CN106461703A - 晶片级集成电路探针阵列及构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于晶片级的IC电路测试的测试装置。上针和下针(22，62)被配置为彼此相对地滑动并且被弹性体(80)保持为电偏移接触。为了防止针在针导中的旋转，针导的底部中的有壁凹槽与针上的凸缘衔接。在另一实施例中，针导通过装配在针轮廓周围或者通过具有紧靠针的突起部分来维持旋转对准。通过建立配准边角(506)并经由在至少一个对角相对的边角中的弹性体驱动导板进入该配准边角来使该针导板(12)与保持器14维持对准。

Description

晶片级集成电路探针阵列及构建方法

相关申请的交叉引用及通过引用的合并

本申请将以下申请的全部内容通过引用合并于此：于2010年3月10日提交的US-2010/0231251-A1(USSN 12/721039)；于2012年1月4日作为13/226606的CIP提交的USSN13/243328，该13/226606要求于2010年9月7日提交的临时性61/380494和于2010年9月16日提交的61/383411的优先权；和+于2011年10月19日提交的US-2012/0092034-A1(USSN 13/276893)，其本身为于2010年4月21日提交的12/764603的CIP，该12/764603要求于2009年4月21日提交的61/171141、于2009年11月2日提交的61/257236和于2010年2月24日提交的61/307501的优先权；于2013年6月19日提交的USSN 13/921484和于2014年3月10日提交的USSN 61/950404。

技术领域

本发明涉及集成电路制造和测试。更具体的，本发明涉及用于测试在半导体晶片衬底上的多个集成电路晶粒(dies)的方法和结构。

背景技术

传统的集成电路制造技术通常包含在单个半导体衬底(称为晶片)上形成多个单独的集成电路。在制造完成后，该晶片通常被切割或被划刻以将单独的集成电路分离成单独的器件(通常被称为单片器件或晶粒(singulated devices or die))或分离成整行器件(通常被称为“长条(strip)”)。通常，在晶片上，这些单独的单片集成电路器件(“芯片”)被称为晶粒(dies)或粒块(dice)，它们在晶片上彼此间隔分开以容纳用来分割晶片的切割工具。因此晶片的外观为被可以容纳切割操作的交叉线分离开的一系列集成电路晶粒(晶块)。这些线通常被称为划刻线、道或路。这种晶块可以放置进IC封装体中，并且导线会由该晶粒连接至该IC封装体中的引线。随后即可以在该封装体引线或触点上进行测试，该触点相对而言比IC晶粒上的触点大得多。因此用于测试IC引线封装的技术并不特别类似于晶片级测试，并且我们发现在没有实质上的修正和创新的输入的情况下，IC封装引线测试的原理是不可行的。

在很多情况下，测量晶片级或长条级的单独的集成电路晶粒的电学功能被认为是有优势的。即，在晶片被分割并且单独的集成电路晶粒彼此分离之前。

典型地，通过将一系列测试探针放置为与在每个集成电路晶粒的曝露的表面上形成的电输入输出(I/O)垫片、或焊接垫或凸起或球接触来执行该测试。如果集成电路晶粒随后被封装，那么这些I/O垫片通常连接至引线框的元件。在Corrigan的美国专利5 532 174中示出了这种测试器的示例。

半导体集成电路器件(“晶粒”)还可以在它们仍处于半导体晶片(形成该晶粒的晶片)上时被测试。这种晶片级测试通常是基于每个晶粒来完成的，其中，采用通常被称为晶片探测器的精密晶片处理系统来使探针尖端与给定晶粒的焊接垫或球接触。对于每种应用，探针的具有特定设计的空间配置(一般被称为探针阵列)与焊接垫或球的空间阵列相匹配。在晶片探测器中，单个的晶粒或多个晶粒均可以经由测试器来通过探针尖端被刺激和测试。对于每个晶片探测器步长指数均测试单个晶粒的情况，探针阵列通常被称为单位点(single site)。对于每个晶片探测器步长指数均测试两个或更多的晶粒的情况，探针阵列通常被称为多位点(multi site)。在单位点或多位点晶粒被测试之后，晶片探测器系统指向会被同样地测试的下个晶粒或晶粒组等。探针阵列通常被固定在印刷电路板(PCB)元件上以使得信号线回路可以与测试系统连接；所述探针阵列和PCB的这种组合通常被称为探针卡。

但是，已经存在可以测试整个半导体晶片的晶片探测器和大探针阵列系统，其可以同时地测试晶片上的所有晶粒(即芯片)或同时地测试晶片上的大部分晶粒。通常，这样的大探针阵列系统对被称为“晶片分类”的处理步骤(用以简单地识别晶片上的哪些晶粒可以进行电接触、以及哪些晶粒不呈现电接触或烧入(burn in))的测试能力受限。

发明内容

以下内容意在帮助读者理解整个发明和权利要求。本发明的范围由权利要求所限定，而并非由下述内容限定。

本发明公开了一种测试接触针装置或探针阵列以暂时地接触晶片级集成电路器件上的测试垫，其中该测试垫包括与晶片上的测试晶粒粘附以形成电接触的金属膜、电镀凸起、后结构或焊球材料。公开的测试接触针装置包括至少一个上端针或上端探针，还包括纵向延伸，至少一个横向凸缘或一些其他接触面，以及用于电接触底端针或底端探针的接触面。公开的测试接触针装置还包括至少一个具有用于与上端针电接触的接触表面的下端针、和脚，所述针通过偏移力完好地固持，该偏移力将接触面维持到一起但彼此之间具有可滑动的关系。还可存在处于未压缩状态时具有预定高度的弹性材料，该材料环绕针以制造偏移力并且维持表面为可滑动的电接触。还可存在位于弹性材料顶部的刚性顶面，该上止表面包括至少一个孔径，所述孔径用于接收所述纵向延伸的一部分。所述上止表面还可包括至少一个通道，所述通道具有上止壁和凹槽以接收和接触在针上的所述至少一个凸缘或其他接触面，所述通道的尺寸足够大以与侧壁最小的摩擦接触来接收所述凸缘；使得所述上止表面通过其与凸缘的接触来为上针提供向上停止限制。该配置中的通道提供键控功能以防止接触旋转，所述通道可以为凹陷、凹槽或具有类似限制效果的立壁。或者，尺寸可调整为接收所述凸缘的所述通道可被包括在紧邻上止表面放置的构造中的附加元件中。

上止表面固定在所述脚或其他底部边界层上方预定距离处的位置，所述距离小于未压缩的弹性材料的高度与至少一个凸缘的高度之和，因此该弹性材料在上针与IC垫接触之前处于预压缩状态。当结合所述上端针的横向凸缘元件使用时，该上止表面的预定位置会提供精确的基准。该预压缩状态会为该上端针提供负载力以抵住精确的上止表面。此外，预压缩状态还会提供更均匀的偏移力以在针接触IC垫时抵住该针。若没有预压缩，则该针的初始移动将比该弹性体未处于预压缩状态时具有更低的反应力。

本发明还公开了一种用于与晶片级集成电路器件上的测试垫暂时接触的接触/探针/针阵列装置，包括上探针，被配置为当与所述垫或球接触时沿Z轴向下移动，所述针具有：纵向上部，具有顶端和底端；一对横向延伸的凸缘(或其他停止衔接组件)，具有预定宽度和上边缘，所述凸缘从所述上部的所述底端延伸出。还可存在从所述凸缘延伸出的下部、在所述下部与所述上针可滑动地接触的下针、以及作为刚性板的上止板。

上止板的材料优选为实质上绝缘且不吸水的材料。此外，对于晶片针测常用的温度范围内的测试，上止板的材料优选具有尽可能接近硅晶片的膨胀系数的线性膨胀系数。上止板的底(或其他接触)表面可包括多个间隔分离的凹槽，所述凹槽的大小恰好能以最小的摩擦接触来容纳所述凸缘，并且能将所述凸缘限制在预定方向，至少一个所述凸缘的上边缘接触所述板的所述底表面以为所述针界定上移动极限；使得所述针的旋转移动被限制并且具有通过所述板进行限定的上移动极限，从而在允许所述针沿Z轴移动的同时保持所述针在各轴内对准。或者，上止板可具有平坦的底表面，对着该底表面设置有具有尺寸可接收所述凸缘的多个凹槽的附加元件。在任一情况下，所述凹槽或通道优选设置有足够的深度，以使得需要的Z轴移动绝不会将所述凸缘推向通道之外。本发明还公开了一种为晶片级集成电路上的测试垫提供多个共面或非共面、或多面接触针尖端的方法，包括具有以下所有或一些步骤，可以为任何顺序：为所述针形成具有孔径的顶板(以下称为针导板、或探针导板(术语“针”和“探针”可互换地使用))，使得所述冠部从所述孔径突出；在每个所述针上形成停止元件；在所述顶板的下侧上形成上止部；配置每个所述针以在所述停止元件和所述上止部之间衔接，从而限制所述针沿Z轴向上移动；在顶板的所述下侧形成通道，所述通道的大小为能够接收所述针的一部分使得所述针在所述通道内的旋转被限制，使得所述针的Z轴上移动极限受到上止接触的限制。该针的移动被限制使得所述凸缘绝不会完全脱离该通道。

