KR102591452B1

KR102591452B1 - 이중 각도 공동을 갖는 집적 회로 디바이스 테스트 툴링

Info

Publication number: KR102591452B1
Application number: KR1020210098773A
Authority: KR
Inventors: 나세르 바라비; 옥사나 크라이셰크; 조븐 알 티엔조; 치 와 호
Original assignee: 에세, 아이엔씨.
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2021-07-27
Publication date: 2023-10-18
Also published as: JP2022054391A; JP7183512B2; US20220099733A1; US11293976B1; CN114252755A; TW202212835A; KR20220041716A; TWI772038B

Abstract

패키징된 집적 회로(IC) 디바이스를 테스트하기 위한 테스트 프로브 조립체는 복수의 프로브, 패드 및 PCB/인터포저를 포함한다. 복수의 프로브는 순응력 하에 있을 때 대응하는 복수의 DUT 접점과의 신뢰성있는 전기적 접촉, 예를 들어 신뢰성있는 접지를 반복적으로 유지하도록 구성된다. 신뢰성 및/또는 접지는 상부 블록의 보어 축과 메인 블록의 보어 축 사이에 작은 각도 차이를 도입함으로써 달성될 수 있다.

Description

이중 각도 공동을 갖는 집적 회로 디바이스 테스트 툴링{INTEGRATED CIRCUIT DEVICE TEST TOOLING WITH DUAL ANGLE CAVITIES}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2020년 9월 25일자로 출원된 미국 가출원 제 63/083,575 호(사건 번 ES-2001-P)에 대한 이익 및 우선권을 주장하며, 이 문헌은 그 전체가 이러한 인용에 의해 본원에 포함된다.

기술 분야

본 발명은 패키징된 집적 회로(integrated circuit; IC) 디바이스에 대한 신뢰성있는 테스트 툴링(test tooling)을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, IC 디바이스 테스트 툴링을 위한 개선된 접지 프로브 구조체가 제공된다.

패키징된 IC 디바이스에 대한 현재 테스트 소켓팅(test socketing) 해결책은 수명 사이클 마모 및 인열 응력으로 인해 접촉점의 관통 능력 및 따라서 전기적 연속성에 있어서의 편차 및 불일치를 겪게 되었다. 이러한 불가피한 영향은 무효한 테스트 실패, 보다 높은 재테스트 비율, 보다 높은 테스트-툴링 정지시간(down-time) 및 결과적인 보다 높은 IC 디바이스 테스트 비용을 계속해서 유발하고 있다. 특히, 많은 가전제품에서 작동 주파수가 수백 메가헤르츠로부터 수 기가헤르츠까지 급격히 증가함에 따라, 테스트 소켓팅 해결책의 측면은 훨씬 더 중요해지고 있다. 대부분의 신호 연결은 프로브 조립체가 마모됨에 따라 도입되는 직렬 저항의 열화를 견딜 수 있지만, 접지 전류는 신호 연결 사이의 누화(crosstalk) 및 신호 왜곡을 유발할 수 있기 때문에, 접지 연결은 직렬 저항 도입에 대한 내성이 훨씬 낮다.

일반적으로, IC 디바이스 테스트 환경, IC 디바이스 연결 층 품질, 오염 및 산화 민감성, 및 저비용 IC 디바이스에 대한 경제적 압력과 같은 다른 부정적인 영향을 미치는 요인에 따라, 수명 사이클이 전형적으로는 실제로 100,000 내지 500,000에 도달할 수 있으므로, 기존의 IC 디바이스 테스트 툴링의 소유 비용(cost of ownership; CoO)은 높은 상태로 유지된다.

IC 디바이스를 테스트하기 위한 테스트 툴링의 접촉 프로브(contact probe)는 일반적으로 전도성 금속 및 금속 합금, 예컨대 BeCu, 황동 및 강철 합금으로 제조된다. 특정 응용에 따라, 이러한 접촉 프로브는 또한 금, 이리듐, 니켈, 팔라듐 및 코발트와 같은 적합한 전도성 재료로 코팅 및/또는 도금될 수 있다.

그러나, IC 디바이스의 반복적인 테스트 동안, 예를 들어 100,000 테스트 사이클 후에, 테스트 툴링의 이러한 접촉 프로브는 테스트 대상 IC 디바이스에 대한 반복적인 연결 및 분리에 의해 지속적으로 영향을 받았을 것이다. 결과적으로, 접촉 프로브는 종종 도금된 전도성 층 박리, 금속 산화, 이물질 접착의 결과로서 접촉 열화에 처해져서, 실질적인 접촉 능력 저하로 이어진다. 신호 연결은 소전류가 수반되는 경우에 회로 내로의 저항의 도입을 허용할 수 있지만, 공유 접지 연결과 같은 고전류 흐름 영역은 심각한 문제를 나타낸다. 디바이스 내의 다른 곳에서 흐르는 전류에서 기인하는 신호 전압의 잘못된 인가를 설명하는 기술 용어인 접지 루프(ground loop)를 회피하기 위해서는, 공유 접지 연결에서 의도치 않은 저항 추가가 발생하지 않는 것이 중요하며, 이는 이에 의해 입력 신호가 변화되기 때문이다.

또한, 전술한 IC 디바이스의 반복적인 연속 테스트 후에, 테스트 툴링 접촉 프로브의 관통 능력은 또한 대응하는 접촉 프로브 본체 또는 칼럼(column)에 의해 수용된 스프링 또는 탄성 요소에 의해 생성되는 고유의 순응력(compliant force)의 상당한 손실에 의해 영향을 받는다. 이러한 문제는 IC 디바이스의 접촉 피치 크기가 예를 들어 1.27 ㎜로부터 0.2 ㎜ 이하로 감소됨에 따라 악화된다.

따라서, 반복 테스트 후에 IC 테스트 툴링의 접촉 프로브를 접지하기 위한 신뢰성 개선에 대한 긴급한 요구가 존재한다는 것이 명백하다. 이러한 개선된 접촉 프로브는 접촉 프로브의 고장 또는 상당한 열화와 연관된 IC 테스트 툴링의 어떠한 불필요한 정지시간도 없이, 장기간 동안의 계속 축소되는 IC 디바이스의 신뢰성있는 테스트를 가능하게 한다.

