用于微電路和晶圓級ic測試的測試裝置和方法
【專利說明】用于微電路和晶圓級1C測試的測試裝置和方法
[0001]發(fā)明人
[0002]John DeBauche，美國公民，居住地:WhiteBear Twp.，MN。
[0003]Dan Camp1n，美國公民，居住地:WhiteBear Chanhassen, MN。Michael Andres，美國公民，居住地:WhiteBear Inver Grove Heights, MNo
[0004]Steve Rott，美國公民，居住地:WhiteBear St.Cloud, MN。
[0005]Jeffrey Sherry，美國公民，居住地:WhiteBear Savage, MN。
[0006]Brian Halvorson，美國公民，居住地:St.Paul, MN。
[0007]Brian Eshult，美國公民，居住地:St.Paul, MN。
技術領域
[0008]本發(fā)明涉及用于測試微電路的設備。
【背景技術】
[0009]隨著微電路持續(xù)演進得更小并且更加復雜，測試微電路的測試裝備也在演進。現(xiàn)在正努力改進微電路測試裝備，所述改進導致提高可靠性、增加處理量并且/或者減少開銷。
[0010]把有缺陷的微電路安放到電路板上的代價相對較高。安裝通常包括將微電路焊接到電路板上。一旦被安放在電路板上之后，移除微電路就成為問題，這是因為第二次熔化焊料的行為就會毀壞電路板。因此，如果微電路存在缺陷，則電路板本身也可能被毀壞，這意味著此時附加到電路板上的所有價值都已喪失。出于所有這些原因，通常在安裝到電路板上之前對微電路進行測試。
[0011]必須測試每一個微電路，從而識別出所有存在缺陷的器件，但是不能錯誤地將良好的器件識別為存在缺陷。任何一種錯誤如果頻繁發(fā)生的話都會大大增加電路板制造工藝的總體成本，并且可能會增加對于被錯誤地識別為有缺陷器件的器件的重新測試成本。
[0012]微電路測試裝備本身非常復雜。首先，測試裝備必須與每一個緊密間隔的微電路探針進行精確并且低電阻的非破壞性臨時電接觸。由于微電路探針及其之間的間隔尺寸較小，所以在進行探測時的即使很小的誤差也將導致不正確的連接。而連接到失準的或者在其他方面不正確的微電路將會導致測試裝備把待測管芯(DUT)識別為存在缺陷，盡管導致這一錯誤的原因是測試裝備與DUT之間的存在缺陷的電連接，而不是DUT本身中的缺陷。
[0013]微電路測試裝備中的另一個問題出現(xiàn)在自動化測試中。測試裝備可以每分鐘測試100個或者甚至更多的器件。測試的數目眾多導致在測試期間與微電路端子進行電連接的測試器針上的磨損。這種磨損會導致從測試器針和DUT端子脫落導電碎片，導電碎片會污染測試裝備以及DUT本身。
[0014]碎片最終導致測試期間的不良電連接和被測管芯缺陷的錯誤指示。除非從微電路中去除所述碎片，否則粘附到微電路上的碎片可能會導致套件故障。去除碎片又會增加成本并且在微電路本身當中引入另一個缺陷來源。
[0015]此外還存在其他考慮因素。性能良好又便宜的測試器針是有利的。使得更換測試器針所需的時間最小化也是合乎期望的，這是因為測試裝備較為昂貴。如果測試裝備長時間離線以進行延長周期的正常維護，則測試一個單獨微電路的成本會增加。
[0016]當前使用的測試裝備具有測試探針陣列，其模擬微電路端子陣列的模式。測試探針陣列在一個精確保持探針相對于彼此對準的結構中得到支撐。由保持器和探針引導件將微電路本身與測試探針對準。測試探針、探針引導件和保持器安放在探針卡上，探針卡具有電連接到測試探針的導電焊盤。探針卡焊盤連接到在測試電子裝備與測試探針之間承載信號和電力的電路路徑。
[0017]對于電測試，希望在待測管芯上的每一個端子與探針卡上的相應電焊盤之間形成臨時電連接。一般來說，焊接并移除由測試臺上的相應電探頭接觸的微電路上的每一個電端子的做法是不切實際的。取代焊接并移除每一個端子，測試器可以采用設置成一定模式的一系列導電針，其中所述模式對應于待測管芯上的端子和探針卡上的電焊盤。當施力令待測管芯與測試器接觸時，所述探針完成各個待測器管芯與相應的探針卡焊盤之間的電路。在測試之后，當釋放待測管芯時，所述端子與探針分離，并且電路被斷開。
[0018]本申請涉及探針陣列系統(tǒng)的改進，該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)精細間距晶片的高性能的測試。
