专利名称：用于固定插针的针块结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于固定检测半导体器件的大量插针的针块结构，更具体地说，涉及到这样一种针块结构，它用于固定与导线或电缆连接的大量插针，比如弹簧针(pogo-pin)，其中插针可以轻易地被其它针替换或者可以改变在针块中的位置。
当检测半导体器件，比如封装的集成电路(IC或者LSI)、半导体晶片等等之类东西时，一个半导体测试系统通常被连接到一个自动处理器(基片处理器)上，以自动测试半导体器件。这样的一个半导体测试系统往往被称为集成电路测试仪或LSI测试仪。通常，一个自动处理器包括一个测试处理器，用于自动地把封装的IC或者LST提供给该测试系统的一个测试槽；以及一个晶片检测器(prober)，用于自动地将半导体晶片相对于一个检测卡而定位。
本发明不局限于应用于检测半导体晶片和集成电路芯片(die)，而是包括封装的半导体器件、模块、印刷电路板等等的检测和老化(burn-in)。本发明的针块结构还可以有更广泛的应用，包括任何联接设备、多针插槽和其它电连接器。然而，为了便于说明，主要针对半导体晶片检测来对本发明进行描述。
图1示出了一个半导体测试系统和一个晶片检测器(基片处理器)这样一个组合的例子。半导体测试系统有一个测试头100，它通常在一个独立的箱中，并且通过一捆电缆线110连接到测试系统。测试头100和基片处理器400不但机械地相连，同时还电气地彼此相连。将要测试的半导体晶片通过基片处理器400，被自动提供到测试头100的一个测试位置。
在测试头上，将要测试的半导体晶片带有由半导体测试系统产生的测试信号。在测试状态下半导体晶片(半导体晶片上有IC电路)所产生的结果输出信号，被传送到半导体测试系统。在该半导体测试系统中，输出信号与预期的数据进行比较，以确定半导体晶片上的IC电路的功能是否完好。
图2更详细地示出了测试系统和基片处理器之间的连接关系。测试头100和基片处理器400通过一个接口元件140连接在一起，该接口元件包括一块性能板120、信号电缆(比如同轴电缆)124、一个包括弹簧针集成块130和插针(弹簧针)141的针块结构。测试头100包括大量的对应半导体测试系统测试通道(针)数量的印刷电路板150。每一印刷电路板150有一个连接口160，以连接性能板120相应的接触端子121。
弹簧针集成块130安装在基片处理器400的一个框架的上表面(未示出)。大量的弹簧针141被安装在弹簧针集成块130上，在那里每一个弹簧针141通过电缆124连接到性能板。众所周知，弹簧针是一个在其中有弹簧的、有压缩力的插针。弹簧针集成块130将相对于基片处理器400而精确地固定弹簧针141。
在基片处理器400中，一个将被测试的半导体器件比如半导体晶片300，安装在一个夹头180上。在此例中，一个测试卡(probe card)170被提供在将被测试的半导体晶片300的上方。测试卡170有大量的测试接触器(比如悬臂或者针状体)190，和接触目标比如在测试状态下半导体晶片300的IC电路中的电路端子或者接触垫(pad)相接触。
当弹簧针集成块130压住测试卡170时，在测试卡170上表面的接触垫(电极)，就电气地连接到弹簧针141上。每一个弹簧针141由于其中的弹簧而在纵向上都有弹性，因此，它能够克服测试卡上的缺陷(表面不平滑)，还能够克服晶片检测器框架等等器械上的问题。弹簧针141通过同轴电缆124也连接到性能板120的接触端子121上，其中每一个性能板120的接触端子121连接到测试头100的印刷电路板150上。另外，印刷电路板150通过带有成百条内部电缆的电缆110，连接到半导体测试系统。
在这种配置下，测试接触器190与夹头180上的半导体晶片300的表面(接触目标)相接触，以输入测试信号到半导体晶片300中，并且从晶片300接收结果输出信号。在测试状态下半导体晶片300的结果输出信号与半导体测试系统预期的产生数据相比较，以确定半导体晶片300上的IC电路的功能是否完好。
