用于將測試頭與外圍設(shè)備對接的方法與設(shè)備的制造方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本發(fā)明要求于2013年9月30日提交的標(biāo)題為"用于將測試頭與外圍設(shè)備對接的方 法與設(shè)備"的美國臨時申請No.61/884,345的優(yōu)先權(quán)，該美國臨時申請的內(nèi)容被通過參引全 部結(jié)合到本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明設(shè)及測試集成電路或電子裝置，并且更為具體地設(shè)及將測試頭與外圍設(shè)備 對接。
【背景技術(shù)】
[0004] 在集成電路(1C)及其它電子裝置的制造中，在整個過程中一個或多個階段用自動 測試裝置(ATE)來執(zhí)行測試。使用將待測試的裝置放置在用于測試的位置中的特定處理設(shè) 備。在一些情況下，該特定處理設(shè)備也可使待測試裝置達到適當(dāng)溫度和/或在待測試裝置正 被測試時使其維持于該適當(dāng)溫度。該特定處理設(shè)備具有多種類型，運多種類型包括例如用 于測試晶圓上的未封裝的裝置的"探測器"和用于測試已封裝零件的"裝置處理器"；本文 中，術(shù)語"處理設(shè)備"或"外圍設(shè)備"將用于指代所有類型的運種設(shè)備。電子測試本身由包括 測試頭的大型且昂貴的ATE系統(tǒng)提供，該測試頭需要連接到該處理設(shè)備且與該處理設(shè)備對 接。該受測裝置(DUT)需要用于有效測試的精密的高速信號；因此，ATE內(nèi)的用于測試DUT的 "測試電子設(shè)備"通常位于該測試頭中，該測試頭必須W盡可能接近DUT的方式定位。隨著電 連接的數(shù)目增加，DUT正持續(xù)地變得日益復(fù)雜。此外，對于測試系統(tǒng)生產(chǎn)量的經(jīng)濟需求已導(dǎo) 致并行地測試多個裝置的系統(tǒng)。
[0005] 運些要求已使測試頭和外圍設(shè)備之間的電連接的數(shù)目達到數(shù)千并且測試頭的尺 寸和重量已相應(yīng)地增長。目前，測試頭的重量可從數(shù)百磅到高達兩千或Ξ千磅。該測試頭通 常被借助于纜線連接到ATE的固定主機，該纜線提供了用于信號、接地、和電力的傳導(dǎo)路徑。 另外，測試頭會需要借助于柔性管向其供應(yīng)的液態(tài)冷卻劑，該柔性管經(jīng)常被捆束在該纜線 內(nèi)。另外，某些現(xiàn)代測試頭由通過柔性導(dǎo)管吹入的空氣或由液態(tài)冷卻劑和空氣的組合進行 冷卻。在過去，測試系統(tǒng)通常包括容置供電儀器、控制計算機等的主機。電纜線將主機電子 設(shè)備聯(lián)接到被包含在測試頭中的"引腳電子元器件"。主機和測試頭之間的布線增加了將測 試頭精確且可重復(fù)地操控到預(yù)期位置的難度。幾種現(xiàn)代系統(tǒng)現(xiàn)在實際上將所有的電子設(shè)備 均放置在可移動測試頭中，而主機可仍被用于容置冷卻設(shè)備、電源等。由此，待配合的電觸 點的增加的數(shù)目和空間密度與該測試頭及其纜線的增大的尺寸和重量相結(jié)合使得更難W 相對于外圍設(shè)備準(zhǔn)確且可重復(fù)地定位測試頭。
