在测试高密度、高速电子器件，如半导体晶片、大规模集成电
路(LSI)和超大规模集成电路(VLSI)时，必须用到一种具有很
多接触器的高性能接触构件如探针板。本发明主要介绍在测试LSI
和VLSI芯片、半导体芯片、半导体晶片，以及半导体晶片和电路
小片的老化，封装半导体元器件、印刷电路板等的测试和老化过程
中用到的一种接触构件及多个接触构件的组件。然而，本发明并不
局限于上面提到的几种测试应用，实际上它还可用于任何涉及电连
接如集成电路芯片的管脚、集成电路芯片的封装以及其它电子电路
和元器件的测试。因此，下文中对半导体元器件的测试的描述仅是
对本发明的示例性解释。
在待测半导体器件是半导体晶片形式的情况下，半导体测试系
统如集成电路测试器通常与输送基片的机械手(如自动晶片探针)
相连，从而自动测试该半导体晶片。被测的半导体晶片可以通过输
送基片的机械手自动移动到半导体测试系统的测量头所在的位置。
在测试头上，向待测半导体晶片提供半导体测试系统产生的测
试信号。从被测半导体晶片(半导体晶片上形成的集成电路)上输
出的最终信号被传输到半导体测试系统，在半导体测试系统里，将
输出信号与期望数据相比较，从而断定该半导体晶片的功能是否常。
该测试头和输送基片的机械手通过一个接口部件连接，该接口
包括一块探针板或接触器组件。一块探针板有多个探针接触器(如
悬臂或针)，通过这些探针与待测半导体晶片上的集成电路的接线端
或接触垫等接触目标相连接。探针接触器接触到半导体晶片上的接
触目标，从而给半导体晶片加载测试信号并从晶片上接收最终的输
出信号。
在这样一种探针板的例子中，探针板上的环氧树脂环上安装了
多个称为针或悬臂的探针接触器。因为没有阻抗匹配的传统探针接
触器的信号通路长度在20-30mm范围之内，所以该探针板在频率带
宽或高速操作能力也局限于200-300MHz范围内。在半导体测试领
域，人们认为频带宽度为1GHz或更高将在近期成为必要。而且，
人们期望在工业中一块探针板能够以并行方式处理更多的半导体元
器件，比如32个或更多的储存元件，从而在测试过程中增加测试的
处理量。
为了在一次制造过程中制造出尽可能多的集成电路芯片，接触
目标如一块半导体晶片的尺寸在增加。现在，硅片的直径通常已达
到十二英寸或更大。为增加测试的处理量，理想的选择是使用一块
与待测半导体晶片大小数量都相适合的探针板，从而通过一次接触
就完成对整个晶片的测试。
然而，在传统技术中，市场上的探针板要小于半导体晶片的尺
寸，这就需要多次移动半导体晶片而达到与探针板的多次接触。因
此，就需要一套全新概念的接触构件，它可以在显著地增加频带宽
度的同时增加接触器组件的尺寸以及组件中的接触器数目。
因此，本发明的目的是提供一种有很多用于与接触目标进行电
通信连接的接触器的接触构件，这些接触器可以同目标进行高频率
带宽、多引脚通信连接，并具有良好的接触性和可靠性。
本发明的另一个目的是提供一种接触构件及其组装机构，该机
构可以组合多个接触构件从而形成一种具有规定数量接触器的接触
器组件。
本发明又一个目的是提供一种如探针板一样的接触构件，它可
以同半导体器件的引脚或基座建立电连接，从而对该半导体器件进
行高频率带宽测试。
在本发明中，用于与接触目标建立电连接的接触构件是由多个
在平面硅基片上用光刻技术刻蚀而成的接触器构成。本发明的接触
构件在外围有一个特殊的结构，用于固定到其它接触构件上，这样，
该接触构件就成为一个具有所需尺寸和接触器数量的接触器组件，
可以用来测试大型的半导体器件如半导体晶片。该接触构件可以方
便的用于测试半导体晶片、封装的LSI和印刷电路板等，除了测试
外，还有其它用途，比如：使两个或多个器件之间实现电连接。
本发明的接触构件是用于与接触目标建立电连接的一块大的接
