使用开尔文电桥的集成电路(IC)测试插座的制作方法与工艺

本发明涉及使集成电路与IC板电气连接的插座。更特别地，本发明涉及用于测试集成电路的测试插座，其中该测试插座使用卡尔文(Kelvin)电桥/连接器以提高针对标准IC板测试装置的精度。

背景技术：
集成电路测试装置长期以来用在半导体行业中，以测试并评价离开制造线的芯片的质量。信号完整性是芯片设计和测试的重要方面。为此，期望将使集成电路引线与其相应的负载板焊盘互连的触点的导通部的阻抗维持在特定期望水平。设计的有效阻抗是多个因素的函数。这些因素包括导通路径的宽度和长度、制成导通结构的材料和材料厚度等。在测试诸如集成电路(IC)等的封装或模制型半导体装置的电气特性的情况下，利用使IC固定并连接至用于评价IC性能的仪器(即，处理机(handler)和负载板)的专用测试插座，这很常见。为了使要测试的芯片的集成电路引线快速地暂时连接至测试器的负载板，已设计了许多不同的测试插座。特别是自动化测试设备使用多个这种插座。典型的插座配置使用为了靠抵位于IC的引线和负载板之间的触点而产生的力，以使该触点的探测器前端发生变形并接合负载板上的焊盘。这种结构提供了待测装置(“DUT”)的引脚或接触焊盘与测试设备的相应引线之间的正连接。例如，可以在属于Rathburn的美国专利6,409,521和属于Sherry的美国专利7,737,708中发现这种连接的示例，其中这两个美国专利的教导和内容通过引用全部包含于此。内容通过引用包含于此的美国专利7,918,669是本发明人所设计的测试插座。'669专利的插座使用独特的杆机构来促使测试电路的连接器上升，其中在该上升位置，杆机构可以与测试仪器进行接触。该测试插座在减小施加于电路本身的驱动的同时确保与测试设备的良好接触方面，被认为是非常成功的。该测试插座的部件是向杆提供回弹力的弹性体元件，从而以具有成本效益且可靠的方式确保了适当的接触。圆筒状的弹性体使接触杆保持于适当位置，并且弹性体的回弹力如弹簧机构那样对于杆起作用。这样允许杆的垂直运动。由于大量生产的芯片需要与这些芯片的性能和限制有关的知识，因此精度对于测试操作而言至关重要。由于该原因，用以提高测试的精度的方式始终处于研究中。本发明是特别在IC芯片的低电压环境中使用开尔文连接器来提高测试的精度的测试插座。

技术实现要素：
本发明涉及包括开尔文连接器以形成开尔文电桥的集成电路测试插座。开尔文电桥是惠斯通(Wheatstone)电桥的变形，并且形成有特殊形状的连接器，其中这些连接器用于实现为了在测试插座上形成开尔文电桥配置所需的触点。利用标准触点技术，测试开发工程师需要来自信号传输系统的不断进化的性能。使用开尔文连接器时的挑战是由于表面积和几何结构小因而需要使两个触点放到一个信号焊盘上。典型的QFN封装体是0.25mm宽×0.35mm长，并且现有的弹簧探测器技术在长边上形成触点，但存在机械和电气方面的性能限制。其它制造商尝试了并排触点，但按较小的节距的板制造不具有成本效益。其它的悬臂设计需要长的信号路径，由此电阻和电感较高。本发明能够克服以上所论述的不足之处，并且能够通过使相对的杆嵌套(nest)来使两个触点放到一个焊盘上。通过对一侧进行开槽，杆向着彼此相向转动但不接触，这是开尔文测试的要求。将通过参考以下的说明和附图来最佳地理解本发明的这些和许多其它特征。然而，应当理解，尽管已经说明并示出了本发明人的最佳模式，但本发明不限于任何特定附图或说明。相反，应当理解，可能存在本领域普通技术人员将容易理解的本发明的许多变化，并且本发明涵盖所有这些变化和变形。附图说明图1是开尔文电桥的示意图；图2是开尔文连接器连接至DUT的开尔文电桥的示意图；图3是测试插座的实施例的从上方看的(elevated)立体图；图4是现有技术的连接器系统的部分剖开的从上方看的立体图；图5是本发明的连接器系统的部分剖开的从上方看的立体图；图6是图5的嵌套型驱动和感测杆的放大从上方看的立体图；图7是与芯片接触之前的嵌套型驱动和感测杆的侧视图；图8是与芯片接触之后的图7的嵌套型驱动和感测杆的侧视图；以及图9是驱动和感测杆的顶视图。