專利名稱：自動測試設備的同軸探頭接口的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及一種自動測試設備，更具體地涉及一種用于自動測試設備的探頭接口硬件。
自動測試設備，也稱作測試器，通常用于確定半導體器件是否含有生產缺陷。如
圖1所示，測試器100一般包括一個其殼內裝有計算機控制和數據采集電路(未示)的測試器體102，一個具有大量驅動器和接收槽路(未示)的測試頭104，和一個接口硬件，諸如一個包括大量電接觸探頭(未示)的探頭接口模塊106。探頭接口模塊106中的各個接觸探頭典型地在測試頭104之一上的一條槽路和一個受測試器件108的一個電節點(未示)之間提供電接觸。另外，測試頭104的各個槽路典型地耦連到測試體102中的控制與數據采集電路。
早期的半導體器件典型地要么包括數字電路要么包括簡單的模擬電路，但是現今的器件往往既包括數字電路又包括模擬電路。這種器件一般稱作混合信號電路，并且測試它們的測試器通稱為混合信號測試器。這些混合信號器件往往運行不僅信號電平低而且頻率非常高的模擬信號。這些器件往往還典型地以非常高數據速度運行數字信號。而且隨著器件的更新換代，這些器件的密度通常也在增長。
結果，測試器電路和受測試的器件之間的接口硬件產生高度的信號保真性就變得越來越重要。這一般地意味著接口硬件必須有受精確控制的阻抗和非常良好的漏電特性。
改進測試器的接口硬件的信號保真性的一個方法包括在接觸探頭周圍設同軸屏蔽。這種方法于1998年2月9日的授與本發明受讓人的美國專利4，724，180有過描述。尤其是，每個接觸探頭的接口中設有兩個管狀的孔。兩個孔的壁都鍍以金屬，而且這些孔的金屬鍍層可電連接。孔之一大得足以容納一個介電插件，此插件上也有一個孔。把一個信號接觸探頭插入到此介電插件的孔中，介電插件把信號接觸探頭與大孔中的金屬鍍層絕緣開。在小的孔中插入一個接地探頭。此探頭與小孔中的鍍層產生電接觸。結果，當接地探頭接地時，大小兩孔中的鍍層都導聯到接地電位。大孔中的接地金屬鍍層起信號接觸探頭運行的信號的屏蔽作用。
盡管這種在電接觸探頭的周圍設同軸屏蔽的方法已經成功地用于改進測試器到器件的接口中的信號保真性，我們還是發現了某些缺點。例如，有時難于控制接口中各對孔中金屬鍍層覆蓋度和均勻性。這可以在金屬鍍層中產生裂隙，這些裂隙可能會降低同軸屏蔽來阻止信號接觸探頭之間干擾的效率。這還會難于控制接觸探頭的特征阻抗。
我們還發現，不論是同軸屏蔽上的缺陷還是信號孔和接地探頭孔之間的電接觸中的缺陷都可以附加雜散漏電和寄生電容，從而降低信號接觸探頭的帶寬和引起信號損耗，特別是對甚高頻信號。而且，難于控制接口中各對孔中金屬鍍層覆蓋度和均勻性還導致增加接口的生產成本。
因此希望有一種可以處理甚高頻的模擬和數字信號的具有測試器到器件之間接口的測試器。這種接口應當有可以控制的阻抗特性和非常低的漏電和電容。還希望有容易生產并且生產成本低的測試器到器件的接口。
考慮以上的技術背景，本發明的目的是提供一種可以測試高速混合信號電子電路的測試器。
本發明的另一個目的在于提供一種具有阻抗受精確控制的測試器到器件的接口的測試器。
本發明的又一個目的是提供一個具有低漏電和低電容的測試器到器件的接口的測試器。
本發明的再一個目的在于提供一種具有容易生產的測試器到器件的接口的測試器。
本發明通過提供一種包括多個同軸接觸探頭組件的、測試器到器件的接口的測試器，以實現上述的及其它的目的。每個探頭組件包括一個管狀的金屬屏蔽，一個信號接觸探頭，和一個環形絕緣定位件。信號接觸探頭做得適于通過插入所述管狀金屬屏蔽之中的環形絕緣定位件，并與之接合。此管狀的金屬屏蔽以縱向方式連接到第二金屬管，以在兩個金屬管之間提供良好的電接觸。
