专利名称：接合器、以及使用其的半导体测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将同轴连接器彼此机械连接的接合器。特别涉及用于通过同轴连接器将探针卡连接到测试头上的接合器，以及使用该接合器的半导体测试装置。
背景技术：
半导体测试装置是如下装置使探针卡的探针或者薄膜探针等接触式探针与形成于晶片上的多个半导体器件的电极垫片相接触，施加来自测试头的试验信号并对来自半导体器件的输出信号进行检测，从而进行半导体器件的检查。
近年来，随着作为测试对象的半导体器件的发展，对半导体测试装置的性能提高提出了要求。特别是，当测定对象为栅极绝缘膜的电容测量、晶体管的应变特性评测、晶体管的RF特性评测等的时候，在该测定中处理的信号的频率达到了HF频段或RF频段，因而需要高频段内的测定。
一般情况下，半导体测试装置中的测试头与探针卡之间的电连接采用的是顶针式连接器(Pogo pin)。顶针式连接器也被称为连接针、探针、弹簧针等，在用于测量DC信号或低频信号时可以保证测量精度。
但是，当对HF频段或RF频段的高频信号进行测量时，利用顶针式连接器的话，则会由于反射损耗等原因而难以保证测量精度。因此，当测量HF频段或者RF频段的高频信号时，对测试头与探针卡之间的连接部分必须使用HF或RF信号用的同轴连接器。
一般来说，同轴连接器的连接是通过人为地将同轴电缆一个一个地安装到同轴连接器上来进行的。但是，本申请人发明了即使是同轴连接器也可以自动进行连接的连接器，并提出了申请(参见日本专利文献特开平10-106677以及特开平10-107100)。
在日本专利文献特开平10-106677以及特开平10-107100所述的半导体测试装置中，测试头与探针卡铰接。双方的同轴连接器之间连接的解除，是通过铰链提升测试头来进行的。
但是，在测定RF频段的高频信号时所使用的同轴连接器为了确保测定精度而将连接部的结合度设定得很高。因此，即使经由铰链来提升测试头，有时探针卡也无法从测试头卸下。当同轴连接器很多时，探针卡更加难以取下。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于使得经由同轴连接器连接的测试头与探针卡之间的连接很容易解除。
本发明提供了一种接合器，该接合器设置于测试头上，用于将探针卡连接到该测试头上，其包括接合器主体；支撑在所述接合器主体上的同轴连接器；以及偏置机构，其被支撑在所述接合器主体上，在所述同轴连接器与设置于所述探针卡上的对方同轴连接器相嵌入连接的状态下，将所述探针卡向松开所述嵌入连接的方向偏置。
图1是表示半导体测试装置的整体结构的示意图；图2是本发明第一实施方式中的接合器100的立体图；图3是本发明第一实施方式中的接合器100的平面图；图4是本发明第一实施方式中的接合器100的截面图；图5A和图5B是用于说明同轴连接器的图；图6是偏置机构的分解图；图7A和图7B是本发明第一实施方式中接合器100的动作的示意图；图8是本发明第二实施方式中半导体测试装置200的示意图；图9A和图9B是本发明第二实施方式中半导体测试装置200的动作的示意图；
图10A和图10B是偏置机构其他方式的示意图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(第一实施方式)参照图1～6来说明作为第一实施方式的接合器100。
图1是示出了半导体测试装置中测试头与探针卡之间的连接部分的结构的示意图，图2是接合器100的立体图，图3是接合器100的平面图，图4是图3中a-a线的截面图，图5A和图5B是对同轴连接器进行说明的图，图6是偏置机构3的分解图。
应用了接合器100的半导体测试装置是对卡盘11所保持的被测体、即形成于晶片12上的半导体器件进行检查的装置。如图1所示，半导体测试装置包括测试头13，其向半导体器件输出电信号，并对来自半导体器件的电信号进行处理，从而测定晶片12的电气特性；探针14，其与半导体器件的电极垫片接触。
