专利名称：用于具有半导体集成电子装置用的垂直探针的测试头的接触探针的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于具有垂直探针的测试头的接触探针，所述垂直 探针可有效测试包括多个所谓的接触片的多个半导体集成电子装置。更具体地说，本发明涉及一种用于这样一种类型的测试头的接触探 针，在这样测试头中，多个探针插入在相应的板状保持件或板片中形成 的导孔内，该探针包括在一端配备有至少一个触头的杆状主体，该触头 可有效确保与待测试的集成电子装置的对应接触片的机械接触和电接 触。本发明还涉及一种用于获得该接触探针、以及包括多个所述探针的 测试头的方法。本发明具体但不排它地涉及一种测试头，该测试头具有垂直探针以 测试半导体集成电子装置，下面仅为了方便说明而参照该应用领域进行 描述。
背景技术：
如所公知的那样，测试头实质上是这样一种装置，其可用于将半导 体集成电子装置的多个接触片与对该半导体集成电子装置进行测试的测 试仪的对应通道电连接。在集成电子装置上进行的测试提供对已经在制造步骤中出现的残次 装置进行的检测和隔离。因此在切割集成于半导体晶片或硅晶片上的电 子装置并将它们组装在芯片封装内之前，通常这样使用测试头对所述电 子装置进行电测试。具有垂直探针的测试头包括至少一对彼此分开定位从而保持气隙的 平行板或板状保持件，以及多个适当的移动接触元件。
在相关技术领域和以下描述中称为板片(die)的各个板配备有相应的多个贯通导孔，板的每个孔与另一板的孔对应，其中，各接触元件或 接触探针(如所述元件在以下描述和之后的权利要求中被指称的)被滑 动接合和引导。接触探针通常包括由电性能和机械性能良好的特种合金 制成的导线。通过将各个接触探针推压到相应的接触片上，使移动接触探针在两 个板片之间的气隙中弹性弯曲，从而确保测试头的探针与待测试的集成 电子装置的接触片之间的良好电连接。这些测试头通常用英语术语称为"垂直探针"。实际上，公知的测试头具有探针在其中发生弯曲的气隙，通过探针 自身或其板片的适宜构造而有助于该弯曲，如图1示意性示出的那样。在该图1中，测试头1至少包括上板片2和下板片3，上板片2和 下板片3具有供接触探针6滑动接合的相应上贯通导孔4和下贯通导孔5。接触探针6至少具有触端或触头7。具体地说，触头7与待测试的集 成电子装置的接触片8机械接触，同时所述集成电子装置与测试设备(未 示出)电接触，该测试头是所述测试设备的终端元件。上板片2和下板片3间隔开气隙9，从而允许接触探针6在测试头 正常操作期间，即在该测试头与待测试的集成电子装置接触时发生变形 或倾斜。而且，上导孔4和下导孔5的尺寸定为引导接触探针6。图1表示测试头1，该测试头1具有未阻挡的探针(即，能够在相 应的上导孔4和下导孔5中滑动)，所述探针与用标记10示意性地表示 的微接触条或空间变换器(spacetransformer)相关联。在这种情况下，接触探针6具有朝向空间变换器10的多个接触片11 的另一触头，与待测试的集成电子装置的接触类似，通过将探针6推压 到空间变换器10的接触片11上而确保探针与空间变换器10之间的良好 电接触。具体地说，根据称为Cobra的技术，接触片6具有预变形的构造， 其中，如图2示意性示出的那样，在与空间变换器10的接触片11接触 的端部和在待测试的集成电子装置的接触片8上的触头7之间有着偏移 d。该预变形构造有利于探针6在其操作期间(即在与待测试的集成电 子装置接触期间)正确弯曲，而且在测试头1不与待测试的集成电子装 置接触的情况下也是如此。另外，在上板片2与下板片3之间插设有通常用聚酰亚胺制造的薄 柔性绝缘材料膜12，其能够在组装步骤期间将接触探针6的上端保持在 适当位置。具体地说，根据Cobra技术实现的测试头1的组装步骤特别精密。 其包括以下步骤—如图3示意性所示，将每个接触探针6从触头7的对应侧插入到 下板片3中的孔内；一如图4示意性所示，将接触探针6的另一端轻轻推入适当钻孔了 的柔性材料膜12内，使其被该材料膜12保持而没有从该材料膜12脱出 的风险，以及一一旦如上所述将所有接触探针6插入柔性材料膜12，就施加上板 片2，利用良好的技术将所有的接触探针6定心在上板片2中实现的对应 孔内，如图5示意性所示。