CN120490550A - 一种超小开尔文间隙的超硬合金头测试片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测试片技术领域，具体地说，涉及一种超小开尔文间隙的超硬合金头测试片。其包括两片金属测试片，两片所述金属测试片中均镶嵌有超硬合金头。本发明中通过0.015mm超小开尔文间隙和绝缘层的隔离设计，能有效分离电流与电压传输路径，精准消除导线电阻与接触电阻对测量结果的干扰，可满足超小管脚在精密测试中的高精度需求，并且，超硬合金头镶嵌于金属测试片的异形槽内，利用其70HRC以上的高硬度和1000℃以上的耐高温性能，显著降低金属测试片在使用过程中的烧蚀损耗，即使在高频次测试或高温环境下，也能确保第一接触头和第二接触头与被测物体的稳定接触，维持接触性能的可靠性，延长测试片的使用寿命。

Description

一种超小开尔文间隙的超硬合金头测试片

技术领域

本发明涉及测试片技术领域，具体地说，涉及一种超小开尔文间隙的超硬合金头测试片。

背景技术

半导体元件在流水线生产作业时，常常需要对性能参数进行测试和分离，而测试片起着连接测试材料与测试机的重要作用，测试片性能是否良好将直接影响生产效率，影响产品质量以及生产成本。

在半导体、微电子及精密电子器件的研发与生产过程中，对超小型管脚的电气参数进行高精度测试是确保产品性能与可靠性的关键环节，传统测试方法采用双线测量，电流与电压信号共用传输线路，导线电阻和接触电阻会显著影响测量结果，导致测试精度难以满足先进制程芯片、高密度封装器件（如BGA、Flip Chip）等微纳尺度产品的需求，尤其当管脚间距缩小至微米级时，接触电阻和寄生效应带来的误差更为突出，难以实现对器件电阻、电压等参数的精准测量；

此外，现有测试片在高频次使用或高温、高负荷测试环境下，与管脚接触的部位极易发生磨损和烧蚀，导致接触性能下降，测试数据失准，普通金属材质的测试片在反复摩擦中易出现表面损耗，造成接触电阻增大、信号传输不稳定等问题；而高温环境下，测试片材料可能发生形变或氧化，进一步影响测试可靠性，缩短测试片使用寿命，增加测试成本与维护负担，鉴于此，我们提出一种超小开尔文间隙的超硬合金头测试片。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超小开尔文间隙的超硬合金头测试片，以解决上述背景技术中提出的传统双线测量在半导体等器件超小型管脚测试中，因导线和接触电阻影响，难以精准测量微纳尺度产品参数；现有测试片高频或高温下易磨损烧蚀，接触性能差、寿命短，增加测试成本的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种超小开尔文间隙的超硬合金头测试片，包括两片金属测试片，两片所述金属测试片中均镶嵌有超硬合金头，其中一片所述金属测试片的一侧涂刷有绝缘层，刷有绝缘层的金属测试片与未刷绝缘层的金属测试片平行堆叠布置，形成开尔文组合；

两片所述金属测试片的一端分别固定连接有电流引脚与电压引脚，所述电流引脚与电压引脚之间通过绝缘层隔离开，形成开尔文间隙，以适配超小管脚的精密测试需求；所述超硬合金头则用于降低金属测试片在使用过程中的烧蚀损耗，并确保其接触性能的稳定性与可靠性。

本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过0.015mm超小开尔文间隙和绝缘层的隔离设计，能有效分离电流与电压传输路径，精准消除导线电阻与接触电阻对测量结果的干扰，可满足超小管脚在精密测试中的高精度需求，并且，超硬合金头镶嵌于金属测试片的异形槽内，利用其70HRC以上的高硬度和1000℃以上的耐高温性能，显著降低金属测试片在使用过程中的烧蚀损耗，即使在高频次测试或高温环境下，也能确保第一接触头和第二接触头与被测物体的稳定接触，维持接触性能的可靠性，延长测试片的使用寿命。

2、本发明中，绝缘层分为适配超硬合金头的第一涂层和适配金属测试片的第二涂层，这种分层设计能有效防止电流引脚与电压引脚间短路，抑制寄生电容和电磁干扰，进一步提升测试结果的可靠性，使其适用于对绝缘性和信号稳定性要求极高的半导体、精密电子元件检测等场景。

