CN102132462A - 用于测试具有带有信号和电力触点阵列的封装的集成电路的测试接触系统 - Google Patents

用于测试具有带有信号和电力触点阵列的封装的集成电路的测试接触系统 Download PDF

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帕特里克·J·阿拉戴奥
罗素·F·奥伯格
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Abstract

本发明公开了一种测试固定装置(120)，用于通过在被测器件(130)上的端子(131)与承载板(160)上的接触焊盘(161)之间形成多个暂时的机械连接和电连接来对被测器件(130)进行电测试。测试固定装置(120)具有包括通孔(151)的可置换薄膜(150)，并且每个通孔(151)与被测器件(130)上的端子(131)和承载板(160)上的接触焊盘(161)相关联。在一些情况下，每个通孔(151)具有导电壁，用于在端子(131)与接触焊盘(161)之间传导电流。在一些情况下，每个通孔(151)包括弹簧(152)，当被测器件(130)与测试固定装置(120)啮合时，弹簧(152)向端子(131)提供机械阻力。

Description

用于测试具有带有信号和电力触点阵列的封装的集成电路的测试接触系统
技术领域
本发明针对用于测试微电路的设备。
背景技术
本发明涉及对用于测试微电路的设备的改进。
所谓的“Kelvin”测试是指每个微电路端子接触两个测试触点的工艺。测试程序的预备部分是测量这两个测试触点之间的电阻。如果该值很高，则两个测试触点中的一个或两个都没有实现与微电路端子的良好电接触。如果该界面处可能的高电阻会影响微电路性能的实际测试精确性，可根据测试协议中的条款处理该问题。
通常在安装前被测试的特殊类型的微电路具有封装或外壳，该封装或外壳具有通常被称为球栅阵列(ball grid array，BGA)的端子排列方式。图1和图2示出微电路10的BGA封装类型的例子。这类封装的形状可以是一侧为从5mm到40mm范围的典型尺寸且厚度为1mm的平坦的矩形块。
图1示出具有外壳13的微电路10，其中外壳13将实际的电路封闭在内。信号和电力(signal and power，S&P)端子20位于外壳13的两个较大平面中的一个上，即表面14上。信号和电力(S&P)端子20围绕表面14上的一突起物16。典型地，端子20占据表面14的边缘和间隔物16之间的大部分区域，而不是只有图1中所示的一部分区域。注意，在一些情况下，间隔物16可以是密封芯片或接地焊盘。
图2示出当端子20随表面14出现在边缘上时放大的侧视图或正视图。每个端子20都包括很小的且近似为球形的焊球，该焊球牢固地附着在来自穿透表面14的内部电路的引线上，因此被称为“球栅组件”。图2示出每个端子20和每个间隔物16都从表面14上突出一小段距离，其中端子20比间隔物16从表面14突出更远。在装配期间，所有端子20同时熔化，并附着到之前在电路板上形成的适当定位的导体上。
端子20彼此之间可以很靠近。一些端子中心线的间距小到0.5mm，并且即使对于间隔相对较宽的端子20，仍有大约1.5mm的间隔。相邻的端子20之间的间距经常被称为“节距”。
发明内容
本发明针对用于测试具有带有信号和电力触点阵列的封装的集成电路以及缓减触点上碎屑问题的测试接触系统。
在一些应用中，连接通孔(via)测试容器可能是具有一开口端的杯形，且该杯形通孔的开口端接触对准的测试触点元件。因此，在测试设备上装卸被测器件时产生的碎屑会通过测试触点元件落下，并在杯形通孔中积存。
接触和界面薄膜可以用作包括承载板的测试容器的一部分。该承载板具有基本上按测试触点元件的预定图案布置的多个连接焊盘。该承载板支撑界面薄膜，且承载板上的每个连接焊盘都基本上与一个连接通孔对准，并与其电接触。
在测试期间，器件的结构在球形端子侧而不是将与电路板接触的末端提供抹拭功能，同时也提供非常好的电接触。该抹拭功能通常能够穿透端子上存在的任何氧化层。每个测试触点在接触面的中间都有一个孔，因此在测试期间不对端子的末端作标记。这对易于产生较厚的氧化层的无铅端子尤其有利。可以使用弹簧对将测试触点元件与承载板连接起来的通孔进行改进，以允许用于没有共面端子的微电路封装，并提供Z轴柔度。
一个实施例是用于与具有预定图案的多个微电路端子进行暂时电接触的测试容器，其包括：测试触点元件阵列，包括基本上按多个微电路端子的预定图案布置的多个测试触点元件，其中每个测试触点元件包括作为悬臂梁从绝缘薄膜伸出的弹性爪指，并且该爪指在其一接触侧具有用于与多个微电路端子中的相应一个微电路端子接触的导电性接触焊盘；多个连接通孔，基本上按多个微电路端子的预定图案布置，其中每个连接通孔与一测试触点元件对准；界面薄膜，支撑多个连接通孔。至少一个连接通孔(83-85)是具有一开口端的杯形，且该杯形通孔(83-85)的开口端接触相应的测试触点元件(56-58)。
另一个实施例是用于在具有多个端子的被测器件与具有多个连接焊盘的承载板之间形成多个暂时的机械和电连接的测试固定装置，端子和连接焊盘一一对应，该测试固定装置包括：可置换界面薄膜，通常被布置为与承载板平行并相邻，该界面薄膜包括与承载板的多个连接焊盘一一对应的多个通孔，每个通孔为杯形，其底部与承载板上相应的连接焊盘相邻并且边缘远离承载板而延伸；以及可置换接触薄膜，通常被布置为与界面薄膜平行并相邻，界面薄膜位于承载板与接触薄膜之间，接触薄膜包括面向界面薄膜的多个连接焊盘，界面薄膜上的每个通孔对应于接触薄膜上的至少一个连接焊盘，接触薄膜包括背对界面薄膜的多个接触焊盘，其中每个接触焊盘都永久地电连接到多个连接焊盘中的至少一个，界面薄膜上的每个通孔对应于接触薄膜上的至少一个接触焊盘。对应于特定通孔的每个接触焊盘被配置为机械和电接收被测器件上对应于该特定通孔的端子。当被测器件附着到测试固定装置时，界面薄膜接触承载板，接触薄膜接触界面薄膜，并且被测器件上的多个端子一一对应地电连接到承载板上的多个连接焊盘。
再一个实施例是用于在被测器件与承载板之间形成多个暂时机械和电连接的测试固定装置，包括：用于机械和电接触承载板的薄膜；布置在薄膜中的多个通孔，其中每个通孔与被测器件上一端子和承载板上一接触焊盘相关，并且其中每个通孔都具有导电壁，用于在端子与接触焊盘之间传导电流；以及一一对应地置于多个通孔内的多个弹簧，其中当被测器件与测试固定装置啮合时，每个弹簧向端子提供机械阻力。
再一个实施例是用于在被测器件与承载板之间形成多个暂时机械和电连接的测试固定装置，包括：用于机械和电接触承载板的薄膜；布置在薄膜中的多个通孔，其中每个通孔与被测器件上一端子和承载板上一接触焊盘相关；一一对应地置于多个通孔内的多个弹簧，其中当被测器件与测试固定装置啮合时，每个弹簧向端子提供机械阻力；以及一对末端开口的管，一个管的开口端适合地装入另一个管的开口端中，这对管彼此之间可纵向地相对滑动，这对管围绕并容纳弹簧。
再一个实施例是用于在被测器件和承载板之间形成多个暂时机械和电连接的测试固定装置，包括：用于机械和电接触承载板的薄膜；布置在薄膜中的多个通孔，其中每个通孔与被测器件上一端子和承载板上一接触焊盘相关；一一对应地置于多个通孔内的多个弹簧，其中当被测器件与测试固定装置啮合时，每个弹簧向端子提供机械阻力；以及导电带，用于在端子与接触焊盘之间传导电流，导电带的至少一股与弹簧交织并且将弹簧的第一纵向端电连接到与第一纵向端相对的第二纵向端。
附图说明
图1是示出端子阵列的BGA微电路的透视图。
图2是BGA微电路的放大侧视图。
