高性能檢測器接口模塊的製作方法

2023-06-08 22:30:56

專利名稱：高性能檢測器接口模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於檢測半導體設備的自動檢測儀器，更特別地，涉及一種用於將一個半導體檢測器與一個處理裝置電學相連的檢測器接口模塊。
一種現有類型的自動檢測系統包括一個計算機驅動的檢測控制器和一個通過高負載多電纜與控制器電學相連的檢測頭。操作者在機械上支持檢測頭。檢測頭通常包括多個通道插件，這些通道插件裝配有生成每一I/O引腳的信號或模型或者生成一個或多個被測設備(DUT)的接觸所需要的電子引腳。
檢測頭的一種主要用途是將通道插件電子引腳放置在儘可能與DUT接近的地方，從而減小信號在其間傳播所必需的距離。檢測頭與DUT接合的信號通道的長度及結構通常稱為檢測器接口，它直接影響信號延遲及信號損失。因此，電子引腳與DUT之間互聯的檢測器接口方案在半導體檢測器能夠達到的準確度上起到重要作用。
參考

圖1，一個現有的高性能檢測器接口包括一個連接器模塊12，它容納多個同軸電纜14的終端。每一電纜的信號導線(未顯示)聯接至一個合適的彈簧偏壓觸點，通常稱為彈簧引腳16，同時每一電纜的屏蔽聯接到信號的彈簧套管。信號彈簧套管以靠邊的方式連接到模塊12，作為接地接頭。接地彈簧引腳組件18與信號彈簧套管相連，從而通過一個設備接口板(DIB，未顯示)連續於接地通路。通常，多個接地通道圍繞每一信號通道，從而減小高頻幹擾。
儘管上面介紹的現有的基於彈簧的檢測器接口在某些應用中工作良好，但它的一個缺點是操作帶寬限制在1GHz左右。在這種高頻情況，信號通道的性能仿效傳輸線，通常需要匹配的50歐姆環境。偏離50歐姆常導致信號降低，進一步導致同步不準確以及類似問題。檢測器的不準確可能造成設備在閾值附近操作時發生故障。
如上所述的現有的接口信號通道結構通常使用很多連接和終端，它們都影響特徵阻抗。這些結構經常在高頻引起反射，這些反射降低1GHz附近的頻率信號。因此，對於半導體設備在不低於1GHz範圍的高速高精確度檢測，現有的彈簧引腳接口方案並不好。
對於高通道計數檢測器，現有的彈簧引腳還存在密度問題。例如，通常認為要檢測一個1024個引腳的半導體設備的每一引腳，檢測器應至少具有1024條通道(通道與引腳一一對應)。如此多的信號通道需要接地及電源連接，常造成在檢測器和DUT之間超過六千個接口連接。通常中心間距約為0.150英寸，六千個彈簧引腳的可達到的密度或「間距」將需要一個超乎想像的巨大的DIB。對於許多需要非常有效的「臺面面積」來最大化可利用空間的半導體設備製造者，這是不能接收的。另外，這還將需要DIB上的長軌跡向或從DUT傳遞信號。
在授予Saito的美國專利No.5,944,548 to Saito中公開了一個避免檢測器接口使用現有的彈簧引腳的建議。該專利公開了一個浮動同軸連接器方案，使用一個具有特大開口的放置在中間的覆蓋元件。開口接收一個彈簧元件，並偏向一個陰連接器以與一個陽連接器配對。開口構造為可以放入配對的同軸連接器的微小樞軸，據稱其將製造標準連接的困難最小化。
儘管這種結構對它所適應的應用是有益的，但在探測器端部完成每一檢測器通道的相對較大的同軸連接器時，出現上述關於通道密度以及全部檢測器「臺面面積」尺寸的問題。
一種避免使用現有的彈簧引腳並在最大化檢測器通道密度的同時提供帶寬信號性能的檢測器接口是人們需要而至今難以獲得的。可以相信這些性能將用於半導體設備檢測的花費減到最少。本發明的檢測器接口模塊滿足這些要求。