上面是连接在半导体测试系统的测试头和基片处理器之间的基本配置。针块结构的配置包括弹簧针集成块130、配合弹簧针集成块的弹簧针141、以及下面详细说明的用于与弹簧针接触的测试卡170。
图3是图2测试卡170的底视图。在此例中，测试卡170有一个安装着多个叫做针状体或者悬臂的测试接触器190的环氧树脂环。当其上固定的半导体晶片300的夹头180在图2中向上移动时，悬臂190的端头就和晶片300上的触点(接触目标)接触。悬臂190的末端连接到测试卡170中形成的传输线(未示出)上。传输线连接到多个电极197(在测试卡170的上表面上)，电极进一步和图2所示的弹簧针141接触。
图4是图2所示的、其中有多个弹簧针的弹簧针集成块130的针块结构的剖面图。弹簧针集成块130包括多个弹簧孔131，其中插入的弹簧针141将被固定在其中。每一个弹簧孔131和弹簧针141形成台阶状，从而插入的弹簧针141被固定在弹簧孔131的预定深度。针块结构进一步包括一个用于锁定弹簧孔131中的弹簧针141的弹簧帽132。这样，弹簧针141被排列在弹簧针集成块130相同的高度，而不会从弹簧孔131中掉出来。
正如上面提到的，当弹簧针集成块130连到基片处理器400上时，弹簧针141的端头和测试卡170的接触插座(接触垫)197接触。弹簧针141的另一末端连接到电缆124比如同轴电缆上，电缆进一步连接到性能板120的接触端子121上。
在一个半导体器件测试的实际应用中，大量这样的弹簧针，例如数百个，必须要以小间距和很高的位置准确性安装在弹簧针集成块130上。由弹簧针集成块130的弹簧孔固定住的弹簧针141被排列，以相对于测试卡170的接触垫197，精确地安置在预定的接触位置。
在上述的针块结构中，出现了这样一种情况，其中，这样的一个弹簧针可以被其它的弹簧针替换，或者改变在弹簧针集成块中的位置。例如，当一个有不同接触目标排列的半导体晶片需要测试时，测试卡170必须被替换为另一个有相应配置的测试接触器190的测试卡。有相应的测试接触器的新测试卡的接触插座的排列，在信号归属上有时不同于原先的那一个。在这种情况下，弹簧针集成块130中弹簧针的排列必须参照新测试卡的接触插座的新排列，重新设置。
在连接性能板120的接触端子和弹簧针141的同轴电缆的线路中，出现一个错误的情况下，就会出现另一个要求弹簧针更换或者改变的例子。因此，弹簧针集成块130的弹簧孔131中相应的弹簧针141，必须移走，并且装入另一弹簧孔，以校正配线差错。而且，由于弹簧针141是机械元件，并且可能有缺陷或者损坏，而需要更换。
既然如此，为了对安装在弹簧针集成块130中的弹簧针141的排列进行重新设置，同轴电缆124必须被焊开，连接到性能板120的另一位置。然而，因为在一个微细的空间中焊开电缆并且再次焊接电缆需要困难的手工作业，它可能影响整个半导体测试系统的可靠性。此外，弹簧针141和连接到弹簧针141的同轴电缆124的组合必须从弹簧针集成块130中取出，这就可能损坏弹簧针141。
因此，在常规的技术中，因为改变弹簧针141是费时的和不可靠的过程，所以在弹簧针集成块中更换弹簧针或者改变弹簧针的位置，是要解决的麻烦和困难的问题。
因此，本发明的一个目的是提供一种能够轻易地更换弹簧针或者重新设置弹簧针的排列的针块结构，以解决上述问题。
本发明的另一个目的是提供一个允许在不断开信号电缆的情况下，替换或者改变连接到信号电缆的弹簧针的位置的针块结构。
本发明再一个目的是在短时间内不断开信号电缆，不影响可靠性的条件下，提供一个能够对与信号电缆连接的弹簧针进行装配和分解的针块结构。
本发明的上述目标通过提供一个用于固定弹簧针的针块结构得到实现，它包括一个弹簧针集成块，该弹簧针集成块具有多个用于插入弹簧针的弹簧孔；一个连接孔，该连接孔相对于预定数量的弹簧孔，以这样的方式在弹簧针集成块中，以致于弹簧针可以共享连接孔的一个共用空间；以及一个弹簧帽，用于把弹簧针锁在预定的弹簧孔中。弹簧针集成块的弹簧孔如此形成，以致于它使插入弹簧孔的弹簧针可以相对于半导体测试系统进行精确地定位。连接孔如此形成，以致于它使弹簧针和连接到弹簧针的电缆可以自由地穿过弹簧孔和连接孔产生的内部空间。