作为本技术方案的进一步改进，两片金属测试片上均开设有异形槽，用于安装超硬合金头，所述超硬合金头位于异形槽的内部，所述超硬合金头的两侧均设置有凸起块，且凸起块与异形槽上的凹陷处相适配，所述异形槽与超硬合金头相适配。

采用上述进一步方案的有益效果是，超硬合金头两侧的凸起块与异形槽的凹陷处紧密配合，形成类似榫卯结构的嵌合，限制合金头在金属测试片上的横向、纵向位移和转动，确保合金头在测试过程中不会因外力（如插拔、振动）发生松动或脱落，保障测试片整体结构稳固，使测量过程稳定可靠。

作为本技术方案的进一步改进，两片所述金属测试片靠近超硬合金头一端的顶部分别固定连接有第一接触头和第二接触头，所述开尔文间隙位于第一接触头和第二接触头之间，所述第一接触头和第二接触头的顶部均呈弧形状，用于与被测物体相接触，且第一接触头和第二接触头位于超硬合金头的一侧。

采用上述进一步方案的有益效果是，第一接触头和第二接触头的弧形设计，增大了与被测物体的接触面积，可更好地贴合不同表面形态的被测物体，提升了测试片对各类被测对象的适配性。

作为本技术方案的进一步改进，所述绝缘层分为第一涂层和第二涂层，所述第一涂层和第二涂层均位于两片金属测试片之间，所述第一涂层与超硬合金头相适配，所述第二涂层与金属测试片相适配。

采用上述进一步方案的有益效果是，第一涂层紧密贴合超硬合金头，防止合金头因导电特性导致相邻金属测试片或引脚间短路，确保电流引脚与电压引脚的信号传输路径互不干扰；第二涂层覆盖金属测试片表面，进一步隔离两片测试片的非接触区域，避免因间距波动产生意外导通。

作为本技术方案的进一步改进，所述电流引脚和电压引脚之间留有空隙，且电流引脚和电压引脚的形状相同，所述电流引脚和电压引脚之间的开尔文间隙为0.015mm，用于适配小型管脚，所述金属测试片位于电流引脚和电压引脚的上方开设有两个圆形孔，用于安装金属测试片。

采用上述进一步方案的有益效果是，0.015mm超小开尔文间隙精准适配小型管脚，分离电流与电压路径，避免导线电阻与接触电阻干扰，确保测量超小管脚电阻、电压等参数时的高精度；形状相同的引脚确保在管脚两侧对称分布，使电流注入点与电压检测点严格对齐，减少被测管脚内部电阻分压误差。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其他的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明的整体结构装配示意图；

图2为本发明的图1中A处示意图；

图3为本发明的整体拆分示意图；

图4为本发明的绝缘层示意图；

图5为本发明的图4中B处示意图。

图中各个标号意义为：

100、金属测试片；

200、超硬合金头；201、第一接触头；202、第二接触头；

300、绝缘层；301、第一涂层；302、第二涂层；

400、电流引脚；

500、电压引脚；

600、开尔文间隙。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了以下优选的实施例

请参阅图1-图5所示，本实施例提供一种超小开尔文间隙的超硬合金头测试片，包括两片金属测试片100，两片金属测试片100中均镶嵌有超硬合金头200，其中一片金属测试片100的一侧涂刷有绝缘层300，刷有绝缘层300的金属测试片100与未刷绝缘层300的金属测试片100平行堆叠布置，形成开尔文组合；

两片金属测试片100的一端分别固定连接有电流引脚400与电压引脚500，电流引脚400与电压引脚500之间通过绝缘层300隔离开，形成开尔文间隙600，以适配超小管脚的精密测试需求；超硬合金头200则用于降低金属测试片100在使用过程中的烧蚀损耗，并确保其接触性能的稳定性与可靠性。

其中，绝缘层300可以采用高耐磨性环氧树脂高分子绝缘胶，厂商编号为Loctite® ABLESTIK NCA 5836的非导电胶，添加30wt%AlN填料，热导率1.2W/mK，固化后表面粗糙度Ra<0.8μm（ISO 4287），同时配合精密涂覆工艺（狭缝涂布或喷墨打印），可实现±1μm的厚度公差，确保超小开尔文间隙的几何精度，在固化时不易流动，避免边缘增厚导致短接风险；