根据Cobra技术实现的探针所要求的该组装方式耗时很长，而且存 在可能发生探针变形的风险，并且直到通过上板片2进行锁定时都很不 稳定。另外，在测试头1的正常操作期间，在柔性材料膜12与接触探针6 之间存在机械干涉的风险，这是因为该膜12结束其在组装步骤期间将探 针6的端部保持在适当位置的任务后，仍然保持夹在测试头1内，从而 主要对具有大量密布探针的大尺寸测试头而言，该膜12会给探针自身的 滑动带来严重问题。还公知的是通过利用所谓的"移位板"技术来实现测试头，如图6 示意性所示，这里用相同的附图标记表示结构和功能与图1的测试头1 相同的元件。在这种情况下，接触探针6没有预成形，而是以笔直的形式实现，
其具有在其整个长度上都相等的圆形截面，而在端部处基本是尖的。为了实现接触探针6的正确操作，上板片2和下板片3彼此适当移位，以允许探针6优选沿相同方向弯曲。根据移位板技术实现的测试头中的探针6的组装非常简单迅速，并 且不需要使用任何柔性材料膜。具体地说，将上板片2与下板片3对准 从而也将对应的导孔4和5对准，然后将接触探针6插入导孔4和5，在 其间将板片移位适当的量然后将板片挡在适当位置就足够了。然而，该技术也有一些缺点，具体是一难以将接触探针6保持在它们的壳体内，即保持在板片导孔内。 实际上，尽管上板片2与下板片3之间的相对移位引起接触探针6与对 应的导孔4和5之间的摩擦，但该摩擦并不总是足以将探针保持在适当 位置。具体地说，在测试头1的维护和清洁操作期间，接触探针6脱出的 风险高得多，这些操作通常是通过鼓风或超声波进行的，并因而在接触 探针6上产生机械应力，会促进接触探针6从导孔脱出。一由于制造接触探针6的导线的圆形截面的原因，从而测试头1的 两个相邻探针之间的距离有限。具体地说，在测试头在两个相邻探针之间、并因而在待测试的集成 电子装置的两个接触片的中心之间存在固有的距离限制，在本领域中公 知为英文术语"间距"。具体地说，最小的"间距"值取决于探针的几何 构造和尺寸。为了避免相邻探针之间的接触，测试头1必须满足以下关系P>0F+G1 射P是待测试装置的间距值，SP，两个相邻接触片的中心之间的距离； 0F是接触探针6的直径；且Gl是两个相邻接触探针6之间的安全距离。 条件Gl-O，即安全距离为零，对应于探针相碰撞。 在圆形探针的情况下，如图7示意性所示，最小间距P1由与导孔直
径对应的探针直径0F加上将两个相邻孔分开的壁的厚度Gl给出。当前市场需求推动着设计越来越致密的装置，并因而需要具有数量越来越大的接触探针的测试头来测试这些装置，这样，探针之间保持最小距离间距值的要求与当前市场需求相矛盾。本发明所基于的技术问题在于提供这样一种接触探针，其具有有效减小待测试装置所需的最小间距、同时减小接触探针从导孔脱出的风险的构造。发明内容本发明所基于的方案构思在于提供一种截面不恒定的接触探针，其 使得能方便地接近探针，并且同时确保了减小探针从导孔退出的风险。基于该方案构思，通过如上所述并且在权利要求1的特征部分中限 定的接触探针解决了所述技术问题。而且通过如上所述并且在权利要求7的特征部分中限定的测试头解 决了所述技术问题。而且通过在权利要求15的特征部分中限定的用于获得接触探针的 方法解决了所述技术问题。从以下参照附图仅以非限定性实施例的方式给出的对本发明实施方 式的描述将清楚根据本发明的接触探针和测试头的特征和优点。
附图中图1示意性地表示根据现有技术的测试头的第一实施方式； 图2是图1的测试头的示意图；图3至图5示意性地表示图1的测试头的组装操作； 图6示意性地表示图1的测试头的可选实施方式； 图7示意性地表示图6的测试头的重要尺寸；图8A至图8D示意性地表示根据本发明的接触探针的第一实施方式；
图9A至图9D示意性地表示根据本发明的接触探针的第二实施方式；图IOA至图IOD示意性地表示根据本发明的接触探针的第三实施方式；图IIA和图IIB示意性地表示根据本发明的测试头的细节； 图12A和图12B示意性地表示根据现有技术和根据本发明的测试头 的构造；图13A和图13B示意性地表示处于不同组装步骤中的根据本发明的 湖!j试头。
具体实施方式