该针导板可以通过机制或模型工艺来制造并且可以优选地由陶瓷材料或玻璃填充复合物构成。

本发明提供一种为抵在晶片级集成电路上的测试垫的多个探针/针提供均匀弹性向上偏移力的方法，具有以下所有或一些步骤，可以为任何顺序：将具有优选为楔形的电接触表面的上针插入至弹性块；将具有电接触表面的与所述上针的电接触表面接触的下针插入至所述弹性块中；以及通过限制上板和下板之间的所述块来以预定量预压缩所述块。该预压缩可以各种方法来完成，但主要作用是获得均匀的z轴弹力来回应与IC垫的接触。如果没有预压缩，那么由于该弹性体在初始压缩时的“松弛”，弹力会极不均匀。弹性偏移力是弹性材料和图案化的产物，从而可对所需的力的变化进行优化，用于具体客户的要求。

本发明还公开精确地使针导板对准保持器板的方法，所述保持器板在与集成电路测试设备一起使用时将探针阵列安装至印刷电路板(PCB)。所述保持器板包括对准针，以在测试过程中给PCB提供准确的配准。这样的一种用于集成电路测试设备的将具有边角的针导板精确对准进具有类似的边角并且尺寸可以接收所述针导板的保持器板中的方法，包括任意顺序的任意或所有以下步骤：

a.精确地定位配准边角和所述保持器板和所述针导板的相邻的侧壁；

b.将所述针导板松弛地插入所述保持器；

c.将至少一个对角相邻的边角的侧壁中的偏移元件插入所述一个边角中并且将所述针导板偏移进入所述配准边角中，

使得所述针导板会对准进所述配准边角中。

该方法还可包括将偏移元件插入至至少两个边角中。

该方法还可包括将偏移元件插入至除了所述配准边角之外的全部边角之中。

该方法还可包括切除或形成该配准边角或该针导板上的边角(或两者)，使得这些边角本身不接触或碰到，但它们的由边角延伸离开的侧壁将会精准地衔接。这样会避免边角稍微错配而阻碍侧壁正确衔接以提供对准的问题，其原因在于加工精确的侧壁比边角更加容易。

本发明还公开一种用于集成电路测试器中的测试针的精确对准的对准系统，包括以下任何或全部元件：

a.针导板，具有至少两个边角，一个所述边角为配准边角而其他所述边角为被驱动边角，所述边角具有由其延伸出的侧壁；

b.保持器板，用以接收所述导板，所述保持器具有孔径，所述孔径的尺寸通常为可以接收所述导板并且同样具有至少两个边角；所述保持器包括从所述边角延伸远离的侧壁，一个所述边角为配准边角，其与所述导板一起界定所述测试探针的精确位置；其他所述边角为驱动边角；

c.所述驱动边角的侧壁中包含凹槽；

d.所述导板的所述被驱动边角的所述侧壁中包含凹槽；

e.弹性材料，其装配于所述驱动凹槽和被驱动凹槽中，用以将所述针导板从所述被驱动边角偏移进所述保持器板的所述配准边角中；

使得所述导板会在偏移力作用下通过与配准边角的匹配来与所述保持器精确配准。

该对准系统还包括所述被驱动边角的半径被放大，使得当所述针导边角被插入其中时会在侧壁之间实质地形成接触。

该对准系统还包括所述驱动边角的半径被缩小，使得当所述针导边角被插入其中时会在侧壁之间实质地形成接触。

该对准系统还包括使用圆柱形弹性体作为偏移元件。

公开的另一种将针导板精确对准进保持器板的方法要求对准针。

公开的另一种将针导板精确对准进保持器板的方法要求预配准步骤和将元件胶合的步骤。

附图说明

图1为晶片探针系统和晶片的组件的子集的示意图。

图2为探针阵列附着于探针卡印刷电路板(PCB)时的示意图，该装置通常称为探针卡。

图3为探针阵列的顶视平面图。

图4为图2中探针阵列的等角图。

图5为图3中探针阵列部分断开的侧视透视图。

图6为未压缩状态中一对探针的侧视平面示意图。

图7为类似于图6但探针处于压缩状态的示意图。

图8为类似于图6的侧视平面示意图，但示出了接触球和添加的各层。

图9为类似于图8的示图，但针处于压缩状态。

图10为图3示出的阵列的顶部的等角图。

图11为图10中所示的阵列的部分的底侧等角图。

图12为类似于图11的视图，其中针被移除。

图13为类似于图10的视图，其中针被移除。

图14为图3的阵列部分断开的侧视图。

图15为弹性层的顶视平面图。

图16为该弹性层的侧视图。

图17为顶部陶瓷板的顶视平面图。

图18为图17中的板的底视平面图。

图19为类似于图18的底视平面图，其中示出了定位柱(retention post)。

图20为具有定位柱的针导板由底部观察的底部等角图。

图21为类似于图20的视角旋转180度的示图。

图22为针导板底部的类似于图20的示图，但具有匣插在定位柱上。

图23为类似于图22的示图，但旋转至不同的视角。

图24a至图24f为具有双边缘冠部和凹槽的单独上针的以下各视角的示图：a：顶平面图；b：侧平面图；c：前平面图；d：另一侧平面图；e：侧透视图；f：底平面图。

图25a至图25f为具有4顶点冠部和横向凹槽的单独上针的以下各视角的示图：a：顶平面图；b：侧平面图；c：前平面图；d：另一侧平面图；e：侧透视图；f：底平面图。

图26a至图26f为具有4顶点冠部和中央凹槽的单独上针的以下各视角的示图：a：顶平面图；b：侧平面图；c：前平面图；d：另一侧平面图；e：侧透视图；f：底平面图。