图3是具有DUT井的一部分测试设备的透视图，该DUT井用于容纳DUT来进行测试。
图4是图3中测试设备的侧剖视图。
图5是一部分测试触点阵列的实际放大的俯视图。
图6是测试触点阵列的分解侧视图。
图7是测试触点阵列的组装侧视图。
图8是测试触点阵列的侧视图，其中球形端子位于测试触点上的测试位置。
图9是单个测试触点的并且示出优选实施例的附加部件的另一放大俯视图。
图10是测试触点的俯视图，示出偏置测试接触爪指的弹簧的位置。
图11是测试触点阵列的立体图。
图12是完整的可用作商品的界面薄膜的俯视图，该界面薄膜包括对准部件。
图13是完整的可用作商品的接触薄膜的俯视图，该接触薄膜包括对准部件。
图14是完整的可用作商品的间隔物薄膜的俯视图，该间隔物薄膜包括对准部件。
图15是本发明的可选实施例的透视图，该实施例使用间隔物薄膜来控制器件的表示高度。
图16是被测器件还没有与测试固定装置啮合情况下测试固定装置的侧视图，该测试固定装置在每个通孔内具有单螺旋弹簧。
图17是被测器件与测试固定装置啮合情况下图16中的测试固定装置的侧视图。
图18是64位置模块的平面图，该64位置模块来源于289位置的基础模块。
图19是完整的289位置模块的平面图。
图20是未压缩状态下弹簧机构的剖面图，其中被测器件与测试固定装置脱离。
图21是压缩状态下图20中的弹簧机构的剖面图，其中被测器件与测试固定装置完全啮合。
图22是未压缩状态下弹簧机构的侧视图。
图23是压缩状态下图22中的弹簧机构的侧视图。
图24是图22和图23中的弹簧机构的俯视图。
图25是使用弹簧的放大圈来将弹簧固定到通孔壁中的脊状突起的弹簧机构的侧视图。
图26是未压缩状态下弹簧机构的侧视图，其中带状导体在弹簧机构260的顶部和底部弯曲而远离弹簧。
图27是其中带状导体的端部从弹簧的顶圈里面向外延伸的弹簧机构的侧视图。
图28是其中带状导体的端部从弹簧的顶圈外面向里延伸的弹簧机构的侧视图。
图29是叶片弹簧机构的侧视图。
图30是一部分测试固定装置的侧视图，该测试固定装置在面向被测器件(未示出)的接触焊盘上具有纹理表面。
图31是图30中的接触焊盘的俯视图。
图32是具有带矩形特征的纹理表面的接触焊盘的俯视图。
图33是另一个具有带同心圆特征的纹理表面的接触焊盘的俯视图。
图34是包括成角度的接触焊盘的示例测试固定装置的侧视图。
图35是另一个包括成角度的接触焊盘的示例测试固定装置的侧视图。
图36是未压缩状态下弹簧机构的侧视图。
图37是压缩状态下图36中的弹簧机构的侧视图。
图38是图36和图37中的带状导体的俯视图。
图39是使用一对嵌套的端部开口的管和弹性材料的弹簧机构的剖面图。
具体实施方式
一种用于与微电路端子进行暂时的电接触的测试触点元件，包括作为悬臂梁从绝缘接触薄膜伸出的至少一个弹性爪指。该爪指在其一接触侧具有用于与微电路端子接触的导电性接触焊盘。
优选地，该测试触点元件具有多个爪指，这些爪指可具有饼形这一有利的布局。在这种布局中，每个爪指至少部分地由薄膜中的两个径向槽限定，这两个槽将每个爪指和形成测试触点元件的多个爪指中的其他每个机械地间隔开。
多个测试触点元件可以形成测试触点元件阵列，该阵列包括按预定图案布置的测试触点元件。多个连接通孔基本上按测试触点元件的预定图案布置，其中每个所述连接通孔与一测试触点元件对准。优选地，由界面薄膜支撑预定图案中的多个连接通孔。许多通孔可以嵌入到远离器件触点区域的饼块中以增加寿命。将爪指分隔开的槽可以被电镀以产生I-梁，从而防止爪指变形，并且同时增加寿命。
该连接通孔可以是具有一开口端的杯形，且该杯形通孔的开口端接触对准的测试触点元件。在测试设备上装卸DUT时产生的碎屑可通过测试触点元件落下，并在杯形通孔中积存。
接触薄膜和界面薄膜可以用作包括承载板的测试容器的一部分。该承载板具有多个基本上按测试触点元件的预定图案布置的连接焊盘。该承载板支撑界面薄膜，其中承载板上的每个连接焊盘都基本上与一连接通孔对准，并与其电接触。
该器件使用具有保持性的非常薄的导电板，该导电板附着在非常薄的非导电性绝缘体上。该器件的金属部分提供位于接触I/O和承载板之间的多个接触点或路径。这可以由电镀的通孔外壳、电镀的贯通通孔或凸起表面实现，且可能与弹簧结合，且第一表面与第二表面(即器件I/O)接触。
器件I/O可以物理上靠近承载板，从而提高电性能。另外，本器件还具有柔度，从而可用于手动和自动测试设备中。
在测试期间，该器件的结构在球形端子侧而不是将与电路板接触的末端提供抹拭功能，同时也提供非常好的电接触。该抹拭功能通常能够穿透端子20上存在的任何氧化层。每个测试触点在接触面的中间都有一个孔，因此在测试期间不对端子20的末端作标记。附带产生的结果是使器件与薄膜上的接触焊盘自对准。这对易于产生较厚的氧化层的无铅端子尤其有利。可使用弹簧对将测试触点元件与承载板连接起来的通孔进行改进，以允许用于没有共面端子的微电路封装，并提供附加的Z轴柔度。
该器件适用于具有微节距的端子20，并可容易用于与管芯或晶片的互连。该构想成功地用于节距从1.27mm至0.5mm的端子。非导电材料将设计中的导电部件保持在恰当的位置，且将上述任意可选项上的封装、管芯以及晶片I/O对准。
图3示出用于DUT的测试容器30的总体布局，该DUT包括图1和2中示出的类型的BGA型微电路10。承载板47支撑具有开口或孔33的对准板45，且开口或孔33精确地限定了微电路10在容器30中的X和Y位置(参见坐标指示)。如果微电路10具有定位部件，普遍的做法是在孔33中设有配合部件。
承载板47在其表面上承载连接焊盘，该连接焊盘通过S&P导体连接至电缆42。电缆42连接至执行微电路10的电测试的电子器件。如果测试电子器件与容器30集成在一起，电缆42可以很短或者甚至在容器30的内部，如果测试电子器件位于独立的底板上，电缆42可以较长。
包括多个单独的测试触点元件的测试触点阵列40精确地映照承载在微电路10的表面14上的BGA端子20。当微电路10插入到孔33中时，端子20精确地与测试触点阵列40对准。容器30设计为与包括该器件的测试触点阵列40兼容。
测试触点阵列40承载在接触薄膜或薄板50上。薄膜50最初包括诸如Kapton(TM DuPont Corp.)之类的绝缘塑料芯层61(参见图6)，且在每个表面上具有导电铜层。Kapton层和铜层各层的厚度可以是约25微米。阵列40中单独的测试触点优选利用公知的光刻和激光加工工艺、在薄膜50上和在薄膜50中形成。
薄膜50具有对准部件，例如位于对准板45和承载板47之间的区域中的孔或边缘图案，该对准部件用于将薄膜50与对准板47上相应伸出的部件精确对准。所有测试触点40都与薄膜50的对准部件精确对准。这样，阵列40的测试触点位于与孔33精确对准的位置。
图4中的剖面图示出测试容器30的总体布局，该测试容器在边缘处具有薄膜50，且剖面穿过阵列40的一些测试触点。图4中各个元件稍微间隔开，以更好地理解该结构。当使用时，薄膜50的上表面接触对准板45的下表面，且使用机器螺钉或其他紧固件将容器30的所有元件牢固地固定在一起。
薄膜50的下表面与专门设计的界面薄膜80机械接触。薄膜80具有导电通孔的阵列90。阵列90中每个通孔的末端稍微延伸穿过薄膜80的两个表面，且与测试触点40精确对准。这里使用的术语“通孔”代表完全延伸穿过薄膜80、并暴露在薄膜80每一侧上的导电柱或杆，虽然在该申请中，术语“焊盘”可能比“柱”能够更形象地描述实际形状。包括阵列90和薄膜80的其他部件的通孔通常是采用公知的光刻工艺形成的。
