JP6096995B1 - ケルビンブリッジを使用する集積回路（ｉｃ）テストソケット - Google Patents

Abstract

集積回路試験ソケットは、密集したコネクタを生じさせ、空間を節約するためにネスト化されるリンクを逆方向に回転することによってケルビンコネクタと使用するように適応される。コネクタは、チップと接触し、テスタにフォース信号及びセンス信号を伝達し、チップの実際の抵抗の測定を可能にするように形作られる。【選択図】図２

Description

本発明は、ＩＣ基板を有する集積回路を電気的に接続するソケットに関する。より詳細には、本発明は集積回路を試験するためのテストソケットを対象とし、テストソケットは標準的なＩＣ基板試験器具に優って精度を改善するためにケルビンブリッジ／コネクタを使用する。

集積回路試験器具は、製造ラインから取り除かれたチップの品質を試験し、評価するために長く半導体業界で使用されている。信号品位はチップの設計及び試験の重大な態様である。この目的を達成するためには、特定の所望されるレベルで集積回路リード線をその対応する負荷基板パッドに相互接続する接点の導電部分を通してインピーダンスを維持することが望ましい。設計の効果的なインピーダンスはいくつかの要因の関数である。これらは、伝導経路の幅及び長さ、導電性構造が作られる材料、材料の厚さ等を含む。

集積回路（ＩＣ）等のパッケージ化された又は成形された半導体デバイスの電気的特性を試験するとき、ＩＣの性能を評価する設備、つまりハンドラ及び負荷基板にＩＣを固定し、接続する特殊化したテストソケットを活用することが一般的である。テスタの負荷基板に試験されるチップの集積回路リード線を迅速に且つ一時的に接続するための多くの異なるテストソケットが考案されている。特に、自動化された試験装置はいくつかの係るソケットを使用する。典型的なソケット構成はＩＣのリード線と負荷基板との間に位置決めされる接点に影響するためにもたらされるフォースを使用して接点のプローブ先端を変形させ、負荷基板上のパッドと係合する。係る構成は被試験体（「ＤＵＴ」）のピン又はコンタクトパッドと試験装置の対応するリード線との間に確かな接続を提供する。この種の接続の例は、例えば、Ｒａｔｈｂｕｒｎに対する米国特許第６，４０９，５２１号及びＳｈｅｒｒｙに対する米国特許第７，７３７，７０８号に記載され、両方の教示及び内容は参照により完全に本明細書に組み込まれる。

内容が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，９１８，６６９号は、本発明者により考案されたテストソケットである。第’６６９号特許のソケットは、リンク機構が試験設備と接触できる上方に試験回路のコネクタを動かすために一意のリンク機構を使用する。このテストソケットは、回路自体にかかるフォースを削減しつつ、試験装置との良好な接触を保証する上で非常にうまくいくことが判明していた。そのテストソケットの構成部品は、リンクに弾力性を与え、費用効果が高く信頼できる方法で適切な接点を保証するエラストマ要素であった。円筒形のエラストマは接触リンクを定位置に保ち、リンクの弾力性はリンクのためのバネ機構のように働く。これがリンク上での垂直移動を可能にする。

大量生産されたチップはチップの機能及び限度を知っていることを必要とするので、精度は試験動作にとっては重大である。その理由から、試験の精度を改善するための方法がつねに検討されている。本発明は、特にＩＣチップの低圧環境で試験の精度を改善するためにケルビンコネクタを使用するテストソケットである。

本発明は、ケルビンブリッジを形成するためにケルビンコネクタを含む集積回路テストソケットを対象とする。ケルビンブリッジはホイートストンブリッジの改良であり、テストソケット上でケルビンブリッジ構成を形成するために必要とされる接点を達成する特別に形造られたコネクタとともに形成される。標準的な接触技術を用いると、試験開発エンジニアは信号送達システムからの進化する性能を必要とする。ケルビンコネクタ使用時の課題は、小さい表面積及び幾何学形状のため、１つの信号パッドに２つの接点を載せることである。典型的なＱＦＮパッケージは幅．２５ｍｍ ｘ 長さ．３５ｍｍであり、既存のばねプローブ技術は長い端縁に接点を形成するが、機械的且つ電気的な性能制限を有する。他の製造は並んだ接点を試しているが、より小さいピッチでの基板製作は費用効果が高くない。他の片持ち梁設計は長い信号経路を必要とし、それにより高い抵抗及びインダクタンスを必要とする。