触构件或是一种接触器组件。该接触构件由一块接触基片和多个接
触器构成，每一个接触器都有一段弯曲部分，它可以在垂直方向上
产生弹力。在该接触基片的外边界有结合机构，用于在任意边连接
其它接触基片，从而形成规定大小、形状及一定数量接触器的接触
器组件。
一方面，接触器包含下面各部分：一个尖端部分，它从垂直方
向伸出来形成接尖部；一个基体部分，它插入接触基片的一个通孔
中，以致于接触器的末端变成一个触端，用于与接触基片的底部建
立电连接；以及一个弹簧部分，它在尖端部分和基体部分之间，呈
曲线、对角线或其它形状，当接触器受接触目标挤压时，它就会产
生弹力。
另一方面，该接触器还有一个具有尖端部分的竖直体，它被锐
化，以作为接触点；一个基体部分，被插入接触基片的通孔中；它
还包括一个弹簧部分，可呈曲线、斜线或环型或其它形状，当接触
器受接触目标挤压时，就会在触点和基体部分之间产生弹力。弹簧
部分和接触器的基体部分插入到接触基片的通孔中，以致于至少弹
簧部分从接触基片底面伸出，以便与外界组件之间进行电通信连接。
根据本发明，该接触构件有一个非常高的频带宽度，可适用于
下一代半导体技术的测试要求。每个接触基片的外围都有啮合机构，
以产生一个具有规定尺寸和所需数量接触器的组件。另外，因为该
接触器装备在与待测器件同样材料的基片上，这就有可能补偿由于
温度变化而引起的位置误差。而且，通过使用相对简单的技术，就
可以在硅基体的水平方向上制造多个接触器。这种接触器从基板上
取下安装到接触基片上，在垂直方向上形成接触构件。本发明中的
接触构件可方便的用于测试半导体晶片，封装的LSI，多芯片模块
以及类似的包括老化(burn-in)的测试，实际它还可应用于涉及电连接
的任何方面的用途。
图1是剖视图，表示使用本发明的接触构件的接触器组件的一
个例子。该接触器组件可用作被测器件(DUT)与半导体测试系统
测试头之间的连接装置。该接触器组件可以使用各种各样的形状，
图1的例子只是为了图解的目的。在这个例子中，待测部件是一个
半导体晶片300，在其上面有接触垫320。然而，应当指出，本发明
的接触构件不仅仅局限于半导体器件的测试，它还可用于涉及建立
电连接的任何方面的用途。
在图1中，该接触器组件包括一个导电弹性体250，一个路由
选择板(PCB板或探针板)260，一个置于接触构件201、202之上的
弹簧针模块(蛙状环)130。在接触构件201、202下面，待测半导体晶
片300被放置在一个半导体晶片探测器的板盘上(未示出)。通常，
该弹簧针模块130，探针板(路由选择板)260，导电弹性体250和
接触构件201、202是通过紧固装置如螺栓相互紧固在一起的(图中
未示出)。因此当半导体晶片300向上并且挤压接触构件时，就会在
该半导体晶片300和半导体测试系统的测试头之间建立电通信连
接。
具有多个弹簧针的弹簧针模块(蛙状环)130通过执行板(未示
出)连接路由选择板(探针板)260和测试头。在弹簧针模块的上
端，连接着电缆124如同轴电缆，该电缆传输信号给测试头。探针
板260的上、下表面有多个电极262、265，电极262和265是通过
互连线263连接的，这样使接触构件的输出端与弹簧针模块130中
的弹簧针之间的间距相匹配。
导电弹性体250安装在接触构件和探针板260之间。在接触器
组件中并不是一定要有导电弹性体，这要根据具体设计而定，因此
图1中只作为一个例子。导电弹性体250可以通过平面补偿或通过
保持一致的距离，从而确保接触器30的接触垫(接触器基端)35
和探针板260的电极262之间的电通信连接。通常，导电弹性体是
一个在垂直方向上有很多导线的弹性片。
举例来说，导电弹性体250可以由一块硅橡胶片和多排金属丝
252组成。在图1中，沿垂直方向有很多金属细丝，即它们垂直于