為了實現前面提到的優點，本發明的一種形式包含了一個檢測器接口組件，用於將多個檢測器電學通道與一個設備接口板相連。該檢測器接口組件包括至少一個具有多個同軸電纜的導線組件。每一電纜包括一個具有中央導體的主體和一個屏蔽層。屏蔽層同軸地包圍中央導體，並由絕緣層與中央導體隔離。每一電纜還包括一個末端，它的結構與主體類似，中央導體及屏蔽層的末端的最尖端上放置了導電焊點。導線利用內部空穴構成的腔體，以封閉空間的關係接收電纜末端，使得末端構成一個接口嚙合平面。一個順從內部連線置於導線組件和設備接口板之間，其中多個導體用於沿著嚙合平面與電纜末端嚙合。
在另一種形式中，本發明包含一個同軸電纜，用於傳送高頻信號。該同軸電纜包括一個具有中央導體的主體和一個屏蔽層。屏蔽層同軸地包圍中央導體，並由絕緣層與中央導體隔離。末端與主體類似，其中的絕緣體包括一層環形靜電放電聚合體。
在另一種形式中，本發明包含一種將多個檢測器通道連接於設備接口板(DIB)的方法。該方法包括從檢測器電子引腳向DIB布線多個同軸電纜的步驟，並在同軸電纜和DIB之間放置一個順從內部連線。
由以下的詳細說明，結合附圖，可以更清楚地理解本發明的其他特徵和優點。
圖1是現有技術的接口模塊的部分透視圖；圖2是一個通過本發明的檢測器接口模塊與處理設備相連的半導體檢測頭的框圖；圖3是多個互聯的檢測器模塊的部分透視圖；圖4是圖2中線4強調的區域的剖面圖；以及圖5是構造本發明檢測器接口模塊的流程圖。
參考圖2、3和4，根據本發明的第一個實施的檢測器接口模塊50包括多個導線同軸電纜52。電纜包括各自的中央導體54(圖4)，中央導體由雙屏蔽層56和57(圖4)同心地覆蓋，並由圓筒狀的絕緣材料層58與屏蔽層隔離。為得到最佳效果，使用鍍銀的銅導線編織物同心環繞鍍銀的銅帶，構成雙屏蔽層。電纜外罩一層薄絕緣體59。為了最大化導體密度，可以使用Suhner Multiflex Corp.生產的Multiflex86型號的電纜。
每一電纜52的近端終止於一個高密度同軸連接器(未顯示)中，該連接器與一個底板組件配對放置於檢測頭內。底板組件連接於檢測頭通道插件。
成束的電纜52的末端以一種高間距的關係終止於金屬空腔60(圖2和3)中，形成高密度導線結構。該空腔包含一個加長的矩形塊(圖2)，該矩形塊由空間分離的孔陣列組成，形成一個接收電纜末端的容器。如下面將詳細介紹的那樣，電纜末端安裝在空腔內，使得電纜末端形成一個嚙合平面。
現在參考圖4，每一電纜末端包括一個成形的尖端部分62(由括號指示)，它適合於嚙合在順從元件80中形成的相應的寄存觸點。套圈63固定在屏蔽層外圍。為補償套圈和中央導體54之間的相對直徑的變化，將一個圓筒狀的接觸件65焊在中央導體末端周圍，以增加它的直徑。由於中央導體和接地屏蔽之間的閉合空間特性，以及所傳送的相對高的電壓信號，每一同軸電纜的尖端部分62包括一個環形晶片狀的靜電放電(ESD)聚合物層70。該聚合物分散中央導體54和屏蔽層56之間瞬間爆發的高電壓。聚合物環狀沉積於中央導體和屏蔽層之間，為伊利諾州Des Plaines的Littelfuse Inc.的產品。為了提供與順從元件80的可靠電學接觸，中央導體和屏蔽層的末端鍍有由銅72、鎳73和金74構成的第一和第二層。
