专利名称：具有静电放电(esd)保护的测试针阵列的制作方法
技术领域：
本发明涉及测试针阵列，更具体地说，涉及一种能够消除或减少静电电荷的测试针阵列。
背景技术：
在现代微电子技术领域,静电放电(electrostatic discharge, ESD)控制的重要性已经是众所周知的了，并因此获得全体微芯片制造者的首要关注。大部分的关注集中在消除静电放电敏感元件的制造和处理过程中的静电放电。人体、设备和原料都需要合适地接地从而释放可能滞留在每个人体、设备和原料上的有害静电电荷。在现代的测试仪机中，常常可以发现越来越多的离子发生器设计成用于消除ESD威胁。在微芯片测试点上，一个或数个离子发生器通常安装在战略重要位置以中和在测试之前潜伏在拾取和往返区域(pick-up shuttle)中和滞留在微芯片主体上的静电电荷。虽然在ESD保护中通常使用这样的电离技术，然后在典型的半导体制造环境中依然面临不少缺陷。首先，在大规模应用中，使用电离技术需要很高的投入。不仅需要花费大量资金购入性能可靠的离子发生器，还需要花费很高的费用在定期检查、周期校准、维修(特别是在保修期之后)以及其他隐形开销诸如成本记录、人力资源以及生产空间提供方面。第二，使用测试仪机(Test Handler)的测试点周围安装的离子发生器还存在以下性能缺陷。a)在现代的高 速高吞吐量的测试仪机中，离子中和所需要的时间过长。由于空气中存在的氮气(N2)和水蒸气(H2O),沉积在离子发生器的针尖的氨基化合物不可避免地积聚，使得离子发生器的静电衰变时间随着使用时间显著下降。如果针尖失去锐度的话，空气离子发生器将失去效力。因此，在今天高度紧凑的测试仪机设计中定时清洁测试仪机中的针尖以维持离子发生器的可靠性能是极度困难和麻烦的。b)离子发生器的生产使用需要某种水平的技能，例如对空气流特性的良好理解、定位离子发生器、在维修离子发生器以后的重定位以及沿着电离空气的流动路径的导电材料的影响等。这些将直接影响离子发生器的性能。实际上，需要投资训练具有良好技能和实践知识的技术员或工程师以有效地操作空气离子发生器。PCT申请PCT/MY2009/00072提供了不使用离子发生器的微芯片保护方法。然而，该技术方案在很多现实状况中存在以下缺陷。市面上可购得的静电耗散材料(实际上为非金属)的耐磨损性显然低于金属。因此与原始的金属测试针头相比，该静电耗散材料不能抵挡大量的重复测试循环。对于小型精细测试针设计，在机械制造中也存在空间缺陷。测试系统单元朝着更小更精细的小型化趋势使得这一问题变得至关重要。因此，需要进一步的研究和开发工作以克服或消除现有技术的上述缺陷。
发明内容
在电子产业中的技术文献和实践中已知，在微芯片处理过程中应该避免金属和金属表面接触以防止生成可以损坏现代的很多高敏感微芯片的微火花(microspark)。本发明与这一实践相反且令人惊讶地在微芯片测试操作获得了相对安全的金属-金属接触，且该金属-金属接触降低了电流的量级和峰值从而极大地降低了高ESD-敏感微芯片的潜在和灾难性故障的威胁。
本发明由独特设计的测试针组成，所述独特设计的测试针允许滞留在微芯片上的残留静电电荷安全地排出到地面。这可以通过极大地消减微火花的长度或消除从静电放电(ESD)微火花来实现。该测试针设计成所述插针顶端(plunger tip)与测试针的针体通过静电耗散材料介质隔开以“减慢(slow down)”静电电流(静电电荷)的迁移从而最小化微火花的产生。插针顶端结合“回弹(spring back)”,该特征允许在不影响测试针的原始耐用性和保存限期的较高的强度测试。该微火花减少技术可在不对测试针的插针顶端的原始接触表面部分做出任何改变的情况下实现。保留插针顶端的原始表面接触设计可以确保测试针能够在其顶端维持相同的复合材料以获得原始测试针的相同次数的测试循环和相同保存限期的耐用性。本发明的独特特征和设计不仅有助于最小化ESD事件的损坏影响，还有效降低了该静电放电事件的数量或消除了静电放电事件。本发明的另一独特特征是测试针的改变并不需要放大或改变测试针尺寸从而可以利用现有设计空间和最小化改变费用。本发明在任何生产、制造或其他微芯片测试活动过程中用作接地设备，以采用消减或消除静电放电(ESD )电火花来安全地排出静电电荷。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:图1a是本发明的单侧(signal sided)测试针的截面图；图1b是本发明的双侧(doublel sided)对称测试针的截面图；图2是具有环绕插针针体的外部卷簧的改进型插针顶端的截面图；图3是具有位于插针针体的内部的内部卷簧的改进型插针顶端的截面图；图4是不具有卷簧的插针的另一设计版本的截面图；图5是不具有卷簧的测试指设计的截面图。