图27a至图27f为具有楔形冠部的单独上针的以下各视角的示图：a：顶平面图；b：侧平面图；c：前平面图；d：另一侧平面图；e：侧透视图；f：底平面图。

图28a至图28f为具有凿形冠部的单独上针的以下各视角的示图：a：顶平面图；b：侧平面图；c：前平面图；d：另一侧平面图；e：侧透视图；f：底平面图。

图29a至图29f为具有双凿形冠部的单独上针的以下各视角的示图：a：顶平面图；b：侧平面图；c：前平面图；d：另一侧平面图；e：侧透视图；f：底平面图。

图30为探针尖端/冠部被示例性Kelvin接触系统覆盖的透视图。

图31为探针尖端被示例性Kelvin接触系统覆盖的顶部平面图。

图32为图31中Kelvin接触系统的放大图。

图33为针阵列的透视图。

图34a和图34b为类似于图5和图6的侧平面图，示出了DUT的球触点与完全下压的针在最初衔接时(34a)和最后衔接时(34b)的情况。

图35为类似图33的但具有长针的可选实施例的透视图。

图36a和图36b为图35中的具有长针的可选实施例的侧平面图，示出了DUT的球触点与完全下压的针在最初衔接时(36a)和最后衔接时(36b)的情况。

图37为探针卡板、导板/针导和针阵列的顶部平面图。

图38为图37的导板/针导阵列的顶部透视图。

图39为图37的探针卡板/保持器的顶部透视图。

图40为图38和图39的组合的底部分解透视图。

图41为保持器的边角的一部分的局部放大顶部透视图。

图42为示出了弹性体插入的一个阵列的一部分的局部放大顶部透视图。

图43为示出了弹性体的探针卡板/保持器的边角的一部分的局部放大顶部透视图。

图44为针导、弹性体和保持器沿靠近边角的边缘的横截面图。

图45为探针卡/保持器、导板/保持器和针阵列的分解图。

图46为针阵列的分解图。

图47为图46中的针阵列的顶部平面图。

图48为图46中的针导的底部放大平面图。

图49为沿着线48a-48a截取的截面图。

图50为图45中的针阵列的透视图。

图51为图45中的针导的透视图。

图52为单个针和弹性偏移元件的顶部透视图。

图53为图52的底部透视图。

图54a至图54d为图45中的导板的示图。图54d为图54a中被圈出的区域的放大图。

图55为分段的导板的顶部示图。

图56为图55中的板在圈A上的放大图。

图57为图45的保持器和针阵列的一部分的侧平面图。

图58为图57的单个针对(pin pair)的侧平面图。

图59为图57的保持器和针阵列的可选实施例。

图60为具有沉孔(counter bore)对准特征的保持器和针阵列的另一实施例。

图61为具有键槽对准特征的保持器和针阵列的另一实施例。

图62为具有可选键槽对准特征的保持器和针阵列的另一实施例。

图63为具有方形键孔对准特征的保持器和针阵列的另一实施例。

图63a为方形键孔的顶部平面图。

图64为具有交叉切口对准特征的保持器和针阵列的另一实施例。

图64a至图64d示出了穿过顶层的切口的各种实施例的顶部示图，图64a为交叉切口、图64b为对角、图64c为左瓣(flap)、以及图64c为右瓣。

图65为针导针阵列的顶部示图。

图66为部分断开的侧平面图，示出了引线靠件、对准板、探针导和具有对准针的保持器。

图67为根据另一实施例的针阵列的类似于图46的分解图。

图68为探针卡/保持器、导板/保持器和针阵列的类似于图45的示图。

图69为图68的侧平面图。

图70为外壳内的针阵列部分断开的透视图。

图71为图70的针阵列的放大平面图。

图72a至图72d为根据另一实施例的针对的示图。图72a为侧示图，图72b为端部示图，图72c为透视图，图72d为顶部示图。

图73a至图73d为类似于图72的示图，除了各针对被旋转为并排设置，如在比较图72d和图73d时可看出。图73a为侧示图，图73b为端部示图，图73c为透视图，图73d为顶部示图。

图74为根据另一实施例的针对部分断开的类似于图57的侧示图，但示出了具有直探针的渐缩的顶部或陶瓷后部。

图75为用于防止针旋转并且具有稍微下侧的椭圆或长方孔的键控/抗旋转层的顶部示图。

图76为类似于图74的示图，除了顶层具有易于插入针的漏斗结构。

图76为类似于图76的示图，除了具有直探针。

图77为图76的主题的透视图。

图78为类似于图75的层，除了各孔呈矩形，按照针的形状锁住以防止旋转。

图79为示出图78的具有针的两个导板的透视图。

图80为示出针导瓣(细节参见图81)的图78中的阴影区域的放大图。

图81为可选实施例的放大图，其中导板孔具有类似于图64所示那些的瓣。

图82为示出泄压缝的针和导板的顶部示图。

图82a为类似于图82的示图，但具有接触点/块。

图83为图82的侧面透视图。

图83a为类似于图83的示图，但具有接触点。

图84为泄压缝的顶部放大示图。

图84a为类似于图84的示图，但具有接触点。

图85为图84的透视图。

图85a为类似于图85的示图，但具有接触点。

图86为示出可选瓣结构的类似于图82的顶部示图。

图87为图86的侧示图。

图88为图86旋转90度的侧示图。

图89为图87的透视图。

图90为具有导板的外壳。

图91为针阵列、被测晶粒(DUT)和用于使DUT上的球触点与针对准的球导板的侧平面图。

图92为上表面上具有接地平面的针阵列的透视图。

图93为图92的平面图。

图94为部分断开的外壳的透视图，示出了进入负载板的压装针和将两片外壳保持在一起的滑装针。

图95为图94的侧示图。

图96为图95旋转90度的侧示图。

图97为根据具有非对准触点的DUT的针指向的顶部示图。

图98为图97的透视图。

具体实施方式

典型的IC晶片包含1k～22k个晶粒，这些晶粒通常被组织为被水平和垂直的划刻线进行分割的规则矩阵，以用于稍后切割成待安装在具有引线或触点的IC封壳中的单独的晶粒或芯片。本发明主要用于：在一个阵列(例如在地理上大致邻接的晶粒的图形)或同时多个阵列中的单独晶粒或晶粒组被沿划刻线切割之前(随后，每个晶粒被嵌入至具有引线或触点的IC封装中)，对其进行检测。

如图1和图2所示，在优选实施例中，触点的探针阵列10被固定至通过保持器(retainer)工具粘附至探针保持器14上的针导板(pin guide plate)/针导12中，该固定过程优选地通过紧密压装配准以防止移动。所述保持器可以包括相框开口，该相框开口具有阶梯状突缘(ledge)以容纳针导板12上的类似的突缘。优选地通过将对准针压装进保持器的方法来限制横向移动自由度，从而确保相对于探针卡或PCB的配准。该保持器可以经由螺丝紧固件等紧固至探针卡。

在装配时，针导板12紧靠PCB探针卡11。该板的优选材料为可机器制造的陶瓷，例如或但或其他复合物也可被替代地采用。PCB包括多条迹线(trace)，其将信号线由探针阵列连接至测试系统的连接器。由PCB、保持器和探针阵列组成的探针卡板/保持器14被装载在“晶片探测器(wafer prober)”(未示出)中，该晶片探测器为机器人式的机器，其握持住探针卡和晶片8于卡盘(chuck)6上，并且优选地将晶片移入定位，然后与导板12接触。或者，该板可以移动而该晶片不能活动，但这种情况在现有晶片探测系统中并不常见。该晶片探测机器人在本领域中是公知的，并且诸如TEL(TokioElectron)TSK Solutions/Accretech、以及Electroglass(EG)等公司均已出售。现有技术的探针阵列采用微弹簧针、弯曲梁、和悬臂结构来构成，其均受制于(尤其在高频时)较差的性能，其电容和电感均为限制元素。

该探测机器人以熟知的照相系统(该照相系统将基准标记定位在该阵列上的针或其它基准标记上)来定位阵列的位置并使晶片与所选择的针接触，从而进行测试，将在下文进行说明。该照相系统主要包括向上和向下瞄准照相机，其中一个用于校准晶片上的定位并且另一个用于在针阵列上的校准。一旦校准完，该两者/任一个的移动被追踪，并且该探测器将知道到该晶片上每个晶粒的正确步数。

阵列10为触点针22/62的封装体，其形成了多层封装体的一部分。该封装体10具有设置了多个孔径22的针导板20，探针42的上部穿过这些孔径并且突出出来，如图3和图4中所示。在图11至图14中，可以看出孔径32的优选构造为中央部分具有多个矩形槽或通道96的圆环，该矩形槽或通道96具有的平行侧壁的尺寸可以接收具有类似横截面的针422的横杆凸缘部分44a-44b。所形成的通道结构维持了针的对准并且防止其旋转，因此控制了整个针的定向。所述旋转为一种扭转或扭动操作，其会使得平面接触面52/53(图6)不再共面并且由此具有较少的共同的电接触表面。

在图5至图7中可以更清楚地看到针42的上探针部分，其中每个针42的上探针部分具有与晶粒接触的冠部40、以及优选地具有上述方形或矩形横截面的延长主体42。其他诸如圆形、椭圆、三角形、配键式(具有键槽)等横截面也是可行的，只要该横截面被用于与孔径32或其一部分中的类似形状匹配，从而取代或附加于通道96来维持上探针的旋转对准。或者，可为单独的元件设置用以接收探针横杆元件的通道元件。

可以通过在针导板20中制造通道96来实现防止针42旋转并且维持针42的对准的优选方法，如在图5、图10、图11、图12、图13、图18、图19、图20和图21中可清楚地看到的。优选地在制造了凹槽或凹陷96的平行间隔分离的侧壁97(图12)中的材料中形成或切割出这些通道，该通道上部内壁上具有孔径32以允许上针部分42通过。孔径32可以为具有足以允许部分42通过但还阻止其旋转的平行间隔分离的侧壁的圆形、或类似的形状。由于这些平行间隔分离的侧壁97已经实现该功能，因此除非两者均是需要的，否则可以省略其中一个。壁97的优选尺寸为通过间隔分离来提供低电阻(并且可以被诸如等低电阻材料涂覆)，该间隔分离要充分以当针正确定向时壁97不与针接触，但又要足够近使得如果针旋转则立刻会与该壁衔接并且被重新定向。通道接收横杆凸缘44a-44b并且阻止其旋转或改变对准，使得它们为下针在其接触表面52/64(图6)处提供具有最大量接触面积的良好对准。图21至图22示出了由底部观察的不同视角的就位的顶部针22。图21至图22还示出围绕在针导板20的周围的对准柱55。对准柱55维持诸如底部层等各种层的对准。