当测试探针或管脚反复滑动/按压时（如自动测试设备ATE中的高频接触），填料可降低摩擦系数，避免绝缘层磨损后金属测试片100短接。

因此，基于上述特征，详细说明本发明的改进点：

传统开尔文测试片为前后布置，为防止短路，需在电流引脚400与电压引脚500间留有足够的安全间隙，在面对小尺寸管脚时，引脚尖极有可能超出管脚区域，造成接触不良，并且，前后布置的开尔文测试片，电流引脚400与电压引脚500在力学结构上无法完全一致，接触力不均衡，影响长期可靠性，因此，通过在电流引脚400和电压引脚500之间的一侧涂刷绝缘层300，由此形成超小的开尔文间隙600，一方面，开尔文间隙600占用空间小，可以用于超小型管脚的接触，在极小物理空间内实现电流路径与电压检测路径的电气隔离，避免导线电阻和接触电阻对测量结果的干扰，从而确保对超小型管脚的电阻、电压等参数进行高精度测量，尤其适用于半导体微纳器件、高密度集成芯片等空间受限场景下的精准测试；

另一方面，因为电流引脚400和电压引脚500平行布置，所以它们的结构几乎完全一致，拥有相同的机械以及电气性能，使接触更稳定和可靠；

由于传统开尔文测试片通常使用单一的导电材料制作，虽然具有一定的耐磨性，但在频繁的测试中,其接触表面容易磨损，导致接触质量下降，特别是在大电流测试中，由于测试片与芯片接触部分会产生高温，常规的导电材料如铍铜等耐热性较低，容易出现烧损和接触退化，因此，设计镶嵌在金属测试片100上的超硬合金头200，凭借其70HRC以上的极高硬度，可承受测试中的反复机械摩擦，显著减少磨损，延长测试片使用寿命并提升长期测试的可靠性；同时，其在1000℃以上高温环境中仍能保持良好机械性能，可有效减少测试片烧损、稳定接触性能，确保高温环境下测试的准确性与稳定性，尤其适用于高频次测试、高温工况或高耐磨需求的场景。

在上述基础上，详细公开具体结构：

要实现超硬合金头200和金属测试片100的连接，详细公开两片金属测试片100，如图1所示，两片金属测试片100上均开设有异形槽，用于安装超硬合金头200，超硬合金头200位于异形槽的内部，超硬合金头200的两侧均设置有凸起块，且凸起块与异形槽上的凹陷处相适配，异形槽与超硬合金头200相适配，因此，通过金属测试片100上的异形槽与超硬合金头200适配，将超硬合金头200稳固镶嵌在金属测试片100上，可确保两者在测试过程中保持可靠的机械连接与电气导通，避免因松动、移位或脱落导致接触不良、信号中断等问题，从而提升测试结构的稳定性和一致性，保障高频次测试或复杂工况下如振动、高温环境的测量精度与可靠性。

进一步的，要实现金属测试片100的测量，进一步详细公开金属测试片100上的结构，如图1和图2所示，两片金属测试片100靠近超硬合金头200一端的顶部分别固定连接有第一接触头201和第二接触头202，开尔文间隙600位于第一接触头201和第二接触头202之间，第一接触头201和第二接触头202的顶部均呈弧形状，用于与被测物体相接触，且第一接触头201和第二接触头202位于超硬合金头200的一侧，因此，接触头顶部的弧形状可增大与被测物体的接触面积，同时通过弹性形变适应被测物体表面的微小起伏，减少因表面粗糙度或位置偏差导致的接触不良。

然而，要实现绝缘层300的安装，具体如图3-图5所示，绝缘层300分为第一涂层301和第二涂层302，第一涂层301和第二涂层302均位于两片金属测试片100之间，第一涂层301与超硬合金头200相适配，第二涂层302与金属测试片100相适配，超硬合金头200作为电流或电压传输的关键节点，其表面的第一涂层301可电气隔离相邻的金属测试片100或其他导体，避免电流路径与电压检测路径在合金头附近直接导通；金属测试片100主体通常为导电材料，第二涂层302可隔离两片测试片之间的非接触区域，避免因测试片平行堆叠时的间距波动导致意外导通。

