具有改进的频率性能的测试头的制作方法

本发明涉及一种测试头，用于测试集成在半导体晶片上的电子器件，并且以下公开内容仅为了简化说明而参考了该应用领域。

背景技术：

如广泛已知的，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。

测试头本质上包括多个可移动的接触元件或接触探针，这些接触元件或接触探针设置有用于被测器件的相应的多个接触垫的至少一个端部或接触尖端，被测器件也可以表示为dut(待测试器件“deviceundertest”的英文首字母缩写)。至于术语端或尖端，在下文中表示端部区域，并不一定是尖的。

还已知的是，测量测试的有效性和可靠性除了其他因素之外，还取决于器件和测试装置之间形成的良好电连接，因此也取决于与探针/垫形成的最佳电接触。

在本文所考虑的用于测试集成电路的技术领域中使用的测试头的各种类型中，通常使用被称为带垂直探针的测试头，用英文术语“垂直探针头(verticalprobehead)”表示。

带垂直探针的测试头本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。这样的导引件设置有适合的容纳接触探针的导引孔并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空气隙(airgap)。特别地，这对导引件包括上导引件或上模以及下导引件或下模，这两者都设置有多个导引孔，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的电学性能和机械性能的特殊合金线制成。

在这种情况下，通过测试头在器件本身上的压力也能够确保接触探针和被测器件的接触垫之间的良好连接，在此按压接触期间，在上导引件和下导引件中形成的导引孔内可移动的接触探针会在两个导引件之间的空气隙内弯曲，并在这种导引孔内滑动。

还已知使用具有非固定约束的探针、但是与接口(interface)保持接合，也连接至测试装置的测试头：这些测试头被称为具有非受阻(blocked)探针的测试头。

在这种情况下，接触探针还具有朝向这样的接口的多个垫或接触垫的另外的端部区域或接触头。通过将探针按压在接口的接触垫上，类似于与被测器件接触，能够确保探针和接口之间的良好电连接。

图1示意性地示出了具有非约束垂直探针的测试头，本文中以1表示。

测试头1因此包括多个接触探针2，这些接触探针2容纳在至少一个上导引件3以及下导引件4中，上导引件通常表示为“上模”，下导引件通常表示为“下模”，上导引件和下导引件为板状并且彼此平行，由空气隙7分隔开。上导引件3和下导引件4包括对应的多个导引孔3a和4a，接触探针2在这些导引孔中滑动。

每个接触探针2具有以接触尖端2a结束的端部区域，接触尖端2a用于抵接集成在半导体晶片上的被测器件6的多个接触垫中对应的垫或接触垫6a上，以实现被测器件6和测试装置(未示出)之间的机械接触和电接触，这种测试头是测试装置的末端元件。

在图1的示例中，每个接触探针2还具有另一端区或端部，该端区朝向空间变换器5的多个接触垫中的对应的垫或接触垫5a以所谓的接触头2b结束。类似于接触探针2的接触尖端2a与被测器件6的接触垫6a之间的接触，通过将接触探针2的接触头2b按压-抵接在空间变换器5的接触垫5a上能够确保接触探针2和空间变换器5之间的良好电连接。

如广泛已知的，测试头包括许多越来越靠近的接触探针，用于传送操作信号、尤其是用于在集成器件上执行测试，还用于传送功率信号和接地信号。

通常，在测试头内部，接触探针被分为用于传送功率信号的探针、用于传送信号的探针和用于传送操作信号(特别是测试装置和被测器件之间的输入/输出信号)的探针。

已知的是，用于传送接地信号的许多接触探针的存在，以及用于传送功率信号(powersignal)的许多接触探针的存在，会产生干扰，从而导致在与传送功率信号和接地信号的这些探针邻近的探针所传送的操作信号(即，在用于测试被测器件的输入/输出信号)中产生噪音，这限制了测试头作为整体的频率性能。如果接触探针传送的是接地信号，则同样会出现不利的接地回路。

此外，出现了使得被测器件的两个或多个接触垫短路的需求。最常使用的已知解决方案，在本领域中称为回送(look-back)，是通过将测试头的两个探针适当地连接至测试头装置的电平(level)，使得被测器件的两个接触垫短路；特别地，第一探针用于将信号从被测器件的第一接触垫向测试装置传送，该信号通过第二接触探针在被测器件的第二接触垫上再次自行闭合(closed)。