在主体42的底部为左和右横杆凸缘部分44a-44b，其中一个包括用作为基准标记的可选择凹槽48以协助由上方观察位于针右手侧或左手侧的装配器或机器。其也可以用于对准目的。这些凸缘还作为用于在层92(以下将进行描述)和针导板20的下表面中的键位插槽的键来操作。

横杆凸缘部分44a-44b为上部42提供上限制器。在优选实施例中，重要的是，所有冠部40均维持为彼此之间具有较好的共面或多平面关系(优选地彼此在30微米之内)。在可选实施例中，可取的是，根据DUT的排列具有多个平面中的针高度。对于传统的半导体晶片工艺，晶片测试垫、凸起或球被假定为同样很平坦，因此每个冠部与晶片的接触必须处于相对相等的压力以防止损伤晶片。这可以通过使得所有冠部共面而针偏转压力基本上相等来实现。对于新型3D晶片工艺，可能需要多个不同高度的平面以用于晶片测试垫、突起或球，但假定条件是每个平面的平面化需求同样为必须在30微米之内共平面。

上针22的底部50的特征为具有大致平坦部分52，该平坦部分52为楔形从而可滑动地与下针62的类似平坦表面64衔接/配合。当压缩时表面52和64会互相滑动。该两个针均为导电性的并且由此会传送信号至下针62的摇动脚(rocker foot)66处的负载板70上。脚66优选地为弧形底，但其他诸如平直、或在脚的中央具有半圆形或部分圆柱形突出部分67的形式也是可行的。脚66可能为遍布整个底部的弧形，或为所示的在半球体、或半圆柱形/部分圆柱形突出部分67的一部分上的弧形。其会造成“摇动”的底部，其允许该脚能够适应于负载/接触板中的变化。该突出部分优选地与该底部/脚的两端等距、或其中心正对着穿过该针的中点或重心的轴线。该半圆形状也可以被允许摇动动作的其他形状所替代。该摇动动作会提供协助来移除在突出部分或接触负载板上的任何氧化物。具有任意形状的突出部分(虽然其优选的形状为所示的部分圆柱形)的另外的优点为负载板上每单位面积上的力会增加，从而提高该板电接触的品质。该突出部分为类似于截断的圆柱的弧形，但其具有大致平滑地斜入至该脚的剩余部分的壁。针导20优选的由陶瓷材料或(例如SiCC18、SiN310Shapal MPhotoveel(Ferrotec)、MM 500或其他具有低膨胀系数的材料)制成。或者，诸如Torlon的复合材料可满足一些具有更受限的热或湿度暴露的用途。

优选材料可以可预知地形成或铣成为大容差的已知厚度、非常平坦、并且具有低的热膨胀系数和非吸水特性，从而避免由于不同的天气条件导致的膨胀。使用器件时所处的芯片测试房不总是被良好地控制了温度和湿度，因此针导板材料必须足够稳定来以共平面状态传输针冠部40。顶板20也必须可铣削或可成形以具有上述矩形通道96。

针22和62通过(例如)至少部分地环绕针的弹性体80来彼此相对向上偏移。这会对横杆凸缘44a-44b提供向上偏移。下针实际上通过相同的弹性体被向下驱动抵住负载板，从而在其两者之间产生牢固的电接触。弹性体80可以包括或其他弹性材料的顶层和底层122以作为另一可用以在针的窄颈部区域54以将针固持于弹性体中的工具。在优选实施例中，层122具有的孔径大于针的窄颈部区域54但是小于较宽的部分50、68，因此针将被弹性地限制在层中。

上针22在Z轴方向上移动的Z-高度上限由上止表面(up-stop surface)90和针22的与上止部分衔接的某些部分之间的衔接来界定。在优选实施例中，上述衔接部分为横杆凸缘44a-44b，但其也可以为用于该目的的任何在针上的突出部分。有可能探针导20的其他表面和针22的其他部分为上针形成了上止部分90、190、390的组合。其为该针的最高移动点。该板20的下表面上止部分被定位为使得冠部40的突出部分全部位于同一平面中。该冠部的优选突出部分可以为例如75微米。

还需要在针22移动时的向上力相对均匀。其通过弹性体80的预压缩/预加载来达成。在图6中，通过探针导20的上止表面90来向下预压缩针22，使得当针22衔接至晶片并且被压缩时，压缩反应的力相对均匀。如果针未被压缩，弹性体将呈现均匀性小得多的反应，因此在随后向下的针开始偏转时的力较小。该弹性体在其已经处于压缩状态时呈现出更好的均匀性。优选的预压缩可以为例如80微米。

该冠部或尖端40执行多个功能。首先，当然，其会与晶片测试垫或电极形成电接触。晶片测试垫可以包括金属膜、电镀凸起或焊球的形式。在其他实施例中，如本领域公知的，每个冠部可以具有Kelvin式的接触(驱动和感测)以保证可靠的检测。

冠部还需要除去在接触测试中积累的任何残屑。

最后，冠部还需要为探测器中的将阵列与晶片在精确点上对准的照相系统提供基准识别。该照相系统必须能够通过冠部上的可识别人造物来识别冠部以及冠部中心，而不论它们在该处是由于其他原因或只是为了增加识别可靠性的目的。例如，诸如“xx”的十字线可以放置在冠部的底部以作为识别点。如果每个冠部包含这样的一个标记、或阵列的边角被这样标记、或其他已知的组合，则计算机可以计算整个阵列的位置。由于冠部具有向上反射侧向照明(即垂直于针的移动)并且在其他暗场中提供非常亮的光点的小刻面，因此还优选的是提供侧向照明来提供更大的对比给探针的位置校准相机。

各种不同的冠部形状均有可能。图24a至图24f、图25a至图25f、图26a至图26f、图27a至图27f、图28a至图28f和图29a至29f示出了多个实施例。每个实施例中除了冠部40随各图改变之外其余部分均相同。图24中冠部具有两个凿状的平行间隔分离的凸脊240a-b，其两者之间具有弧形的半球形凹谷240c。在图25中，冠部40还包括垂直于凹谷240c的交叉半球形凹谷240d，其在图中可选择地被示为V形凹谷，虽然其也可以为半球形。这样会在冠部上产生四个尖点。图26类似于图25，除了所有的凹谷250e-f均为从冠部尖点形成的V形尖锐的平坦壁面。在图27中，冠部为具有单个平坦斜壁240g的凿形，从而形成楔形冠部。在图28中，冠部为具有会聚的平坦侧壁240h-i的双凿。图29中，冠部为图28的翻转，其中侧壁240j-k向内朝底谷线倾斜。

在针导顶板20和弹性体80之间为保持层122，其优选地为来自于Dupont的聚酰胺薄膜或等同物。在施加顶部表面之前，该层维持针的定位。

图11示出了阵列10的上部，其中横杆凸缘44a-44b位于通道96中。下针62也可以位于类似的具有通道的板中，但通常其并非必需的。

上针22和下针62均至少部分地插入弹性体80(将在图15中进一步示出其细节)中。针被放置进空间空隙81中，而八角形空隙83提供在压缩和预压缩期间使用的占用空间。如果没有空间，那么被压缩的弹性体无处可去，因此弹性体将会对压缩有较不均匀的抵抗/反应。空隙81典型地为正方形或矩形，并且比将其捕获在内的针50、68的部分的横截面更小。该结构会提供维持接触表面52、64为平面配准以最大化电表面接触的偏移力。

图8和图9类似于图6和图7，除了它们包含了与冠部40接触的球/垫120。此外它们还示出了在弹性层80的上下表面上的层122。该层122包括足够大以允许所示的针的部分插入的孔径(未示出)。

图30、图31和图32为图4中阵列的视图，但还包含用于Kelvin接触的电路。Kelvin感测电路在本领域中是公知的，并且提供了最小化测试错误的方法。它们需要额外的触点来在每个垫、隔离且机械结构独立的探针上制造多个很小且间隔很近的接触点。

在图31中，冠部40为具有被凹槽或凹谷分隔开的两个纵向凸脊的楔状结构。该凹谷中设置了聚酰胺或其他绝缘体124，其放置进并且跨过了在凸峰针触点150a-b之间的凹槽，在此情况下该触点为如图29a至29f中的倒楔形。凸峰150a-b的侧壁捧持着Kelvin绝缘体124并且为该绝缘体提供充分的支撑来保持其与凸峰150a-b相对共平面。也有可能只有该绝缘体的远端126被冠部的一部分支撑。绝缘体的顶部应用了导电轨线130，其给其他在Kelvin电路中的导体(典型的为感测引线，具有的力导体为冠部凸脊)供电。该导电轨线会由每个冠部沿引线132延伸回该Kelvin电路。由于Kelvin轨线会封闭冠部中的凹槽，因此照相系统不能使用冠部内的任何基准标记。因此基准标记可以置于轨线或绝缘体上，如134处以“xx”所示。