進一步參考圖4，順從元件80包含一個置於探針插件82上的插入器，該插入器由散布有充分垂直直立的並在空間上精確分離的導體84的可壓縮材料構成。可以使用Fuji Poly，Inc生產的一種結構。或者可以使用Shin-Etsu Corp.的包含多個.001毫米直徑導體的.004 X.004毫米柵格(導體間的相對間距)。這兩種結構都可用來提供與各電纜觸點72、73、74的充分接觸，並向下面的探針插件觸點86傳送信號。一個夾具(未顯示)使順從元件在電纜尖端部分62和探針插件表面82之間保持壓縮狀態。
參考圖5，檢測器接口模塊50可以按照一種方法作為一個導線組件來製作，在步驟100中電纜最初被切斷，在步驟102中近端終止於各自的同軸連接器中，這與現有技術相同。然而，電纜的末端按照以下步驟作為一個整體來處理。首先，在步驟104中電纜的末端插入各自的腔體孔，並在步驟106中以精確的空間分離關係固定。步驟108中，對電纜組塗敷合適的密封劑，將電纜粘合於腔體內。步驟110，材料固化，然後在步驟112中，切削腔體的末端，得到嚙合平面。然後，在步驟114中，對嚙合平面使用蝕刻劑或其他合適的物質，溶解同軸電纜絕緣體薄層，並形成各自的環狀空穴。然後在步驟116中，在成形的環狀空穴中沉積並密封ESD聚合材料並使其固化，此時的環狀空穴沒有覆蓋中央導體54和屏蔽層56。隨著對ESD聚合材料的處理，暴露的中央導體和屏蔽層在步驟118、120和122中首先鍍一層銅，然後一層鎳，最後鍍一層金。
優化每一信號通道的空間參數，使其儘可能提供最接近的50歐姆匹配，從而將傳播信號的任何衰減最小化。實現該目標所需的精確尺寸將隨應用而改變。但是，這種設計參數為本領域技術人員所熟知。
特別參考圖2，操作前，多個模塊被置於順從元件80上，並通過連接元件附於其上，形成一個單個集成接口單元。一旦被放好，夾具(未顯示)將模塊固定在位置上，並在模塊和探針插件表面之間壓縮順從元件。通過使用傳統的對齊技術，將集成接口單元直接或間接對準裝配板、探測器或處理器而實現對準。
在操作中，半導體檢測器通道插件生成用於一個或多個DUT的高頻信號，並接收施加到或捕獲自一個或多個DUT的高頻信號。各通道的信號通過底板組件，以吉赫茲的頻率，沿各自的接口模塊信號電纜和鄰近信號電纜的接地電纜傳送。每一檢測器通道信號沿一各同軸電纜中央導體傳遞，並通過空間分離的順從元件導體陣列傳播，這些順從元件導體重疊置於下面，以與對應的下面的探針插件觸點充分連接。由於執行順從功能時，電纜中央導體和屏蔽層之間的相對空間具有最小變化，所以信號的性能和精確性保持在最佳水平。
本發明還披露，使用本發明的檢測器接口模塊，由於高電纜密度，可以實現更加垂直的直接信號通道，從而減少接口中所需的水平帶狀線通道。由於帶狀線軌跡引入檢測器內的信號損失，這一點很重要。
本領域的技術人員將認識到本發明提供的許多好處及優點。特別重要的是，它通過採用一個可以充分保持中央導體和屏蔽層間相對同軸間距並形成一個堅固且高度可靠的結構的順從元件，省略了現有的彈簧引腳。這些特徵很好地提高了檢測器的帶寬和精確度。另外，檢測器接口模塊的模塊性為低成本以及減少「臺面面積」的應用提供了一個在探針插件或DIB層次的高密度通道集成方案。
儘管已經參考實施例對本發明進行了詳細介紹，在不脫離本發明的實質和範圍的情況下，本發明可以在形式和細節上有多種變化。例如，儘管這裡的介紹多集中於探測器應用，可以認為處理器應用也在本發明的範圍內。
權利要求
1.一種用於傳送高頻信號的同軸電纜，所述同軸電纜包括一個具有一個中央導體和一個屏蔽層的主體，其中屏蔽層同軸環繞所述中央導體，並由絕緣層與所述中央導體隔離；和一個末端，該末端與所述主體類似地構造，其中絕緣體包括一個環狀靜電放電聚合物層。
2.根據權利要求1所述的同軸電纜，其特徵在於所述中央導體和所述屏蔽層終止於各自的導電焊點。
