Diese Anmeldung beansprucht die Wirkung der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/586,299 mit dem Titel "Probe Head Having a Membrane Suspended Probe", erfunden von Kenneth Smith, Michael Jolley und Victoria Van Sycle am 7. Juli 2004.

Die vorliegende Erfindung betrifft Prüfanordnungen der Art, wie sie gewöhnlich zum Testen integrierter Schaltkreise (ICs) verwendet werden, und insbesondere eine Prüfanordnung, die nachgiebige Messfühler mit geringer Rasterweite bereitstellt, die eine sehr niedrige Induktivität aufweisen.

Die Technologie integrierter Schaltkreise erlaubt die Herstellung einer Reihe diskreter elektronischer Schaltkreiselemente auf einem einzelnen Substrat oder "wafer" (deutsch: Halbleiterscheibe). Nach der Herstellung wird diese Halbleiterscheibe in eine Anzahl rechteckförmiger Chips oder Rohlinge geteilt, wobei jeder Rohchip eine rechteckförmige oder andere regelmäßige Anordnung von Kontaktflecken oder Bondflecken umfasst, durch die Eingangs- und Ausgangsverbindungen zu dem elektronischen Schaltkreis auf dem Rohchip hergestellt werden können. Obwohl jeder Rohchip schlussendlich separat verpackt wird, wird aus Effizienzgründen ein Testen des auf jedem Rohchip gebildeten Schaltkreises vorzugsweise durchgeführt, während die Rohchips noch auf der Halbleiterscheibe miteinander verbunden sind. Ein typisches Verfahren besteht darin, die Halbleiterscheibe auf einem flachen Gestell oder "chuck" (deutsch: Halter) zu lagern und die Halbleiterscheibe in X, Y und Z-Richtungen relativ zu dem Kopf einer Prüfanordnung derart zu bewegen, dass von der Prüfanordnung vorstehende Prüfspitzen von Rohchip zu Rohchip zur aufeinanderfolgenden Berührung mit den Kontaktflecken jedes Rohchips bewegt werden können. Zugehörige Signal-, Leistungs- und Masseleiter verbinden die Prüfspitzen mit einer Testapparatur, so dass jeder Schaltkreis sequenziell mit der Testapparatur verbunden und durch sie betrieben werden kann.

Eine Art von zum Testen integrierter Schaltkreise eingesetzter Prüfanordnung verwendet mehrere nadelähnliche Kontakte, die in einem dem Muster der Kontaktflecken auf der zu testenden Vorrichtung entsprechenden Muster angeordnet sind. Die 1 und 2 zeigen eine Prüfanordnung 20, die einen Nadelkartenprüfkopf 22 mit einer Anordnung nadelartiger Messfühler 24 aufweist, die durch obere 26 und untere 28 Nadelkarten zurückgehalten werden. Die oberen und unteren Nadelkarten 26, 28 enthalten Lochmuster, die der Kontaktfleckenanordnung des IC oder einer anderen mit der Prüfanordnung 20 zu testenden Vorrichtung entspricht. Das untere Ende jedes Messfühlers 24 erstreckt sich durch eines der Löcher in der unteren Nadelkarte 28 und endet in einer spitz zulaufenden Prüfspitze. Das obere Ende jedes Messfühlers 24 wird durch ein Loch in der oberen Nadelkarte 26 zurückgehalten. Die Löcher der oberen Nadelkarte 26 sind durch elektrisch leitende Kissen (pads) 32 abgedeckt, die an einer Oberfläche eines Abstandswandlers 30 (durch eine Klammer bezeichnet) angeordnet sind und verhindern, dass die oberen Enden der Messfühler durch die obere Nadelkarte 26 hindurch rutschen, wenn die unteren Enden der Messfühler in Druckkontakt mit den Kontaktflecken auf der zu testenden Vorrichtung gebracht werden. Der Abstandswandler ist eine steife mehrschichtige Platte mit elektrisch leitenden Kontakten 32, 36 auf den entgegengesetzten Oberflächen, die mittels sich durch die Platte erstreckender leitender Bahnen 34 elektrisch verbunden sind. Der Abstandswandler 30 leitet die elektrischen Signale von dem fein gerasterten Muster der Nadelmessfühler 24 zu einem gröber gerasterten Muster um, das auf einer Prüfkarte 38 erzielbar ist, einer gedruckten Leiterplatte, mittels der die Testapparatur mit der Prüfanordnung verbunden ist.