然而，发生的情况是，信号从被测器件到测试装置的行进距离导致测试头整体频率性能下降，反之亦然。

此外，本领域中仍然存在改进测试头的频率性能的需求。

本发明的技术问题在于设想一种用于测试电子器件的测试头，该测试头的结构和功能特征能够克服目前仍影响根据现有技术制造的测试头的限制和缺点，尤其是能够很容易地减少(如果不能消除的话)干扰并因此减少由于接地和功率接触探针的存在导致的噪音，即使多个功率信号彼此各不相同也适用，并且能够在接触垫应当短路的情况下减少信号路径。

技术实现要素：

基于本发明的解决方案构思在于使用具有至少一个导电区域的多个导引件将用于传送相同信号的多个探针(如公共导电平面)和用于传送其他信号的接触探针短路，用于传送其他信号的接触探针至少部分地覆盖有绝缘材料以与公共导电平面绝缘。

基于该解决方案构思，如上技术问题是通过用于校验集成在半导体晶片上的被测器件的功能性的测试头来解决的，这种测试头包括至少一个导引件，该至少一个导引件包括多个导引孔以及至少第一组接触探针和第二组接触探针，第一组和第二组接触探针容纳在所述多个导引孔中，这样的接触探针中的每一个都包括在第一端部和第二端部之间延伸的主体，测试头的特征在于：至少一个导引件至少包括导电部分，该导电部分包括至少一组容纳导引孔，导电部分电连接至第一组接触探针，第一组接触探针在导电部分中形成的容纳导引孔中滑动并且适于传送相同的信号，并且第二组接触探针中的每一个包括由绝缘材料制成的涂层，该涂层形成在主体处，以将第二组接触探针与导电部分绝缘。

更具体地，本发明包括根据需要可以单独考量或组合考量的以下附加的和可选的特征。

根据本发明的另一方面，导电部分可连接至选自接地基准、功率基准或操作信号基准的公共信号基准(commonsignalreference)。

特别地，这样的导电部分可在主体的表面处形成。

此外，这样的导电部分可包括正交部分，正交部分至少部分地在容纳导引孔内延伸。

根据本发明的另一方面，导电部分可完全覆盖导引件。

可替代地，导电部分可由完全导电导引件形成。

根据本发明的这一方面，完全导电导引件可以选自上导引件、下导引件或测试头的额外导引件。

根据本发明的另一方面，涂层可以为薄膜的形式，其厚度小于2μm、优选地小于0.2μm。

此外，涂层可以由选自有机绝缘材料或聚合物绝缘材料的绝缘材料制成，优选地由选自氮化物、铝氧化物(或氧化铝)或所谓的dlc(diamondlightcarbon，金刚石轻碳)的高硬度绝缘材料制成。

此外，涂层可沿第二组接触探针延伸(除了端部之外)。

可替代地，涂层可仅在第二组接触探针的主体的一部分中延伸，这一部分是在测试头工作期间用于被容纳在对应的容纳导引孔中的部分。

根据本发明的另一方面，导电部分可由导电材料制成，优选地由选自铜、金、银、钯、铑以及这些金属的合金的金属材料制成。

根据本发明的另一方面，导引件可以靠近被测器件放置。

最后，根据本发明的另一方面，测试头可包括电连接至导电部分的另外的电路组件，优选为诸如电容的过滤元件。

参考附图，根据本发明的测试头的特征和优点将从下文通过非限制性参考示例给出的实施例的描述中更为清楚。

附图说明

在这些附图中：

图1示意性地示出了根据现有技术制造的测试头；

图2示意性地示出了根据本发明制造的测试头；

图3a和图3b示意性地示出了包括在根据本发明的测试头中的接触探针；以及

图4a-图4d以及图5a-图5b示意性地示出了根据本发明的测试头的可替代实施例。

具体实施方式

参考这些附图，特别是附图2，附图标记10在本文中指代测试头，该测试头包括用于测试电子器件的多个接触探针、尤其是集成在晶片上的电子器件的多个接触探针。

应当注意的是，附图为根据本发明的测试头的示意图，并不是按照比例绘制的，而是为了加强示出本发明的重要特征而绘制的。此外，在附图中，示意性地示出了不同的元件，这是由于这些元件的形状可根据所需的应用而不同。还应当注意的是，在附图中相同的附图标记指代的是形状或功能一致的元件。最后，在附图中以示例的方式示出的本发明的不同方面可彼此组合并且可从一个实施例互换到另一个实施例。

具体地，测试头10是具有非约束垂直探针的类型，还包括多个接触探针20，这些接触探针20容纳在至少一个上导引件13(通常以“上模”表示)以及至少一个下导引件14(通常以“下模”表示)中，至少一个上导引件13和至少一个下导引件14为板状的并且彼此平行，由空气区域17分隔开。上导引件13和下导引件14包括对应的多个容纳导引孔13a和14a，接触探针20在这些容纳导引孔内滑动。