[0006] 在單獨地或多個并行地測試復(fù)雜裝置時，必須在該測試頭與一個或多個DUT之間 建立數(shù)百或數(shù)千個電連接。運些連接通常用精密的密集間隔開的觸點來實現(xiàn)。在測試晶圓 上的未封裝裝置時，通常用安裝在探測器卡上的針狀探測器來實現(xiàn)到一個或多個DUT的實 際連接。在測試已封裝裝置時，通常使用安裝在"DUT插座板"上的一個或多個測試插座。在 本文中，術(shù)語"DUT適配器"將用于指代保持住與一個或多個DUT進行實際電連接的一個或多 個零件的單元。該DUT適配器必須被相對于外圍設(shè)備精確且可重復(fù)地定位，W便可將多個 DUT中的每一個依次放置到用于測試的適當(dāng)位置中。
[0007] 可根據(jù)如何保持住該DUT適配器對測試系統(tǒng)進行分類。目前，在許多系統(tǒng)中，該DUT 適配器被適當(dāng)?shù)毓潭ǖ教幚碓O(shè)備，該處理設(shè)備通常包括用于幫助準(zhǔn)確地定位該DUT適配器 的基準(zhǔn)特征。在本文中，運些系統(tǒng)將被稱之為"外圍設(shè)備安裝式DUT適配器"系統(tǒng)。在其它系 統(tǒng)中，該DUT適配器被附接到該測試頭并且被通過適當(dāng)?shù)囟ㄎ唬?，對?該測試頭來相對于 該處理設(shè)備定位。運些后面的系統(tǒng)將被稱之為"測試頭安裝式DUT適配器"系統(tǒng)。存在兩個可 能子類別的測試頭安裝式DUT適配器系統(tǒng)。在第一子類別中，在定位或?qū)釉摐y試頭之前定 位一個或多個DUT。由此，定位該測試頭的動作使該連接元件與DUT電接觸。該布置可適用于 晶圓級測試，其中，該外圍設(shè)備首先定位晶圓并且隨后相對于該晶圓定位該測試頭和DUT適 配器（運里為被構(gòu)造成探測晶圓上的許多或全部裝置的探測器卡），使得針狀探測器接觸 DUT。在第二子類別中，首先定位或?qū)釉摐y試頭和DUT適配器，并且隨后在將DUT適配器保 持在適當(dāng)位置中的同時，該外圍設(shè)備將DUT依次移動到用于測試的適當(dāng)位置中。
[0008] 需要注意的是，DUT適配器也必須提供測試頭可與之進行對應(yīng)的電連接的連接點 或接觸元件。運組連接點將被稱之為DUT適配器電接口。另外，該測試頭通常配備有電接口 單元，該電接口單元包括用W實現(xiàn)與DUT適配器電接口連接的接觸元件。通常，該測試頭接 口接觸元件為彈黃負(fù)載式的"彈黃銷(pogo pin)"，并且接收接觸元件的DUT適配器為導(dǎo)電 著陸墊。然而，其它類型的連接裝置可被例如結(jié)合用于射頻(RF)信號和/或臨界模擬信號。 在一些系統(tǒng)中，運種其它類型的連接器W與彈黃銷相結(jié)合的方式使用。壓縮數(shù)百或數(shù)千個 彈黃銷和/或配合其它類型的觸點所需的累積力會變得非常高。運會是令人不快的，運是因 為使觸點相連接所需的力可能是不合理的并且放置在該DUT適配器上的力會導(dǎo)致不期望的 偏轉(zhuǎn)。因此，諸如零插拔力技術(shù)之類的替代連接技術(shù)已經(jīng)處于研發(fā)中。例如，美國專利No.6， 833,696(轉(zhuǎn)讓給Xandex公司）公開了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)使電觸點形成在基板上，該基板結(jié)合 有使對應(yīng)觸點接合而并不將不適當(dāng)?shù)牧ψ饔迷谔綔y器卡或DUT板上。進一步預(yù)料到的是，在 未來，微型電磁機(MEM)技術(shù)可被用于在制造探測器卡時形成電觸點作為其當(dāng)前使用的延 伸。總之，觸點是非常易碎且精密的，并且它們必須受到保護W免于受損。
