CN106133530A - 具有探针心及锁闩机构的测试设备 - Google Patents

Abstract

一种将探针心相对于电路板锁定及解锁的锁闩组件。该锁闩组件与该探针心啮合以相对于电路板将该探针心对准，且通过旋转将该探针心向下压抵该电路板以将该探针心与该电路板锁定。提供安装工具以将该探针心夹持到锁闩组件或探针心载体或从该锁闩组件或该探针心载体解锁该探针心。该安装工具可与该探针心及/或该锁闩组件对准以相对于电路板将该探针心锁定及解锁。

Description

具有探针心及锁闩机构的测试设备

技术领域

本发明大体上涉及测试设备，特别是涉及用于测试受测装置(例如，半导体装置)的测试设备。更具体地，本发明涉及一种构造成探针心的探针设备，该探针心与测试设备一起使用以用于电探测受测装置如半导体晶圆。

背景技术

半导体工业持续需要接近半导体晶圆上的许多电子装置。随着半导体工业发展且装置变得愈来愈小且愈来愈复杂，许多电装置、最常见的半导体装置及晶圆上相互间的电连接，当这些装置呈晶圆形式时，必须进行电测试，例如测试泄露电流及极低操作电流。另外，通常需要在宽温度范围内评估电流及装置特性以理解温度如何影响装置。同样，由于半导体技术连续且迅速改变，因此半导体装置的大小及这些电接触垫变得愈来愈小。

为了有效量测呈晶圆形式的半导体装置，使用探针来接触晶圆的表面上的导电垫。这些探针之后电连接到测试仪器。通常，额外的电互连组件如电路板构成这些探针与测试仪器之间的连接部分。为了使电测量的降级最小化，必须设计这些探针及互连组件以将量测信号与外部电干扰、穿过介电材料的泄露电流、寄生电容、摩擦电噪声、压电噪声及介电吸收等等隔离。

用于半导体装置的晶圆级电测试的典型探针卡可包括永久接合到电路板的探针，该电路板设计成接口到特定测试仪器。接触垫大小、接触垫布局或测试仪器接口的改变需要更换整个探针卡组件。一种替代方法是使用连接到电路板的探针心，之后该电路板设计成接口到特定测试仪器。接触垫大小或接触垫布局的改变需要更换该探针心。测试仪器接口的改变需要更换该电路板。

因此，持续需要用于电探测半导体装置(如半导体晶圆)的改进的半导体测试装备。

发明内容

本发明大体上涉及测试设备，特别是涉及用于测试受测装置(例如，半导体装置)的测试设备。更具体地，本发明涉及一种构造成探针心的探针设备，该探针心与测试设备一起使用以用于电探测受测装置如半导体晶圆。

描述了测试装备例如在系统中测试半导体装置是有用的。更具体地，描述了探针设备可以用于电探测受测装置如半导体晶圆。通常，该探针设备是可相对于另一测试设备或组件如电路板锁定及解锁的探针心，且其中该探针心具有一个或多个探针，该一个或多个探针可探测该装置且电连接到可将信号从该探针心传输到例如其他测试装备的触点。

本文中所描述的实施例提供了一种将探针心相对于电路板锁定及解锁的锁闩组件。该锁闩组件通过将该探针心准确地定位到该电路板而将该探针心配合到该电路板。在一些实施例中，该锁闩组件可与该探针心啮合以相对于电路板将该探针心对准，且通过旋转该锁闩组件的一个或多个组件将该探针心向下压抵于该电路板以将该探针心与该电路板锁定。

在一些实施例中，探针心探针可以是线针，这些线针可具有连接到其他测试装备的电连接及触点。

在一些实施例中，探针心包括具有啮合部件的顶板，该啮合部件可与该锁闩组件对准且与该锁闩组件啮合，以通过旋转该锁闩组件的一个或多个组件而被向下按压。在一些实施例中，该啮合部件可以是凸耳部件，该凸耳部件是从该探针心的顶板径向突出的突出部。

在一些实施例中，提供安装工具以将该探针心夹持到锁闩组件或探针心载体或从该锁闩组件或该探针心载体解锁该探针心。该安装工具可与该探针心和/或该锁闩组件对准以相对于电路板将该探针心锁定及解锁。在一些实施例中，该安装工具可相对于电路板或载体解锁该探针心且同时夹持该探针心。在一些实施例中，该安装工具可将该探针心锁定到该电路板或该载体和同时从该探针心释放。

本文中所描述的实施例可允许以低损坏风险容易地安装及移除探针心。本文中所描述的实施例亦可提供可容易更换的探针心和这些探针心与电路板之间的中间接口，而不需要使电测量降级。

揭露了一种用于测试受测装置的探针设备。该设备包括：探针心，该探针心包括顶板、丝线引导机构、多个探针线以及探针块；电路板；以及锁闩组件，该锁闩组件用于将该探针心可拆卸地固定到该电路板，该锁闩组件包括：夹紧机构，该夹紧机构用于将该探针心压抵于该电路板；以及导板，该导板设置在该夹紧机构与该电路板之间，该导板用于使该探针心相对于该电路板定向在特定位置中。

揭露了一种用于测试受测装置的探针设备。该设备包括：电路板，该电路板具有啮合组件；以及探针心，该探针心包括：顶板，该顶板包括一个或多个啮合部件，该一个或多个啮合部件用于当该探针心夹紧到该电路板时提供该探针心相对于该电路板的粗略对准；丝线引导机构，该丝线引导机构包括定位于该线导周边的一个或多个凹口，该一个或多个凹口在该探针心夹紧到该电路板时提供精细对准；多个探针线；以及探针块，其中该探针心与该啮合组件是可啮合的。