本発明は上述の欠点を克服することができ、対向したリンクをネスト化することによって１つのパッドの上に２つの接点を得ることができる。片側に切欠きを付けることによって、リンクは互いに向かって逆方向に回転するが接触しない、ケルビン試験の要件。

本発明のこれらの特徴及び多くの他の特徴は、以下の説明及び図を参照することにより最もよく理解される。ただし、発明者の最良の形態が説明され、示されているが、本発明がいずれの特定の図面又は説明にも制限されるべきではないことが理解されるべきである。むしろ、当業者によって容易に理解されるだろう本発明の多くの変形形態があってよく、本発明が係るすべての変形形態及び変更形態を包含することが理解される。

ケルビンブリッジの概略図である。 ＤＵＴに結合されたケルビンコネクタを有するケルビンブリッジの概略図である。 テストケットの実施形態の立面斜視図である。 先行技術のコネクタシステムの部分的に切断された立面斜視図である。 本発明のコネクタシステムの部分的に切断された立面斜視図である。 図５のネスト化されたフォースリンク及びセンスリンクの拡大立面斜視図である。 チップと接触する前のネスト化されたフォースリンク及びセンスリンクの側面図である。 チップと接触後の図７のネスト化されたフォースリンク及びセンスリンクの側面図である。 フォースリンク及びセンスリンクの平面図である。

Ｗｉｌｌｉａｍ Ｔｈｏｍｓｏｎ、Ｌｏｒｄ Ｋｅｌｖｉｎにちなんでケルビンセンスとしても知られる４端子測定法は、非常に低い抵抗を測定するために使用される。２つのワイヤ接続はケルビン接続と呼ばれ、同時に単一の端子又はリード線にフォース及びセンスの組を接続するように設計された１組の接点が「ケルビン接点」と呼ばれる。図１は、電流が被試験体１４の抵抗Ｒ_ＤＵＴを測定するために１組の抵抗器Ｒ１、Ｒ２を通る２本のワイヤ１２で駆動力１０によって供給される、簡略化された回路図の説明図である。ブリッジはＲ３及びＲ４により形成され、ワイヤ１６はテスタ全体で電圧を測定するために被試験体１４に接続される。テスタの抵抗は電圧降下Ｖ_Ｄを測定することにより決定される。また、電流は被試験体１４への経路での電圧降下も生じさせ、測定でのこの電圧を回避するために、ワイヤの別個の組が被試験体１４に直接的に接続される。理想的には、インピーダンスはセンス経路上にごくわずかな電流があり、センス経路全体でごくわずかの電圧降下があるように高くなる。

図２は、ケルビンコネクタ３２を使用する測定セットアップを示す。テスタＣＰＵは、ＤＣ測定部３０にプログラミングされたフォース電圧を送信し、電圧Ｖ_ＭＥＡＳはテスタＣＰＵからのプログラム値から受け取られる。Ｖ_ＭＥＡＳの値は、プログラム値が観察されるように送達されたフォースを制御するためにフィードバックループに組み込まれる。電流はＤＣ測定部全体での電圧降下として測定され、この値はＣＰＵテスタに送達される。ケルビンコネクタ３２は、試験されるチップを据え付けるソケット３４に接続される。特殊コネクタ３６は、ＤＣ測定部３０にケルビンコネクタ３２を結合するために提供される。このセットアップは、被試験体の電気的に絶縁された、機械的に無関係な測定を提供し、任意の電流の流れで正確な電圧測定値を提供する。フォース経路のＲＣが各挿入でわずかに変わる他のシステムとは異なり、このセットアップでは、フォース経路のＲＣは排除されている。さらに、センス経路の抵抗は経路上の極小の電流の流れのために重要ではないと見なされる。時々、絶縁抵抗器は高速経路上のスタブが削減され、１０ＫΩが５０Ω環境で「開」のように見え、測定部にとって「短」のように見えるように経路に追加されてよい。