参照这些附图尤其是图8A至图8D，用20表示根据本发明的接触探针。接触探针20具有杆状主体21，杆状主体21配备有至少一个触端或 触头22。具体地说，如参照现有技术所看出的那样，触头22与待测试的 集成电子装置的接触片机械接触，同时所述集成电子装置与测试设备(未 示出)电接触，该测试头是所述测试设备的终端元件。而且，例如在供具有未阻挡探针的测试头用的探针的情况下，接触 探针20与微接触条或空间变换器相关地具有朝向该空间变换器(space transformer)的多个接触片的第二触头23。根据本发明有利的是，接触探针20的杆状主体21相对于其主延展 线LL而言具有不均匀的截面。具体地说，接触探针20的杆状主体21具有至少第一部分21A和第 二部分21B，它们具有轮廓不同的截面S1和S2，如在图8B中以放大比 例示出的那样。根据本发明有利的是，第一截面Sl至少有一尺寸比第二截面S2的 对应尺寸大，以防止接触探针20从板片中形成的导孔脱出，这在下面将 更好地看到。具体地说，从图8B可注意到，部分21A的第一截面S1的纵向尺寸 XI比第二截面S1的对应纵向尺寸X2大(X1>X2)。而且，第一截面S1 的纵向尺寸Y1比第二截面S2的对应纵向尺寸Y2小(YKY2)。还可以考虑如图8C和图8D所示的接触探针20，其中，与图8A和 图8B所示的探针相对偶地，触头附近的部分21B的第一截面Sl的纵向 尺寸X1比第二截面S2的对应纵向尺寸X2小(XKX2)，并且纵向尺寸 Yl比第二截面S2的对应纵向尺寸Y2大(Y1>Y2)。根据本发明有利的是，可以基于从借助圆形截面导线以传统方式形 成的探针而获得截面不均匀的接触探针20。该圆形截面导线与接触探针 20的杆状主体21的部分21A和21B相对应地压平为两个不同厚度，从 而获得接触探针20，其具有带圆角边缘的大致呈矩形的第一截面Sl和第 二截面S2。还可以仅与杆状主体21的部分21A或21B中的一个部分相对应地 将导线压平，例如与第一部分21A相对应地将导线压平，从而获得带圆 角边缘的第一矩形截面Sl,以及第二圆形截面S2，如图9A和图9B示 意性示出的那样。同样可以仅与部分21B相对应地将导线压平，从而获 得第一圆形截面Sl和带圆角边缘的第二矩形截面S2，如图9C和图9D 示意性示出的那样。同样可以基于具有矩形截面并将其一部分压平的探针获得根据本发 明的截面不均匀的接触探针20，从而获得具有矩形的第一截面Sl和第二 截面S2的接触探针20，如图IOA和图10B以及图IOC和图10D示意性 示出的那样。具体地说，接触探针20的与朝向空间变换器的触头23相对应的截 面具有这样的轮廓，该轮廓至少具有一尺寸比与朝向待测试装置的触头 22相对应的接触探针20截面的轮廓的对应尺寸大。实际上，如图10B所示，第一截面Sl的横向尺寸XI比第二截面 S2的横向尺寸X2大，并且如图10D所示，第一截面S1的纵向尺寸Y1 比第二截面S2的纵向尺寸Y2大。更一般地说，根据本发明的接触探针20具有利用几种当前可用的技 术而获得的两个以上的形状任意但相互不同的截面。
在本发明的优选实施方式中，接触探针20利用包括以下步骤的方法 获得一提供可有效实现接触探针20的杆状主体21的导线；以及一与至少一部分21A或21B相对应地使该导线变形(例如通过压平)，从而在该部分中获得轮廓与导线截面轮廓不同的截面，因此获得截面不均匀的接触探针20。而且，根据本发明的方法可包括将接触探针20的杆状主体21的其 它部分压平的步骤。根据本发明有利的是，截面不均匀的接触探针20可以解决与探针脱 出(这影响公知的移位板垂直技术)相关的问题。实际上，如参照现有技术看到的那样，根据该移位板技术，通常提 供具有在上下板片中形成的圆形导孔的接触探针。因此，这些导孔不能 确保接触探针被保持在测试头中。探针易于滑出相应的导孔，特别是在 通常借助于鼓风或通过超声波利用液体溶液清洁而进行的清洁操作期间 更是如此。根据本发明有利的是，截面不均匀的接触探针20与在测试头的上板 片24与下板片25之间具有不同轮廓的适当孔相关，如图IIA和IIB示 意性示出的那样。