전술한 것을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 패키징된 고속 집적 회로(IC) 디바이스의 신뢰성있는 테스트를 위한 시스템 및 방법이 제공된다.

일 실시예에서, 테스트 프로브 조립체는 패키징된 집적 회로(IC) 디바이스를 테스트하도록 구성된다. 테스트 프로브 조립체는 복수의 프로브(핀)와, 테스트 프로브 또는 핀이 일 측부에서 테스트 장비에 연결될 수 있게 하는 종단 패드 인터포저(termination pad interposer)와, 테스트 대상 디바이스의 반복 가능한 정렬을 보장하는 도킹 구성요소(docking component)를 포함한다. 복수의 프로브는 순응력 하에 있을 때 테스트 대상 디바이스(Device Under Test; DUT) 상의 대응하는 복수의 접점과의 신뢰성있는 전기적 접촉을 반복적으로 유지하도록 구성된다. 인터포징 패드(interposing pad)는 복수의 프로브에 대한 기계적 및 전기적 결합을 제공하고, DUT에서 신호를 전송 및 수신하는 데 사용되는 다양한 테스트 장비를 케이블 연결하기 위한 종단 지점을 추가로 제공한다.

일부 실시예에서, 테스트 프로브 조립체는 복수의 프로브를 수용하기 위한 상부 블록, 메인 블록 및 하부 블록을 포함한다. 메인 블록은 테스트 프로브 조립체의 수직축에 대해 제 1 예각으로 배향된 복수의 메인 경사 프로브 공동을 포함하는 한편, 상부 블록은 수직축에 대해 제 2 예각으로 배향된 복수의 상부 경사 프로브 공동을 포함한다. 제 1 예각과 제 2 예각은 작은 델타 각도만큼 서로에 대해 오프셋되어 있다.

전술한 본 발명의 다양한 특징은 단독으로 또는 조합하여 실시될 수 있다는 점에 주목하자. 본 발명의 이들 특징 및 다른 특징은 본 발명의 상세한 설명에서 하기 도면과 관련하여 하기에서 보다 상세하게 설명될 것이다.

본 발명이 보다 명확하게 확인될 수 있도록, 이제 일부 실시예가 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다:
도 1a는 전형적인 고밀도 테스트 지그를, 보다 용이하게 보이도록 크게 확대하여 도시한 평면도이고;
도 1b는 도 1a에 도시된 전형적인 테스트 프로브 세트의 일부 세그먼트의 대표적인 도면을 도시하고;
도 2a는 접지 문제를 이해하는 것을 돕기 위한 간단한 회로의 개략도를 도시하고;
도 2b는 도 2a에서 상세하게 설명된 문제에 대한 대표적인 해결책을 도시하고;
도 3a는 고주파수에서의 부적절한 접지의 예시적인 평면도를 도시하고;
도 3b는 상승된 주파수에서의 올바른 접지 전략의 단면도를 도시하고;
도 4는 설명된 테스트 지그를 제조하는 데 사용되는 유형을 나타내는 단일의 대칭적인 누름 가능한 접촉 핀 조립체의 기본 평면도를 도시하고;
도 5a는 테스트 시스템의 일부 요소의 단면도를 도시하고;
도 5b는 도 5a의 해당 부분 도시의 상세도이고;
도 6은 본 발명에 따른 예시적인 테스트 지그의 일 실시예에 대한 개선된 성능 레이아웃을 도시하며;
도 7은 도 6에 도시된 실시예의 이점을 나타내는 그래프이다.

이제, 본 발명은 첨부 도면에 도시된 바와 같은 본 발명의 여러 실시예를 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 하기의 설명에서는, 본 발명의 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해 많은 특정 세부사항이 기술되어 있다. 그러나, 당업자에게는 이러한 특정 세부사항의 일부 또는 전부 없이 실시예가 실시될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 다른 경우에, 잘 알려진 프로세스 단계 및/또는 구조는 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 상세하게 설명되어 있지 않다. 실시예의 특징 및 이점은 하기의 도면 및 논의를 참조하여 보다 잘 이해될 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예의 양태, 특징 및 이점은 첨부 도면(들)과 관련한 하기의 설명과 관련하여 보다 잘 이해될 것이다. 본원에 제공된 본 발명의 설명된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것일 뿐이며, 단지 예로서 제시된 것이라는 것이 당업자에게 명백해야 한다. 본 설명에 개시된 모든 특징은, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 동일하거나 유사한 목적을 제공하는 대안적인 특징으로 대체될 수 있다. 따라서, 많은 다른 실시예 또는 그 변형예는 본원에 규정된 바와 같은 본 발명 및 그 균등물의 범위 내에 있는 것으로 고려된다. 따라서, 예를 들어 "~할 것이다(will)", "~하지 않을 것이다(will not)", "~해야 한다(shall)", "~하지 않아야 한다(shall not)", "~해야 한다(must)", "~하면 안 된다(must not)", "먼저", "처음에", "다음에", "이후에", "전에", "후에", "마지막으로" 및 "최종적으로"와 같은 절대적 또는 순차적 용어의 사용은 본원에 개시된 실시예가 단지 예시적이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 여겨지지 않는다.

본 발명은 패키징된 집적 회로(IC) 디바이스를 위한 신뢰성있는 테스트 툴링의 개선된 접촉 프로브를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 명세서에 설명된 유형의 프로브는 통상적으로 전원 공급장치, 신호 소스 또는 발생기, 데이터 수집 장비 및 분석 장비를 흔히 포함하는 복잡한 테스트 장비 세트가 다수의 연결부를 갖는 집적 회로에 연결될 수 있게 한다. 테스트 장비는 임의의 테스트 프로브 조립체에 하드와이어링(hard-wiring)될 수 있지만, 테스터의 최신 구현예는 일상적으로 장비를 종단 플레이트 또는 보드, 인터포징 패드에서 종단시키고, 다음에 이것이 프로브를 포함하는 조립체에 부착된다. 이러한 방식으로, 프로브 조립체를 구성하는 핀의 일 단부가 종단 보드에 결합되고 타 단부가 테스트 대상 디바이스에 연결할 준비가 된다. 명심해야 할 중요한 측면은 자동화된 테스트 장비가 매우 많은 수의 디바이스를 테스트하도록 의도되고, 그래서 반복적인 연결 및 분리가 기본 디자인 고려사항이라는 점이다.