ケルビンコネクタは、低抵抗が存在するとき、特に値が１Ω以下であるときに測定の精度及び効率を改善する。また、電圧の増分が小さいアナログ／デジタル変換器又はデジタル／アナログ変換器等の高精度電圧フォース又は測定が使用されるとき。高電流負荷を受けた電圧測定もケルビンコネクタの使用から恩恵を受ける。ケルビンコネクタは、接触器でのより多くのプローブ（及びおそらくより高価なプローブ）及びより困難な基板レイアウト‐より多くのトレース、より細かいピッチ‐の必要性のために、当初非ケルビンコネクタよりも高価であることがある。その使用は、より多くのテスタ資源を必要とすることがあり、潜在的に試験時間を延長する。しかしながら、非ケルビンコネクタは、多くの場合量産のケルビンコネクタよりもはるかに高価であることがある。試験歩留まりを上に（伝えられるところでは、わずか数千の挿入に）保つためには、頻繁なプローブ清掃が必要とされ、非ケルビンコネクタは、テストセルが実行中にテストセル効率を（清掃のために下方に）著しく削減することがある。頻繁なプローブ交換が、試験歩留まりを上に、伝えられるところではわずか数万の挿入に保つために必要とされる。

図３は、内容が本明細書に組み込まれる米国特許第７，９１８，６６９号に概して説明されるタイプの集積回路テストソケット４０を示す。テストソケットの詳細は、簡略にするために本明細書では省略されている。テストソケット４０は、試験設備にテストソケットを取り付けるための４つの位置合わせ穴４２を有する概して正方形の外形を有する。テストソケット２０のプラットフォーム４４では、正方形の凹部４６が試験用の集積回路チップ（不図示）を受け入れるために形成される。複数の電気コネクタが、上記に参照された第’６６９号特許により詳細に説明されるように凹部４６の中に形成される。いったんチップが凹部４６に設置されると、テストソケット４０は、例えばハンドラワークプレスに設置され、集積回路を試験することを予期してハンドラで締着される。自動及び手動の両方ともの他の構成も本発明で可能である。

図４は、ＤＵＴを試験するために必要とされる接触を行うためにテストソケットと協調する電気コネクタを示す。テストソケット４０は、ＩＣから電気信号を受信し、信号の質、強度、及び他の特徴を評価できる試験設備の一部としてパッド（不図示）上に位置する。テストソケット４０の目的は、チップのコンタクトパッドからコネクタアセンブリ５２を介して下方の試験設備に信号を渡すことである。コネクタアセンブリ５２は、（図４に示されるように）ＩＣが存在しないスタンバイつまり切り離された位置と係合位置との間で枢動し、係合位置は、コネクタアセンブリ５２を通る、ＩＣと試験設備との間の完了した電気回路に相当する。ソケット４０の基部５４は、コネクタ５２の一部分が上面から出現できるようにする複数の長穴５６を有する。米国特許第７，９１８，６６９号に詳細に説明されるように、ＩＣが基部５４に設置されるとき、ＩＣのパッドはそれぞれ長穴５６を通って突出するコネクタアセンブリ５２の一部分と接触し、コネクタアセンブリ５２を係合位置に枢動させる。このようにして、ＩＣがテストソケット基部５４に設置されるとき、電気接点が確実に且つ自動的に確立される。

電気接続を確立するコネクタアセンブリ５２は、リンク部材６０及びマウント要素６２を有する二部分から成るアセンブリである。弾性環状部材５８は基部５４に収容され、切り離された位置でコネクタアセンブリ５２を偏らせるのに役立つ。マウント６２は基部５４に保持され、概して平面的な上面及び概して平面的な下面を含む。好ましい実施形態では、基部５４は、マウント６２が試験設備の中に伸長し、試験設備接触面を下方にわずかに埋め込むようにマウント６２をわずかに押し付けるような大きさに作られる。下面と上面との間には、わずかに上向きに傾いた向きを有する側面方向に開く空洞がある。空洞は、次いでリンク６０に向かって徐々に広がる開口部まで実質的に円形であり、空洞はその中にリンク部材の一部分を保持するような大きさにほぼ作られる。開口部の上縁は曲線状の指状の突出部を通って上面に移行する。同様に、開口部の下縁は突出するリップ部材を通って下面に移行する。リップ部材は、先端に対して上方に曲がる下縁を有する。