每个接触探针20具有以接触尖端12a结束的端区或端部，接触尖端12a用于抵接集成在半导体晶片上的被测器件16的多个接触垫的对应垫或接触垫16a，以形成被测器件16和测试装置(未示出)之间的机械和电接触，该测试头是测试装置的末端元件。

每个接触探针20还具有另外的端区或端部，该端部朝向空间变换器15的多个接触垫的对应垫或接触垫15a以所谓的接触头12b结束。

接触探针20通常由具有良好电学和机械性能的特殊合金线制成，优选地由金属镍合金、特别是镍锰(nimn)合金或镍钴(nico)合金制成。

适当地，根据本发明，测试头10包括至少一个第一组接触探针(以20a表示)以及第二组接触探针(以20b表示)，这样的第二组接触探针中的每个接触探针20b还包括至少一个由绝缘材料、优选为硬绝缘材料制成的涂层21。特别地，涂层的绝缘材料的维氏硬度高于2000hv(19614mpa)。

此外，根据本发明的测试头10至少包括导电部分22，导电部分22在这些导引件中的一个导引件(例如下导引件14)的一个面处(例如顶面fa，以图2的方向为基准)覆盖该导引件的至少一个区域，优选地覆盖整个表面。基本上，下导引件14的顶面fa位于空气区域17处，面向上导引件13。

下导引件14可由非导电性材料制成，例如陶瓷材料(诸如氮化硅或玻璃态或硅基材料、或聚酰胺材料、或任何其他适合的介电材料)，而导电部分22可制成为例如光刻地(photolithographically)沉积或通过激光限定沉积在导引件上的金属化层的形式。此外，这样的导电部分22可由任何导电材料制成，例如金属材料，特别是选自铜、金、银、钯、铑或这些金属的合金(仅例举几例)的金属材料。

更具体地，导电部分22在下导引件14包括接触探针20的更多容纳导引孔14a的区域上方延伸，以此种方式，包括容纳导引孔14a的导电部分22能够电连接至插入其中的接触探针20并且形成用于探针的公共导电平面，该平面可适当地连接至相同信号、诸如公共基准电压(选自功率或接地电压基准或操作信号)，该相同信号为用于被测器件16的输入/输出信号。特别地，导电部分22沿容纳导引孔14a的边缘延伸并且因此将接触在容纳导引孔14a中滑动的接触探针20。

因此可能的是使用导电部分22来连接多个接触探针20和这样的相同信号(以vcom公共信号表示)。vcom还表示连接至导电部分22的公共信号基准。

根据本发明有益地，测试头10还包括第一组接触探针20a和第二组接触探针20b，由于导电部分22，第一组接触探针20a彼此短路并且连接至vcom公共信号；由于涂层21，第二组接触探针20b与导电部分22绝缘并且因此并不连接至vcom公共信号。换言之，涂层将第二组接触探针20b与导电部分22绝缘。

更特别地，如图3a所示，这样的涂层21可沿整个接触探针20b延伸(除了对应的尖端端部12a和头部端部12b之外)，也就是沿这样的接触探针20的杆状主体12c(在这两个端部之间限定)延伸。

可替代地，涂层21可仅在接触探针20b的主体12c的区段12d中延伸，在测试头10的工作和空闲期间以及当接触探针20置于被测器件16的接触垫16a上时，该区段12d用于被容纳于下导引件14的相应容纳导引孔14a中，并且因此探针在容纳导引孔14a中滑动。换言之，主体12c由涂层21覆盖的该区段12d在测试头10的工作期间能够与导电部分22接触。以此种方式，由于涂层21的存在，确保接触探针20b与这样的导电部分22绝缘。

更特别地，涂层21可为薄膜的形式，厚度小于2μm、优选地小于0.2μm。可能的是通过在接触探针20上所谓的闪沉积(flashdeposition)绝缘材料、并且随后刻蚀不需绝缘的区域(特别是接触探针20的尖端端部12a和头部端部12b)、仅在主体12c或一部分处留下绝缘材料的薄层或闪层来形成这样的涂层21。

更特别地，涂层21由选自聚合或有机绝缘材料的绝缘材料制成、优选地由选自氮化物、铝氧化物(或氧化铝)或所谓的dlc(金刚石轻碳)的高硬度绝缘材料制成。具体地，涂层的绝缘材料的维氏硬度在2000到10000hv之间(19614到98070mpa之间)。