반복적인 연결 및 분리는 연관되는 프로빙 스테이션에서의 핀 조립체에 대한 마모를 수반하고, 이러한 마모의 결과는 DUT에 대한 연결 품질의 가변성을 야기한다는 것이다. 열화는 문제가 되며, 이는 그 결과 테스트되는 부품의 부적절한 거부(rejection)가, 특히 현대의 고밀도 기술의 경우, 비용에 심각한 영향을 미치기 때문이다. 연결 밀도는 약 0.020" 또는 약 0.8 ㎜ 이하로부터 0.5 ㎜에 이르기까지의 상호 연결 피치가 일상적으로 나타난다는 점에서 주목할만하다. 물론, 실제 핀 레이아웃 및 핀 밀도의 분포는 테스트될 개별 구성요소에 의해 좌우된다. 접촉 핀을 포함하는 프로브 조립체와 별도로 테스트 장비를 위한 종단 보드를 구성함으로써, 핀이 마모되기 시작할 때 또는 계획된 유지보수 스케줄에 따라 프로브 조립체를 효율적으로 변경하고, 그에 따라 테스트 장비에서 계획되지 않은 생산 손실을 회피하는 것이 실현 가능해지며; 프로브 조립체와 인터포징 패드 사이의 연결은 새로운 프로브 조립체가 오래된 마모 부품의 교체품으로서 위치되는 경우에만 변경된다는 점이 주목된다. 언급된 바와 같이, 본 발명의 목적은 접촉 핀 및 그 장착 지그를 포함하는 조립체의 성능을 개선할 뿐만 아니라, 핀 자체의 성능을 연장시키기 위한 메커니즘을 제공하는 것이다.

논의를 용이하게 하기 위해, 도 1a는 테스트용의 예시적인 고밀도 부품에 대한 핀(프로브) 레이아웃의 평면도이고, 도 8 및 도 9에 나타낸 실제 테스트 결과를 예시하는 데 유용하다. "사이트 A" 및 "사이트 B"로 각각 표시된 좌측 및 우측에는 본 발명에 따른 다양한 실시예의 기준 표준 핀 및/또는 테스트 핀을 포함하는 핀(프로브) 구성체가 각각 수용되어 있다는 점에 주목해야 한다. 예시적인 테스트 지그에 있어서의 전형적인 핀 간격은 지그의 전형적인 세그먼트의 이러한 간단한 도시에서 대체로 0.5 내지 0.8 밀리미터임에 주목하자.

도 1b는 높은 핀 밀도를 갖는 IC 테스트 지그의 일부 부분을 나타내는 평면도이다. 여기서, 테스트 지그의 벌크(bulk) 또는 본체(100)는 전형적으로 알루미늄 피스를 기계가공하여 상부면과 하부면을 정렬시키고 연결 핀 또는 프로브가 삽입될 수 있게 하는 구멍을 형성함으로써 제조된다. 동일한 물리적 프로브 또는 핀 조립체가 임의의 구멍 위치에서 사용될 수 있지만, 주어진 응용에서 기능은 3개의 유형, 즉 전압과 같은 전원 연결과, 접지 연결과, 신호 입력 또는 출력 연결 중 하나로 나누어질 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 신호 입력부(110)는 이웃하는 접지 연결부(120)와 나란히 도시되고, 전원 입력부(130)는 또한, DUT의 신호 출력부(140)와 마찬가지로, 접지 또는 리턴 연결부(120)에 인접하여 있다.

단순한 시스템에서는 단일 전원 연결부 및 단일 공유 접지 연결부만이 존재하는 것이 일반적이다. 그러나, 입력 회로가 매우 민감하고 출력 회로가 상당한 양의 전력을 인출하는 시스템 및 회로에서, 이들 사이의 상호 작용은 큰 관심사일 수 있다. 이러한 문제는 일반적으로 입력 회로가 출력 회로와 적절하게 격리되어 있음을 확인함으로써 해결된다. 실제로, 제조업체가 올바른 작동을 보장하기 위해 따라야 하는 제안된 인쇄 배선 레이아웃을 통해 지침을 발간할 정도로 어려움이 심각할 수 있다. 두 가지의 통상적인 관심사는 사용 시의 디바이스의 고전류 및 저전류 부품 사이의 전류 경로의 공유와, 신호 반사의 영향을 최소화하도록 적절하게 설계 및 라우팅(routing)되어야 하는 고속 전송 라인이다. 전류 경로의 신중한 선택에 대한 동일한 주의가 아날로그 및 디지털 회로가 모두 존재하는 디바이스에도 적용된다. 본 발명에서는, 전류 경로를 라우팅할 때 부적절한 접지의 결과로서 일어나는 공통 모드 문제에 특히 관심이 있다.

간단한 예로서, 오디오 시스템의 경우에 대부분이 익숙한 2개의 피드백 소스를 고려하자. 전형적으로 시끄러운 비명으로서 인식되는 "주위 하울링(howl around)"은 통상적으로 라우드스피커(loudspeaker)로부터의 음향 신호가 수신된 후에 마이크로폰 회로에 의해 다시 증폭됨으로써 유발된다. 강당의 음향 특성 및 증폭 시스템의 주파수 응답이 이러한 특성을 결정할 것이다. 이것은 전형적으로 증폭기의 게인(gain)을 감소시키거나 강당에 흡수성 커튼(absorbent drape)을 걸어서 음향 반사의 일부를 감쇠시킴으로써 간단히 대처된다. 그러나, 두 번째의 일반적이고 성가신 문제는, 마이크로폰으로부터가 아니라, 마이크로폰 전류 외에 다른 전류가 인출되는 접지 연결부, 즉 "접지 루프(ground loop)"로부터의 전압 변동을 마이크로폰 회로가 검출함으로써 유발되는 시스템의 잔류 험(residual hum)이다. 일반적으로, 배선 레이아웃이 원인인 경우가 많으며, 그러면 이것은 이러한 "험"을 감소시키거나 제거하기 위해서는 변경되어야 한다. 접지 루프의 추가적인 영향은 출력이 거칠거나 불쾌하게 들리도록 인가된 신호를 왜곡하는 것이다.