包括通孔阵列90的通孔具有两个主要用途。首先，阵列90的通孔为阵列40测试触点的工作提供机械支撑和余隙空间。阵列90的通孔也将阵列40中各个测试触点电连接至承载板47上的连接焊盘91-93(参见图6和图7)。
阵列40中测试触点元件的结构如图5-7所示。图5的顶面投影示出包括一小部分阵列40的三个单独的测试触点元件56-58。测试触点56-58显示出阵列40中所有单独的测试触点元件的详细结构。
在一个应用中，阵列40中各测试触点56-58都包括八个渐缩形爪指56a，56b，57a，57b等，它们通常被设置为饼形。各爪指56a等的外端部都与层61成为一体，并通常形成同一圆的一段圆弧。爪指56a等通过径向槽62和其他未指明的槽相互间机械和电隔离。激光加工是形成槽62的便利方法。除去层61上的部分初始铜层，以至少使测试触点40中的每一个相互间电隔离。对于Kelvin测试应用而言，单个测试触点56的一些爪指56a等也可以和其他爪指56b等电隔离。
对于八个爪指的实施例而言，各单独的爪指56a等都与45°的圆弧相对。也可以替换使用其他数目的爪指56a(例如，两个、三个、四个、五个、六个等)。事实上，矩形而不是饼形的爪指可以很好地适用于没有BGA结构的DUT。为避免在过薄的相邻测试触点56等之间的薄膜区域中存在桥路，各测试触点56等相对于各自的相邻触点旋转22.5°。这种定位使得每个测试触点56等中的槽62的端部与相邻的测试触点56等内的槽62尽可能远地间隔开。
图6和图7是穿过槽62等的侧剖图，槽62等界定测试触点56和58的爪指56a，56b，58a和58b的下边缘。注意，尺寸之间不是按比例绘制的。图6和7中所示的剖面部分实际上是将爪指57a和57b二等分后的部分。一组爪指56a等包括一测试触点56等。各个爪指56a等都与该测试触点40的所有其他爪指间隔开。
各爪指56a等都具有朝向正Z轴方向上的接触焊盘63a，63b等。焊盘63a，63b等形成用于测试触点56的与端子20接触的表面。每个爪指56a等在负Z轴方向还具有朝下的连接焊盘75a，75b等。接触焊盘63a，63b等分别与连接焊盘75a，75b等电接触。该电连接可以包括如图所示的爪指56a等的电镀边缘69a，69b，70a，70b，71a，71b，或者可以包括通孔(末示出)，该通孔在适宜位置处通过内层61将焊盘63a等连接至焊盘75a等。
爪指56a等中的每一个均形成悬臂梁，该悬臂梁可通过弯曲层61以及包括每个爪指56a等的焊盘63a等和75a等中之一或二者(取决于具体的结构)，从薄膜50的平面弹性地偏移。为避免爪指56a等的底部应力集中，槽62的底部可以比沿槽62的其他位置宽一些。槽62的较宽底部可以具有小的圆形开口或扩展部分66。
使用时，爪指56a等稍微向下(即向负Z轴方向)偏移。爪指56a等重复弯曲后，高的应力集中可能导致其永久变形，扩展部分66至少部分缓和这一高的应力集中。扩展部分66可以采用形成槽62的激光加工工艺形成。
界面薄膜80位于承载板47和接触薄膜50之间。由于要求薄膜80具有极低的可挠性，薄膜80可以比薄膜50稍厚一些。薄膜80中的通孔阵列90包括单独的圆柱形通孔83-85。薄膜80支撑通孔阵列90，并如通孔83-85所示定位通孔阵列90，且将它们与测试触点56-58分别对准。
承载板47具有连接焊盘91-93，这些连接焊盘通过常规技术连接至电缆42。焊盘91-93与相关的通孔83-85精确对准，从而实现与通孔83-85间的牢固电接触和机械接触。这种布局在DUT 10的BGA触点20和承载板47的连接焊盘91-93之间提供了极短的导电长度。
通孔83-85具有开口端朝上的杯形，如图6和图7所示。每个通孔83-85的边缘与爪指56a等上的相邻连接焊盘75a等、以及与测试触点57和58等的爪指上的类似连接焊盘接触。
采用通孔83-85的这种结构具有多个理由。首先，这种结构允许每个爪指56a等自由向下弯曲。其次，通孔83-85的杯形结构非常适合收集测试过程中不可避免产生的大部分碎屑。当爪指56a等接触到各球20时，形成的碎屑通过爪指落下并容纳于通孔83-85内。防止碎屑玷污承载板47可以避免电性能下降，并避免承载板47遭受机械损坏。
图7示出组装时井的一部分。连接焊盘75a，75b等与通孔83建立起牢固的电连接和机械连接。注意，对准板45不限制各爪指56a等的弯曲。连接焊盘75a等和通孔83之间牢固的机械连接使得进入连接焊盘75a等和通孔83之间的接触区的碎屑量达到最少。
图8示出与测试触点56-58机械接触和电接触的DUT 10的BGA端子20，正如在实际测试过程中触点20可能的那样。爪指56a等在测试设备的DUT装载元件施加的外力作用下，弹性地且独立地偏移进入通孔83-85的内部空间中。如果单独的BGA端子20未与其测试触点56-58完全对准，则每个单独的爪指56a等的独立柔度可确保在整个测试过程中、在涉及的测试触点56等和相关的BGA端子20之间产生良好的电接触。
间隔物100在装载期间将DUT 10正确地定位在z轴上的位置，并防止DUT 10对测试触点65等过度地施压。
每个BGA端子20的中心区不接触任何爪指56a等。相应地，在测试过程中始终不对这些中心区作标记。
由槽62形成的空间以及爪指56a等自由端之间的间隙允许碎屑落入到通孔83-85的内部。每个通孔83-85的杯形结构可俘获碎屑，防止碎屑到达和机械损坏承载板47，该承载板47是测试设备中的昂贵元件。
图9是测试触点56的另一放大俯视图，示出其中的其他部件。具体地，单独爪指56a等的表面63a等上的锯齿或齿88在测试期间接触BGA端子20。当端子20被压在测试触点56等上时，齿88切割并刮擦穿过BGA端子20上的任意氧化层。齿88可以放置在接触焊盘63a等上的任何方便之处。理想地，齿88与限定每个测试触点56等的圆圈近似径向对准。这使得当将微电路10装入容器30中以及BGA端子20使爪指56等偏移时，会在BGA端子20表面上出现齿88的切割效应。
齿88可以通过多种技术形成。优选的技术是作为形成槽62的优选激光加工工艺的偶然发现的副产品、沿爪指56a的边缘来形成齿88。在槽的成形工艺中，使用强度相对高的激光束会造成薄膜50承载的铜皮飞溅和起皱。理想地，将激光加工束定向到薄膜50的顶面上。通常，在爪指56a等的暴露的铜表面上镀上薄的镍层和金层。该电镀工艺似乎不会影响齿88充分切入BGA端子20表面的能力。
下列示例值适用于容器30中各种尺寸的元件，且容器30设计用于具有0.8mm中心直径的BGA端子20。可以从给出的尺寸推出未特别说明的尺寸的近似值。测试触点56的直径为0.5mm。槽62的宽度为0.03mm。层61的厚度为0.025mm。焊盘63a和75a的厚度为0.018mm。
爪指56a等的Z轴柔度是爪指56a等的长度、厚度以及允许多区域接触使用的I/O暴露的函数。
图10是一部分接触薄膜50的透视图。可以看到在薄膜50的周围表面上稍微向上伸出的单独的接触焊盘63a等。
图12是界面薄膜80的未放大的俯视图，其中界面薄膜80具有完整的通孔阵列90和对准部件112，该对准部件112用于将薄膜80相对于对准板45精确定位。
图13是接触薄膜50的未放大的俯视图，其中接触薄膜50具有完整的测试触点阵列40和对准部件95，该对准部件95用于将薄膜50相对于对准板45精确定位。注意上接触板的四个角中的每一个中的孔序列。每个序列中都有一个大的圆孔，其为安装孔。该薄膜通过这些孔安装在承载板上。其中两个角具有两个小的圆孔，而另两个角具有小的延长孔。这些孔为对准孔，对准针通过对准孔穿过对准板、穿过该薄膜并穿过触点组件的剩余块。对准针使每个部件都精确地处于合适的位置。
