用于测试高频装置的测试头的接触探针的制作方法

本发明涉及一种用于测试集成在半导体晶圆上的电子器件的装置的测试头的接触探针，并且以下描述是仅出于简化说明的目的参考该应用领域作出的。

背景技术：

广泛已知的是，探针头或测试头实质上为适于将微结构的多个接触垫(特别是集成在晶片上的电子器件的多个接触垫)与执行其功能性测试(特别是电测试或一般测试)的测试装置的对应通道电连接的器件。

在集成器件上执行的测试对尽早在生产阶段检测和隔离有缺陷的电路尤其有用。因此，测试头通常用于在集成在晶片上的器件被切割分离并被组装在芯片封装包内之前对集成在晶片上的器件进行电测试。

通常，探针头包括大量的接触元件或接触探针，这些接触元件或接触探针由具有良好电学和机械性能的特殊合金形成并且设置有用于被测器件的对应的多个接触垫的至少一个接触部分。

所谓的“垂直探针头”实质上包括多个接触探针，这些接触探针由至少一对板或导引件保持，该至少一对板或导引件基本上为板状并且彼此平行。所述导引件设置有多个适合的孔并且彼此间隔一定距离布置，以便为接触探针的移动和可能的形变留出自由空间或气隙(airgap)。特别地，这对导引件包括上导引件和下导引件，这两个导引件都设置有多个相应的导引孔，接触探针在这些导引孔内轴向滑动，接触探针通常由具有良好电学和机械性能的特殊合金线制成。

接触探针和待测的接触垫之间的良好连接是通过将探针头按压在器件本身上来确保的，在所述按压接触期间，在上下导引件中的导引孔内可移动的接触探针会在两个导引件之间的气隙内弯曲，并在这种导引孔内滑动。

此外，如图1所示，通过探针本身或其导引件适合的构造能够协助接触探针在空气隙中的弯曲，其中，出于简化的目的，多个接触探针中的一个接触探针通常包括在已经示出的探针头中，示出的该探针头是所谓的移动板类型。

特别地，图1示意性地示出了探针头1，探针头1包括至少一个上板或导引件2以及下板或导引件3，这两个板或导引件具有多个相应的上导引孔2a以及下导引孔3a，至少一个接触探针4在这些导引孔内滑动。

接触探针4具有至少一个端部或接触尖端4a，在此使用的术语端或尖端以及随后使用的术语端部并不一定是尖锐的。特别地，接触尖端4a抵接在被测器件5的接触垫5a上，以执行所述器件和测试装置(未示出)之间的机械和电接触，所述探针头是测试装置的末端元件。

在一些情况下，接触探针在上导引件处固定至测试头本身：这样的探针头被称为“受阻(blocked)探针头”。可替代地，使用具有非受阻(即非固定)、而是保持接合至板(通过微接触板)的探针的探针头：这样的探针头被称为“非受阻探针头”。微接触板通常叫做“空间变换器”，这是由于除了接触探针之外还相对于被测器件上的接触垫空间上重新分配其上实现的接触垫，尤其是放开垫本身的中心之间的距离约束。

在这种情况下，如图1所示，接触探针4具有另外的接触尖端4b(实践中以接触头表示)，该接触尖端4b朝向所述空间变换器6的多个接触垫6a。探针和空间变换器之间的良好电接触是通过将接触探针4的接触头4v按压在空间变换器6的接触垫6a上确保的，类似于与被测器件的接触。

适当地，上导引件2和下导引件3被气隙7分隔开，气隙7允许接触探针4的形变并且确保接触探针4的尖端和接触头分别与被测器件5和空间变换器6的接触垫接触。

已知探针头的正确工作基本上与两个参数有关：接触探针的垂直移动(或超程)以及这种接触探针的接触尖端的水平移动(或擦洗)。在探针头的制造步骤中应当评估和校准这些特征，这是由于应当一直确保探针和被测器件之间的良好电连接。

同样重要的是确保接触尖端在被测器件的接触垫上的按压接触不会过高而导致探针或垫本身损坏。

在所谓的短探针(即主体高度受限的探针、特别是尺寸小于5000μm的探针)的情况下能够强烈地感受到该问题。这种类型的探针例如用于高频应用，探针减少的长度限制了所连接的自感现象。特别地，术语“用于高频应用的探针”表示能够运载频率高于1ghz的信号的探针。