揭露了一种在用于测试受测装置的探针设备中使用的探针心。该探针心包括：顶板，该顶板包括一个或多个啮合部件，当该探针心夹紧到电路板时该一个或多个啮合元件提供该探针心相对于该电路板的粗略对准；丝线引导机构，该丝线引导机构包括定位于该线导周边的一个或多个凹口，该一个或多个凹口在该探针心夹紧到该电路板时提供精细对准；多个探针线；以及探针块，其中该探针心与该啮合组件是可啮合的。

揭露了一种用于将探针心锁闩到装置的方法。该方法包括：使用安装工具将力施加到驱动板，该驱动板用于对应地旋转锁闩板；迫使该锁闩板抵在该探针心上的啮合组件，从而将该探针心夹紧到该装置；以及当该探针心夹紧到该装置时将该安装工具从该探针心移除。

附图说明

参考形成本发明的一部分且图解说明在本说明书中所描述的是统及方法可以实施的实施例的附图。

图1a是根据一些实施例的探针测试设备的剖面图。

图1b展示了根据一些实施例的可与图1a的导板啮合的丝线引导机构的各种几何形状。

图1c图解说明了根据一些实施例的夹紧机构与图1a的探针心的顶板之间的各种啮合。

图2是根据一些实施例的图1a的探针心的剖面图。

图3a展示了根据一些实施例的探针心的侧视图。

图3b展示了根据一些实施例的图3a的探针心的仰视图。

图4a图解说明了根据一些实施例的图1a的探针心的第一变体。

图4b图解说明了根据一些实施例的图1a的探针心的第二变体。

图4c图解说明了根据一些实施例的图1a的探针心的第三变体。

图4d图解说明了根据一些实施例的图1a的探针心的第四变体。

图4e图解说明根据一些实施例的图1a的探针心的第五变体。

图5a是根据一些实施例的在延伸位置中的套筒的侧面示意图。

图5b是根据一些实施例的在缩回位置中的图5a的套筒的侧面示意图。

图6a是根据一些实施例的在未夹紧位置中的图1a的探针测试设备的侧面示意图。

图6b是根据一些实施例的在夹紧位置中的图1a的探针测试设备的侧面示意图。

图7是根据一些实施例的探针心及锁闩组件的立体侧视图。

图8是根据一些实施例的图7的锁闩组件的剖面图。

图9a是根据一些实施例的在向上位置中的安装工具的剖面图。

图9b是根据一些实施例的在向下位置中的图9a的安装工具的剖面图。

图9c是具有探针心的顶板的图9a的安装工具的端视图。

图9d是根据一些实施例的图9a的安装工具的侧视力图图。

图10a是根据一些实施例的与探针心及锁闩组件啮合的图9a的安装工具的剖面图。

图10b是根据一些实施例的与探针心及锁闩组件啮合的图9a的安装工具的另一剖面图。

图10c是根据一些实施例的与探针心及锁闩组件啮合的图9a的安装工具的另一剖面图。

图10d是根据一些实施例的与探针心及锁闩组件啮合的图9a的安装工具的另一剖面图。

图10e是根据一些实施例的与探针心及锁闩组件啮合的图9a的安装工具的另一剖面图。

图10f是根据一些实施例的与探针心及锁闩组件啮合的图9a的安装工具的另一剖面图。

图10g是根据一些实施例的与探针心及锁闩组件啮合的图9a的安装工具的另一剖面图。

图11是根据一些实施例的探针心载体立体图。

图12a是根据一些实施例的在未夹紧位置中的图1a的探针测试设备的侧面示意图。

图12b是根据一些实施例的在中间位置中的图1a的探针测试设备的侧面示意图。

图12c是根据一些实施例的在夹紧位置中的图1a的探针测试设备的侧面示意图。

图13图解说明了根据一些实施例的探针心10的仰视图。

相同的标号至始至终表示相同的部件。

具体实施方式

本发明大体上涉及测试设备，特别是涉及用于测试受测装置(例如，半导体装置)的测试设备。更具体地，本发明涉及一种构造成探针心的探针设备，该探针心与测试设备一起使用以用于电探测受测装置如半导体晶圆。

图1a是根据一些实施例的探针测试设备100的剖面图。探针测试设备100包括探针心110、电路板122及用于容纳探针心110并连接到探针心110的锁闩组件120。根据下文图6a到图6b和/或图12a到图12c额外详细地讨论锁闩组件120的一些实施例。安装工具130用于将探针心110夹持到锁闩组件120或将探针心110从锁闩组件120释放。

锁闩组件120包括用于将探针心110夹紧到电路板122及导板125上的夹紧机构124。安装工具130可驱动夹紧机构124以将探针心110锁定到电路板122或将探针心110从电路板122解锁。在一些实施例中，安装工具130可驱动夹紧机构124以将探针心110锁定到探针心载体或将探针心110从该探针心载体解锁(如根据图11所展示及描述的探针心载体140)。探针测试设备100可进一步包括加固框架123。

探针心110包括探针块112、具有延伸穿过探针块112的一端的探针线113、用于引导探针线113的探针尾113’的丝线引导机构114及覆盖丝线引导机构114的顶板115。根据一些实施例，丝线引导机构114可以是大体上圆柱形的几何形状。根据一些实施例，顶板115可具有可变的几何形状。下文根据图4a到图4e展示及描述了顶板115的可能的几何形状的例子，然而应当了解，根据本文中所描述的原则，顶板115的一个或多个其它几何形状可起作用。