ＩＣが基部５４に対してもたれるようにされるとき、ＩＣの下面はリンク６０の突出するアーチ形の表面に接触し、弾性管状部材５８の偏りに逆らってリンクを下方に押し下げる。リンク６０はロッカーアームを介してマウントの回りで枢動するので、もたれるためにＩＣによりもたらされるこの下方へのフォースが、弾性部材５８の偏りに逆らってリンクを左回りに回転させる。リンク６０のこの回転は脚部部材が下方の試験設備としっかりと接触するまで続行する。追加の下方へのフォースは、接触の確実性を増強するためにマウント６２の空洞でロッカーアームにより印加される圧力を増すにすぎない。リンク６０のアーチ形の接触面を通して、及び負荷基板／試験設備のリード線（不図示）に埋め込まれ、固着されるマウント６２へのロッカーアームを通して、ＩＣのコンタクトパッドとの間の直接的な流路があるので、これは係合位置である。流路が確立されるので、信号は次いで従来のようにＩＣから試験設備によって処理できる。

図５で、単一コネクタアセンブリ６２は、１組のマウント７２ａ、ｂの間に位置する弾性管状部材５８を有する１組のマウント７２ａ、ｂで置換されている。各マウント７２ａ、ｂは、各マウントが別個の信号を運ぶようにソケット４０の下方で別々の基板パッドに接続される。図２に関して上述されるように、第１のマウント７２ａは「フォース」信号を運び、第２のマウント７２ｂは「センス」信号を運ぶ。フォースマウント７２ａはフォースリンク７４ａと協調し、センスマウント７２ｂはセンスリンク７４ｂと協調する。運転中、フォース信号は、フォースリンク７４ａを介して片側から信号パッドに導入され、対向したセンスリンク７４ｂは別個のパッドで装置によって調整された信号を受信する。これは、上述されたように被試験体の実際の抵抗の測定を可能にする。

図６は、弾性部材５８が明確にするために削除された状態でマウント７２ａ、ｂ及びリンク７４ａ、ｂの組を示す。各マウント７２は概して平面的な上面７８及び概して平面的な下面８０を含む。下面と上面との間には、わずかに上向きに傾いた向きを有する側面方向に開く空洞８２がある。空洞８２は、次いでリンク７４に向かって徐々に広がる開口部８４まで実質的に円形であり、空洞８２はその中にリンク７４の一部分を保持するような大きさにほぼ作られる。開口部の上縁は曲線状の指状の突出部８６を通って上面７８に移行する。同様に、開口部の下縁は突出するリップ部材８８を通って下面８０に移行する。リップ部材８８は、先端９２に対して上方に曲がる下縁９０を有する。

