CN1292091A - 自动测试设备的同轴探头接口 - Google Patents

Abstract

一个包括多个安置在一块绝缘底板中的同轴接触探头组件的探头接口装置。每个同轴接触探头组件包括一个具有一个同轴信号接触探头的匀质连续管状屏蔽,后者由一个绝缘定位件与屏蔽绝缘。屏蔽和基准在其相应的末端焊接在一起。而且,绝缘底板包括固定在一个空心框架上的上和下定位板上。上和下定位板上设有同样数量的孔用于接合多个同轴接触探头组件。所述探头接口装置可以用于测试混合信号器件,并且易于生产。

Description

自动测试设备的同轴探头接口

本发明一般地涉及一种自动测试设备，更具体地涉及一种用于自动测试设备的探头接口硬件。

自动测试设备，也称作测试器，通常用于确定半导体器件是否含有生产缺陷。如图1所示，测试器100一般包括一个其壳内装有计算机控制和数据采集电路(未示)的测试器体102，一个具有大量驱动器和接收槽路(未示)的测试头104，和一个接口硬件，诸如一个包括大量电接触探头(未示)的探头接口模块106。探头接口模块106中的各个接触探头典型地在测试头104之一上的一条槽路和一个受测试器件108的一个电节点(未示)之间提供电接触。另外，测试头104的各个槽路典型地耦连到测试体102中的控制与数据采集电路。

早期的半导体器件典型地要么包括数字电路要么包括简单的模拟电路，但是现今的器件往往既包括数字电路又包括模拟电路。这种器件一般称作混合信号电路，并且测试它们的测试器通称为混合信号测试器。这些混合信号器件往往运行不仅信号电平低而且频率非常高的模拟信号。这些器件往往还典型地以非常高数据速度运行数字信号。而且随着器件的更新换代，这些器件的密度通常也在增长。

结果，测试器电路和受测试的器件之间的接口硬件产生高度的信号保真性就变得越来越重要。这一般地意味着接口硬件必须有受精确控制的阻抗和非常良好的漏电特性。

改进测试器的接口硬件的信号保真性的一个方法包括在接触探头周围设同轴屏蔽。这种方法于1998年2月9日的授与本发明受让人的美国专利4，724，180有过描述。尤其是，每个接触探头的接口中设有两个管状的孔。两个孔的壁都镀以金属，而且这些孔的金属镀层可电连接。孔之一大得足以容纳一个介电插件，此插件上也有一个孔。把一个信号接触探头插入到此介电插件的孔中，介电插件把信号接触探头与大孔中的金属镀层绝缘开。在小的孔中插入一个接地探头。此探头与小孔中的镀层产生电接触。结果，当接地探头接地时，大小两孔中的镀层都导联到接地电位。大孔中的接地金属镀层起信号接触探头运行的信号的屏蔽作用。

尽管这种在电接触探头的周围设同轴屏蔽的方法已经成功地用于改进测试器到器件的接口中的信号保真性，我们还是发现了某些缺点。例如，有时难于控制接口中各对孔中金属镀层覆盖度和均匀性。这可以在金属镀层中产生裂隙，这些裂隙可能会降低同轴屏蔽来阻止信号接触探头之间干扰的效率。这还会难于控制接触探头的特征阻抗。

我们还发现，不论是同轴屏蔽上的缺陷还是信号孔和接地探头孔之间的电接触中的缺陷都可以附加杂散漏电和寄生电容，从而降低信号接触探头的带宽和引起信号损耗，特别是对甚高频信号。而且，难于控制接口中各对孔中金属镀层覆盖度和均匀性还导致增加接口的生产成本。

因此希望有一种可以处理甚高频的模拟和数字信号的具有测试器到器件之间接口的测试器。这种接口应当有可以控制的阻抗特性和非常低的漏电和电容。还希望有容易生产并且生产成本低的测试器到器件的接口。