이제, 접지 루프 문제에 대한 설명으로, 간단한 오디오 증폭기가 도시된 도 2a의 회로를 살펴보자. 이러한 예에서, 증폭기(200)는 전도체(245)를 통해 전원 공급장치(205) 및 접지 리턴부(240)에 연결된 것으로 도시되어 있으며; 단일-접지 시스템에서 접지 리턴부가 전원 공급장치의 음극에 대한 연결 지점이 되는 것이 일반적이다. 출력부는 전도체(245)를 통해 접지에도 연결된 라우드스피커(210)를 구동하고, 마이크로폰(220)은, 또한 전도체(245)를 통해, 입력부와 접지 사이에 연결된다. 그러므로, 전도체(245)에 흐르는 전류는 라우드스피커 회로에 의해 인출될 수 있는 전류(250) 및 마이크로폰에 의해 생성된 전류(255)와 함께, 디바이스를 실행하도록 인출되는 증폭기 전류(253)로 구성된다. 마이크로폰 입력을 지시하는 데 사용되는 지점(247)에서 측정된 전압은 전도체(245) 저항 "R"이 0이 아니기 때문에 실제 접지(240)와 동일하지 않으며; 이러한 전압은 실제로 인가된 마이크로폰 신호로부터, 전도체에 흐르는 3개의 전류(250, 253, 255)의 합과 전도체의 저항의 곱인 전압을 뺀 것이고, 오디오 신호를 증폭할 때의 다양한 시간에서 증폭기 소비의 변화로 인해 가변 전압이 될 것이다. 그러므로, 증폭기 입력 전압(235)은 인가된 마이크로폰 전압(230)과 상이할 것이다.

증폭기에 의해 인출된 전류와 라우드스피커에 의해 인출된 전류는 마이크로폰에서 생성되는 신호에 따라 달라지고, 마이크로폰 신호가 지점(247)에서 결과적인 변동에 의해 변화되기 때문에, 시스템은 이러한 2개의 신호의 조합을 증폭시킬 것이다. 이것은 라우드스피커로 전달되는 신호 버전이 마이크로폰으로부터 의도된 신호의 왜곡된 버전이 된다는 것을 의미한다. 이것이 시스템의 접지 부분에서 발생한다는 사실은 용어 "접지 루프"를 초래하지만, 엄밀하게는 루프가 아닐 수 있다. 중요한 측면은 공유 접지 연결이 시스템 응답을 변경하는 상당한 노이즈 또는 간섭을 초래할 수 있다는 것이다. 이 문제에 대한 해결책은 전류 경로를 공유함으로써 유발되는 신호의 조합이 아니라 마이크로폰 신호만이 증폭기에 의해 감지되도록 하는 것이다.

도 2b는, 이제 전원 및 라우드스피커 접지 리턴부(245)와 분리된, 증폭기에 대한 접지로의 마이크로폰 리턴부(243)를 도시한다. 이러한 경우에, 마이크로폰 신호에 대한 기준은 240에서의 접지 전위에 있고, 245에서의 전류 흐름에 더 이상 의존하지 않는다. 이것은 테스트 지그의 접지 연결부가 독립적이고 신호 경로 내에 원치 않는 왜곡을 유발할 수 있는 공유 경로에 의존하지 않는 것을 선호함을 나타낸다. 특징적으로, 디지털 디바이스에서의 이러한 범주의 왜곡은 인가된 신호 펄스의 왜곡으로 인해 신호 레벨이 필요한 시간 사양 내에서 달성되지 않았기 때문에 DUT가 오동작하는 것으로 보이는 타이밍 지터(timing jitter)로서 종종 나타난다.

논리 영(0)이 부품에 대한 공급 전압(일반적인 스타일의 사양 시트에서의 V_cc 또는 V_dd)의 약 1/3보다 낮고 논리 일(1)이 공급 전압의 2/3 초과의 전압인 논리 시스템과 같은, 신호가 비교적 높은 레벨인 시스템에서 테스트되는 DUT를 참조하면, 노이즈 레벨은 일반적으로 크게 중요하지는 않다. 그러나, 공급 전압이 매우 낮고(예를 들어 1.1 내지 1.8 볼트 부근) 전류가 테스트 지그의 연결 핀에서 전압 기준점을 오프셋하기에 충분할 수 있는 시스템에서, 결과적인 노이즈는 부품에 제공되는 논리 레벨의 불확실성을 도입할 수 있다. 이것은 전술한 바와 같은 오디오 증폭기 시스템에서의 "험"의 문제와 유사하다. 빈번한 간섭 소스가, 민감한 입력에 대한 기준 연결로서 사용되는 경로를 따라 전류가 흐를 수 있게 하는 시스템의 부적절한 접지라는 것을 알기 때문에, 신중한 해결책이 요구된다. 덜 일반적인 다른 관심사는, 근처 이미터로부터 방사된 노이즈가 입력 라인에 나타나게 하고 입력 증폭 단계의 기준 전압을 오프셋하도록 일부 방식으로 정류되게 하는 정전기 실드(electrostatic shield)(예를 들어, 실드 케이블의 편조)의 부적절한 접지이다.

현대의 고속 집적 회로에서 볼 수 있는 것과 같은 고주파수 프로브 시스템에서, 간단한 해결책은 일반적으로 명확하지는 않다. 테스트 주파수의 매우 짧은 파장 때문에, 전류 경로 사이의 물리적 거리가 인가된 신호의 파장의 상당한 부분인 것에서 기인하는 간섭을 방지하기 위해서는 양호한 품질의 접지가 필수적이다. 그러면, 이것은 신호 연결부에 근접하고 테스트 지그의 다른 개념적으로 접지된 지점에 의존하지 않는 접지 연결부를 필요로 하며; 여기서는 직류 테스트가 다양한 접지 지점이 동일한 전위에 있는 것을 나타낼 수 있지만, 이것이 작동 주파수에서는 거의 해당되지 않는다는 점에 주목하자. 실제로, 무선 주파수에서, 전원 공급 전류의 목적을 위해 접지 전위에 있는 동안 작동 주파수에서 개방 회로인 것으로 보이는 구조를 제공하는 것은 간단하다.