Die exemplarische Prüfanordnung 20 umfasst außerdem ein zwischen dem Abstandswandler 30 und der Prüfkarte 38 angeordnetes Einfügeelement 39. Das Einfügeelement 39 weist typischerweise mehrere elastisch verformbare Kontakte auf, die durch ein Substrat elektrisch verbunden sind, um nachgiebige elektrische Verbindungen auf entgegengesetzten Seiten des Substrats zu bieten. Die Nachgiebigkeit der Leiter gleicht Variationen in den Abständen aus, welche die jeweiligen Anschlüsse des Abstandswandlers 30 von der Prüfkarte 38 trennen, was verlässliche elektrische Verbindungen zwischen ihnen fördert.

Die Nadelmessfühler 24 umfassen typischerweise einen Draht mit einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt bildenden komplementären Biegungen, die allgemein parallel, aber zueinander versetzt, nahe dem oberen bzw. unteren Enden des Messfühlers liegen. Das Lochmuster der unteren Nadelkarte 28 ist gegenüber dem Lochmuster in der oberen Nadelkarte 26 versetzt, um dem Versatz der Messfühlerenden Rechnung zu tragen. Wenn das untere Ende eines Messfühlers in Eingriff mit den Kontaktflecken auf einem Rohchip gedrückt wird, kann sich der im Wesentlichen säulenartige Messfühler wirkend an dem Versatz wie eine Feder verbiegen. Die durch das elastische Biegen des Messfühlers gebotene Nachgiebigkeit gleicht Unterschiede in der Messfühlerlänge, der Ebenheit des Prüfkopfes und der Halbleiterscheibentopographie aus.

Nadelkartenprüfanordnungen sind in großem Umfang beim Testen von Halbleiterscheiben verwendet worden, aber die Entwicklung bei der Elektronikproduktion und insbesondere bei der IC-Produktion hin zu höheren Frequenzen, komplexeren Schaltkreisen mit kleineren Schaltkreiselementen und Geometrien hat mehrere Beschränkungen dieser Art von Prüfvorrichtungen aufgezeigt. Als erstes ist die Rasterweite (englisch: pitch), d. h. der Abstand zwischen den Messfühlern, durch Herstellungstoleranzen und Montageerwägungen auf etwa 125 &mgr;m beschränkt, ein Abstand, der größer ist als für viele ICs mit fein gerasterten Kontaktflecken wünschenswert. Darüber hinaus oxidieren die metallischen Kontaktflecken der Rohchips schnell und die Spitze des Messfühlers muss angeschärft sein, so dass sie in die Fläche des Kontaktfleckens gedrückt werden kann, um die für genaue Messungen erforderliche gute Leitfähigkeit zu erreichen. Dies führt zu schnellem Abstumpfen der angespitzten Messfühlerenden, häufigem Verbiegen oder Brechen der Messfühler und kann die Kontaktflecken beschädigen, wenn die Eindringtiefe zu groß ist. Das Kontaktfleckenmaterial haftet außerdem an dem Messfühler und häufiges Reinigen ist erforderlich, was oft die Messfühler beschädigt. Darüber hinaus ist die Induktivität paralleler Leiter eine Funktion der Länge und des Abstands zwischen den Leitern. Typischerweise weisen die relativ langen, eng beabstandeten nadelähnlichen Messfühler eine Einzelpfadinduktivität von 1 bis 2 nH auf, was ausreichend ist, um Hochfrequenzsignale beträchtlich zu verzerren, wodurch die Nützlichkeit nadelartiger Messfühler zum Testen von Hochfrequenzvorrichtungen beschränkt ist.

