JP2014508944A - 電子部品を自動試験／検証するための装置 - Google Patents

Abstract

大規模相互接続システムを含んだ自動試験装置（ＡＴＥ）ユニット。上記大規模相互接続システムは、様々な異なるタイプの電子部品すなわち被試験ユニットを電子的に取り付け試験するための、レシーバ・モジュールおよび試験インターフェース・モジュールと共に使用する共通載置台を備える。載置台の試験インターフェース・モジュールは、部品すなわち被試験ユニットと試験装置との間で信号接続性を確立するために、高速マイクロ試験チャンネルを可能にするＭＥＭＳベースのばね接点を含み、その試験チャンネルは最大５０ＧＨｚまでさしたる信号損失歪みを伴わずに、信号完全性を維持する。

Description

（関連出願）
本願は、ＭＥＭＳベースのデバイス・インターフェース・モジュールという名称の米国仮出願第６１／４５７４０４号（２０１１年３月２１日出願）の優先権を３５ＵＳＣ§１１９（ｅ）に基づいて主張する。

本発明は、電子部品を自動試験／検証するための装置を提供する。より詳細には、本発明は、ＭＥＭＳベースのデバイス・インターフェース・モジュールを含んだ装置に関し、より詳細には、電子回路および同様のもので使用されるチップ、抵抗器および／またはダイオードなどの電子部品を試験するための高速試験インターフェース・パネルすなわちモジュールに関する。

現在、全電子部品のほぼ１００％が回路基板上への組み立て前に試験を受ける。このような試験は、回路基板組立プロセスにおいて組立ラインごとに毎分最大８０，０００個の部品を扱うことができることが非常に望ましい。１つの部品に欠陥があれば、製造欠陥を識別し修理するのではなく、仕上がった回路基板全体を廃棄するほうが一般にコスト効率が良い。

電子回路製造の速度が増したので、個々の部品を試験／検証するために、様々な製造者が自動試験装置を開発した。従来の自動試験装置は一般にマスタ・コントローラを含み、マスタ・コントローラはコネクタ・インターフェースおよび大規模相互接続システムを介して信号シミュレータ、センシング・カードまたは同様のものに電子的に結合される。大規模相互接続システムは載置台を備え、載置台は試験中に部品デバイスすなわち被試験ユニットを位置決めしシミュレータに電子的に結合するために使用される。ロボットハンドラが、自動試験装置内部で試験を受ける部品デバイスすなわち被試験ユニットを物理的に位置決めする。しかしながら、個別の部品を試験するために使用する従来の自動試験装置では現在、より速い組立速度に追随することが困難である。具体的には、従来の自動試験装置（automatic test equipment、ＡＴＥ）は１２ＧＨｚ未満に制限され、最も典型的には約４ＧＨｚで動作する。

様々な製造業者が、７７ＧＨｚにのぼる速度で部品を試験するように動作する自動試験システムを提案してきた。しかしながら、現在の大規模相互接続システムの載置台に限界がある結果、より高い処理速度を採用する場合に大きな制約が存在する。２〜３ギガヘルツを超える周波数で集積回路の試験は難しい作業となる。具体的には、相互接続と電磁気結合の寄生効果による信号完全性の劣化により、高速での試験結果が損なわれる。

従来の自動試験装置は、集積回路に対して試験を行うために、デバイス・インターフェース・ユニットを含んでいる。このデバイス・インターフェース・ユニットにより、部品すなわち被試験ユニットとＡＴＥ内部の測定計器との間に一時的な電気接続が可能になる。デバイス・インターフェース・ユニットによりまた、バッファ増幅器や負荷回路などの被試験ユニット固有の局部回路のスペースも設けられる。本出願人は、送信ライン効果および電磁気的な結合を低減させるために、被試験ユニットとＡＴＥの試験回路の間の物理的距離を短縮することが大いに望ましいことを認識した。１つの従来の手法では、被試験ユニットのピンのできるだけ近くに自動試験装置の載置台ピン・エレクトロニクスを配置する。しかしながら、実際には、様々な試験状況を対象にするため、汎用のピン・エレクトロニクスが種々の要件を満たすように設計される。その結果、汎用のピン・エレクトロニクスは通例かさばり、被試験ユニットのピンに隣接して組み込み、配置することは容易にできない。さらに、従来の載置台はかなりの電力を消費し、場合によっては、過熱を避け、所望の温度を維持するために、液体冷却システムを必要とする。これまで、被試験ユニットとピン・エレクトロニクスの間の物理的な離隔距離の問題に決定的な解決は得られていない。その結果、これまでの現況技術の自動試験装置（ＡＴＥ）では、この距離は依然として数インチ超過する可能性がある。

自動試験装置と被試験ユニットの間の送信距離の長さを短縮するために、様々な技術が検討されてきた。特定の適用先では、試験ヘッド回路を大規模相互接続組立体から取り去り、取り付けられているメインフレームシャーシに離して配置することができる。このような構造では、比較器、プログラム可能な負荷、ドライバおよびスイッチング回路が一般に試験ヘッドに残される。その場合これらの回路は、パッケージングを容易にし冷却要求を低減するために、低電力モノシリック回路に組み込まれる。そのような形でピン・エレクトロニクス基板を設計すると、従来のパッケージングされたＶＬＳＩデバイス用の被試験ユニットの出力と比較器の入力の間の全長はおよそ２〜３インチまで短縮されるが、周波数が数ギガヘルツを超えると、２〜３インチの間隙により信号完全性がやはり損なわれる可能性がある。

あるいは、汎用のピン・エレクトロニクスをデバイス固有のレシーバと置き換えることができる。ピン・エレクトロニクスのアーキテクチャをたった１つのデバイスに限定することによって、電力および面積のオーバーヘッドが低減される。この場合、送受信装置を局部試験インターフェースとして働くように、被試験ユニットのインターフェース・ボード上に製造、取り付けることができる。このような変更によって、試験システムの入出力の特性を部品すなわち被試験ユニットのＩ／Ｏパッドに整合することが可能になり、信号反射の効果と、被試験デバイスとピン・エレクトロニクスの間の距離の両方が低減されるが、そのような手法では、汎用ピン・エレクトロニクスアーキテクチャのフレキシビリティが制限される。