フォースリンク７４ａは３つの主要な構成部品を有する。ＩＣはリンク７４ａに下方へのフォースを印加し、リンク７４ａをマウント７２ａの回りで枢動させるので、第１の構成要素は、上方のＩＣとの転がり接触を可能にするように形作られる上縁に沿ったアーチ形の接触表面９６である。リンク７４ａの第２の構成部品は、球状の遠位端１００で終了するネック部分を有するロッカーアーム９８である。マウント７２ａの空洞８２及びロッカーアーム９８の球状の遠位端１００は、過度に揺れることなく制御されたやり方でマウントの空洞の中でのロッカーアームの平滑化枢動を可能にする相補的なサイズで作られる。リンク７４ａの第３の構成要素は、マウントの上部を平衡させるヒール１０２である。図７に示されるように、チップが存在しないとき、弾性部材は互いから離れて上方にマウントを回転する。接続アセンブリはＩＣチップの存在のために準備が完了しているので、これが切り離された、つまりスタンバイ位置である。チップ１４がコネクタアセンブリ上に設置されるとき、リンク７２ａ、７４ａは図８に示されるように互いに向かって回転し、接触はチップの電気接点７９とリンク７２との間で行われ、このことが、チップから試験器具に信号を中継するためにマウント７４、コンタクトパッド７１、及び試験器具６３を有する回路を完成する。フォースリンク７４ａはセンスリンク７４ｂを回避するために側面切欠き１１０を含み、センスリンク７４ｂはフォースリンク７４ａを回避するために側面切欠き１１２を含む。図７から図９に示されるように、２つのリンク７４ａ、ｂが回転するとき、切欠き１１０、１１２及びリンク７４ａ、ｂの間に存在する水平ギャップ１０８のために、いずれの点でも２つのリンク７４ａ、ｂは互いと接触せず、このことが図２で分かるように、ケルビンコネクタを使用するために必要である。本発明は、ソケット４０が試験器具に新しいリアルエステートを追加することなくケルビン測定を実施できるようにし、測定の精度を改善する。リンク７４ａ、ｂは、ＥＤＭ、押出し成形、機械、エッチング、３Ｄ金属印刷及び／又はスタンピングを介して作ることができる。

本開示は単に例示的であり、詳細、特にパーツの形状、サイズ、材料、及び構成で、本発明の範囲を超えることなく変更が加えられ得ることがさらに理解されるべきであることが理解される。したがって、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲の言語で定義され、上述された説明及び図面によっていかなるようにも制限されない。

Claims (5)

1. 基板に集積回路（ＩＣ）を電気的に結合するためのソケットであって、それにより信号がそこに送信され得、前記ソケットが、
   その上に前記集積回路を受け入れるための基部と、
   前記基部内に収容された細長い弾性管状部材と、
   下方の試験器具にフォース信号を送るための、前記細長い弾性管状部材の片側に配置された複数のフォースマウントであって、各フォースマウントが側面方向に開く空洞を含む、フォースマウントと、
   下方の試験器具にセンス信号を送るための、前記細長い管状部材の反対側に配置された複数のセンスマウントであって、各センスマウントが、各々のフォースマウントの側面方向に開く空洞の反対方向に位置合わせされた側面方向に開く空洞を含む、センスマウントと、
   前記集積回路と接触するために各フォースマウントと協調するフォースリンクであって、前記フォースリンクが、前記フォースマウントの側面方向に開く空洞内に配置されたロッカーアームを含み、それにより、前記フォースリンクが、前記ロッカーアーム及び側面方向に開く結合具において前記フォースマウントの回りで枢動し、各フォースリンクが前記細長い弾性管状部材によって切り離された位置で偏る、フォースリンクと、
   前記集積回路と接触するために各センスマウントと協調するセンスリンクであって、前記センスリンクが、前記センスマウントの側面方向に開く空洞内に配置されたロッカーアームを含み、それにより、前記センスリンクが、前記ロッカーアーム及び前記側面方向に開く結合具において前記センスマウントの回りで枢動し、各センスリンクが前記細長い弾性部材によって切り離された位置で偏る、センスリンクと、
   を備え、
   前記フォースリンクに対する下方へのフォースが前記センスマウントに向かって前記フォースリンクを回転させ、前記センスリンクに対する下方へのフォースが前記フォースマウントに向かって前記センスリンクを回転させ、前記フォースリンクと前記センスリンクとの間の間隔がつねに維持され、それにより、フォースリンクとセンスリンクとの間には接触がない、ソケット。
2. 前記フォースマウント及び前記センスマウントに接続されたケルビンコネクタをさらに備える、請求項１に記載のソケット。
3. 前記ケルビンコネクタが、前記集積回路の実際の抵抗を伝達する、請求項２に記載のソケット。
4. 前記フォースリンクが、前記センスリンクを回避するための側面切欠きを含む、請求項１に記載のソケット。
5. 前記センスリンクが、前記フォースリンクを回避するための側面切欠きを含む、請求項１に記載のソケット。

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