Eine zweite Art von Prüfanordnung wird durch Gleason et al. im US Patent Nr. 6,708,386 B2 beschrieben, das durch Bezugnahme hierin mit umfasst ist. Bezugnehmend auf 3 umfasst eine Membran-Prüfanordnung 40 eine Prüfkarte 52, auf der Daten- und Signalleitungen 48, 50 von der Messapparatur angeordnet sind, und eine Membran-Prüfanordnung 42. Bezugnehmend auf die 3-4 umfasst die Membran-Prüfanordnung 42 ein aus nicht-komprimierbarem Material wie einem Hartpolymer gebildetes Halteelement 54. Dieses Element ist durch Schrauben 56 und entsprechende Muttern 58 lösbar mit der Oberseite der Prüfkarte verbunden (jede Schraube verläuft durch einen zugehörigen Befestigungsarm 60 des Halteelements hindurch und ein separates Stützelement 62 verteilt den Klemmdruck der Schrauben gleichmäßig über die gesamte Rückseite des Halteelements). Verschiedene Prüfanordnungen mit unterschiedlichen Kontaktanordnungen können schnell gegeneinander ausgetauscht werden, wie es zum Prüfen von Vorrichtungen mit differierenden Kontaktfleckenanordnungen erforderlich ist.

Bezugnehmend auf 4-5, umfasst das Halteelement 54 einen rückwärtigen Basisbereich 64, mit dem die Befestigungsarme 60 integral verbunden sind. Ebenfalls auf dem Halteelement 54 vorgesehen ist ein von dem flachen Basisbereich nach außen vorstehender vorderer Halter oder Stempel 66. Dieser vordere Halter hat gewinkelte Seiten 68, die zu einer flachen Haltefläche 70 hin zusammenlaufen, um dem vorderen Halter die Form eines Pyramidenstumpfes zu geben. Ebenfalls auf 4 Bezugnehmend ist eine flexible Membranordnung 72 an dem Halter angebracht, nachdem sie vermittels an dem Basisbereich vorgesehener Ausrichtungsstifte 74 ausgerichtet wurde. Diese flexible Membrananordnung ist durch eine oder mehrere Lagen isolierender Polyimidfolienschichten gebildet und flexible leitende Schichten oder Streifen sind zwischen oder auf diesen Lagen vorgesehen, um die Daten-/Signalleitungen 76 zu bilden.

Wenn das Halteelement 54 wie in 5 gezeigt auf der oberen Seite der Prüfkarte 52 angebracht ist, steht der vordere Halter 66 durch eine zentrale Öffnung 78 in der Prüfkarte hervor, um die auf einem zentralen Bereich 80 der flexiblen Membrananordnung angeordneten Kontakte in einer zum Druckeingriff mit den Kontaktflecken des Rohchips oder einer anderen getesteten Vorrichtung geeigneten Stellung darzubieten. Bezugnehmend auf 4 hat die Membrananordnung radial verlaufende Armsegmente 82, die durch nach innen gekrümmte Ränder 84 getrennt sind, welche der Anordnung die Form nach Art eines Victoria-Kreuzes (Cross Formee) verleihen, und diese Segmente erstrecken sich in geneigter Weise entlang der angewinkelten Seiten 68, wodurch sie an jeglichen die Flecken umgebenden aufrechten Komponenten vorbeilaufen. Eine Reihe von Kontaktflecken 86 beendet die Daten-/Signalleitungen 76, so dass dann, wenn das Haltelement angebracht ist, diese Flecken mit entsprechenden Abschlussflecken elektrisch in Eingriff geraten, die auf der Oberseite der Prüfkarte vorgesehen sind, so dass die Daten-/Signalleitungen 48 auf der Prüfkarte elektrisch mit den Kontakten auf dem zentralen Bereich verbunden sind.

Die Prüfanordnung 42 ist dazu in der Lage, eine dichte Anordnung von Kontaktflecken über eine große Anzahl Kontaktzyklen auf eine Art zu messen, die allgemein trotz eines Oxidaufbaus auf den Kontaktflecken eine verlässliche elektrische Verbindung zwischen den Kontakten und Flecken in jedem Zyklus bietet. Die Membrananordnung ist so konstruiert und mit dem Halteelement verbunden, dass die Kontakte auf der Membrananordnung in einer lokal kontrollierten Art seitlich über die Kontaktflecken wischen oder scheuern, wenn sie in Druckeingriff mit diesen Flecken gebracht werden.

8 ist eine vergrößerte Ansicht des zentralen Bereichs 80a der Membrananordnung 72a und stellt eine Ausführungsform dar, bei der die Kontakte 88 in einem Quadrat-ähnlichen Muster angeordnet sind, das zum Eingriff mit einer entsprechenden Quadrat-ähnlichen Anordnung von Kontaktflecken auf einem Rohchip geeignet ist. Die Membrananordnung schafft eine Abstandswandlung von der sehr feinen Rasterweite der dicht gepackten Kontakte 88 zu den gröber gerasterten Kontaktflecken 86, die die Daten-/Signalleitungen 76 beenden.