具体地说，下板片25的孔具有截面SF2，截面SF2的 轮廓与接触探针20的第二部分21B的第二截面S2的轮廓基本对应，而 上板片24的孔具有截面SF1，截面SF1的轮廓与接触探针20的部分21A 和21B的截面Sl和S2的轮廓的结合(union)对应。这样，确保了接触探针20被保持在包括这些板片和多个接触探针 20的测试头的板片中。实际上，每个接触探针20都由于下板片25的孔 而不能运动，所述孔的截面至少有一尺寸比接触探针20的至少一个部分 21A的截面的对应尺寸小。换言之，这样获得的测试头具有接触探针20的优选脱出方向，具体 是从下板片25朝向上板片24脱出，下板片24的导孔防止了沿相反方向 的任何运动，所述导孔适宜地成形并且具有至少一个尺寸比探针部分21A 的截面轮廓的对应尺寸小。
这样获得了更加可靠的测试头，使得可以进行防止接触探针20从测 试头自身退出的洗涤和清洁。为此，使用向着接触探针不能退出的下板片25推动接触探针20的气流就足够了，或者通过借助于适宜的盖阻挡探针从上板片脱出，可以在没有探针沿两个方向中的任何方向脱出的任 何风险的情况下进行洗涤和清洁。根据本发明有利的是，截面不均匀的接触探针20还可以解决与包括它们的测试头的组装相关的问题。具体地说，将上板片24和下板片24以及对应的导孔重叠并且仅通 过从上板片24朝向下板片25开始将接触探针20插入重叠了的导孔中就 足够了。因此使上下板片隔开，允许接触探针20在上板片24的导孔中滑动 就足够了。在上板片24和下板片25相互间移位的情况下对处于隔开位置的上 下板片进行阻挡，或者在阻挡板片之前在它们之间插入隔片26，这样就 完成了根据本发明的测试头组装。可以直接看出，该组装技术比在现有技术，例如Cobra技术中使用 的组装技术更快并且更安全。实践中，对包括多个截面不均匀的接触探针20的测试头进行的所述 组装不仅更简单更可靠，而且还大大减少了执行时间。最后，根据本发明有利的是，截面不均匀的接触探针20可以解决与 待测试装置所需要的最小间距相关的问题。如先前从现有技术可以看出的那样，待测试装置的最小间距值受到 一实际情况的限制，即，实现接触探针的导线的截面为圆形。事实上， 在根据现有技术实现的接触探针的情况下，最小间距值由导孔的直径加 上两个相邻孔之间的分隔壁的厚度Gl给出，如图12A中示意性示出的 那样。根据本发明有利的是，截面不均匀的接触探针20可以使最小间距减 小，减小的量与在接触探针20的杆状主体21的截面Sl与S2之间的截 面的减小量相等，如图12B中示意性示出的那样。
图13A和图13B以实施例的方式表示在移位板技术中实现并包括多 个根据本发明的接触探针20的测试头30。
具体地说，当在上板片24与下板片25之间组装接触探针20之后， 使这些板片移位以允许探针弯曲，如13A中通过箭头F示意性示出的那 样。这样，接触探针20具有优选的弯曲方向。
而且，可以设置高度可变的隔片26 (有时表示为壳体或隔片)，从 而可正确地调节在弯曲步骤中的力，如图13B中示意性示出的那样。
在根据本发明的测试头的优选实施方式中，板片，具体是至少下板 片25包括很长的导孔。这些导孔可通过增大板片本身的厚度获得，或者 以更简单的方式通过使用彼此重叠的两个以上的薄板片，或者还可通过 使用分开定位的两个非常薄(从而很容易钻孔)的板片获得。因此可以 获得彼此间基本对准的长导孔。
在移位板技术的情况下，为了帮助接触探针20沿优选方向弯曲，还 可以使用通过偏移钻孔获得的导孔。而且在该情况下，导孔可通过使用 彼此重叠或分开定位的两个以上的板片获得，其中孔彼此间略微偏移地 钻取。
总之，根据本发明有利的是，截面不均匀的接触探针20可以解决以 下问题
一参照公知的移位板垂直技术所看到的探针脱出的问题； 一参照公知的"Cobra"技术所看到的组装的问题； 一可以实现最小的间距和良好的电接触。
权利要求
1.一种用于测试头的接触探针(20)，所述测试头是这样一种类型的测试头，在该测试头中，多个所述探针插入在相应的板状保持件或板片中形成的导孔内，所述探针包括在一端配备有至少一个触头(22)的杆状主体(21)，该触头(22)可有效确保与待测试的集成电子装置的对应接触片的机械接触和电接触，所述接触探针(20)的特征在于，所述杆状主体(21)具有不均匀的截面。
