配準邊角中；

使得所述導板會在偏移力作用下通過與配準邊角的匹配來與所述保持器精確配準。

該對準系統(tǒng)還包括所述被驅(qū)動邊角的半徑被放大，使得當所述針導邊角被插入其中時會在側(cè)壁之間實質(zhì)地形成接觸。

該對準系統(tǒng)還包括所述驅(qū)動邊角的半徑被縮小，使得當所述針導邊角被插入其中時會在側(cè)壁之間實質(zhì)地形成接觸。

該對準系統(tǒng)還包括使用圓柱形彈性體作為偏移元件。

公開的另一種將針導板精確對準進保持器板的方法要求對準針。

公開的另一種將針導板精確對準進保持器板的方法要求預配準步驟和將元件膠合的步驟。

附圖說明

圖1為晶片探針系統(tǒng)和晶片的組件的子集的示意圖。

圖2為探針陣列附著于探針卡印刷電路板(PCB)時的示意圖，該裝置通常稱為探針卡。

圖3為探針陣列的頂視平面圖。

圖4為圖2中探針陣列的等角圖。

圖5為圖3中探針陣列部分斷開的側(cè)視透視圖。

圖6為未壓縮狀態(tài)中一對探針的側(cè)視平面示意圖。

圖7為類似于圖6但探針處于壓縮狀態(tài)的示意圖。

圖8為類似于圖6的側(cè)視平面示意圖，但示出了接觸球和添加的各層。

圖9為類似于圖8的示圖，但針處于壓縮狀態(tài)。

圖10為圖3示出的陣列的頂部的等角圖。

圖11為圖10中所示的陣列的部分的底側(cè)等角圖。

圖12為類似于圖11的視圖，其中針被移除。

圖13為類似于圖10的視圖，其中針被移除。

圖14為圖3的陣列部分斷開的側(cè)視圖。

圖15為彈性層的頂視平面圖。

圖16為該彈性層的側(cè)視圖。

圖17為頂部陶瓷板的頂視平面圖。

圖18為圖17中的板的底視平面圖。

圖19為類似于圖18的底視平面圖，其中示出了定位柱(retention post)。

圖20為具有定位柱的針導板由底部觀察的底部等角圖。

圖21為類似于圖20的視角旋轉(zhuǎn)180度的示圖。

圖22為針導板底部的類似于圖20的示圖，但具有匣插在定位柱上。

圖23為類似于圖22的示圖，但旋轉(zhuǎn)至不同的視角。

圖24a至圖24f為具有雙邊緣冠部和凹槽的單獨上針的以下各視角的示圖：a：頂平面圖；b：側(cè)平面圖；c：前平面圖；d：另一側(cè)平面圖；e：側(cè)透視圖；f：底平面圖。

圖25a至圖25f為具有4頂點冠部和橫向凹槽的單獨上針的以下各視角的示圖：a：頂平面圖；b：側(cè)平面圖；c：前平面圖；d：另一側(cè)平面圖；e：側(cè)透視圖；f：底平面圖。

圖26a至圖26f為具有4頂點冠部和中央凹槽的單獨上針的以下各視角的示圖：a：頂平面圖；b：側(cè)平面圖；c：前平面圖；d：另一側(cè)平面圖；e：側(cè)透視圖；f：底平面圖。

圖27a至圖27f為具有楔形冠部的單獨上針的以下各視角的示圖：a：頂平面圖；b：側(cè)平面圖；c：前平面圖；d：另一側(cè)平面圖；e：側(cè)透視圖；f：底平面圖。

圖28a至圖28f為具有鑿形冠部的單獨上針的以下各視角的示圖：a：頂平面圖；b：側(cè)平面圖；c：前平面圖；d：另一側(cè)平面圖；e：側(cè)透視圖；f：底平面圖。

圖29a至圖29f為具有雙鑿形冠部的單獨上針的以下各視角的示圖：a：頂平面圖；b：側(cè)平面圖；c：前平面圖；d：另一側(cè)平面圖；e：側(cè)透視圖；f：底平面圖。