考虑以上的技术背景，本发明的目的是提供一种可以测试高速混合信号电子电路的测试器。

本发明的另一个目的在于提供一种具有阻抗受精确控制的测试器到器件的接口的测试器。

本发明的又一个目的是提供一个具有低漏电和低电容的测试器到器件的接口的测试器。

本发明的再一个目的在于提供一种具有容易生产的测试器到器件的接口的测试器。

本发明通过提供一种包括多个同轴接触探头组件的、测试器到器件的接口的测试器，以实现上述的及其它的目的。每个探头组件包括一个管状的金属屏蔽，一个信号接触探头，和一个环形绝缘定位件。信号接触探头做得适于通过插入所述管状金属屏蔽之中的环形绝缘定位件，并与之接合。此管状的金属屏蔽以纵向方式连接到第二金属管，以在两个金属管之间提供良好的电接触。

在另一个实施例中，测试器到器件的接口包括至少一个其中形成有多个孔的绝缘定位板，各个孔用于容纳并且接合一个同轴接触探头组件。

在又一个实施例中，一个信号接触探头穿过至少一个环形绝缘定位件中的孔，并与之接合。这个探头／定位件组件穿过一个管状的金属屏蔽并与之接合。然后把管状的金属屏蔽和第二金属管在末端连接以提供良好的电接触。另外一个第二接触探头通过一个第二金属管，并与之接合。最后，这些电连接的管穿过并接合着底板上的孔。

思考以下的说明和附图会其它的目的和优点。

参考以下更详细的说明和附图会更加理解本发明，附图中：

图1是常规测试器的简化方框架图；

图2是根据本发明的探头接口装置一部分的示意图；

图3是图2所示的装置的截面图；

图4是探头接口装置布置的平面图；

图5是根据本发明的探头接口装置的分解图；而

图6是图2所示装置的替换性实施例的截面图。

图2是探头接口装置430(图4和5)的优选实施例一部分210。探头接口部分210包括一个同轴接触探头组件220和一对绝缘定位板212和214，定位板包括多个固定和保持接触探头组件220的孔，诸如孔216和218，如图所示。

图3为探头接口部分210的详细截面图。接触探头组件220包括一对金属管344和351。尤其是，金属管344与接触探头354同轴，接触探头包括几个套管部分，如套管部分341、343和346，和从管344的对立两端伸出的探头340及347。在优选实施例中，用两个绝缘环形定位件，例如定位件342和345把接触探头354在管344中对心、固定和保持。定位件还把接触探头354与管344绝缘。因此，金属管344起接触探头354的同轴屏蔽的作用，接触探头优选地在测试器和受测试的半导体器件之间传送信号。

类似地，金属管351与另一个包括套管350及探头349和352的接触探头355同轴，探头349和352从管351的对立两端伸出。一方面，管344中的接触探头354与管344由绝缘定位件342和345绝缘，另一方面，接触探头355与管351做成良好的电接触。而且，探头349和352两者在使用中都可连接接地电位。因此，金属管351可以起优选地用焊剂348和353连接到管351上的同轴屏蔽344的地线标准点作用。

在优选实施例中，套管部341和346的直径相同，都小于套管部343的直径。而且，套管343的直径小于屏蔽344的内径。结果，信号接触探头354与屏蔽344绝缘。相反地，套管350的直径选取成，当接触探头355插入管351时，接触探头355和管351有良好的电接触。因为接触探头355与管351不绝缘，所以，管351的直径可以做得小于屏蔽344的直径。

接触探头345和355两者都是弹簧加载的接触探头。因此，探头340和347起插棒的作用，并穿过相应的套管部341和346以与套管343中的一个弹簧(未示)形成接触。弹簧从套管341和346向外向偏压探头340和347。

类似地，探头349和352起插棒的作用，并穿过套管部350以与套管350中的另一个弹簧(未示)形成接触。这个弹簧也从套管350向外向偏压探头349和352。而且，所述接触探头345和355优选成长度相同。这保证了在测试头中的装置接口板(未示)和受测试的半导体器件上两方面的力分布均匀。