通孔83-85与承载板47刚性接触，由此减轻承载板47的磨损，而这一承载板磨损问题在其他测试触点设计中存在。该设计具有相对短的信号路径，且只具有一个或两个刚性部分，所以相对于在路径中具有多个部分的设计而言，接触电阻变小，且性能更稳定。该特征还提高了测试过程中的电性能。用于通孔的中空导体的存在限制了电场(“E场”)。该设计减少了直角连接的数量，改进了电性能和信号保真度。
图11示出界面薄膜板的形状，该界面薄膜板具有导电杯来俘获碎屑并且允许爪指从上接触板弯曲到通孔中。
图14示出控制器件插入接触器中的深度从而控制薄膜爪指挠曲量的间隔物。对准部件105相对于测试触点阵列40在Z轴方向上适当地定位间隔物100。
图15示出配置有内部弹簧110的通孔83-85，该内部弹簧110在爪指56等上的中间位置施加力。图15示出置于通孔83-85的内部底部和单独的爪指56-58之间的弹簧110。该实施例除界面薄膜80外，还可能需要第二个界面薄膜80′。使用弹簧110具有以下优点：提高Z轴柔度，在爪指56-58和通孔83-85之间提供另一导电路径，以及改进整体电性能。
可修改该结构，以允许对BGA或地面栅格阵列(LGA)器件封装进行Kelvin测试。如果将Kelvin迹线放置在电路上，可将Kelvin迹线路由至一界面处，在该界面处，利用一适用于Kelvin测试系统的连接器，Kelvin迹线被缚在Kelvin测量系统上，无需修改电路板。可以修改测试触点56的结构，以将爪指56a等中的一半与其余爪指56a等之间电隔离。可将单独的通孔83-85划分开，以向包括每个测试触点56等的两组爪指56a等提供独立的连接。
可将稍作修改的焊盘类型用作光学支架的基准，该光学支架允许将部件非常精确地放置在测试接触器中。具有精确切割图案的额外基准焊盘的公差允许将器件最佳定位在接触器的中心。该焊盘可以离开器件一段距离，因此外壳需要一小孔，以允许光学器件在焊盘上对准。这样的修改将潜在地消除对于对准板45的需要。
可替换地，该设计可以包括每个爪指56等之间的电隔离，以通过将从顶侧至承载板侧的路径数量加倍，使路径具有更高的热容量和更低的电感。将每个单独的爪指56a等与测试触点56的其他爪指电隔离可以提高电性能。
焊盘63a等可以具有许多不同的尺寸和形状，以配合器件和/或器件封装的I/O尺寸、形状和节距。具有不同厚度和强度的层61、焊盘63a等和75a等可向器件I/O提供不同的接触力。该特征允许控制接触力最佳穿过各种类型和厚度的氧化物，所述类型和厚度的范围很大。对装载器可提供的力加以限制。调整接触力的能力允许接触力与装载器的力匹配。
使用柔性绝缘材料来调整器件的静止点，并最优化插入力。间隔物100的厚度将仅是球在器件或器件封装上扩展程度的函数。通过用与接触板相同的材料制造间隔物，会产生实时压缩调整，用于达到触针在工作期间处于升高的插入水平时的应力消除。
在进行非破坏性器件测试期间，该设计仅使用两个部件在器件和/或器件封装I/O与承载板之间建立起机械和电接口。特殊接触薄膜50可潜在地用于某一测试应用中，或者可以是一系列具有相同节距的器件的标准器件封装(footprint)。界面薄膜80可以是刚性电路，且该电路足够厚和坚硬，以确保DUT I/O不与承载板47发生破坏性接触。在该实施例中，对准板安装在顶部，且将DUT与测试触点阵列40对准。相应地，可以利用最少的承载板空间、同时测试多个器件。刚性界面薄膜80具有导体路径，这些路径将信号直接路由至承载板上预定的测试点。实际上，界面薄膜80对于DUT而言是特定的，而测试触点阵列40是标准化的。
测试固定装置包括两个可置换薄膜，这两个可置换薄膜位于被测器件(DUT)10与承载板47之间。与新的承载板47相比，这些薄膜中的每一个都相对廉价并且容易替换，因此这些薄膜被设计为接受损坏和碎屑以使承载板47保持完好。应该注意，还可能存在许多用于放置和支撑被测器件的机械元件；此处不对这些进行讨论。
薄膜可以被称为接触薄膜50和界面薄膜80，接触薄膜50面向被测器件10，界面薄膜80位于接触薄膜50与承载板47之间。在测试过程期间，被测器件10与接触薄膜50接触，接触薄膜50转而与界面薄膜80接触，而界面薄膜80转而与承载板47接触。这些薄膜50、80中的每一个包括特定结构，以下将详细说明。
接触薄膜50包括一系列成对的电焊盘，每对电焊盘位于接触薄膜50的两侧，每对电焊盘对应与被测器件10上的一特定针或端子20，并且每对电焊盘中的两个焊盘通过接触薄膜50永久地相互电连接。
面向被测器件10的焊盘被称为接触焊盘56-58，而背对被测器件的焊盘被称为连接焊盘75。在使用期间，被测器件10上的每个端子20与相应的接触焊盘56-58接触，在端子20与接触焊盘56-58之间形成机械和电连接。由于接触焊盘56-58与连接焊盘75永久配对地电连接，因此每个端子20与其相应的连接焊盘75之间存在电连接。
界面薄膜80包括一系列通孔83-85，这些通孔基本上为由导电材料制成的杯形孔。每个杯形孔的底部与按钮接触薄膜接触，按钮接触薄膜转而与承载板47上的相应连接焊盘91-93接触。当被测器件10被分离时，每个杯形孔的边缘与接触薄膜50分开，当被测器件10被附着时，每个杯形孔的边缘与接触薄膜50上的相应连接焊盘75接触。
通常，界面薄膜80上的每个通孔83-85与被测器件10上的端子20一一对应，并且与承载板47上的连接焊盘91-93一一对应。注意，在接触薄膜50上，针对被测器件10上的每个端子20存在一个单独的焊盘对，或者针对每个端子20存在多个焊盘对。此外，接触焊盘56-58和连接焊盘75具有一一对应关系，或者针对每个连接焊盘75存在几个接触焊盘56-58，或者针对每个接触焊盘56-58存在几个连接焊盘75，或者接触焊盘56-58和连接焊盘75之间为这些对应关系的组合。尽管以下多采用这些焊盘之间为一一对应的说法，应该理解的是，在接触薄膜50的一侧可能存在几个焊盘对应于接触薄膜50的另一侧的每个焊盘，和/或接触薄膜50上可能存在几个焊盘对应于被测器件10上的每个端子20。注意，在一些应用中，可能期望可以执行不同监测任务的接触薄膜上具有分离的焊盘，这些分离的焊盘可以每个都具有从一个端子到承载板上各个触点中的一个的单独的电路径。
将测试期间的电路径概括如下：当被测器件10附着到测试固定装置时，被测器件10上的每个端子20与接触薄膜50上的接触焊盘56-58接触。每个接触焊盘56-58永久地电连接到接触薄膜50的另一侧上的连接焊盘75。当被测器件10附着到测试固定装置时，接触薄膜上的每个连接焊盘75与界面薄膜80上通孔83-85的边缘接触。界面薄膜80上的每个通孔83-85与承载板47上的连接焊盘91-93接触。以此方式，完成被测器件10上端子20与承载板47的连接焊盘91-93之间的电路。据推测，在测试频率范围内，沿该电路的接触电阻足够小，或者至少为可控制的，并且该系统的特性阻抗与被测器件和用来测量被测器件上的信号的测试设备的特性阻抗匹配。大多数系统使用50欧姆的特性阻抗。
上述段落中所描述的方案具有各种变型。具体地，存在多种用来对被测器件10上的端子20提供阻力的机制的变型。该阻力为测试固定装置提供总柔度，以使得当使被测器件10与测试固定装置接触时，每个端子20所经受的来自接触焊盘56-58的阻力较小且无损害，通常垂直于被测器件10的平面。该阻力可以确保端子20与接触焊盘56-58之间的良好电接触。
通常，在端子20首先与接触焊盘56-58接触与该端子最终停止移动(即，当被测器件10完全与测试固定装置啮合时)之间，期望测试固定装置具有相对较大的Z位移。该较大的Z位移有助于测试固定装置容纳具有相对不确切端子容差的部件。如果特定部件上的一些端子比其他端子长或短，则该相对较大的Z位移有助于确保每个端子的良好电接触，而不需要对该端子或测试固定装置进行显著的损伤。