如已经解释的，测试头10包括用于传送不同类型信号、特别是功率信号、接地信号和操作信号的接触探针，操作信号即是源自/发送至被测器件的输入/输出信号。

应当强调的是，同样基于不同的物理和机械特征，用于传送不同类型信号的接触探针能够彼此区分，这些特征涉及：例如功率信号还可展现出高电流值(通常大约1a或更高)，反之操作信号(即输入/输出信号)通常展现出低电流值(例如大约0.5a或更低)。例如在接触探针为金属线的形式的情况下，可能的是对于用于传送不同类型信号的探针使用不同直径的线，尤其可能的是用相对于形成用于传送操作信号(即输入/输出信号)的探针的线直径更大的线来形成用于高电流功率信号的探针；还可能的是对于传送不同类型信号的探针使用不同的材料。

如相关于现有技术已经解释的，用于传送接地信号以及功率信号的许多接触探针的存在导致干涉，导致操作信号(即用于校验被测器件的输入/输出信号)中的噪音，这限制了测试头整体的性能、特别是频率性能。

有利地根据本发明，允许电连接至少一组接触探针20a(例如用于传送接地信号)的导电部分22的存在因此形成公共(接地)导电平面，能够消除由测试头10内部的其他接触探针传送的信号中的噪音，特别是对于用于传送操作信号、即输入/输出信号的探针，类似于图2中的探针20b，这样的探针适合地设置有涂层21。

以此种方式，测试头10可包括用于传送接地和功率信号的接触探针、以及用于传送输入/输出信号的接触探针，这些探针容纳在任意组合的导引件中，必须不能与导电部分22接触的探针适当地设置有涂层21。

有利地根据本发明，导电部分22能够完全覆盖下导引件14并且不应该成形为仅使得用于传输相同类型的信号、例如功率信号的探针短路，在并不邻近彼此的探针用于传送这样的信号、例如功率信号的情况中也显著地促进了这样的导电部分22的形成和测试头10整体的形成，如集成在晶片上的最近的电路拓补结构所呈现的。

应当强调的是，可能的是考虑到一种测试头10，其中传送类似的信号、例如功率信号的全部接触探针20a通过导电部分22电连接，或考虑到一种测试头10，其中这些探针中仅有一些被这样的导电部分22短路。

此外，导电部分22可形成为包括抵接接触垫的接触探针的导引孔，这些接触探针应当被彼此短路，这样的短路是通过这样的接触探针和导电部分22正确地形成的。

应当强调的是，有利地根据本发明，在该情况中，根据相对于已知解决方案的下部路径，由被导电部分22连接的接触探针传送的信号并不被传送到测试装置随后也不再次被传送到被测器件，然而在包括导电部分22的导引件处再次自行闭合；示出了特别有利的情况，其中导电部分22形成在下导引件上，即靠近被测器件，以增强以此种方式形成的短路的电学性能。

有利地根据本发明，还可能的是提供测试头10，该测试头10具有连接至形成公共导电平面的导电部分22的另外的电路组件。

如图4a中示意性示出的，例如，可能的是插入适合的过滤元件、尤其是滤波电容25，滤波电容25具有连接至形成公共导电平面的导电部分22的至少一个电极25r。类似可能的是将其他电路组件连接至这样的公共导电平面，诸如电阻或电感(例如适合地连接至导电部分22)。

应当强调的是，图4a中的实施例能够最优化这样的滤波电容25的过滤效果，并且因此最小化由传送接地和功率信号的接触探针导致的干涉，这是由于这样的滤波电容25被尽可能靠近接触探针的接触尖端12a放置，导电部分22形成在下导引件14中，即靠近包括被测器件16的晶片。

适当地，如图4b中示意性示出的，导电部分22还可在接触探针20的容纳导引孔14a内部延伸，特别是还具有正交部分22w，正交部分22w至少部分覆盖该容纳导引孔14a的内壁。

然而，应当强调的是，即使在导电部分22并不覆盖导引孔的内壁的情况下，与接触探针20a的接触无论如何都由导电部分22本身的厚度确保，该探针在导电部分22上滑动。

如图4c中示意性示出的，还可能的是在下导引件14的相对的第二面上形成导电部分22，例如在考量图4c中的局部基准的下面fb上。本质上，下导引件14的下面fb面向被测器件16。