本出願人は、利用可能な相補対称型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）技術の過渡的周波数が２００ＧＨｚを超える状態では、許容可能な試験速度を維持するために、従来の試験装置のアーキテクチャを大幅に改良する必要があることを認識した。高速の試験信号には、信号経路に関連する広範囲の非線形性が見られる。被試験ユニットと自動試験装置の間の相互作用周波数がギガヘルツの範囲に接近すると、送信ラインの効果が決定的な問題になって、信号反射を最小するために、かつ試験チャンネルの性能パラメータを向上させるために、インピーダンスの整合が必要になることが認められている。さらに、放射によって引き起こされる表皮効果および電磁気結合によるＡＣ抵抗により、信号完全性がかなり劣化する。これらの望ましくない効果により、タイミング測定精度および試験結果が最終的に損なわれる。

従来技術のデバイスに関連する不利な点のうちの少なくともいくつかを、少なくとも部分的に克服するために、本発明は、大規模相互接続システムを含んだ自動試験装置（ＡＴＥ）ユニットを提供する。この大規模相互接続システムは、様々な異なるタイプの電子部品すなわち被試験ユニットを電子的に取り付け試験するための、レシーバ・モジュールおよび試験インターフェース・モジュールと共に使用する共通載置台を備える。後に説明するように、上記大規模相互接続システムは、個々の被試験ユニットとＡＴＥのピン・エレクトロニクスの間の物理的な離隔距離を最小にするように構成されたピンの電子的配列を含む。

別の実施形態では、本発明は、ＡＴＥのレシーバ・モジュールと電子的に結合するように適合された、ＭＥＭＳ技術ベースの載置台試験インターフェース・モジュールを提供する。好ましい構造では、部品すなわち被試験ユニットと試験装置との間の信号接続性をダイ段階で確立するために、高速のマイクロ試験チャンネルが上記試験インターフェース・モジュールに実現される。より好ましくは、上記試験チャンネルは最大５０ＧＨｚまでさしたる信号損失歪みを伴わずに、信号完全性を維持する。

別の実施形態では、本発明は、複数の電子部品の、より好ましくは例えばバルク試験手順の一部分としてなどのダイ段階にある部品の高速試験を実行するために、ＡＴＥで使用するＭＥＭＳベースのインターフェース・モジュールを提供する。ここで提供するインターフェース・モジュールのアーキテクチャは、２０００マイクロメータ未満まで、好ましくは約２００〜３００マイクロメータ未満まで被試験ユニットとＡＴＥのピン・エレクトロニクスの間の距離を短縮する。その結果、送信ライン効果をかなり減衰させることができ、これにより、試験チャンネルはさしたる信号完全性の劣化を伴わずに、最大５０ＧＨｚまで動作することが可能になる。

より好ましくは、複数の交換可能なＭＥＭＳベースのモジュールが、様々な異なる電子部品の高速試験で使用するための、自動試験装置（ＡＴＥ）の大規模相互接続試験台に組み込まれる。かかる電子部品すなわち被試験ユニットには、抵抗器、チップ、ダイオードおよび同様のものを含むことができるが、これに限定されない。好ましくは、上記試験台は、カスタム試験ヘッド回路の取り外しおよび／または再構成を必要とすることなく、少なくとも約４０ＧＨｚまで、好ましくは最大約５０ＧＨｚまでの定格のデバイスを試験するように動作可能である。

したがって、一態様では、本発明は、被試験ユニットの複数の電子部品を同時に試験するための自動試験装置で使用する大規模相互接続システムに存し、上記大規模相互接続システムは、上記レシーバ・モジュールにおいて、表側の載置表面を含み、上記載置表面に複数の接点ピンが取り付けられそこから表側に延び、上記接点ピンのうち選択された１つに対して少なくとも１つの選択された試験条件をシミュレーションする電子的信号を提供するように作動可能なコントローラに電子的に結合するためのレシーバ・モジュールと、試験インターフェース・モジュールにおいて、上記レシーバ・モジュールの上記表側の載置表面に隣接して位置決め可能であり、上記被試験ユニットを試験位置において支持するための支持表面を有し、上記支持表面が複数のばね接点を含み、上記ばね接点がそれに対応する接点ピンと関連付けられており、上記ばね接点が導電性のＩ／Ｏパッドおよび弾性的に変形可能な付勢部材を備える、試験インターフェース・モジュールと、上記Ｉ／Ｏパッドが、上記被試験ユニットが上記試験位置に移動した場合に上記電子部品のうちの関連付けられた部品と係合可能であり、上記Ｉ／Ｏパッドが、裏側の上記載置表面の方に移動して上記関連付けられた接点ピンと電気的に接触する動作位置と、隔置された一定距離だけ表側に移動した載置位置との間で選択的に移動可能であり、上記弾性的に変形可能な付勢部材が、上記Ｉ／Ｏパッドを上記載置位置の方に弾性的に付勢するために閾値力をもたらし、アクチュエータにおいて、上記Ｉ／Ｏパッドを上記動作位置まで移動させ、上記電子部品とＩ／Ｏパッドとそれに関連付けられた接点ピンとの間の電気的な連絡を実現するために、上記Ｉ／Ｏパッドと上記関連付けられた電子部品との間に上記閾値力より大きい接触圧力をもたらすように選択的に動作可能なアクチュエータとを備える。