在另一個實施例中，測試器到器件的接口包括至少一個其中形成有多個孔的絕緣定位板，各個孔用于容納并且接合一個同軸接觸探頭組件。
在又一個實施例中，一個信號接觸探頭穿過至少一個環形絕緣定位件中的孔，并與之接合。這個探頭／定位件組件穿過一個管狀的金屬屏蔽并與之接合。然后把管狀的金屬屏蔽和第二金屬管在末端連接以提供良好的電接觸。另外一個第二接觸探頭通過一個第二金屬管，并與之接合。最后，這些電連接的管穿過并接合著底板上的孔。
思考以下的說明和附圖會其它的目的和優點。
參考以下更詳細的說明和附圖會更加理解本發明，附圖中圖1是常規測試器的簡化方框架圖；圖2是根據本發明的探頭接口裝置一部分的示意圖3是圖2所示的裝置的截面圖；圖4是探頭接口裝置布置的平面圖；圖5是根據本發明的探頭接口裝置的分解圖；而圖6是圖2所示裝置的替換性實施例的截面圖。
圖2是探頭接口裝置430(圖4和5)的優選實施例一部分210。探頭接口部分210包括一個同軸接觸探頭組件220和一對絕緣定位板212和214，定位板包括多個固定和保持接觸探頭組件220的孔，諸如孔216和218，如圖所示。
圖3為探頭接口部分210的詳細截面圖。接觸探頭組件220包括一對金屬管344和351。尤其是，金屬管344與接觸探頭354同軸，接觸探頭包括幾個套管部分，如套管部分341、343和346，和從管344的對立兩端伸出的探頭340及347。在優選實施例中，用兩個絕緣環形定位件，例如定位件342和345把接觸探頭354在管344中對心、固定和保持。定位件還把接觸探頭354與管344絕緣。因此，金屬管344起接觸探頭354的同軸屏蔽的作用，接觸探頭優選地在測試器和受測試的半導體器件之間傳送信號。
類似地，金屬管351與另一個包括套管350及探頭349和352的接觸探頭355同軸，探頭349和352從管351的對立兩端伸出。一方面，管344中的接觸探頭354與管344由絕緣定位件342和345絕緣，另一方面，接觸探頭355與管351做成良好的電接觸。而且，探頭349和352兩者在使用中都可連接接地電位。因此，金屬管351可以起優選地用焊劑348和353連接到管351上的同軸屏蔽344的地線標準點作用。
在優選實施例中，套管部341和346的直徑相同，都小于套管部343的直徑。而且，套管343的直徑小于屏蔽344的內徑。結果，信號接觸探頭354與屏蔽344絕緣。相反地，套管350的直徑選取成，當接觸探頭355插入管351時，接觸探頭355和管351有良好的電接觸。因為接觸探頭355與管351不絕緣，所以，管351的直徑可以做得小于屏蔽344的直徑。
接觸探頭345和355兩者都是彈簧加載的接觸探頭。因此，探頭340和347起插棒的作用，并穿過相應的套管部341和346以與套管343中的一個彈簧(未示)形成接觸。彈簧從套管341和346向外向偏壓探頭340和347。
類似地，探頭349和352起插棒的作用，并穿過套管部350以與套管350中的另一個彈簧(未示)形成接觸。這個彈簧也從套管350向外向偏壓探頭349和352。而且，所述接觸探頭345和355優選成長度相同。這保證了在測試頭中的裝置接口板(未示)和受測試的半導體器件上兩方面的力分布均勻。
在優選實施例中，絕緣的環形定位件342和345分別與套管部341和346磨擦接合。定位件342和345優選地由TEFLONTM牌的聚四氟乙烯制造，但是也可以用其它適當的絕緣材料制造。而且定位件342和345的直徑稍大于屏蔽344的內徑。這使定位件342和345可以壓配合進入同軸屏蔽344中。
屏蔽344和管351兩者可以長度相同。而且，屏蔽344和管351優選地由銅制造，但是也可以用其它適當的導電材料制造。