접지 지점 사이의 거리는 디바이스 기술의 지속적인 발전에 따라 경험하는 보다 높은 테스트 주파수에서의 파장의 상당한 부분 또는 심지어 배수가 될 수 있기 때문에, 테스트 대상 디바이스에 대한 접지 경로 또는 복귀부에서의 전류 흐름에서 기인하는 노이즈를 최소화하기 위해, 접지 경로를 가능한 한 짧게 유지하도록 하는 것이 중요하다. 경로 길이 최소화의 일 예는 다수의 비아(vias)(회로 기판의 일 측면의 대부분을 덮는 접지 평면에 연결되는 전도성 도금 구멍)가 신호 경로 전도체에 근접하게 위치되어 접지 전류가 이동해야 하는 거리를 감소시키는 대부분의 고주파 인쇄 회로 디자인에서 볼 수 있다.

실제 접지 지점이 의도한 접지로부터 1/4 파장 떨어져 설정된 경우인 도 3a를 고려하자. 트랜지스터(305)의 이미터는 일부 주파수에서의 1/4 파장 길이인 전도성 요소(310)를 통해 직류 접지(320)에 연결된다. 이러한 경우에, 실제 접지로부터의 전류가 여전히 트랜지스터에 도달하여 트랜지스터가 작동을 위해 바이어싱되게 할 수 있더라도, 해당 주파수에서, 트랜지스터는 접지가 아니라 개방 회로를 인식할 것이다. 전형적인 영향은 회로가 제어할 수 없게 진동하는 경향을 나타낼 수 있지만, 물론, 특정 주파수에서 거리를 반파장으로 만들어서 유효한 접지가 해당 특정 주파수에서만 이용 가능하게 하는 것과 같이 이러한 영향을 유리하게 사용할 수 있는 예들이 또한 있으며; 이것은 필터가 생성될 수 있는 방법이다. 실제 접지 지점의 위치가 불확실한 이러한 범주의 문제는, 연결 층이 회로 기판의 일 측면에 있고 다른 측면이 거의 전체적으로 실제 신호 접지를 나타내는 전도성 층인 양면 회로 기판을 사용하는 주된 이유이다. 실제 회로에 따라, 접지는 기판의 특정 영역에서만 연속적일 수 있으며, 부품은 기판의 이러한 개념적인 접지측에 연결될 수 있으며; 복잡한 배열에서, 전원 공급 및 접지 연결부는 샌드위치 배열로 매립되고, 구성요소 연결부만이 기판의 어느 하나의 물리적 측면에서 액세스 가능하게 되어 있을 수 있다.

이제 도 3b로 이동하면, 도 3a의 도시의 단면도가 도시되어 있으며, 여기서 전도성 층(325)이 기판 층(340) 아래에 추가될 수 있으며, 도 3a의 세부사항, 즉 요소(310)에 부가하여, 접지가 요소(310)의 단부에 있는 연결 지점에서 보다 정확하게 나타나고 주파수 의존 요소에 의해 더 이상 변위되지 않도록 접지 층(325)에 연결된 전도성 링크(315)가 제공된다. 선(322)은 도 3a에서 요소(310)가 연결되는 접지 스트립(320)의 상부 에지를 나타낸다. 이러한 이해는 이제 테스트 지그가 고속의 저전압 집적 회로의 테스트와 같은 중요한 응용을 위해 개발될 때 발생하는 접지 문제에 대한 해결책을 공식화하는 데 사용될 수 있다.

테스트 대상 디바이스(DUT)에 단독으로 고주파 신호를 전달해야 하는 테스트 지그가 요구되는 경우, 테스트 고정구(test fixture)가 소수의 핀만을 사용하여 비교적 간단한 접지 연결부를 허용하는 것은 일반적이다. 일부 테스트 응용은, 신호 충실도를 유지할 뿐만 아니라, DUT로 그리고 DUT로부터 전달되는 다른 신호로부터의 격리를 제공하기 위해, 그리고 신호의 의도치 않은 반사로 인한 신호 왜곡을 감소시키도록 임피던스 매칭(impedance match)을 유지하기 위해, 신호 및 접지 연결 모두가 DUT에 제공되는 것을 필요로 하기 때문에, 잘-조절된 접지가 가능하도록 고밀도의 핀이 제공되어야 한다.

도 4는 4개의 부품으로 구성된 전형적인 테스트 핀을 도시한다. 2개의 테스트 핀(410a 및 410b)은 전도성 인클로저(conductive enclosure)(480) 내에 설정되고, 압축 스프링(420)이 핀을 이격시켜 유지하는 데 사용된다. 핀은 테스트 대상 부품과 반복적으로 접촉하기 때문에, 내구성있는 재료(hard wearing material)로 제작되고, 양호한 전도성을 보장하기 위해 금, 팔라듐 또는 유사물과 같은 적합한 재료로 도금될 수 있다. 일부 구현예에서는 핀이 양 단부에서 동일할 수 있지만, 항상 그런 것은 아닐 수 있다. 이들 부품은 정밀 부품이고, 일반적으로 스프링을 통한 전도뿐만 아니라 외부 쉘(480)을 따른 전도에 의존한다. 마모 표면은 이러한 접촉 핀의 수명을 연장하도록 처리될 수 있지만, 설명되는 바와 같이, 테스트 지그의 신중한 디자인은 이것에 유익한 영향을 미칠 수 있다. 특정 응용에서, 쉘(480)의 외부면은 조립된 지그의 일부로서 핀 및 그것의 여러 인접물(neighbor)을 위치시키는 데 사용되는 블록으로부터 쉘을 전기적으로 절연시키도록 부동태화될 수 있다. 외부면과 블록 사이의 전도성이 필요한 경우, 별도의 처리를 필요로 하지 않고 내식성이 있는 재료가 선택될 수 있다.