他の態様では、本発明は、被試験ユニットのうちの選択された電子部品の試験を行うための自動試験装置で使用する大規模相互接続システムに存し、上記大規模相互接続システムは、レシーバ・モジュールにおいて、上記選択された試験と相関する電気信号を提供するように作動可能なコントローラに電子的に結合され、表側の載置表面を含み、上記載置表面に複数の接点ピンが取り付けられそこから表側に延びる、レシーバ・モジュールと、試験インターフェース・モジュールにおいて、上記レシーバ・モジュールの上記表側の載置表面に隣接して位置決めされ、上記被試験ユニットを試験位置において支持するための支持表面を有し、上記支持表面が複数のばね接点を含み、上記ばね接点が対応する接点ピンと関連付けられており、上記ばね接点が導電性のパッドおよび弾性的に変形可能なパッド支持体を備える、試験インターフェース・モジュールと、上記導電性のパッドが、上記被試験デバイスが上記試験位置にある場合に上記電子部品と係合可能であり、上記導電性のパッドが、上記関連付けられた接点ピンから隔置された位置まで表側に移動した載置位置と、上記載置表面の方に移動して上記関連付けられた接点ピンと電気的に接触する動作位置との間で移動可能であり、上記弾性的に変形可能なパッド支持体が上記接点パッドを上記載置位置の方に弾性的に付勢し、アクチュエータ組立体において、上記接点パッドを上記動作位置に移動させ、上記電子部品とＩ／Ｏ接点パッドと上記関連付けられた接点ピンとの間の電気的な連絡を実現するために、上記導電性のパッドと上記電子部品の間に接触をもたらすように選択的に動作可能なアクチュエータ組立体とを備える。他の態様では、本発明は、電子部品の試験を行うための大規模相互接続システムで使用する試験インターフェース・モジュールに存し、上記大規模相互接続システムがレシーバ・モジュールを含み、上記レシーバ・モジュールが、選択された部品試験と相関する電気信号と電子的に接続可能であり、その信号を提供するように作動可能であり、上記レシーバ・モジュールが表側の載置表面を含み、上記載置表面に対して複数の接点ピンが表側に延び、上記試験インターフェース・モジュールが、上記レシーバ・モジュールの上記表側の載置表面に隣接して位置決め可能であり、上記試験インターフェース・モジュールが、被試験ユニットを支持するための支持表面を有し、その試験位置に試験対象の複数の電子部品を備え、上記支持表面が複数のばね接点を含み、上記ばね接点がそれに対応する接点ピンと関連付けられており、上記ばね接点が導電性のパッドおよび弾性的に変形可能な支持体を備え、上記導電性のパッドの少なくとも１つが、上記被試験デバイスが上記試験位置にある場合に上記電子部品のうちの関連付けられた部品と係合可能であり、上記導電性のパッドが、上記関連付けられた接点ピンから隔置された位置まで移動した載置位置と、上記載置表面の方に移動して上記関連付けられた接点ピンと電気的に接触する動作位置と、移動して関連付けられた接点ピンと電気的に連絡する動作位置との間で移動可能であり、上記変形可能な支持体が上記接点パッドを上記載置位置の方に弾性的に付勢し、それによって、上記電子部品と上記接点パッドと上記関連付けられた接点ピンとの間の電気的な連絡を実現するために、所定の閾値力が上記被試験ユニットに印加されたときに、上記導電性のパッドが上記載置位置から上記動作位置まで移動可能である。

次に、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて参照することができる。

自動試験装置と複数の被試験ユニットの間に一時的な試験信号経路を形成するように動作可能な大規模相互接続システムを含んだ自動試験装置の概略図である。 図１の自動試験装置で使用するための試験ダイに電気部品を位置決めする際に使用するロボット組立体の概略図である。 図１の自動試験装置の大規模相互接続システム試験台における図２の試験ダイの位置決めを示す概略図である。 図１のＡＴＥで使用するＭＥＭＳベースの試験インターフェース・モジュールおよびレシーバ・モジュールを含んだ大規模相互接続システムの拡大概略図である。 図１のＡＴＥで使用するＭＥＭＳベースの試験インターフェース・モジュールおよびレシーバ・モジュールを含んだ大規模相互接続システムの拡大概略図である。 図１のＡＴＥで使用するＭＥＭＳベースの試験インターフェース・モジュールおよびレシーバ・モジュールを含んだ大規模相互接続システムの拡大概略図である。 被試験ユニットをレシーバ・モジュールに電子的に結合する際に図２の試験インターフェース・モジュールで使用される弛緩状態のＭＥＭＳ接点ばねの概略図である。 部品試験中に質量負荷圧力を受ける図７のＭＥＭＳ接点ばねの概略図である。 選択された接点ばね金属のＡＣ抵抗と周波数との関係のグラフである。 質量負荷圧力を印加する前の図７の接点ばねと被試験ユニットの電子部品の横断面概略図である。 質量負荷圧力を受けている図１０の電子部品と接点ばねの横断面概略図であり、図１の自動試験装置の動作中における一時的な電子的な接続が示されている。 自動試験装置のピン・エレクトロニクスから被試験電子部品の接点パッドまでの信号経路を示す概略図である。 図７の接点ばねとストリップ線路と同軸ケーブルに対するＡＣ応答のグラフである。 図７の接点ばねとストリップ線路と同軸ケーブルそれぞれの、１ＧＨｚにおける入力電圧に対するピークツーピーク出力電圧のグラフである。 図７の接点ばねの、５０ＧＨｚにおけるピークツーピーク出力電圧の図である。

図１を参照すると、電子部品１２（図２）の自動試験／検証に使用するための、好ましくは、回路基板および／または同様のものの一部分として組み立てられる前に試験ダイ１６により位置決めされた複数の部品１２の同時試験に使用するための、自動試験装置１０のユニットが示されている。後に説明するように、自動試験装置１０は、異なる試験対象のダイすなわち被試験ユニット１６ごとにさしたるデバイス固有のカスタマイゼーションおよび／または再構成を要することなく、様々な異なるタイプの電子部品１２の同時高速試験を実現するように構成された大規模相互接続システム２０を備える。電子部品１２にはスイッチ、チップ、抵抗器、ダイオードおよび同様のものが非限定的な例として含まれる。

図１に最も良く示されているように、大規模相互接続システム２０に加えて、自動試験装置１０は、メインプロセッサ２２、ロボットのハンドラ組立体２６、試験手順コントローラ２８、および相互接続モジュール・インターフェース３０を含む。