在优选实施例中，绝缘的环形定位件342和345分别与套管部341和346磨擦接合。定位件342和345优选地由TEFLON^TM牌的聚四氟乙烯制造，但是也可以用其它适当的绝缘材料制造。而且定位件342和345的直径稍大于屏蔽344的内径。这使定位件342和345可以压配合进入同轴屏蔽344中。

屏蔽344和管351两者可以长度相同。而且，屏蔽344和管351优选地由铜制造，但是也可以用其它适当的导电材料制造。

焊剂348和353优选地用于电连接屏蔽344和管351。在优选实施例中，焊剂348和353连接屏蔽管16和基准管18于相应的管端，如图3所示。出于对本领域内的一般技术人员所公知的电磁埸的考虑，管344和351在相应的末端达到良好的电接触是很重要的。这保证在管344和351之间优良的电流流动。在优选实施例中，焊剂348和353从管344和管351的相应末端延伸至少0．015英寸。

还可以用夹具(未示)固定定位板212与214之间的接触组件。此夹具可以用导电材料制造也可以用绝缘材料制造。

在绝缘的定位板214和212中分别设有孔216和218。每个孔216和218的尺寸确定得可以固定住屏蔽344和管351的组件，如图所示。而且，绝缘定位板212和214可以采用注塑工艺制造。

图4示出探头接口模块406的水平截面简化图，此模块含有八个相同的探头接口装置430。定位板212和214的内壁和外壁是同轴拱形的。而且，八个接口装置430顶接在一起形成环形的探头接口模块406，在测试头和受测试器件之间提供电接触。

图5示出探头接口装置430的分解图。在定位板212和214两者上设同样多的孔以接合多个接触探头组件，图中示出四个，均标以560。在与接触探头组件560接合后，定位板212和214用螺丝、铆钉或者其它适当的紧固件分别固定在开口的绝缘框架562的底和顶上。框架562还可以用注塑工艺形成。而且定位板212和214的厚度大致相同；而且，定位板214的厚度、框架562的深度和定位板212的厚度的总和大致与屏蔽344和管351的长度相等。

在典型的测试器构成中，相应的屏蔽344中的每个信号接触探头354在测试头中的槽路之一和受测试的器件的接脚之一之间提供电接触。而且相应的管351中的每个接触探头355与装置接口板和受测试器件上的接地垫片形成电接触。因为包围着相应信号接触探头354的屏蔽344与相应的管351经钎焊接点348和353形成良好的电接触，屏蔽344对信号接触探头354提供良好的电屏蔽。

电接触探头组件220是通过把信号接触探头354插入一个屏蔽344中而从屏蔽344伸出探头340和347做成的。接着，信号接触探头354的每一端穿过两个绝缘定位件342和345之一，再把两个绝缘定位件压配合进屏蔽344中。然后把接触探头插入一个金属管351中，使得探头349和352从管351伸出。接着，把屏蔽344优选地在焊点348和353处软钎焊或者硬钎焊在管351上。

然后通过形成绝缘定位板212和214以及框架562制造探头接口装置430。接着，在定位板212和214两者上设适当数量的孔。接触探头组件220的一端插入定位板212和214之一的各个孔中，从而使一对探头末端340和349或者347和352从定位板的各个孔伸出。然后，接触探头组件220穿过框架562，而且组件220的对立两端也插入另一个定位板的孔中，从而使一对探头末端从该定位板的各孔伸出。最后，把定位板212和214固定在框架562上。至少用一个夹具在定位板212和214之间固定各个组件220。

从以上说明可知，与在先技术的测试器到器件的接口相比，本发明提供了几个优点。例如，匀质连续的铜屏蔽344对信号接触探头354提供了卓越的电屏蔽，从而降低了信号噪声和串音。还可以精确地调节屏蔽344的尺寸以控制接触探头354和355的特征阻抗，从而最大限度地减少信号反射。