还可能的是考虑是否在下导引件14的两个面fa和fb上都形成对应的导电部分。

此外，如图4d中示意性示出的，可能的是形成测试头10以包括导电部分23，导电部分23形成在上导引件13上。同样在该情况中，导电部分23在上导引件13包括接触探针20的多个容纳导引孔13a的区域上方延伸；以此种方式，包括容纳导引孔13a的导电部分23能够与插入其中的接触探针20电连接并且形成公共导电平面，公共导电平面可连接至vcc公共信号，特别是选自电源电压基准(supplytensionreference)、接地基准或操作信号(即输入/输出信号)的vcc公共信号，以连接多个接触探针20和这样的vcc公共信号。同样在该情况中，导电部分23基本上在上导引件13的整体表面上延伸并且从而连接在其中形成的全部容纳导引孔13a，必须被这样的导电部分23绝缘的接触探针20b并不连接至这样的vcom公共信号，这是由于这些探针设置有涂层21。

如之前所述，这样的涂层21可沿接触探针20b除了对应的尖端端部12a和头部端部12b之外的部分延伸，也就是沿接触探针20b的杆状主体12c或仅沿在测试头10工作期间(闲置以及当接触探针20置于被测器件16的接触垫16a上时)用于被容纳于上导引件13的对应容纳导引孔13a中的这样的主体12c的一部分延伸，以确保接触探针20b与这样的导电部分23绝缘(由于涂层21的存在)。

仍然考量附图中的局部基准，这样的导电部分23可形成在上导引件13的上面fa或下面fb上，或可同时布置在面fa和面fb上。

在一个可替代实施例中(在图5a中示意性示出)，测试头10包括完全由导电材料制成并且通常以24表示的至少一个导引件或模(例如下导引件)。这样的导电导引件24包括接触探针20的多个容纳导引孔24a。明显可能的是形成完全由导电材料制成的上导引件13。

类似地，导电导引件24将插入到在其中形成的容纳导引孔24a中的接触探针20电连接至导电部分22并且形成公共导电平面，并且导电导引件24可连接至选自功率电压基准或接地电压基准或操作信号(即输入/输出信号)的vcom公共信号，以连接多个接触探针20和该vcom公共信号。

如前述的，测试头10包括第一组接触探针20a和第二组接触探针20b，第一组接触探针20a被这样的导电部分24短路，第二组接触探针20b适当地由涂层21覆盖并且因此相对于导电导引件24绝缘。

同样在该情况中，涂层21可完全覆盖接触探针20b的主体12c或覆盖主体12c的一部分(若主体12c容纳在形成于导电导引件24中的相应容纳导引孔24a中)，以确保这样的接触探针20b相对于导电导引件24以及公共电压基准的正确绝缘，这样的导电导引件24可连接至公共电压基准。

可替代地，如图5b中示出的，测试头10可包括上导引件13和下导引件14以及另外的导引件，上导引件13和下导引件14为板状的并且彼此平行、由空气区域17分隔并且包括相应的容纳导引孔13a和14a，接触探针在这些容纳导引孔中滑动，另外的导引件完全由导电材料制成并且通常由24表示。该导电导引件24包括接触探针20的多个容纳导引孔24a。

总之，根据本发明的测试头能够电连接传送相同信号、尤其是功率信号、接地信号或操作信号(即输入/输出信号)的多个接触探针，这是由于基本上沿导引件整体延伸或由导引件本身形成(若导引件为导电的)并且连接至这样的公共信号的导电部分，同时确保包括在测试头中并且适合地包括绝缘涂层的其他接触探针的绝缘。

以此种方式可能的是显著减少(若有效)从不同的功率或接地基准中衍生的信号中的噪音，这是由于导引件的导电部分或导引件本身形成与传送这样的功率或接地基准的全部导电探针共用的导电平面。

还可能使用导引件的导电部分或导引件本身来使得被测器件的两个接触垫短路，最小化器件的信号的路径并且因此增强测试头整体的频率性能。

此外，使得接地接触探针和功率接触探针短路能够增强本发明的测试头的电流性能，还避免这样的接触元件可能的烧毁。

此外，测试头并不需要导电部分复杂的结构，导电部分整体可覆盖有导引件并且在探针用于传送不同信号、特别是功率、接地或操作信号(根据相对复杂的模式也可被替代)的情况下必须不能被切断。

最终可能获得一种在过滤信号、尤其是过滤接地和功率基准方面具有改进性能的测试头，并因此能够增强频率性能，来容纳电连接至该部分或导电导引件的适合的电容。

显然，为了满足特定和具体需要，本领域中的技术人员可对如上描述的测试头作出多种修改和变化，这些修改和变化都包括在由随后的权利要求限定的本发明的范围之内。