도 5a는, 단순히 핀 인터페이스의 장비측에서 종단되고 핀 구조체가 최소한의 영향을 미칠 것이라고 기대하기보다는, DUT 자체에 대해 시종일관 신호 및 복귀 또는 접지 연결 모두를 유지하는 전형적인 테스트 지그의 일부의 단면도를 도시한다. 특히 매우 작은 신호가 고려되는 시스템에서, 핀에 의해 제공되는 직렬 저항이 테스트의 중요한 측면이 될 수 있고, 이것이 일관되고 이상적으로는 최소화되는 것이 필수적이라는 것이 이해될 것이다. 접지 경로는 종종 공유 전류 경로이기 때문에, 상당한 직렬 저항의 존재는 그에 상응하여 바람직하지 않지만 상당한 전압 강하가 생성될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 저항의 불일치는 예측 불가능하거나 재현 불가능한 테스트 결과를 초래할 수 있으며, 이는 결국 테스트 동안에 중요한 구성요소를 잘못 특성화할 수 있다. 일부 응용은 구성 또는 조립 후에 보수될 수 없기 때문에, 디바이스의 정확한 테스트 및 특성화는 낭비를 회피하기 위한 제조 프로세스의 핵심 포인트이다.

예로서, 신호는 정합 연결 보드(도시되지 않음) 또는 기판 상의 패드(515)까지의 예시적인 동축 케이블(520)에 의해 테스트 지그로 전달되고, 패드는 정합 연결 보드 또는 기판 상에 인쇄되거나 장착된다. 이것은 응용에 매칭되도록 기판 및 패드 재료를 선택하고 기존의 인쇄 회로 기판 기술을 사용하여 달성될 수 있다. 다양한 테스트 전압 및 신호가 DUT에 인가될 수 있도록 이들 테스트 전압 및 신호를 전달하는 케이블이 종단되는 이러한 캐리어 또는 연결 보드가 테스트 지그 조립체와 접촉하여 배치되는 경우, 핀(505 및 510)은, 통상적으로 스프링 압력에 의해, 압축되고 패드와 접촉한 상태로 유지된다.

개별 핀 조립체의 도시가 참조를 위해 도 4에 도시되어 있다. DUT(540)는 관련 핀이 DUT의 연결 지점(550)과 접촉할 수 있도록, 연결 패드(515)를 지지하는 연결 보드로부터 지그의 반대측에 위치되며, 연결 지점 배열은 도 5a에 도시된 바와 같이 테스트 지그의 접촉 핀의 레이아웃을 설정한다. 이러한 부분적인 도시에서, 접촉 핀 조립체의 본체(525)는 주로 메인 위치설정 블록(535)에 수용된다. 핀 조립체가 삽입되는 메인 위치설정 블록의 구멍은 핀 하우징과 이러한 블록 사이에 매우 내구성있는 절연 또는 연결 층을 형성하도록 양극산화, 도금 또는 화학적으로 처리될 수 있다.

이러한 메인 위치설정 블록은 본질적으로 대부분의 경우에 신호 접지와 동일할 수도 있는 공급 접지 전위에 있지만, 주파수가 증가함에 따라, 후자는 사실이 아닐 수 있으며, 그러므로 신호 접지의 품질을 보장하는 것이 제공되어야 한다. 일 구현예에서, 장착 블록은 안전 접지에 대해 상승된 전위로 유지되고, 이것을 용량성 또는 공진 결합 구조체를 사용하여 관심 주파수의 신호 접지에 결합하는 것이 제공된다. 핀 하우징과 블록 사이의 간극 거리는 디자인 요구사항에 따라 선택될 수 있다. 이것은 양극산화 층이 단지 수 미크론 두께이기 때문에 신호 주파수에서 낮은 임피던스 경로를 형성할 수 있거나, 핀 하우징이 동축 구조의 중심 전도체를 형성하도록 상당한 공극이 있을 수 있다. 하우징은 핀 하우징과 블록 사이에 양호한 전도성 경로를 형성하도록 처리될 수 있다.

도 5a에 도시된 예로서, 중앙 핀(510)은 신호 핀이고, 양측의 2개의 핀(505)은 동축 급전부(coaxial feed)(520)의 외부 전도체에 전적으로 의존하는 것을 선호하여 신호 접지보다 많을 수 있는 DUT를 위한 접지 연결부이다. 이러한 핀의 외부 쌍의 끼워맞춤은 꼭 끼워맞춤(snug fit)(용이한 압입 끼워맞춤(push fit))인 반면, 신호 핀의 끼워맞춤은 현재의 전송 라인 섹션에 대한 디자인 요구사항에 따라 더 느슨할 수 있는 것이 일반적으로 바람직하다. 꼭 끼워맞춤은 하나 초과의 방법으로 달성될 수 있다. 상부 유지 블록(530)은 접촉 핀 조립체의 쉘을 고정하고, 정합하는 하부 유지 블록(532)과 협력하여 접지 핀 인클로저에 대한 양호한 접촉을 유지할 것이다. 절연 와셔(507)는 양 단부에서 신호 핀을 포착하고, 신호 핀이 접지 연결부로부터 절연되는 것을 보장한다.

