柔性測試頭接口的製作方法

2023-10-10 01:09:39 2

專利名稱：柔性測試頭接口的製作方法
技術領域：
本發明總的來說涉及用於測試頭的導電通路，該測試頭用於測試電子部件；尤其是，本發明涉及用於測試頭的柔性電路。
背景技術：
自動測試系統通常用於測試集成電路。這樣的自動測試系統可包括測試頭，測試頭中含有高速電子電路，這些高速電子電路向進行測試的裝置(「DUT」)提供輸入模擬信號，檢測和測量由DUT產生的相應輸出響應信號。對於信號電平、波形和瞬時特徵，測試信號必須精確產生和處理。此外，測試頭可以包含電源，該電源向DUT和參數測量電路供電，以便測試DUT的關鍵電參數。
測試頭可以構成為測試多種類型的裝置，包括例如數字邏輯裝置、存儲器裝置、模擬裝置和混合信號裝置。
要進行測試的裝置可以有任意數目的電觸點或「管腳」，這些電觸點或「管腳」使內部電路與整個系統的外部電路連接。通過這些管腳，測試頭施加和檢測測試信號和/或提供供電電壓和接地連接。在本說明書，術語「接地」頻繁使用，它將根據上下文以及本領域技術人員的通常理解而採用它的最普通意思。例如，對於電路和電源，它是指公共迴路和相對零電勢的點，而不管是否與地連接。作為另一實例，對於傳遞給DUT或者由DUT傳送的測試信號，它是指信號的返回通路，該返回通路可以是單獨通路，就象共軸電纜或雙絞線；或者是共用的公共通路，例如用於印刷電路板中的幾個帶狀線的公共地電位面；或者兩者的組合。信號的返回通路可以與在測試頭和/或DUT內部的、相對零電勢的公共點連接，並不必須與地連接。
通常，對於DUT的各個信號管腳，測試頭必須供給單獨的數字、模擬或混合信號測試電路。該電路通常稱為「管腳電子裝置」電路，且管腳電子裝置電路的整個集合簡稱為管腳電子裝置。對於各個要測試的器件管腳，必須有一個管腳電子裝置電路。通常，測試頭將包含數百個管腳電子裝置電路，以便測試具有數百個管腳的單個器件，或者平行地測試幾個器件，其中，各個器件有管腳數目的一小部分。通常，管腳電子裝置電路設計成使它能夠在測試程序的控制下以各種方式使用。在測試頭中，數百個管腳電子裝置電路和其它電子部件可能產生相當大的熱量，通常需要在測試頭中包括冷卻裝置。
管腳電子裝置電路必須能夠產生和/或接收信號，這些信號與DUT的正常工作兼容。因此，今天和以後幾年之後，管腳電子裝置將需要精確產生和/或接收和處理頻率帶寬為幾百MHz至幾十甚至幾百GHz的信號。此外，各個管腳電子裝置電路的時序必須很好地同步，這樣，在DUT管腳的信號之間的時序可以進行控制和分析。而且，測試信號必須在變形和反射最小的情況下在管腳電子裝置和裝置管腳之間傳遞。因此，測試頭設計成使它能夠與「器件處理器」例如晶片探測器、電路晶片處理器或封裝處理器進行對接，該器件處理器能夠使各個DUT定位在測試位置以便進行測試，該測試位置非常地接近包含於測試頭的管腳電子裝置。不過，在管腳電子裝置電路和相應DUT管腳之間通常有幾英寸的信號傳輸通路。因此，傳輸線用於包括信號通路和接地通路的各個管腳。通常希望傳輸線有特殊的特徵阻抗，例如50或75歐姆。而且，通常希望所有傳輸線有近似相同長度，以便使得從管腳至管腳的信號延遲的差異減小至可接受的水平。通常，在現有技術中，同軸電纜用於測試頭中，以便形成整個傳輸線的多個部分。
測試頭的物理尺寸和形狀必須設計成使它與所要對接的處理器裝置相容。與機械測試頭定位器裝置組合的測試頭必須裝入規定容積內，該規定容積通常小於一立方碼。因此，可用於容納管腳電子裝置、傳輸線和其它所需設備和裝置的容積是有限的。在很多情況下，需要有直徑為幾英寸的、穿過測試頭的孔，以便當DUT位於測試位置和當它進行測試時，操作人員能夠觀察該DUT。這樣的觀察孔可能使用相當大的可用容積。
除了在管腳電子裝置和DUT管腳之間的傳輸信號，也可以適應專用信號，通過標準管腳電子裝置來產生或監測該專用信號將不現實或很昂貴。例如，在測試頭中的專用電路可以用於高速時鐘信號、低電平無線電通訊信號等。此外，還提供有供電電壓和接地。通常通過在測試頭中的合適布線而形成通向DUT的這些線路。
通常，通過安裝在「DUT板」上的探針卡或測試插口而與DUT進行電連接。當DUT包含在晶片中並在晶片探測器中測試，或者在與晶片分離但還沒有進行封裝的電路晶片上通過電路晶片處理器進行測試時，將使用探針卡。不過，當DUT進行封裝時，它將通過電路晶片處理器利用安裝在DUT板上的測試插口來進行測試。晶片探測器、電路晶片處理器和封裝處理器統稱為「器件處理器」。接口設置在測試頭和器件處理器設備之間，以便當測試頭與器件處理器設備對接時在測試頭和探針卡或DUT板之間提供連接。通常，接口包括安裝在測試頭上的壓縮彈簧加載的觸點管腳，該管腳抵靠在器件接口板(「DIB」)上的導電墊上。在某些實例中，DIB可以是探針卡或DUT板，或者在其它實例中它可以是中間板。在某些系統中，DIB安裝在器件處理器設備上；在其它實例中，DIB可以安裝在測試頭上。
作為現有技術系統的實例，

圖1是表示一般結構的剖視透視圖(T-R圖)。測試頭100由託架(未示出)支承，該託架再安裝在測試頭定位系統或操縱器(也未示出)上。如幾個專利(例如授予Smith的美國專利4589815、授予Slocum等的美國專利5821764和6104202、以及授予Chiu等的美國專利5982182)中所述的對接裝置(也未示出)可以安裝在測試頭100上。接口結構安裝在該測試頭上。在本實例中，接口結構包括觸點板130、信號觸點環132、性能板134、插入環136和彈簧加載的觸點管腳環138。彈簧加載的觸點管腳環138使多個彈簧加載的觸點管腳保持在合適插座中。在圖1中，所示的測試頭100用於晶片探測，因此，彈簧加載的觸點管腳140與有探針144的探針卡142接觸。探針144與電路晶片150電接觸，該電路晶片150是DUT，並包含在晶片152上。晶片152由夾盤160支承，該夾盤160包含於晶片探測器裝置中。
觀察孔125穿過測試頭100的中心、接口結構、以及探針卡142。因此，人們能夠在測試處理過程中觀察探針144和電路晶片150。
在測試頭100內部，管腳電子裝置電路布置在管腳卡110上，該管腳卡110插入連接器112中，該連接器112安裝在管腳電子裝置母板114上。可以看見，測試頭的大部分容積由管腳卡110佔據。在本實例中，由單獨的同軸電纜構成的連接線116用於在母板114和觸點板130之間提供信號傳輸通路。儘管連接線116並不直接與DUT接觸，但是它提供了在管腳電子裝置和DUT之間的「相互連接」，因為當除去線116時，在管腳電子裝置和DUT之間的電連接將斷開。
因此，測試頭100的內部是用於管腳電子裝置的空間的容積，該空間環繞觀察孔125布置。相對較小的容積(該容積也環繞觀察孔125)可用於連接線116，該連接線提供與觸點板130的電連接以及最終與彈簧加載的觸點管腳140的電連接。可以看見，可用於連接線116的空間容積非常有限。
其它測試頭的布置不同，但是，很多測試頭的公共特徵是包括觀察孔和插口，該插口有布置在環狀結構上的壓縮彈簧加載的觸點管腳，該環狀結構環繞觀察孔安裝。所有測試頭都包含管腳電子裝置電路。在很多自動測試系統中，其它系統部件位於單獨腔室內，該腔室通過電纜與測試頭連接。在一些系統中，整個測試系統在測試頭中。在很多系統中的管腳電子裝置布置在管腳卡上，該管腳卡垂直於DIB布置，並插入與DIB平行的母板中，如參考圖1所述。管腳卡可以彼此平行地成排布置，如圖1所示，或者它們可以環繞圓形觀察孔徑向布置。通常，該管腳卡包含一個至八個管腳電子裝置電路。也可選擇，管腳電子裝置可以構成於一個或多個較大「管腳電子裝置母板」上，這些管腳電子裝置母板堆垛地平行於DIB布置。這樣的管腳電子裝置母板通常相對較大，並可以包含直到幾百個管腳電子裝置電路。其它形狀和結構也可採用。