圖30為探針尖端/冠部被示例性Kelvin接觸系統(tǒng)覆蓋的透視圖。

圖31為探針尖端被示例性Kelvin接觸系統(tǒng)覆蓋的頂部平面圖。

圖32為圖31中Kelvin接觸系統(tǒng)的放大圖。

圖33為針陣列的透視圖。

圖34a和圖34b為類似于圖5和圖6的側(cè)平面圖，示出了DUT的球觸點與完全下壓的針在最初銜接時(34a)和最后銜接時(34b)的情況。

圖35為類似圖33的但具有長針的可選實施例的透視圖。

圖36a和圖36b為圖35中的具有長針的可選實施例的側(cè)平面圖，示出了DUT的球觸點與完全下壓的針在最初銜接時(36a)和最后銜接時(36b)的情況。

圖37為探針卡板、導板/針導和針陣列的頂部平面圖。

圖38為圖37的導板/針導陣列的頂部透視圖。

圖39為圖37的探針卡板/保持器的頂部透視圖。

圖40為圖38和圖39的組合的底部分解透視圖。

圖41為保持器的邊角的一部分的局部放大頂部透視圖。

圖42為示出了彈性體插入的一個陣列的一部分的局部放大頂部透視圖。

圖43為示出了彈性體的探針卡板/保持器的邊角的一部分的局部放大頂部透視圖。

圖44為針導、彈性體和保持器沿靠近邊角的邊緣的橫截面圖。

圖45為探針卡/保持器、導板/保持器和針陣列的分解圖。

圖46為針陣列的分解圖。

圖47為圖46中的針陣列的頂部平面圖。

圖48為圖46中的針導的底部放大平面圖。

圖49為沿著線48a-48a截取的截面圖。

圖50為圖45中的針陣列的透視圖。

圖51為圖45中的針導的透視圖。

圖52為單個針和彈性偏移元件的頂部透視圖。

圖53為圖52的底部透視圖。

圖54a至圖54d為圖45中的導板的示圖。圖54d為圖54a中被圈出的區(qū)域的放大圖。

圖55為分段的導板的頂部示圖。

圖56為圖55中的板在圈A上的放大圖。

圖57為圖45的保持器和針陣列的一部分的側(cè)平面圖。

圖58為圖57的單個針對(pin pair)的側(cè)平面圖。

圖59為圖57的保持器和針陣列的可選實施例。

圖60為具有沉孔(counter bore)對準特征的保持器和針陣列的另一實施例。

圖61為具有鍵槽對準特征的保持器和針陣列的另一實施例。

圖62為具有可選鍵槽對準特征的保持器和針陣列的另一實施例。

圖63為具有方形鍵孔對準特征的保持器和針陣列的另一實施例。

圖63a為方形鍵孔的頂部平面圖。

圖64為具有交叉切口對準特征的保持器和針陣列的另一實施例。

圖64a至圖64d示出了穿過頂層的切口的各種實施例的頂部示圖，圖64a為交叉切口、圖64b為對角、圖64c為左瓣(flap)、以及圖64c為右瓣。

圖65為針導針陣列的頂部示圖。

圖66為部分斷開的側(cè)平面圖，示出了引線靠件、對準板、探針導和具有對準針的保持器。

圖67為根據(jù)另一實施例的針陣列的類似于圖46的分解圖。

圖68為探針卡/保持器、導板/保持器和針陣列的類似于圖45的示圖。

圖69為圖68的側(cè)平面圖。

圖70為外殼內(nèi)的針陣列部分斷開的透視圖。

圖71為圖70的針陣列的放大平面圖。

圖72a至圖72d為根據(jù)另一實施例的針對的示圖。圖72a為側(cè)示圖，圖72b為端部示圖，圖72c為透視圖，圖72d為頂部示圖。

圖73a至圖73d為類似于圖72的示圖，除了各針對被旋轉(zhuǎn)為并排設(shè)置，如在比較圖72d和圖73d時可看出。圖73a為側(cè)示圖，圖73b為端部示圖，圖73c為透視圖，圖73d為頂部示圖。

圖74為根據(jù)另一實施例的針對部分斷開的類似于圖57的側(cè)示圖，但示出了具有直探針的漸縮的頂部或陶瓷后部。

圖75為用于防止針旋轉(zhuǎn)并且具有稍微下側(cè)的橢圓或長方孔的鍵控/抗旋轉(zhuǎn)層的頂部示圖。

圖76為類似于圖74的示圖，除了頂層具有易于插入針的漏斗結(jié)構(gòu)。

圖76為類似于圖76的示圖，除了具有直探針。

圖77為圖76的主題的透視圖。

圖78為類似于圖75的層，除了各孔呈矩形，按照針的形狀鎖住以防止旋轉(zhuǎn)。

圖79為示出圖78的具有針的兩個導板的透視圖。

圖80為示出針導瓣(細節(jié)參見圖81)的圖78中的陰影區(qū)域的放大圖。

圖81為可選實施例的放大圖，其中導板孔具有類似于圖64所示那些的瓣。

圖82為示出泄壓縫的針和導板的頂部示圖。

圖82a為類似于圖82的示圖，但具有接觸點/塊。

圖83為圖82的側(cè)面透視圖。

圖83a為類似于圖83的示圖，但具有接觸點。

圖84為泄壓縫的頂部放大示圖。

圖84a為類似于圖84的示圖，但具有接觸點。

圖85為圖84的透視圖。

圖85a為類似于圖85的示圖，但具有接觸點。

圖86為示出可選瓣結(jié)構(gòu)的類似于圖82的頂部示圖。

圖87為圖86的側(cè)示圖。

圖88為圖86旋轉(zhuǎn)90度的側(cè)示圖。

圖89為圖87的透視圖。

圖90為具有導板的外殼。

圖91為針陣列、被測晶粒(DUT)和用于使DUT上的球觸點與針對準的球?qū)О宓膫?cè)平面圖。

圖92為上表面上具有接地平面的針陣列的透視圖。

圖93為圖92的平面圖。

圖94為部分斷開的外殼的透視圖，示出了進入負載板的壓裝針和將兩片外殼保持在一起的滑裝針。

圖95為圖94的側(cè)示圖。

圖96為圖95旋轉(zhuǎn)90度的側(cè)示圖。

圖97為根據(jù)具有非對準觸點的DUT的針指向的頂部示圖。

圖98為圖97的透視圖。

具體實施方式

典型的IC晶片包含1k～22k個晶粒，這些晶粒通常被組織為被水平和垂直的劃刻線進行分割的規(guī)則矩陣，以用于稍后切割成待安裝在具有引線或觸點的IC封殼中的單獨的晶?；蛐酒?。本發(fā)明主要用于：在一個陣列(例如在地理上大致鄰接的晶粒的圖形)或同時多個陣列中的單獨晶?；蚓Я＝M被沿劃刻線切割之前(隨后，每個晶粒被嵌入至具有引線或觸點的IC封裝中)，對其進行檢測。

如圖1和圖2所示，在優(yōu)選實施例中，觸點的探針陣列10被固定至通過保持器(retainer)工具粘附至探針保持器14上的針導板(pin guide plate)/針導12中，該固定過程優(yōu)選地通過緊密壓裝配準以防止移動。所述保持器可以包括相框開口，該相框開口具有階梯狀突緣(ledge)以容納針導板12上的類似的突緣。優(yōu)選地通過將對準針壓裝進保持器的方法來限制橫向移動自由度，從而確保相對于探針卡或PCB的配準。該保持器可以經(jīng)由螺絲緊固件等緊固至探針卡。

在裝配時，針導板12緊靠PCB探針卡11。該板的優(yōu)選材料為可機器制造的陶瓷，例如或但或其他復合物也可被替代地采用。PCB包括多條跡線(trace)，其將信號線由探針陣列連接至測試系統(tǒng)的連接器。由PCB、保持器和探針陣列組成的探針卡板/保持器14被裝載在“晶片探測器(wafer prober)”(未示出)中，該晶片探測器為機器人式的機器，其握持住探針卡和晶片8于卡盤(chuck)6上，并且優(yōu)選地將晶片移入定位，然后與導板12接觸?；蛘?，該板可以移動而該晶片不能活動，但這種情況在現(xiàn)有晶片探測系統(tǒng)中并不常見。該晶片探測機器人在本領(lǐng)域中是公知的，并且諸如TEL(Tokio Electron)TSK Solutions/Accretech、以及Electroglass(EG)等公司均已出售?，F(xiàn)有技術(shù)的探針陣列采用微彈簧針、彎曲梁、和懸臂結(jié)構(gòu)來構(gòu)成，其均受制于(尤其在高頻時)較差的性能，其電容和電感均為限制元素。

該探測機器人以熟知的照相系統(tǒng)(該照相系統(tǒng)將基準標記定位在該陣列上的針或其它基準標記上)來定位陣列的位置并使晶片與所選擇的針接觸，從而進行測試，將在下文進行說明。該照相系統(tǒng)主要包括向上和向下瞄準照相機，其中一個用于校準晶片上的定位并且另一個用于在針陣列上的校準。一旦校準完，該兩者/任一個的移動被追蹤，并且該探測器將知道到該晶片上每個晶粒的正確步數(shù)。