还有，匀质连续的铜屏蔽344可以经焊接348和353、管351和接触探头355与地电位连接起来。这既改善了信号接触探头354传送的信号保真性也改善了信号接触探头354的带宽，并降低了信号损耗。例如，可以设想，根据本发明的探头接口装置提供至少5GHz的3分贝倍频程带宽，并且在1GHz处的回损低于-20分贝。

还有，探头接口装置430在测试高速、混和信号电子电路的测试器中特别有用。如上文所述，屏蔽344提供了卓越的屏蔽以降低噪声和串音，并且控制接触探头的阻抗使信号反射最小化。这对于诸如甚高频或者微波范围内的高速数字信号有关的测试是很重要的。

探头接口装置430还可以用于进行有关低电平、高速(频)模拟信号的低漏电测量。例如，可以把探头组件220构成得为每个信号接触探头354提供分开的激励保护。如本领域内的一般技术人员所公知，激励保护可以用于对模拟信号进行这种低漏电测试。

尤其是，各个接触探头355可以轮流地驱动到与其相应的信号接触探头354相同的电位，而不是把接触探头355连接到接地电位。这就防止了在探头354和355之间有任何漏电电流出现。可以设想，这种构形会形成飞(毫微微)安级的漏电电流测量值。因此，可以用同一个接触探头组件220进行有关高速数字信号和低电平模拟信号两个方面的测试。

还有，匀质连续的铜屏蔽344和管351分别为接触探头354和355提供了结构支承。这意味着绝缘定位板212或者214不需要沿屏蔽344和管351的全长延伸。这还意味着可以用薄的定位板212和214及空的框架562制造探头接口装置430，从而降低了总的重量并且方便了探头接口模块406的生产。

还有，因为屏蔽344和管351是直接接触的，与在先技术的结构相比，接触探头354和355间隔得更近。这不仅改善了信号保真性还增加了探头接口装置430中的接触探头的密度。

对一个优选实施例进行说明后，可以制做多个其它的实施例或者变种。例如，上文已经说明，接触探头组件220中的接触探头354和355是弹簧接触探头。然而，这只是用于描述。可以使用任何形式的电接触探头。

还有，如上文所述，用两个绝缘定位件342和345固定屏蔽344中的信号接触探头354。然而，这也只是用于描述。可以使用一或者多个绝缘定位件342和345对心和固定屏蔽344中的信号接触探头354。

另外，上文说明将一个信号接触探头355插入在管351中，然而，这也只是用于描述。可以交替地把两个接触探头插入管18的对立两端。然后，这两个探头都可以连接到接地电位。另外，当其相应的信号接触探头354要提供低漏电测量的激励保护时，这两个探头都可以被驱动到相同的电位。

另外，上文说明了接触探头组件220包括一个单一的基准管351。然而，这也只是用于描述。如图6所示，接触探头组件220可以相应地构成有两个基准管672和674。因此，一个单端的接触探头670插入管672中，另一个单端的接触探头676插入管674中。管672和674两者然后都通过分别在位置348和353焊接而连接到屏蔽344上。管672和674的长度主要由其相应的探头670和676的长度确定。可以设想，如图6所示构形可以提供与图3所示构形相同的性能。然而，图3所示的构形总的来说有利于探头接口装置430的组装。

另外，上文说明了使用钎焊进行屏蔽344和基准管351之间的电连接。然而，这也只是一个描述。可以用其它适当的材料提供屏蔽344和基准管351之间的良好的电连接。

还有，上文说明了探头接口模块406由八个等同的探头接口装置430组成。然而，这也只是一个描述。探头接口模块406可以包括任何数量的探头接口装置430。

因此，本发明仅由所附权利要求书的精神和范围所限定。

Claims (22)