使设置于接合器100上的同轴连接器2与设置于探针卡10上的对方同轴连接器15嵌入连接，并使通过基板18而配置于接合器100周围的顶针式连接器19与探针卡10的基板部10a相接触，从而使测试头13与探针卡10电连接。同轴连接器2是用于测定高频信号的，顶针式连接器19是用于测定低频信号的。
接合器100设置于测试头13上，用于连接测试头13与探针卡10。接合器100包括接合器主体1、多个同轴连接器2、以及作为偏置装置的偏置机构3，所述偏置机构3在同轴连接器2与探针卡10的对方同轴连接器15嵌入连接的状态、即测试头13与探针卡10相连接的状态下，将探针卡10向松开同轴连接器2与对方同轴连接器15之间的嵌入连接的方向偏置。
在接合器主体1上分别设置有多个第一通孔1c及第二通孔1d，它们分别具有与探针卡10相对的第一面1a以及与第一面1a相对的第二面1b。接合器主体1的形状在本实施方式中为圆柱形，但并没有特别的限制。
第一通孔1c支撑着同轴连接器2，且第二通孔1d支撑着偏置机构3。如图4、图6所示，第二通孔1d由向第一面1a开口的大径部1f和向第二面1b开口的小径部1g构成，在内周面上形成有台阶部1e。
参照图5对同轴连接器2进行说明。图5A是同轴连接器2的分解图，图5B是同轴连接器2安装在接合器主体1上的状态的示意图。同轴连接器2用于测定HF频段或RF频段等高频信号，其贯通接合器主体1而配置。
从接合器主体1的第一面1a突出的连接部2a与设置于探针卡10上的对方同轴连接器15嵌入连接。此外，在从接合器主体1的第二面1b突出的连接部2b上，连接有与测试头13相连的同轴电缆16。
在同轴连接器2中，如图5A所示，盲插式连接器51通过法兰螺母52和螺旋弹簧53而被支撑在第一通孔1c中。盲插式连接器51被构成为可以在垂直方向以及水平方向上进行运动。
通过使同轴连接器2如此构成，不必使两个同轴连接器以轴为中心旋转，仅通过将其中一个同轴连接器相对于另一个向轴向按压的插销(snap-in)方式，即可进行同轴连接器2与对方同轴连接器15之间的嵌合。一组同轴连接器2与对方同轴连接器15之间的嵌入连接力约为1kgf。在图5A和图5B中，连接部2a为凹形，对侧连接器15为凸形，但也可以是连接部2a为凸形，对方连接器15为凹形。
如图4、图6所示，偏置机构3包括作为将偏置力传递给探针卡10的偏置力传递部件的顶杆4；作为向顶杆4施加偏置力的弹性部件的螺旋弹簧5；以及作为用于将顶杆4保持在接合器主体1上的支撑部件的导杆6。
顶杆4包括头部4a，其作为与探针卡10相抵接并向探针卡10传递偏置力的作用部；轴部4b，其插入到第二通孔1d中。头部4a的直径比第二通孔1d的大径部1f的直径大。此外，轴部4b的直径比头部4a的直径小，在头部4a与轴部4b之间的边界上形成有台阶部4c。在轴部4b上形成有阳螺纹。
螺旋弹簧5被收纳安装于第二通孔1d的大径部1f中，并被配置成可在第二通孔1d的台阶部1e与顶杆4的台阶部4c之间自由伸缩。
导杆6包括锷部6a，其设置于导杆6的一端，直径比第二通孔1d中的小径部1g的直径大；轴部6b，其被插入到第二通孔1d中。在轴部6b上形成有阴螺纹。
下面参照图6来说明偏置机构3的各部件向接合器主体1上的安装方法。首先，将螺旋弹簧5以一端与第二通孔1d的台阶部1e相抵接的方式收纳安装于大径部1f中。接着，将顶杆4的轴部4b从大径部1f一侧插入到第二通孔1d中。接着，将导杆6的轴部6b从小径部1g一侧插入到第二通孔1d，并使轴部4b的阳螺纹与轴部6b的阴螺纹螺旋啮合，从而将顶杆4与导杆6结合起来。
由此，顶杆4与导杆6的结合体插入第二通孔1d，并被配置成可相对于接合器主体1自由滑动。此外，螺旋弹簧5被配置在轴部6b的周围，且位于台阶部1e与台阶部4c之间。另外，在本实施方式中，是在轴部4b上设置阳螺纹，在轴部6b上设置阴螺纹来构成的，但只要是能够将顶杆4与导杆6结合起来的构造，不管将轴部4b及轴部6b如何构成都可以。