陣列10為觸點針22/62的封裝體，其形成了多層封裝體的一部分。該封裝體10具有設(shè)置了多個孔徑22的針導板20，探針42的上部穿過這些孔徑并且突出出來，如圖3和圖4中所示。在圖11至圖14中，可以看出孔徑32的優(yōu)選構(gòu)造為中央部分具有多個矩形槽或通道96的圓環(huán)，該矩形槽或通道96具有的平行側(cè)壁的尺寸可以接收具有類似橫截面的針422的橫桿凸緣部分44a-44b。所形成的通道結(jié)構(gòu)維持了針的對準并且防止其旋轉(zhuǎn)，因此控制了整個針的定向。所述旋轉(zhuǎn)為一種扭轉(zhuǎn)或扭動操作，其會使得平面接觸面52/53(圖6)不再共面并且由此具有較少的共同的電接觸表面。

在圖5至圖7中可以更清楚地看到針42的上探針部分，其中每個針42的上探針部分具有與晶粒接觸的冠部40、以及優(yōu)選地具有上述方形或矩形橫截面的延長主體42。其他諸如圓形、橢圓、三角形、配鍵式(具有鍵槽)等橫截面也是可行的，只要該橫截面被用于與孔徑32或其一部分中的類似形狀匹配，從而取代或附加于通道96來維持上探針的旋轉(zhuǎn)對準?；蛘?，可為單獨的元件設(shè)置用以接收探針橫桿元件的通道元件。

可以通過在針導板20中制造通道96來實現(xiàn)防止針42旋轉(zhuǎn)并且維持針42的對準的優(yōu)選方法，如在圖5、圖10、圖11、圖12、圖13、圖18、圖19、圖20和圖21中可清楚地看到的。優(yōu)選地在制造了凹槽或凹陷96的平行間隔分離的側(cè)壁97(圖12)中的材料中形成或切割出這些通道，該通道上部內(nèi)壁上具有孔徑32以允許上針部分42通過?？讖?2可以為具有足以允許部分42通過但還阻止其旋轉(zhuǎn)的平行間隔分離的側(cè)壁的圓形、或類似的形狀。由于這些平行間隔分離的側(cè)壁97已經(jīng)實現(xiàn)該功能，因此除非兩者均是需要的，否則可以省略其中一個。壁97的優(yōu)選尺寸為通過間隔分離來提供低電阻(并且可以被諸如等低電阻材料涂覆)，該間隔分離要充分以當針正確定向時壁97不與針接觸，但又要足夠近使得如果針旋轉(zhuǎn)則立刻會與該壁銜接并且被重新定向。通道接收橫桿凸緣44a-44b并且阻止其旋轉(zhuǎn)或改變對準，使得它們?yōu)橄箩樤谄浣佑|表面52/64(圖6)處提供具有最大量接觸面積的良好對準。圖21至圖22示出了由底部觀察的不同視角的就位的頂部針22。圖21至圖22還示出圍繞在針導板20的周圍的對準柱55。對準柱55維持諸如底部層等各種層的對準。

在主體42的底部為左和右橫桿凸緣部分44a-44b，其中一個包括用作為基準標記的可選擇凹槽48以協(xié)助由上方觀察位于針右手側(cè)或左手側(cè)的裝配器或機器。其也可以用于對準目的。這些凸緣還作為用于在層92(以下將進行描述)和針導板20的下表面中的鍵位插槽的鍵來操作。

橫桿凸緣部分44a-44b為上部42提供上限制器。在優(yōu)選實施例中，重要的是，所有冠部40均維持為彼此之間具有較好的共面或多平面關(guān)系(優(yōu)選地彼此在30微米之內(nèi))。在可選實施例中，可取的是，根據(jù)DUT的排列具有多個平面中的針高度。對于傳統(tǒng)的半導體晶片工藝，晶片測試墊、凸起或球被假定為同樣很平坦，因此每個冠部與晶片的接觸必須處于相對相等的壓力以防止損傷晶片。這可以通過使得所有冠部共面而針偏轉(zhuǎn)壓力基本上相等來實現(xiàn)。對于新型3D晶片工藝，可能需要多個不同高度的平面以用于晶片測試墊、突起或球，但假定條件是每個平面的平面化需求同樣為必須在30微米之內(nèi)共平面。

上針22的底部50的特征為具有大致平坦部分52，該平坦部分52為楔形從而可滑動地與下針62的類似平坦表面64銜接/配合。當壓縮時表面52和64會互相滑動。該兩個針均為導電性的并且由此會傳送信號至下針62的搖動腳(rocker foot)66處的負載板70上。腳66優(yōu)選地為弧形底，但其他諸如平直、或在腳的中央具有半圓形或部分圓柱形突出部分67的形式也是可行的。腳66可能為遍布整個底部的弧形，或為所示的在半球體、或半圓柱形/部分圓柱形突出部分67的一部分上的弧形。其會造成“搖動”的底部，其允許該腳能夠適應于負載/接觸板中的變化。該突出部分優(yōu)選地與該底部/腳的兩端等距、或其中心正對著穿過該針的中點或重心的軸線。該半圓形狀也可以被允許搖動動作的其他形狀所替代。該搖動動作會提供協(xié)助來移除在突出部分或接觸負載板上的任何氧化物。具有任意形狀的突出部分(雖然其優(yōu)選的形狀為所示的部分圓柱形)的另外的優(yōu)點為負載板上每單位面積上的力會增加，從而提高該板電接觸的品質(zhì)。該突出部分為類似于截斷的圓柱的弧形，但其具有大致平滑地斜入至該腳的剩余部分的壁。針導20優(yōu)選的由陶瓷材料或(例如SiC C18、SiN310Shapal MPhotoveel(Ferrotec)、MM 500或其他具有低膨脹系數(shù)的材料)制成?；蛘?，諸如Torlon的復合材料可滿足一些具有更受限的熱或濕度暴露的用途。

優(yōu)選材料可以可預知地形成或銑成為大容差的已知厚度、非常平坦、并且具有低的熱膨脹系數(shù)和非吸水特性，從而避免由于不同的天氣條件導致的膨脹。使用器件時所處的芯片測試房不總是被良好地控制了溫度和濕度，因此針導板材料必須足夠穩(wěn)定來以共平面狀態(tài)傳輸針冠部40。頂板20也必須可銑削或可成形以具有上述矩形通道96。