图35至图36示出了可选择的实施例。

在上一个实施例中，如图33至图34中所示，针42和66如前所述(见图6至图9)。接触球/垫120以横截面示出。在针42的顶部首次与球120衔接的点处(图34a)，在相邻的球120a与板20的表面之间存在大间隙42。但是如果球120被错误地成形或是“双球”(缺陷),那么有一定几率不存在间隙45并且球120a将实体地撞击到板20的表面从而有可能造成损伤。注意到“球”不需要为圆形，其意味着在DUT上的任意突出接触表面。图35至图36的实施例考虑了避免由于缺陷球形状或高度导致的这些后果。

为了使一个实施例的元件扩展到至其他实施例中的类似元件，其数字编号被标以300的序号，即42类似于342。一种解决上述问题的技术方案为当DUT在测试位置时增加针342的延伸至板20上方的部分410的长度(即所示的针342的最大化移位)。针的移动距离(冲程)被限定为上针在测试位置和非测试位置之间的移动距离。在之前的实施例中针移动优选地被限制以使得凸缘从未离开通道，由于很多原因，其需要针42延伸超出表面20的部分尽可能地小。如图7中可以看出，在测试模式中针的暴露部分几乎与表面20平齐，然而在图35至图36中，测试位置410处针高度实质上更大，至少即使在球320a为双倍高度球、1.5倍高度球或其他错误成形形式时也足以阻止球320a接触20的表面。在非测试模式时，板20上方的针高度如412所示。因此，在此实施例中，测试位置的针高度足以使得另一个球(通常为相邻的球)不会接触板20的表面。一个这种限制为针顶点绝不会低于接触球高度的50％或10-50％、或只是足以使任何接触球(不考虑其高度)不会接触表面。

在优选实施例中，针342的移动大于针42。当图7和图36a比较时，允许远端尾部412可以移动至、但优选地不接触针366的脚。优选地通过将晶片放入测试插座中的探测器来控制实际的针下移。当针被朝向彼此驱动时，如果适当的定位失败，系统中可能会存在数个可能的硬止点，这些硬止点优选地是不需要的。例如，横杆凸缘344b的下部与针366的近端、以及针342的远端与针366的脚之间的接触，如图36b中所示。在优选实施例示出的该配置的弹性体具有环绕弹性较大的层416的低弹性弹性体414、418的两个较薄层，弹性层416为针提供了大部分偏移力。因此如果上针在412处破底而出，则由于针342的远端会作为插入物而保留，因此下层418会分隔开针的接触。

允许这种额外的移动的结果为针的伸长的横向部分342比之前实施例中更高并且对准通道396更深。具体的，通道凹槽396的深度必须等于或大于针在测试位置和非测试位置时的暴露高度之差(即412小于410)。在优选实施例中，横杆凸缘344a的高度同样必须等于或大于该差值以维持通道396的键控效果。不论通过上述方式或其他方法，优选的是横向对准部分342必须在整个针移动期间至少部分地与通道396衔接，从而保持针被凹槽套合以避免旋转。

用以将导板12插入进探针卡板或保持器14中的结构的更多细节将随后说明并在图37至图43中示出。

保持器14和导板12的配准对于探测器准确获知针相对于IC的排列十分重要。由于尺寸很小，因此本发明中的技术方案要确保具有很多探针阵列的导板会与探针卡板可靠地对准。

将导板与探针卡板的每个边角对准十分地困难，但有可能沿其两个(或三个)边缘来对准并且将导板偏移进入与这两个(或三个)边缘相关的可靠位置。这比试图对准4个边缘更加可预知。

在图37中，保持器14具有4个边角502a-d，每个边角具有所示的相交的成对边缘504a-h。在图39中，导板被移除，可以看到这些边缘。在一个实施例中，边角502c被指定为“配准或参考边角”(虽然任意边角都是可接受的)。因此，至少边缘504e-f会通过将导板偏移进入边角的方法而用于该导板的配准。在优选实施例中，边缘504g和504d也会由于其与边角504c边缘处于同一条线上而提供配准。该配准边角的对角上的驱动边角为偏移弹性体的主要位置。还有可能剩余的两个边角可以具有弹性偏移。也有可能存在多于或少于4个的边角，例如在三角形或多边形的情况下，但相同的原理同样可供精确对准，即存在被精确地铣成或形成以用于对准的配准边角(或更精确而言，与该边角相邻的侧壁)，该形状的剩余边缘/边角可以被用于驱动针导进入配准边角。

图43提供边角502a的放大视图，示出了偏移机制，其优选地通过在侧壁中提供的凹槽506a和506b来提供。这些凹槽/凹痕的纵向均沿着侧壁的一部分，并且这些凹槽/凹痕具有足以接收弹性圆柱形组件510的深度。该组件同样在图42(示出了导板/针导12的边角)中示出，但在两个位置中示出的为相同的组件。在优选实施例中，由于针导的边角被切除/缩减半径、或者保持器的边角被切深/增加半径，因此针导12的边角并未实际地与保持器14的边角衔接。这确保了与边角相邻的侧壁被用于配准。如果上述配置未完成，边角安装时的微小的失准将会妨碍两部分的侧壁匹配以及提供精确配准。

至少有一个或两个弹性体510用于驱动针导进入配准边角，但优选的结构在与配准边角之外的边角相邻的所有壁中的缺口中提供弹性体，而配准角中必须具有无间隙的材料对材料的直接接触。

为了允许弹性体510插入，与边角相邻的侧壁的上边缘被轻微地切除/斜削，并且由于相同的理由沿保持器的边角提供去除。甚至即使配准边角没有使用也可以具有该切除，从而允许任何边角均可作为配准边角。弹性体可以为橡胶圆柱体或其他偏移元件。它们优选地在针导12被插入至保持器14之后进行安装并且随后被粘合至合适的地方，也可以先进行粘合然后再插入针导。箭头530(图39)示出了由弹性体产生的偏移力，将驱动针导进入其配准边角中。

图44示出了保持器14和针导12在边角处相会并且弹性体在合适的位置时的横截面图。在此实施例中针导由底部插入，使得突缘520与保持器上的突缘522衔接以阻止退出。注意到针导也可以具有合适的突缘变化而从顶部插入并且停止。切除凹槽526(图38)还可以用于为导板的移除提供插入空隙。

偏移弹性体512部分地容纳于凹槽506b中，但在优选实施例中，其还具有在针导12中的类似的凹槽511，使得该弹性体会被完全捕获而不会脱出。

可选实施例

下面公开了其他实施例。在不具体涉及各元件的情况下，通常，它们与先前实施例中的类似部件相同或相似。尽可能用增加了1000或其它首位数字的相同附图标记来表示相同或相似的部件。因此例如，图2中的保持器14可以类似于图45中的保持器1014。这样做是为了在本说明书中防止不必要的重复。

在先前实施例中，针导20优选由陶瓷材料制成，其包括上止表面中的多个通道特征以接收晶片侧的针的凸缘。然而，槽96的使用可将针/探针的排列限制于规则(即，均匀)阵列。为提高测试现场位置的布置或制造选项的灵活性的目的，可选实施例可将针导通道的功能从精确上止表面的功能分离。例如，可存在需要针/探针的非直线阵列的唯一排列的情况。此外还存在更容易激光切割但保持许多必要性质(诸如电绝缘和耐久性)并且会使制造和定制变得更容易的材料。

此外，为了改善探针/针在DUT垫/球上的对准，有利的是，提高探针尺寸与孔径尺寸之间最严格的可能的容差。矩形孔径中的矩形探针是特别有利的，但是铸造具有矩形孔径的陶瓷材料是困难的，并且陶瓷并不特别易受控于激光切割。

通过将针/探针导12的通道元件部分替换成两个部分，即上部1012和起上止作用的下部/上止部1020，有可能消除通道96，从而允许各针之间的更小的分离(因为没有侧壁通道)并且允许非均匀的针位置(还是因为没有通道)。因此，在一个实施例中，陶瓷分离元件(在此被称为探针导板1012)与精确上止部1020对接。可将上止板1020的材料选择扩展至包括可进行激光切割的其它材料，诸如孔径间隔和位置可容易地变化，用于定制DUT垫布局。

如将在别处说明的那样，该组合层方法存在额外效益，即，可通过上止板1020的具体改进来抑制探针的旋转。

图45为具有顶部运送板1102、保持器板1014、针导1012、(根据本实施例的)针阵列1010和负载板1070的装置的分解图。图46更具体地示出了针阵列1010。