接着，参照图7来说明接合器100的动作及作用。图7A是测试头13与探针卡10连接前的状态的示意图，图7B是通过对接合器100与探针卡10之间彼此的同轴连接器嵌入连接，从而将测试头13与探针卡10连接起来的状态的示意图。
首先，如图7A所示，按照使测试头13的同轴连接器2与探针卡10的对方同轴连接器15相对的方式，来配置测试头13与探针卡10。
然后，如图7B所示，使测试头13及探针卡10中的任一个移动，使得同轴连接器2与对方同轴连接器15相嵌入连接，从而将测试头13与探针卡10连接起来。
在该状态下，螺旋弹簧5被压缩配置在顶杆4与接合器主体1之间。如此，螺旋弹簧5通过顶杆4将探针卡10向松开同轴连接器2与对方同轴连接器15之间嵌入连接的方向、即解除测试头13与探针卡10之间连接的方向偏置。
为了解除测试头13与探针卡10之间的连接，使测试头13及探针卡10中的任一个向松开同轴连接器2与对方同轴连接器15之间嵌入连接的方向移动。此时，由于螺旋弹簧5将探针卡10向松开同轴连接器2与对方同轴连接器15之间嵌入连接的方向偏置，因而通过螺旋弹簧5的作用可以容易地解除测试头13与探针卡10之间的连接。
如上所述，在测试头13的同轴连接器2与探针卡10的对方同轴连接器15相嵌入连接的状态下，即，在测试头13与探针卡10相连接的状态下，探针卡10被向松开同轴连接器2、15的嵌入连接的方向偏置。因此，根据第一实施方式，即使是结合度高的高频信号测定用同轴连接器的情况，也可以容易地解除测试头13与探针卡10之间的连接。
特别是当同轴连接器的数量很多，难以解除测试头13与探针卡10之间的连接时，接合器100是非常有效的。
(第二实施方式)下面参照图8来说明第二实施方式的半导体测试装置200。图8是表示半导体测试装置200大体结构的简图。
半导体测试装置200是具有对测试头13与探针卡10进行连接的第一实施方式的接合100，并对形成于卡盘11所保持的晶片12上的半导体器件进行检查的装置。此外，其还是能够自动更换探针卡10的装置。
测试头13被固定配置在探测器30上，所述探测器30配置有探针卡10。如此，探针卡10被配置于测试头13的下方。探测器30包括移动台31，用于使保持晶片12的卡盘11向X-Y-Z轴方向移动；换卡器32，用于更换探针卡10。移动台31及换卡器32的动作由控制器35来控制。
换卡器32具有载置探针卡10并进行运送的载置部件34，载置部件34通过驱动机构(图中未示出)向X-Y-Z轴方向移动。换卡器32将从卡架(图中未示出)提供的所期望的探针卡10载置到载置部件34上，并将该探针卡10运送到检查位置，其中所述卡架与探测器30分开设置，并收纳有多个探针卡10。探针卡10并不固定在载置部件34上，仅通过自身重量而放置。
接着，参照图9对半导体测试装置200的动作及作用进行说明。图9A是测试头13与探针卡10连接前的状态的示意图，图9B是通过对接合器100与探针卡10彼此的同轴连接器进行嵌入连接，从而将测试头13与探针卡10连接起来的状态的示意图。
首先，对连接测试头13与探针卡10的情况进行说明。
(1)如图9A所示，接合器100以第一面1a朝下的状态被固定在测试头13上。由此，顶杆4与导杆6之间的结合体通过使导杆6的锷部6a与接合器主体1的第二面1b相抵接而成为被接合器主体1悬吊保持的状态。此外，螺旋弹簧5位于顶杆4的台阶部4c上，为不挂载负荷的状态。
(2)载置于载置部件34上的探针卡10通过载置部件34而被运送到设置于测试头13上的接合器100的下方，按照对方同轴连接器15与同轴连接器2相对的方式进行配置。
(3)通过将载置部件34向上方移动，探针卡10向接合器100上升。由此，如图9B所示，对方同轴连接器15与同轴连接器2相嵌入连接，从而测试头13与探针卡10被连接起来。