现需要生产能够运载频率更高至射频的信号、导致接触探针的长度大大减少的探针头，以确保被运载的信号中不会加入噪音，例如由于如上提到的自感现象。

然而，在这种情况下，探针主体长度减少会大幅增加探针本身的刚度，这意味着相应的接触尖端施加到被测器件的接触垫上的力会增加，这就会导致所述垫的损坏，并且对被测器件造成不可挽回的损坏，这是应当要避免的。更危险的是，由于其主体长度的减少导致的接触探针刚度的增加还增加探针本身损坏的风险。

本发明的技术问题在于，提供一种测试头，这种测试头的接触探针的结构和功能性特征能够允许探针在高频应用中使用，同时还保持足够的弹性，因此减少探针以及探针所接触的被测器件的接触垫损坏的风险，而不会在探针运载的信号中增加噪音，从而克服了仍影响已知解决方案的限制和缺点。

技术实现要素：

基于本发明的解决方案理念在于提供一种接触探针，其中接触探针仅有一区段(包括与被测器件接触的接触尖端)是导电的，该导电区段的长度小于1000μm、优选地小于500μm，并且该区段适于接触容纳有探针的测试头的导引件的导电轨道或导电部分，探针的其他区段不导电并且包括抵接在支撑板上的接触头，该接触头因此仅与所述支撑板机械接触。

基于该解决方案理念，通过一种用于测试电子器件的装置的测试头的接触探针来解决如上技术问题，该接触探针包括沿纵向轴线在第一端部和第二端部之间延伸的主体，第二端部适于接触被测器件的接触垫，该接触探针的特征在于包括第一区段和第二区段，该第一区段沿纵向轴线从第一端部延伸并且由非导电材料制成，并且第二区段沿纵向轴线从第二端部向上延伸至第一区段，该第二区段是导电的并且延伸长度小于1000μm的距离。

更特别地，本发明包括如下附加特征，根据需要这些特征可以单独或组合采用。

根据本发明的一方面，接触探针的整体长度可在3mm到10mm之间，该长度是沿纵向轴线测量的。

根据本发明的另一方面，第二区段可完全由导电材料制成并且可连接至不导电的第一区段，或第二区段可由与第一区段相同的非导电材料制成并且可涂覆有导电涂层材料。

可替代地，第一区段可由半导体材料制成并且第二区段可由与第一区段相同的半导体材料制成，第二区段处的半导体材料为掺杂的从而使得第二区段是导电的。

本发明还涉及用于测试电子器件的装置的测试头，该测试头包括至少一个导引件，该至少一个导引件设置有用于容纳相应的多个接触探针的导引孔，该测试头的特征在于这些接触探针如上所示地制造，该至少一个导引件包括电连接装置，该电连接装置适于被接触探针的第二区段电接触。

根据本发明的一方面，该至少一个导引件可为布置在接触探针的第二区段处的下导引件。根据本发明的另一方面，该电连接装置可包括从导引孔延伸的导电轨道。

特别地，该导电轨道可布置在该至少一个导引件的面上和/或可嵌入该至少一个导引件中。

此外，该导电轨道可连接至在该至少一个导引件上制成的各个垫。

根据本发明的一方面，至少两个接触探针可由这些导电轨道中的至少一个和/或电路组件电连接。

根据本发明的另一方面，电连接装置可包括至少一个导电部分，该至少一个导电部分包括至少一组导引孔中的多个孔并且将这些孔相互电连接，该组导引孔容纳接触探针的对应组。

根据本发明的另一方面，该至少一个导电部分可布置在至少一个导引件的面上或可嵌入该至少一个导引件中。

此外，导电部分可以是多个导电层的形式，这些导电层中的每一个导电层都包括相应组的导引孔中的多个孔并且将这些孔相互电连接，每个导电层都适于接触相应组的接触探针的第二区段，其中每个相应组的接触探针适于运载相同类型的信号。