焊劑348和353優選地用于電連接屏蔽344和管351。在優選實施例中，焊劑348和353連接屏蔽管16和基準管18于相應的管端，如圖3所示。出于對本領域內的一般技術人員所公知的電磁埸的考慮，管344和351在相應的末端達到良好的電接觸是很重要的。這保證在管344和351之間優良的電流流動。在優選實施例中，焊劑348和353從管344和管351的相應末端延伸至少0．015英寸。
還可以用夾具(未示)固定定位板212與214之間的接觸組件。此夾具可以用導電材料制造也可以用絕緣材料制造。
在絕緣的定位板214和212中分別設有孔216和218。每個孔216和218的尺寸確定得可以固定住屏蔽344和管351的組件，如圖所示。而且，絕緣定位板212和214可以采用注塑工藝制造。
圖4示出探頭接口模塊406的水平截面簡化圖，此模塊含有八個相同的探頭接口裝置430。定位板212和214的內壁和外壁是同軸拱形的。而且，八個接口裝置430頂接在一起形成環形的探頭接口模塊406，在測試頭和受測試器件之間提供電接觸。
圖5示出探頭接口裝置430的分解圖。在定位板212和214兩者上設同樣多的孔以接合多個接觸探頭組件，圖中示出四個，均標以560。在與接觸探頭組件560接合后，定位板212和214用螺絲、鉚釘或者其它適當的緊固件分別固定在開口的絕緣框架562的底和頂上。框架562還可以用注塑工藝形成。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的厚度的總和大致與屏蔽344和管351的長度相等。
在典型的測試器構成中，相應的屏蔽344中的每個信號接觸探頭354在測試頭中的槽路之一和受測試的器件的接腳之一之間提供電接觸。而且相應的管351中的每個接觸探頭355與裝置接口板和受測試器件上的接地墊片形成電接觸。因為包圍著相應信號接觸探頭354的屏蔽344與相應的管351經釬焊接點348和353形成良好的電接觸，屏蔽344對信號接觸探頭354提供良好的電屏蔽。
電接觸探頭組件220是通過把信號接觸探頭354插入一個屏蔽344中而從屏蔽344伸出探頭340和347做成的。接著，信號接觸探頭354的每一端穿過兩個絕緣定位件342和345之一，再把兩個絕緣定位件壓配合進屏蔽344中。然后把接觸探頭插入一個金屬管351中，使得探頭349和352從管351伸出。接著，把屏蔽344優選地在焊點348和353處軟釬焊或者硬釬焊在管351上。
然后通過形成絕緣定位板212和214以及框架562制造探頭接口裝置430。接著，在定位板212和214兩者上設適當數量的孔。接觸探頭組件220的一端插入定位板212和214之一的各個孔中，從而使一對探頭末端340和349或者347和352從定位板的各個孔伸出。然后，接觸探頭組件220穿過框架562，而且組件220的對立兩端也插入另一個定位板的孔中，從而使一對探頭末端從該定位板的各孔伸出。最后，把定位板212和214固定在框架562上。至少用一個夾具在定位板212和214之間固定各個組件220。
從以上說明可知，與在先技術的測試器到器件的接口相比，本發明提供了幾個優點。例如，勻質連續的銅屏蔽344對信號接觸探頭354提供了卓越的電屏蔽，從而降低了信號噪聲和串音。還可以精確地調節屏蔽344的尺寸以控制接觸探頭354和355的特征阻抗，從而最大限度地減少信號反射。
還有，勻質連續的銅屏蔽344可以經焊接348和353、管351和接觸探頭355與地電位連接起來。這既改善了信號接觸探頭354傳送的信號保真性也改善了信號接觸探頭354的帶寬，并降低了信號損耗。例如，可以設想，根據本發明的探頭接口裝置提供至少5GHz的3分貝倍頻程帶寬，并且在1GHz處的回損低于-20分貝。