各同軸電纜大部分經常提供在接口和管腳電子裝置電路之間的所需的連接。其它可選實施例例如雙絞線和帶狀電纜用於低性能測試系統。不過，所有這些系統需要相當大的容積。其它系統構成為使直接機械連接用於徑向布置的管腳卡連接器和接口之間。該系統通常在管腳數容量、性能、或者這兩方面都受限制。
測試頭的總尺寸受到由它所能用於的處理器機構的範圍所產生的物理約束條件的限制。通常，當管腳電子裝置電路和所需連接的數目和複雜性增加時，它們在測試頭中的可用容積保持相對恆定。當在測試頭中所需的管腳電子裝置電路的數目變大，且總可用容積保持相對恆定時，顯然需要更大的布線密度。因此，需要在測試頭的較小容積內提供數百或數千條高性能信號通路的裝置。
而且，當所需連接數目增加時，提供各個連接的人工成本與同軸電纜一樣增加。還有，當連接數目增加時，布線錯誤的可能性以及它們的相關成本也增加。因此，也需要能夠減小提供準確連接的人工成本的相互連接裝置。
還有，在測試頭的使用壽命中，它可能需要改變管腳電子裝置電路的數目或類型、它們與接口的相互連接和/或接口的結構。當它們發生故障時，還可能需要更換某些管腳電子裝置電路。這些行為必然需要斷開和重新連接很多單獨的相互連接和/或接口部件，這可能導致相當多的停工時間和成本。因此，希望有一種方法能夠以模塊形式構成接口以及安裝在該接口上的相互連接裝置，該模塊形式使得能夠快速安裝和/或拆卸預製模塊，每個預製模塊都包含多個相互連接裝置和觸點。

發明內容
在本發明的示例實施例中，提供了一種用於測試頭系統的連接模塊，該測試頭系統包括用於測試器件的測試頭。連接模塊包括多個柔性電路，用於在測試頭的電子元件和要測試的器件之間傳遞和接收信號。連接模塊還包括在各柔性電路的第一端上的連接點，用於使柔性電路與測試頭中的電子元件連接。
附圖要說明通過下面的詳細說明並結合附圖，可以很好地理解本發明。應當知道，根據實際情況，圖中的各個特徵並沒有按照比例。相反，為了清楚，各個特徵的尺寸進行了任意放大或縮小。附圖中包括以下圖圖1是現有技術的測試頭系統的局部透視圖。
圖2A是根據本發明示例實施例的測試頭的分解透視圖。
圖2B是根據本發明示例實施例的、圖2A中的測試頭在從接口側看時的透視圖。
圖3A表示了根據本發明示例實施例的、在器件接口板上的一組接觸墊的結構。
圖3B是根據本發明示例實施例的、具有與圖3A中的接觸墊組相對應的孔圖形的彈簧加載的觸點管腳塊的平面圖。
圖4A和4B是根據本發明示例實施例的、與PE連接模塊成180度角的兩個透視圖。
圖5是根據本發明示例實施例的、用於圖4A和4B中的彈簧加載的觸點管腳塊的剖視圖。
圖6是根據本發明示例實施例包括單個管腳電子裝置母板的、在圖2中所示類型的測試頭的局部剖視圖。
圖7是根據本發明示例實施例包括三個管腳電子裝置母板的、在圖2中所示類型的測試頭的局部剖視圖。
圖8是根據本發明示例實施例使用安裝在柔性電路上的凹形連接器和安裝在母板上的凸形銷來使兩個柔性電路與管腳電子裝置母板連接的剖視圖。
圖9是根據本發明示例實施例包括連接器和加強元件的單個柔性電路組件的透視圖。
圖10A是根據本發明示例實施例的柔性電路組件的平面圖。
圖10B是根據本發明示例實施例的柔性電路組件的平面圖，其中包括信號導體的示意圖。
圖10C是根據本發明示例實施例的柔性電路組件的平面圖，其中包括接地/返回導體的示意圖。
圖11是根據本發明示例實施例的柔性電路沿一個信號導體的局部剖視圖，表示了材料層和粘接劑層。
圖12是根據本發明示例實施例的柔性電路組件在一個信號導體區域並與導體通路成直角的局部剖視圖。
圖13是根據本發明示例實施例的、具有柔性電路的彈簧加載的觸點管腳塊的剖視圖，該柔性電路通過焊接與彈簧加載的觸點管腳連接。
圖14是根據本發明示例實施例的、柔性電路的管腳電子裝置端部的透視圖，該柔性電路有連接器指狀物，用於與零插入力連接器連接。
圖15是根據本發明示例實施例的兩個柔性電路的剖視圖，這兩個柔性電路利用在柔性電路上的連接器指狀物以及安裝在母板上的零插入力連接器而與管腳電子裝置母板連接。
具體實施例方式
在本發明的另一示例實施例中，提供了一種接口，用於在測試頭和要測試的器件之間提供相互連接。該接口包括多個連接模塊，每個連接模塊都包括多個柔性電路，用於在測試頭中的電子元件和要測試的器件之間傳送和接收信號。接口還包括器件接口，該器件接口在多個連接模塊中的至少一個和要測試的器件之間提供相互連接。
在本發明的另一示例實施例中，提供了一種測試頭系統。該測試頭系統包括多個電子電路。該測試頭系統還包括用於在測試頭和要測試的器件之間通過相互連接的接口。該測試頭系統還包括多個柔性電路，用於在多個電子電路和要測試的器件之間傳送和接收信號。
在本發明的另一示例實施例中，提供了一種使測試頭與要測試的器件連接的方法。該方法包括提供至少一個連接模塊，該連接模塊包括多個柔性電路，用於在測試頭中的電子元件和要測試的器件之間傳送和接收信號。該方法還包括在測試頭中的電子元件和要測試的器件之間連接該連接模塊。
在本發明的另一示例實施例中，提供了一種改變測試頭系統的方法。該方法包括將第一柔性電路從測試頭系統上拆下，其中，該第一柔性電路有用於在測試頭中的電子電路和要測試的器件之間交換信號的第一結構。該方法還包括用具有第二結構的第二柔性電路更換第一柔性電路，該第二柔性電路用於在測試頭中的電子元件和要測試的器件之間交換信號。該第一結構與第二結構不同。
在本發明的另一示例實施例中，提供了另一種改變測試頭系統的方法。該方法包括將第一連接模塊從測試頭系統上拆下，其中，該第一連接模塊有第一結構，並包括用於在測試頭中的電子電路和要測試的器件之間交換信號的多個柔性電路。該方法還包括用具有第二結構的第二連接模塊更換第一連接模塊，該第二連接模塊包括多個第二柔性電路，用於在測試頭中的電子元件和要測試的器件之間交換信號。該第一結構與第二結構不同。
在本發明的另一示例實施例中，還提供了另一種改變測試頭系統的方法。該方法包括提供柔性電路，該柔性電路設置成在測試頭中的電子元件和要測試的器件之間傳送和接收信號。該方法還包括將柔性電路添加在測試頭系統上。
在本發明的另一示例實施例中，提供了一種裝配測試頭系統的方法，其中，測試頭系統包括用於測試器件的測試頭。該方法包括提供多個連接模塊，其中，各連接模塊包括多個柔性電路，用於在測試頭中的電子元件和要測試的器件之間傳送和接收信號。該方法還包括裝配用於在測試頭和要測試的器件之間提供相互連接的接口，包括按預定結構布置連接模塊。
在本申請中，對彈簧加載的觸點和彈簧加載的觸點管腳進行了多個說明、表示和解釋。彈簧加載的觸點/彈簧加載的觸點管腳的實例是Pogo管腳(Pogo是授予Delaware Capital Corp的註冊商標)。
本發明提供了一些優於現有技術的優點。首先，使用柔性電路(例如「撓曲電路」)，以便大大減小在管腳電子裝置電路和接口觸點之間布置大量連接線路所需的容積，同時對於在DUT和管腳電子裝置之間的信號交換保持良好的傳輸線性特徵。第二，提供了包括多個柔性電路的子組件以及要預製為模塊的接口觸點組件部分；因此，能夠簡化測試頭的裝配和維護。這樣，本發明節省了測試頭內部的容積，同時降低了製造和維護成本。
本發明的第一方面使用一個或多個柔性電路來形成在管腳電子裝置電路和測試頭中的接口觸點之間的導電通路。一個柔性電路可以包含多個導電通路，從而在多個管腳電子裝置電路和相應的多個接口觸點之間提供連接。在優選實施例中，信號和接地導體都布置在一個柔性電路中。這樣使用柔性電路來進行給定數目連接所需的容積小於通過使用同軸電纜、雙絞線、帶狀電纜等所需的容積。