通过探针心110的丝线引导机构114及锁闩组件120的导板125可提供探针心110与电路板122之间的精细对准。图1b图解说明了具有彼此啮合的各个不同变化的几何形状的丝线引导机构114与导板125之间的各种引导设置的俯视图。丝线引导机构114与导板125之间的啮合可使探针心110相对于电路板122(或其他装置，如图11的探针心载体140)定向在特定位置。图1b未图解说明导板125。应当了解，导板125将采用类似于如图解说明的突出部或腔的几何形状。图1b中所展示的带有“是”的实施例可在丝线引导机构随温度改变大小时使该丝线引导机构的中心居中。非运动及运动方法两者均进行展示。在一些实施例中，该引导设置可不需要用运动方法达成的精确度，且因此可避免运动触点所需的偏置力增加复杂性。在一些实施例中，为了在温度范围内提供适当的稳定性，可提供接触陶瓷/金属探针子组件如探针块112的运动设置。

在一些实施例中，可提供导板125与丝线引导机构114之间的紧密空隙，如约25μm到50μm。可通过使用如导板125和/或丝线引导机构114上的倒角或半径来使导板125与丝线引导机构114之间的接触面积最小化，以将黏合的可能性最小化。在一些实施例中，可给将导板125及丝线引导机构114靠近定位且使两者平行以减小黏合风险的探针心110、锁闩组件120和/或工具130提供一个或多个粗略对准特征。

例如，通过夹紧机构124将探针心110夹紧到电路板122(或其他装置，如图11的探针载体140)将探针心110的顶板115迫抵于电路板122。

图1c图解说明了各种几何形状及机构的夹紧机构124与顶板115之间的啮合。在一些实施例中，该啮合设计成总是通电(例如，不得不将夹紧机构124撬开以释放探针心110)。在其他实施例中，该啮合可在“接通”和“关断”之间切换。在一些实施例中，当安装工具130的保护套筒部分插入时可将夹紧机构124撬开，以将探针心110夹持到锁闩组件120或将探针心110从锁闩组件120释放。可操纵各种实施例以使探针心110朝电路板122移动。当施加力到水平楔的实施例的任一侧或两侧时，可向下驱迫该水平楔。通过偏心凸轮的实施例的旋转运动向下驱迫该偏心凸轮。切向楔可用于通过引起倾斜楔平移的旋转朝电路板122驱迫探针心110和通过与另一倾斜楔的接触朝电路板122驱迫探针心110。图解说明了枢转操作杆变动，其中操作杆的旋转可引起与探针心110的上表面接触，从而朝电路板122向下驱迫探针心110。采用压缩弹簧柱塞实施例的偏心可用于施加旋转力，该旋转力继而引起弹簧柱塞朝电路板122向下驱迫探针心110。在另一实施例中，具有弹簧鼻的四连杆铰接夹可接受向下的力，该向下力可继而施加到探针心110的上表面以朝电路板122向下驱迫探针心110。

图2是根据一些实施例的探针心110的剖面图。在图2中所展示的实施例中，探针块112包括设置有用于容纳探针线113的通道的板112a及接合到板112a的组件112b。组件112b的形状是环形和设置有用于容纳对准销162的对准开口160。板112可由例如陶瓷材料制成。组件112b可由例如金属材料制成。

丝线引导机构114包括上丝线引导机构14及下丝线引导机构16，该上丝线引导机构14及下丝线引导机构16设置有在它们之间的用于引导探针线113的通道。探针线113夹紧于上丝线引导机构14与下丝线引导机构16之间。每个探针线113具有延伸出板112a以形成探针尖的第一端113a和与第一端相对的第二端113b。在一些实施例中，丝线引导机构114成型为允许探针线113朝向其第二端113b以一倾斜角延伸。第二端113b用于接触电路板122上的各个垫。在一些实施例中，第二端113b可作为用于正机械止动的弹性触点。在一些实施例中，第二端113b可形成带窝探针尾，该带窝探针尾可以是例如v形或u形。这些带窝探针尾可以是(例如)镀金的。探针线113的第二端113b可电连接到识别印刷线路板(ID PWB板)116。ID PWB板116可包括识别(ID)装置、用于执行诊断测试的无源或有源元件和/或用于改进信号完整性的装置。这些ID装置可包括例如可擦可编程只读存储器(EPROM)和电阻器。这些无源或有源元件可包括例如二极管、电阻器和/或电容器。用于改进信号完整性的这些装置可包括(例如)电阻器、电容器和/或电感器。在一些实施例中，探针线113可由端接到IDPWB板116的第二端113b组成。

顶板115设有凹坑172，该凹坑172在顶板115的中心下侧处具有凹腔。对准销162由对准开口160容纳以对准探针心110的这些组件。探针心110的这些组件，例如顶板115及丝线引导机构114，每个可具有用于与对准销162对准的孔和/或狭槽。

图3a及图3b(分别)图解说明了根据一些实施例的探针心110的侧视图及仰视图。探针心110的顶板115具有大体上圆形形状和定位于顶板115的周边的啮合组件115a到115c(在图解说明的实施例中，啮合组件115a到115c亦称为“凸耳组件”115a到115c)。顶板115上的凸耳组件115a到115c可提供正定向、作为粗略对准特征且可由锁闩例如图1a的夹紧机构124啮合，以将探针线113的第二端113b推抵于电路板122。探针心110的丝线引导机构114包括定位于丝线引导机构114的周边的凹口114a到114c。凹口114a到114c可为丝线引导机构114提供精细对准特征。在一些实施例中，凹口114a到114c可与导板125上的凸块如图7中所展示的凸块114a’到114c’啮合，以提供它们之间的精细对准。凹口114a到114c与凸块114a’到114c’之间的啮合可以是非运动的或运动的。在一些实施例中，该啮合可允许围绕丝线引导机构114的中心的热膨胀。应当理解，凸耳组件115a到115c可无需与凹口114a到114c对准。

图4a到图4e图解说明了根据各种实施例的探针心110的变体110a到110e。探针心110可经成型以指示其定向。图4a到图4e展示了探针心110的各种几何形状。虚线表示探针线113的第二端113b在丝线引导机构114中的范围。图4a到图4e中所展示的探针心110的顶板的各个几何形状允许探针心110仅以一个定向与锁闩组件或处理工具接口。