在图46中，优选装置包括：下针/探针1062，其通过优选为的板1081；弹性元件1080和上板1092；上(晶片侧)针/探针1042和上止部1020，其优选由可激光切割的刚性介电材料制成。来自Fralock Corp Valencia CA的为优选材料。导板1012优选由陶瓷或其它刚性介电材料制成。

图47示出了装配的阵列1010的底部(或PCB侧)示图。图48和图49提供了探针导元件的附加配置的顶部示图和截面图。

图50为装置110的顶部透视图。

本实施例中，探针导1012和相邻上止板1020协助提供导板20的功能，但具有显著的改善，如下面解释的那样。换言之，探针导1012不再执行包括上止部的导20的全部相同的功能。现在导20的功能在1012与1020之间分担，由此产生了优点。

在一方面，上止部1020优选从介电材料激光切割而成，以允许更容易地定制用于导槽1032的孔的位置。图51、图54a至图54d、图55至图56中详细地示出了孔或槽图案。在这些图中，槽/孔径1032被示为优选的矩形孔径，但圆形或其它形状的孔径也是可能的。值得注意的是，图55至图56示出了孔图案可为不规则/非直线/任意的，以定制孔径使其满足可在各种不同位置具有针/垫的被测器件(DUT)的要求。因为材料可以激光切割，即使使用诸如所示矩形的尖锐边角，也可以快速地定制针阵列。

图52至图53示出了切除了弹性体1080以示出单个探针单元的各种层。层可通过粘合剂1090粘附至弹性体。

图57为具有以下部分的4个针阵列的截面图：总体上对应于先前实施例中的相同部分的探针尖端1040、探针杆(probe stem)1042、凸缘1044a、1044b、表面1052/1064。有可能不同的尖端配置可设置在不同探针上以容纳诸如3维接触平面的不同的DUT配置。例如，DUT上的一些触点可以是垫、其它、球、微球、柱等。尖端和探针的高度可以选为适合于同一阵列中的DUT上的每个触点。但是注意，在优选实施例中，针导1012不要求如先前实施例中的槽96。槽96提供了防止针的旋转的方法，但是不能容易地用于不规则针布局(图55)的情况。导1012的优选内部结构为：具有垂直孔径或口袋的相对(顶部/底部)表面是平面。上止板1020紧靠针导1012。已经对诸如在此示出的示例的双刀探针尖端示出了小于7-8微米的期望探针尖端半径，并且这被示为适合于每测试点(site)2-35克的受控晶粒力，以给具有测试垫、凸起或球的晶片晶粒提供良好的接触电阻。示出了更尖锐的结构，但是对典型晶片测试应用而言可能是不必要的。示出了50-150微米范围内的探针尖端1040刀边缘分离对于150至300微米直径的球尺寸的有用性，用于通过多数次插入于所需的清洗站之间来标记出球顶点。刀边缘分离距离优选匹配目标晶粒垫、凸起或球的几何结构。

为了提供对针旋转的阻力，或者为了改善探针在导孔内的居中，示出了其它结构，但它们并非全面。

在图60中示出了一个这样的针居中结构。在本实施例中，探针导1012在其孔径处包括围绕孔径的沉孔(counter bore)/凹槽(concave trough)。同样，针/探针1042也包括与沉孔配合以使针在孔内居中的突出件1042a。

图61中示出了可选键控系统。在此情况下，键1042b突出进入到切入上止部1020的键槽1020b中。键和键槽还可以是渐缩(tapered)的配合，以在键进入到键槽中时纠正失准。

在图62中，上述键控功能还可以在层1092中实现，层1092的键1042c添加到被设计为延伸至接收键槽1062c中的探针。这些也同样可以渐缩。还可以采用下层1092中的沉孔设置。

图63和图63a示出了将铸造材料填入圆形孔径1032a中以填充其与方形针/探针1042之间的间隙的用法。间隙2050将必需存在于方形针与圆形孔之间，并且精确居中位置中的这种铸造方法是改善居中的一种手段。

图64示出了其它探针/孔居中和键控结构，其中优选为的层1092被切割为多种形式以给针/探针1042提供导槽。在图64和图64a中，层中的交叉切口提供4个瓣2052，其提供偏移力以对准孔径内的针并且抑制旋转。当针被插入其中时这些切口会释放被向上驱动离开该层的这些瓣。由于其固有的弹性，通过交叉切口被释放的4个瓣会提供偏移力来抵住针。在图64b中使用了对角切口2054，并且在图64c和图64d中，在层中切割了右手瓣和左手瓣以对针施加偏移力。通过层的交叉切口会释放沿着针的侧壁向上延伸的多个瓣。这在x轴和y轴上均提供了偏移力来抵住针，从而倾向于防止针的旋转。有了来自四侧的偏移力，还会倾向于使针在孔径内居中。对角和瓣切口具有同样的效果。层中的其它切口可提供类似的效益。

图65示出了各种截面形状的针1042如何填充孔径1032a。在孔径的内周与针的边角/边缘之间测量间隙2056，其中针相对于相对的周壁完全移位。在优选实施例中，对间隙进行最小化以将探针尖端阵列限制在与晶片晶粒上的测试垫或球的精确间隔相吻合的精确空间位置处。针边角与孔之间的优选间隙小于20微米，进一步优选的间隙小于10微米。

图67至图98示出了可选实施例，但是在它们的各部分相似的情况下，应假设它们具有与先前的描述相同的功能。

图67示出了具有两部分探针导外壳/探针卡的系统，探针导外壳/探针卡具有优选为像陶瓷的热稳定材料的具有多个孔径2022的上外壳2020，上针/探针2042通过孔径2022突出以与被测晶粒(DUT)衔接。上针排列成通过上针导2021来维持指向的阵列。下设针/探针2062可滑动地与上设部分衔接，并且通过下针导2023来维持成阵列。阵列位于外壳2020a的下半部内。该下半部可以是或陶瓷或其它材料。或其它柔性/略有弹性的材料优选用于固定至负载板(见图94)。

图68示出了安装在保持器板3010中的可选形状的两部分外壳，保持器板3010具有尺寸可以接收探针导外壳2020的一部分的孔径3012。保持器和外壳各自具有接收杆弹性体3016的多个对准且优选地开槽的孔径3014。优选地对孔径进行开槽，从而使弹性体可以横向地插入，虽然并不要求这样做。弹性体为弹性材料，其允许探针导外壳和保持器对无损坏地侧向或向下驱动该导的DUT操控器的横向打击进行响应。如果不提供弹性体或其它弹性连接，则当DUT冲击探针导时，它可能会使陶瓷材料在不退让时破裂。

图69在侧示图中对此进行了示出。

图70为图67的部分切除的一部分的示图，图71至图73中更详细地示出。

通常上针和下针2042/2062是相似的，但它们的长度可根据测试要求而变化。这些针优选具有在横杆部分处相遇的上纵向部分和下纵向部分。各纵向部分具有与类似平坦表面配合的至少一个平坦表面，以提供电接触路径。通过使用金属或金属涂覆，各针是导电的。横杆具有通常垂直于纵向部分的横向部分，并且具有与上针部分和下针部分相邻的接触平面接触表面。这些接触表面形成上止表面和下止表面的一部分，以与外壳上的类似表面衔接来限制针的移动。每个针具有上探针部分2042a/2062a和下探针部分2042b/2062b以及它们之间的横跨组件/横杆2044。探针部分的纵向表面为平面，从而它们在3040处重叠时配合、导电并且还以最小的电阻和机械阻力可滑动地衔接。

上针2042向上偏移，从而在与DUT衔接时被“弹簧式加载”。这通过弹性体2080a/2080b实现，为便于装配，弹性体2080a/2080b可分成上部和下部。

为了防止弹性体入侵横杆，将平坦且更为刚性的材料3041插入其间。在此情况下，使用刚性且优选为可偏转材料的层。

针/探针的尖端可以是可互换的相同的顶部和底部，或者是不同的。上尖端的形状可按照本文公开的尖端或者本领域的公知常识。下尖端与负载板衔接，并且可为该衔接而被优化。

注意，弹性体3040设置在针/探针的两侧，以使它们具有用于最大电接触的来自两侧的横向压力。这可通过单独弹性体部分或者具有用于针/探针的孔径的矩阵弹性体来实现。

图74示出了对上针导的孔径2022进行渐缩(tapering)。用于渐缩部分的优选材料为渐缩从上至下是从窄至宽。这被示为针/探针2042与孔径2022的内壁之间的变宽的间隙2022a。该渐缩部分减小摩擦，并且还使得针/探针在装配过程中更容易地插入。优选构造分为两半，针/探针从各半部的内部加载。