針22和62通過(例如)至少部分地環(huán)繞針的彈性體80來彼此相對向上偏移。這會對橫桿凸緣44a-44b提供向上偏移。下針實際上通過相同的彈性體被向下驅(qū)動抵住負載板，從而在其兩者之間產(chǎn)生牢固的電接觸。彈性體80可以包括或其他彈性材料的頂層和底層122以作為另一可用以在針的窄頸部區(qū)域54以將針固持于彈性體中的工具。在優(yōu)選實施例中，層122具有的孔徑大于針的窄頸部區(qū)域54但是小于較寬的部分50、68，因此針將被彈性地限制在層中。

上針22在Z軸方向上移動的Z-高度上限由上止表面(up-stop surface)90和針22的與上止部分銜接的某些部分之間的銜接來界定。在優(yōu)選實施例中，上述銜接部分為橫桿凸緣44a-44b，但其也可以為用于該目的的任何在針上的突出部分。有可能探針導20的其他表面和針22的其他部分為上針形成了上止部分90、190、390的組合。其為該針的最高移動點。該板20的下表面上止部分被定位為使得冠部40的突出部分全部位于同一平面中。該冠部的優(yōu)選突出部分可以為例如75微米。

還需要在針22移動時的向上力相對均勻。其通過彈性體80的預壓縮/預加載來達成。在圖6中，通過探針導20的上止表面90來向下預壓縮針22，使得當針22銜接至晶片并且被壓縮時，壓縮反應的力相對均勻。如果針未被壓縮，彈性體將呈現(xiàn)均勻性小得多的反應，因此在隨后向下的針開始偏轉(zhuǎn)時的力較小。該彈性體在其已經(jīng)處于壓縮狀態(tài)時呈現(xiàn)出更好的均勻性。優(yōu)選的預壓縮可以為例如80微米。

該冠部或尖端40執(zhí)行多個功能。首先，當然，其會與晶片測試墊或電極形成電接觸。晶片測試墊可以包括金屬膜、電鍍凸起或焊球的形式。在其他實施例中，如本領(lǐng)域公知的，每個冠部可以具有Kelvin式的接觸(驅(qū)動和感測)以保證可靠的檢測。

冠部還需要除去在接觸測試中積累的任何殘屑。

最后，冠部還需要為探測器中的將陣列與晶片在精確點上對準的照相系統(tǒng)提供基準識別。該照相系統(tǒng)必須能夠通過冠部上的可識別人造物來識別冠部以及冠部中心，而不論它們在該處是由于其他原因或只是為了增加識別可靠性的目的。例如，諸如“xx”的十字線可以放置在冠部的底部以作為識別點。如果每個冠部包含這樣的一個標記、或陣列的邊角被這樣標記、或其他已知的組合，則計算機可以計算整個陣列的位置。由于冠部具有向上反射側(cè)向照明(即垂直于針的移動)并且在其他暗場中提供非常亮的光點的小刻面，因此還優(yōu)選的是提供側(cè)向照明來提供更大的對比給探針的位置校準相機。

各種不同的冠部形狀均有可能。圖24a至圖24f、圖25a至圖25f、圖26a至圖26f、圖27a至圖27f、圖28a至圖28f和圖29a至29f示出了多個實施例。每個實施例中除了冠部40隨各圖改變之外其余部分均相同。圖24中冠部具有兩個鑿狀的平行間隔分離的凸脊240a-b，其兩者之間具有弧形的半球形凹谷240c。在圖25中，冠部40還包括垂直于凹谷240c的交叉半球形凹谷240d，其在圖中可選擇地被示為V形凹谷，雖然其也可以為半球形。這樣會在冠部上產(chǎn)生四個尖點。圖26類似于圖25，除了所有的凹谷250e-f均為從冠部尖點形成的V形尖銳的平坦壁面。在圖27中，冠部為具有單個平坦斜壁240g的鑿形，從而形成楔形冠部。在圖28中，冠部為具有會聚的平坦側(cè)壁240h-i的雙鑿。圖29中，冠部為圖28的翻轉(zhuǎn)，其中側(cè)壁240j-k向內(nèi)朝底谷線傾斜。

在針導頂板20和彈性體80之間為保持層122，其優(yōu)選地為來自于Dupont的聚酰胺薄膜或等同物。在施加頂部表面之前，該層維持針的定位。

圖11示出了陣列10的上部，其中橫桿凸緣44a-44b位于通道96中。下針62也可以位于類似的具有通道的板中，但通常其并非必需的。

上針22和下針62均至少部分地插入彈性體80(將在圖15中進一步示出其細節(jié))中。針被放置進空間空隙81中，而八角形空隙83提供在壓縮和預壓縮期間使用的占用空間。如果沒有空間，那么被壓縮的彈性體無處可去，因此彈性體將會對壓縮有較不均勻的抵抗/反應。空隙81典型地為正方形或矩形，并且比將其捕獲在內(nèi)的針50、68的部分的橫截面更小。該結(jié)構(gòu)會提供維持接觸表面52、64為平面配準以最大化電表面接觸的偏移力。

圖8和圖9類似于圖6和圖7，除了它們包含了與冠部40接觸的球/墊120。此外它們還示出了在彈性層80的上下表面上的層122。該層122包括足夠大以允許所示的針的部分插入的孔徑(未示出)。

圖30、圖31和圖32為圖4中陣列的視圖，但還包含用于Kelvin接觸的電路。Kelvin感測電路在本領(lǐng)域中是公知的，并且提供了最小化測試錯誤的方法。它們需要額外的觸點來在每個墊、隔離且機械結(jié)構(gòu)獨立的探針上制造多個很小且間隔很近的接觸點。

在圖31中，冠部40為具有被凹槽或凹谷分隔開的兩個縱向凸脊的楔狀結(jié)構(gòu)。該凹谷中設(shè)置了聚酰胺或其他絕緣體124，其放置進并且跨過了在凸峰針觸點150a-b之間的凹槽，在此情況下該觸點為如圖29a至29f中的倒楔形。凸峰150a-b的側(cè)壁捧持著Kelvin絕緣體124并且為該絕緣體提供充分的支撐來保持其與凸峰150a-b相對共平面。也有可能只有該絕緣體的遠端126被冠部的一部分支撐。絕緣體的頂部應用了導電軌線130，其給其他在Kelvin電路中的導體(典型的為感測引線，具有的力導體為冠部凸脊)供電。該導電軌線會由每個冠部沿引線132延伸回該Kelvin電路。由于Kelvin軌線會封閉冠部中的凹槽，因此照相系統(tǒng)不能使用冠部內(nèi)的任何基準標記。因此基準標記可以置于軌線或絕緣體上，如134處以“xx”所示。