還有，探頭接口裝置430在測試高速、混和信號電子電路的測試器中特別有用。如上文所述，屏蔽344提供了卓越的屏蔽以降低噪聲和串音，并且控制接觸探頭的阻抗使信號反射最小化。這對于諸如甚高頻或者微波范圍內的高速數字信號有關的測試是很重要的。
探頭接口裝置430還可以用于進行有關低電平、高速(頻)模擬信號的低漏電測量。例如，可以把探頭組件220構成得為每個信號接觸探頭354提供分開的激勵保護。如本領域內的一般技術人員所公知，激勵保護可以用于對模擬信號進行這種低漏電測試。
尤其是，各個接觸探頭355可以輪流地驅動到與其相應的信號接觸探頭354相同的電位，而不是把接觸探頭355連接到接地電位。這就防止了在探頭354和355之間有任何漏電電流出現。可以設想，這種構形會形成飛(毫微微)安級的漏電電流測量值。因此，可以用同一個接觸探頭組件220進行有關高速數字信號和低電平模擬信號兩個方面的測試。
還有，勻質連續的銅屏蔽344和管351分別為接觸探頭354和355提供了結構支承。這意味著絕緣定位板212或者214不需要沿屏蔽344和管351的全長延伸。這還意味著可以用薄的定位板212和214及空的框架562制造探頭接口裝置430，從而降低了總的重量并且方便了探頭接口模塊406的生產。
還有，因為屏蔽344和管351是直接接觸的，與在先技術的結構相比，接觸探頭354和355間隔得更近。這不僅改善了信號保真性還增加了探頭接口裝置430中的接觸探頭的密度。
對一個優選實施例進行說明后，可以制做多個其它的實施例或者變種。例如，上文已經說明，接觸探頭組件220中的接觸探頭354和355是彈簧接觸探頭。然而，這只是用于描述。可以使用任何形式的電接觸探頭。
還有，如上文所述，用兩個絕緣定位件342和345固定屏蔽344中的信號接觸探頭354。然而，這也只是用于描述。可以使用一或者多個絕緣定位件342和345對心和固定屏蔽344中的信號接觸探頭354。
另外，上文說明將一個信號接觸探頭355插入在管351中，然而，這也只是用于描述。可以交替地把兩個接觸探頭插入管18的對立兩端。然后，這兩個探頭都可以連接到接地電位。另外，當其相應的信號接觸探頭354要提供低漏電測量的激勵保護時，這兩個探頭都可以被驅動到相同的電位。
另外，上文說明了接觸探頭組件220包括一個單一的基準管351。然而，這也只是用于描述。如圖6所示，接觸探頭組件220可以相應地構成有兩個基準管672和674。因此，一個單端的接觸探頭670插入管672中，另一個單端的接觸探頭676插入管674中。管672和674兩者然后都通過分別在位置348和353焊接而連接到屏蔽344上。管672和674的長度主要由其相應的探頭670和676的長度確定。可以設想，如圖6所示構形可以提供與圖3所示構形相同的性能。然而，圖3所示的構形總的來說有利于探頭接口裝置430的組裝。
另外，上文說明了使用釬焊進行屏蔽344和基準管351之間的電連接。然而，這也只是一個描述。可以用其它適當的材料提供屏蔽344和基準管351之間的良好的電連接。
還有，上文說明了探頭接口模塊406由八個等同的探頭接口裝置430組成。然而，這也只是一個描述。探頭接口模塊406可以包括任何數量的探頭接口裝置430。
因此，本發明僅由所附權利要求書的精神和范圍所限定。
權利要求
1．一種用于確定受測試的器件是否正常工作的測試器，包含一個包括計算機控制和數據采集電路的測試器體；一個包括驅動器和耦連測試器體內電路用的接收槽路的測試頭；和一個連接在測試頭和受測試器件之間的接口硬件，所述接口硬件包括一個底板和多個安裝在其中的電接觸探頭組件，每個電接觸探頭組件具有一個適用于穿過并且接合著一個環形絕緣定位件的接觸探頭，所述定位件適用于穿過并且接合一個勻質連續的管狀屏蔽，和一個勻質連續的管狀基準，其中，屏蔽和基準電連接。