Ebenfalls Bezugnehmend auf 9a, welche eine Schnittansicht entlang der Linien 9a-9a in 8 darstellt, umfasst jeder Kontakt einen relativ dicken starren Balken 90, an dessen einem Ende ein steifer Kontakthöcker 92 ausgebildet ist. Der Kontakthöcker weist auf sich einen Kontaktabschnitt 93 auf, der einen an den Kontakthöcker geschmolzenen Noppen aus Rhodium umfasst. Durch Elektroplattieren wird jeder Balken als überlappende Verbindung mit dem Ende einer flexiblen Leiterbahn 76a ausgebildet, um einen Anschluss damit zu bilden. Diese leitende Bahn bietet in Verbindung mit einer leitenden Rückwand-Schicht 94 eine Daten- oder Signalleitung mit gesteuerter Impedanz zu dem Kontakt, da ihre Abmessungen unter Verwendung eines photolithographischen Verfahrens festgelegt werden.

Die Membrananordnung ist mit der flachen Haltefläche 70 durch eine eingefügte Elastomerschicht 98 verbunden, wobei diese Schicht sich mit der Haltefläche koextensiv erstreckt und durch eine Silikonkautschukmasse gebildet sein kann. Die flache Haltefläche ist wie zuvor erwähnt aus inkompressiblem Material hergestellt und besteht vorzugsweise aus einem harten Dielektrikum wie Polysulfon oder Glas. Wenn einer der Kontakte 88 in Druckeingriff mit einem zugehörigen Kontaktflecken 100 eines Rohchips gebracht wird, wie in 10 gezeigt, bringt die sich ergebene exzentrische Kraft auf den steifen Balken 90 und die Höckerstruktur 92 den Balken dazu, sich gegen die von der elastomeren Unterlage 98 ausgeübte elastische Rückstellkraft zu verschwenken oder zu verkippen. Diese Verkippbewegung ist örtlich dadurch begrenzt, dass ein vorderer Bereich 102 des Balkens sich einen größeren Weg in Richtung der flachen Haltefläche 70 bewegt als ein hinterer Teil 104 des gleichen Balkens. Die Wirkung ist solchermaßen, dass der Kontakt in seitlich scheuernder Bewegung über den Kontaktflecken getrieben wird, wobei eine gestrichelte und durchgezogene Liniendarstellung die Anfangs- bzw. die Endposition des Kontakts auf dem Flecken zeigt. Auf diese Art wird der isolierende Oxidaufbau auf jedem Kontaktflecken abgerieben, um ausreichende elektrische Verbindungen von Kontakt zu Flecken sicherzustellen.

Eine lokal scheuernde Membran-Prüfanordnung bietet Kontakte, die gering beabstandet sein können, um in Eingriff mit Kontaktfeldern auf physikalisch kleineren Vorrichtungen zu kommen, und kombiniert hohe Leitfähigkeit mit Unempfindlichkeit und Widerstand gegenüber Abnutzung und Beschädigung. Membran-aufgehängte Messfühler können außerdem einen größeren Querschnitt und kürzere Länge kombinieren, um eine sehr viel geringere Induktivität als typische Nadelmessfühler aufzuweisen, was ihre Verwendung bei höheren Frequenzen erlaubt und weniger Signalverzerrung bei allen Frequenzen erzeugt. Die Messfühler und die Signal- und Datenleitungen werden jedoch auf der Oberfläche der Membran realisiert und stellen eine Verbindung zu Prüfkartenanschlüssen her, die um den Umfang der Membran herum angeordnet sind. Bis jetzt waren Membran-aufgehängte Messfühler nicht zur Benutzung mit den Prüfkarten und Abstandswandlern anpassbar, die zur Verwendung mit einem Prüfkopf vom Nadelkartentyp geeignet sind, bei dem die Signalwege durch das Zentrum der Prüfanordnung hindurchgehen und im Wesentlichen parallel zur Mittelachse der Prüfanordnung angeordnet sind. Gewünscht ist daher eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Anpassen robuster, fein gerasterter Messfühler niedriger Induktivität mit Membranaufhängung zur Benutzung mit den Komponenten einer Prüfanordnung, die zur Verwendung mit einem Prüfkopf vom Nadeltyp geeignet ist.