與裝有絕緣材料護套的普通連接器(同軸電纜、雙絞線、帶狀電纜等)相比，柔性電路由工業標準IPC-T-50定義為利用柔性基質材料(有或者沒有柔性覆蓋層)的印刷電路的布置圖形。見「Flexible Circuit Technology」，JosephFjelstad，Silicon Valley Publishers Group，1998，第8頁。多種材料都已經用作柔性電路的基膜或基質，例如含氟聚合物膜(例如Dupont Teflon)、基於芳族聚醯胺纖維的紙張和布(例如Dupont Nomex)、可成形化合物(例如Rogers′BEND/flexible)，基於柔性環氧樹脂的化合物、以及熱塑性塑料膜(例如聚乙烯、聚氯乙稀、聚氟乙烯和聚醚醯亞胺)。通常，柔性電路設計成沿兩個甚至三個方向進行操作。柔性電路優於普通導體，例如帶狀電纜，其中，柔性電路可以用於提供較小、高速(幾百兆赫和更高)的傳輸通路，用於測試半導體部件。相反，帶狀電纜更大，用於低速用途。
柔性電路類似於印刷電路板，除了構成它們的材料為柔性而不是剛性。通常，柔性電路利用公知技術來特別設計用於特定用途，這些公知技術類似於用於印刷電路板設計的技術。柔性電路包括導電和非導電材料的交替夾層。柔性電路的厚度是各材料層加上任意所需粘接劑和粘接材料的厚度的組合。在本發明的示例實施例中，外層由絕緣材料構成。與印刷電路板技術中一樣，各個電路可以通過根據預定圖形蝕刻掉導電材料而形成於導電層中。在本發明的示例實施例中，採用了兩層導電材料和三層非導電絕緣材料。(外面兩層和中間層為非導電或電介質材料，另外兩層為導電材料。)在本發明的另一示例實施例中，用於信號連接的連接通路(或簡單導體)形成於兩個導電層中的第一層中。第二導電層可以用於接地連接；對於各個信號連接可以提供一個單獨的接地連接。也可選擇，第二導電層可以用於形成單個地電位面，它對於所有信號導體都連續。
因此，在本發明的示例實施例中，第一導電層只包含信號導體。還一實施例在第一導電層中提供了信號連接和接地連接，它可以與在第二導電層中的各個地電位面和單個地電位面組合。例如，在本發明的另一實施例中，接地導體包含在第一導電層中，並布置成有至少一個接地導體鄰近每個信號導體。因此，導體沿柔性電路的寬度方向的布置方式是接地、信號、信號、接地、信號、信號、接地等。在本發明的還一示例實施例中，各信號導體布置成使它在兩個接地導體之間並鄰近這兩個接地導體。因此，導體沿柔性電路的寬度方向的布置方式是接地、信號、接地、信號、接地等。還一實施例使得信號和接地形成於兩個導電層中。
橫跨柔性電路的長度的信號導體可以通過非導電層而與地電位面分離。因此，帶狀線類型的傳輸線被提供用於信號。傳輸線的特徵阻抗部分地由在信號導體和地電位面之間的相對介電常數(即介電常數)和厚度來確定。它還部分地由信號導體的寬度和厚度來確定。在第一導電層中的信號導體和任意相鄰導體之間的距離也將影響特徵阻抗。因此，利用公知技術，可以在信號導體傳輸線中設計成範圍在大約28至75歐姆的合適阻抗。
在本發明的示例實施例中，各柔性電路有一定長度，該長度比它的寬度大幾倍，且該長度足以從管腳電子裝置電路到達接口觸點。這樣，儘管柔性電路並不直接與要測試的器件接觸，但是柔性電路提供了在管腳電子裝置和要測試的器件之間的「相互連接」，其中，如果拆下柔性電路，在管腳電子裝置和要測試器件之間的電連接將被斷開。導體設計成橫過柔性電路的寬度彼此接近，這樣，各導體橫越柔性電路的長度。柔性電路的長度在它的兩端之間延伸，這兩端是第一端，稱為管腳電子裝置端(「PE端」)，提供在連接器和管腳電子裝置電路之間的連接；以及第二端，稱為「接口端」，提供在連接器和接口觸點之間的連接。
柔性電路的兩端設計成這樣，即導體的端部可以安裝在它們的相應終點上。有多種不同的可能性。在一個示例實施例中，在接口端的導體終止於穿過柔性電路的導電電鍍通孔。各接口觸點提供有導電柱，該導電柱緊密配合裝入相應的電鍍通孔內。然後，導電柱都插入它們的相應電鍍通孔內，且在各柱和通孔之間進行釺焊連接。在另一示例實施例中，連接器塊安裝在柔性電路的接口端上。該連接器塊包括多個凹形插座觸點，這些凹形插座觸點的間距與類似數目的接口觸點的間距相對應。連接器塊安裝在柔性電路上，這樣，在柔性電路中的各個導體與一個或多個相應插座連接。各接口觸點提供有柱，該柱與相應插座嚙合，以便提供機械和電接觸。因此，連接器插過相應的柱，以便在柔性電路中的導體和接口觸點之間形成連接。在另一示例實施例中，凸形連接器元件安裝在管腳電子裝置模塊上或者母板上，且匹配的凹形連接器布置在柔性電路的PE端上。由管腳電子裝置電路提供的信號和接地被引向凸形連接器的各個凸形觸點。包含在柔性電路中的相應導體與匹配的凹形連接器的相應觸點連接。因此，通過使柔性電路的匹配凹形連接器與凸形連接器元件連接以形成牢固電連接，從而在管腳電子裝置和柔性電路導體之間形成連接。在還一示例實施例中，零插入力(「ZIF」)連接器安裝在管腳電子裝置模塊上，或者安裝在包含管腳電子裝置電路的母板上和/或模塊上，且匹配的連接器布置在柔性電路的PE端上。由管腳電子裝置電路提供的信號和接地通向ZIF連接器的各個觸點。包含在柔性電路中的相應導體與匹配連接器的相應觸點連接。因此，通過將柔性電路的匹配連接器插入ZIF連接器併合適操作ZIF連接器以便形成牢固電連接，從而在管腳電子裝置和柔性電路導體之間形成連接。在還一示例實施例中，作為本領域已知的其它連接技術也可以用於在柔性電路的兩端提供連接。儘管這裡所述的各種連接機構(例如導電柱、導電電鍍插座、導電接頭、ZIF連接器等)表示為與給定部件的給定位置(例如柔性電路的接口端)連接，但是也可考慮使連接機構的結構都反過來。這樣，當導電柱介紹為在第一位置與在第二位置的導電電鍍插座匹配時，應當知道導電柱可以布置在第二位置，而導電電鍍插座將布置在第一位置。
柔性電路可以設計成使它的寬度沿它的長度變化。因此，各個導體的寬度以及在各個導體之間的間距沿長度方向進行調節，以便適應變化的寬度。在柔性電路的PE端，柔性電路寬度和導體間距可以設計成與連接器裝置的尺寸相對應，該連接器裝置使柔性電路與相應的管腳電子裝置電路連接。類似地，在接口端，柔性電路寬度和導體間距可以設計成與和它連接的接口觸點的間距相對應。最後，柔性電路的寬度可以在沿長度的各個位置進行調節，以便符合由物理設計和測試頭布局所產生的特定限制。例如，在必須穿過較小開口的位置處，柔性電路的寬度可以減小。
在本發明的另一示例實施例中，提供了PE連接模塊，該PE連接模塊包括與多個柔性電路組合的接口組件部分。在接口組件設計成環繞穿過測試頭的觀察窗的測試頭中，接口組件部分例如可以為接口組件的四分體、六分體或八分體。因此，PE連接模塊提供了對於所有管腳電子裝置電路和接地的柔性電路連接，該柔性電路通過接口組件部分與DUT連接。接口組件部分包括電觸點以及用於保持它們的裝置和能夠使它們與柔性電路連接的裝置，該電觸點提供與DIB的連接，例如彈簧加載的觸點管腳。
在本發明的另一示例實施例中，提供了由絕緣材料製成的塊，該塊有穿過它鑽出的孔排。彈簧加載的觸點管腳插座裝入這些孔內，且彈簧加載的觸點管腳從該塊的第一側插入這些插座中。彈簧加載的觸點管腳插座是導電的，並有安裝在它們上的導電柱，該導電柱優選是正方形截面，且穿過該塊的第二側延伸。兩個相鄰排的孔與布置在一個柔性電路的兩個導電層中的所有連接相對應。對於各個柔性電路，在塊中有兩排孔。柔性電路通過前述技術與該柱連接。柔性電路的長度設計成使得各個信號的電路近似相同。因此，特定柔性電路可以比其它的長些或短些。還有，在不同柔性電路之間，在測試頭中各個柔性電路將橫過的物理距離是不同的。因此，各柔性電路可以在需要裝配時橫過它的長度進行摺疊。各柔性電路的PE端提供有合適的連接特徵，以便能夠與它的相應管腳電子裝置電路連接。這樣構成的模塊預先形成，這樣，能夠在不進行明顯調節的情況下很方便地在測試頭中裝配就位。