[0009] 在概述(將進一步提供更為詳細(xì)的描述）中，對接為相對于該外圍設(shè)備操縱該測試 頭到適當(dāng)位置用于測試的過程。在外圍設(shè)備安裝式DUT適配器系統(tǒng)中，對接包括使測試頭接 口單元的接觸元件與DUT適配器上的它們相應(yīng)的連接元件適當(dāng)且精確地結(jié)合。在運些系統(tǒng) 中，精密且易碎的測試頭接口觸點在定位和對接過程中必須被提供保護。然而，在測試頭安 裝式DUT適配器系統(tǒng)中，對接的目標(biāo)是相對于外圍設(shè)備和/或DUT精確地設(shè)置合定位DUT適配 器。在測試頭安裝式DUT適配器系統(tǒng)中也需要注意的是，當(dāng)將DUT適配器附接到測試頭時，實 現(xiàn)測試頭接口接觸元件與DUT適配器連接元件的結(jié)合，并且由此保護接觸元件。然而，探測 器卡的非常精密的針狀探測器或該易碎的精確制造的測試插座在定位和對接過程中被暴 露出來，并且運些元件也需要保護。
[0010] 測試頭操控器可被用于相對于該處理設(shè)備操縱該測試頭。運種操縱可在約一米或 更大的相對大的距離上進行。該目的是能夠在處理設(shè)備之間迅速改變或使測試頭移動遠離 當(dāng)前的處理設(shè)備用于服務(wù)和/或用于改變接口部件。當(dāng)（如上文所略述的那樣）該測試頭被 相對于該處理設(shè)備保持在適當(dāng)位置中，使得已實現(xiàn)了測試頭和DUT適配器之間的所有連接 和/或DUT適配器處于其適當(dāng)位置中時，該測試頭被稱之為％接"到該處理設(shè)備。為了使成 功對接發(fā)生，必須在六個自由度中相對于笛卡爾坐標(biāo)系精確地定位該測試頭。最為經(jīng)常地， 一種測試頭操控器被用于操縱該測試頭成在對接位置的大致幾厘米的范圍內(nèi)粗對準(zhǔn)的第 一位置，并且"對接設(shè)備"隨后被用于實現(xiàn)最終精確定位。
[0011]通常，該對接設(shè)備的一部分被設(shè)置在該測試頭上并且該對接設(shè)備的其余部分被設(shè) 置在該處理設(shè)備上。由于一個測試頭可服務(wù)多個處理設(shè)備，因此通常優(yōu)選的是，將對接設(shè)備 的更為昂貴的部分放置在該測試頭上。該對接設(shè)備可包括將對接件的兩個節(jié)段牽拉在一 起，由此對接該測試頭的致動器機構(gòu);運被稱之為"致動器驅(qū)動的"對接。該對接設(shè)備或％ 接件"具有多個重要功能，運多個重要功能包括：（1)測試頭與處理設(shè)備的對準(zhǔn)，該對準(zhǔn)包括 電觸點的精確對準(zhǔn)，（2)將測試頭和處理設(shè)備拉在一起并且稍后使測試頭和處理設(shè)備分離 (即，脫離對接）的足夠的機械優(yōu)點和/或致動器功率，（3)在對接和脫離對接操作過程中為 電觸點提供預(yù)對準(zhǔn)保護，W及(4)將測試頭與處理設(shè)備円鎖或保持在一起。
[001^ 根據(jù)英泰斯特（inTEST巧冊（1996年第5版◎，英泰斯特公司），"ii試頭定位"指的 是測試頭向處理設(shè)備的容易移動，該移動與成功對接和脫離對接所需的與該處理設(shè)備的精 確對準(zhǔn)相結(jié)合。測試頭操控器也可被稱之為測試頭定位器。與適當(dāng)?shù)膶友b置相結(jié)合的測 試頭操控器執(zhí)行測試頭定位。該技術(shù)例如在上述英泰斯特手冊中予W描述。該技術(shù)也在多 個專利公開文獻中予W描述，運多個專利公開文獻例如為包括美國專利No. 7，728,579、 N0.7,554,321、N0.7,276,894、N0.7,245，118、N0.5,931，048、N0.5,608,3：M、N0.5,450， 766、齡.5,030,869、齡.4,893,074、齡.4,715,574和齡.4,589,815^及諸如胖005015245八2 和W008103328A1之類的WIP0公開文獻的部分列表，運些專利針對其在測試頭定位系統(tǒng)的領(lǐng) 域中的教導(dǎo)被全部通過參引結(jié)合于此。