1 ist eine perspektivische schematische Explosionsdarstellung einer Prüfanordnung vom Nadeltyp.

2 ist ein Querschnitt eines Nadelkarten-Prüfkopfs zur Verwendung in einer Prüfanordnung vom Nadeltyp.

3 ist eine perspektivische Ansicht einer Prüfanordnung mit Membran, die an einen Prüfkopf geschraubt ist, und einer in einer zum Prüfen durch diese Anordnung geeigneten Stellung auf einem Halter abgestützten Halbleiterscheibe.

4 stellt eine Ansicht von unten dar, die verschiedene Teile der Prüfanordnung der 3 zeigt, einschließlich eines Halteelements und einer flexiblen Membrananordnung, und eine fragmentarische Ansicht einer Prüfkarte mit Daten-/Signalleitungen, die mit entsprechenden Leitungen auf der Membrananordnung verbunden sind.

5 ist ein seitlicher Aufriss der Membranprüfanordnung der 3, wobei ein Teil der Membrananordnung weggeschnitten wurde, um versteckte Teile des Halteelements freizulegen.

6 ist eine Draufsicht auf ein beispielhaftes Halteelement.

7a und 7b sind schematische Seitenansichten, die darstellen, wie das Halteelement und die Membrananordnung dazu in der Lage sind, zu verkippen, um sich der Orientierung der getesteten Vorrichtung anzupassen.

8 ist eine vergrößerte Draufsicht auf den Zentralbereich des Aufbaus der Membrananordnung der 4.

9a und 9b sind Schnittansichten entlang der Linien 9a-9a in 8, die zunächst einen Kontakt vor dem Aufsetzen und dann den gleichen Kontakt nach dem Aufsetzen und der Scheuerbewegung über seinen zugehörigen Flecken zeigen.

10 ist eine schematische Seitenansicht, die in gestrichelter Liniendarstellung den Kontakt der 9a-9a im Moment des anfänglichen Aufsetzens und in durchgezogener Liniendarstellung den gleichen Kontakt nach weiterem vertikalen Überschreiten durch den Flecken zeigt.

11 ist eine perspektivische schematische Explosionsdarstellung einer Prüfanordnung mit einem Abstandswandler, die für einen Prüfkopf vom Nadeltyp geeignet ist, und eines Prüfkopfs mit Membran-aufgehängten Messfühlern.

12 ist eine schematische Querschnittsansicht der Prüfanordnung der 11.

13 ist eine schematische Querschnittsansicht einer membranaufgehängten Prüfspitze, die einen Kontaktflecken einer getesteten Vorrichtung kontaktiert.

14 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Prüfkopfs, der an einen Abstandswandler vom Nadelkartentyp anpassbar ist und eine zweite Ausführungsform eines Membran-aufgehängten Messfühlers umfasst.

15 ist eine Ansicht eines Abstandswandlers mit mehreren Messfühlerplatten mit Membran-aufgehängten Messfühlern von unten.

16 ist eine Querschnittsansicht einer Prüfkopfplatte, der einen Messfühler mit Membranaufhängung aufweist.

Im Detail Bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Teile der Erfindung durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, und insbesondere auf 1, umfasst eine Ausführungsform einer zum Einsatz mit nadelartigen Messfühlern geeigneten Prüfanordnung 20 als Hauptfunktionsbestandteile eine Prüfkarte 38, ein Einfügeelement 39, einen Abstandswandler 30 und einen Prüfkopf 22. Außerdem Bezugnehmend auf 2 stellen nadelartige Messfühler 24 in dem Prüfkopf ein Mittel zur Verfügung, zeitweilige Verbindungen mit Kontaktflecken auf einem Rohchip auf einer Halbleiterscheibe oder einer anderen im Test befindlichen Vorrichtung (ITV) herzustellen und Signale zu und von dem integrierten elektrischen Schaltkreis auf der ITV zu leiten. Die nadelartigen Messfühler leiten die Signale zu und von dem Rohchip durch den Prüfkopf 22 zu leitenden Anschlüssen 32 oder Flecken auf dem Abstandswandler 30. Die Signalwege der Prüfanordnung vom Nadelkartentyp sind typischerweise um die Mitte der Prüfanordnung herum gruppiert und im Wesentlichen normal zu der im Test befindlichen Vorrichtung ausgerichtet. Obwohl Nadelmessfühler beim Prüfen von ICs in großem Umfang verwendet worden sind, weisen Nadelmessfühler eine Anzahl von Beschränkungen auf, die sie nicht ideal geeignet zum Prüfen von ICs und anderen Vorrichtungen mit geringer Rasterweite oder einem Betrieb bei hohen Frequenzen machen.