图76示出了实现渐缩针导的效益的可选方法。这是仅仅(或额外地)对针/探针的一部分进行渐缩。针2042优选地从其尖端至3050处通过导2020的部分是更窄的。针的剩余部分无需渐缩，因为这不会有任何有益效果。事实上，也可以在针导的顶部3052处结束渐缩。

图76a示出了该渐缩概念的另一实施例。若上探针导2020由两个层2025a/2025b构成，则有可能在较宽松的2025b(下层)与2025a(上层)之间进行配合，从而产生“漏斗”结构。这会使针从下侧的插入更加容易，因为针可以更加容易地进入2025b中的更大的空间。3050处的间隙大于3052处。见图77。

图75、图78至图79示出用于限制针的旋转的各种实施例。重要的是，针的平面配合表面要维持在平行紧邻平面中，以使电接触表面面积最大化。针在其针止部(即，横跨组件与刚性板的衔接)的界限内相对于彼此自由地纵向滑动，但它们受到可以减小配合面积的不希望的扭转/扭动力的影响。这些力可产生于与DUT的球(其可以在偏离中心处、打击或在别处)的衔接。抗旋转键控层3042是可取的。该层可以与抗入侵层相同，或者是单独的。它可与抗入侵层相邻，或者位于垂直于针的别处。它可位于上针和下针路径上，或者只位于扭转力最大的上针路径上。

图75中的实施例示出了具有多个孔径2020的板或掩模3042，孔径2020的尺寸相对于针的横截面略小。换言之，孔径的面积小于针的横截面积。这种衔接具有稳定化效果。这些孔径被示为具有圆角的椭圆或矩形，从而使针的边角与孔径的圆角衔接。在这种情况下，为更高的稳定性和更小的阻力，仅在边角处进行衔接。在优选实施例中，用于该掩模的材料能够做一定的偏转，而非完全刚性。

图78至图81示出了掩模3042的可选解决方案。在此情况下，孔径的内周长空间大于针，因此不会存在衔接，但是突出件或条3060从孔径的内周边缘延伸，并且向内延伸进入由孔径限定的空间。这些条优选成对地从相对的侧壁延伸。可存在来自全部侧壁或者仅两个侧壁的条。条是可偏转且柔性的，并且当针插入时，它们向上偏转离开但是维持对针的平衡力，以使其保持居中且抗扭转。图79示出了上针和下针上的桅杆。条可以仅填充它们所来自的侧壁的一部分，或者填充整个侧壁，如图80所示。

图82a至图85a示出了略微不同的配置，其中条3060形成为后来会遍及掩模的厚度的纵向凸杠(bumper)或钝部(numb)，而非先前实施例中的单纯的瓣。

图82至图85提供了抗扭转的另一解决方案。在此情况下，孔径的尺寸可以与针紧密配合。在一个实施例中，它们还具有条/突出件3062，但是在这种情况下它们不会弯曲或偏转。这意味着孔径近乎等于、等于或小于针的横截面积。因为针与孔径内壁之间可以存在如此更多的接触表面，所以增强了抗扭转，但也增加了摩擦。为了减小对针的力，将释放槽3062设置在掩模中，例如通过冲压掩模来使其具有窄槽，所述窄槽与孔径相邻但分开，并且通常与其平行。这会消弱与槽相邻的孔径壁，并且减小压力和阻力。槽还可以是多个间隔开的孔或其它空隙形状。

图87至图89示出了从孔径的所有侧壁延伸的瓣，这些瓣在插入针时向上偏转。这些瓣可以是预切割的，或者只是在插入针时开设的划线。

图90至图91示出了主要用于手动测试(即，非通过机器人进行的插入)的构造。由于缺乏机器人的精确性，这些插入必定是草率的。因此需要提供一种将DUT球推进支托物上的正确位置的导件。因为手动插入压力是变化的，提供一层护垫也是有帮助的。图90示出了外壳3010和具有孔径3072的球导板3070，孔径3072位于球3074和针将要对准的位置。该球导提供球的预对准，并且在球导由可压缩材料制成时提供一定程度的弹性。

图92至图93示出了RF屏蔽/接地平面层3080的使用。在一些应用中，DUT产生被测RF辐射。RF可与针上的高频测试信号进行干涉。为了使该RF最小化，阵列可还包括接地平面RF屏蔽板3080，其优选位于抗旋转层3042和/或抗入侵层3041邻近处(上方或下方)。该层优选接地。

图94至图96示出了外壳上半部2020和下半部2020a的装配。在优选实施例中，上半部2020由诸如陶瓷的热稳定材料制成。下半部优选由诸如的更有柔性的材料制成。为了防止各半部之间的移动，在两半部中均形成孔径并且针3084填充该空间。该针是滑装件(slip fit)，即，插入时处于很小的或无压缩状态，因此没有使陶瓷破裂的风险。因为下半部2020a是更加柔韧、有柔性的材料，所以它可通过压装针3086连接至负载板(未在外壳下方示出)，压装针3086略大于孔径以使其稳固地保持在正确位置上。

图97至图98示出了小型针2042对于它们在导板外壳2020上的布置的布置灵活性。一些DUT的球/触点布置没有在各行中对准，并且指向不规则。因为针很小型(即，横向尺度)，它们可以在任何角度位置进行定向，而不与相邻针产生干扰，以防止由相邻横杆2044导致的短路。

如上所述的对本发明及其应用的描述均为示例性的，其并非试图限制本发明的范围。可以对在此公开的实施例进行各种变化和修改，并且本领域技术人员在学习本专利文献后可以理解实施例的各种元素的实际应用替换以及等价物。可以在不脱离本发明的范围和精神的情况下对本文公开的实施例进行这些和其他的变化和修改。

Claims (24)

1.一种用于与被测试集成电路器件(DUT)暂时接触的测试接触针装置，包括：

a.至少一个可滑动的上端针，其具有用于接触所述DUT的顶延伸部分、至少一个横向交叉组件凸缘和接触表面；所述上针可以在非测试位置和测试位置之间滑动；

b.至少一个下端针，其具有脚和类似的接触表面；

c.所述上针和下针通过偏移力保持接触，所述偏移力将其各自的接触表面维持在一起但彼此之间具有可滑动的关系；

d.弹性材料，其在非压缩状态下具有预定高度，所述材料环绕所述针的至少一部分以对所述针制造所述偏移力；以及

e.实质上刚性的抗入侵层，其插入于所述凸缘与所述弹性材料之间，以防止弹性材料被凸缘变形。

2.一种用于与被测试集成电路器件(DUT)暂时接触的测试接触针装置，包括：

a.针导，其具有用于接收端部接触针的多个孔径；

b.上端针，每个上端针可以在所述针导内滑动，并且具有用于接触DUT的顶延伸部分和沿所述延伸部分的至少一个平面侧壁，所述上针可以在非测试位置和测试位置之间滑动；

c.下端针，每个下端针具有至少一个平面侧壁、以及用于接触负载板的接触表面；

d.所述上针和下针通过偏移力保持接触，所述偏移力将其各自的接触表面维持在一起但彼此之间具有可滑动的关系；

e.抗旋转板，其具有多个孔径，与所述针导上的所述孔径对应并且在轴向上与其对准，从而使得所述针通过两组孔径，并且其中所述抗旋转板还包括应用于穿过该抗旋转板的针的偏移装置，以在所述针接触DUT时防止其旋转。

3.如权利要求2所述的针装置，还包括：

弹性材料，其在非压缩状态下具有预定高度，所述材料环绕所述针的至少一部分以对所述针制造所述偏移力，以在所述针相对彼此滑动时维持所述平面侧壁彼此接触。

4.如权利要求2所述的针装置，其中所述偏移装置包括多个突起条(projection tab)，其从所述抗旋转板孔径的内侧壁延伸以可滑动地接触所述针。

5.如权利要求2所述的针装置，其中所述偏移装置包括划面覆盖孔径，并且其中所述针在插入时使所述划面破裂，从而产生多个突起条，突起条从所述抗旋转板孔径的内侧壁延伸以可滑动地接触所述针。

6.如权利要求2所述的针装置，其中所述偏移装置包括突起接触表面，其从所述孔径突起进入由所述孔径限定的空间，并且还包括用于释放所述接触表面与所述针的衔接而产生的一些压力的装置。