在本發明的另一示例實施例中，提供了一種用於裝配PE連接模塊的方法，該方法包括以下步驟除了提供合適的裝配固定件之外提供如上述所需元件。
在本發明的另一示例實施例中，提供了一種裝配測試頭的方法，該方法包括以下步驟提供PE連接模塊；使各PE連接模塊與它的相應管腳電子裝置電路連接；以及將它的接口部分安裝在測試頭上。
在本發明的另一示例實施例中，提供了一種改變管腳電子裝置電路的數目和在測試頭中的相互連接的方法，該方法包括以下步驟拆下一個或多個選定的PE連接模塊；以及利用具有所需的新相互連接結構的PE連接模塊來更換它或它們。
圖2A表示了本測試頭200的分解透視圖，該測試頭200包括蓋體單元205、管腳電子裝置母板210、測試頭座208、接口單元260和器件接口板(DIB)250。接口單元260包括接口座220、壓環230、DIB保持器240、手柄232以及相關零件。DIB250可以是DUT板(具有用於測試封裝後器件的測試插座)，或者是探針卡(包括探針，用於在晶片或未封裝電路晶片上的測試器件)。測試頭200還包括8個管腳電子裝置連接模塊(「PECM」)400；不過，為了清楚，在圖2A中只表示了一PECM400。測試頭可以設計成有多於或少於8個PECM。測試頭200還包括觀察孔201，該觀察孔201穿過蓋體205、母板210、殼體208和接口單元260。DIB250可以包括或不包括觀察孔；通常，觀察孔將穿過探針卡，但不穿過DUT板。
圖2B是包括接口單元260的測試頭200的透視圖。為了清楚，並不包括壓環230、DIB保持器240、手柄232、DIB250和相關零件。各PECM400包括彈簧加載的的觸點管腳塊410，該彈簧加載的的觸點管腳塊410保持彈簧加載的的觸點管腳505。圖示為8個彈簧加載的觸點管腳塊410(每個PECM400有一個)通過螺釘221安裝在接口座220上。引導管腳222用於使各彈簧加載的的觸點管腳塊410精確對齊它的正確位置。
參考圖2A，DIB250為傳統類型，包括導電電路(未示出)用於將信號、電力、接地等傳送給DUT和從該DUT向外傳送。電路可以以與印刷電路板技術一致的公知方法來設計和製造。電路終止於接觸墊255，該接觸墊255成組地布置成環繞DIB250的外周，與傳統情況相同。為了清楚，圖2A中只表示了兩組接觸墊255；不過，優選是，每一個PECM400對應一組接觸墊255，在本示例實施例中提供了總共8組。
更詳細地說，圖3A是DIB250(未示出)上的接觸墊255的單組實例的更詳細視圖。在所示組中有總共500個接觸墊。12個平行排310，每排32個接觸墊，從而提供384個接觸墊。它們用於在DUT和管腳電子裝置之間提供192個信號-接地連接對。接觸墊的中心沿各排間開100mil(密耳)，且排的中心至中心間開100mil。因此，提供了具有12排乘以32列在100mil網格上的接觸墊的矩形陣列。信號和接地沿各排和各列交替，從而形成西洋跳棋盤圖形。這根據本領域的傳統實踐，且間距與很寬範圍的標準連接器產品相容。
兩個平行排320，每排18個接觸墊，從而提供了36個接觸墊。它們用於向DIB250(未示出)提供實用和/或較低頻率信號。接觸墊的中心沿各排間開100mil，且排的中心至中心間開100mil。信號和接地的分配並不重要，可以在接觸墊組255之間變化。為了便於說明，該排布置成平行於12排310。6組的兩排每排6個接觸墊，從而提供了72個接觸墊。它們用於向DUT提供電源電壓和接地。而且，專用高電平測試信號通過這些接觸墊來提供。在接觸墊之間的100mil間距用於與標準連接器相容。兩組240，每組4個接觸墊，從而提供8個接觸墊。它們用於向DUT提供專用測試信號，例如時鐘和低電平連通信號，它們必須通過同軸電纜傳送給DIB250。在連接對之間的100mil間距用於與標準連接器相容。
因此，一組接觸墊255提供了直到192個信號和它們的接地、以及各種電源電壓和接地、實用信號、時鐘和其它專用信號的連接。應當知道，一組接觸墊255可以有更少或更多接觸墊，並可以布置成與本實例所示不同的任意圖形，如適應其它測試系統的特定需要所需。在這裡所述的實施例中，採用了八個PECM400和相應組的觸點255；各PECM400和觸點組255提供了總「環接口」的八分體，該環接口包圍觀察孔201。也可以為其它結構，例如四個或六個PECM和觸點組分別形成環接口的六分體和四分體。儘管環接口通常最實用且有很多優點，但是本發明也可以採用非環形的結構。
再參考圖2A，DIB250通常通過螺釘(未示出)而固定在DIB保持器240上。DIB保持器240包括切口257。每組接觸墊255與切口257對齊，這樣，各接觸墊255可通過它的相應切口257而接近。在所示實施例中，提供了8個切口257；因此可以容納8組接觸墊255。應當知道，系統可以設計成有更多或更少的切口257和接觸墊組255。
在圖3B的平面圖中所示的彈簧加載的的觸點管腳塊410的尺寸和形狀為這樣，即它緊密配合裝入DIB切口257內。彈簧加載的的觸點管腳塊410有上表面402和底表面404(未示出)。孔(例如441個)根據DIB250上的相應接觸墊組255的圖形而穿過彈簧加載的觸點管腳塊410鑽出。包括四個用於螺釘221的孔442，該螺釘221將它固定在DIB250上。還包括兩個對齊銷孔443，這兩個對齊銷孔容納對齊銷222，該對齊銷222使得該塊相對於DIB250對齊。
在圖4A和4B中更詳細地表示了PECM400。PECM400包括信號柔性電路420、輔助柔性電路425、凹形連接器430、直角凹形連接器440和彈簧加載的觸點管腳塊410。它還包括附加電線455、同軸電纜465、連接器單元450和同軸連接器單元460。包括信號柔性電路420、凹形連接器430和直角凹形連接器440的組件將稱為信號柔性電路組件900(見圖9)。連接器430有管腳(不可見)，該管腳用於將連接器430安裝在它們的相應柔性電路420和425上。連接器440有直角管腳445，該直角管腳445將連接器安裝在相應的柔性電路420和425上。管腳穿過柔性電路420和425中的孔延伸，並通過釺焊接頭436和446而焊接就位。通常，各信號柔性電路組件900用於在管腳電子裝置和DUT之間連接單個信號和信號接地參照點。在優選實施例中，各柔性電路420提供了對於32個信號和它們的接地的連接，並最終與12排310每排32個接觸墊255連接。後面將更詳細地介紹柔性電路組件900。
輔助柔性電路425用於通過兩排320每排18個接觸墊255而使多個「實用」和低頻信號與DIB250和/或DUT連接。例如，發信號以便控制包含在DIB 250中的特殊測試功能，或者向DUT發送低速形狀控制信號。附加電線455用於將電和接地引導返回DUT，還用於連接電平太高而無法用柔性電路傳導的信號。同軸電纜465用於傳導該特殊處理所需的任何信號例如時鐘和低電平連通信號。