도 5b는 이것을 명확하게 한다. 반복적인 연결 및 분리는 핀이 지그에서 이동할 때 핀에 마모를 유발하므로, 접지 품질이 매우 빠르게 문제가 된다. 이것의 결과는 접지 핀(505)의 저항이 불확실하게 되고, 일반적으로 마모와 함께 증가한다는 것이다. 이것은 도 7에 도시되어 있다. 신호 연결 핀(510)은 일반적으로 임피던스가 더 큰 DUT 상의 지점에 연결되고, 그러므로 영향이 더 작기 때문에, 신호 연결 핀(510)에 대한 유사한 영향은 통상적으로 덜 문제가 된다. 일 구현예에서, 작동 사양은 임의의 접지 연결부가 100 Ω을 초과하지 않아야 한다는 것을 요구하고, 그러므로 테스트 지그 구현에서는 마모를 보상하기 위한 조치가 취해질 필요가 있다. 본 도면에서는 절연 와셔(507)가 보다 용이하게 식별될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 부하를 받는 작동 위치에 있을 때의 예시적인 이중 각도(Dual-Angle; "DA") 테스트 지그(600)의 단면도를 도시한다. 여기서, 신호 및 전원 케이블이 부착되는 종단 보드는 조립체의 하부 부분에 있는 인쇄 회로 기판 조립체(660)이다. 접촉 핀(682)에 정렬되는 접촉 패드와, 테스트를 위해 디바이스를 구동하는 외부 테스트 장비에 대한 이들의 연결부는 도시되어 있지 않다. 하부 블록 또는 유지 층(650)은 임의의 적합한 재료로 이루어질 수 있고, 일반적으로 핀 조립체가 지그의 메인 블록(640) 내에 배치될 때 핀 조립체를 수용하도록 보링(boring)된 합성 또는 플라스틱 재료이다. 상부 블록은 교차-바이어스 축(678)으로부터 회전방향으로 오프셋되는 각도로 이루어진 보어 축(676)을 갖는 적어도 하나의 프로브 공동(probe cavity)을 갖는다. 이것의 효과는 핀 조립체의 외부 인클로저가 일단 조립되면 매우 단단히 결합하게 되는 것이다. 메인 블록(640)의 보어의 종방향 축과 상부 블록(620)의 종방향 축 사이의 차이인 이러한 오프셋 각도는 약 2° 내지 5°이고; 예를 들어 2.9°이다.

전형적으로, 상부 유지 층(620)을 고정하는 라미네이팅 층(laminating layer)(630)이 메인 블록에 접착되고, 핀 조립체는 단순히 이를 관통하여 밀어넣어진다. 이러한 라미네이팅 층(630)은 핀 조립체 삽입 이전에 구멍을 생성하도록 펀칭될 수 있거나, 핀 삽입 작업을 용이하게 하도록 단순히 피어싱(piercing)될 수 있다. DUT(610)는 지그의 접촉 위치와 정렬되도록 위치된다. 2개의 핀을 분리하고 도 4에 도시된 핀 조립체의 인클로저에 대해 이들 핀을 예압하는 스프링 때문에, 이러한 무부하 상태에서 핀 측면에 약간의 접촉이 있을 수 있지만, 테스트 지그를 종단 보드(660)에 대해 위치시킴으로써 핀이 부하를 받을 때, 핀의 각도 위치설정으로 인한 횡력(side force)은 인클로저의 벽을 향해 이동하고 벽과 접촉하게 하여, 초기 접촉 영역(689)을 설정하게 한다. 유사하게, DUT(610)가 핀 조립체의 반대측 핀에 대해 가압될 때, 이러한 작동은 인클로저 벽에 대해 추가 변위를 야기하여 추가 접촉 영역(686)을 생성하고, 또한 작동 동안에 상부 핀에 대한 고유한 지지를 제공한다.

결과적인 배열은 핀 조립체 내의 스프링으로부터의 임의의 전기적 영향을 효과적으로 제거한다. 일부 실시예에서, 상부 블록(620)과 메인 블록(640) 사이의 위치 오프셋 대신에, 도 6에 도시된 바와 같은 각도 오프셋이 대신에 선택된다. 적절하게 허용되는 경우, 이것은 핀 조립체에 동일한 로킹 효과를 생성하고 구성을 용이하게 한다. 핀 조립체는 임의의 전기적 연결을 위해 메인 블록(640)에 의존할 필요가 없으며 핀 조립체를 수용하는 수용 보어는 바람직하게는 부동태화된다는 점에 주목할 가치가 있으며; 이것은 절연을 위한 양극산화 프로세스일 수 있거나, 연성 전도성 층이 바람직한 경우에는 알로다이닝 처리(alodining treatment)일 수 있다. 핀 조립체는 또한 이를 둘러싸는 부동태화된 쉘을 포함할 수 있으며, 이는 고전압이 존재하는 경우에 도움이 될 수 있다.

이제 도 7을 참조하면, 도 6의 이중 각도 실시예의 특성을 검증하고 그것의 유리한 성능을 문서화하기 위해 광범위한 실험실 테스트가 실행되었다. 도 1a에 도시된 테스트 지그를 사용하여, 본 발명의 구현예의 접지 성능을 테스트하기 위한 시스템이 개발되었다. 이 도면은 어느 하나의 구현예에서 달성된 최상의 레벨에서 정규화된 접지의 효율을 나타낸다. 따라서, 100% 성능은 사이트 A로 지정된 테스트 지그의 핀의 이중 각도 셋업에 의해 달성된 것으로 규정된다. 이러한 DA 핀 셋업은 교차-바이어스 각도 #1(678)인 메인 블록의 보어와 각도 #2(676)인 상부 블록(620)의 보어 사이의 각도 오프셋을 사용한다. 여기서, 구현예의 중심선의 각도 변화는 핀 하우징이 보어의 각각의 측면에 대해 기계적으로 구속되게 한다. 수평방향 스케일은 테스트 지그에 적용된 연결-분리 사이클의 수를 나타내며, 1만 사이클에서 접지 성능이 약 0.5% 감소하지만, 테스트가 계속됨에 따라 마모 속도가 약간 가속화되기 시작했다는 것을 알 수 있다.

실제 테스트에서는, 접지 성능의 탁월한 관리에 대한 긴급한 필요성을 야기한 실제 디바이스에 대한 특정 테스트 세트에 대한 허용 한계가 일반적으로 70%로 설정된다는 것이 밝혀졌다. 이 미만에서는 잘못된 거부율(False Rejection Rate)이 완전히 허용될 수 없다. 유지보수 관점에서, 디바이스에 대한 테스트의 정확도를 보장하기 위해 80%의 접지 성능으로 설정된 가드 대역 표시(guard band indication)를 사용하면, DA 셋업은 테스트가 신뢰성있다는 확신을 제공한다는 것을 알 수 있다. 본 제출일의 실제 검증 결과에 따르면, 성능은 300,000 사이클을 훨씬 넘어서도 허용 가능한 상태로 유지되는 것으로 나타났다.

