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CN1979194A - 用于测试电试样的电测试设备及相应的方法 - Google Patents

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CN1979194A CNA2006101684174A CN200610168417A CN1979194A CN 1979194 A CN1979194 A CN 1979194A CN A2006101684174 A CNA2006101684174 A CN A2006101684174A CN 200610168417 A CN200610168417 A CN 200610168417A CN 1979194 A CN1979194 A CN 1979194A
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Abstract

本发明涉及一种用于测试电试样(39)，尤其是晶片(40)的电测试设备(1)，带有设置了用于试样(39)的贴合接触的接触装置(3)，其中设有仅允许径向温度补偿间隙的对中心设备(24)以便于接触装置(3)与测试机(2)彼此间的中心对准。本发明还涉及一种相应的方法。

Description

用于测试电试样的电测试设备及相应的方法
技术领域
本发明涉及一种电测试设备，用于测试电试样，尤其是晶片，带有其中设置有/可设置用于试样贴合接触的接触装置测试机(试验机)。
背景技术
开始所提及类型的电测试设备用于诸如晶片的电试样的电测试。为了电测试，在测试机中采用了接触装置。该接触装置拥有多个例如做成弯折针形式的测试触点。弯折针的自由端用于与试样的贴合接触。测试机具有以下任务，在接触装置下方定位试样(X-和Y-对准)且如此抬升试样(Z-定位)，使得弯折针与要测试的试样的对应触点贴合接触。测试机的任务还有，建立接触装置与测试仪之间的电连接。此外，也许还能实现机械连接。利用测试仪进行试样的电测试，就是说，搭建到试样的电测试回路，以实现功能测试。测试电路从测试仪开始，经过接触装置到试样，并从那里开始又回到测试仪。因为在电测试中经常涉及到极小的电子元件，例如由其制造电子单个元件的所述的晶片，弯折针具有极小的尺寸，且要与弯折针接触的试样的触点位置也就做得很小。为了对准接触装置和晶片，最好借助照相机，该照相机能非常精确地(精确度到μm)获取晶片在所谓的测试机(试验机)的试样座(卡盘)上的位置和弯折针的针尖位置，并由此使部件相互间足够准确的对准成为可能，从而在接触时得到弯折针到试样触点的精确接触。很多试样，例如晶片，通常不能通过一次接触而被测试。多数需要多次，经常是上百次的接触过程，就是说，利用试样座对试样进行单次接触，并总是为了测试而抬升试样。为了节省测试时间，不会在每次贴合接触之前完成完整的对准。更多的是在将接触装置应用到测试机中以后，一次获得接触装置的位置。在对多个试样进行自动测试期间，例如刚构造好的晶片(例如一批包含25块)，则仅有在试样座上的晶片的位置被获取，但接触装置的位置以及弯折针的触点尖端的位置不更新。在此由此得出，接触装置的针尖的位置在测试过程持续期间不改变。然而，测试过程可能持续相对较长时间，例如若干个小时或者还可能是若干天。试样，尤其是晶片，在测试时通常被进行恒温处理，例如在90℃、150℃或-40℃。由此，接触装置也被相应地进行恒温处理。不言而喻，针尖的位置仅在此类恒温处理过程后被获取，这可能持续几分钟直到超过一个小时。通常则会碰到在恒温处理过程后还通过温度变化而出现接触装置“运动”的问题。这种运动可能导致错误的接触。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种开始提及类型的电测试设备，使其不依赖于起决定作用的温度而能实现试样的可靠且可重复再现的贴合接触。
根据本发明，该目的通过一种仅允许径向温度补偿间隙、以便于接触装置与测试机相互间的中心对准的对中心设备而实现。这种在测试机中设置接触装置的方式对可能的热运动的程度有决定性影响，因为由温度补偿间隙而出现的长度变化仅从所述部件的各自中心开始，并从中心观察，仅在径向方向上。在最好借助于照相机而将接触装置与测试机彼此间的中心对准以后，对于温度补偿间隙而言，两者的中心彼此位置准确地保持定位，使得在中心区域内没有出现或者仅仅出现很有限的由温度决定的长度变化，并且这种变化也不会叠加到超过接触装置的整个膨胀，而是如前所述那样从中心出发。以这种方式和方法可以保证，试样触点与接触装置的无误的电接触以及附属的试样触点也能在温度变化时得到保证。