2. 根据权利要求1所述的接触探针(20)，其特征在于，所述杆状 主体(21)具有第一部分(21A)和第二部分(21B)，所述第一部分(21A) 和所述第二部分(21B)具有轮廓不同的第一截面(Sl )和第二截面(S2)。
3. 根据权利要求2所述的接触探针(20)，其特征在于，所述第一 截面(Sl)至少有一尺寸大于所述第二截面(S2)的对应尺寸。
4. 根据权利要求2所述的接触探针(20)，其特征在于，所述第一 截面(SO和所述第二截面(S2)为带有圆角边缘的矩形。
5. 根据权利要求2所述的接触探针(20)，其特征在于，所述第一 截面(Sl)为圆形，所述第二截面(S2)为带有圆角边缘的矩形。
6. 根据权利要求2所述的接触探针(20)，其特征在于，所述第一 截面(Sl)和所述第二截面(S2)为矩形。
7. —种测试头(30)，该测试头(30)是这样一种类型的测试头， 即该测试头(30)包括插入在上板片(24)和下板片(25)中形成的导 孔内的多个接触探针，所述测试头(30)的特征在于，所述接触探针(20) 是根据权利要求1至6中任一项形成的。
8. 根据权利要求7所述的测试头(30)，其特征在于，所述下板片 (25)具有截面孔(SF2)，所述截面孔(SF2)的轮廓与所述接触探针(20)的截面(S2)的轮廓基本对应。
9. 根据权利要求7所述的测试头(30)，其特征在于，所述上板片 (24)具有截面孔(SF1)，所述截面孔(SF1)的轮廓与所述接触探针(20)的不同截面的轮廓的结合对应。
10. 根据权利要求9所述的测试头(30)，其特征在于，所述孔的所述截面(SF1)的所述轮廓由带有圆角边缘的两个矩形轮廓的结合给出。
11. 根据权利要求9所述的测试头(30)，其特征在于，所述孔的所 述截面(SF1)的所述轮廓由圆形轮廓和带有圆角边缘的矩形轮廓的结合 给出。
12. 根据权利要求9所述的测试头(30)，其特征在于，所述孔的所 述截面(SF1)的所述轮廓由两个矩形轮廓的结合给出。
13. 根据权利要求7所述的测试头(30)，其特征在于，所述上板片 (24)和所述下板片(25)彼此适宜地错开。
14. 根据权利要求7所述的测试头(30)，其特征在于，该测试头(30) 包括在所述上板片(24)与所述下板片(25)之间的隔片(26)。
15. —种用于获得截面不均匀的接触探针(20)的方法，该方法包 括以下步骤一提供可有效实现所述接触探针(20)的杆状主体(21)的具有预 定轮廓截面的导线；并且一使所述导线与所述杆状主体(21)的至少一部分(21A， 21B)相 对应地变形，从而获得轮廓相对于所述导线的所述预定轮廓不同的截面。
16. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述变形步骤包括 将所述导线的至少一部分压平的步骤。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述导线的其它部分上进行所述压平步骤。
18. 根据权利要求7所述的测试头(30)，其特征在于，所述板片(24， 25)具有长孔。
19. 根据权利要求18所述的测试头(30)，其特征在于，通过重叠 多个薄板片或者通过彼此间适宜地间隔开的一对薄板片而使所述板片(24， 25)形成为具有增大的厚度。
20. 根据权利要求19所述的测试头(30)，其特征在于，所述板片 (24， 25)具有彼此错开的导孔。
全文摘要
本发明涉及一种用于具有半导体集成电子装置用的垂直探针的测试头的接触探针。描述了一种用于测试头的接触探针(20)，在这种类型的测试头中，多个所述探针插入在相应板片中形成的导孔内，所述探针包括在一端配备有至少一个触头(22)的杆状主体(21)，该触头可有效确保与待测试的集成电子装置的对应接触片的机械接触和电接触。有利的是，所述杆状主体(21)具有不均匀的截面。另外，描述了一种测试头和一种用于获得根据本发明的接触探针的方法。
文档编号G01R1/067GK101160531SQ200580049441
公开日2008年4月9日 申请日期2005年4月12日 优先权日2005年4月12日
发明者斯特法诺·费利奇, 朱塞帕·克里帕 申请人:科技探索有限公司