图1a的安装工具130可以特定的定向，如由图4a到图4e中所展示的探针心110a到110e的这些特定形状所指示的定向，装配于探针心110上。夹紧机构124可不啮合直到工具130适当地定向和完全座落于探针心110上。

当探针心110包含于工具130中时，可保护探针线113免受可能的损害。如图5a到图5b中所示，保护套筒35可保护探针线113及探针线尾113’。保护套筒35可锁闩于图5a中所展示的延伸位置中以覆盖探针线113。当图1a的安装工具130插入到锁闩组件120或探针心载体中时，保护套筒35可从该延伸位置释放到图5b中所展示的缩回位置。在一些实施例中，套筒35具有不对称形状且各个内轮廓35a或外轮廓35b可充当密钥。在一些实施例中，套筒35可具有经济有效的圆柱形形状。在对称形状如圆柱形的情况中，套筒35侧面中的一个或多个狭槽可充当密钥。

图6a及图6b图解说明了根据一个实施例的在未夹紧位置及夹紧位置的图1a的探针测试设备100。夹紧机构124包括驱动板24、锁闩板26及设置在驱动板24与锁闩板26之间的弹性部件28。弹性部件28可以是，例如压缩弹簧。导板125设置在夹紧机构124与电路板122之间，以提供探针心110与电路板122之间的精细对准。导板125可通过例如螺丝夹紧到电路板122。驱动板24包括具有轴承624a的支腿624，轴承624a接触导板125的下表面。支腿624延伸穿过锁闩板26，从而当驱动板24旋转时，锁闩板26可与驱动板24一起旋转。在未夹紧位置中，首先将锁闩板26压抵于导板125。当锁闩板26连同驱动板24一起旋转且在导板125上滑动时，锁闩板26上的轮廓化的表面524与探针心110的凸耳组件115a到115c啮合。接着，锁闩板26将探针心110向下推到夹紧位置，在该夹紧位置探针心110完全抵靠座落在电路板122且锁闩板26定位于凸耳组件115a到115c的顶部上。在夹紧位置中，由夹紧机构124将丝线引导机构114牢牢地压抵于电路板122。在一些实施例中，弹性部件28可施加大于例如探针线113可产生的总力加上晶圆探测力的100％的力，以将丝线引导机构114正偏置抵靠于电路板122而不考虑随温度的容差迭加或大小改变。在一些实施例中，例如，聚四氟乙烯可设置在锁闩板26与导板125之间以减小锁闩板26与导板125之间的摩擦。PTFE可以是具有高温黏合剂的黏贴膜上的涂层的形式。在一些实施例中，在锁闩板26与凸耳组件115a到115c之间，各个啮合表面，例如轮廓化的表面524，可进行硬化及抛光，或涂布润滑膜，该润滑膜具有能够承受来从小接触区域的非常高的负载。

图7是探针心110及锁闩组件120的立体侧视图。锁闩组件120设有腔129以容纳探针心110。手柄128连接到驱动板24。手柄128允许用户使驱动板24相对于导板125旋转。驱动板24及锁闩板26包括各个凹口115a’到115c’，以当探针心110插入到锁闩组件120的腔129中时容纳凸耳组件115a到115c。锁闩组件120包括位于导板125的内周边的精细对准凸块114a’到114c’。当探针线113的第二端113b接近电路板122时，精细对准凸块114a’到114c’可啮合图3b中所示的探针心110的各个凹口114a到114c。

图8是具有展示为透明的驱动板24的锁闩组件120的剖面图。驱动板24的支腿624从驱动板24向下延伸穿过锁闩板26中的凹口。当通过手柄128或图1a的安装工具130使驱动板24旋转时，锁闩板26通过支腿624连同驱动板24一起旋转。支腿624亦跨过导板125的外边缘以允许驱动板24和锁闩板26与导板125同心对准。两个支腿624携带在圆周方向上沿着导板125的下侧滚动的滚珠轴承624a(根据图6a到图6b额外详细描述的支腿624、滚珠轴承624a和相对位置)。支腿624亦具有塑料螺丝626，该塑料螺丝626与向下推动驱动板24时刚刚通过导板125且作为阻挡的滚珠轴承624a的轴平行。锁闩板122的波浪形的下表面包括一个或多个小凹部524a，该一个或多个小凹部524a与探针心凸耳115a到115c啮合于锁闩位置中以帮助保持锁闩位置。如图8中所展示，小凹部524a是锁闩板26与底板/导板125之间的小间隙。该小间隙可充当止动装置，以当小凹部524a落在各个探针心凸耳115a到115c上时帮助将锁闩板26锁定于闭合位置中。

探针心110的高度可以最小化，从而可使用具有约30mm工作距离的高功率显微物镜。当插入探针心110时驱动板24及锁闩板26不在正确位置中时，凸耳组件115a到115c仍可向下掉落穿过驱动板24中的凹口115a’到115c’和锁闩板26。凸耳组件115a到115c与探针线113的第二端113b之间的短垂直距离可使探针线113的第二端113b在凸耳组件115a到115c落在对准凸块114a’到114c’的顶面上之前能够撞击导板125中的对准凸块114a’到114c’。该撞击可导致失效模式。可通过以下方式避免该失效模式，例如：1)添加当探针心110未锁住时使锁闩板24处于正确(完全打开)的位置中的锁闩件；2)在顶板115上面添加防护件以限制插入/提取定向；或3)将锁闩件添加到安装工具130以当组件未对准时阻止探针心110插入。