圖35至圖36示出了可選擇的實施例。

在上一個實施例中，如圖33至圖34中所示，針42和66如前所述(見圖6至圖9)。接觸球/墊120以橫截面示出。在針42的頂部首次與球120銜接的點處(圖34a)，在相鄰的球120a與板20的表面之間存在大間隙42。但是如果球120被錯誤地成形或是“雙球”(缺陷),那么有一定幾率不存在間隙45并且球120a將實體地撞擊到板20的表面從而有可能造成損傷。注意到“球”不需要為圓形，其意味著在DUT上的任意突出接觸表面。圖35至圖36的實施例考慮了避免由于缺陷球形狀或高度導致的這些后果。

為了使一個實施例的元件擴展到至其他實施例中的類似元件，其數(shù)字編號被標以300的序號，即42類似于342。一種解決上述問題的技術(shù)方案為當DUT在測試位置時增加針342的延伸至板20上方的部分410的長度(即所示的針342的最大化移位)。針的移動距離(沖程)被限定為上針在測試位置和非測試位置之間的移動距離。在之前的實施例中針移動優(yōu)選地被限制以使得凸緣從未離開通道，由于很多原因，其需要針42延伸超出表面20的部分盡可能地小。如圖7中可以看出，在測試模式中針的暴露部分幾乎與表面20平齊，然而在圖35至圖36中，測試位置410處針高度實質(zhì)上更大，至少即使在球320a為雙倍高度球、1.5倍高度球或其他錯誤成形形式時也足以阻止球320a接觸20的表面。在非測試模式時，板20上方的針高度如412所示。因此，在此實施例中，測試位置的針高度足以使得另一個球(通常為相鄰的球)不會接觸板20的表面。一個這種限制為針頂點絕不會低于接觸球高度的50％或10-50％、或只是足以使任何接觸球(不考慮其高度)不會接觸表面。

在優(yōu)選實施例中，針342的移動大于針42。當圖7和圖36a比較時，允許遠端尾部412可以移動至、但優(yōu)選地不接觸針366的腳。優(yōu)選地通過將晶片放入測試插座中的探測器來控制實際的針下移。當針被朝向彼此驅(qū)動時，如果適當?shù)亩ㄎ皇?，系統(tǒng)中可能會存在數(shù)個可能的硬止點，這些硬止點優(yōu)選地是不需要的。例如，橫桿凸緣344b的下部與針366的近端、以及針342的遠端與針366的腳之間的接觸，如圖36b中所示。在優(yōu)選實施例示出的該配置的彈性體具有環(huán)繞彈性較大的層416的低彈性彈性體414、418的兩個較薄層，彈性層416為針提供了大部分偏移力。因此如果上針在412處破底而出，則由于針342的遠端會作為插入物而保留，因此下層418會分隔開針的接觸。

允許這種額外的移動的結(jié)果為針的伸長的橫向部分342比之前實施例中更高并且對準通道396更深。具體的，通道凹槽396的深度必須等于或大于針在測試位置和非測試位置時的暴露高度之差(即412小于410)。在優(yōu)選實施例中，橫桿凸緣344a的高度同樣必須等于或大于該差值以維持通道396的鍵控效果。不論通過上述方式或其他方法，優(yōu)選的是橫向?qū)什糠?42必須在整個針移動期間至少部分地與通道396銜接，從而保持針被凹槽套合以避免旋轉(zhuǎn)。

用以將導板12插入進探針卡板或保持器14中的結(jié)構(gòu)的更多細節(jié)將隨后說明并在圖37至圖43中示出。

保持器14和導板12的配準對于探測器準確獲知針相對于IC的排列十分重要。由于尺寸很小，因此本發(fā)明中的技術(shù)方案要確保具有很多探針陣列的導板會與探針卡板可靠地對準。

將導板與探針卡板的每個邊角對準十分地困難，但有可能沿其兩個(或三個)邊緣來對準并且將導板偏移進入與這兩個(或三個)邊緣相關(guān)的可靠位置。這比試圖對準4個邊緣更加可預知。

在圖37中，保持器14具有4個邊角502a-d，每個邊角具有所示的相交的成對邊緣504a-h。在圖39中，導板被移除，可以看到這些邊緣。在一個實施例中，邊角502c被指定為“配準或參考邊角”(雖然任意邊角都是可接受的)。因此，至少邊緣504e-f會通過將導板偏移進入邊角的方法而用于該導板的配準。在優(yōu)選實施例中，邊緣504g和504d也會由于其與邊角504c邊緣處于同一條線上而提供配準。該配準邊角的對角上的驅(qū)動邊角為偏移彈性體的主要位置。還有可能剩余的兩個邊角可以具有彈性偏移。也有可能存在多于或少于4個的邊角，例如在三角形或多邊形的情況下，但相同的原理同樣可供精確對準，即存在被精確地銑成或形成以用于對準的配準邊角(或更精確而言，與該邊角相鄰的側(cè)壁)，該形狀的剩余邊緣/邊角可以被用于驅(qū)動針導進入配準邊角。

圖43提供邊角502a的放大視圖，示出了偏移機制，其優(yōu)選地通過在側(cè)壁中提供的凹槽506a和506b來提供。這些凹槽/凹痕的縱向均沿著側(cè)壁的一部分，并且這些凹槽/凹痕具有足以接收彈性圓柱形組件510的深度。該組件同樣在圖42(示出了導板/針導12的邊角)中示出，但在兩個位置中示出的為相同的組件。在優(yōu)選實施例中，由于針導的邊角被切除/縮減半徑、或者保持器的邊角被切深/增加半徑，因此針導12的邊角并未實際地與保持器14的邊角銜接。這確保了與邊角相鄰的側(cè)壁被用于配準。如果上述配置未完成，邊角安裝時的微小的失準將會妨礙兩部分的側(cè)壁匹配以及提供精確配準。

至少有一個或兩個彈性體510用于驅(qū)動針導進入配準邊角，但優(yōu)選的結(jié)構(gòu)在與配準邊角之外的邊角相鄰的所有壁中的缺口中提供彈性體，而配準角中必須具有無間隙的材料對材料的直接接觸。

為了允許彈性體510插入，與邊角相鄰的側(cè)壁的上邊緣被輕微地切除/斜削，并且由于相同的理由沿保持器的邊角提供去除。甚至即使配準邊角沒有使用也可以具有該切除，從而允許任何邊角均可作為配準邊角。彈性體可以為橡膠圓柱體或其他偏移元件。它們優(yōu)選地在針導12被插入至保持器14之后進行安裝并且隨后被粘合至合適的地方，也可以先進行粘合然后再插入針導。箭頭530(圖39)示出了由彈性體產(chǎn)生的偏移力，將驅(qū)動針導進入其配準邊角中。