根据本发明的针块结构，每一个和电缆相连的弹簧针，可以从弹簧孔移走而不断开电缆，并且通过弹簧孔和连接孔形成的空间安装在另一弹簧孔中。之后，在弹簧孔中重新放回或者重新整理的弹簧针，通过附上弹簧盖，就可以固定在弹簧针集成块中。因此，当校正配线差错、重新设置弹簧针的排列、或者其它类似的操作时，弹簧针可以轻易地换到另一弹簧孔。本发明的针块结构能够装配并且分解与信号电缆连接的弹簧针，而不用在短时间内断开信号电缆，并且不会影响可靠性。
图1是示意图，表示在基片处理器和有测试头的半导体测试系统之间的结构关系。
图2是示意图，表示一个用于通过接口元件，将半导体测试系统的测试头连接到基片处理器的详细配置。
图3是底视图，表示常规技术的、具有一个环氧树脂环的、用于固定多个测试接触器的测试卡。
图4是剖面图，表示常规弹簧针集成块的配置，其中，弹簧针插入到它的弹簧孔中。
图5是透视图，表示本发明的实施例中有弹簧针插入其弹簧孔中的针块结构。
图6是底视图，表示按照本发明的实施例的用于更换和/或改变弹簧针位置的弹簧针集成块。
图7是底视图，表示按照本发明实施例的用于与图6的弹簧针集成块结合的弹簧帽。
图8A是透视图，表示本发明的弹簧针集成块的具体实现的例子，其中没有弹簧针，图8B是图8A的弹簧针集成块的顶视图。
图9A是透视示意图，表示用于与图8的弹簧针集成块结合的弹簧帽的具体实现的例子，图9B是图9A的弹簧帽的顶视图。
下面参考附图，详细说明本发明的实施例。图5是本发明的针块结构的透视图，它包括一个弹簧针集成块13、一个弹簧针11和一个弹簧帽16。在具体实现中，大量的弹簧针被用于弹簧针集成块13中。图5还示出了一个性能板12，它连接到半导体测试系统的一个测试头上(未示出)并连接到一个有接触垫19的测试卡14上。虽然图中未示出，但是这个测试卡14在它的底部是有接触器的，比如接触针，以便与将被测试的半导体器件建立电接触。针块结构安置在性能板12和测试卡14之间。
在弹簧针集成块13中，弹簧针11以垂直方向插入到弹簧孔17中，以便与测试卡14的接触垫19接触。在弹簧孔17中，提供了一个象图4所示的台阶状的东西(止动器)，从而当弹簧针11的凸出部分和止动器啮合时，弹簧针11停在弹簧孔的预定深度。在图5中，电缆15连接到弹簧针11上。电缆15的另一末端连接到，例如，性能板12上。电缆15通常是一个带有用于从中传送信号的预定特性阻抗的同轴电缆。
当性能板12、针块结构、和测试卡14恰当地安装在图2的测试头和基片处理器上时，电连接就建立了，在那里弹簧针11的端头和测试卡14上的接触垫19接触。因此，当图2的固定半导体器件的夹头向上移动时，在半导体测试系统的测试头和将被测试的半导体器件之间的导电连接就建立了。
图6是弹簧针集成块13的底视图，用于解释在更换和/或改变弹簧针11的位置时本发明的效果。图7的底视图是用来解释弹簧孔17和弹簧帽16之间的相互关系，弹簧帽16用于将弹簧针11固定在弹簧针集成块13的弹簧孔中。
如图6所示，多个弹簧孔17通常带有一个共用孔或者一个连接孔18。在此例中，四个弹簧孔17共享同一个连接孔18，该连接孔18位于四个弹簧孔17的中间。应该说明的是，虽然通过两个或更多弹簧孔17共享一个连接孔是较好的，但是只有一个弹簧孔17和一个连接孔18的组合，也可以实现本发明的目的。连接孔的直径大于每一个弹簧孔17的直径，从而可以使弹簧针11从中通过。即，当弹簧针11安装在弹簧孔17中时，连接孔18的内部空间的直径被设计成比弹簧针11的最大直径(凸出部分)还大。
在图6的例子中，四个弹簧孔17安置在一个用虚线表示的虚构正方形的四个角，以致于每一弹簧孔17的中心都定位在正方形的角上。一个相对较大的连接孔18设置在中心，以致于每一个弹簧孔17通过连接孔18，都和其它弹簧孔17连通。