3.根據權利要求1所述的同軸電纜，其特徵在於所述各自的導電焊點的每一個包括鍍金的第一層和鍍鎳的第二層。
4.一種導線組件，用於將多個半導體檢測器引腳電路連接於與置於設備接口板上的順從內部連線陣列，所述導線組件包括多個同軸電纜，所述每一同軸電纜包括一個主體，該主體具有一個中央導體和一個屏蔽層，屏蔽層同軸環繞所述中央導體，並由絕緣層與所述中央導體隔離；一個末端，該末端與所述主體類似地構造，且包括置於所述中央導體和所述屏蔽層的末端的各自的成形的導電焊點；和一個由內部空穴構成的腔體，用於以封閉空間形式接收並保護所述電纜末端，使得所述末端形成一個接口嚙合平面。
5.根據權利要求4所述的導線，其特徵在於所述多個同軸電纜的尖端部分每一個都具有一個環狀靜電放電聚合物層，並嵌套於所述中央導體和所述屏蔽層間。
6.一種檢測器接口組件，用於將多個檢測器電學通路連接於設備接口板，所述檢測器接口組件包括至少一個導線組件，它包括多個同軸電纜，所述每一同軸電纜包括一個主體，該主體具有一個中央導體和一個屏蔽層，屏蔽層同軸環繞所述中央導體，並由絕緣層與所述中央導體隔離；一個末端，該末端與所述主體類似地構造，且包括置於所述中央導體和所述屏蔽層的末端的各自的成形的導電焊點；和一個由內部空穴構成的腔體，用於以封閉空間形式接收並保護所述電纜末端，使得所述末端形成一個接口嚙合平面；以及一個置於所述導線組件和所述設備接口板之間的順從內部連線，所述順從內部連線包括多個導體，它用於以壓縮嚙合的方式接合所述電纜末端。
7.根據權利要求6所述的檢測器接口組件，其特徵在於所述設備接口板包含一個裝配板。
8.根據權利要求6所述的檢測器接口組件，其特徵在於所述設備接口板包含一個探針插件。
9.根據權利要求6所述的檢測器接口組件，其特徵在於所述至少一個導線組件包含多個導線組件。
10.一種將多個檢測器通道連接於設備接口板的方法，所述方法包括步驟從所述檢測器電子引腳到所述DIB布線多個同軸電纜；和將一個順從內部連線放入所述同軸電纜和所述DIB間。
11.一種製作ESD阻抗同軸電纜的方法，所述方法包括步驟選擇一定長度的同軸電纜，該同軸電纜具有一個電纜主體和絕緣層，電纜主體由同軸置於屏蔽層內的中央導體構成，絕緣體同軸地置於所述中央導體和所述屏蔽層之間，所述電纜包括各自的近端和末端；在所述末端溶解所述絕緣體的一部分，形成所述中央導體和所述屏蔽層之間的一個環狀空穴；在所述空穴中沉積一層靜電放電聚合物；和形成所述中央導體和所述屏蔽層集成為整體的觸點。
全文摘要
一種用於將多個檢測器電子通道連接於設備接口板的檢測器接口組件，包括至少一個具有多個同軸電纜的導線組件。每一電纜包括一個具有中央導體和一個屏蔽層的主體。屏蔽層同軸地包圍中央導體，並由絕緣層與中央導體隔離。每一電纜還包括一個末端，它的結構與主體類似，中央導體及屏蔽層的末端的最尖端上放置了導電焊點。導線利用內部空穴構成的腔體，以封閉空間的關係接收電纜末端，使得末端構成一個接口嚙合平面。一個順從內部連線置於導線組件和設備接口板之間，其中多個導體用於沿著嚙合平面與電纜末端嚙合。
文檔編號G01R1/073GK1466687SQ01816329
公開日2004年1月7日 申請日期2001年9月27日 優先權日2000年9月28日
發明者弗蘭克·帕裡什, 阿拉什·貝赫齊, 德裡克·卡斯泰拉諾, 阿瑟·E·萊克爾斯特, 唐納德·埃裡克·湯普森, 喬納森·M·貝克爾, M 貝克爾, 卡斯泰拉諾, 埃裡克 湯普森, 貝赫齊, E 萊克爾斯特, 弗蘭克 帕裡什 申請人:泰拉丁公司