具体实施方式在WilliamThomson、LordKelvin之后，使用同样已知为开尔文感测的四端子感测来测量非常低的电阻。将两线连接称为开尔文连接，并且将被设计成使驱动和感测对同时连接至单个端子或引线的一对触点称为“开尔文触点”。图1是简化电路图的例示，其中利用驱动用驱动件10在两个线12处经由一对电阻器R1、R2供给电流，以测量待测装置14的电阻RDUT。利用R3和R4形成电桥，并且线16连接至待测装置14以测量测试器两端间的电压。通过测量电压下降VD来确定测试器的电阻。电流也在向装置14的路径中产生电压下降，并且为了在测量中避免该电压，单独的一对线直接连接至装置14。理想地，阻抗将高到使得在感测路径上存在可忽略的电流并且在感测路径的两端间存在可忽略的电压下降。图2示出使用开尔文连接器32的测量机构。测试器CPU将编程后的驱动电压发送至DC测量单元30，并且根据来自测试器CPU的程序值接收到电压VMEAS。VMEAS的值包含到反馈回路中以控制所传送的驱动，使得观察到程序值。测量电流作为DC测量单元两端间的电压下降，并且将该值传送至CPU测试器。开尔文连接器32连接至装有要测试的芯片的插座34。设置特殊连接器36以使开尔文连接器32连接至DC测量单元30。该机构提供了待测装置的电气隔离的机械独立测量，并且提供了任何电流流动的精确电压测量。不同于驱动路径的RC随着各插入件而略微改变的其它系统，在该机构中，驱动路径的RC已被消除。此外，由于感测路径上的极小电流流动，因此该感测路径的电阻被视为不重要。有时，可以向路径添加隔离电阻器，使得高速路径上的桩(stub)减少，并且10KΩ在50Ω的环境中看似“开路”且对于测量单元看似“短路”。在存在低电阻的情况下、特别是在值低于1欧姆的情况下，开尔文连接器提高了测量的精度和效率。此外，使用精度高的电压驱动或测量，诸如电压增量小的模数或数模转换器等。高电流负载下的电压测量也将受益于开尔文连接器的使用。开尔文连接器由于在接触器中需要更多的探测器(并且或许更昂贵的探测器)并且需要更困难的板布局(更多的走线、更细微的节距)，因此与非开尔文连接器相比最初更加昂贵。这些开尔文连接器的使用还可能需要更多的测试器资源，从而潜在地延长了测试时间。然而，非开尔文连接器与开尔文连接器相比在大量生产方面可能经常昂贵得多。需要进行频繁的探测器清洁以保持测试良率高(据报道少至数千次插入)，并且非开尔文连接器在将要运行时可以明显降低测试单元效率(下降以供清洁)。需要进行频繁的探测器更换以保持测试良率高(据报道少至数万次插入)。图3示出内容包含于此的美国专利7,918,669中通常所述的类型的集成电路测试插座40。这里，为了简洁，省略了测试插座的详情。测试插座40具有通常为正方形的轮廓，包含四个对准孔42以将该测试插座安装在测试仪器上。在测试插座20的平台44上，形成正方形的凹部46以收纳待测的集成电路芯片(未示出)。如在以上所参考的'669专利中更全面地所述，在凹部46内形成多个电气连接器。一旦将芯片放置在凹部46内，就可以将测试插座40放置在例如处理机作业压机中并且夹持在处理机中以预期对集成芯片进行测试。自动和手动这两种方式的其它配置也可用于本发明。图4示出与测试插座协作以形成对DUT进行测试所需的触点的电气连接器。测试插座40坐落在作为可以接收来自IC的电气信号并评估信号的质量、强度和其它特性的测试仪器的一部分的焊盘(未示出)上。测试插座40的目的是将信号以电气方式从芯片的接触焊盘经由连接器组件52传递至下方的测试仪器。连接器组件52在不存在IC的待机或解除接合位置(如图4所示)与接合位置之间枢转，其中该接合位置与IC和测试仪器之间经由连接器组件52所实现的电气电路相对应。插座40的基座54具有使得连接器52的一部分能够从上表面暴露的多个槽56。如在美国专利7,918,669中更详细地所述，在IC放置在基座54上的情况下，IC的焊盘各自接触连接器组件52的经由槽56突出的部分，并且使连接器组件52枢转到接合位置。这样，在IC放置在测试插座基座54上的情况下，可靠且自动地建立了电气接触。建立电气连接的连接器组件52是具有杆(link)构件60和座(mount)元件62的两件式组件。弹性管状构件58容纳在基座54中，并且用于向处于解除接合位置的连接器组件52施力。