水平的导电弹性体片250。在该例中，金属丝之间的间距为0.05mm，
硅橡胶片的厚度为0.2mm。这种导电弹性体由日本的Shin-Etsu
Polymer有限公司生产，可以在市场上买到。
本发明中的接触构件可以采取各种不同的形式，通过接触构件
20展示了其中的一个例子。在图1中的接触构件是由两个彼此连接
的接触构件201、202连接在一起构成的。每一个接触构件201和202
都包括一块接触基片22和多个安装在接触基片22上的接触器301。
通常，接触基片22是用硅片制成的，但其它绝缘材料如陶瓷、玻璃
等也可以使用。最好是象后面将更详细地描述的那样，接触基片22
由多层半导体晶片(比如三层)固定到一起而制成。
在图1的例子里，每个接触器30都有一个和接触基片22相连
的基体部分35和一个从垂直于基体部分方向(在图1中是向下的)
延伸出的弯曲(弹簧)部分36，弯曲部分36的尖端38最好为一个
削尖的接触点，从而当它压在接触目标的表面上时就会达到一种摩
擦效果。当该接触构件20压到待测半导体晶片300上的接触垫320
上时，弯曲部分就相当于一个弹簧，在两者之间施加触点压力。也
可以使用其它不同的形式如：Z字形、对角线形或者环形等作为上
述弹簧的形状。
通过弹簧产生的弹力，接触器30的弯曲部分36可以补偿由于
接触基片22、接触目标320、半导体晶片300和接触器301的尺寸
或平整度不同而引起的差异。在接触器尖端触点38和接触基垫320
的表面之间的弹簧力也会产生上面提到的摩擦效果。当该接触点摩
擦接触基垫320表面的金属氧化物而与接触基垫的导电材料建立电
接触时，这种摩擦效果有利于改善两者之间的接触性能。
图2是剖视图，表示用本发明的接触构件的接触器组件的另外
一个例子。该接触器组件被用作被测器件和半导体测试系统测试头
之间的连接装置，本发明中的接触器还可用于建立电连接的任何场
合。除图2中没有导电弹性体之外，图2所示的例子与图1所示的
根本区别在于接触基片上安装的接触器形状。
在图2中，该接触器组件包括一个探针板260，一个安装在接
触基片20上的弹簧针模块(蛙状环)130。在接触构件20的下面，待
测半导体晶片300通过一个半导体晶片探测器(未示出)来放置。
在图2的接触器组件中，接触构件20和探针板260之间没有导电弹
性体。接触构件20由多个接触基片22组成，每一个基片上都有多
个接触器302。图2中的接触器302和图1中的接触器301的形状有
所不同。
在图2所示的例子中，接触器302有一个弯曲(弹簧)部分36
和一个竖直部分37，其中弯曲部分36在基体部分35的上面，也
就是说，在图2中的接触器的上端；竖直部分37末端有一个触点
38。通常，弹簧针模块(蛙状环)130，PCB板(路由选择板)260和接
触构件201、202是通过紧固装置如螺栓紧固在一起的。因此当半导
体晶片300向上移动并且挤压接触构件时，就会在半导体晶片和半
导体测试系统的测试头之间建立电通信连接。
接触器302的竖直部分37的尖是一接触点，该触点一般都经过
锐化，从而，当和接触目标表面接触时就会产生摩擦效果。基体部
分35上表面的弯曲部分36起到一个弹簧的作用，当接触构件20压
到待测半导体晶片300上的接触垫320上时，可以在两者之间施加
接触压力。只要可以起到上面提到的弹簧部分作用的各种其它形式
如之字形、交叉线形、环形等等都可以使用。
通过弹簧产生的弹力，接触器302的弯曲部分36可以补偿由于
接触基片22、接触目标320、半导体晶片300和接触器302之间尺
寸或平整度不同而引起的差异。在接触器尖端触点38以及接触垫320
的表面之间的弹力也会产生上面提到的摩擦效果。当接触点摩擦接
触基垫320表面的金属氧化物而与接触基垫的导电材料建立电连接