在以下段落中，对一个阻力机制进行概述，该阻力机制在上文中进行了详细描述。该概述之后，将详细描述所概述的阻力机制的各种替换。
在非常基本的条件下，被测器件10上的端子20与一部分接触薄膜50接触。一端被支撑而另一端自由的这部分接触薄膜50以类似悬臂的形式偏移。该悬臂的固定端附近，偏移的接触薄膜50与界面薄膜80上通孔83-85的边缘接触。通孔83-85的底部转而与承载板47接触。在一些应用中，通孔83-85的底部与承载板47之间的界面为刚性的或不柔韧的，这是因为悬臂结构能够提供足够的柔度。在一些应用中，接触薄膜上类似悬臂的结构为楔形的，被布置为饼形，其周边被支撑，并且饼的中间是自由的。
具有多种对用于向被测器件10上的端子20提供阻力的饼形悬臂结构的替换。随后将详细描述四种可能的替换结构；应该理解的是，其他替换也是可行的。
对饼形悬臂的第一种替换可以被简称为“通孔内的单螺旋弹簧”。
图16和图17示出了示例测试固定装置120的一部分，该测试固定装置具有位于每个通孔内的单螺旋弹簧。在图16中，被测器件130没有与测试固定装置啮合，仅仅与接触焊盘141接触。在图17中，被测器件130与测试固定装置完全啮合。
被测器件130包括许多端子131，每个端子可以被测试固定装置120单独和同时测试。在许多情况下，端子131的形状可以为近似圆形，并且端子131可以被称为球。
每个端子131与接触薄膜140顶面上的一个或多个接触焊盘141接触。接触焊盘141在结构上可以类似于上述接触焊盘56-58。在一些情况下，接触焊盘141的形状可以为近似圆形，对应于相应端子131的形状。在一些情况下，针对每个端子131仅存在一个接触焊盘141。在其他情况下，针对每个端子131存在几个接触焊盘141，并且接触焊盘141被分割。所述分割可以为饼形或楔形、圆形、条状线形、矩形、不规则形或任意其他合适的形状。在一些情况下，在插入120期间，特征长度(feature length)与球移动方向平行。
可选地，接触焊盘141可以包括从接触薄膜140的平面突出的一个或多个特征，诸如凸块、边缘、斜坡等。可选的突出特征有助于建立与相应端子的良好电连接，并且在一些情况下，可以允许测试固定装置与其各端子上具有宽松容差的被测器件130一起工作。在一些情况下，可选的突出特征的边缘与接触焊盘上分割边缘相对应。在一些情况下，可选的突出特征可以具有诸如半球、部分球、凸块、矩形、棋盘图案、同心圆、条状、或任意其他合适形状的形状。
接触薄膜140顶面上的接触焊盘141永久地电连接到接触薄膜140底面上的一个或多个连接焊盘142。这种永久的电连接143可以穿过接触薄膜。可选地，还可以对连接焊盘142进行分割，但是该分割与接触焊盘141的分割可以相同也可以不同。通常，每个接触焊盘141与一个特定端子相关联，并且每个连接焊盘142与一个端子相关联；特定接触焊盘141与特定连接焊盘142之间的精确关联没有焊盘141和142与其各端子之间的关联重要。
在一些情况下，顶接触板或接触薄膜140的顶面和底面由相同材料制成，并且具有相同厚度。这可以使金属接触区域位于中性接触区域之上或附近，这可以减小应力并且获得较长的部件寿命。
当被测器件130附着到测试固定装置时，端子131与接触薄膜140上的各接触焊盘141接触，并且使接触薄膜140与界面薄膜150接触。
与接触薄膜140相邻并平行的是界面薄膜150，界面薄膜150包括通孔151。如上针对通孔83-85的描述，通孔151可以是杯形的，并且具有面向接触薄膜140的边缘和背向接触薄膜140的底部。
在一些情况下，通孔151的边缘延伸超过界面薄膜150的平面而朝向接触薄膜140延伸。在其他情况下，通孔151的边缘与界面薄膜150的顶面齐平。在一些应用中，通孔151具有导电壁。尽管可以使用任意合适的形状，但是通孔151边缘的截面形状通常可以为圆形。通常，优选地，避免锐角通过测试固定装置的任意导电部分，以减小任意不期望的阻抗和/或电感效应。
尽管可以使用任意合适的形状，但是通孔151底部的截面通常为圆形。该底部可以为连续的，或者可选地，可以被分割。如上针对焊盘所述，该分割可以取任意合适的形状，并且每个分割最终与被测器件130上的一个特定端子131相关联。在一些情况下，通孔151的底部可以包括一个或多个孔。对于足够大的孔，通孔151可以排出碎屑，否则，碎屑将积存在通孔151内。
通孔151本身容纳弹簧152，弹簧152可以包括通孔内的一个或多个螺旋。在一些情况下，弹簧152底部被固定到界面薄膜150，并且弹簧的自由端面向接触薄膜140。弹簧152通过接触薄膜140向被测器件130上的各端子131提供阻力。通常，每个间隙中的弹簧152向下提供偏压，以确保下面的接触板或界面薄膜150与承载板160具有良好连接。
弹簧152本身可以为弹性可成形的螺旋，在其松弛位置处，其延伸超过界面薄膜150的平面，并朝向接触薄膜140延伸。所述螺旋的底部可以附着到通孔151的壁或通孔151的底部。所述螺旋的底部可以包括与通孔151的底部平行而不像螺旋中的大多数圈一样稍微倾斜的一圈或多圈。可选地，在底部的这种螺旋或这些螺旋可以稍微放大，和/或可以延伸到通孔151的壁中，以固定到通孔151。类似地，该螺旋的顶部还可以包括平行于接触薄膜140的一圈或多圈，以确保相邻元件之间的良好接触而不产生任意不期望的转矩。
弹簧152可以由金属制成，并且可以导电。因此，可选地，弹簧可以承载从承载板160的连接焊盘161到被测器件130的相应端子131的和/或从被测器件130的端子131到承载板160的相应连接焊盘161的电流。也可以通过通孔151的壁来承载电流。通常，通孔151的壁比弹簧能传导更多的电流，因此优选地，使用通孔壁与弹簧的结合或者使用通孔壁而不使用弹簧来导电，而不是使所有电流都通过弹簧。
界面薄膜150的最底面为底部接触板159。为了该申请，底部接触板159被看作是界面薄膜的一部分，尽管事实上其可以为分离的元件。在一些情况下，底部接触板159可以被构造为类似于接触薄膜140。
承载板160包括各种连接焊盘161，并且每个连接焊盘161对应于被测器件130上的一个端子131。典型地，端子131与承载板160上的连接焊盘之间一一对应，尽管其他布置也可行。承载板160和连接焊盘161的结构类似于上述承载板47和连接焊盘91-93。
在一些情况下，界面薄膜150在面向承载板160的一侧可以包括一个或多个相对软并且导电的焊盘，以使得当界面薄膜150与承载板160结合在一起时，该软焊盘可以稍微变形并且有助于防止对承载板160的损坏。这种软导电焊盘可以由金或任意其他相对软的导电金属制成。在不存在这些软的导电焊盘时，通孔151的底部可以与界面薄膜150底面上的可选导电焊盘接触，或者可以直接与承载板160上的连接焊盘161接触。
关于界面薄膜150的结构，构成大部分薄膜体积的结构材料153可以被称为界面板传送器(IPT)。IPT顶部的弯曲半径可以被用来绕过顶部接触并且缓减应力。顶部接触板可以通过两侧的焊接薄膜来固定到IPT。将顶部接触板固定到IPT的其他方法可以包括使用熔接、饼片之间的不导电环氧树脂、或者饼片焊盘上的导电环氧树脂。间隙或通孔中的弹簧可以向顶部接触板提供向上的偏压。该向上的偏压可以使得爪指在两侧将球打得更高，从而避免在球底部上的无接触区上的擦洗(scrubbing)，以使得在测试后被测器件可以可靠地焊接到基板。出于经济原因，底部接触板可以与顶部接触板相同，或者底部接触板也可以与顶部接触板不同。可选地，对于其他中心技术(on-centertechnologies)来说，底部器件封装可以与承载板器件封装相匹配，以使该构思可以为具有较差性能的前构思的直接置换。如果弹簧被设计为其底部圈具有略大的半径，则IPT还可以具有位于底部上的微小凹槽，以保持弹簧处于合适的位置。可以使用引线结合器机构来形成顶部凸块，从而提供成形的凸块或标准的接线柱凸点工艺机构，该顶部凸块有助于提供更大的柔度并在球的一侧提供擦洗作用。为了增加弹性接触板的高度，可以将多个凸块柱堆叠放置，以使凸块的高度增大到4密耳或更大。根据形成柱状凸块的设备，所述凸块可以被形成来改进由于氧化物聚集而需要更多擦拭的器件上的擦洗作用、或进一步增大高度以进一步增大Z轴柔度、或二者的结合。