根据本发明的一方面，多个导引孔的内表面的至少一部分可覆盖有导电部分，该导电部分连接至电连接装置，接触探针的第二区段适于电连接这些导引孔的导电部分。

最后，本发明的测试头可包括另外的接触探针，这些另外的接触探针适于将信号从被测器件直接运载到与测试头相关联的支撑板，这些另外的接触探针适于在被测器件和支撑板之间承载功率信号和/或接地信号和/或低频信号。

参考附图，从以非限制性示例给出的实施例的如下描述，根据本发明的接触探针以及测试头的特征和优点将更为清楚。

附图说明

在附图中：

图1示意性地示出了根据现有技术的用于测试头的接触探针；

图2示意性地示出了根据本发明的接触探针；

图3示意性地示出了包括图2中的接触探针的测试头；

图4和图5示意性地示出了根据本发明的可替代实施例的测试头；

图6示意性地示出了根据本发明的测试头的立体截面图，其中测试头的导引件包括嵌入其中的表面导电轨道；

图7和图8示意性地示出了根据本发明的实施例的测试头，其中测试头的导引件包括导电部分；以及

图9示意性地示出了根据本发明的一个实施例的测试头。

具体实施方式

参考附图，并且特别参考图2，全文中以附图标记10示意性地表示用于测试集成在半导体晶片上的电子器件的装置的测试头的接触探针。

值得注意的是，附图为示意图并且未按比例绘制，而是为了强调本发明的重要特征而绘制。此外，在附图中，不同的元件都以示意性方式绘制，这些元件的形状可能根据所需应用而变化。还应当注意的是，在附图中，相同的附图标记表示形状或功能上相同的元件。最后，关于附图中示出的实施例描述的特定特征还可应用到其他附图中示出的其他实施例。

如下文将更详细示出的，接触探针10适于容纳在用于测试高频电子器件的测试头中。

接触探针10包括主体10’，主体10’沿纵向轴线h-h在第一端部或接触头10a与第二端部或接触尖端10b之间延伸，术语接触头和接触尖端在此以及下文部分中并不一定表示是尖的。第一端部10a适于抵接在支撑板上，而第二端部10b适于接触被测器件的接触垫。

有利地，根据本发明，接触探针10被划分为沿纵向轴线h-h彼此跟随(follow)的两个区段，这两个区段的导电属性不同。

特别地，接触探针10包括第一区段s1和第二区段s2，第一区段s1从第一端部10a沿纵向轴线h-h延伸并且由非导电材料制成，第二区段s2从第二端部10b沿纵向轴线h-h向上延伸到第一区段s1，而第二区段s2是导电的。

换言之，接触探针10的第一端部10a仅包括在第一区段s1中，第一区段s1并不包括第二端部10b，而第二端部10b仅包括在第二区段s2中，第二区段s2因此并不包括第一端部10a。

接触探针10的整体长度在3到10mm之间，在此该长度是沿纵向轴线h-h测量的。

适当地，第二区段s2从第二端部10b延伸小于1000μm、优选小于500μm的距离，使得接触探针10、以及容纳接触探针10的测试头特别适合于测试高频器件。事实上，接触探针10的第二端部10b实施与被测器件的接触垫的电接触和机械接触，而第一端部10a仅实施与支撑板的机械接触。以此种方式，第一区段s1并不适于运载仅在第二区段s2中运载的信号，第二区段s2的长度小于1000μm并且因此远小于接触探针10的整体长度。

以此种方式，长度远大于第二区段s2的第一区段s1确保了在接触探针10与被测器件的接触垫接触期间接触探针10的良好弯折能力，从而避免接触探针和/或器件的接触垫的损坏。适当地，对于第一区段s1，使用适于在与被测器件接触期间最大化所述阻尼效果的材料。

根据本发明的一个实施例，第二区段s2完全由导电材料制成并且适当地连接至非导电的第一区段s1，例如通过胶、粘合层或局部可焊接金属层(例如激光可焊接)的方式，或任何其他适合的方式。