メインプロセッサ２２は大規模相互接続システム２０とロボットのハンドラ組立体２６と試験手順コントローラ２８とに全体的な制御を、最初に複数の部品１２を試験ダイ１６に配置する際と、試験ダイ１６を被試験ユニットとして大規模相互接続システム２０に位置決めし試験し取り外す際と、その後、試験後にそこから試験ダイ１６を取り外す際に提供する。

簡略化された構造では、ロボットのハンドラ組立体２６は３軸動作可能なロボット・アーム３２を含み、ロボット・アーム３２は選択的に作動可能な把持固定具３４を有する。ロボット・アーム３２は、部品１２を個別に供給ステーション３５から試験ダイ１６内に移動させるように動作可能である。部品１２をダイ１６内に配置した後、ロボット・アーム３２は、ダイ１６を部品試験用の大規模相互接続システム２０に移動させ、その後、試験、検証後に、排出ステーション（図示せず）に移動させる。任意選択で、ハンドラ組立体２６は複数のロボット・アーム３２を備えることができる。この複数のロボット・アーム３２は、複数の部品１２を所望の被試験ユニットとしてダイ１６内部のグループ化された既定の配列に同時に事前配置するために使用される。

大規模相互接続システム２０が、モジュール式の試験インターフェース・ボード３６およびモジュール式のインターフェース・レシーバ・ボード３８を含むものとして、図４〜６に最も良くしめされている。これらのボードは、試験および検証中のダイ／被試験ユニット１６を支持するための試験載置台４０として集合的に機能する。後に説明するように、部品試験中におけるレシーバ・ボード３８に対する試験インターフェース・ボード３６の位置決めに使用するために、アクチュエータ組立体４２が設けられる。

図３の構造において、試験載置台４０で使用される好ましい試験インターフェース・ボード３６（図５）は、平面の中心上部表面４４を有する全般に矩形のパネルとして設けられる。配列された約２５〜約５００個のばね接点４６が、それに対応する、パネル３６を貫いて延びる開口４８の内部に配置される。図３に、取り外し可能な試験インターフェース・ボード３８の上側表面４４が接点ばねコネクタ４６の配列を含むものとして示されている。コネクタ４６のそれぞれの長さは約５０〜１０００μｍであり、約５０〜１５０μｍであると好ましい。ばねコネクタ４６は、ダイ１６すなわち被試験ユニット内の部品１２と自動試験装置１０の間に一時的な電気接続を提供する。後に説明するように、ばね接点４６の上端が、ダイ１６すなわち被試験ユニットに固定された電気部品１２の電気リード線との一時的な電気接続を提供する一方、接点ばね４６の下端が、図６に示されているように、インターフェース・レシーバ・ボード３８を介してＡＴＥピン・エレクトロニクスとの接続性を提供する。不可欠ではないが、最も好ましくは、試験インターフェース・ボード３６は、交換可能なモジュール式のボードとして設けられる。したがって、様々なインターフェース・ボード３６を、検証対象である特定の電気部品および／または被試験ユニットに応じて、自動試験装置１０で使用することができる。

図７および８に、各ばね接点４６が、弾性的に変形可能なスリング組立体５２によって支持され、その中心に配設された導電性の金属接点パッド５０を含むものとして最も良く示されている。スリング組立体５２は、縁部支柱５６ａ、５６ｂ（図１０）によって周辺の縁部に沿って試験インターフェース・ボード３６の隣接部分に固定される全般に平面の方形格子５４として形成される。好ましい構造では、格子５４は、最初の付勢解除状態まで弾性的に戻るように選択された、適当な弾性的に変形可能な材料（シリコーンが最も好ましい）から形成される。

後に説明するように、試験インターフェース・ボード３６は、選択された電子部品１２のピン接点とそれに関連付けられた接点パッド５０との間での電気的試験信号の送信を可能にするために、それらを電気的に接触した状態でダイ１６すなわち被試験ユニットを支持するために使用される。不可欠ではないが、複数の異なる部品タイプの部品の試験／検証を行うために、ばね接点４６は、複数の異なる試験ダイ１６を位置決めできるように構成された予め選択された幾何学的配列の一部分として設けられると、最も好ましい。

図３および４に、大規模相互接続システム２０で使用されるインターフェース・レシーバ・ボード３８が示されている。インターフェース・レシーバ・ボード３８の中心部分は、全般に平面の、表側の上側表面５８および裏側の下側表面６０を備えると好ましい。電気接点ピン６２の配列が、中心部分５８に設けられ、表側の載置表面５８から上向きに突出する。固定された受けボード３８の上側表面５８は、関連付けられた半田パッド７６にそれぞれ電子的に結合される、マイクロ接点ピン６２の土台を含むと最も好ましい。接点ピン６２は、選択された被試験ダイ１６だけでなく、取り外し可能なインターフェース・レシーバ・ボード３８の下面との電気接続を確立するように位置決め、構成される。マイクロ接点ピン６２は、金から形成されると好ましく、自動試験装置で通例使用される従来のポゴピンの代替品として設けられる。具体的には、試験載置台４０の組み立ての際に試験インターフェース・ボード３６を移動してレシーバ・ボード３８と並置したときに接点ピン６２が接点パッド５０と位置合わせされるように、接点ピン６２はその少なくとも１つが接点パッド５０の少なくとも１つに対応するように予め選択された幾何学的な配列に配置される。

不可欠ではないが、インターフェース・レシーバ・ボード３８をやはりモジュール構造を有するように形成することができ、それによって接点ピン６２はそれぞれ、裏の下側表面６０上に形成された関連付けられた接点パッド５０と電子的に接続される。レシーバ・ボード３８の下側表面６０はさらに、図６に示されているように自動試験装置ピン・エレクトロニクスに直接接続するように構成、位置決めされた半田パッド７６の配列を含むことができる。各半田パッド７６は、相互接続モジュール・インターフェース３０内部に設けられた対応する常設ピン接点６４と電子的に結合するように設けられる。