圖44示出了保持器14和針導12在邊角處相會并且彈性體在合適的位置時的橫截面圖。在此實施例中針導由底部插入，使得突緣520與保持器上的突緣522銜接以阻止退出。注意到針導也可以具有合適的突緣變化而從頂部插入并且停止。切除凹槽526(圖38)還可以用于為導板的移除提供插入空隙。

偏移彈性體512部分地容納于凹槽506b中，但在優(yōu)選實施例中，其還具有在針導12中的類似的凹槽511，使得該彈性體會被完全捕獲而不會脫出。

可選實施例

下面公開了其他實施例。在不具體涉及各元件的情況下，通常，它們與先前實施例中的類似部件相同或相似。盡可能用增加了1000或其它首位數(shù)字的相同附圖標記來表示相同或相似的部件。因此例如，圖2中的保持器14可以類似于圖45中的保持器1014。這樣做是為了在本說明書中防止不必要的重復。

在先前實施例中，針導20優(yōu)選由陶瓷材料制成，其包括上止表面中的多個通道特征以接收晶片側(cè)的針的凸緣。然而，槽96的使用可將針/探針的排列限制于規(guī)則(即，均勻)陣列。為提高測試現(xiàn)場位置的布置或制造選項的靈活性的目的，可選實施例可將針導通道的功能從精確上止表面的功能分離。例如，可存在需要針/探針的非直線陣列的唯一排列的情況。此外還存在更容易激光切割但保持許多必要性質(zhì)(諸如電絕緣和耐久性)并且會使制造和定制變得更容易的材料。

此外，為了改善探針/針在DUT墊/球上的對準，有利的是，提高探針尺寸與孔徑尺寸之間最嚴格的可能的容差。矩形孔徑中的矩形探針是特別有利的，但是鑄造具有矩形孔徑的陶瓷材料是困難的，并且陶瓷并不特別易受控于激光切割。

通過將針/探針導12的通道元件部分替換成兩個部分，即上部1012和起上止作用的下部/上止部1020，有可能消除通道96，從而允許各針之間的更小的分離(因為沒有側(cè)壁通道)并且允許非均勻的針位置(還是因為沒有通道)。因此，在一個實施例中，陶瓷分離元件(在此被稱為探針導板1012)與精確上止部1020對接?？蓪⑸现拱?020的材料選擇擴展至包括可進行激光切割的其它材料，諸如孔徑間隔和位置可容易地變化，用于定制DUT墊布局。

如將在別處說明的那樣，該組合層方法存在額外效益，即，可通過上止板1020的具體改進來抑制探針的旋轉(zhuǎn)。

圖45為具有頂部運送板1102、保持器板1014、針導1012、(根據(jù)本實施例的)針陣列1010和負載板1070的裝置的分解圖。圖46更具體地示出了針陣列1010。

在圖46中，優(yōu)選裝置包括：下針/探針1062，其通過優(yōu)選為的板1081；彈性元件1080和上板1092；上(晶片側(cè))針/探針1042和上止部1020，其優(yōu)選由可激光切割的剛性介電材料制成。來自Fralock Corp Valencia CA的為優(yōu)選材料。導板1012優(yōu)選由陶瓷或其它剛性介電材料制成。

圖47示出了裝配的陣列1010的底部(或PCB側(cè))示圖。圖48和圖49提供了探針導元件的附加配置的頂部示圖和截面圖。

圖50為裝置110的頂部透視圖。

本實施例中，探針導1012和相鄰上止板1020協(xié)助提供導板20的功能，但具有顯著的改善，如下面解釋的那樣。換言之，探針導1012不再執(zhí)行包括上止部的導20的全部相同的功能?，F(xiàn)在導20的功能在1012與1020之間分擔，由此產(chǎn)生了優(yōu)點。

在一方面，上止部1020優(yōu)選從介電材料激光切割而成，以允許更容易地定制用于導槽1032的孔的位置。圖51、圖54a至圖54d、圖55至圖56中詳細地示出了孔或槽圖案。在這些圖中，槽/孔徑1032被示為優(yōu)選的矩形孔徑，但圓形或其它形狀的孔徑也是可能的。值得注意的是，圖55至圖56示出了孔圖案可為不規(guī)則/非直線/任意的，以定制孔徑使其滿足可在各種不同位置具有針/墊的被測器件(DUT)的要求。因為材料可以激光切割，即使使用諸如所示矩形的尖銳邊角，也可以快速地定制針陣列。

圖52至圖53示出了切除了彈性體1080以示出單個探針單元的各種層。層可通過粘合劑1090粘附至彈性體。

圖57為具有以下部分的4個針陣列的截面圖：總體上對應于先前實施例中的相同部分的探針尖端1040、探針桿(probe stem)1042、凸緣1044a、1044b、表面1052/1064。有可能不同的尖端配置可設(shè)置在不同探針上以容納諸如3維接觸平面的不同的DUT配置。例如，DUT上的一些觸點可以是墊、其它、球、微球、柱等。尖端和探針的高度可以選為適合于同一陣列中的DUT上的每個觸點。但是注意，在優(yōu)選實施例中，針導1012不要求如先前實施例中的槽96。槽96提供了防止針的旋轉(zhuǎn)的方法，但是不能容易地用于不規(guī)則針布局(圖55)的情況。導1012的優(yōu)選內(nèi)部結(jié)構(gòu)為：具有垂直孔徑或口袋的相對(頂部/底部)表面是平面。上止板1020緊靠針導1012。已經(jīng)對諸如在此示出的示例的雙刀探針尖端示出了小于7-8微米的期望探針尖端半徑，并且這被示為適合于每測試點(site)2-35克的受控晶粒力，以給具有測試墊、凸起或球的晶片晶粒提供良好的接觸電阻。示出了更尖銳的結(jié)構(gòu)，但是對典型晶片測試應用而言可能是不必要的。示出了50-150微米范圍內(nèi)的探針尖端1040刀邊緣分離對于150至300微米直徑的球尺寸的有用性，用于通過多數(shù)次插入于所需的清洗站之間來標記出球頂點。刀邊緣分離距離優(yōu)選匹配目標晶粒墊、凸起或球的幾何結(jié)構(gòu)。

為了提供對針旋轉(zhuǎn)的阻力，或者為了改善探針在導孔內(nèi)的居中，示出了其它結(jié)構(gòu)，但它們并非全面。

在圖60中示出了一個這樣的針居中結(jié)構(gòu)。在本實施例中，探針導1012在其孔徑處包括圍繞孔徑的沉孔(counter bore)/凹槽(concave trough)。同樣，針/探針1042也包括與沉孔配合以使針在孔內(nèi)居中的突出件1042a。