根据本发明的另一种结构，规定对中心装置至少具有三个，最好四个，互成角转置(Winkelversetzt)布置的第一导向装置。对于“角转置”，理解成围绕对应中心的圆周定位。如果采用三个第一导向装置，则形成一个确定系统(bestimmtes System)。对于四个相互间角转置定位的第一导向装置，形成一个冗余确定系统(überbestimmtes System)，然而使得试样的可靠和可再现的接触成为可能。
第一导向装置最好做成第一突起/凹陷导向装置。这尤其表明，第一导向装置的每一个都通过一个位于接触装置或测试机上的突起和位于测试机或接触装置上、有径向间隙且在圆周方向无间隙地容纳所述突起的凹陷而构成。由此，突起和所述的凹陷(尤其可以做成径向狭槽)仅产生从中心出发的径向温度补偿间隙，而在圆周方向上没有由温度决定的偏移。
根据本发明的又一结构，规定接触装置包括具有接触元件的指向试样的触头(尤其是垂直触头)和接线座，该接线座拥有与远离试样的接触元件的一端贴合接触的接触面，其中设置了仅允许径向温度补偿间隙的对中心装置以便触头和接线座彼此中心对准。接着，在对中心设备旁、接触装置与测试机之间进一步设置一个对中心设备，以实现触头与接线座彼此的中心对准，从而能使那里出现的温度补偿间隙仅扩展径向影响。触头最好具有拥有销状/针状的接触元件的接触销结构/接触针结构。只要接触销结构或接触针结构与接线座的接触面在不同温度负荷下保持相互间的对准，则有可靠、可再现的接触。
根据本发明的又一结构，规定在接触销结构/接触针结构以外设置对中心装置。这种结构允许在中心装置以外来保持接触销结构或接触针结构的区域，使得在触头和接线座的各自中心附近的区域仅用于接纳销状的接触元件(尤其是针，最好是弯折针)。
最好规定对中心装置包括至少三个，尤其是四个角彼此间角转置布置的第二导向装置。对于三个导向装置，它们尤其可以相互间成120°角转置设置。这对于第一导向装置及第二导向装置都适用。可选择的是，相邻导向装置互相形成90°角，就是说第一个第二导向装置相对第二个第二导向装置构成90°角，第二个第二导向装置与第三个第二导向装置也成90°角，从而第三个第二导向装置相对于第一个第二导向装置成180°角转置设置。相应地也适用于用于接触装置与测试机彼此间中心对准的第一导向装置。对于四个导向装置可选择的是，规定这些导向装置各自相互间成90°角转置设置。这对第一导向装置和第二导向装置均适用，其第二导向装置用于触头与接线座彼此间的定位。
第二导向装置优选做成第二突起/凹陷导向装置。在此尤其可以规定，每个第二导向装置由在触头或接线座处的突起和在接线座或触头处的、与突起有径向间隙且在圆周方向上被无间隙地接纳的凹陷(尤其是狭槽)而构成。
接触装置尤其可以做成测试卡。优选的是将测试卡构造成垂直测试卡，即它拥有与测试平面形成90°或者约90°角的测试触点，特别是针或弯折针。对于测试平面，可以理解为接触平面，也就是试样与触头间的接触面。其次，这还用于试样的电贴合接触，其中测试触点优选做成销状/针状并纵向可移动地保持在触头中。
最后，本发明涉及一种测试电试样(尤其是晶片)的方法，其中优选采用如上所述的电接触装置。在采用测试机(试验机)时规定，在测试机中采用用于试样贴合接触的接触装置，优选采用测试卡，并且其中为了使接触装置与测试机彼此间中心对准而实现了仅允许径向温度补偿间隙的对中心。温度补偿间隙在圆周方向上是不可能有的。
附图说明
结合实施例，附图显示了本发明，其中：
图1表示用于电试样的测试的电测试设备的剖面图；
图2和图3表示用于使附属于测试设备的接触装置和测试机彼此间总是中心对准的对中心设备的实施例；
图4表示具有突起和凹陷的、用于对中心的第一导向装置；
图5表示突起的另一实施例；
图6表示用于接触试样的电测试设备的接触装置；和
图7表示用于使每个属于接触装置的触头和接线座彼此间总是中心对准的接触装置的对中心装置。
具体实施方式