时，这种摩擦效果有利于改善两者之间的接触性能。由于接触器302
的弯曲部分36的弹簧作用，因此，在图2的例子中不要图1中的导
电弹性体250。
图3A和3B说明了制造将要安装到接触基片22上的接触器30
的基本构思。在这个例子中，如图3A所示，接触器303是在一个平
面硅基片的表面上制造的，它也可以在其它水平绝缘的基片上(也
就是说在一个二维操作空间上)制造。然后，如图3B所示，接触器
303从硅基片40上取下来，它们将被竖直安装到图1和图2中的接
触基片20上，这是一个三维操作。
在这一过程中，在接触器被安装到接触基片上之前，接触器303
将从硅基片40转移到一个粘性物体上，比如胶带、粘膜或粘板(统
称为“胶带”)上。制造过程的具体细节在美国专利No.5,989,994和
美国专利申请No.09/201,299和No.09/503,903上有描述，这几个专
利都归本发明的受让人所有。
图4是本发明中接触构件20的剖视图，该接触构件使用了图3A
和3B中的工艺制造的接触器301。图4中的接触构件20和图1中
的一样。接触构件20是由两个或更多接触构件组装在一起的，从而，
扩大它的整体尺寸。尽管多个接触构件以图8所示的方式可以在平
面内一个接一个全部连接起来，在图4中两个接触构件201和202彼
此连在一起。
尽管只示出了其中一个，但在接触基片22上连接有多个接触器
301，每个接触器都以一端插入到基片22的通孔25中的方式被连接。
通常，接触基片22是由硅片制成的，然而用其它的绝缘材料比如陶
瓷、玻璃、聚酰亚胺等等也可以。在最佳实施例中，接触基片22是
一个有多层标准硅基片的多层基片，比如说三层221、222、223，
相互层叠并连接到一起形成多层基片。使用多层硅片的主要原因是
为了使接触基片达到足够的厚度而不增加它的空间尺寸。这样硅片
的数量就可以自由选择，选一块还是更多完全在于具体的设计需要。
标准硅片厚度相同但外形不同，这样就可以设计成如后面所述的凸
型和凹型啮合机构。
该例中，硅片221-223中每一块的厚度大约为0.5mm。接触器301
的基体部分35从接触基片的底面伸出来，形成一个接触垫。接触垫，
也就是说基体部分35的下表面，宽度为0.5mm。接触器301有一个
装配到通孔25里的凸缘状部分34。如上所述，接触器301尖端的
触点最好已经过锐化，以提高对接触目标320的表面金属氧化物的
摩擦效果。
下面将对三层接触基片22及其上面的通孔25的成型过程进行
了简要说明。首先，第二硅片222和第三硅片223是直接地固定到一
起的，例如，通过硅熔焊接或阳极焊接。关于熔焊接和阳极焊接在
本领域是公知的，例如，CRC出版社出版的Mark Eadou的“微组
装原理”第383-390页。然后，硅片222和223的前后面都抛光，通
孔252是通过一个刻蚀过程产生的。举例来说，这样一个深蚀刻沟
可以通过使用一种反应气体等离子体进行反应离子刻蚀得到。如图
4所示，第二和第三硅片222，223上的通孔252的尺寸必须小于接触
器301进入通孔部分形成的凸缘的尺寸。
然后，第一硅晶片221的前后面都经过抛光，上面的通孔251也
是通过上面提到的深沟腐蚀工艺蚀刻而成的。如上所述，第一硅晶
片上的通孔25的尺寸要比第二和第三硅晶片上用于容纳接触器凸缘
部分的通孔尺寸大。第一硅晶片22与第二和第三硅晶片对准并熔焊
到其上。为了绝缘，用这样的方法制造的接触基片的所有暴露表面
上都要形成一层二氧化硅层，例如，至少1微米厚。然后将该接触
器301插入通孔25里，必要时可用粘结剂固定。
图5是本发明的接触构件的一个例子的透视图，其中每个接触
构件都具有大量用图3A和3B中所示的工艺制造的接触器30。该例
显示了安装在一条线上的多个接触器30，然而本发明中的接触器可