優選是在自動測試系統中能夠很容易變換DIB，因為要測試的不同器件分別有它們自身獨特的接口要求。還有，DIB易於磨損和斷裂，對於專用於測試一種器件的系統，必須經常更換。因此，DIB保持器240以當前工業上常用且便於快速容易地更換的方式而安裝在接口座220上，如圖2A所示。為此，壓環230以可旋轉地方式安裝在接口座220上。特別是，壓環230有垂直於旋轉軸線的狹槽234。凸輪隨動器235裝到接口座220上，經狹槽234伸出。因此，壓環230可以旋轉通過一定角度，該角度由狹槽234的長度減去凸輪從動器235的直徑來確定。手柄232安裝在壓環230上，以便使操作人員能夠使壓環230相對於接口座220旋轉。傾斜狹槽236布置在狹槽234之間，該傾斜狹槽236有開口238，該開口238朝向壓環230的、對著DIB保持器240的外邊緣。凸輪從動器245安裝在凸輪從動器安裝塊242上，該凸輪從動器安裝塊242再安裝在DIB保持器240上。凸輪從動器245定位成使它們同時進入在壓環230中的相應開口238中。當各凸輪從動器裝進它的開口238中時，各彈簧加載的的觸點管腳本體410將恰好進入它的相應切口257，從而在DIB250上的接觸區域255和彈簧加載的的觸點管腳505(圖5中所示)之間提供對齊。這時，操作人員可以轉動手柄232，凸輪從動器245將沿著傾斜狹槽236運動，從而拉動DIB保持器240和它上面安裝的DIB250與彈簧加載的的觸點管腳505接觸。應當知道，DIB250必須仔細與DIB保持器對齊並剛性安裝在該DIB保持器240上。這可以通過傳統裝置例如對齊銷和螺釘來實現。當拉動DIB240與彈簧加載的的觸點管腳505接觸時，因為彈簧加載的的觸點管腳505壓縮，因此施加相當大的力。通常，各彈簧加載的的觸點管腳505在壓縮時將施加接近兩盎司的力。該力是保證在彈簧加載的的觸點管腳505和它在DIB250上的相應接觸墊255之間的低電阻連接所需。因為在普通系統中需要數百或數千的彈簧加載的觸點管腳505，因此總力將非常大。例如，在這裡所述的實施例中，可以有4000個彈簧加載的觸點管腳505，從而導致大約500磅的壓縮力。
下面參考圖5，圖5是彈簧加載的觸點管腳塊410的剖視圖，彈簧加載的觸點管腳插座502壓配合裝入孔441內。彈簧加載的觸點管腳505可以插入各個插座502內。特別是，彈簧加載的觸點管腳505將置於各插座中，在該插座中，它優選是在測試頭100電路和DIB250之間進行電連接。各彈簧加載的觸點管腳505插入至使得它的接觸點凸出到底表面404下面。因此，彈簧加載的觸點管腳505能夠與它的相應接觸墊255(未示出)接觸。各彈簧加載的觸點管腳505與它的相應彈簧加載的觸點管腳插座502電連接。各彈簧加載的觸點管腳插座502有同軸安裝在它上面的導電柱508(也在圖4B中表示)，這樣，該柱508從上表面402凸出，並垂直於上表面402。各柱508電連接到其相應彈簧加載的觸點管腳插座502和彈簧加載的觸點管腳505，如果包括的話。插座502、彈簧加載的觸點管腳505和各柱508合起來稱為「彈簧加載的觸點管腳組件」。在示例實施例中，柱508的截面為正方形，邊長為0.025英寸(所謂0.025方形柱)，這些柱通常用於繞線和釺焊連接，以及用作與合適的凹形連接器元件配合的凸形連接器。
安裝在柔性電路420和425、電線455和同軸電纜465(圖5中未示出，見圖4A和4B)上的連接器440、450和460可以插在柱508上的合適位置。例如，圖5表示了插在六排彈簧加載的觸點管腳柱508上的三個直角凹形連接器440。各連接器440跨過兩排彈簧加載的觸點管腳柱508。兩個連接器440安裝在信號柔性電路420上，並插在四個相鄰排的彈簧加載的觸點管腳柱508上。這四排的位置與在12排310每排32個接觸墊225中的四個相鄰排相對應，用於信號-接地連接對。其它連接器440安裝在輔助柔性電路425上，並插在兩排320每排18個接觸墊255上，用於實用和/或低頻信號。
圖6是測試頭200組件的局部剖視圖，該測試頭200組件包括蓋體205、本體208、母板210、接口座220和PECM400。母板210包括上側212和底側214，且它包含管腳電子裝置電路(未示出)。管腳電子裝置電路可以直接安裝在母板210上，或者它可以安裝在子板上(未示出，或與圖1所示的相似)，子板再安裝在母板上。管腳電子裝置電路可以部分地安裝在母板210上，部分地安裝在子板上。通常，管腳電子裝置電路安裝在上側212上。這能夠通過簡單地除去蓋體單元205來接近管腳電子裝置，以便進行故障檢查或其它目的。在還一結構中，可以採用兩個或更多母板彼此平行地布置；不過，為了簡化，圖2和6隻表示了一個母板210。不過，圖7提供了具有三個母板210a、210b和210c的測試頭200的局部剖視圖。母板210包括狹槽207。狹槽207的目的是允許連接線在母板210的上表面和彈簧加載的觸點管腳插座502之間通過。在本發明中，柔性電路420和425提供了該連接線。
接口座220利用傳統技術(未示出)而安裝在測試頭座208上。接口座220有多個槽道，數目與接觸墊組255和PECM400的數目相對應。接口座220以使得開口217與槽道237和狹槽207對齊的方式而安裝在測試頭本體208上。
彈簧加載的觸點管腳塊410利用傳統技術例如對齊銷222和螺釘221(在圖6中未示出，見圖2B)而與接口座220對齊並安裝在該接口座220上。兩個柔性電路420以及柔性電路425與安裝在塊410中的彈簧加載的觸點管腳連接，如參考圖5所述(該圖5是彈簧加載的觸點管腳塊410和圖6中的相應硬體的放大詳圖)。柔性電路420和425穿過槽道237、開口217和狹槽207伸向母板210的上側212，在該處，凹形連接器430插在相應的凸形連接器610上，該凸形連接器610再與管腳電子裝置電路(未示出)連接。圖8提供了與母板210連接的放大圖。墊片620布置成使得一組凸形連接器610稍微高於相鄰的凸形連接器，以便使兩個連接器430能夠彼此緊密相鄰布置，同時在相應柔性電路420之間沒有導致故障的幹涉。
在所述實施例中，管腳電子裝置母板210提供了用於全部512個信號-接地對的管腳電子裝置電路，並有總共8個PECM400。管腳電子裝置電路通常均勻地環繞觀察孔201布置。如前所述，各柔性電路420設置成容納32個信號-接地對。信號接地對在8個PECM400中均勻分配，這8個PECM400繞觀察孔201均勻分布。因此，各PECM設置成有兩個柔性電路420，如圖6所示，這樣，各個PECM400處理64個信號-接地對。此外，各PECM可以包括多個其它信號、電源電壓、接地等，如前所述。因此，各PECM400以及在DIB250上的相應觸點組255並不用於所述實施例中(應當知道，在圖6中，為了簡化，並沒有表示與接觸墊組330和340相對應的彈簧加載的觸點管腳位置。還有，彈簧加載的觸點管腳位置並不按比例)。
為了增加測試頭的管腳電子裝置容量，可以添加附加管腳電子裝置母板210。圖7是具有三個管腳電子裝置母板210a、210b和210c的系統的局部剖視圖。各母板包括用於512個信號-接地對的管腳電子裝置電路，總共用於1536個。8個PECM400中的每一個都包括6個信號柔性電路420。再有，各柔性電路420處理32個信號-接地對，這樣，各PECM400容納192個信號-接地對，或者總數1536的八分之一。
再參考圖7，母板210a、b和c彼此平行地安裝在測試頭200中，這樣，它們的狹槽207a、207b和207c都與相應的開口217和槽道237對齊。然後，柔性電路420a、420b和420c的路線都通過通道，並因此形成於它們的相應母板上。特別是，最靠近測試頭200中心的柔性電路420c對穿過全部三個母板210a、b和c的狹槽而引導，並與最上側的母板210c連接。中心的一對柔性電路420b只穿過底側的兩個母板210a、210b，並與母板210b連接。最後，最外側的一對柔性電路420a只穿過最底側的母板210a，該對柔性電路420a與該最底側母板210a連接。
優選是使狹槽207儘可能小，以便使得在母板210上可用於電路的實際區域最大。與現有技術(現有技術通常使用同軸電纜束、雙絞線或帶狀電纜)相比，使用柔性電路420大大降低了狹槽207所需的區域。
不過，柔性電路技術和設計已經存在和公知多年，且一般的設計和製造實踐用於本發明實施例中。這裡，我們概括了柔性電路的、用於優選實施例的某些關鍵方面。