[0019]存在一種被稱作“開爾文(Kelvin) ”測試的測試類型，其測量待測管芯上的兩個端子之間的電阻。基本上來說，開爾文測試涉及到強制電流在兩個端子之間流動，從而測量兩個端子之間的電壓差，并且利用歐姆定律導出所述端子之間的電阻，即由電壓除以電流給出。待測管芯上的每一個端子電連接到探針卡上的兩個接觸焊盤。兩個焊盤的其中一個提供已知電流大小的電流。另一個焊盤是充當伏特計的高阻抗連接，其只汲取少量電流。換句話說，經歷開爾文測試的待測管芯上的每一個端子同時電連接到探針卡上的兩個焊盤，其中一個焊盤提供已知大小的電流，另一個焊盤測量電壓并且與此同時只汲取少量電流。每次對兩個端子進行開爾文測試，從而單次電阻測量使用探針卡上的兩個端子和四個接觸焊盤。
[0020]在本申請中，可以按照幾種方式來使用形成待測管芯與探針卡之間的臨時電連接的針。在“標準”測試中，每一根針將待測管芯上的特定端子連接到探針卡上的特定焊盤，其中端子與焊盤成一對一關系。對于這些標準測試，每一個端子精確地對應于一個焊盤，并且每一個焊盤精確地對應于一個端子。在“開爾文”測試中，有兩根針接觸待測管芯上的每一個端子，正如前面所描述的那樣。對于這些開爾文測試，(待測管芯上的)每一個端子對應于(探針卡上的)兩個焊盤，并且(探針卡上的)每一個焊盤精確地對應于(待測管芯上的)一個端子。雖然測試方案可以不同，但是不管測試方案如何，探針的機械結構和使用實質上是相同的。
[0021]所述測試臺的許多方面可以從舊有或現(xiàn)有的測試臺合并。舉例來說，可以使用來自現(xiàn)有測試系統(tǒng)的許多機械基礎設施和電路，其可以與這里所公開的導電探針相兼容。下面將列出并概括這樣的現(xiàn)有系統(tǒng)。
[0022]常常在安裝之前測試的一種特定類型的微電路具有通常被稱作球柵陣列(BGA)端子布置的封裝或外罩。典型的BGA封裝可以具有平坦矩形塊的形式，其典型地在一側具有5mm到40mm的尺寸并且具有1mm的厚度。
[0023]典型的微電路具有封閉實際電路的外罩。信號和電力(S&P)端子處在外罩的兩個較大平坦表面的其中之一上。一般來說，端子占據表面邊緣與任何一個或多個間隔物之間的大部分面積。應當提到的是，在某些情況下，間隔物可以是被密封的芯片或接地焊盤。
[0024]每一個端子可以包括一個較小的近似球形的焊球，其牢固地粘附到從內部電路穿透表面的引線，因此被稱作“球柵陣列”。每一個端子和間隔物從表面伸出較小距離，其中端子從表面突出的距離長于間隔物。在組裝期間，所有端子都被同時熔化，并且粘附到先前形成在電路板上的被適當定位的導線。
[0025]端子本身可以彼此相當靠近。一些端子的中心線間隔可以小至0.1mm，甚至間隔相對較寬的端子仍然可以相距大約1.5mm。相鄰端子之間的間隔常常被稱作“間距”。
[0026]除了前面提到的因素之外，BGA微電路測試還涉及到附加的因素。
[0027]首先，在與球端子進行臨時接觸時，測試器不應當損壞與電路板接觸的S&P端子表面，這是因為這樣的損壞可能會影響對應于該端子的焊接接點的可靠性。
[0028]其次，如果承載信號的導線被保持得較短，則測試處理更加精確。理想的測試探針布置具有短的信號路徑。
[0029]第三，出于環(huán)境原因，現(xiàn)今通常用于BGA端子的焊料主要是錫?；阱a的焊料合金可能會在外表面上產生導電性很差的氧化物膜。早前的焊料合金包括大量鉛，其不會形成氧化物膜。測試探針必須能夠穿透所存在的氧化物膜。
[0030]在本領域內當前已知并使用的BGA測試接觸件采用由多個零件構成的彈簧探針，其包括彈簧、主體以及頂部和底部插棒。
[0031]2003 年 10 月 16 日公開的標題為“Method of making an electronic contact (用于進行電子接觸的方法)”的美國專利申請N0.US 2003/0192181A1示出了配備有以規(guī)則模式布置的不平整的微電子接觸件，比如柔性片狀懸臂接觸件。每一處不平整在其遠離接觸件表面的尖部都有尖銳特征。隨著配對的微電子元件與接觸件接合，掃滑動作使得所述不平整的尖銳特征刮擦配對元件，從而提供有效的電互連，并且可選地在激活粘接材料之后在接觸件與配對元件之間提供有效的冶金粘接。

【發(fā)明內容】

[0032]以下摘要用于幫助讀者理解本發(fā)明的一些基本概念，而不是用于限制發(fā)明的范圍。
[0033]其他概念在下文中公開。一種用于測試集成電路(1C)的測試系統(tǒng)，包括以下任何或全部的元件:
[0034]a.上探針引導板，其具有間隔開的上孔的陣列，所述上孔用于接納測試探針；
[0035]b.下探針引導板，其具有與所述上孔的陣列類似的間隔開的下孔的陣列，所述下孔與所述上引導件的上孔共線對準或所述下孔接納測試探針；
[0036]c.彈性體塊，