可替代地，接触探针10的第二区段s2由与第一区段s1相同的非导电材料制成，然后由导电涂层材料涂覆。以此种方式，接触探针10因此包括由非导电材料制成的芯并且仅第二区段s2涂覆有导电涂层材料。应当注意的是，制成非导电的第一区段s1的材料选自半导体材料(优选硅)、或通常选自非金属绝缘材料(诸如加强聚合材料)，而制成导电的第二区段s2的导电材料选自金属材料(优选铜或钯合金)、或掺杂的半导体。

因此，在本文中，术语“非导电材料”表示绝缘材料以及半导体。

根据本发明的另一个实施例，整个接触探针10由半导体材料制成，其中只有对应于第二区段s2的部分被掺杂，以形成所述导电的区段s2。换言之，第一区段s1由半导体材料制成，第二区段s2由相同的半导体材料制成，制成第二区段的半导体材料掺杂有导电材料，使得所述第二部分s2是导电的。在该实施例中，还可以在第二区段s2上覆盖另外的导电材料层，以增加接触探针10的接触电阻。

在这种情况下，如前文所述，半导体材料优选为硅，而掺杂的材料例如选自磷或硼。

如前文所述，多个如上所述类型的接触探针10容纳在用于测试集成在半导体晶片上的电子器件的测试头中，如图3中示意性地示出的，该测试头在此以附图标记20表示。

应当指出的是，出于简化说明的目的，测试头20在图中被表示为包括有限数量的接触探针10，然而根据需要和/或环境测试头20显然可以包括任何数量的接触探针，附图仅以本发明的非限制性示例的方式提供。

每个接触探针10的第二端部10b适于抵接在集成在半导体晶片12上的被测器件的接触垫11上，而第一端部10a适于抵靠在与测试头20相关联的支撑板13上，其中该支撑板例如可为印刷电路板(pcb)。

测试头20包括至少一个导引件21，该至少一个导引件21设置有多个导引孔22，这些导引孔22适于容纳相应的多个接触探针10。

有利地，根据本发明，导引件21为布置在每个接触探针10的第二区段s2处的下导引件，使得导引件21的导引孔22的内壁能够接触该第二区段s2，特别是通过包括在导引件21中的电连接装置。

在这方面，仍参考图3，导引件21的电连接装置包括适合的导电轨道23，该导电轨道从导引孔22延伸并且适于提取和运载由接触探针10、特别是第二区段s2运载的信号，这些导电轨道23适于电接触第二区段s2。

因此，导引件21通过在其中延伸的导电轨道23提供信号的路由(例如，朝向与测试头20相关联的pcb的路由)，因此导引件21还执行通常由与已知测试头相关联的空间变换器执行的功能。

在图3的实施例中，导电轨道23适于直接接触接触探针10的第二区段s2，即接触探针10的区段s2和导电轨道23之间的接触是由导电轨道23本身的厚度所确保的滑动接触，导电轨道23嵌入在导引件21中并且在导引件22处显现。

如图4中示出的，导电轨道23也可以是表面导电轨道，即可以布置在导引件21的面(在该附图的示例中为面fa)上，该导电轨道23在任何情况下都在导引孔22处显现。

明显的是，尽管图4示出了布置在导引件21的面fa上(即根据附图的局部参考系在导引件的上表面上)的表面导电轨道23，但是导电轨道23也可以布置在导引件21的与面fa相反的面fb上(即根据附图的局部参考系在导引件的下表面上)，以及导引件21的任何其他面上。

根据本发明的一个优选实施例，如图5中示出的，多个导引孔22的内表面的至少一部分被导电部分22w覆盖。更优选地，多个导引孔22的内表面被导电部分22w完全覆盖。以此种方式，导电区段s2能够通过滑动接触与导引孔22的导电部分22w接触，使得由接触探针10、特别是由区段s2运载的信号能够通过连接至导电部分22w、特别是从导电部分延伸的导电轨道23在导引孔22处被提取出来。

此外，如图6中示意性地示出的，应当指出的是，导引件21可包括表面导电轨道以及嵌入其中的导电轨道。

通常，当若干导电轨道23在导引件21的面fa和/或面fb上以及在导引件21内部延伸时，这些导电轨道23布置在与导引件21的表面不同的高度(levels)上。导电轨道23所布置的导引件21高度的数量可根据需求和/或环境、特别是根据要运载的信号的数量而不同，并且因此根据导引件21中要执行的路由模式的复杂度而不同。例如，可以提供一种配置，其中第一高度包括适于运载第一类型的信号的轨道，而第二层级包括适于运载第二类型的信号的轨道。