当弹簧针11将固定在弹簧针集成块13上时，弹簧帽16通过一种连接装置比如一个螺丝(未示出)连接到弹簧针集成块上。弹簧帽16有多个帽孔20，如图7所示，它们都被精确地定位，以便与弹簧针集成块13上的弹簧孔17对应。帽孔20的直径设计成比弹簧针11稍微大一点，而可以把弹簧针锁定在弹簧孔17里。因此，当弹簧帽16被附加到弹簧针集成块13上时，弹簧针11就被固定在针块结构上。
当弹簧针11安装在针块结构上时，弹簧针11的上端穿透了弹簧孔17和相应的帽孔20，以接触测试卡14上的接触垫19。弹簧孔17和帽孔20的位置和间距，被精确地设计，以致于弹簧针11和相应的接触垫19或者测试卡14精确地啮合。在这种状态下，来自半导体测试系统的测试信号通过弹簧针11和电缆15，被提供给在测试状态下的半导体晶片，并且反应信号通过弹簧针11和电缆15被半导体测试系统进行计算。
正如前面参考常规技术所述的那样，出现了一种情况，其中，弹簧针11可以被其它弹簧针替换，或者移到弹簧针集成块13上的其它位置。在此情况下，在本发明中，弹簧针11可以被轻易地从弹簧针集成块13中移走，并且移到弹簧针集成块13的其它位置。这样的一种替换或者位置的改变按照下面的方法进行。
首先，从弹簧针集成块13上移走弹簧帽16。其次，预定的弹簧针11从弹簧针集成块13的弹簧孔17中取出。由于弹簧孔17的直径比连接电缆的厚度大，因此，与电缆15相连的弹簧针11很容易地脱离弹簧孔17。
在这种状态下，从弹簧孔17分离的弹簧针11，转移到与其它弹簧孔共用的连接孔18中。在两个共享同一个连接孔18的弹簧针11不得不相互调换的情况下，它们被交换位置并且插入预定的弹簧孔17中，如图6的箭头(A)所示。在弹簧针11要被改变位置到其中一个与之共享同一个连接孔18的弹簧孔中的情况下，它可以被移到新位置并且插入到预定的弹簧孔17中，如箭头(B)所示。
在弹簧针11要被移动到不同组的弹簧孔18中的情况下，弹簧针11被从弹簧针集成块13移走，并且插入另一组弹簧孔17的连接孔18中。然后，弹簧针11被移动到预定的弹簧孔17的位置，并且插入其中。
在弹簧针11被插入到新的弹簧孔17中之后，有相应帽孔20的弹簧帽16被附加到弹簧针集成块13上，从而可以在弹簧针集成块13中的新位置，牢固地固定弹簧针11，如图7所示。如上所述，帽孔20的直径稍微大于弹簧针11的直径，在预定的弹簧孔17中，弹簧针11被固定在弹簧针集成块13上。
图8A是本发明的弹簧针集成块的具体实现的例子的透视示意图，其中没有弹簧针，图8B是图8A的弹簧针集成块13的顶视图。类似地，图9A是透视示意图，示出了用于与图8所示的弹簧针集成块组合的弹簧帽16的具体实例，图9B是图9A的弹簧帽16的顶视图。当弹簧帽16被附加到弹簧针集成块13上时，插在弹簧孔17中的弹簧针被固定在弹簧针集成块13的准确位置。
在图8A-8B和9A-9B中，弹簧针集成块13上提供了大量的弹簧孔17，其中两个、三个或者四个弹簧孔17为一组，共享一个共用的连接孔18。应该说明的是，本发明还可以适用于一个只有一个弹簧孔的块结构。在图8A-8B和9A-9B中，弹簧孔的排列被配置为，与通常用于与半导体晶片的表面接触的典型的测试卡的接触垫相匹配。通过如上所述的这种方法，插入弹簧孔17中的弹簧针11的排列可以轻易地重新设置。因此，可以根据新测试卡或者校正弹簧排列，实现弹簧针排列的重新设置，而没有把弹簧针和信号电缆断开。
根据本发明的针块结构，每一个和电缆相连的弹簧针，可以从弹簧孔中移走而不断开电缆，并且通过弹簧孔和连接孔之间形成的空间安装到另一个弹簧孔中。之后，在弹簧孔中重新放置或者重新整理的弹簧针，通过附上弹簧盖，就可以固定在弹簧针集成块上。因此，当校正配线差错、重新设置弹簧针的排列、或者其它相似是操作时，弹簧针可以轻易地换到另一弹簧孔。本发明的针块结构能够拆装与信号电缆连接的弹簧针，而不用在短时间内断开信号电缆，并且不会影响可靠性。