圖61中示出了可選鍵控系統(tǒng)。在此情況下，鍵1042b突出進入到切入上止部1020的鍵槽1020b中。鍵和鍵槽還可以是漸縮(tapered)的配合，以在鍵進入到鍵槽中時糾正失準。

在圖62中，上述鍵控功能還可以在層1092中實現(xiàn)，層1092的鍵1042c添加到被設(shè)計為延伸至接收鍵槽1062c中的探針。這些也同樣可以漸縮。還可以采用下層1092中的沉孔設(shè)置。

圖63和圖63a示出了將鑄造材料填入圓形孔徑1032a中以填充其與方形針/探針1042之間的間隙的用法。間隙2050將必需存在于方形針與圓形孔之間，并且精確居中位置中的這種鑄造方法是改善居中的一種手段。

圖64示出了其它探針/孔居中和鍵控結(jié)構(gòu)，其中優(yōu)選為的層1092被切割為多種形式以給針/探針1042提供導槽。在圖64和圖64a中，層中的交叉切口提供4個瓣2052，其提供偏移力以對準孔徑內(nèi)的針并且抑制旋轉(zhuǎn)。當針被插入其中時這些切口會釋放被向上驅(qū)動離開該層的這些瓣。由于其固有的彈性，通過交叉切口被釋放的4個瓣會提供偏移力來抵住針。在圖64b中使用了對角切口2054，并且在圖64c和圖64d中，在層中切割了右手瓣和左手瓣以對針施加偏移力。通過層的交叉切口會釋放沿著針的側(cè)壁向上延伸的多個瓣。這在x軸和y軸上均提供了偏移力來抵住針，從而傾向于防止針的旋轉(zhuǎn)。有了來自四側(cè)的偏移力，還會傾向于使針在孔徑內(nèi)居中。對角和瓣切口具有同樣的效果。層中的其它切口可提供類似的效益。

圖65示出了各種截面形狀的針1042如何填充孔徑1032a。在孔徑的內(nèi)周與針的邊角/邊緣之間測量間隙2056，其中針相對于相對的周壁完全移位。在優(yōu)選實施例中，對間隙進行最小化以將探針尖端陣列限制在與晶片晶粒上的測試墊或球的精確間隔相吻合的精確空間位置處。針邊角與孔之間的優(yōu)選間隙小于20微米，進一步優(yōu)選的間隙小于10微米。

圖67至圖98示出了可選實施例，但是在它們的各部分相似的情況下，應假設(shè)它們具有與先前的描述相同的功能。

圖67示出了具有兩部分探針導外殼/探針卡的系統(tǒng)，探針導外殼/探針卡具有優(yōu)選為像陶瓷的熱穩(wěn)定材料的具有多個孔徑2022的上外殼2020，上針/探針2042通過孔徑2022突出以與被測晶粒(DUT)銜接。上針排列成通過上針導2021來維持指向的陣列。下設(shè)針/探針2062可滑動地與上設(shè)部分銜接，并且通過下針導2023來維持成陣列。陣列位于外殼2020a的下半部內(nèi)。該下半部可以是或陶瓷或其它材料?；蚱渌嵝?略有彈性的材料優(yōu)選用于固定至負載板(見圖94)。

圖68示出了安裝在保持器板3010中的可選形狀的兩部分外殼，保持器板3010具有尺寸可以接收探針導外殼2020的一部分的孔徑3012。保持器和外殼各自具有接收桿彈性體3016的多個對準且優(yōu)選地開槽的孔徑3014。優(yōu)選地對孔徑進行開槽，從而使彈性體可以橫向地插入，雖然并不要求這樣做。彈性體為彈性材料，其允許探針導外殼和保持器對無損壞地側(cè)向或向下驅(qū)動該導的DUT操控器的橫向打擊進行響應。如果不提供彈性體或其它彈性連接，則當DUT沖擊探針導時，它可能會使陶瓷材料在不退讓時破裂。

圖69在側(cè)示圖中對此進行了示出。

圖70為圖67的部分切除的一部分的示圖，圖71至圖73中更詳細地示出。

通常上針和下針2042/2062是相似的，但它們的長度可根據(jù)測試要求而變化。這些針優(yōu)選具有在橫桿部分處相遇的上縱向部分和下縱向部分。各縱向部分具有與類似平坦表面配合的至少一個平坦表面，以提供電接觸路徑。通過使用金屬或金屬涂覆，各針是導電的。橫桿具有通常垂直于縱向部分的橫向部分，并且具有與上針部分和下針部分相鄰的接觸平面接觸表面。這些接觸表面形成上止表面和下止表面的一部分，以與外殼上的類似表面銜接來限制針的移動。每個針具有上探針部分2042a/2062a和下探針部分2042b/2062b以及它們之間的橫跨組件/橫桿2044。探針部分的縱向表面為平面，從而它們在3040處重疊時配合、導電并且還以最小的電阻和機械阻力可滑動地銜接。

上針2042向上偏移，從而在與DUT銜接時被“彈簧式加載”。這通過彈性體2080a/2080b實現(xiàn)，為便于裝配，彈性體2080a/2080b可分成上部和下部。

為了防止彈性體入侵橫桿，將平坦且更為剛性的材料3041插入其間。在此情況下，使用剛性且優(yōu)選為可偏轉(zhuǎn)材料的層。

針/探針的尖端可以是可互換的相同的頂部和底部，或者是不同的。上尖端的形狀可按照本文公開的尖端或者本領(lǐng)域的公知常識。下尖端與負載板銜接，并且可為該銜接而被優(yōu)化。

注意，彈性體3040設(shè)置在針/探針的兩側(cè)，以使它們具有用于最大電接觸的來自兩側(cè)的橫向壓力。這可通過單獨彈性體部分或者具有用于針/探針的孔徑的矩陣彈性體來實現(xiàn)。

圖74示出了對上針導的孔徑2022進行漸縮(tapering)。用于漸縮部分的優(yōu)選材料為漸縮從上至下是從窄至寬。這被示為針/探針2042與孔徑2022的內(nèi)壁之間的變寬的間隙2022a。該漸縮部分減小摩擦，并且還使得針/探針在裝配過程中更容易地插入。優(yōu)選構(gòu)造分為兩半，針/探針從各半部的內(nèi)部加載。