如前所述，接触探针10、特别是接触探针的第二区段s2与导引孔22(优选地设置有导电部分22w)的壁之间的接触为滑动接触，该滑动接触确保第二区段s2和导电部分22w(或者可能地直接与导电轨道23)之间的电连接。

适当地，仍参考图6，导电轨道23(特别是与导引孔22处的末端相反的一端)连接至各自的接触垫25，这些接触垫25布置在导引件21的面(在图6的示例中为面fa)上。以这种方式，可以从测试头20提取相应的信号并且将该信号运载到例如连接至测试头20的pcb。

此外，在导电轨道23嵌入导引件21的情况下，这些导电轨道23的端部露出在在导引件的面上，以允许所述导电轨道23与相应的接触垫25之间的电连接。

现参考图7，根据本发明的一个实施例，测试头20包括用作电连接装置的导电部分24，电连接装置包括导引孔22的组22’，该组22’容纳相应组的接触探针10，并电连接该组的导引孔，其中该导电部分24可另外使用或代替导电轨道23使用。

以此种方式，至少两个接触探针10可通过导引件21的至少一个导电轨道23或导电部分24电连接，该导电部分24覆盖导引件21的一区域，该区域包括导引孔的组22’，该组导引孔容纳要短路的接触探针。

在仅有两个接触探针10需要被短路的情况下，优选地使用导电轨道23作为这两个接触探针之间的电连接装置，而在多个接触探针10需要被短路的情况下，优选地使用导电部分24作为这些接触探针之间的电连接装置，该导电部分24形成用于所述多个接触探针10的公共导电平面。

电连接不同的接触探针的可能性、特别是电连接不同接触探针的第二区段s2的可能性在被测器件的两个或多个接触垫需要被短路的情况下是特别有利的，这是因为可以实施回环(loop-back)类型的配置，因此大幅缩短了信号的路径，这些信号不会从测试装置出发并朝向测试装置传输而经过整个接触探针，但是它们会停止于导电轨道或公共导电平面处，从而在测试头20整体的频率性能方面具有优势。

仍参考图7，导电部分24嵌入在导引件21中，从而在导引件21内部形成导电平面，该图示出了作为本发明的非限制性示例的一种测试头20，该测试头20包括嵌入的导电部分24以及表面导电轨道23。

可替代地，根据未在附图中示出的实施例，导电部分24可布置在导引件的表面部分上、特别是在其面fa上或在相反的面fb上、或可同时布置在面fa和fb上。

此外，根据附图8中示出的实施例，导电部分24是多个重叠的导电层24a-24n的形式，每个导电层都包括对应组22a-22n的导引孔22并且电连接对应组22a-22n的导引孔22。以此种方式，每个导电层24a-24n适于接触根据本发明的对应组的接触探针10、特别是其第二区段s2，其中每个对应组的接触探针适于运载相同类型的信号。

以此种方式，导引件21为包括多个非导电层的多层结构，优选地为陶瓷多层结构，导电层24a-24n布置在所述非导电层上，使得前一个导电层与后一个导电层之间电绝缘。

特别地，每个导电层24a-24n布置在导引件21的相应非导电层的面上，并且每个导电层具有的面积比所述面的面积小。

可替代地，每个导电层24a-24n覆盖对应非导电层的的面，除了容纳不允许形成短路的接触探针的导引孔的区域之外。

明显地，导电层24a-24n还可包括布置在导引件21的暴露面fa和fb中的至少一个面上的表面层，或这些导电层可以仅嵌入到导引件21中，如图8所示。

在待短路的接触探针靠近必须不能短路的接触探针(例如，交替布置)的情况下，导电部分24(或可替代地，每个导电层24a-24n)被非导电区域局部地阻断，从而不会电连接意图运载不同信号的接触探针。因此，非导电区域局部地阻止了意图运载不同信号的邻近接触探针之间的电连接。