紧接着，要实现金属测试片100和外部设备的连接，具体如图3所示，电流引脚400和电压引脚500之间留有空隙，且电流引脚400和电压引脚500的形状相同，电流引脚400和电压引脚500之间的开尔文间隙600为0.015mm，用于适配小型管脚，金属测试片100位于电流引脚400和电压引脚500的上方开设有两个圆形孔，用于安装金属测试片100，0.015mm的间隙可精准匹配超小型管脚如先进半导体封装中的扇出型管脚、FlipChip焊球等，其尺寸接近集成电路工艺中的特征线宽，满足纳米级器件的测试需求；电流引脚与电压引脚500形状相同，确保两者在管脚两侧对称分布，使电流注入点与电压检测点严格对齐，减少被测管脚内部电阻的分压误差，在测量纳米导线电阻时，对称的引脚布局可避免因位置偏移导致的测量偏差。

本发明的工作步骤：

该测试片基于开尔文四线法原理，通过两片金属测试片100平行堆叠形成开尔文组合，电流引脚400与电压引脚500经绝缘层300隔离，构建出0.015mm的超小开尔文间隙600，实现电流路径与电压检测路径的电气分离，测试时，电流引脚400连接电源，为被测物体提供恒定电流；电压引脚500连接高阻抗测量仪器，检测被测物体两端的真实电压，超硬合金头200镶嵌于金属测试片100的异形槽内，凭借高硬度和耐高温特性，支撑弧形第一、二接触头与被测物体稳定接触，确保电流稳定注入及电压信号准确传输，绝缘层300的双层涂层分别适配合金头与金属片，防止引脚间短路；金属片通过圆形孔固定于引脚上方，维持间隙尺寸稳定，保障测量精度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种超小开尔文间隙的超硬合金头测试片，包括两片金属测试片（100），其特征在于：两片所述金属测试片（100）中均镶嵌有超硬合金头（200），两片金属测试片（100）上均开设有异形槽，所述超硬合金头（200）两侧设有凸起块并与异形槽的凹陷处配合固定，其中一片所述金属测试片（100）的一侧涂刷有绝缘层（300），刷有绝缘层（300）的金属测试片（100）与未刷绝缘层（300）的金属测试片（100）平行堆叠布置，形成开尔文组合；

两片所述金属测试片（100）的一端分别固定连接有电流引脚（400）与电压引脚（500），所述电流引脚（400）与电压引脚(500)之间通过绝缘层（300）隔离开，形成0.015mm的开尔文间隙（600）。

2.根据权利要求1所述的超小开尔文间隙的超硬合金头测试片，其特征在于：两片所述金属测试片（100）靠近超硬合金头（200）一端的顶部分别固定连接有第一接触头（201）和第二接触头（202），所述开尔文间隙（600）位于第一接触头（201）和第二接触头（202）之间。

3.根据权利要求2所述的超小开尔文间隙的超硬合金头测试片，其特征在于：所述第一接触头（201）和第二接触头（202）的顶部均呈弧形状，用于与被测物体相接触，且第一接触头（201）和第二接触头（202）位于超硬合金头（200）的一侧。

4.根据权利要求1所述的超小开尔文间隙的超硬合金头测试片，其特征在于：所述绝缘层（300）分为第一涂层（301）和第二涂层（302），所述第一涂层（301）和第二涂层（302）均位于两片金属测试片（100）之间。

5.根据权利要求4所述的超小开尔文间隙的超硬合金头测试片，其特征在于：所述第一涂层（301）与超硬合金头（200）相适配，所述第二涂层（302）与金属测试片（100）相适配。

6.根据权利要求1所述的超小开尔文间隙的超硬合金头测试片，其特征在于：所述电流引脚（400）和电压引脚（500）之间留有空隙，且电流引脚（400）和电压引脚（500）的形状相同。

7.根据权利要求1所述的超小开尔文间隙的超硬合金头测试片，其特征在于：所述电流引脚（400）和电压引脚（500）之间的开尔文间隙为0.015mm，用于适配小型管脚。

8.根据权利要求1所述的超小开尔文间隙的超硬合金头测试片，其特征在于：所述金属测试片（100）位于电流引脚（400）和电压引脚（500）的上方开设有两个圆形孔，用于安装金属测试片（100）。