虽然在此只明确地说明和描述了一个最佳实施例，但是按照上述教导，在后附的权利要求的界限内，可以对本发明进行许多有价值的改进和改变，而不会脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种针块结构，用于在其中固定多个弹簧针，包括弹簧针集成块，具有多个用于在其中插入弹簧针的弹簧孔，每一个弹簧针与一个信号电缆连接，并且插入相应的一个弹簧孔；弹簧针集成块中的连接孔，位于预定数量的弹簧孔的中心，以这样方式设置，以致于连接孔和所有预定数量的弹簧孔相互连通；以及一个用于在预定弹簧孔中锁定弹簧针的弹簧帽；其中，弹簧针集成块的弹簧孔被如此形成，以致于插入的弹簧针被安装在其中，以便相对于半导体测试系统而精确地定位，并且连接孔的直径大于每一弹簧孔直径，从而弹簧针和连接弹簧针的信号电缆可以自由地穿过连接孔，从一个弹簧孔移到另一个弹簧孔中。
2.按照权利要求1所述的用于固定多个弹簧针的针块结构，其中连接孔被安置在四个弹簧孔的中心，以致于四个弹簧孔的每一个，通过连接孔都与其它弹簧孔相通，从而，使得弹簧针从四个弹簧孔中的一个，通过连接孔移到四个弹簧孔的另外一个中，而弹簧针不必离开弹簧针集成块。
3.按照权利要求1所述的用于固定多个弹簧针的针块结构，其中，连接孔的直径大于弹簧针或者连接弹簧针的信号电缆的最大直径。
4.按照权利要求1所述的用于固定多个弹簧针的针块结构，其中，连接孔被安置在两个弹簧孔的中心，以致于一个弹簧孔通过连接孔与另外一个弹簧孔连通，从而，使得弹簧针可以通过连接孔从一个弹簧孔移到另外一个弹簧孔，而弹簧针不必离开弹簧针集成块。
5.按照权利要求1所述的用于固定多个弹簧针的针块结构，其中，连接孔被安置在三个弹簧孔的中心，以致于三个弹簧孔的每一个，通过连接孔相互连通，从而，使得弹簧针可以通过连接孔从三个弹簧孔中的一个移到三个弹簧孔的另外一个中，而弹簧针不必离开弹簧针集成块。
6.一种针块结构，用于在其中固定多个弹簧针，包括一个弹簧针集成块，具有多个用于在其中插入弹簧针的弹簧孔，每一个弹簧针被插入相应的一个弹簧孔中；弹簧针集成块中的连接孔，位于预定数量的弹簧孔的中心，以这样方式设置，以致于连接孔和所有预定数量的弹簧孔相互连通；以及一个弹簧帽，具有多个孔，这些孔对应于弹簧针集成块上的多个弹簧孔，当弹簧帽被附加到弹簧针集成块时，用于锁定在预定弹簧孔中的弹簧针；其中，连接孔的直径大于每一弹簧孔的直径，从而弹簧针可以自由地通过连接孔，从一个弹簧孔自由地移动位置到另外一个弹簧孔。
7.按照权利要求6所述的用于固定多个弹簧针的针块结构，其中连接孔被安置在两个弹簧孔的中心，以致于一个弹簧孔，通过连接孔与另外一个弹簧孔连通，从而，使得弹簧针可以通过连接孔从一个弹簧孔移到另外一个弹簧孔中，而弹簧针不必离开弹簧针集成块。
8.按照权利要求6所述的用于固定多个弹簧针的针块结构，其中连接孔被安置在三个弹簧孔的中心，以致于三个弹簧孔的每一个，通过连接孔相互连通，从而，使得弹簧针可以通过连接孔从三个弹簧孔中的一个移到三个弹簧孔的另外一个中，而弹簧针不必离开弹簧针集成块。
9.按照权利要求6所述的用于固定多个弹簧针的针块结构，其中连接孔被设置在四个弹簧孔的中心，以致于四个弹簧孔的每一个通过连接孔相互连通，从而，使得弹簧针可以通过连接孔从四个弹簧孔中的一个移到四个弹簧孔的另外一个中，而弹簧针不必离开弹簧针集成块。
10.按照权利要求6所述的用于固定多个弹簧针的针块结构，其中连接孔的直径大于弹簧针或者连接弹簧针的信号电缆的最大直径。
全文摘要
一种针集成块结构,它由一个弹簧针集成块和一个用于固定弹簧针的弹簧冒构成,其中触针可以容易地替换或者容易地改变在针块结构中的位置。弹簧针集成块包括用于插入弹簧针的多个弹簧孔以及用于连通弹簧孔空间的连接孔,该连接孔设置在各弹簧孔之间。连接孔如此地形成,以致于弹簧针和连接弹簧针的电缆可以通过连接孔自由地从一个弹簧孔移动到另外一个弹簧孔中。将弹簧针固定在弹簧针集成块上之后,将弹簧帽附加到弹簧针集成块上。
文档编号G01R31/26GK1374688SQ0110439
公开日2002年10月16日 申请日期2001年3月13日 优先权日2001年3月13日
发明者道格拉斯·D·勒菲弗, 唐纳德·W·阿雷 申请人:株式会社鼎新