图9a到图9d图解说明了根据一个实施例的安装工具130。安装工具130将探针心110夹持到锁闩组件120或将探针心110从锁闩组件120释放。安装工具130包括手柄子组件及套筒子组件。该手柄子组件包括彼此连接的手柄31、在轴向方向上延伸的轴32、顶部部件33及棘爪34。顶部部件33包括向下延伸的销332。该套筒子组件包括具有安全连锁锁闩的套筒35。套筒35可相对于该手柄子组件滑动且旋转。弹性部件36定位于这些第一与第二子组件之间以将套筒35推抵于棘爪34。弹性部件36可以是例如压缩弹簧。

图9a中的安装工具130位于向上位置，在该向上位置棘爪34被偏置抵靠于套筒35。图9b中的安装工具130位于向下位置，在该向下位置套筒35被向上驱迫与顶部部件33接触。探针心110的凸耳组件115a到115c(图3a中所示)啮合于套筒35的各个狭槽351中。当使用者通过手柄31旋转该手柄子组件时，棘爪34可与探针心110的顶板115的凹坑172啮合或解啮。

图9c图解说明了棘爪34与探针心110的顶板115啮合。凹坑172具有截顶圆圈的形状。棘爪34成型使得在第一位置处棘爪34可通过该截顶圆圈，且当棘爪34相对于顶板115旋转到第二位置时，棘爪34可抓住该顶板并固定到探针心110。在一些实施例中，棘爪34从该第一位置到该第二位置旋转约45度。

图9d图解说明顶部部件33与套筒35之间的联锁机构，其中顶部部件33展示为透明的。该连锁机构包括在顶部部件33的一侧的销331及在套筒35的一侧的凹槽351。凹槽351包括形成U形的横向部分351a和在横向部分351a的端部的垂直部分351b。当销331与凹槽351的横向部分351a啮合时，可阻止套筒35的垂直运动。当销331与垂直部分351b中的一者啮合时，套筒35可在轴向方向向下移动。该连锁机构可阻止该手柄子组件在“夹持”位置与“释放”位置之间部分地提升。

图10a到图10f图解说明了当锁闩组件120从探针心110的未夹紧过渡到夹紧时安装工具130如何从探针心110的夹持过渡到释放。在图10a中，安装工具130是空的和靠近容纳于锁闩组件120中的探针心110。锁闩组件120可将探针心110压抵于电路板(未示出)。套筒35通过套筒锁闩352刚性地锁定到手柄子组件(参见图10b)。当安装工具130在探针心110上方向下滑动时，套筒中的狭槽351(参见图10a)可与探针心110的顶板115上的凸耳组件115a到115c对准(参见图10b及图3a)。当套筒35完全停留在探针心110上时，可以释放套筒锁闩352(参见图10b)以允许该手柄子组件落下(参见图10c)。弹性部件36仍可对该手柄子组件提供进一步向下运动的抵抗。在手柄行进的底部处，棘爪34抵靠探针心110的顶部停止，棘爪34的一部分突出进入探针心110的顶板115中的凹腔172。工具顶部部件中的销332(参见图10a)也与锁闩组件120的驱动板24中的孔332’(参见图10a)啮合。将手柄31旋转约45度可使工具130的棘爪34及锁闩组件120的顶板24同时旋转以将探针心110锁定到安装工具130及将探针心110从锁闩组件120释放(参见图10d)。接着，将安装工具130及探针心110从锁闩组件120提起(参见图10e)。弹性部件36(参见图10e)可保持套筒35抵靠锁闩组件120直到探针心110的顶部接触套筒35的底部。随着进一步的向上运动，套筒锁闩352落下以将套筒35锁定于向下位置，以保护探针心110(参见图10f)。

图10g是与探针心110的顶板115啮合的安装工具130的剖面图。套筒35的端部上的套筒引导特征354可与锁闩组件120的导板125中的特征122a啮合。当套筒35相对于锁闩组件120不正确地对准时，套筒35不能进入锁闩组件120的足够远的位置以驱动锁闩组件120以及探针心110不可落入锁闩组件120中。当探针心110与锁闩组件120没有准确地对准时，这可阻止探针尾113’落到锁闩精细对准凸块114a’到114c’的顶部。在处理期间也有助于保护探针113。

图11展示了在运送及处理期间可保护探针心110的探针心载体140。探针心载体140可包括盒41。在盒41中，形成上部件42及下部件43以容纳探针心110。锁闩盘44中的孔47可啮合安装工具130的顶部部件33中的销332。上部件42包括凸起区域45以驱动套筒锁闩352。下部件43包括可与套筒35的套筒引导特征354啮合的套筒对准特征46。安装工具130在探针心载体140的操作方式可与在锁闩组件120的操作方式相同。

图12a到图12c图解说明了根据一些实施例的在未夹紧位置1200a、中间位置1200b及夹紧位置1200c的图1a的探针测试设备100的侧面示意图1200a到1200c。图12a到图12c中所图解说明的实施例可以是例如图6a到图6b中所图解说明的实施例的替代方案。图12a到图12c的形状可与图6a到图6b的形状相同或类似。图12a到图12c中所图解说明的锁闩组件120可与具有如图13所图解说明的探针心顶板1305的探针心一起使用。

夹紧机构124包括驱动板1220、锁闩板1225、弹性部件1210及滚动部件1212。弹性部件1210可以是例如悬臂弹簧。导板1240设置在夹紧机构124与电路板122之间，以提供探针心110与电路板122之间的精细对准。导板1240可通过例如螺丝夹紧到电路板122。在图12a到图12c所图解说明的锁闩组件120中，夹紧顶板1215附接到导板1240。弹性部件1210可附接到夹紧顶板1215。弹性部件1210用于抑制向上运动。通常选择弹性部件1210使得当偏斜时，弹性部件1210抵消提升力、探针心110与电路板122之间的接触力及当探针线113接触受测装置时所产生的力。在一些实施例中，弹性部件1210的多个部分可由夹紧顶板1215支撑以阻止弹性部件1210的变形。