대조적으로, 참조 셋업인 사이트 B에서의 지그의 전통적인 셋업은 테스트가 DA 셋업보다 거의 6% 더 나쁜, 이미 놀라울 정도로 낮은 레벨에서 시작될 뿐만 아니라 접지 성능이 사용에 따른 성능 저하가 빠르다는 것을 보여준다. 단지 5,000 사이클 후에, 전통적인 셋업은 유지보수가 곧 수행되어야 한다는 경고로서 통상적으로 사용되는 가드 공간에 이미 침입했다. 10,000 사이클에서, 성능 열화에 의해, 곧이어 디바이스에 대해 허용할 수 없는 잘못된 거부율이 발생하는 고장의 마지노선(cusp)에 전통적인 셋업이 놓이게 된다. 이러한 시점에서, 디바이스 메이커는 불가피한 유지보수 요구에 직면하게 된다.

사용 상태로부터 제거된 테스트 지그의 수리 분해 후에 벗겨진 베이스 블록의 초음파 세정 기간 후의 재조립은 접지 성능의 부분적인 회복이 일어나지만 가드 대역 수준보다 약간 높은 레벨에서만 일어나고 이것이 테스트 지그의 수명을 다시 10,000 사이클 미만만큼만 연장시킬 수 있음을 보여준다. 근본적인 원인은 지그의 약간의 오염 이외에는 명확하지 않지만, 이것은 수명-중간의 회복 처리가 필요하지 않은 DA 셋업을 사용함으로써 크게 감소된다.

본 발명이 여러 실시예의 관점에서 설명되었지만, 본 발명의 범위 내에 속하는 변경, 변형, 치환 및 대체 등가물이 존재한다. 예를 들어, 많은 변형이 가능하며, 다양한 실시예로부터 전술한 특징은 단독으로 또는 조합하여 유용할 수 있다. 또한, 전술한 시스템 및 방법의 신규한 특징(들)은 비접지 핀 구조체에도 유용할 수 있는 것으로 고려된다. 하위 섹션 제목이 본 발명의 설명을 돕기 위해 제공되었지만, 이러한 제목은 단지 예시적이며 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

또한, 본 발명의 방법 및 장치를 구현하는 많은 대안적인 방법이 존재한다는 점이 또한 주목되어야 한다. 따라서, 하기의 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 사상 및 범위 내에 속하는 모든 그러한 변경, 변형, 치한 및 대체 등가물을 포함하는 것으로 해석되어야 하는 것으로 의도된다.

Claims

패키징된 집적 회로(IC) 테스트 대상 디바이스(DUT)를 테스트하는 데 유용한 테스트 프로브 조립체에 있어서,
상기 테스트 프로브 조립체의 수직축에 대해 제 1 예각으로 배향된 복수의 메인 경사 프로브 공동을 갖는 메인 블록과,
수직축에 대해 제 2 예각으로 배향된 복수의 상부 경사 프로브 공동을 갖는 상부 블록으로서, 상기 제 1 예각 및 상기 제 2 예각은 작은 델타 각도만큼 서로에 대해 오프셋되어 있는, 상기 상부 블록과,
순응력(compliant force) 하에 있을 때 대응하는 복수의 DUT 접점과의 신뢰성있는 전기적 접촉을 반복적으로 유지하도록 구성된 복수의 경사진 압축 가능한 프로브로서, 상기 프로브 각각은 프로브 유지 공동 내에 수용된 프로브 배럴(probe barrel), 및 반대방향으로 연장되는 프로브 팁(probe tip)들을 가지며, 상기 프로브 각각의 반대방향으로 연장되는 프로브 팁들은 상기 프로브 배럴 내로 누름 가능한, 상기 복수의 경사진 압축 가능한 프로브와,
수직축에 대해 제 3 예각으로 배향된 복수의 경사진 원통형 채널을 갖는 하부 블록과,
상기 복수의 프로브를 지지하도록 구성된 대응하는 복수의 패드를 갖는 PCB를 포함하는
테스트 프로브 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 프로브 각각이 종단 보드에 대해 상기 테스트 프로브 조립체를 위치설정함으로써 부하를 받을 때, 상기 프로브 각각의 각도 위치설정으로 인한 횡력은 대응하는 메인 경사 프로브 공동의 하부 영역을 향해 상기 프로브 배럴을 이동하게 하여 상기 하부 영역과의 초기 접촉을 설정하게 하며, 상부 프로브 팁에 대해 가압하여 상기 DUT에 대해 상기 테스트 프로브 조립체를 위치설정함으로써 상기 프로브 각각이 추가로 부하를 받을 때, 상기 프로브 배럴은 상기 대응하는 메인 경사 프로브 공동의 상부 영역을 향해 추가로 변위되어 상기 상부 영역과의 추가 접촉을 설정하는
테스트 프로브 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 메인 블록과 상기 상부 블록 사이에 라미네이팅 층을 더 포함하는
테스트 프로브 조립체.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 압축 가능한 프로브는 스프링 프로브인
테스트 프로브 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 압축 가능한 프로브는 접지 프로브인
테스트 프로브 조립체.
패키징된 집적 회로(IC) 테스트 대상 디바이스(DUT)를 테스트하는 데 유용한 테스트 프로브 조립체에 있어서,
상기 테스트 프로브 조립체의 수직축에 대해 제 1 예각으로 배향된 복수의 메인 경사 프로브 공동을 갖는 메인 블록과,
수직축에 대해 제 2 예각으로 배향된 복수의 상부 경사 프로브 공동을 갖는 상부 블록으로서, 상기 제 1 예각 및 상기 제 2 예각은 작은 델타 각도만큼 서로에 대해 오프셋되어 있는, 상기 상부 블록과,
순응력 하에 있을 때 대응하는 복수의 DUT 접점과의 신뢰성있는 전기적 접촉을 반복적으로 유지하도록 구성된 복수의 경사진 압축 가능한 프로브로서, 상기 프로브 각각은 프로브 유지 공동 내에 수용된 프로브 배럴, 및 반대방향으로 연장되는 프로브 팁들을 가지며, 상기 프로브 각각의 반대방향으로 연장되는 프로브 팁들은 상기 프로브 배럴 내로 누름 가능한, 상기 복수의 경사진 압축 가능한 프로브를 포함하며,
상기 작은 델타 각도는 2° 내지 5°인
테스트 프로브 조립체.
제 7 항에 있어서,
상기 작은 델타 각도는 2.9°인
테스트 프로브 조립체.