柔性電路可從多個來源獲得，例如包括Sun Valley，CA的World CircuitTechnology、Saint Paul，MN的Flexible Circuit Technologies、以及在Minneapolis，MN的Advanced Flexible Circuits。行業雜誌「Flexible Circuitry Electronic Packaging」專門介紹該技術。Jack Lexin的文獻「Comparison ofPrinted Flexible Circuitry and Traditional Cabling」(在InterConnectionTechnology的1992年12月中)提供了該技術的概括。柔性電路通常通過公知技術對於各個用途進行定製設計，這與印刷電路板的設計技術類似。信號柔性電路420和信號柔性電路組件900的設計方面將在下面介紹。
前面的圖4A和4B包括信號柔性電路420和輔助柔性電路425。圖9是一個信號柔性電路組件900的透視圖，圖10A是該信號柔性電路組件900的平面圖，該信號柔性電路組件900包括信號柔性電路420，並用於本發明的優選實施例中。在該優選實施例中，該柔性電路組件900提供了對於32個信號和它們的接地參照點在管腳電子裝置和DUT之間的連接。柔性電路組件900有兩端接口端940和PE端930。增強件910安裝在柔性電路上並靠近PE端930和接口端940，以便提供一定的局部剛性。凹形連接器440布置在接口端940處，它提供了64個插座，成兩排每排32個插座942。在插座942之間的間距選擇為與在兩相鄰排310每排32個接觸墊(如圖2A所示)中的接觸墊255之間的間距相對應。在所述實施例中，插座942沿一排間開100mil，且兩排的中心至中心之間間開100mil。各插座942的類型設計成與安裝在彈簧加載的接觸插座502上的柱508匹配。因此，連接器440提供了與兩相鄰排310每排32個接觸墊的同時連接。同樣，凹形連接器430布置在PE端930處，它也提供了64個插座932，這64個插座成兩排，每排32個插座。匹配的凸形連接器元件可以包含在PE母板210上，以便與相應的管腳電子裝置電路連接。在所述實施例中，插座932也沿一排間開100mil，並且一排與另一排之間間開100mil。連接器430和440是可從市場上獲得的標準產品。連接器430和440通過從各插座932和942伸出的觸點管腳(未示出)而安裝在柔性電路420上。觸點管腳穿過電鍍通孔或通路1010和1020(圖9中未示出)而延伸，並釺焊就位。連接器430的觸點管腳為直的，這樣，插座930的軸線垂直於柔性電路420的表面，連接器420的觸點管腳有直角彎頭，這樣，插座940的軸線平行於柔性電路420的表面。
柔性電路組件900的總長度大約為7-1/4英寸。柔性電路420的寬度沿它的長度變化。在所述實施例中，在兩端的寬度為大約3-1/4英寸。不過，沿長度的中心部分950，寬度為大約1-5/8英寸。該變窄的寬度便於將柔性電路布置在槽道237、開口217和狹槽207中。
柔性電路420以普通方式構成，如導體和電介質的多層結構一樣。圖11是柔性電路420的示意剖視圖，該柔性電路420包括兩層1102和1104導電材料例如銅以及三層1101、1103、1105電介質材料例如Kapton(E.I.Dupontde Nemours and Co.，Corp.，Wilmington，DE的註冊商標)，布置成五層夾層結構。導電圖形可以在導電層中蝕刻。這些層通過合適的粘接劑1111而彼此粘接。優選是各層非常薄，典型厚度為1至5mil。粘接劑的厚度也大約1mil。因此，粘接劑層1111在整個結構中很主要，且粘接劑111構成柔性電路的總厚度的很大部分。在所述實施例中，在兩層1102和1104中的導體由重量為1盎司每平方英尺的銅片而形成，這使得在兩層中蝕刻成圖形之後，這兩層的厚度都分別為1.2mil。外部兩層1101和1105為Kapton，且分別為1mil厚。中心層1103也是Kapton，為5mil厚。粘接劑層111在電介質層1101、1103和1105以及導電層1102、1104之間的厚度通常為1mil。因此，柔性電路的總厚度為通常13.4mil。
各個導體通過根據預定圖形蝕刻掉導電材料而形成於導電層1102和1104中。在本實施例中，如下面更詳細所述，層1102用於傳導32個信號；層1104用於提供32個獨立的地電位面，每個用於一個信號。
圖10B是表示層1102的平面圖。32個導電跡線1002布置成在柔性電路420的兩端之間傳送信號。在下面所述的實施例中，各跡線的寬度為大約5.5mil。在柔性電路420的各端都提供了兩排、每排32個電鍍通孔1010和1020，以便接收前述連接器430和440的連接管腳。這些電鍍通孔1010和1020穿過柔性電路420的所有層，且它們都電鍍有導電材料例如銅或合適合金，與普通實踐相同。各導電跡線1002的各端與在柔性電路420的各端的單個通孔1020連接。
導體430和440通過將它們的觸點管腳分別插入電鍍通孔1010和1020內而裝配在柔性電路420上。然後，各觸點管腳再釺焊就位。因此，在各插座932和942或者兩個連接器430和440之間形成連續。
圖10C是表示層1104的平面圖。圖10C的解釋與圖10B不同。也就是，在圖10C中，在柔性電路420的端部之間的線1004表示已經除去導電材料的區域，從而在導電區域1005之間進行分離。在柔性電路420的各端，各導電區域1005的端部與它的相應電鍍通孔1010連接，並與電鍍通孔1020絕緣。因此在各插座932和942或者兩連接器430和440之間形成接地連續。因此，各導電區域1005形成在層1102中與各信號跡線1002平行的地電位面導體。圖12提供了在一個信號導體1002-地電位面1005對附近的柔性電路420的剖視圖。在另一實施例中，可以在層1104中有單個地電位面導體，它橫過柔性電路420的整個寬度延伸。不過，發現將接地分成各個單獨區域使柔性電路420中有更大的機械柔性，這在PE連接模塊400的安裝已經測試頭200的維護中很重要。還有，在某些測試情況下，已經證明使各個信號有單獨的參照點將很有利。單獨結構也可以有利於不同對、電流迴路等；在該結構中，在層1104中的單獨區域將用於提供信號返回通路，該信號返回通路可以與接地不同，同時，在需要時其它區域也可以用於接地。
而且，柔性電路還設計成提供信號導體的控制特徵阻抗，並在相鄰信號導體之間有相當低的串擾。設計柔性電路以便提供合適特徵阻抗的處理為公知，並已經實施了多年。例如，Northbrook，ILd IPC-Association ConnectingElectronics(前身為Institute for Interconnecting and Packaging Electronics)的某些文獻提供了指導。一篇這樣的文獻是No.D-317A，「Design Guidelinesfor Electronic Packaging Utilizing High Speed Techniques」。D.Brooks的文章「Embedded Microstrip Impedance Formula」(見Printed Circuit Design，MillerFreeman出版，2000年2月)評述了IPC Association Connecting Electronics的文獻，並對它們的公式進行了某些修正。根據Brooks，在靠近地電位面處為矩形截面且導體和地電位面都埋入電介質材料中的導體的特徵阻抗可以由以下公式近似Z0=60er(1-exp(-1.55H1/H))Ln(5.98H8W+T)]]>其中Z0＝特徵阻抗(歐姆)；H＝導體平面1102的中心高於地電位面1104的高度1120；H1＝柔性電路420的表面1132在地電位面1104上面的距離1125；W＝導體的寬度1206(與地電位面平行)；T＝導體的厚度1202(垂直於地電位面)；er＝電介質的相對介電常數；Ln表示自然對數；以及