(4)在探针卡10上升的过程中，探针卡10与顶杆4的头部4a相抵接，顶杆4与导杆6的结合体上升。由此，螺旋弹簧5在第二通孔1d的台阶部1e和顶杆4的台阶部4c之间被压缩。
(5)在测试头13与探针卡10相连接的状态下，螺旋弹簧5处于被压缩的状态，因而始终向顶杆4施加偏置力。由此，螺旋弹簧5的偏置力通过顶杆4被施加到探针卡10上。如此，螺旋弹簧5将探针卡10向松开对方同轴连接器15与同轴连接器2之间嵌入连接的方向、即下方偏置。但是，由于探针卡10的移动被载置部件34限制，所有探针卡10不会移动。
下面，对通过换卡器32更换探针卡10时的、解除测试头13与探针卡10之间连接的情况进行说明。
(1)在测试头13与探针卡10相连接的状态下，使载置部件34下降。即，使载置部件向释放螺旋弹簧5的偏置力的方向移动。通过载置部件34的下降，使得探针卡10的限制被解除。
(2)探针卡10并不固定在载置部件34上，并且同轴连接器2与对方同轴连接器15仅通过插销方式进行嵌入连接。因此，在载置部件34下降的过程中，探针卡10的自重作为解除两个同轴连接器2、15的嵌入连接的驱动力而起作用。
(3)另外，螺旋弹簧5的偏置力通过顶杆4而被施加到探针卡10上。如此，螺旋弹簧5将探针卡10向松开同轴连接器2与对方同轴连接器15之间的嵌入连接的方向、即下方偏置，因而螺旋弹簧5的偏置力也作为解除两个同轴连接器2、15的嵌合的驱动力而起作用。
(4)如此，由于探针卡10的自重以及螺旋弹簧5的偏置力，两个同轴连接器2、15的嵌入连接被解除，测试头13与探针卡10之间的连接被解除。并且，探针卡10被载置到载置部件34上，通过换卡器32被运送到卡架33内，更换成另一个探针卡10。
如上所述，第二实施方式的半导体测试装置200具备配有偏置机构3的接合器100，被载置部件34载置并运送的探针卡10配置于测试头13的下方。并且，测试头13与探针卡10之间的连接解除是通过载置部件34的下降、即向卸去偏置机构3的偏置力的方向移动来进行的。
因此，根据第二实施方式，当通过换卡器32来更换探针卡10时，探针卡10的自重与偏置机构3的偏置力作为解除同轴连接器2、15之间嵌入连接的驱动力而起作用。因此，即使为结合度高的高频信号测定用同轴连接器时，也可以容易地从测试头13上取下探针卡10。
此外，如将测试头与探针卡铰接起来的以往半导体测试装置那样，对于提升测试头来解除测试头与探针卡之间连接的装置的情况，在解除了连接后，需要进行探针卡的更换。如此，不得不以其他工序来进行连接的解除和探针卡的更换，从而使得探针卡的更换作业需要很大的劳动力。
但是，根据第二实施方式，仅通过更换探针卡10过程中的载置部件34的下降，即可解除测试头13与探针卡10的连接。如此，由于能够以同一个工序来进行连接的解除与探针卡10的更换，因而能够高效地进行半导体的检查。
此外，由于仅通过载置部件34的下降即可进行测试头13与探针卡10之间的连接解除，所以不必设置用于连接解除的特别设备。从而可以使半导体装置自身紧凑化。
在半导体测试装置200中，同轴连接器2与对方同轴连接器13最好配置成在垂直方向上嵌入连接。通过将两个同轴连接器2、15如此配置，在使载置部件34下降来解除测试头13与探针卡10之间的连接时，探针卡10的自重容易作为解除同轴连接器2、15之间嵌入连接的驱动力起作用。
以下对偏置机构3的其他方式进行说明。
如图10A所示，偏置机构3的其他机构可以是将作为弹性部件的螺旋弹簧81配置在探针卡10与接合器主体1之间，并且将螺旋弹簧81的一端直接安装在接合器主体1上。
在所述结构中，在测试头13与探针卡10相连接的状态下，螺旋弹簧81被探针卡10与接合器主体1压缩。因此，螺旋弹簧81将探针卡10向松开同轴连接器2、15的嵌入连接的方向偏置。
此外，如图10B所示，偏置机构3的其他结构也可以是由作为弹性部件的螺旋弹簧81、和作为向探针卡10传递偏置力的偏置力传递部件的推头82构成，并将螺旋弹簧81的一端直接安装到接合器主体1上，将另一端直接安装在推头82上。
