清洁测试器接口接触元件和支持硬件的装置、器件和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种清洁测试器接口接触元件和支持硬件的装置、器件和方法。一种用于当测试器接口还在手动、半自动和自动操纵器件中时对所述测试器接口（诸如探针卡和测试插口）的接触元件和支持硬件进行可预测地清洁的介质，以及公开了一种电气测试设备，以便可以电气地评估各个管芯或ＩＣ封装的功能和性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及一种用于清洁测试器接口接触元件和支持硬件的器件。
技术介绍
个体半导体(集成电路)器件典型地通过使用公知的半导体加工技术在半导体晶 片上制造多个器件来生产，所述公知的半导体加工技术能够包括光刻、淀积和溅射。通常， 这些工艺意图制造晶片级的完整功能集成电路器件(IC)。结果，从半导体晶片将个体IC器 件单体化(Singulated)或切割为分立且独立的管芯。使用公知的组装技术(其可以包括 管芯附接到引线框、线接合或焊球附接)，将单体化后的IC器件进行组装，以最终完成于封 装中或并入电子装置中，并且通常利用多种模制技术来向封装提供具有外电气连接的本体 来对其进行包封。但是，实践中，晶片自身的物理缺陷和/或晶片加工中的缺陷会不可避免地导致 晶片上的一些管芯是完整功能的，一些管芯是无功能的，以及一些管芯具有较低性能或需 要维修。通常期望优选在从晶片单体化并组装为消费器件之前，识别晶片上哪些管芯是完 整功能的。在单体化之前，利用称为晶片级测试(现有技术中经常称为“晶片挑选”)的工 艺，识别由晶片的某些物理缺陷、IC电路层的缺陷、和/或与半导体加工技术有关的缺陷 所导致的无功能、较低性能和可维修的器件。根据产品的性能来在晶片级挑选或重新分级 (binning) IC器件能够为制造商在后续的制造过程中节约可观的成本以及提供源自最高性 能器件的销售的增加的收入，其中，所述产品性能由电测试来确定。一旦器件已经被单体化，在操纵和组装期间的某些过程步骤会不可避免地导致切 割缺陷、操纵缺陷、组装和封装相关缺陷，这些缺陷只能被电气识别以将器件重新分级为完 整功能、无功能或可能“可维修”。在实践中，组装和封装后的半导体器件，在它们最终完成 或并入电子装置之前，经受一系列电气测试过程。封装级的处理或在运输之前的最终测试 包括但不局限于单体化后的器件一或者裸管芯、封装后的IC(临时或永久的)、或者它们 之间的变型一的测试。通常，在晶片级或封装级的IC器件的电气测试借助自动测试设备(ATE)来实现， 所述自动测试设备(ATE)被机械地以及电气地配置用于激励半导体器件；根据预定的测 试例程来使用该器件；以及然后检查输出以评定适当的功能。在晶片级的测试中，传统的接口硬件是连接有多个探针元件的“探针卡”，所述多 个探针元件匹配受测器件(DUT)输入/输出(I/O)垫的布局。更具体地，在典型的晶片测 试过程中，将探针卡安装到探针器(prober)，以及使得探针接触元件(简称为“探针”)与 在晶片的管芯上形成的接合垫、焊球和/或金凸块进行接触。通过施加探针尖端抵靠接合 垫、焊球和/或金凸块的受控移位，实现了允许传输功率信号、接地信号和测试信号的电气 连接。探针尖端抵靠接合垫、焊球和/或金凸块的重复的刮擦、变形和穿透，产生残屑和污 染物，这些残屑和污染物附着并累积到探针接触表面上。在封装级测试中，测试器加载板提供在自动测试设备(ATE)或手动测试设备与测试器加载板传统地包括一个或多个接触器组件，有时称为“(一个或多 个)测试插口”，(一个或多个)DUT被插入到该(一个或多个)测试插口中。在测试过程 期间，DUT由操纵者插入或布置到插口中，并在测试持续期间保持在适当的位置。在插入到 插口中之后，DUT，经由引脚元件，通过测试器加载板、其子组件和其他接口装置电气连接到 ATE。与ATE相关联的接触引脚元件被布置为与DUT的金属化接触表面进行物理和电气接 触。这些表面可以包括测试垫、引线、引脚连接、接合垫、焊球、和/或其他导电介质。通过 各种电气输入和对于输出的测量的响应来评估DUT的功能。随着重复的测试，接触元件尖 端会变得被由晶片和半导体器件制造和测试过程导致的诸如铝、铜、铅、锡、金、二元产物、 有机物膜或氧化物的材料所污染。两种类型的IC测试(晶片级和封装级)遇到的主要挑战之一是，确保在与接触器 元件相关联的接触引脚和DUT的接触表面之间的最佳电气接触。