具体实施例方式在下列详细描述中，阐述了本发明的许多特殊细节提供对本发明的完整透侧的理解。然而本领域技术人员应该了解，本发明可以在不具备这些细节的情况下实施。在其他例子中，并未详细描述一些众所周知的方法、步骤和/或部件，以免模糊本发明的主题。现在可以详细参考本发明的优先实施例，其中结合附图示出了本发明的例子。图1a示出了根据本发明的优选实施例的具有静电放电(ESD)保护的测试针组件
10。该测试针组件100包括管筒(tubular barrel) 11和导电插针13。该管筒11在其大致中部具有将所述管筒11分成两个部分(即第一部分Ila和第二部分Ilb)的压褶14，在此所述管筒11的每一端具有狭窄直径的边12a、12b。所述导电插针13具有位于所述导电插针13的相对端的顶端13a和放大基端13b。当所述第一弹力件15未受力时，所述导电插针13通过第一弹力件15相对所述管筒11的第一部分Ila的内边偏置。所述第一弹力件15包含在第一部分Ila中，其一端停靠在压褶14的一个表面上，而其另一端位于所述导电插针13的放大基端13b上。所述导电插针13包括沿着其整个长度的通道16。导电插入部17具有位于导电插入部17的相对端的延长体17a和放大基端17c。该延长体17a具有顶端17b。该导电插入部17从所述第二部分Ilb以其放大基端17c插入。该放大基端17c以第二弹力件18朝着压褶14的另一侧的表面偏置。当所述第二弹力件18未受力时，所述第二弹力件18包含在第二部分Ilb中，其一端停靠在所述管筒11的第二部分Ilb的内边12b上，且另一端停靠在该导电插入部17的放大基端17c上。延长体17a通过第一弹力件15和所述导电插针13的通道16，且导电插入部17的顶端17b在导电插针13的顶端13a轻微凸起。所述第一弹力件15优选具有比第二弹力件18更强的张力，且弹力件优选为微弹簧。静电耗散插座19具有外向的尖头电极19a和内向的腔部19b。在此腔部19b填充有静电耗散材料，且连接到导电插入部17的顶端17b以在当插座19接触将要被检测的设备的经常加载电荷的测试点时作为减慢静电电流或静电电荷的转移的媒介，从而最小化微火花的生成。在测试操作期间，当测试针组件10的静电耗散插座19的尖头电极19a接触将要被检测的设备时，导电插入部17和静电耗散插座19 一起内移使得导电插入部17的放大基端17c由于较轻的压力向内插入第二位置Ilb以朝着并稍微偏移第二弹性件18。这一向内运动将自动闭合静电耗散插座19和导电插针13的顶端13a之间的缝隙。这一缝隙20的闭合将使得测试针组件10像原始未改变的测试针组件一样作用和运行。图1b中示出了具有相同工作原理的对称双插针设计。在管筒11的上提供有附加压褶14’已将管筒11间隔成具有附加第三部分Ilc的三个部分。在本发明的实施例中，将可分离插针顶端头30固定到管筒11的顶端。插针顶端头30经静电耗散件31电串联到弹性件32并形成一体式连接部30。接着，连接部30装配到导电插针13的针体。连接部的弹性件32的开口端通过在图2中示出的管筒11的开口端部的轮缘的一个位点处提供的孔33插入其金属线连接到管筒11。当插针顶端头30接触将要被检测的设备的测试点时，该插针顶端头30将向内移动至闭合插针顶端头30和导电插针13之间的缝隙35。这一缝隙35的闭合将使得测试针组件10像原始未改变的测试针组件一样作用和运行。接着实行测试针阵列的正常机械运动。如图2中所示当测试针阵列在测试完设备之后从设备释放时，插针顶端头30偏置回到在测试针阵列的 顶端稍微凸起。这样，与原始测试针阵列相比，除了该导电插针13因在插针顶端的附加小帽变得稍微更长以外，该部分改变的测试针阵列实际上即使具有环绕导电插针13的盘绕弹性件32 (coiled resilient)也并未占据额外的空间,这是因为盘绕弹性件32的直径等于或小于管筒11的主体的直径。