在所述结构中，在测试头13与探针卡10相连接的状态下，螺旋弹簧81被推头82和接合器主体1压缩。因此，螺旋弹簧81通过推头82将探针卡10向松开同轴连接器2、15之间嵌入连接的方向偏置。
很显然，本发明并不限于上述实施方式，在其技术思想的范围内可以进行各种变更。
例如，在本实施方式中采用了螺旋弹簧作为弹性部件，但只要是在压缩状态下能够施加偏置力的物体，如橡胶等都可以。
此外，还可以代替探针，而使用薄膜探针或其他接触式探针。
权利要求
1.一种接合器，其设置在测试头上，用于在该测试头上连接探针卡，所述接合器包括接合器主体；同轴连接器，其被支撑在所述接合器主体上；偏置装置，其被支撑在所述接合器主体上，在所述同轴连接器与设置于所述探针卡上的对方同轴连接器相嵌入连接的状态下，将所述探针卡向松开所述嵌入连接的方向偏置。
2.如权利要求1所述的接合器，其中，所述偏置装置是被所述探针卡与所述接合器主体压缩的弹性部件。
3.如权利要求1所述的接合器，其中，所述偏置装置包括偏置力传递部件，向所述探针卡传递偏置力；和弹性部件，其被所述偏置力传递部件与所述接合器主体压缩。
4.如权利要求1所述的接合器，其中，所述偏置装置包括偏置力传递部件，用于向所述探针卡传递偏置力；弹性部件，其被收纳安装于设置在所述接合器主体上的通孔中，并通过设置于该通孔内周面上的台阶部与所述偏置力传递部件而被压缩；以及支撑部件，用于将所述偏置力传递部件保持在所述接合器主体上。
5.一种可更换探针卡的半导体测试装置，其包括权利要求1所述的接合器；和载置所述探针卡并进行运送的载置部件；其中，由所述载置部件运送所述探针卡，使得所述探针卡的对方同轴连接器与所述测试头的同轴连接器相嵌入连接，由此来进行所述测试头与所述探针卡之间的连接，通过所述载置部件向松开所述偏置装置的偏置力的方向移动，来解除所述测试头与所述探针卡之间的连接。
6.如权利要求5所述的半导体测试装置，其中，所述探针卡被配置在所述测试头的下方，在通过所述接合器而将所述探针卡连接到所述测试头上的状态下，通过所述载置部件的下降来解除所述测试头与所述探针卡之间的连接。
7.一种通过接合器进行的测试头与探针卡的连接以及解除连接的方法，其中，所述接合器包括设置于所述测试头上的接合器主体；同轴连接器，其被支撑在所述接合器主体上，并与设置于所述探针卡上的对方同轴连接器相嵌入连接；以及偏置装置，其被支撑在所述接合器主体上，在所述同轴连接器与所述对方同轴连接器相嵌入连接的状态下，将所述探针卡向松开所述嵌入连接的方向偏置；其中，将所述探针卡载置在进行该探针卡的运送的载置部件上，由所述载置部件运送所述探针卡，使得所述探针卡的对方同轴连接器与所述测试头的同轴连接器相嵌入连接，从而将所述测试头与所述探针卡连接起来，通过所述载置部件向松开所述偏置装置的偏置力的方向移动，来解除所述测试头与所述探针卡之间的连接。
8.如权利要求7所述的测试头与探针卡的连接以及解除连接的方法，其中，所述探针卡被配置在所述测试头的下方，在通过所述接合器而将所述探针卡连接到所述测试头上的状态下，通过所述载置部件的下降来解除所述测试头与所述探针卡之间的连接。
全文摘要
本发明提供了一种接合器(100)，其设置于测试头(13)上，用于将探针卡(10)连接到该测试头(13)上，所述接合器(100)包括接合器主体(1)；支撑在该接合器主体(1)上的同轴连接器(2)；以及偏置机构(3)，所述偏置机构(3)被支撑在接合器主体(1)上，在同轴连接器(2)与设置于探针卡(10)上的对方同轴连接器(15)相嵌入连接的状态下，将探针卡(10)向松开嵌入连接的方向偏置。
文档编号G01R31/26GK1851476SQ20061007585
公开日2006年10月25日 申请日期2006年4月24日 优先权日2005年4月22日
发明者后藤明彦 申请人:安捷伦科技有限公司