图1显示了一种电测试设备1，用于测试图1没有显示的试样。测试设备1具有其中可设置接触装置3的测试机2。接触装置3设置成基本水平或从上向测试机2内略微倾斜。它做成测试片4，尤其使垂直-测试片5。也就是说，它在触头6中具有多个测试触点7，该触点7做成针，尤其是横着特别是垂直向着最好水平的测试平面延伸的弯折针8(Knicknadeln)。“弯折针”意味着，其总是具有微小的弯曲部分，即偏离直线形状。弯曲部分可以例如通过导向装置9设有的夹持开口而穿出，弯折针纵向滑动地定位在该导向装置9中。如果试样被压靠到弯折针最好尖端伸出的自由端上，则这些弯折针就能由于其弯曲部分而稍微地跳出，并因此平衡间距不规则性和建立非常好的接触。
如上所述，弯折针8被夹持在导向装置9中，其中弯折针8的一端形成用于接触试样的自由端。弯折针8的另一端接触连线座10的触点12，最好是接触印刷电路板11的触点。所述印刷电路板11的触点12与位于印刷电路板11另一侧的触点13连接，例如通过印刷电路板11的导线41(Leiterbahnen)连接。触点13与图1未显示的测试仪连通，该测试仪接通到试样的测试电路以测试试样的电功能特性。由于被弯折针8接触的印刷电路板11的触点12互相之间极为接近，触点13可以布置成在一个大得多的面上分布，使得与测试仪能毫无问题地连接。为了加强接触装置3，设置由前加强15和后加强16组成的加强装置14。加强装置14用于承受当试样(如后面还要进一步说明的)被压向弯折针8以便接触时而产生的接触压力。
测试机2包括具有固定的基座18的试样座17(卡盘)。此外，试样座17还包括Y-定位装置19，X-定位装置20和Z-定位装置21。在Z-定位装置21上布置有真空保持器22，用该真空保持器22可以通过真空而将试样相对于真空保持器22位置固定地保持住。这样诸如晶片的试样就能平放在真空保持器22上并通过真空而被保持住，从而能利用X-定位装置20和Y-定位装置19并借助照相机而如此将试样位置精确地定位在接触装置3下，使得在贴合接触时弯折针8相对于试样的对应触点位置精确地接触。为了接触，Z-定位装置21向上运动，并将试样压向弯折针8的自由端。该运动在图1中用箭头23表示。
为了将接触装置3位置精确地保持在测试机2中，设置对中心设备24，用于使接触装置3和测试机2彼此间中心对准。为此，参看图2。该图显示了接触装置3的示意性正视图。所述对中心设备24包括三个互相成一定角度布置的第一径向导向装置25，26和27。该第一导向装置25到27做成第一突出/凹陷导向装置28。每个第一突起/凹陷导向装置具有附属于测试机2的突起29。突起29具有例如圆形截面，并且具有径向间隙和在圆周方向上无间隙地位于径向凹陷30内，其中凹陷30可以为狭槽和/或裂口，做在接触装置3上。第一导向装置26相对第一导向装置25成90°设置，而第一导向装置27相对于该第一导向装置26成90°设置。所有导向装置25到27最好绕接触装置3及测试机2的中心31等间距布置。凹陷30最好做成径向延伸的长孔32或对应配置的狭槽，其中术语“径向”与中心31联系。正如所说明的，突起29的横截面形状如此选择，使其在圆周方向(双箭头33)上没有间隙地位于长孔30内，其中在径向方向上由于凹陷30(长孔32)的径向延伸而存在间隙。
从所有这些可知，所述对中心设备24在中心31区域内、测试机2与接触装置3之间具有不能移动的对准(ausrichtung)。当因为测试机2的热膨胀系数偏离接触装置3的热膨胀系数，而由于温度变化出现温度补偿间隙时，接触装置3与测试机2相对彼此的中心对准保持不变，温度膨胀间隙或温度收缩间隙只相对在所述部件之间出现，即，可能导致突起29在凹陷30中很小的径向偏移，而与此同时考虑到中心31的校准不会改变。不可控制的应力或者不允许的部件大的由温度决定的偏移可以由此而被避免。由此，接触装置3相对于测试机2的温度膨胀或温度收缩不会导致接触装置3中心区内相对于测试机2的位置的变化。由于这种结构，还限制了温度决定长度变化的叠加，因为叠加仅从中心31向外能被察觉，且不超过接触装置3的整个直径。
当人们将图2的实施方式称为三狭槽布置时，则图3所示的实施方式为四狭槽布置。图2的实施例与图3的实施例的区别在于，设置了另外一个第一径向导向装置34，使得导向装置25，26，27和34总是彼此间成90°设置。除此之外，图2的实施方式也相应地适用于图3。对于图2的实施例，存在一个确定系统，对于图3的实施例，存在一个冗余确定系统，其中在实践中显示，即使对于冗余确定系统而言，对中心的功能也没有受到负面的影响。更多的是，产生了较高的稳定性，并且通过轻微的拉紧而补偿了销/长孔导向装置25，26，27和34不可避免的公差。