在另一实施例中，如图3所示，插针顶端头30固定到测试针组件10的管筒11的顶端上。该插针顶端头30具有连接到静电耗散件31且与弹性件32串联连接的顶端头41。其中，弹性件32插入到中空圆柱插针42中。与图2所示的实施例相比，该设计具有仅需要最小空间的优点。当插针接触将要被检测的设备的测试点时，该插针顶端头30将向内移动至闭合插针顶端头30和导电插针13的针体之间的缝隙45。这一缝隙45的闭合将使得测试针组件10像原始未改变的测试针组件一样作用和运行。接着实行测试针阵列的正常机械运动。如图3中所示当测试针阵列在测试完设备之后从设备释放时，插针顶端头30’偏置回到在测试针阵列的顶端稍微凸起。这样，与原测试针阵列相比，除了该导电插针现在变得稍微更长以外，该部分改变的测试针阵列实际上也并未占据额外的空间。在本发明的另一实施例中提供了如图4所示的改进的导电插针13’。其包括在静电耗散插座19和改进的导电插针13’之间产生缝隙52的非盘绕件51。钩状导电插入部51包括插入通过导电插针13 ’的通道16的主体51a以及穿过在放大基端13b设置的另一通道53的弯曲部51b。当静电耗散插座19接触将要检测的装置的测试点时，静电耗散插座19将移动闭合静电耗散插座19和导电插针13之间的缝隙52。这一缝隙52的闭合将使得测试针组件10像原始未改变的测试针组件一样作用和运行。如图4中所示当测试针阵列10在测试完设备之后从设备释放时，静电耗散插座19偏置回到在测试针阵列的顶端稍微凸起。这样，与原测试针阵列相比，除了该导电插针现在变得稍微更长以外，该部分改变的测试针阵列实际上也并未占据额外的空间。对于使用测试指类型的测试系统，测试指顶端60可以由图5中所示的弹性件金属线61控制。弹性件金属线61的弯曲设计成其总是在测试指顶端和其测试指指体间留有缝隙。当测试指顶端60接触将要检测的设备的测试点时，测试指60将移动到闭合测试指顶端60和测试指的指体62之间的小缝隙。这一缝隙的闭合将使得测试针组件10像原始未改变的测试针组件一样作用和运行。如图5中所示当测试指在测试完设备之后从设备释放时，顶部头簧偏置回到在测试指的顶端稍微凸起。这样，与原测试指列相比，除了该导电插针现在变得稍微更长以外，该部分改变的测试指列实际上也并未占据额外的空间。对本领域技术人员来说，显而易见的是，可以在不脱离本发明的范围的情况下，以其它特定形式容易地实施本发明。因此可认为当前的实施例仅用作阐述，并不是对本发明进行限制，本发明的范围由权利要求而不是前面的描述限定，因此所有的变化都将包括在权利要求以内。
权利要求
1.一种具有静电放电(ESD)保护的测试针阵列，其特征在于，包括 管筒(11)，所述管筒(11)的每一端具有狭窄直径的边(12a、12b)，其中所述管筒(11)在其大致中部具有将所述管筒(11)分成第一部分(Ila)和第二部分(Ilb)的压褶(14); 包含在所述第一部分(Ila)内的第一弹性件(15)； 包含在所述第二部分(Ilb)内的第二弹性件(18)； 导电插针(13)，所述导电插针(13)插入到所述管筒(11)的第一部分(Ila)且具有顶端(13a)和放大基端(13b)，所述放大基端(13b)朝着所述第一部分(IIa)的内边(12a)且所述顶端(13a)通过所述第一弹性件(15 )从所述管筒(11)中凸出； 导电插入部(17)，所述导电插入部(17)插入所述管筒(11)的第二部分(Ilb)且具有延长体(17a)和放大基端(17c)，所述延长体(17a)具有顶端(17b)，所述放大基端(17c)朝着所述压褶(14)的一个表面偏置，所述延长体(17a)通过所述第一弹力件(15)和沿着所述导电插针(13)的全长提供的通道(16)，且所述延长体(17a)的顶端(17b)在所述导电插针(13)轻微凸起；以及 静电耗散插座(19),所述静电耗散插座(19)具有外向的尖头电极(19a)和内向的腔部，其中所述腔部填充有静电耗散材料(19b)且连接到所述导电插入部(17)的顶端(17b)以在所述静电耗散插座(19)和所述导电插针(13)间形成缝隙(20)从而当所述第一和第二弹性件(15、18)未受力时，所述缝隙(20)闭合之前首先使得静电电荷流经所述静电耗散材料(19b)，从而在所述静电耗散插座(19)接触将要检测的设备的测试点之前减慢静电电荷转移从而最小化微火花的生成。