座62保持在基座54中，并且包括大致平坦的上表面和大致平坦的下表面。在优选实施例中，调整基座54的大小以略微压紧座62，使得座62延伸到并且略微嵌入下方的测试仪器接触面内。在下表面和上表面之间存在具有略微向上倾斜的取向的横向开放腔。该腔直到口部大致呈圆形，然后向着杆60逐渐变宽，并且大致调整腔的大小以将杆构件的一部分保持在该腔内。口部的上边缘经由弯曲的指状突起过渡到上表面。同样，口部的下边缘经由突出的唇部构件过渡到下表面。唇部构件的下边缘向上向着前边缘弯曲。在使IC靠抵基座54的情况下，IC的下表面接触杆60的突出弓形面并且抵抗弹性管状构件58的施力而向下推动杆。在杆60经由摇臂绕座进行枢转时，IC靠抵所产生的该向下力使杆抵抗弹性构件58的施力而逆时针地转动。杆60的该转动继续，直到腿部构件与下方的测试仪器进行牢固接触为止。进一步的向下力仅使摇臂在座62的腔处所施加的压力增加，以提高接触的可靠性。由于经由杆60的弓形接触面并且经由摇臂在IC的接触焊盘与嵌入在并且附接至负载板/测试仪器的引线(未示出)的座62之间存在直接流路，因此这是接合位置。这样建立了流路，然后可以利用测试仪器以传统方式处理来自IC的信号。在图5中，利用一对座72a、72b替换了单个连接器组件62，其中弹性管状构件58位于该一对座72a、72b之间。各座72a、72b连接至插座40的下方的单独板焊盘，使得各座携载单独信号。如以上针对图2所论述的，第一座72a携载“驱动”信号并且第二座72b携载“感测”信号。驱动座72a与驱动杆74a协作，并且感测座72b与感测杆74b协作。在操作中，经由驱动杆74a从一侧向信号焊盘引入驱动信号，并且相对的感测杆74b接收单独焊盘上的装置调节信号。如上所述，这样使得能够测量待测装置的实际电阻。图6示出一对座72a、72b和杆74a、74b，为了清楚而去除了弹性构件58。各座72包括大致平坦的上表面78和大致平坦的下表面80。在下表面和上表面之间存在具有略向上倾斜的取向的横向开放腔82。腔82直到口部84为止大致呈圆形，然后向着杆74逐渐变宽，并且大致调整腔82的大小以将杆74的一部分保持在腔82内。口部的上边缘经由弯曲的指状突起86过渡到上表面78。同样，口部的下边缘经由突出的唇部构件88过渡到下表面80。唇部构件88具有向上向着前边缘92弯曲的下边缘90。驱动杆74a具有三个主要部件。第一个部件是沿着上边缘的弓形接触面96，其中该弓形接触面96被成形为在IC向杆74a施加向下力时，允许与上方的IC进行滚动接触，从而使杆74a绕座72a枢转。杆74a的第二个部件是具有终止于球状远端100的颈部的摇臂98。座72a的腔82和摇臂98的球状远端100的大小互补，以使得能够在不存在不适当摇摆的情况下可控地在座的腔内进行摇臂的平滑枢转。杆74a的第三个部件是抗衡座的上部的跟部102。在不存在芯片的情况下，如图7所示，弹性构件使座向上转动并且彼此分离。在连接组件准备就绪以供IC芯片的存在时，这是解除接合或待机位置。在芯片14放置在连接器组件上的情况下，如图8所示，杆72a、74a向着彼此转动，并且在芯片的电气触点79和杆72之间进行接触，从而利用座74、接触焊盘71和测试装置63实现了电路，以从芯片向测试装置中继信号。驱动杆74a包括用以避让感测杆74b的侧缺口110，并且感测杆74b包括用以避让驱动杆74a的侧缺口112。如图7～9所示，在两个杆74a、74b转动的情况下，由于缺口110、112以及存在于杆74a、74b之间的水平间隙108，因此这两个杆74a、74b在任何点处均不会彼此接触，这一点如从图2所看出的是使用开尔文连接器所必需的。本发明使得能够在无需向测试装置添加任何新的物件的情况下进行开尔文测量，并且提高了测量的精度。可以经由EDM、挤出、机械加工、蚀刻、3D金属打印和/或冲压来制成杆74a、74b。应当理解，本公开仅是例示性的，并且还应当理解，在没有超出本发明的范围的情况下，可以在细节方面，特别是在零件的形状、大小、材料和配置方面进行改变。因此，本发明的范围如所附权利要求书的语言所定义，并且不以任何方式受限于上述的说明和附图。