exp表示指數函數如Brooks的文章所述，該表達式為近似值，在很大程度上取決於所選擇的相對介電常數值。在柔性電路中，信號導體1002和接地1005埋入包括電介質Kapton和粘接劑的介質中。通常，粘接劑的效果是使得總相對介電常數小於單獨電介質的相對介電常數。因此，實際有效相對介電常數將由材料的組合形成。根據DuPont文獻，Kapton的相對介電常數根據環境和其它條件而在一定範圍內變化。主要有Kapton和粘接劑的介質的相對近似值是3.0至3.4。還可以知道，特徵介電常數可以通過調節參數H、H1、W和T來「設計」。
還一設計特徵是接地部分1005的寬度與信號導體1002的寬度W的比較。發明人的經驗顯示，對於作為地電位面的接地導體和上述公式，將給出合理的結果，接地部分1005的寬度應當比W寬幾倍，且至少為四倍H(該H為導體在接地部分1005上面的高度)。最終的設計考慮因素是從導體至相鄰導體的間距應當較大，以便使串擾減小至可接受的水平。
圖12是下面所述的優選實施例中的柔性電路420的局部剖視圖，表示了一個信號導體1002、它的相應接地部分1005的剖面以及它的兩個相鄰接地部分1005a的局部剖面。截面沿著柔性電路420的狹窄部分950，在該處，信號導體間隔最近。該結構設計為近似特徵阻抗為75歐，假定er的值為3.2。信號導體1002的寬度1206和厚度1202分別是5.5mil和1.2mil。信號到體1102的中心高出接地平面的高度為7.6mil，並包括5mil的一層Kapton和兩層1mil的粘接劑層1111。接地部分1005的寬度1210均為40mil。在相鄰接地部分1005之間的非導電間隙1006的尺寸為10mil。因此，信號導體1002/接地部分1005對位於50mil中心，且在信號導體的中心至中心的間距是它們寬度的近似9倍，且是導體1002和它的接地1005之間的距離的近似7倍。因此，單元足夠間開，以便使串擾保持在可接受的水平。
由柔性電路的供應商對優選實施例進行的模擬和測量證明在可接受的工差範圍內獲得合適的特徵阻抗。
輔助柔性電路425可以以類似方式設計。不過，由柔性電路425攜帶的實用信號通常為低頻或者基本「dc」，且通常並不需要控制特徵阻抗，且並不容易串擾。
其它實施例也可以具有不同結構的柔性電路420和組件900。首先，如前所述，並不是在導電層1104中分離接地導體1005，而是單個地電位面將用於幾個或所有信號導體1002。還有，構成了這樣的實施例，其中，用作接地的附加跡線包含在信號導體層1102中。例如，接地攜帶跡線將布置在每兩個信號跡線1002之間，從而將接地導體布置在各信號導體的各側。附加接地跡線的端部將終止於電鍍通孔1010，該電鍍通孔1010與層1104中的接地連接。該結構將進一步減小在相鄰信號之間的串擾。還可以在每對信號跡線1002之間包括接地跡線，這樣，各信號跡線1002有與它相鄰的一個接地跡線。還可以在兩層1102和1104中包括某些信號跡線，並在兩層1102和1104中包括相應的接地平面部分。在還一結構中，優選是包括由電介質層分開的更多或更少導體層，以便傳送信號和接地。
圖13表示了使柔性電路420與彈簧加載的觸點管腳插座柱508連接的可選裝置。在上述實施例中，具有凹形插座942的連接器440用於該目的。也可選擇，在柔性電路420的PE端930處的電鍍通孔1010和1020可以直接布置在柱508上並釺焊就位，從而形成釺焊接頭1301。因此，電鍍通孔1010和1020的物理尺寸、位置和間距必須合適設計。
圖14和15表示了使柔性電路與母板連接的可選裝置。在前述實施例中，具有凹形插座932的連接器430用於使柔性電路420與管腳電子裝置母板210連接。有幾種已知方法來使柔性電路與選擇使用的印刷電路板連接。例如，圖14表示了可選柔性電路1420的PE端930，「邊緣連接器指狀物」1410形成於該PE端930上。形成這樣的指狀物1410是製造柔性電路的標準操作。多個製造商(例如Hirose Electric Co.Ltd和Molex)供給零插入力或ZIF連接器，該連接器可以安裝在印刷電路板上，以便接收柔性電路邊緣連接器指狀物。增強件910安裝在柔性電路1410上並靠近PE端930，以便提供一定的局部剛性。圖15是表示管腳電子裝置母板210的剖視圖，該管腳電子裝置母板210有安裝在它上面的兩個ZIF連接器1510，這兩個ZIF連接器1510接收在柔性電路1420上的邊緣連接器指狀物1410。ZIF連接器1510有打開和關閉位置。當ZIF連接器1510處於幾乎沒有阻力或沒有阻力的打開位置時，邊緣連接器指狀物1410首先插入ZIF連接器1510中。然後操作促動器(未示出)，並使得ZIF連接器1510處於它的關閉位置。當它關閉時，在連接器1510中的凸形觸點與指狀物1410滑動接觸，從而形成良好連接。還有，當處於關閉位置時，柔性電路1420牢固保持就位。該連接可以通過促動器來釋放。
-所述PECM裝置能夠以新方法來製造、維護和現場改裝測試頭，所有這些都有利於成本和質量。
首先，PECM可以作為子組件單獨製造，然後當它裝配時裝入測試頭中。可以採用固定和自動化技術來使得裝配處理儘可能經濟。
PECM子組件可以製成為各種結構，以便滿足不同終端用戶情況。對於需要最小結構的測試管腳且不可能以後改裝或擴展測試頭的終端用戶，可以採用只有所需數目的柔性電路和彈簧加載的觸點管腳附件的PECM。不過，當很可能以後要進行擴展時，可以提供具有全部柔性電路和彈簧加載的觸點管腳附件的PECM。當通過添加管腳電子裝置來擴展系統時，所需柔性電路已經存在，只需要進行插入。可選的中間道路是使用安裝有所有彈簧加載的觸點管腳附件的PECM，但是沒有並不需要一開始就安裝的柔性電路。它們能夠以後在系統擴展時添加。
第二，測試頭的裝配大大簡化，其中，在管腳電子裝置和測試接口之間的數百或數千個連接並不必須單獨接線。而是，簡單和直接的裝配方法包括以下步驟安裝預裝配的PECM；安裝管腳電子裝置母板或其它模塊；以及將柔性電路的PE端插入管腳電子裝置母板上的匹配連接器中。不再採用同軸電纜來進行連接將節省了大量成本和勞動力。而且，柔性電路布置在PECM中以及32個信號-接地連接將由連接器用戶很容易地同時進行，這保證能夠非常準確和高質量地進行連接。還有，各PECM可以作為單獨模塊測試，以保證它的完整性。因此，測試頭的製造工時減少，質量提高。
第三，測試頭能夠很容易地現場改造或升級。管腳電子裝置可以通過添加母板而增加。新的母板可以通過使它們與PECM中的柔性電路連接而簡單地連線至接口。還有，管腳電子裝置可以很容易地更換，即通過將PECM從已有母板上拆下；取下母板；安裝新板；以及重新連接PECM。因此，管腳電子裝置可以更新以便滿足新的技術要求。如上所述，有幾種選擇，包括更換PECM；利用已有的未使用柔性電路，該柔性電路在最初製造時就已經安裝；以及將柔性電路添加在PECM上，該PECM與先前未使用的彈簧加載的觸點管腳組件連接，該未使用的彈簧加載的觸點管腳組件在最初製造時就已經安裝。通常，在現場添加彈簧加載的觸點管腳組件並不實際。使用PECM將不需要使設備返回工廠，並使現場更換具有工廠更換的精度和質量，從而非常有利於節約成本。
儘管已經參考某些特殊實施例進行了表示和說明，但是本發明並不局限於所示細節。而是在權利要求的等效物的範圍內和不脫離本發明精神的情況下，可以對細節進行各種變化。
權利要求
1.一種連接模塊，用於測試頭系統，該測試頭系統包括用於測試器件的測試頭，所述連接模塊包括多個柔性電路，用於在測試頭中的電子元件和要測試的器件之間傳遞和接收信號；在各柔性電路的第一端上的連接點，用於使所述柔性電路與測試頭中的電子元件連接。