圖76示出了實現(xiàn)漸縮針導的效益的可選方法。這是僅僅(或額外地)對針/探針的一部分進行漸縮。針2042優(yōu)選地從其尖端至3050處通過導2020的部分是更窄的。針的剩余部分無需漸縮，因為這不會有任何有益效果。事實上，也可以在針導的頂部3052處結(jié)束漸縮。

圖76a示出了該漸縮概念的另一實施例。若上探針導2020由兩個層2025a/2025b構(gòu)成，則有可能在較寬松的2025b(下層)與2025a(上層)之間進行配合，從而產(chǎn)生“漏斗”結(jié)構(gòu)。這會使針從下側(cè)的插入更加容易，因為針可以更加容易地進入2025b中的更大的空間。3050處的間隙大于3052處。見圖77。

圖75、圖78至圖79示出用于限制針的旋轉(zhuǎn)的各種實施例。重要的是，針的平面配合表面要維持在平行緊鄰平面中，以使電接觸表面面積最大化。針在其針止部(即，橫跨組件與剛性板的銜接)的界限內(nèi)相對于彼此自由地縱向滑動，但它們受到可以減小配合面積的不希望的扭轉(zhuǎn)/扭動力的影響。這些力可產(chǎn)生于與DUT的球(其可以在偏離中心處、打擊或在別處)的銜接。抗旋轉(zhuǎn)鍵控層3042是可取的。該層可以與抗入侵層相同，或者是單獨的。它可與抗入侵層相鄰，或者位于垂直于針的別處。它可位于上針和下針路徑上，或者只位于扭轉(zhuǎn)力最大的上針路徑上。

圖75中的實施例示出了具有多個孔徑2020的板或掩模3042，孔徑2020的尺寸相對于針的橫截面略小。換言之，孔徑的面積小于針的橫截面積。這種銜接具有穩(wěn)定化效果。這些孔徑被示為具有圓角的橢圓或矩形，從而使針的邊角與孔徑的圓角銜接。在這種情況下，為更高的穩(wěn)定性和更小的阻力，僅在邊角處進行銜接。在優(yōu)選實施例中，用于該掩模的材料能夠做一定的偏轉(zhuǎn)，而非完全剛性。

圖78至圖81示出了掩模3042的可選解決方案。在此情況下，孔徑的內(nèi)周長空間大于針，因此不會存在銜接，但是突出件或條3060從孔徑的內(nèi)周邊緣延伸，并且向內(nèi)延伸進入由孔徑限定的空間。這些條優(yōu)選成對地從相對的側(cè)壁延伸。可存在來自全部側(cè)壁或者僅兩個側(cè)壁的條。條是可偏轉(zhuǎn)且柔性的，并且當針插入時，它們向上偏轉(zhuǎn)離開但是維持對針的平衡力，以使其保持居中且抗扭轉(zhuǎn)。圖79示出了上針和下針上的桅桿。條可以僅填充它們所來自的側(cè)壁的一部分，或者填充整個側(cè)壁，如圖80所示。

圖82a至圖85a示出了略微不同的配置，其中條3060形成為后來會遍及掩模的厚度的縱向凸杠(bumper)或鈍部(numb)，而非先前實施例中的單純的瓣。

圖82至圖85提供了抗扭轉(zhuǎn)的另一解決方案。在此情況下，孔徑的尺寸可以與針緊密配合。在一個實施例中，它們還具有條/突出件3062，但是在這種情況下它們不會彎曲或偏轉(zhuǎn)。這意味著孔徑近乎等于、等于或小于針的橫截面積。因為針與孔徑內(nèi)壁之間可以存在如此更多的接觸表面，所以增強了抗扭轉(zhuǎn)，但也增加了摩擦。為了減小對針的力，將釋放槽3062設(shè)置在掩模中，例如通過沖壓掩模來使其具有窄槽，所述窄槽與孔徑相鄰但分開，并且通常與其平行。這會消弱與槽相鄰的孔徑壁，并且減小壓力和阻力。槽還可以是多個間隔開的孔或其它空隙形狀。

圖87至圖89示出了從孔徑的所有側(cè)壁延伸的瓣，這些瓣在插入針時向上偏轉(zhuǎn)。這些瓣可以是預切割的，或者只是在插入針時開設(shè)的劃線。

圖90至圖91示出了主要用于手動測試(即，非通過機器人進行的插入)的構(gòu)造。由于缺乏機器人的精確性，這些插入必定是草率的。因此需要提供一種將DUT球推進支托物上的正確位置的導件。因為手動插入壓力是變化的，提供一層護墊也是有幫助的。圖90示出了外殼3010和具有孔徑3072的球?qū)О?070，孔徑3072位于球3074和針將要對準的位置。該球?qū)峁┣虻念A對準，并且在球?qū)в煽蓧嚎s材料制成時提供一定程度的彈性。

圖92至圖93示出了RF屏蔽/接地平面層3080的使用。在一些應用中，DUT產(chǎn)生被測RF輻射。RF可與針上的高頻測試信號進行干涉。為了使該RF最小化，陣列可還包括接地平面RF屏蔽板3080，其優(yōu)選位于抗旋轉(zhuǎn)層3042和/或抗入侵層3041鄰近處(上方或下方)。該層優(yōu)選接地。

圖94至圖96示出了外殼上半部2020和下半部2020a的裝配。在優(yōu)選實施例中，上半部2020由諸如陶瓷的熱穩(wěn)定材料制成。下半部優(yōu)選由諸如的更有柔性的材料制成。為了防止各半部之間的移動，在兩半部中均形成孔徑并且針3084填充該空間。該針是滑裝件(slip fit)，即，插入時處于很小的或無壓縮狀態(tài)，因此沒有使陶瓷破裂的風險。因為下半部2020a是更加柔韌、有柔性的材料，所以它可通過壓裝針3086連接至負載板(未在外殼下方示出)，壓裝針3086略大于孔徑以使其穩(wěn)固地保持在正確位置上。

圖97至圖98示出了小型針2042對于它們在導板外殼2020上的布置的布置靈活性。一些DUT的球/觸點布置沒有在各行中對準，并且指向不規(guī)則。因為針很小型(即，橫向尺度)，它們可以在任何角度位置進行定向，而不與相鄰針產(chǎn)生干擾，以防止由相鄰橫桿2044導致的短路。

如上所述的對本發(fā)明及其應用的描述均為示例性的，其并非試圖限制本發(fā)明的范圍。可以對在此公開的實施例進行各種變化和修改，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在學習本專利文獻后可以理解實施例的各種元素的實際應用替換以及等價物?？梢栽诓幻撾x本發(fā)明的范圍和精神的情況下對本文公開的實施例進行這些和其他的變化和修改。