驱动板1220及锁闩板1225被轮廓化，从而滚动组件1212引起锁闩板1225与驱动板1220一起旋转。这些轮廓包括凹窝，这些凹窝设计成使得驱动板1220和锁闩板1225在驱动板1220的运动过程中一起移动且在驱动板1220的运动过程中的多个时间段相对于彼此移动。提升弹簧1235提供足够的力将驱动板1220、锁闩板1225及滚动组件1212驱迫在一起，同时弹性部件1210抑制向上运动。在一些实施例中，驱动板1220及锁闩板1225的这些轮廓化的表面可进行硬化及抛光，或涂布有能够承受来自接触区域的非常高负载的润滑膜。

当锁闩板1225连同驱动板1220一起旋转且在A方向上沿着PTFE滑行垫1230滑动时，锁闩板1225与驱动板1220上的轮廓化的表面与滚动组件1212啮合。接着，锁闩板1225将探针心110向下推动到夹紧位置，在该夹紧位置探针心110完全坐抵于电路板1222且锁闩板1225定位于啮合组件1310a到1310c的顶部。在所图解说明的实施例中，啮合组件1310a到1310c是瓣组件1310a到1310c。锁闩板止动销1265附接到锁闩板1235。锁闩板止动销1265用于在A方向上与锁闩板1225一起平移。锁闩板止动销1265的一部分设置在导板1240中的狭槽1270内。狭槽1270提供夹紧位置1200c及未夹紧位置1200a中的止动且可阻止锁闩板1225的不必要的运动。

在夹紧位置中，夹紧机构124将丝线引导机构114牢牢地压抵于电路板122。在一些实施例中，弹性部件1210可施加大于，例如探针线113可产生的总力加上晶圆探测力的100％的力，以将丝线引导机构114正偏置抵靠于电路板122而不考虑随温度的容差迭加或大小改变。

图13图解说明了根据一些实施例的探针心110的仰视图。探针心110的顶板1255具有大体上修圆的箭头形状(例如，类似于图4c的110c)和延伸超过探针块112及丝线引导机构114周边的瓣组件1310a到1310c。顶板1255上的瓣组件1310a到1310c可提供正定向，作为粗略对准特征且可被锁闩例如图1a的夹紧机构124啮合，以将探针线113的第二端113b推抵于电路板122。探针心110的丝线引导机构114包括定位于丝线引导机构114的周边的凹口114a到114c。凹口114a到114c可为丝线引导机构114提供精细对准特征。在一些实施例中，凹口114a到114c可与导板125上的凸块如图7中所示的凸块114a’到114c’啮合，以提供它们之间的精细对准。凹口114a到114c与凸块114a’到114c’之间的啮合可以是非运动的或运动的。在一些实施例中，该啮合可允许围绕丝线引导机构114的中心的热膨胀。应当了解，瓣组件1310a到1310c可不需要与凹口114a到114c对准。

上面已经特别参考当前较佳的但是是例示性的实施例阐述了本申请的众多创新教导，其中这些创新教导有利地应用到可容易地互换的探针心和处理工具以探测半导体装置的特殊问题。然而，应当理解，这些实施例仅为本文中的创新教导的许多有利使用的一些例子。通常，在本申请的说明书中作出的叙述没有必然地限制各种所要求保护的发明的任何一个。此外，一些叙述可应用于一些发明特征，但是不应用于其他发明特征。通常，除非另有指示，否则在不失一般性的情况下单个数元件也可以是多个，反之亦然。

方面：

应当了解，方面1到9的任一项可与方面10到14、15到19或20到23的任一项组合。方面10到14的任一项可与方面15到19或20到23的任一项组合。方面15到19的任一项可与方面20到23的任一项组合。

方面1一种用于测试受测装置的探针设备，该设备包括：

探针心，该探针心包括顶板、丝线引导机构、多个探针线以及探针块；

电路板；以及

锁闩组件，该锁闩组件用于将该探针心可拆卸地固定到该电路板，该锁闩组件包括：

夹紧机构，该夹紧机构用于将该探针心压抵于该电路板；以及

导板，该导板设置在该夹紧机构与该电路板之间，该导板用于使该探针心相对于该电路板定向在特定位置中。

方面2根据方面1的探针设备，其中该导板夹紧到该电路板。

方面3根据方面1到2中任一项的探针设备，其中该锁闩组件包括位于该导板的内周边的一个或多个精细对准凸块。

方面4根据方面1到3中任一项的探针设备，其中该探针心包括一个或多个凹口，该一个或多个凹口与一个或多个精细对准凸块是可啮合的，以提供该探针心相对于该电路板的特定对准。