可以以类似于被测器件的阵列形式来建立组装。阵列可以由标准量的I/O形成，然后，可以蚀刻或钻掉未使用的部位，以与被测器件的I/O部位相匹配。例如，图18是64位置模块181的平面图，该64位置模块来源于289位置的基础模块。图19是完整的289位置模块的平面图。
与被测器件接口的模块处于相对较小的物理封装内，并且以类似插入的方式操作，以使其可以适合装入许多外壳，其中包括仅比上述组装稍微大的外壳。通过使器件的主接口机构为插入机构，可以快速置换模块。可以在片刻间断开需要维修的模块，从而减小了测试器的停工时间。顶部和底部接触板以及IPT上的类似对准孔也可以简化置换。
对饼形悬臂的第二种替换可以被简称为“通孔内的两个同心管内的单螺旋弹簧”。
图20是未压缩状态下弹簧机构200A的剖面图，其中被测器件与测试固定装置脱离。图21是压缩状态下相同弹簧机构200B的剖面图，其中被测器件与测试固定装置完全啮合。
在两种情况下，被测器件和端子、与端子接触的接触焊盘、承载板及其连接焊盘在结构和功能上都类似于以上所示出的那些。
图20和图21示出了两个同心管202和203内的螺旋弹簧201。管202和203都为开口的，并且一个管的开口端适当地装入另一管的开口端内。管202和203可以相对彼此纵向滑动，从而改变弹簧机构200A、200B的端到端长度。使用单螺旋弹簧201来示出该弹簧机构，尽管可以在管202和203中放置多个螺旋弹簧。
将弹簧201放置在管202和203内的一个潜在优势在于，由于弹簧的重复压缩和拉伸而产生的磨损可以被限制在管202和203的重叠部分。这种方案可以减小弹簧与通孔内壁的磨损或意外接触。第二个潜在优势在于，管可以减小或消除可能形成在弹簧任一端的焊盘上的任意转矩。第三个潜在优势在于，管可以由导电金属制成，并且可以帮助通孔壁引导从端子到承载板或从承载板到端子的电流。
如果管导电，则一个潜在的缺点在于，管的阻抗和/或电感根据弹簧被压缩的程度而改变。对于被测器件上特别长的端子来说，当被测器件与测试固定装置完全啮合时，可能有大量弹簧被压缩。对于特别短的端子来说，可能存在较少的弹簧被压缩。这将导致测试结果随着端子长度和被测器件中的其他容差而改变，这也是不期望的。在这些情况下，电流由通孔壁承载仍然是足够的，这不会导致取决于容差的结果。在一些情况下，所述的一对管可以是电绝缘的。
在图20和图21中，面向被测器件的管202比面向承载板的管203具有较大的直径。可替换地，面向被测器件的管202可以比面向承载板的管203具有较小的直径。
在一些应用中，弹簧机构200A、200B可以具有类似于卫生纸架或纸巾架的设计和功能，其将螺旋弹簧限制在特定的纵轴并且允许弹簧沿该轴压缩和/或拉伸。应该理解的是，在测试固定装置中，所述的一对管不需要使任意其他元件(例如，一卷纸巾)保持在合适的位置上。而是，所述的一对管仅为螺旋弹簧提供外壳，其可以简化弹簧纵向端的界面的机械需求，并且可以有利地将磨损限制在重叠管之间的界面，而不是通孔内。
对饼形悬臂的第三种替换可以被简称为“通孔内具有导电带的单螺旋弹簧”。
图22是未压缩状态下弹簧机构220A的侧视图。图23是压缩状态下图22中的弹簧机构220B的侧视图。图24是压缩或未压缩状态下图22和图23中的弹簧机构220的俯视图。
弹簧机构220包括螺旋弹簧221以及带状导体222，螺旋弹簧221提供弹簧机构的机械属性，带状导体222提供从弹簧机构220的顶部到底部的导电路径。弹性带可以在弹簧内部弯曲，从而能够在器件端子与承载板焊盘之间保持相同的电路径长度。
带状导体222在螺旋弹簧的顶部和底部处于螺旋弹簧221之外，在螺旋弹簧221顶端和底端附近通过间隔与螺旋弹簧221交织，并且带状导体222的剩余长度保持在螺旋弹簧221内。
随着螺旋弹簧221弯曲和改变长度，在螺旋弹簧221的中心附近，带状导体222向里弓。注意，带状导体222保持相同长度而与弹簧的压缩量无关。从而，带状导体222的电特性(诸如阻抗和电感)与弹簧的压缩量无关，其取决于通过带状导体222的电路径长度。这是在弹簧机构220中使用带状导体222的一个潜在优势。
注意，图22和图23仅示出了弹簧机构220A和220B的一个截面图。事实上，弹簧机构是三维的。因此，带状导体222可能不是单条，而是类似格子饼球(waffle ball)的全部或部分的形状，具有沿弹簧从顶部到底部的许多条，并且这些条在弹簧的顶部和/或底部接合在一起。所述条的宽度可以沿其长度方向不同，或者可以沿其长度方向具有连续宽度。
带状导体222的外面可以形成有导电表面225，其里面可以形成有绝缘表面226，当弹簧221被压缩时，绝缘表面226有助于减少或防止短路。可替换地，可以交换导电表面和绝缘表面的部位，以使得绝缘表面处于向外的表面上，而导电表面处于向内的表面上。为了实现该交换，典型地，在导电表面上设置附加的、也面向里面的绝缘表面，以使得当弹簧被压缩时，如果带的内表面相互接触它们也不会短路。这形成了类夹层结构的带，其具有包围导电表面的一对绝缘表面。
带状导体222电连接到其顶面上的接触焊盘223，在使用期间，接触焊盘223与被测器件的端子接触。可选地，接触焊盘223可以包括一个或多个凸块224，其可以增强电接触并且可以有利地帮助擦去端子上任意的氧化物层，否则氧化物层会妨碍良好的电连接。带状导体222还电连接到其底面上的接触焊盘227，在使用期间，接触焊盘227与承载板上的连接焊盘接触。
弹簧机构可以以如下方式构造。带状导体或薄膜上的弹性电路可以首先被焊接、用环氧树脂粘合(胶合)、或熔接到弹簧，然后在底弹簧圈处或附近缠绕到弹簧里面。在使用期间，随着弹簧压缩到需要的Z轴柔度，弹性薄膜上的电路将弓起，从而占据了弹簧内部的空间，但是其长度不改变，从而保持相同长度的电路径。从弹簧顶部薄膜的顶面到底部承载板界面可以具有两条、四条、六条、八条或任意其他合适数量的电流路径。
图25是使用弹簧251的放大的弹簧圈253来将弹簧251固定到通孔壁中的脊状突起252的弹簧机构250的侧视图。
在一些情况下，放大圈253和脊状突起252处于弹簧的顶部或靠近弹簧的顶部。在其他情况下，它们处于弹簧251的底部或附近。在另一些情况下，它们处于弹簧251的中心附近。在其他情况下，它们远离弹簧251的顶部、中间和底部。
在一些情况下，脊状突起252通过首先形成具有脊状突起的通孔、然后挖空通孔壁的一部分来形成。在其他情况下，可形成多层的通孔壁，这些层平行于承载板。在该成层的结构中，脊状突起可以形成在两层之间，或者可以是其自身的一个专用层或多个专用层。
注意，可选地，接触焊盘227可以被分割成两个单独的焊盘，从而产生了多个从接触焊盘227到承载板界面的隔离的、单独的路径，这显示为Kelvin连接。元件257是分割焊盘的基板材料的不导电部分。基板可以由可从Dupont商业获得的诸如1/2密耳的镀铜Kapton之类的聚酰亚胺薄膜制成，其然后镀有镍隔板和金涂层，以防止氧化并增强电接触。