7.如权利要求6所述的针装置，其中所述压力释放装置是与所述孔径相邻的所述抗旋转板中的槽。

8.一种用于与被测试集成电路器件(DUT)的测试垫暂时接触的接触针阵列装置，包括：

a.上接触针，其配置为在与所述垫接触时沿着Z轴向下移动，所述针具有：

i.尖端；

ii.纵向上部，其具有尖端和底端；

iii.一对横向延伸凸缘，其具有预定宽度和上边缘，所述凸缘从所述上部的所述底端延伸；以及

iv.下部，其从所述凸缘延伸；

b.下针，其在所述下部与上针可滑动地接触；

c.导板，其中：

i.所述导板具有通过其的孔径，孔径的尺寸可以接收在其中可滑动的所述上接触针；

ii.其中所述纵向上部随着它接近其尖端被进行了渐缩，从而通过所述渐缩便于将上针插入至导板中。

9.一种用于与被测试集成电路器件(DUT)的测试垫暂时接触的接触针阵列装置，包括：

a.上接触针，被配置为当与所述垫接触时沿Z轴向下移动，所述针具有：

i.尖端；

ii.纵向上部，其具有尖端和底端；

iii.一对横向延伸的凸缘，其具有预定宽度和上边缘，所述凸缘从所述上部的所述底端延伸；

iv.下部，其从所述凸缘延伸；

b.下针，在所述下部与所述上针可滑动地接触；

c.导板，其中：

i.所述导板具有通过其的孔径，孔径的尺寸可以接收在其中可滑动的所述上接触针；

ii.其中所述纵向上部随着它接近其尖端被进行了渐缩，从而通过所述渐缩便于将上针插入至导板中。

10.一种用于与被测试集成电路器件(DUT)的测试垫暂时接触的接触针阵列装置，包括：

a.上接触针，其配置为在与所述垫接触时沿着Z轴向下移动，所述针具有：

i.尖端；

ii.纵向上部，其具有尖端和底端；

iii.一对横向延伸凸缘，其具有预定宽度和上边缘，所述凸缘从所述上部的所述底端延伸；以及

iv.下部，其从所述凸缘延伸；

b.下针，其在所述下部与上针可滑动地接触；

c.导板，其中：

i.所述导板具有通过其的孔径，孔径的尺寸可以接收在其中可滑动的所述上接触针；

ii.其中所述导板孔径随着它们接近顶表面被进行了渐缩，从而通过所述渐缩便于将上针插入至导板中。

11.一种为晶片级集成电路上的测试垫提供多个共面接触针冠部的方法，包括：

a.为所述针形成具有孔径的针导板，使得所述冠部从所述孔径突出；

b.在每个所述针上形成停止凸缘元件；

c.在所述针导板的下侧上形成上止壁；

d.配置每个所述针以在所述停止元件和所述上止壁之间衔接，从而限制所述针沿Z轴向上移动；

e.在顶板的所述下侧形成凹槽通道，所述通道的大小为能够接收所述凸缘的一部分，使得所述针在所述通道内的旋转被限制。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述针的移动会受限制，使得所述凸缘绝不会完全脱离所述通道。

13.一种为抵在晶片级集成电路上的测试垫的多个接触针提供均匀弹性向上偏移力的方法，包括步骤：

a.将具有楔形接触表面的上针插入至弹性块；

b.将具有楔形接触表面的与所述上针的楔形表面接触的下针插入至所述弹性块中；以及

c.通过限制上板和下板之间的所述块来以预定量预压缩所述块。

14.一种用于集成电路测试设备的、将具有边角的针导板精确对准进具有类似的边角并且尺寸能够接收所述针导板的保持器板中的方法，包括以下步骤：

a.精确地定位配准边角与所述保持器板和所述针导板的相邻的侧壁；

b.将所述针导板松弛地插入所述保持器；

c.将至少一个对角相邻的边角的侧壁中的偏移元件插入所述一个边角中，并且将所述针导板偏移进入所述配准边角中，

使得所述针导板会对准进所述配准边角中。

15.如权利要求14所述的方法，还包括将偏移元件插入至至少两个边角中的步骤。

16.如权利要求14所述的方法，还包括将偏移元件插入至除了所述配准边角之外的全部边角之中的步骤。

17.一种用于集成电路测试器中的测试针的精确对准的对准系统，包括：

a.针导板，其具有至少两个边角，一个所述边角为配准边角而其他所述边角为被驱动边角，所述边角具有由其延伸出的侧壁；

b.保持器板，其用以接收所述导板，所述保持器具有孔径，所述孔径的尺寸通常为能够接收所述导板，并且同样具有至少两个边角；所述保持器包括从所述边角延伸远离的侧壁，一个所述边角为配准边角，其与所述导板一起界定所述测试针的精确位置；其他所述边角为驱动边角；

c.所述驱动边角的侧壁中包含凹槽；

d.所述导板的所述被驱动边角的所述侧壁中包含凹槽；

e.弹性材料，其装配于所述驱动凹槽和被驱动凹槽中，用以将所述针导板从所述驱动边角偏移进所述保持器板的所述配准边角中；

使得所述导板会在偏移力作用下通过与配准边角的匹配来与所述保持器精确配准。

18.如权利要求17所述的对准系统，其中所述被驱动边角的半径被放大，使得当所述针导边角被插入其中时会在侧壁之间实质地形成接触。

19.如权利要求17所述的对准系统，其中所述驱动边角的半径被缩小，使得当所述针导边角被插入其中时会在侧壁之间实质地形成接触。

20.如权利要求17所述的对准系统，其中所述弹性材料被形成为圆柱形元件，所述圆柱形元件具有的直径能够使其至少部分地被容纳于所述凹槽中。

21.一种用于与被测试晶片级集成电路器件(DUT)上的测试垫暂时接触的测试接触针装置，包括：

a.至少一个可滑动上端针，其进一步具有用于接触DUT的顶延伸部分、至少一个横向横跨组件凸缘和接触表面；所述上针可以在非测试位置和测试位置之间滑动；

b.至少一个下端针，其具有脚和类似的接触表面；

c.所述上针和下针通过偏移力保持接触，所述偏移力将其各自的接触表面维持在一起但彼此之间具有可滑动的关系；

d.弹性材料，其在非压缩状态下具有预定高度，所述材料环绕所述针以制造所述偏移力；

e.实质上刚性的顶针导面，其位于所述弹性材料的顶部，包括用于接收所述针的孔径；

f.涂覆于所述导面顶部的层，其包括交叉切口孔径，从而释放沿着所述针延伸并且与所述针衔接的多个瓣，在x轴和y轴上均提供抵住针的偏移力，从而倾向于防止针的旋转；

g.所述平行壁之间的上壁，其为所述针界定上止表面；以及所述上止表面中的孔径，用于接收所述上针的突出所述导面之外以接触所述DUT的延伸部分，所述通道的尺寸足够大能够以与平行壁的最小摩擦接触来接收所述凸缘；所述上止表面通过其与凸缘的接触而为上针提供向上停止极限。

22.一种为晶片级集成电路上的测试垫提供对多个针的旋转的限制的方法，包括：

a.为所述针形成具有孔径的针导板，使得所述针从所述孔径突出；

b.在每个所述针上形成停止凸缘元件；

c.在所述针导板的下侧上形成上止壁；

d.配置每个所述针以在所述停止元件和所述上止壁之间衔接，从而限制所述针沿Z轴向上移动；

e.在导板的一个表面内形成沉孔凹槽，并且在所述针中形成尺寸可以被接收进所述沉孔中的突出件，使得所述突出件和所述沉孔在所述上止壁匹配，从而限制针的旋转。

23.一种为晶片级集成电路上的测试垫提供对多个针的旋转的限制的方法，包括：

a.为所述针形成具有孔径的针导板，使得所述针从所述孔径突出；

b.在每个所述针上形成停止凸缘元件；

c.在所述针导板的下侧上形成上止壁；

d.配置每个所述针以在所述停止元件和所述上止壁之间衔接，从而限制所述针沿Z轴向上移动；

e.在导板的一个表面内形成键槽凹槽，并且在所述针中形成尺寸可以被接收进所述键槽中的突出件，使得所述突出件和所述键槽在所述上止壁匹配，从而限制针的旋转。

24.一种为晶片级集成电路上的测试垫提供对多个针的旋转的限制的方法，包括：

a.为所述针形成具有孔径的针导板，使得所述针从所述孔径突出；

b.在每个所述针上形成停止凸缘元件；

c.在所述针导板的下侧上形成上止壁；

d.配置每个所述针以在所述停止元件和所述上止壁之间衔接，从而限制所述针沿Z轴向上移动；

e.在导板的一个表面内形成沉孔凹槽，并且在所述针中形成尺寸可以被接收进所述沉孔中的突出件，使得所述突出件和所述沉孔在所述上止壁匹配，从而限制针的旋转。