1．一种用于确定受测试的器件是否正常工作的测试器，包含：

一个包括计算机控制和数据采集电路的测试器体；

一个包括驱动器和耦连测试器体内电路用的接收槽路的测试头；和

一个连接在测试头和受测试器件之间的接口硬件，所述接口硬件包括一个底板和多个安装在其中的电接触探头组件，每个电接触探头组件具有：一个适用于穿过并且接合着一个环形绝缘定位件的接触探头，所述定位件适用于穿过并且接合一个匀质连续的管状屏蔽，和一个匀质连续的管状基准，其中，屏蔽和基准电连接。

2．根据权利要求1的测试器，其特征在于，接触探头的每个末端适用于穿过并且接合一个绝缘定位件。

3．根据权利要求1的测试器，其特征在于，接触探头与定位件磨擦地接合。

4．根据权利要求1的测试器，其特征在于，定位件与屏蔽磨擦地接合。

5．根据权利要求1的测试器，其特征在于，屏蔽和基准的长度相同。

6．根据权利要求1的测试器，其特征在于，焊接把屏蔽与基准电连接。

7．根据权利要求6的测试器，其特征在于，所述的屏蔽和基准在其相应的末端电连接。

8．一种电接触探头组件，使用在耦连于测试头和受测试器件之间的接口硬件中，包含：

一个匀质连续的管状屏蔽；

至少一个适用于穿过并且接合所述屏蔽的定位件；

一个适用于穿过并且接合所述至少一个定位件的第一接触探头；和

至少一个匀质连续的管状基准，

其中，屏蔽和所述至少一个基准电连接。

9．根据权利要求8的电接触探头组件，其特征在于，第一探头与屏蔽同轴。

10．根据权利要求8的电接触探头组件，其特征在于，第一探头的每个末端适用于穿过并且接合相应的定位件。

11．根据权利要求8的电接触探头组件，其特征在于，定位件由聚四氟乙烯制造。

12．根据权利要求8的电接触探头组件，其特征在于，屏蔽和基准由铜制造。

13．根据权利要求8的电接触探头组件，其特征在于，一个基准连接到屏蔽，并且还含有一个适用于穿过并接合所述基准的第二接触探头。

14．根据权利要求13的电接触探头组件，其特征在于，所述第一和第二探头是弹簧接触探头。

15．根据权利要求13的电接触探头组件，其特征在于，用焊接把屏蔽电连接到基准上。

16．根据权利要求15的电接触探头组件，其特征在于，屏蔽和基准在其相应的末端电连接。

17．根据权利要求8的电接触探头组件，其特征在于，所述屏蔽的直径大于基准的直径。

18．根据权利要求13的电接触探头组件，其特征在于，屏蔽和基准的长度相同。

19．根据权利要求8的电接触探头组件，其特征在于，第一和第二基准连接到屏蔽上，并且进一步包含：

一个第二接触探头，第二接触探头适用于穿过并接合第一基准，以及

一个适用于穿过和接合第二基准的第三接触探头。

20．一种制造测试器到器件的接口的方法，包含步骤：

(a)制造一个同轴接触探头组件，包括步骤：

(a1)把一个第一接触探头穿过一个环形的绝缘定位件，从而用定位件接合所述第一接触探头。

(a2)把带有第一接触探头的定位件穿过一个管状的屏蔽，从而用屏蔽接合所述定位件。

(a3))把一个第二接触探头穿过一个管形的基准，从而用基准接合所述第二探头。

(a4)把屏蔽焊接到基准上。

(b)形成一个底板，包括在所述底板上设孔的步骤；和

(c)把探头组件穿过底板中的孔，从而使底板接合所述探头组件。

21．根据权利要求20的制造测试器到器件的接口的方法，其特征在于，步骤(b)的形成还包括步骤：

(b1)形成一个上绝缘定位板，

(b2)形成一个下绝缘定位板，

(b3)形成一个绝缘框架，和

(b4)把上和下定位板固定到所述框架上。

22．根据权利要求20的制造测试器到器件的接口的方法，其特征在于，还包括在所述的上和下定位板中设置相同数量的孔，用于容纳和接合多个探头组件。

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