以沿两条或多条线安装，例如可排成矩阵。
本发明的特点之一就是它的组合能力，它可以组合多个接触构
件20而形成一个尺寸更大和接触器的数量更多的接触器组件。在图
5例子中，四个接触构件将准备用于彼此连接。尽管在图5所示的
例子中没有显示，但每个接触构件22的外边缘都有连接机构，如齿
状接口，图6A和6B示出了其中的一个例子。
图6A是一个透视图，示出了有三层半导体晶片的接触基片22
的详细结构的例子。图6B是图6A中接触基片的前视图。在接触基
片22的外边界有特殊的啮合机构用于与其它接触基片的外边缘结
合。这样的啮合结构或边缘连接只是出于图示的目的，它不局限于
图6A和6B所示例子的形式。在本例中，接触基片的左右边缘分
别为凸型55和凹型65的接口。左右边缘的凸台55和凹槽65接口
大小是一样的，但位置错过一个单元(图7c)。因此该接触基片22
的左边边缘可以和另一块接触基片22的右边缘相配合。
在图6A所示的例子中还包括位于基片22的两个角上的突出部
分75，及一个位于基片一端的凹槽70，它们可以提高接触基片在轴
向上位置的精确性。突出部分75不是必须的，但在定位两个或多个
接触基片时则会变的很有用。尽管图6A中未示出，但在一块接触
基片的远端有一个小凸台80(图7A和7B)，它恰好和另一块接触
基片的近端的凹槽70相配合。不用这种凸台和凹槽，利用前面说的
左右边的凸型和凹型接口也可以。接触器30将按照图4和5所示的
方式安装到接触基片22的通孔25中。
如上所述，图6A和6B所示的例子是由多层基片，例如三个标
准硅基片，构成的。因此第一(上部的)基片和第三(下面的)基
片可能在右边有凸齿55，在左边有凹口65，而第二(中间的)基片
则没有凸齿或凹口，它只有凹槽70及其对应凸台80。如上所述，
这三块硅基片是熔接在一起的。而且，当要把这些接触基片组合到
一起形成具有指定尺寸的接触器组件时，如有必要，接触基片也可
通过胶粘剂粘结到一起。
图7A—7C示出了图6A和6B中的接触基片22，其中，图7A
是该接触基片22的俯视图，图7B是该接触基片22沿图6B中C-C
线的剖面图，图7C是该接触基片22沿图6B中D-D线的剖面图，
图7A的俯视图基本上示出了有凸齿55和凹口65的上部基片以及
具有凸台80的中间基片。
图7B的剖视图示出了该中间基片的凹槽70和凸台80，以及下
面基片的凸齿55和凹型槽65。图7C的剖视图示出了上部基片的平
面图，它与下面的基片有一样的结构。图7A-7C示出了要在其中安
装接触器30的通孔25。
图8是该接触构件的透视图，即一个由多个本发明的接触结构
组成的接触器组件。在这个例子中，五个接触基片相互连接，形成
一个尺寸是该接触结构整数倍的接触器组件。为说明简单起见，接
触器30并没有在接触基片上示出。通过以这种方式组合接触器基
片，就可以制成一个符合规定要求的接触器组件，比如其尺寸与十
二英寸大的半导体晶片相同的接触器组件。
根据本发明，该接触构件具有非常高的频带宽度，可以适应下
一代半导体技术的测试要求。每个接触构件或接触基片在外边缘都
有啮合机构，可用于制成其尺寸符合规定要求且接触器的数量符合
规定的接触器组件。而且，因为该接触器可以安装到与被测器件材
料一样材料的基板上，这就可以补偿由温度的改变所引起的位置误
差。而且可以通过比较简单的方法就能够在硅基片的水平方向上制
造多个接触器。这样的接触器可以从该基体部分上取下，并安装到
接触基片上而在垂直方向构成接触构件。本发明中的接触构件可方
便的用于测试半导体晶片、封装的LSI，多芯片模块以及老化测试，
它还可用于涉及电连接的任何方面的用途。
尽管这里只是具体图示和描述了一个最佳实施例，但按照上述
教导，在后面所附的权利要求范围内，可做出许多改进和变化，而
不会脱离本发明精神和所要保护的范围。