方面5根据方面1到4中任一项的探针设备，其中该夹紧机构包括：

驱动板，该驱动板用于相对于该电路板旋转；

锁闩板，该锁闩板设置于该驱动板与该电路板之间且可与该导板滑动接触；以及

弹性部件，该弹性部件设置于该驱动板与该锁闩板之间，

其中该锁闩板用于与该驱动板旋转且相对于该导板滑动，该锁闩板与该探针心的一个或多个啮合部件是可啮合的，以提供夹紧力，从而将该探针心维持于夹紧位置。

方面6根据方面1到4中任一项的探针设备，其中该夹紧机构包括：

驱动板，该驱动板用于相对于该电路板旋转；

滑行垫，该滑行垫通过压缩弹簧附接到该导板；

锁闩板，该锁闩板设置于该驱动板与该电路板之间且可与该滑行垫滑动接触；

夹紧顶板，该夹紧顶板附接到该导板；以及

弹性部件，该弹性部件设置于该夹紧顶板与该驱动板之间，

其中该锁闩板用于与该驱动板旋转且相对于该导板滑动，该锁闩板与该探针心的一个或多个啮合部件是可啮合的，以提供夹紧力，从而将该探针心维持于夹紧位置。

方面7根据方面1到6中任一项的探针设备，该探针设备进一步包括锁闩板止动销，该锁闩板止动销用于限制该锁闩板相对于该电路板的运动，该止动销设置在该导板中的狭槽内。

方面8根据方面1到7中任一项的探针设备，该探针设备进一步包括处理工具，该处理工具与该夹紧机构是可啮合的。

方面9根据方面6到8中任一项的探针设备，其中该锁闩组件通过旋转该锁闩板驱动。

方面10一种用于测试受测装置的探针设备，该设备包括：

电路板，该电路板具有啮合组件；以及

探针心，该探针心包括：

顶板，该顶板包括一个或多个啮合部件，该一个或多个啮合部件用于当该探针心夹紧到该电路板时提供该探针心相对于该电路板的粗略对准；

丝线引导机构，该丝线引导机构包括定位于该线导周边的一个或多个凹口，该一个或多个凹口在该探针心夹紧到该电路板时提供精细对准；

多个探针线；以及

探针块，

其中该探针心与该啮合组件是可啮合的。

方面11根据方面10的探针设备，其中该啮合组件包括：

夹紧机构，该夹紧机构用于将该探针心压抵于该电路板；以及

导板，该导板设置在该夹紧机构与该电路板之间，该导板用于使该探针心相对于该电路板定向在特定位置中。

方面12根据方面10到11中任一项的探针设备，其中当该探针设备处于测试组态时该探针心与该啮合组件啮合。

方面13根据方面10到12中任一项的探针设备，其中该顶板包括指示该探针心相对于该啮合组件的可啮合定向的几何形状。

方面14根据方面10到13中任一项的探针设备，其中该啮合组件夹紧到该电路板。

方面15一种在用于测试受测装置的探针设备中使用的探针心，该探针心包括：

顶板，该顶板包括一个或多个啮合部件，当该探针心夹紧到电路板时该一个或多个啮合元件提供该探针心相对于该电路板的粗略对准；

丝线引导机构，该丝线引导机构包括定位于该线导周边的一个或多个凹口，该一个或多个凹口在该探针心夹紧到该电路板时提供精细对准；

多个探针线；以及

探针块，

其中该探针心与该啮合组件是可啮合的。

方面16根据方面15的探针心，其中该啮合组件为将该探针心固定到该电路板的锁闩组件。

方面17根据方面15的探针心，其中该啮合组件为处理工具。

方面18根据方面15的探针心，其中该啮合组件为探针心载体。

方面19根据方面15到18中任一项的探针心，其中该顶板包括指示该探针心相对于该啮合组件的可啮合定向的几何形状。

方面20一种用于将探针心锁闩到装置的方法，该方法包括：

使用安装工具将力施加到驱动板，该驱动板用于对应地旋转锁闩板；

迫使该锁闩板抵在该探针心上的啮合组件，从而将该探针心夹紧到该装置；以及

当该探针心夹紧到该装置时将该安装工具从该探针心移除。

方面21根据方面20的方法，其中施加力包括施加向下的力及旋转力到该驱动板。

方面22根据方面20到21中任一项的方法，其中该装置包括电路板或探针心载体中的一者。

方面23根据方面20到22中任一项的方法，该方法进一步包括在将该探针心锁闩到该装置之前将锁闩组件的一个或多个部分固定到该装置。

下列术语特别描述于整个说明书且不意在限制：

不限于半导体装置

本发明特别适用于探测半导体装置，但本教导的使用不限于探测半导体装置。该他装置可应用到本发明教导。因此，虽然本说明书描述了探测“半导体”装置，但此术语应广泛地解释以包括探测任何适合的装置。

不限于低电流

本发明可与其他测试装备一起应用以解决量测低于100fA的电流的问题，但本教导的电流范围不限于低于100fA。例如，本发明可与其他测试装备一起应用以量测半导体装置中的为100fA或100fA以上的电流。因此，虽然本说明书描述了“低电流”或“量测低于100fA的电流”，但这些术语应广泛地解释以包括流过半导体装置的可为100fA或100fA以上的任何电流。本发明亦可与其他测试装备一起应用以解决在高温下量测高频率信号的问题。

不限于宽温度

本发明可解决供在窄或受限操作温度范围中使用的可容易地互换的探针心的问题。本教导不限于特定的操作温度范围。本申请允许测试者在宽操作温度范围内，不仅在低操作温度下而且在高操作温度下如高达300℃及以上的操作温度对半导体装置进行电探测。因此，虽然本说明书描述了“宽温度范围”或“在宽操作温度范围中量测电流”，但这些术语应广泛地解释以包括半导体装置的任何适合操作或测试的温度范围。

不限于探针

本发明通过使用探针例如，线针探针，该线针探针从接触晶圆的针尖延伸到接触电路板的成形探针线尾，可解决受测装置(例如，半导体晶圆)与该电路板互连的问题。然而，本发明的教导中的任何内容都不限于接触该晶圆的其他探针技术的应用、用于接触该探针卡的其他电接触技术或该晶圆与电路板触点之间的其他电互连。

不限于信号触点/缆线及防护触点/缆线

本发明可与信号触点/缆线和/或防护触点/缆线一起应用，以解决使用同轴或三轴信号缆线的半导体装置的测量电流的问题。然而，本文的教导的任何内容都不将本发明的教导的应用限制到具有更多或更少层的信号缆线。具有任意层数的信号缆线可具有本文的教导的有利使用。

不限于金属

本发明可与由金属制成的针及驱动防护件一起应用。本发明不承认有关于可使用何种类型的金属影响本文的教导的任何限制。本领域的技术人员将认识到，在不失一般性的情况下，可使用任何导电材料实施本发明的教导。