相互接続モジュール・インターフェース３０は、試験手順コントローラ２８からの試験信号を受信／送信するように、それと電子的に連絡した状態で設けられる。モジュール・インターフェース３０はさらに、試験動作中にモジュール式の試験インターフェース・ボード３６、レシーバ・ボード３８およびその上にあるダイ１６を受けるための試験台ハウジングすなわち支持表面を備える。

インターフェース・レシーバ・ボード３８が相互接続モジュール・インターフェース３０の支持表面すなわちハウジング上に位置決めされると、接点パッド５０は、関連付けられた常設ピン接点６４と電子的に接続し、それによって試験動作の際に試験手順コントローラ２８、レシーバ・ボード３８および試験インターフェース・ボード３６の間で電子的試験信号を送信することができる。モジュール・インターフェース３０はまた、加圧要素７０を含むことができると好ましい。加圧要素７０は、試験インターフェース・ボード３６上に全般に並置して試験位置に固定されると、予め選択された下向きの接触圧力をダイ１６上に印加するように選択的に動作可能である。

図４〜６に、相補的位置合わせキー７８、７９をそれぞれ含むものとして試験インターフェース・ボード３６およびレシーバ・ボード３８が示されている。位置合わせキー７８、７９は、試験台ハウジング内への試験載置台４０の組み立てを容易にするために、接点パッド５０、接点ピン６２および常設ピン接点６４が直接位置合わせされた状態で、相補的に係合するように構成される。図４に最も良く示されているように、最初の組み立ての際に、試験インターフェース・ボード３６は、インターフェース・レシーバ・ボード３８の表側の載置表面５８の真上に位置決めされる。最初に位置決めされたときに、各ばね接点４６の接点パッド５０は、関連付けられた接点ピン６２上の、ほんの僅かの距離だけ隔置された付勢解除位置にあり、約５〜２０ミクロンの選択された距離だけ隔置されると好ましい。

最も好ましいのは、試験ダイ１６すなわち被試験ユニット内部に複数の電気部品１２が予め配置されていることである。ダイ１６は、試験インターフェース・ボード３６の上部の並置位置まで、ロボットのハンドラ組立体２６によって移動させられる。複数の個々の電子部品１２の試験が同時に行われるように、ダイ１６は自動試験装置１０で試験を受けると最も好ましい。加圧要素７０を作動させてダイ１６の上部に低い圧力の質量負荷を印加することによって、接続性が確立される。

試験載置台４０で使用される試験インターフェース・ボード３６の最終的な選択は、試験対象の特定の電気部品１２および／または被試験ダイ１６によって決まることを理解されたい。試験インターフェース・ボード３６がインターフェース・レシーバ・ボード３８上に位置合わせ、配置された後に、ダイ１６が試験インターフェース・ボード３６の上部表面と並置して位置決めされ、その結果、各個々の部品１２の電気接点リード線がそれに関連付けられたばね接点４６の接点パッド５０と電子的に連絡する。

ダイ１６すなわち被試験ユニットが上部表面４４と並置して位置決めされると、加圧要素７０を作動させてダイ１６すなわち被試験ユニット上に下向きの圧力を印加するために、プロセッサ２２が使用される。所定の最小圧力を超える下向き圧力（図６の矢印１００）を印加することにより、部品１２の電気リード線と接点パッド５０の間に接触力がもたらされる。この力により、格子５４が弾性的に変形し、接点パッド５０が下向きに移動して、関連付けられた接点ピン６２と電子的に連絡する。その後、加圧要素７０がそのように配置されている間、試験手順コントローラ２８が作動し、常設ピン接点６４、接点ピン６２およびばね接点４６の接点パッド５０を介して、各電子部品１２に所望の試験信号を送受信する。試験手順コントローラ２８は、ダイ１６すなわち被試験ユニットがハンドラ組立体２６によって試験載置台４０上に位置決めされる間に電子部品１２に対する１つまたは複数の一連の予め選択された試験手順を作動させるように構成される。試験手順コントローラ２８は、デジタル電力供給（ＤＰＳ）、パラメータ測定ユニット（ＰＭＵ）、および任意の波形発生器（ＡＷＧ）、および／またはデジタルＩ／Ｏを含むことができるが、これに限定されない。

ＭＥＭＳベースの試験インターフェース・ボード３６は、高速アナログ回路およびＲＦ回路に対する機能試験を実行するのに通常必要な試験インターフェース回路を収容するように構成されると最も好ましい。この試験インターフェース・ボード３６は、従来のデバイス・インターフェース・ボードと比較すると、ダイ段階での欠陥検出に必要な手段を提供する。これにより、パッケージングおよび／または回路基板上のアセンブリ前に、製造者がダイ段階で電子部品の欠陥を検出することが可能になる。したがって、パッケージングの損失はしばしば現在の製造の全体的な損失の大部分を占めるが、それをほぼなくすことができる。

ａ）ばね接点
ＡＴＥ１０で使用されるばね接点４６の好ましいＭＥＭＳベースの構造が、図７および８に最も良く示されている。最も好ましい構造では、ばね接点４６は、長さおよび幅の寸法約１００×１００μｍの方形の幾何形状を有する。各ばね接点４６は、矩形をした中心の導電性金属パッド５０を含み、この金属パッド５０は、弾性的に変形可能なスリング組立体５２の中心領域で支持される。好ましくは、接点パッド５０は、約４０×４０μｍの幅および長さ寸法、約５〜３０μｍの高さ／厚みを有し、高さ／厚みは１０μｍが好ましい。接点パッド５０は、その周縁がスリング格子５４だけによって支持され、このスリング格子５４は、全般に均等の長さの８本の一体的に形成されたシリコーン梁からなる。スリング格子５４は、縁部スリング支柱５６ａ、５６ｂによって対向する縁部に沿って試験インターフェース・ボード開口内部に吊り下げられる（図１０）。スリング組立体５２は、付勢解除状態のときに、シリコーン格子５４が接点パッド５０の周りに対称的な圧力を維持する状態で、接点パッド５０が関連付けられた接点ピン６２の上に隔置される高い位置に維持されるように構成される。ばね接点４６は、以下の基準を満たすように形成されると最も好ましい。（ａ）接点パッド５０の平坦な上部表面が、電子部品１２との接触抵抗を最小にするために、より大きな接触面積を提供すること、（ｂ）接触力が小さいこと、（ｃ）ダイの接点ピン５２と整合される面積が小さいこと、（ｄ）剪断変形が無視可能であること、（ｅ）弾性性能に信頼性があること。