图26是未压缩状态下弹簧机构260的侧视图，其中带状导体222在弹簧机构260的顶部和底部弯曲而远离弹簧221。在面向被测器件的顶面上，接触焊盘263和凸块264弯曲远离弹簧机构260而朝向被测器件。在面向承载板的底面上，带状导体222在接触焊盘267处弯曲远离弹簧机构260。注意，带状导体222可以围绕弹簧221而弯曲，以增大对承载板界面的柔度。
在压缩状态下，弹簧机构260与图23和图24中所示的机构220B和220相似。
弹簧机构260的弯曲的纵向端部的一个潜在优势在于，该弯曲为测试固定装置产生更大的柔度。即使承载板为非共面的或者弯曲的，底部也可以向下弯曲从而仍然能够进行接触，尽管在承载板下可能不存在加强板(stiffener)。在一些情况下，如上所述，弹簧221可以装入具有孔的外壳内或者甚至IPT内。
以下为弹簧和/或凸块的一些其他潜在优势。两层薄的非导电材料之间的薄的镀铜膜可以被用在弯曲区域以缓减应力。刻槽的(chamfered)或切成圆角的(radiused)孔有助于形成接触板弯曲处并且防止材料变形(yielding)，从而增大触点寿命。通孔中的弹簧可以增大顶部接触区和器件界面与连接到承载板的底部接触板之间的额外路径。弹簧还可以仅仅向顶部和底部接触板提供机械支撑和偏压。通过使用标准的引线接合设备和固定工艺，顶部接触板上的凸块可以形成不同的形状。多个引线接合或柱状凸块可以堆叠放置，以使凸块尺寸更大并且改变器件上凸块擦洗球的面积以及凸块首先与器件接触的高度。可以战略性地放置这些凸块，以在器件焊球上产生擦拭作用从而冲破氧化层，并且这些凸块可以高达4密耳，以改进BGA器件以及LGA器件的工作范围。
图27是其中带状导体272的带有凸块274的端部273从弹簧271的顶圈里面向外延伸的弹簧机构270的侧视图。可以使弹性爪指在具有过量镀层的情况下更坚硬。漏斗形有助于使器件与触点阵列对准。注意，弹性爪指可以向外弯曲，以有助于端子与接触机构的中心对准。还应该注意，图27中的结构对于具有球状端子的测试器件(诸如BGA)尤其有利。
图28是其中带状导体282的带有凸块284的端部283从弹簧281的顶圈外面向里延伸的弹簧机构280的侧视图。该布置有助于测试具有诸如焊盘之类的平坦表面的器件或有引线的器件。注意，向里弯曲的爪指使得该爪指可以在端子上执行擦拭作用，这可以帮助移除端子上的任意氧化物。还应该注意，图28中的结构对于具有焊盘或引线的测试器件(诸如QFN、MLF和SLP)尤其有利。最后注意，面向内的爪指可以被用作单独的针，而不一定非得有完整的顶部和底部接触薄膜。对于图25-图27和图36-图38的结构也是如此，其也可使用单独的针而不使用顶部和/或底部接触板。
在继续进行对饼形悬臂的第四种替换之前，考虑最后一种可选的弹簧机构390是有益的，该弹簧机构390使用一对末端开口的管392和393，但是使用弹性材料391来代替螺旋弹簧。这种弹簧机构在图39中示出。弹性材料或弹性聚合物的一个示例可以是橡胶，尽管可以使用任意合适的弹性体。为了该申请的目的，弹性材料被看作弹簧元件。
注意，所述的一对管392和393将弹性体限制为存在于一对管内。这对管内存在一些附加的气隙，其可以使材料391在压缩期间膨胀，以使力保持可控并且允许附加的Z轴柔度。
对饼形悬臂的第四种替换可以被简称为“通孔内具有导电带的叶片弹簧”。
图29是叶片弹簧机构290的侧视图。被测器件上的球或端子292与接触焊盘293和/或接触焊盘上的可选结构294接触。可选结构可以具有针对焊盘或引线应用的擦拭机构，并且有助于冲破任意氧化物以改进电连接。
接触焊盘293被布置在叶片弹簧291的端部，叶片弹簧291存在于薄膜295中的通孔内。在被测器件的相对侧，薄膜与承载板297上的接触焊盘296接触。
叶片弹簧包括可选的自对准机构，其中接触焊盘293包括不平行于承载板的局部倾斜。该局部倾斜使端子292更牢固地与相邻焊盘293接触。
元件299可以是底部接触板，其有助于防止碎屑到达承载板297。
在图29中，叶片弹簧291以压缩状态的形式示出。当弹簧未被压缩时，具有接触焊盘293和凸块294的臂向外打开，类似于如上所述的图16和图26中的焊盘。
可替换地，如图29所示，叶片弹簧臂可以从通孔的中心向外径向延伸，而不是向内径向延伸。
在一些情况下，叶片弹簧可以由导电金属制成，并且可以传导从端子到承载板或者从承载板到端子的电流。在一些情况下，叶片弹簧可以为穿过通孔的唯一的电流承载器。在另一些情况下，叶片弹簧和通孔的壁都是导电的。在其他情况下，通孔的壁可以为穿过通孔的唯一的导电体。
以下部分将描述可以用在靠近被测器件上的端子的接触焊盘上的各种表面图案。这些表面图案中的任意一种或者全部都可以有利地帮助擦掉可能形成在端子上的任意氧化物，并且从而可以改进被测器件与测试固定装置之间的电接触。这些表面图案中的任意一种或全部都可以与上述弹簧机构、接触焊盘结构、以及凸块结构中的一种或全部一起使用。
图30是一部分测试固定装置300的侧视图，该测试固定装置300在面向被测器件(未示出)的接触焊盘301上具有纹理表面302。纹理接触焊盘301形成在薄膜303的顶面上。相应的接触焊盘304形成在薄膜303的底面上，其可以与第二薄膜或承载板上的相应接触焊盘接触。顶部接触焊盘301和底部接触焊盘304彼此永久地电连接，并且可以在穿过薄膜303的一个或多个位置处电连接。
图31是图30中的接触焊盘301的俯视图。接触焊盘301具有一系列条或脊状突起302。在一些情况下，脊状突起302具有成角度的面和/或锐角转角，这可以改进与被测器件的电接触。
脊状突起302可以通过诸如用激光来形成进入金属焊盘的部分路径的方法、通过选择性地向下蚀刻进入焊盘、或者通过任意其他合适的方法来形成。
图32是另一具有矩形特征322的纹理表面的接触焊盘321的俯视图。在一些情况下，矩形可以高出或低于接触焊盘321的平面。在其他情况下，矩形可以具有金字塔形形状，其部分不平行于接触焊盘的平面。
图33是另一个具有同心圆特征332的纹理表面的接触焊盘331的俯视图。如矩形设计一样，一个或多个同心圆可以高出或低于接触焊盘331的平面。
图30-图33中所示的三个纹理设计仅为示例。事实上，可以使用在与被测器件上的端子接触的表面上提供成角度的表面和/或锐角的任意设计。
此外，可以在以上所示任意接触焊盘上使用纹理设计中的任意之一或全部，所述接触焊盘包括具有凸块的焊盘、以及导电带端部上的焊盘。
作为提供部分成角度的接触焊盘(其中接触焊盘的平面大体上平行于承载板)的一种替换，可以使整个接触焊盘成角度。这提供了在插入接触器期间与器件焊球具有摩擦的一个表面。
例如，图34是包括成角度接触焊盘342的示例测试固定装置340的侧视图。该测试固定装置包括薄膜341，薄膜341在弹簧344的作用下偏斜。弹簧344的端部在接触焊盘343处特意地形成角度，而不是如之前的附图所示(例如，图20和图21)为平坦的。
另一个成角度的焊盘设计在图35中示出。在该示例测试固定装置350中，薄膜351在每个通孔354的区域中稍微弯曲或变形。每个通孔354稍微成角度，以使得一侧355比相对侧356更逼近被测器件而延伸。事实上，通孔354在底部接触焊盘353处可以具有平坦而成角度的界面，在图35中仅示出其截面。由于与通孔354的该成角度界面，与被测器件(未示出)上的端子接触的接触焊盘352也是成角度的。在其他情况下，可以通过增大薄膜上而非通孔上接触焊盘的一侧的厚度来形成角度。其他组合形式也是可行的。
这种成角度的焊盘设计可以通过移除通孔的一侧的材料来制成，例如通过激光或蚀刻将材料移除、和/或通过使用电镀工艺来向通孔的另一侧添加材料。