2.根據權利要求1所述的連接模塊，其中各所述柔性電路包括多個導電通路。
3.根據權利要求1所述的連接模塊，其中各所述柔性電路包括至少一個信號導電通路和一個接地導電通路。
4.根據權利要求1所述的連接模塊，其中至少一個所述柔性電路包括多層。
5.根據權利要求4所述的連接模塊，其中所述至少一個所述柔性電路包括三個絕緣層和兩個導電層，它們布置成這樣，即所述兩個導電層的每一個導電層都由所述三個絕緣層的相應兩個包圍。
6.根據權利要求5所述的連接模塊，其中一個所述導電層是信號層，而另一個所述導電層是接地層。
7.根據權利要求6所述的連接模塊，其中所述信號層和所述接地層都包括多個導電通路。
8.根據權利要求6所述的連接模塊，其中所述信號層包括多個導電通路，所述接地層包括單個導電面。
9.根據權利要求5所述的連接模塊，其中至少一個所述導電層包括信號導體和接地導體。
10.根據權利要求3所述的連接模塊，其中所述至少一個信號導電通路包括帶狀線。
11.根據權利要求1所述的連接模塊，其中所述多個柔性電路中的至少一個的寬度沿所述至少一個柔性電路的長度變化。
12.根據權利要求1所述的連接模塊，其中，各所述多個柔性電路包括管腳電子裝置端，用於與測試頭中的電子元件連接；以及接口端，用於提供與要測試器件的相互連接。
13.根據權利要求12所述的連接模塊，其中所述接口端包括多個導電電鍍通孔，用於與各個導電柱配合，該導電柱提供與要測試的器件的相互連接。
14.根據權利要求12所述的連接模塊，其中所述接口端包括多個導電柱，用於與各個導電電鍍通孔配合，該導電電鍍通孔提供與要測試的器件的相互連接。
15.根據權利要求13所述的連接模塊，其中各所述導電柱與用於接收彈簧加載的觸點管腳的彈簧加載的觸點管腳插座連接，所述彈簧加載的觸點管腳提供了與要測試的器件的相互連接。
16.根據權利要求12所述的連接模塊，其中各所述多個柔性電路包括在接口端的接口連接器塊，所述接口連接器塊確定了多個凹形插座，用於與相應多個導電柱配合，該導電柱提供了與要測試的器件的相互連接。
17.根據權利要求12所述的連接模塊，其中各所述多個柔性電路包括在接口端的接口連接器塊，所述接口連接器塊包括多個導電柱，用於與相應多個凹形插座配合，該凹形插座提供了與要測試的器件的相互連接。
18.根據權利要求16所述的連接模塊，其中各所述導電柱與彈簧加載的觸點管腳插座連接，以便接收彈簧加載的觸點管腳，所述彈簧加載的觸點管腳提供了與要測試的器件的相互連接。
19.根據權利要求12所述的連接模塊，其中各所述多個柔性電路包括在管腳電子裝置端的管腳電子裝置連接器塊，所述管腳電子裝置連接器塊確定了多個凹形插座，用於與相應多個導電柱配合，該導電柱提供了與要測試的器件的相互連接。
20.根據權利要求12所述的連接模塊，其中各所述多個柔性電路包括在管腳電子裝置端的管腳電子裝置連接器塊，所述管腳電子裝置連接器塊包括多個導電柱，用於與相應多個凹形插座配合，該凹形插座提供了與要測試的器件的相互連接。
21.根據權利要求12所述的連接模塊，其中管腳電子裝置端包括多個導電接頭，這些導電接頭設置成與至少一個零插入力連接器配合，所述零插入力連接器提供了在多個導電接頭和測試頭中的電子元件之間的相互連接。
22.根據權利要求12所述的連接模塊，其中管腳電子裝置端包括至少一個零插入力連接器，用於與多個導電接頭配合，所述導電接頭提供了在零插入力連接器和測試頭中的電子元件之間的相互連接。
23.根據權利要求1所述的連接模塊，其中至少一個所述柔性電路包括用於測試頭系統的輔助電路。
24.根據權利要求1所述的連接模塊，其中，所述柔性電路包括從以下組中選擇的材料含氟聚合物膜、基於芳族聚醯胺纖維的紙張、基於芳族聚醯胺纖維的布、可成形化合物、基於柔性環氧樹脂的化合物、以及熱塑性塑料膜。
25.根據權利要求1所述的連接模塊，其中所述柔性電路包括印刷電路的布置圖形和柔性基質材料。
26.一種接口，用於在測試頭和要測試的器件之間提供相互連接，所述接口包括多個連接模塊，各連接模塊包括多個柔性電路，用於在測試頭中的電子元件和要測試的器件之間傳送和接收信號；以及器件接口，該器件接口在多個連接模塊中的至少一個和要測試的器件之間提供相互連接。
27.根據權利要求26所述的接口，其中所述多個連接模塊徑向布置，並確定了在所述接口中的中心孔，以便與測試頭的觀察孔對齊。
28.根據權利要求26所述的接口，其中所述多個柔性電路中的至少一個的寬度沿所述至少一個柔性電路的長度而變化。
29.根據權利要求26所述的接口，其中，所述柔性電路包括從以下組中選擇的材料含氟聚合物膜、基於芳族聚醯胺纖維的紙張、基於芳族聚醯胺纖維的布、可成形化合物、基於柔性環氧樹脂的化合物、以及熱塑性塑料膜。
30.根據權利要求26所述的接口，其中所述柔性電路包括印刷電路的布置圖形以及柔性基質材料。
31.一種測試頭系統，包括測試頭，該測試頭包括多個電子電路；以及用於在測試頭和要測試的器件之間提供相互連接的接口，所述接口包括多個柔性電路，用於在多個電子電路和要測試的器件之間傳送和接收信號。
32.根據權利要求31所述的測試頭系統，其中所述多個柔性電路中的至少一個的寬度沿所述至少一個柔性電路的長度而變化。
33.根據權利要求31所述的測試頭系統，其中，所述柔性電路包括從以下組中選擇的材料含氟聚合物膜、基於芳族聚醯胺纖維的紙張、基於芳族聚醯胺纖維的布、可成形化合物、基於柔性環氧樹脂的化合物、以及熱塑性塑料膜。
34.根據權利要求31所述的測試頭系統，其中所述柔性電路包括印刷電路的布置圖形以及柔性基質材料。
35.一種使測試頭與要測試的器件連接的方法，包括以下步驟提供至少一個連接模塊，所述連接模塊包括多個柔性電路，用於在測試頭中的電子元件和要測試的器件之間傳送和接收信號；以及在測試頭中的電子元件和要測試的器件之間連接所述連接模塊。
36.一種改變測試頭系統的方法，包括以下步驟將第一柔性電路從所述測試頭系統上拆下，其中，該第一柔性電路有用於在測試頭中的電子電路和要測試的器件之間交換信號的第一結構；以及用具有第二結構的第二柔性電路更換第一柔性電路，該第二柔性電路用於在測試頭中的電子元件和要測試的器件之間交換信號，該第一結構與第二結構不同。
37.一種改變測試頭系統的方法，包括以下步驟將第一連接模塊從測試頭系統上拆下，其中，該第一連接模塊有第一結構，並包括用於在測試頭中的電子電路和要測試的器件之間交換信號的多個柔性電路；以及用具有第二結構的第二連接模塊更換第一連接模塊，該第二連接模塊包括多個第二柔性電路，用於在測試頭中的電子元件和要測試的器件之間交換信號，該第一結構與第二結構不同。
38.一種改變測試頭系統的方法，包括以下步驟提供柔性電路，該柔性電路設置成在測試頭中的電子元件和要測試的器件之間傳送和接收信號；將柔性電路添加在測試頭系統上。
39.一種裝配測試頭系統的方法，該測試頭系統包括用於測試器件的測試頭，該方法包括以下步驟提供多個連接模塊，其中，各連接模塊包括多個柔性電路，用於在測試頭中的電子元件和要測試的器件之間傳送和接收信號；以及裝配用於在測試頭和要測試的器件之間提供相互連接的接口，所述裝配步驟包括預定結構布置連接模塊。
全文摘要
本發明提供了一種與測試頭系統一起使用的連接模塊，該測試頭系統包括用於測試器件的測試頭。連接模塊包括多個柔性電路，用於在測試頭中的電子元件和要測試的器件之間傳送和接收信號。連接模塊還包括在各柔性電路的第一端上的連接點，用於使柔性電路與測試頭中的電子元件連接。
文檔編號H05K1/14GK1615444SQ02827417
公開日2005年5月11日 申請日期2002年12月11日 優先權日2001年12月14日
發明者羅伊·W·格林, 查爾斯·斯皮爾斯, 維克託·特傑達, 雷克斯·克魯茲 申請人:因泰斯特Ip公司