スリング組立体５２の降伏強度は、材料が可塑的に変形し始める応力によって規定される。可塑性は、印加された負荷に応答して非可逆性の恒久的な変化を受ける材料の変形である。その高い応力降伏のために、シリコーンが好ましい支持材料として選択される。表皮効果は、導体の表面の近傍を流れるＡＣ電流の傾向である。電流密度が表面における値の１／ｅになる表面下の距離が表皮厚さと呼ばれ、下記によって与えられる。

ここで、ρは導体の抵抗率、ω＝２πｆは角周波数（単位はラジアン／秒）であり、μ＝導体の絶対透磁率、μ＝μ_０μ_ｒである。ここで、

これは、自由空間の透磁率であり、μ_ｒは導体の比透磁率である。高周波数では、表皮効果のために実効抵抗が上昇する。長い円筒形の導体では、ＡＣ抵抗Ｒは次式によって与えられる。

ここで、ＬおよびＤはそれぞれ導体の長さおよび直径である。Ｄ≫δの場合に上記近似式が有効である。図９に示されているように、銅、金、およびアルミニウムのＡＣ抵抗対周波数を最大１００ＧＨｚまで計算した。銅を、引っ張り強度が高く、導電性に優れ、表皮効果が低いことから、様々な金属の中で接点パッド５０にとって好ましい材料として選択した。

定常状態および変形状態にある接点ばね４６と被試験電子部品１２の側面斜視図が、図１０および１１に示されている。試験段階中に接続を維持するために、ダイ１６の上部に位置する圧力負荷質量７０によって、取り外し可能なインターフェース・レシーバ・ボード３８のばね接点４６に対して加圧力がもたらされる。圧力負荷質量７０は、スリング組立体５２の材料の弾性限界内で塑性領域外の範囲で、接点ばね４６の変形を保つように最小化されると好ましい。

（ｉ）シミュレーション結果
ＭＥＭＳ接点ばねの電磁気性能パラメータおよびＳＰＩＣＥモデルを、工業規格のツールであるＨＦＳＳ（商標）およびＱ３ＤＥｘｔｒａｘｔｏｒ（商標）を使用して求めた。

ＡＴＥピン・エレクトロニクスから被試験ユニット接点パッドまでの送信ラインのための一般化された集中定数素子モデルが、図１２に示されている。Ｒ_ＤＩＢ、Ｃ２、Ｌ２はそれぞれ、デバイス・インターフェース・ボードの接点ばねの抵抗、キャパシタンス、インダクタンスである。Ｒ_接点、Ｃ１、Ｃ３、Ｌ１およびＬ３は、ＰＥ／デバイス・インターフェース・ボードおよびデバイス・インターフェース・ボード／被試験ダイ・インターフェースにおける集中定数パラメータである。

シミュレーション結果は、ＳＰＩＣＥで求めたモデルを使用して自動試験装置ピン・エレクトロニクスと被試験部品デバイス接点パッドの間の電気的な接続性をもたらす、長さ８ｃｍ、断面０．２５×０．０４ｍｍの典型的なストリップ線路と、長さ１０ｃｍ、断面０．１３×０．１４ｍｍの同軸ケーブルと、ここで提案するＭＥＭＳデバイス試験インターフェース・ボード区画との性能差を比較したことを示す。この区画で実行した解析のための入力信号は、１ボルトピークツーピークの正弦波形であった。

上記３つのモデルに対するＡＣ応答が図１３に示されている。ストリップ線路および同軸ケーブルの−３ｄＢ帯域幅が、それぞれ２０ＭＨｚ、７０ＭＨｚに位置している。これは、両モデルに対する入力信号が１００ＭＨｚを超えて大きく減衰されることを示す。これにより、試験信号のダイナミックレンジが制限され、信号の完全性および信号対ノイズ比がかなり低減される可能性がある。ＭＥＭＳインターフェースのＡＣ応答は従来の解決策に対する劇的な改善を示す。その−３ｄＢ帯域幅は、現在利用可能な試験チャンネルの帯域幅よりも数桁高い、５０ＧＨｚ前後に位置する。

図１４に、１ＧＨｚにおける３つの求めたモデルに対する過渡的な応答が示されている。信号完全性は、接点ばねでは維持されるが、ストリップ線路と同軸ケーブルの両方では極度に劣化、つまり、１ＧＨｚ未満の低い周波数でのみ信号を送信することができる。図１５に、５０ＧＨｚにおける接点ばねの応答が示されている。信号完全性を、ほとんど損失または歪みを伴わずに、最大５０ＧＨｚまで保つことができる。

表１および表２に、１．００ＧＨｚおよび５０ＧＨｚで求めた集中パラメータが示されている。本発明の接点ばね４６は、ストリップ線路および同軸ケーブルモデルと比較して、かなり低い寄生キャパシタンス値およびインダクタンス値を示している。ここで提案する試験インターフェース・ボード・モジュールはまた、被試験電気部品と自動試験装置リソースの間により低い経路抵抗をもたらす。接点ばね４６のより低い抵抗、キャパシタンスおよびインダクタンスの値により、信号完全性を損なうことなく、本発明のＭＥＭＳ構造体がより高い周波数で動作することが可能になる。