由图2和3的实施方式可以推出，对中心设备24也能运动学上相反地设置，也就是说，突起29可以位于接触装置3上，而凹陷30位于测试机2上。也可以为组合形式，就是说，突起29部分位于接触装置3上，部分位于测试机2上，凹陷30对应地分别布置。
对于图2和3的实施例，在圆周方向(双箭头33)看，突起29无间隙地置于凹陷30中。在此要注意的是，必须要有非常小的剩余间隙以便使突起29不会夹在凹陷30中。为了排除这个微小的剩余间隙，可以采用如图4或图5的实施例中那样的突起29。在图4的实施例中，每个突起29具有只贴着凹陷30一侧安置的截面结构。从突起29伸出弹簧35(尤其做成螺旋压力弹簧36)，并撑在凹陷30的另一侧上。以这种形式和方法，可以实现在圆周方向(双箭头33)上完全的无间隙。在径向方向(双箭头37)上，具有间隙，使得突起29与凹陷30之间的相对偏移得以实现。
作为图4中突起29的实施方式的替换，图5显示了一个销29的侧视图。该销29具有弓弹簧38作为弹簧35，至少在突起29的纵向伸展的部分区域内延伸，并能象图4的螺旋压力弹簧36对应地撑在图5中没有显示的凹陷30的一侧上。弓弹簧38也能做成片簧。
图6示意性地显示了接触装置3的截面，该接触装置3能通过未显示的电缆连接而将试样39连通到未显示的测试仪(测试系统)上，以撑住电测试的试样39。试样39尤其可以做成晶片40，位于真空保持装置22上。在试样39的测试过程中，可以在各种温度下，例如包括从-40°到+150°的范围来测试，试样是否能在该温度范围内无瑕疵地工作。为了接触晶片40的对应接通位置，设置做成垂直测试卡5的接触装置3。
接触装置3具有触头6。为了承受接触力，接触装置3具有加强装置14。触头6设有多个纵向位移定位的测试触点7，该触点7做成弯折针8，也可被称为弯折线。弯折针8的一端区域分配给试样39，另一端区域分配给接线座10，该接线座10最好做成带有导线41的多层印刷电路板11。导线41在其分配给触头6的一端具有分配给每个弯折针8的触点12。进一步，接线座10在其径向外缘处具有可通过所述的、未显示的电缆连接而与测试系统(也没有显示)连接的电触点13。该配置现在如此实现，使得接线座10形成一个转换装置，即，微小的触点12(直径例如为50到300μm)的极窄的间距通过导线41转换成触点13的较大间距。触点13具有相应的尺寸，以能够实现与测试仪的电缆的连接。
对于试样39的测试，试样39在轴向方向(箭头42)上通过加强装置14支撑，其中真空保持装置22保持试样39面对触头6，使得测试触点7的端部一方面紧密接触试样39，另一方面紧密接触触点12。测试触点7做成弯折针8，即在轴向上通过弯曲部分而略微具有弹性，则能实现无瑕疵的接触。触头6具有例如两个互相间隔设置的平行陶瓷板43和44，该陶瓷板43和44设有轴承孔45以接纳弯折针9。这两个陶瓷板43和44的平行间隔设置利用取间隔的装置46实现。
在触头6与接线座10之间设置有在圆周方向(双箭头33)上互相间有90°角间距设置的四个第二径向导向装置48的对中心装置47(图7)。由图7可知，试样39，即晶片40做成圆板。它例如具有未显示的集成电路。为了电测试该电路，最好在平面设计中做成正方形的触头6连带图7中未明确显示的弯折针8在不同位置上多次与晶片40贴合接触，以能够测试晶片40的对应区域。当然，也可考虑圆形或矩形的平面设计。位于图7下方的第二导向装置48被放大显示。它具有成形销50(Profilstift)形式的突起49，从触头6开始在轴向(图6中的箭头42方向)上伸出。成形销50在其外部的侧面51上具有两个互相直径上对置的、平行的平面型导向面52。成形销50的自由端延伸到形成在接线座10(即印刷电路板11)处的凹陷53内。凹陷53最好在印刷电路板11内设计为一个穿孔54。凹陷53具有径向长孔的形状，即形成一个长孔55。凹陷53具有两个互相平行分布的凹陷壁56，该凹陷壁56如此互相间隔设置，使其能基本上无间隙地接纳成形销50的导向面52。长孔55的纵向延伸比对应的突起49的纵向尺寸要大，从而在触头6和接线座10(即电路板11)之间，根据图7的放大视图，在所示的双箭头57的方向上能进行相对运动。与之相横贯，不可能存在相对运动，因为其通过导向面52在凹陷壁56上的引导而避免。相对所显示的设置可选择的是，成形销50从印刷电路板11中凸出，且凹陷53形成在触头6中。