2．根據權利要求1的測試器，其特征在于，接觸探頭的每個末端適用于穿過并且接合一個絕緣定位件。
3．根據權利要求1的測試器，其特征在于，接觸探頭與定位件磨擦地接合。
4．根據權利要求1的測試器，其特征在于，定位件與屏蔽磨擦地接合。
5．根據權利要求1的測試器，其特征在于，屏蔽和基準的長度相同。
6．根據權利要求1的測試器，其特征在于，焊接把屏蔽與基準電連接。
7．根據權利要求6的測試器，其特征在于，所述的屏蔽和基準在其相應的末端電連接。
8．一種電接觸探頭組件，使用在耦連于測試頭和受測試器件之間的接口硬件中，包含一個勻質連續的管狀屏蔽；至少一個適用于穿過并且接合所述屏蔽的定位件；一個適用于穿過并且接合所述至少一個定位件的第一接觸探頭；和至少一個勻質連續的管狀基準，其中，屏蔽和所述至少一個基準電連接。
9．根據權利要求8的電接觸探頭組件，其特征在于，第一探頭與屏蔽同軸。
10．根據權利要求8的電接觸探頭組件，其特征在于，第一探頭的每個末端適用于穿過并且接合相應的定位件。
11．根據權利要求8的電接觸探頭組件，其特征在于，定位件由聚四氟乙烯制造。
12．根據權利要求8的電接觸探頭組件，其特征在于，屏蔽和基準由銅制造。
13．根據權利要求8的電接觸探頭組件，其特征在于，一個基準連接到屏蔽，并且還含有一個適用于穿過并接合所述基準的第二接觸探頭。
14．根據權利要求13的電接觸探頭組件，其特征在于，所述第一和第二探頭是彈簧接觸探頭。
15．根據權利要求13的電接觸探頭組件，其特征在于，用焊接把屏蔽電連接到基準上。
16．根據權利要求15的電接觸探頭組件，其特征在于，屏蔽和基準在其相應的末端電連接。
17．根據權利要求8的電接觸探頭組件，其特征在于，所述屏蔽的直徑大于基準的直徑。
18．根據權利要求13的電接觸探頭組件，其特征在于，屏蔽和基準的長度相同。
19．根據權利要求8的電接觸探頭組件，其特征在于，第一和第二基準連接到屏蔽上，并且進一步包含一個第二接觸探頭，第二接觸探頭適用于穿過并接合第一基準，以及一個適用于穿過和接合第二基準的第三接觸探頭。
20．一種制造測試器到器件的接口的方法，包含步驟(a)制造一個同軸接觸探頭組件，包括步驟(a1)把一個第一接觸探頭穿過一個環形的絕緣定位件，從而用定位件接合所述第一接觸探頭。(a2)把帶有第一接觸探頭的定位件穿過一個管狀的屏蔽，從而用屏蔽接合所述定位件。(a3))把一個第二接觸探頭穿過一個管形的基準，從而用基準接合所述第二探頭。(a4)把屏蔽焊接到基準上。(b)形成一個底板，包括在所述底板上設孔的步驟；和(c)把探頭組件穿過底板中的孔，從而使底板接合所述探頭組件。
21．根據權利要求20的制造測試器到器件的接口的方法，其特征在于，步驟(b)的形成還包括步驟(b1)形成一個上絕緣定位板，(b2)形成一個下絕緣定位板，(b3)形成一個絕緣框架，和(b4)把上和下定位板固定到所述框架上。
22．根據權利要求20的制造測試器到器件的接口的方法，其特征在于，還包括在所述的上和下定位板中設置相同數量的孔，用于容納和接合多個探頭組件。
全文摘要
一個包括多個安置在一塊絕緣底板中的同軸接觸探頭組件的探頭接口裝置。每個同軸接觸探頭組件包括一個具有一個同軸信號接觸探頭的勻質連續管狀屏蔽,后者由一個絕緣定位件與屏蔽絕緣。屏蔽和基準在其相應的末端焊接在一起。而且,絕緣底板包括固定在一個空心框架上的上和下定位板上。上和下定位板上設有同樣數量的孔用于接合多個同軸接觸探頭組件。所述探頭接口裝置可以用于測試混合信號器件,并且易于生產。
文檔編號G01R1/073GK1292091SQ99803616
公開日2001年4月18日 申請日期1999年3月4日 優先權日1998年3月24日
發明者阿瑟·E·科維特 申請人:泰拉丁公司