上述の構造により、電子部品高速試験のための自動試験装置１０での使用に適した実現可能な試験インターフェース・ボード・モジュールが確立される。ここで提案するＭＥＭＳベースの構造体は、そのマイクロスケールのサイズにより、被試験ダイとＡＴＥリソースの間における物理的な離隔距離を数桁縮小することができる。本発明のＭＥＭＳデバイス試験インターフェース・ボード３６により、ＡＴＥ試験チャンネルの帯域幅を制限する望ましくない送信ライン効果の問題が回避される。従来の試験チャンネルにおける長い配線による寄生キャパシタンスおよびインダクタンスはかなり低減され、これにより、ＭＥＭＳ試験チャンネルははるかに高い周波数で動作することが可能になる。ＭＥＭＳデバイス・インターフェース・ボードの試験チャンネルは、高い信号完全性レベルを維持しながら、最大５０ＧＨｚまで動作することができる。ここで提案するインターフェース・モジュールはまた、限界試験中に試験装置の電気的性能を高めるために、試験インターフェース回路のための場所を提供することもできる。さらに、ＭＥＭＳデバイス試験インターフェース・ボード３６を、被試験ダイとＡＴＥ測定計器の間に必要な試験チャンネルを確立するために使用することもできる。ダイ１６の段階における導通試験により、パッケージングの追加費用が生じる前に、欠陥のあるデバイスを検出し、製造ラインから取り除くことによって製造コストが低減される。

本発明は、スタンドアロンの試験インターフェース・モジュールとして提供できることを理解されたい。ただし、複数の高速試験インターフェース・モジュールが電子部品の精密試験のための試験台４０に組み込まれるとより好ましい。この電子部品には、高性能マイクロプロセッサ、ＰＣチップセットおよびグラフィクス、ディスクドライブ、ビデオゲームデバイス、システムオンチップ（ＳｉＰ）、メモリ、ベースバンド・デジタル・ネットワーク・デバイスおよびブロードバンド・デバイスが含まれるが、これに限定されない。

好ましい実施形態では、ばね接点４６を、弾性的に変形可能なパッド支持体としてシリコーン格子を含むものと記述、例示するが、本発明はそのように限定されることはない。様々なパッド支持構造および／または材料を使用することもでき、それらはここで容易に明らかになることを理解されたい。

詳細な説明では様々な好ましい実施形態について記述、例示するが、開示された好ましい実施形態に本発明は明示的に限定されることはない。多数の変形形態および変更形態がここで当業者に明らかになる。本発明の定義については添付の特許請求の範囲を参照することができる。

Claims (20)