在每个测试过程中，随着 引脚接触元件到接合垫、焊球和/或金凸块的重复接触，残屑和其他残留物会累积并污染 引脚元件的接触区域。该残屑可能源自测试和操纵过程自身，或可以包括来自器件制造和 /或(一个或多个)组装过程或来自其他源的制造残留物。除了污染物的存在，重复强迫(forcing)电流通过接触引脚的小的金属间“a点 (a-spot) ”也会降低接触表面的导电性能，由此影响正确电气测试的金属间质量。随着污染 物的累积，连同接触表面的退化，接触电阻(CREQ上升并降低了测试的可靠性。增加的以 及不稳定的CRES会影响产率和/或测试时间，因为产率恢复测试增加。这样的错误读数可 能导致另外良好的DUT的错误废弃，导致了经常显著的产率损失。通过多遍(multi-pass) 测试，一些产率恢复是可能的；但是，将器件重测多次来验证损坏的器件或实现产率恢复导 致了总生产成本的增加。对于晶片级和封装级的测试接触器技术的高性能需求推进了具有预定和定制的 机械性能和弹性特性的独特成形接触元件的发展。很多新的先进的接触技术具有独特的接 触元件几何形状以及机械性能，以便利一致的(consistent)、可重复的、以及稳定的电气接 触。一些技术使用光刻组装技术来构造；而其他技术则使用高精度微加工技术来制造。接 触器的改进的电气特性还使用具有改进的电气性能且抵制氧化的多种材料来实现。接触元 件被设计为便利一致的氧化物穿透同时减小施加于接合垫、焊球和/或金凸块的承载力。 这依然会与接合垫、焊球和/或金凸块形成物理接触；从而生成残屑和污染物，而该残屑和 污染物会影响电气性能测试过程的结果。 典型地，需要从接触元件周期性地除去生成的残屑，来防止堆积(build-up)，该堆 积导致增加的接触电阻、连续性故障和错误的测试指示，这些又人工地导致更低的产率和 后续增加的产品成本。响应于微粒附着到接触元件和支持硬件的问题，开发出了许多种技术。例如，一种 技术使用包含硅酮橡胶的清洁材料，所述硅酮橡胶提供用于磨耗微粒的基质(matrix)。此 外，可以使用安装有抵靠探测针摩擦的磨耗陶瓷清洁块的清洁晶片，或也可以使用具有磨 耗微粒的橡胶基质以及由玻璃纤维制成的清洁刷。在一种技术中，可以对探测针喷洒清洁 溶液或将探测针浸在清洁溶液中。在另一种技术中，可以使用具有随机表面形态的气孔和 可变高度的基于开孔泡沫(opencelled foam)的清洁器件。在一种传统的接触元件的清洁过程中，采用刷、吹和冲洗接触引脚和/或接触器体的一些组合。该过程需要停止测试操作，手动介入来执行清洁，以及可能从测试环境中 除去测试接口(探针卡、插口等)。该方法提供不一致的残屑除去并可能提供不了在成形的 接触元件的几何特征中的充分清洁行为。在清洁之后，必须重新安装测试接口并重新建立 测试环境，以便测试可以再继续。在一些情况下，接触元件被除去、清洁和更换，结果由于不 定的设备停工期而导致成本升高。在另一种传统方法中，具有磨耗表面涂层或磨耗地涂敷有聚氨酯泡沫 (polyurethane foam)层的清洁垫被用于除去附着到接触元件上的异物。通过重复地抵靠 (以及可能进入)清洁垫擦拭接触元件，从接触元件和支持硬件擦掉附着的异物。使用磨耗 垫清洁的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测试探针清洁材料，用于对用于晶片级或封装级ＩＣ半导体器件功能测试的测试接口的接触元件和支持结构进行清洁，所述清洁材料包括：清洁垫层；在所述清洁垫层下方的一个或多个中间层，所述一个或多个中间层支持所述清洁垫层并具有所述一个或多个中间层的一组预定的性质，选择所述一组预定的性质以优化用于测试接口的特定接触元件和支持结构的清洁材料，其中弹性模量在大于４０ＭＰａ到６００ＭＰａ之间的范围，每个层具有在２５μｍ到３００μｍ之间的厚度，以及每个层具有在３０度邵氏Ａ到９０度邵氏Ａ之间的硬度；以及其中，所述中间层还包括具有７或更大的莫氏硬度的多个磨耗微粒，所述多个磨耗微粒被选择以优化用于测试接口的特定接触元件和支持结构的清洁材料。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JJ布罗斯，BA汉弗莱，AE汉弗莱，
申请(专利权)人：国际测试技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]