由图7可知，四个第二导向装置48如此布置，使其位于两条以90°相交的假想半径58和59上，其中半径58和59在中点60相交，且中点60形成接触装置3的中心31。绕着中心31布置弯折针8。这四个第二导向装置48位于弯折针8的径向外侧，其中长孔55的纵向延伸如此定向，使其总是在位于半径58和59的中间。单个成形销50的导向面52依据长孔55的长孔对准而设定。
由所有这些可知，当通过温度加载而产生的材料膨胀或材料收缩时，因为有在中心31区域内的对中心装置47，部件触头6和接线座10能够互相固定，且相对运动仅在半径58和59的方向上实现。由此可确保，由部件所采用材料的不同的热膨胀系数而导致的所述长度变化不会导致出现此类大的移动距离，弯折针8的分配给印刷电路板11的末端不再碰到触点12的接触面。因为有对中心装置47，对中心避免了此类大的移动距离，因为所出现的从中心31开始的长度变化，并由此相对于中心对称，及因此从半径方向上看仅有在不使用对中心装置时可能出现移动的一半大，当将位于外侧的弯折针8中心地置于所分配的触点12上时，由于有叠加的长度延长或长度缩短，而导致在直径对面且位于外侧的弯折针8错误接触。

Claims (15)

1、一种测试电试样，尤其是晶片的电测试设备，包括测试机(试验机)，其中采用/可采用用于试样接触的接触装置，其特征在于，设有仅允许径向温度补偿间隙、用于接触装置(3)和测试机(2)相互间的中心对准的对中心设备(24)。
2、如权利要求1所述的测试设备，其特征在于，所述对中心设备(24)至少具有三个，最好是四个彼此间角转置布置的第一导向装置(25，26，27，34)。
3、如前面任意一项权利要求所述的测试设备，其特征在于，所述第一导向装置(25，26，27，34)为第一突起/凹陷导向装置(28)。
4、如前面任意一项权利要求所述的测试设备，其特征在于，每个所述第一导向装置(25，26，27，34)包括在所述接触装置(3)或所述测试机(2)上的突起(29)和在所述测试机(2)或所述接触装置(3)上的、与所述突起(29)间存在径向间隙且在圆周方向上无间隙地接纳所述突起(29)的凹陷(30)。
5、如前面任意一项权利要求所述的测试设备，其特征在于，所述接触装置(3)包括带有接触元件的触头(6)，尤其是垂直触头，和接线座(10)；所述接线座(10)具有与接触元件远离所述试样(39)一端贴合接触，且与仅允许径向温度补偿间隙存在的对中心装置(47)接触以便触头(6)与接线座(10)相互间的中心对准的接触面。
6、如前面任意一项权利要求所述的测试设备，其特征在于，所述触头(6)的接触元件构成接触销结构/接触针结构并被做成销状/针状。
7、如前面任意一项权利要求所述的测试设备，其特征在于，所述对中心装置(47)布置于所述接触销结构/接触针结构的外侧。
8、如前面任意一项权利要求所述的测试设备，其特征在于，所述对中心装置(47)包括至少三个，尤其是四个相互间角转置设置的第二导向装置(48)。
9、如前面任意一项权利要求所述的测试设备，其特征在于，所述第二导向装置(48)为第二突起/凹陷导向装置。
10、如前面任意一项权利要求所述的测试设备，其特征在于，每个第二导向装置(48)由位于所述触头(6)或所述接线座(10)处的突起(49)，和位于所述接线座(10)或所述触头(6)处的、有径向间隙且在圆周方向上无间隙地接纳所述突起(49)的凹陷(53)构成。
11、如前面任意一项权利要求所述的测试设备，其特征在于，所述接触装置(3)为测试卡。
12、如前面任意一项权利要求所述的测试设备，其特征在于，所述测试卡做成垂直测试卡。
13、如前面任意一项权利要求所述的测试设备，其特征在于，为了电贴合接触而设置所述触头(6)。
14、如前面任意一项权利要求所述的测试设备，其特征在于，所述触头(6)具有测试触点(7)，所述测试触点(7)做成针，尤其是弯折针(8)。
15、一种用于测试电试样，尤其是晶片的方法，优选利用如前面任意一项或若干项权利要求所述的电测试设备，其中使用了其中采用了用于试样的贴合接触的接触装置的测试机(试验机)，并且实现了为了接触装置与测试机相互间的中心对准的、仅允许径向温度补偿间隙的对中心。
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