1. 被試験ユニットの複数の電子部品を同時に試験するための自動試験装置で使用する大規模相互接続システムにおいて、
   レシーバ・モジュールであって、表側の載置表面を含み、前記載置表面に複数の接点ピンが取り付けられそこから表側に延び、前記接点ピンのうち選択された１つに対して少なくとも１つの選択された試験条件をシミュレーションする電子的信号を提供するように作動可能なコントローラに電子的に結合するための、レシーバ・モジュールと、
   試験インターフェース・モジュールであって、前記レシーバ・モジュールの前記表側の載置表面に隣接して位置決め可能であり、前記被試験ユニットを試験位置において支持するための支持表面を有し、前記支持表面が複数のばね接点を含み、前記ばね接点がそれに対応する接点ピンと関連付けられており、前記ばね接点が導電性のＩ／Ｏパッドおよび弾性的に変形可能な付勢部材を備える、試験インターフェース・モジュールと、
   前記Ｉ／Ｏパッドであって、前記被試験ユニットが前記試験位置に移動した場合に前記電子部品のうちの関連付けられた部品と係合可能であり、前記Ｉ／Ｏパッドが、裏側の前記載置表面の方に移動して前記関連付けられた接点ピンと電気的に接触する動作位置と、隔置された一定距離だけ表側に移動した載置位置との間で選択的に移動可能である、Ｉ／Ｏパッドと、
   前記弾性的に変形可能な付勢部材であって、前記Ｉ／Ｏパッドを前記載置位置の方に弾性的に付勢するために閾値力をもたらす、弾性的に変形可能な付勢部材と、
   アクチュエータであって、前記Ｉ／Ｏパッドを前記動作位置まで移動させ、前記電子部品とＩ／Ｏパッドとそれに関連付けられた接点ピンとの間の電気的な連絡を実現するために、前記Ｉ／Ｏパッドと前記関連付けられた電子部品との間に前記閾値力より大きい接触圧力をもたらすように選択的に動作可能な、アクチュエータと、を備える、大規模相互接続システム。
2. 前記弾性的に変形可能な付勢部材が、略平面の多角形の変形可能な支持格子を含み、前記Ｉ／Ｏパッドが前記支持体に取り付けられる、請求項１に記載の大規模相互接続システム。
3. 前記付勢組立体が略方形の変形可能な支持格子を含み、前記格子が複数のシリコーン横材を含み、前記載置位置で前記支持格子が１つまたは複数の周辺の肩部材によって前記載置表面から隔置され、前記Ｉ／Ｏパッドが前記支持格子の中心部分付近に取り付けられる、請求項１に記載の大規模相互接続システム。
4. 前記支持格子が約２５〜２００ミクロン、より好ましくは約７５〜１２５ミクロンの選択された長さおよび幅の寸法を有する、請求項２または請求項３に記載の大規模相互接続システム。
5. 前記Ｉ／Ｏパッドが略方形の断面形状を備え、約２０〜１００ミクロン、より好ましくは約３０〜５０ミクロンの選択された幅および長さの寸法を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の大規模相互接続システム。
6. 前記Ｉ／Ｏパッドが約５〜５０ミクロン、好ましくは約７〜１５ミクロンの選択された表側の高さを有する導電性の金属パッドである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の大規模相互接続システム。
7. 前記接点ピンが、略等間隔の多角形配列で前記載置表面に取り付けられる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の大規模相互接続システム。
8. 前記レシーバ・モジュールがさらに前記載置表面の裏側に据付表面を含み、複数の導電性の接点パッドが前記据付表面上に配設される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の大規模相互接続システム。
9. 前記自動試験装置がさらにレシーバ・ハウジングを含み、前記レシーバ・モジュールが前記レシーバ・ハウジングに解放可能に結合され、前記レシーバ・ハウジングがレシーバ・モジュール・インターフェースを含み、前記レシーバ・モジュール・インターフェースが、前記レシーバ・モジュールがそれに結合されたときに少なくともいくつかの前記接点パッドと電気的に接続可能なピン・エレクトロニクス・アレイを備える、請求項８に記載の大規模相互接続システム。
10. 前記試験インターフェース・モジュールが前記レシーバ・モジュールに分離可能な形で接続可能であり、前記試験インターフェース・モジュールおよび前記レシーバ・モジュールの少なくとも一方が、前記試験インターフェース・モジュールを前記レシーバ・モジュールに接続するときに前記試験インターフェース・モジュールのばね接点を前記対応する接点ピンと位置合わせするための案内部材を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の大規模相互接続システム。
11. 複数の前記試験インターフェース・モジュールを含み、前記試験インターフェース・モジュールのそれぞれが、前記レシーバ・モジュールと選択的に電子的結合／結合解除するように構成されたモジュール式の交換可能な構造を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の大規模相互接続システム。
12. 被試験ユニットのうちの選択された電子部品の試験を行うための自動試験装置で使用する大規模相互接続システムにおいて、
    レシーバ・モジュールであって、前記選択された試験と相関する電気信号を提供するように作動可能なコントローラに電子的に結合され、表側の載置表面を含み、前記載置表面に複数の接点ピンが取り付けられそこから表側に延びる、レシーバ・モジュールと、
    試験インターフェース・モジュールであって、前記レシーバ・モジュールの前記表側の載置表面に隣接して位置決めされ、前記被試験ユニットを試験位置において支持するための支持表面を有し、前記支持表面が複数のばね接点を含み、前記ばね接点が対応する接点ピンと関連付けられており、前記ばね接点が導電性のパッドおよび弾性的に変形可能なパッド支持体を備える、試験インターフェース・モジュールと、
    前記導電性のパッドであって、前記被試験デバイスが前記試験位置にある場合に前記電子部品と係合可能であり、前記関連付けられた接点ピンから隔置された位置まで表側に移動した載置位置と、前記載置表面の方に移動して前記関連付けられた接点ピンと電気的に接触する動作位置との間で移動可能である、導電性のパッドと、
    前記弾性的に変形可能なパッド支持体であって、前記接点パッドを前記載置位置の方に弾性的に付勢する、弾性的に変形可能なパッド支持体と、
    アクチュエータ組立体であって、前記接点パッドを前記動作位置に移動させ、前記電子部品とＩ／Ｏ接点パッドと前記関連付けられた接点ピンとの間の電気的な連絡を実現するために、前記導電性のパッドと前記電子部品の間に接触をもたらすように選択的に動作可能な、アクチュエータ組立体と、を備える、大規模相互接続システム。
13. 前記パッド支持体が略平面の方形の格子を含み、前記格子が、少なくとも１つの周辺の肩部材によって前記載置表面から隔置された位置に固定され、前記接点パッドが前記格子の中心部分付近に固定される、請求項１２に記載の大規模相互接続システム。
14. 前記格子が複数のシリコーン横材を備える、請求項１３に記載の大規模相互接続システム。
15. 前記格子が約２５〜２００ミクロン、好ましくは約７５〜１２５ミクロンの選択された長さおよび幅の寸法を有し、前記接点パッドが約２０〜１００ミクロン、より好ましくは約３０〜５０ミクロンの選択された幅および長さの寸法を有する導電パッドを備える、請求項３または請求項１４に記載の大規模相互接続システム。
16. 電子部品の試験を行うための大規模相互接続システムで使用する試験インターフェース・モジュールにおいて、前記大規模相互接続システムがレシーバ・モジュールを含み、前記レシーバ・モジュールが、選択された部品試験と相関する電気信号と電子的に接続可能であり、その信号を提供するように作動可能であり、前記レシーバ・モジュールが表側の載置表面を含み、前記載置表面に対して複数の接点ピンが表側に延び、
    前記試験インターフェース・モジュールが、前記レシーバ・モジュールの前記表側の載置表面に隣接して位置決め可能であり、前記試験インターフェース・モジュールが、被試験ユニットを支持するための支持表面を有し、その試験位置に試験対象の複数の電子部品を備え、前記支持表面が複数のばね接点を含み、前記ばね接点がそれに対応する接点ピンと関連付けられており、前記ばね接点が導電性のパッドおよび弾性的に変形可能な支持体を備え、
    前記導電性のパッドの少なくとも１つが、前記被試験ユニットが前記試験位置にある場合に前記電子部品のうちの関連付けられた部品と係合可能であり、前記導電性のパッドが、前記関連付けられた接点ピンから隔置された位置まで移動した載置位置と、前記載置表面の方に移動して前記関連付けられた接点ピンと電気的に接触する動作位置と、移動して関連付けられた接点ピンと電気的に連絡する動作位置との間で移動可能であり、
    前記変形可能な支持体が前記接点パッドを前記載置位置の方に弾性的に付勢し、それによって、前記電子部品と前記接点パッドと前記関連付けられた接点ピンとの間の電気的な連絡を実現するために、所定の閾値力が前記被試験ユニットに印加されたときに、前記導電性のパッドが前記載置位置から前記動作位置まで移動可能である、試験インターフェース・モジュール。
17. 前記変形可能な支持が略平面の変形可能な格子を含み、前記接点パッドが前記格子の略中心の部分に固定される、請求項１６に記載の試験モジュール。
18. 前記格子が複数のシリコーン支持部材を含む、請求項１６または請求項１７に記載の試験インターフェース・モジュール。
19. 前記格子が約２５〜２５０ミクロン、好ましく約７５〜１２５ミクロンの選択された長さおよび幅の寸法を有し、前記接点パッドが約２０〜１５０ミクロン、より好ましくは約３０〜５０ミクロンの選択された幅および長さの寸法を有する、請求項１７または請求項１８に記載の試験インターフェース・モジュール。
20. 前記試験インターフェース・モジュールが、前記レシーバ・モジュールと選択的に電子的結合／結合解除するように構成されたモジュール式の交換可能な構造を有する、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の試験相互接続システム。

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