2.根据权利要求I所述的测试针阵列，其特征在于，所述第一弹性件(15)具有比第二弹力件(18)更强的张力。
3.根据权利要求2所述的测试针阵列，其特征在于，所述第一弹性件(15)和所述第二弹力件(18)为微弹黃。
4.根据权利要求3所述的测试针阵列，其特征在于，所述第一弹性件(15)放置在所述管筒(11)的所述第一部分(I la)，所述第一弹性件(15 )的一端停靠在所述压褶(14)的表面上，且另一端停靠在所述导电插针(13)的所述放大基端(13b)。
5.根据权利要求3所述的测试针阵列，其特征在于，所述第二弹性件(18)放置在所述管筒(11)的所述第二部分(11b)，所述第二弹性件(18)的一端停靠在所述第二部分(Ilb)的内边(12b)，且另一端停靠在所述导电插入部(17)的放大基端(17c)。
6.根据权利要求I所述的测试针阵列，其特征在于，所述管筒(11)进一步包括附加压褶(14’)，所述附加压褶(14’)将所述管筒(11)间隔成具有附加第三部分(He)用于容置相同组的所述第一和第二弹性件(15、18)、所述导电插入部(17)和所述静电耗散插座(19)以形成对称插针结构。
7.根据权利要求I所述的测试针阵列，其特征在于，所述静电耗散插座(19)连接到非盘绕件(51)，所述非盘绕件(51)包括插入通过所述导电插针(13)的所述通道(16)的主体(51a)以及穿过在所述放大基端(13b)设置的另一通道(53)的弯曲部(51b)从而在所述静电耗散插座(19)和所述导电插针(13)之间留下缝隙。
8.一种具有静电放电(ESD)保护的测试针阵列，其特征在于，包括 管筒(11 )，所述管筒(11)的每一端具有狭窄直径的边(12a、12b )，在所述管筒(11)中可滑动装配的导电插针(13)； 与静电耗散件(31)固定的插针顶端头(30)，所述插针顶端头(30)电连接到弹性件(32)的一端并形成一体式连接部，通过在所述管筒(11)的所述边上提供的孔(33)插入所述弹性件(32)的自由端，将所述连接部连接到所述导电插针(13)，使得所述弹性件(32)环绕所述导电插针(13 )并在所述插针顶端头(30 )和所述导电插针(13 )之间留下缝隙以在所述缝隙(20)闭合之前首先使得静电电荷流经所述静电耗散件(31)，从而在所述插针顶端头(30)接触将要检测的设备的测试点之前减慢静电电荷转移从而最小化微火花的生成。
9.根据权利要求8所述的测试针阵列，其特征在于，所述插针顶端头(30)的所述弹性件的所述自由端可插入到中空圆柱插针(42)中。
10.一种具有静电放电(ESD)保护的测试指，其特征在于，包括 测试指指体(62);和 测试指顶端(60)，所述测试指顶端(60)包括填充有静电耗散材料的腔部，其中所述测试指顶端(60)经弹性件金属线(61)连接到所述测试指指体(62)，所述弹性件金属线(61)的弯曲设计成其在所述测试指顶端(60)和所述测试指指体(62)间留有缝隙以在所述缝隙闭合之前首先使得静电电荷流经所述静电耗散材料，从而在所述测试指顶端(60 )接触将要检测的设备的测试点之前减慢静电电荷转移从而最小化微火花的生成。
全文摘要
具有静电放电(ESD)保护的测试针阵列包括具有将其分成第一部分(11a)和第二部分(11b)的压褶(14)的管筒、包含在第一部分(11a)内的第一弹性件(15)、包含在第二部分(11b)内的第二弹性件(18)、插入第一部分(11a)的导电插针(13)和插入第二部分(11b)的导电插入部(17)以及静电耗散插座(19)。插座(19)具有外向的尖头电极(19a)和内向的腔部(19b)。腔部(19b)填充有静电耗散材料(19b)且连接到顶端(17b)以在插座(19)和导电插针(13)间形成缝隙(20)从而当所述弹性件(15、18)未受力时，在所述缝隙(20)闭合之前首先使得静电电荷流经所述静电耗散材料(19b)，从而在插座(19)接触将要检测的设备的测试点之前减慢静电电荷转移从而最小化微火花的生成。
文档编号G01R1/067GK103238076SQ201180049144
公开日2013年8月7日 申请日期2011年10月21日 优先权日2010年10月22日
发明者高国兴 申请人:大科防静电技术咨询(深圳)有限公司