不限于介电质

本发明可与各种介电材料一起应用，例如用于提供组件之间的电绝缘的介电材料。本发明不承认有关于可使用何种类型的介电影响本文的教导的任何限制。本领域的技术人员将认识到，在不失一般性的情况下，可使用任何非导电、高度耐热材料来实施本发明的教导。

本申请案所揭露的实施例在所有方面被视为说明性的而非限制性的。本发明的范畴由随附的申请权利要求指示而非前面的描述指示；且在权利要求的意义及等效范围内的全部改变旨在包括于本文中。

Claims (23)

1.一种用于测试受测装置的探针设备，该设备包括：

探针心，该探针心包括顶板、丝线引导机构、多个探针线以及探针块；

电路板；以及

锁闩组件，该锁闩组件用于将该探针心可拆卸地固定到该电路板，该锁闩组件包括：

夹紧机构，该夹紧机构用于将该探针心压抵于该电路板；以及

导板，该导板设置在该夹紧机构与该电路板之间，该导板用于使该探针心相对于该电路板定向在特定位置中。

2.如权利要求1所述的的探针设备，其中该导板夹紧到该电路板。

3.如权利要求1所述的的探针设备，其中该锁闩组件包括位于该导板的内周边的一个或多个精细对准凸块。

4.如权利要求1所述的的探针设备，其中该探针心包括一个或多个凹口，该一个或多个凹口与一个或多个精细对准凸块是可啮合的，以提供该探针心相对于该电路板的特定对准。

5.如权利要求1所述的的探针设备，其中该夹紧机构包括：

驱动板，该驱动板用于相对于该电路板旋转；

锁闩板，该锁闩板设置于该驱动板与该电路板之间且可与该导板滑动接触；以及

弹性部件，该弹性部件设置于该驱动板与该锁闩板之间，

其中该锁闩板用于与该驱动板一起旋转且相对于该导板滑动，该锁闩板与该探针心的一个或多个啮合部件是可啮合的，以提供夹紧力，从而将该探针心维持于夹紧位置。

6.如权利要求1所述的的探针设备，其中该夹紧机构包括：

驱动板，该驱动板用于相对于该电路板旋转；

滑行垫，该滑行垫通过压缩弹簧附接到该导板；

锁闩板，该锁闩板设置于该驱动板与该电路板之间且可与该滑行垫滑动接触；

夹紧顶板，该夹紧顶板附接到该导板；以及

弹性部件，该弹性部件设置于该夹紧顶板与该驱动板之间，

其中该锁闩板用于与该驱动板旋转且相对于该导板滑动，该锁闩板与该探针心的一个或多个啮合部件是可啮合的，以提供夹紧力，从而将该探针心维持于夹紧位置。

7.如权利要求1所述的的探针设备，该探针设备进一步包括锁闩板止动销，该锁闩板止动销用于限制该锁闩板相对于该电路板的运动，该止动销设置在该导板中的狭槽内。

8.如权利要求1所述的的探针设备，该探针设备进一步包括处理工具，该处理工具与该夹紧机构是可啮合的。

9.如权利要求1所述的的探针设备，其中该锁闩组件通过旋转该锁闩板驱动。

10.一种用于测试受测装置的探针设备，该设备包括：

电路板，该电路板具有啮合组件；以及

探针心，该探针心包括：

顶板，该顶板包括一个或多个啮合部件，该一个或多个啮合部件用于当该探针心夹紧到该电路板时提供该探针心相对于该电路板的粗略对准；

丝线引导机构，该丝线引导机构包括定位于该线导周边的一个或多个凹口，该一个或多个凹口在该探针心夹紧到该电路板时提供精细对准；

多个探针线；以及

探针块，

其中该探针心与该啮合组件是可啮合的。

11.如权利要求10所述的探针设备，其中该啮合组件包括：

夹紧机构，该夹紧机构用于将该探针心压抵于该电路板；以及

导板，该导板设置在该夹紧机构与该电路板之间，该导板用于使该探针心相对于该电路板定向在特定位置中。

12.如权利要求10所述的探针设备，其中当该探针设备处于测试组态时该探针心与该啮合组件啮合。

13.如权利要求10所述的探针设备，其中该顶板包括指示该探针心相对于该啮合组件的可啮合定向的几何形状。

14.如权利要求10所述的探针设备，其中该啮合组件夹紧到该电路板。

15.一种在用于测试受测装置的探针设备中使用的探针心，该探针心包括：

顶板，该顶板包括一个或多个啮合部件，当该探针心夹紧到电路板时该一个或多个啮合元件提供该探针心相对于该电路板的粗略对准；

丝线引导机构，该丝线引导机构包括定位于该线导周边的一个或多个凹口，该一个或多个凹口在该探针心夹紧到该电路板时提供精细对准；

多个探针线；以及

探针块，

其中该探针心与该啮合组件是可啮合的。

16.如权利要求15所述的的探针心，其中该啮合组件为将该探针心固定到该电路板的锁闩组件。

17.如权利要求15所述的的探针心，其中该啮合组件为处理工具。

18.如权利要求15所述的的探针心，其中该啮合组件为探针心载体。

19.如权利要求15所述的的探针心，其中该顶板包括指示该探针心相对于该啮合组件的可啮合定向的几何形状。

20.一种用于将探针心锁闩到装置的方法，该方法包括：

使用安装工具将力施加到驱动板，该驱动板用于对应地旋转锁闩板；

迫使该锁闩板抵在该探针心上的啮合组件，从而将该探针心夹紧到该装置；以及

当该探针心夹紧到该装置时将该安装工具从该探针心移除。

21.如权利要求20所述的方法，其中施加力包括施加向下的力及旋转力到该驱动板。

22.如权利要求20所述的方法，其中该装置包括电路板或探针心载体中的一者。

23.如权利要求20所述的方法，该方法进一步包括在将该探针心锁闩到该装置之前将锁闩组件的一个或多个部分固定到该装置。