例如，在多个导电层24a-24n的情况下，特定导电层的非导电区域形成在容纳必须不能被该特定的导电层短路的接触元件的导引孔处，而该特定层至少部分地覆盖容纳必须被该特定层短路的接触元件的导引孔的壁。

此外，根据未在附图中示出的实施例，与探针10的第二区段s2接触的两个导引孔或两个导电部分24的金属镀层可通过电路组件(诸如滤波电容)的方式电连接，以优化回环技术，这是由于该滤波电容的位置距离探针的接触尖端尽可能的近。

显然，该电路组件也可以是适合于特定需求的其他电路组件，诸如电感器或电阻或继电器。

还应当注意的是，根据本领域中已知的解决方案，除了下导引件21之外，测试头20还可包括多于一个的导引件，例如中间导引件和/或上导引件(附图中未示出)。

如图9所示，除了根据本发明的接触探针10之外，探针头20还可包括根据现有技术制造(即完全由导电材料制成)的接触探针10bis，这些接触探针10bis容纳在相应的导引孔22bis中。因此，测试头20通常包括根据本发明的第一组接触探针10以及根据现有技术的第二组接触探针10bis。

接触探针10由于其第二导电区段s2的长度减小而优选地适于运载高频信号，接触探针10bis通常适于运载接地或功率信号或低频输入/输出信号(即能够被已知类型的探针运载而不会发生自感问题的信号)，这在任何情况下都大幅简化了导引件21对信号的路由。

在该情况下，接触探针10bis因此适于将信号直接从被测器件传送至支撑板13，支撑板13包括合适的导电垫14，这些探针10bis的接触头适于抵接在导电垫14上。

最后，应当指出的是，如上关于根据本发明的接触探针10已经陈述的内容对于已知类型的接触探针10bis也有效，即可以提供使得这些已知类型的接触探针10bis短路的导电部分。

总之，本发明提供了一种接触探针，其中仅一个区段(包括与被测器件接触的接触尖端)是导电的，该导电区段长度小于1000μm、优选地小于500μm，并且适于接触测试头的其中容纳有探针的导引件的导电轨道或导电部分，探针的剩余区段是非导电的并且包括抵接在支撑板上的接触头，该接触头因此仅实现与所述支撑板的机械接触。

有利地根据本发明，示出的测试头特别地在高频应用中使用，这是由于接触探针的导电区段的尺寸减小，该区段旨在运载信号并且长度小于1000μm并且因此长度远小于根据现有技术的接触探针。

因此，本发明独特的特征在于仅通过导电区段向探针头的下导引件上的导电轨道运载信号的可能性，探针的剩余区段是非导电的并且仅作为确保与支撑板(即pcb或任何其他支撑件)的接触以及接触探针需要的弯折的机械支撑件使用，同时避免了探针这样的剩余非导电部分作为天线或短线(stub)使用，这是由于信号并不在其中运载。

换言之，根据本发明的接触探针的导电区段用为非常短的探针，因此消除了已知类型的探针的不利的自感问题，从机械角度来看该接触探针完美工作，这是由于第二非导电部分的存在，因此解决了本发明的技术问题。

因此，提出的解决方案能够有效地测试高频器件、避免短探针的刚度增加、大幅减少接触探针本身损坏的可能性并且同时确保接触探针施加的压力的适合的减少，避免了接触探针抵接的被测器件的接触垫的任何损坏。

还可以获得一种在信号过滤方面具有改进性能的测试头，这是由于适合的电路组件、特别是将两个接触探针连接至彼此的电容的存在。

最后，采取混合构型(其中另外的接触探针适于运载特定信号)大幅度简化了导引件的信号路线，根据本发明的导引件用作空间变换器。这主要在需要通过测试头传送若干种信号的情况下很有用。例如，借助于这些另外的接触探针，可以运载功率信号和/或接地信号(即不需要特别短的接触探针的信号)，而需要短探头以避免自感问题的高频信号则在根据本发明的探针的导电区段中运载。

显然，为了满足特别的需求和规范，本领域中的技术人员能够对如上描述的接触探针和测试头实施若干种修改和变化，这些都包括在权利要求书限定的本发明的保护范围之内。