具有如图34和图35的示例所示的成角度的接触焊盘可能具有一个或多个优势。例如，当端子与成角度的焊盘接触时，可能存在滑动或刮削作用，其由沿接触焊盘的“滑坡”而产生，其有助于冲破和/或刮掉端子上所积累的任意氧化物。从而，改进了端子处的电接触。此外，这种自清洗擦拭作用有助于从接触表面推开刮掉的氧化物，从而增大了顶部接触板清洗间的平均时间。
最后，将描述对首次在图22-图28示出的带状导体的另一种替换。图36是未压缩状态下弹簧机构360A的侧视图。图37是压缩状态下图36中的弹簧机构360B的侧视图。图38是图36和图37中的带状导体360的俯视图。
弹簧机构360A和360B包括螺旋弹簧361以及带状导体362，螺旋弹簧361提供弹簧机构的机械属性，带状导体362提供从弹簧机构360A和360B的顶部到底部的导电路径。
带状导体362在螺旋弹簧的底部(与承载板相邻)处于螺旋弹簧361的外部，在螺旋弹簧361的底端附近通过间隔与螺旋弹簧361交织，带状导体362的剩余长度保持在螺旋弹簧361内。接触焊盘363可以向外钻出弹簧361的顶圈，如图36和图27所示，或者可选地可以向里钻过弹簧的顶圈，如图28所示。
通常，与被测器件相邻的顶部接触焊盘的结构取决于被测器件的种类，诸如具有球的BGA器件、或具有焊盘或平坦引线的QFN或SOP器件。
带状导体362电连接到其顶面上的接触焊盘363，使用期间，顶面上的接触焊盘363与被测器件的端子接触。可选地，接触焊盘363可以包括可增强电接触并且可以有利地帮助刮掉端子上的任意氧化物层(否则氧化物层将妨碍良好的电连接)的一个或多个凸块或结构364。带状导体362也电连接到其底面上的一个或多个接触焊盘367，使用期间，底面上的一个或多个接触焊盘367与承载板上的连接焊盘接触。
注意，接触焊盘363和367位于导体362的两侧。它们可以通过导体362、通过一个或多个通孔369而电连接。可选地，通孔可以位于导体362中应力减小的区域，这可以有利地延长导体362的寿命。
注意，带状导体362可以在任意或全部臂或股368、和/或基部371中具有受控阻抗。在一些情况下，该受控阻抗可以与相邻电子元件的阻抗相匹配，这可以减小反射损耗并且从而可以改进导体362的电特性。
导体362在图38中被示为具有四个臂368，方位上，每两个臂相隔90度。可替换地，可以存在两个、三个、五个、六个、七个、八个、或多于八个臂368。
在一些情况下，每个臂368可以具有导电部分以及绝缘区域，导电部分由基部371及其周围的区域表示，绝缘区域由不连续区域366表示。在一些情况下，一对相对臂彼此之间可以具有横向偏移，以使得在弹簧361被压缩的使用期间，如果相对臂彼此接触，则相对臂的导电区域371彼此不接触。对于具有横向偏移的臂来说，一个臂的导电区域可以与相对臂的绝缘区域接触而没有明显的负面效应。
在一些情况下，导体或薄膜362被制成一片。在其他情况下，导体被制成附着到底部弹簧361的相对侧的多个条，以允许薄膜基板的最大弯曲。
在一些情况下，薄膜可以被完全电镀以用于更高的电流应用，或者可以被设计为与被测器件相匹配的控制阻抗线。在一些情况下，薄膜的顶部可以包括沟槽，其可以增强与被测器件的端子的电接触。这种增强可以包括擦拭功能，以移除氧化物。沟槽可以进入薄膜，或者被电镀为薄膜中的梁，以提供锐斜角来移除氧化物。
注意，该带状导体362保持相同的电路径长度，而与弹簧361的压缩程度无关。这与通过弹簧本身传导电流相比是有利的，因为导体362的电特性不会随着弹簧361的压缩程度而改变。
在一些情况下，薄膜一侧的电镀还可以用来增大载流量或提供屏蔽。如果两个条或多个条被使用并且其相互不连接或者不与导电弹簧连接，则针对Kelvin(加载或感应，Force or sense)应用产生从器件到承载板的两条单独的路径，并且这两条单独的路径将与单独的承载板焊盘接触。

Claims (12)

1.一种测试固定装置(120)，用于在被测器件(130)与承载板(160)之间形成多个暂时的机械连接和电连接，该测试固定装置包括：
薄膜(150)，用于与承载板(160)进行机械接触和电接触；
布置在薄膜(150)中的多个通孔(151)，每个通孔(151)与被测器件(130)上的端子(131)和承载板(160)上的接触焊盘(161)相关联，每个通孔(151)具有导电壁，用于在端子(131)与接触焊盘(161)之间传导电流；以及
一一对应地布置在多个通孔(151)内的多个弹簧(152)，当被测器件(130)与测试固定装置(120)啮合时，每个弹簧(152)向端子(131)提供机械阻力。
2.根据权利要求1所述的测试固定装置(120)，还包括：
接触薄膜(140)
布置在接触薄膜(140)的第一侧的顶部接触焊盘(141)，用于与端子(131)直接电接触；以及
布置在接触薄膜(140)的与第一侧相对的第二侧的底部接触焊盘(142)，用于与通孔(151)的导电壁直接接触；
其中，顶部接触焊盘(141)和底部接触焊盘(142)永久电连接。
3.根据权利要求2所述的测试固定装置(120)，其中顶部接触焊盘(141)包括多个臂，每个臂都具有一个固定端和一个自由端，自由端从与通孔(151)的壁相邻的外围向里径向延伸，自由端能够被端子(131)纵向偏斜。
4.根据权利要求1所述的测试固定装置(120)，其中多个弹簧中的至少一个弹簧(251)包括弹簧(251)的放大圈(253)，其将弹簧(251)固定到通孔(151)的壁中的脊状突起(252)。
5.根据权利要求1所述的测试固定装置(120)，还包括：
一对末端开口的管(202，203，392，393)，一个管(203，393)的开口端适合地装入另一个管(202，392)的开口端，所述的一对管彼此之间能够纵向滑动，所述的一对管(202，203，392，393)包围和容纳弹簧元件(201，391)。
6.根据权利要求5所述的测试固定装置(120)，
其中所述的一对管(202，203)是电绝缘的；以及
其中每个通孔(151)都具有导电壁，用于在端子(131)与接触焊盘(161)之间传导电流。
7.根据权利要求1所述的测试固定装置，还包括与多个通孔(151)一一对应的多个导电带(222)，每个导电带(222)配置用于在相应端子(131)与相应接触焊盘(161)之间传导电流，每个导电带(222)的至少一股与相应弹簧(221)交织并且将相应弹簧(221)的第一纵向端电连接到与第一纵向端相对的第二纵向端。
8.根据权利要求7所述的测试固定装置(120)，其中每个导电带(222)的每一股延伸到处于面向被测器件(130)的纵向端的悬臂(223)。
9.根据权利要求1所述的测试固定装置，还包括：
带状导体(362)，用于在被测器件上的端子与承载板上的接触焊盘之间传导电流，带状导体(362)包括多个导电股(368)
其中每个导电股(368)：
沿弹簧(361)的纵向范围延伸；
电连接到多个导电股中的其他导电股(368)；
终止于用于与被测器件上的端子机械接触和电接触的接触焊盘(363)；以及
具有不会随弹簧(361)的压缩而改变的电路径长度。
10.根据权利要求9所述的测试固定装置，其中每个导电股(368)在方位上与相邻导电股(368)等间隔。
11.根据权利要求9所述的测试固定装置，其中每个导电股(368)与相对的导电股(368)在横向上具有偏移。
12.根据权利要求9所述的测试固定装置，其中每个导电股(368)包括被电绝缘部分(366)横向包围的导电部分(371)。
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