上述專利及公開文獻主要設(shè)及致動器驅(qū)動的對接。 測試頭定位系統(tǒng)也是眾所周知的，其中，單個設(shè)備提供了對于測試頭的相對大距離的操縱 和最終精確對接。例如，授予霍爾特等人的美國專利No. 6，057，695和授予格雷厄姆等人的 美國專利No. 5，900，737和No. 5，600，258(其均通過參引結(jié)合于此)描述了 一種定位系統(tǒng)，其 中，對接為"操控器驅(qū)動的"而非致動器驅(qū)動的。
[0013] 如先前所述，測試頭對接的目的是相對于外圍設(shè)備適當(dāng)?shù)囟ㄎ缓驮O(shè)置該測試頭。 外圍設(shè)備通常包括諸如限定"外圍設(shè)備對接平面"的安裝表面之類的特征。連接到該DUT(并 且因此連接到DUT適配器、DUT插座板或探測器卡）的電觸點必須位于與該外圍設(shè)備對接平 面平行的平面中。為了便于對接，安裝在該外圍設(shè)備上的對接設(shè)備通常位于附接到該外圍 設(shè)備，使得其外表面平行于該外圍設(shè)備對接平面的平坦金屬板。該外圍設(shè)備同樣可包括諸 如精確定位的銷或插孔之類的其它基準(zhǔn)特征，W使得能夠適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉揇UT適配器。
[0014] 同樣，"測試頭對接平面"可與該測試頭相關(guān)聯(lián)。該測試頭接口接觸元件通常被配 置在平行于該測試頭對接平面的平面中。笛卡爾坐標(biāo)系可與測試頭或外圍設(shè)備對接平面相 關(guān)聯(lián)，使得X軸和Y軸位于平行于該對接平面的平面中且Z軸垂直于該對接平面。Z方向上的 距離可被稱之為高度。需要注意的是，可存在不止一組測試頭接口接觸元件，其中每組的平 面均相對于該對接平面處于不同的高度處。在本文獻的其余部分中，在它指代該外圍設(shè)備 對接平面時，在不具有修飾成分的情況下使用術(shù)語"對接平面"。
[0015] 當(dāng)被適當(dāng)?shù)貙訒r，測試頭對接平面基本平行于該外圍設(shè)備對接平面。實現(xiàn)該關(guān) 系的過程經(jīng)常被稱之為平面化并且該結(jié)果可被稱之為"對接平面度"。同樣，當(dāng)被適當(dāng)?shù)貙?接時，測試頭與該外圍設(shè)備相距預(yù)定優(yōu)選的"對接距離"。獲得對接平面度和對接距離需要 該測試頭的Ξ個運動自由度，即：圍繞平行于與測試頭對接平面相關(guān)聯(lián)的X軸和Y軸的兩條 軸線的旋轉(zhuǎn)W及沿Z軸的線性運動。最后，當(dāng)被適當(dāng)?shù)貙訒r，運兩個對接平面將在對應(yīng)于X 方向和Y方向的其余Ξ個自由度中W及相對于圍繞平行于Z軸的軸線的旋轉(zhuǎn)對準(zhǔn)。
[0016] 在常規(guī)致動器驅(qū)動的定位系統(tǒng)中，操作者控制該操控器的移動W便將該測試頭從 一個位置操縱到另一位置。運可通過該操作者將力直接施加在下列系統(tǒng)中的測試頭上手動 地實現(xiàn)，在運些系統(tǒng)中，該測試頭在其運動軸中被完全地平衡，或者運可通過使用由操作者 直接控制的致動器來實現(xiàn)。在幾種現(xiàn)代系統(tǒng)中，該測試頭在一些軸中由直接手動力的組合 來操縱并且在其它軸中由致動器來操縱。
[0017] 為了將測試頭與處理設(shè)備對接，操作者必須首先將該測試頭