Membranmessfühler können andererseits eine wesentlich geringere Induktivität aufweisen als nadelartige Messfühler, was Membranmessfühler zum Prüfen von Hochfrequenzschaltungen wünschenswert macht. Darüber hinaus kann eine Membran-aufgehängte Prüfspitze dazu angeordnet werden, ein lokales Kontaktscheuern zu bieten, um die isolierende Oxidschicht zu durchdringen, die sich auf dem Kontaktflecken des IC bildet, ohne Kontaktfleckenmaterial auf der Prüfspitze anzusammeln, wie es bei nadelartigen Messfühlern üblich ist. Bis jetzt konnten an einer Membran aufgehängte Messfühler nicht an zur Verwendung mit nadelartigen Messfühlern vorgesehene Prüfanordnungen angepasst werden, da die Membran-aufgehängten Messfühler und die leitenden Bahnen, welche die Messfühler mit der Prüfkarte verbinden, auf der Fläche einer elastischen Membran angeordnet sind, wobei die Bahnen über die Fläche der Membran strahlenförmig nach außen verlaufen, um an Prüfkartenanschlüsse anzuschließen, die um den Umfang der Membran herum angeordnet sind. Die vorliegenden Erfinder schlossen, dass die Leistungsvorteile Membran-aufgehängter Messfühler für eine Prüfanordnung bereitgestellt werden könnten, die ursprünglich zur Verwendung mit nadelartigen Messfühlern vorgesehen war, wenn die Membran-aufgehängten Messfühler leitend mit einem Abstandswandler verbunden werden könnten, der auf der den Prüfspitzen entgegengesetzten Seite der Membran angeordnet ist. Die 11 und 12 stellen eine Prüfanordnung 100 mit zur Verwendung mit einem Prüfkopf vom Nadelkartentyp geeigneten Komponenten dar, die einen Prüfkopf 102 mit mehreren an einer elastischen Membran aufgehängten Messfühler 104 umfasst. Die Prüfanordnung vom Nadelkartentyp kann in eine Prüfanordnung mit Membran-aufgehängten Messfühlern umgewandelt werden, indem der Prüfkopf vom Nadelkartentyp entfernt wird und durch den Membranprüfkopf 102 ersetzt wird, der mit dem zum Koppeln mit dem Prüfkopf vom Nadelkartentyp geeigneten Abstandswandler koppelt. In der schematischen Querschnittsansicht der 12 sind bestimmte Elemente und Komponenten um der Klarheit der Darstellung Willen übertrieben dargestellt.

Bei der Prüfkarte 38 handelt es sich allgemein um ein herkömmliches Leiterplattensubstrat mit mehreren Anschlüssen 120 (zwei von vielen sind gezeigt), die auf einer Oberfläche derselben angeordnet sind. Die Anschlüsse bieten eine Schnittstelle für Drähte 122, die eine Messapparatur (nicht gezeigt) mit der Prüfanordnung verbinden. Wie dargestellt können die Drähte 122 mit Anschlüssen 120 auf einer Seite der Prüfkarte 38 verbunden sein, die wiederum durch leitende Durchgänge 124 mit Anschlüssen 126 oder Bahnen auf der entgegengesetzten Seite der Leiterplatte verbunden sind. Zusätzliche Komponenten (nicht gezeigt) wie aktive und passive elektronische Bauteile, Verbinder und ähnliches können an der Prüfkarte 38 angebracht sein und mit zusätzlichen Anschlüssen 120 verbunden sein. Die Prüfkarte 38 ist typischerweise rund und hat üblicherweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 12 Inches (12 Inches = 3,048 × 10^-1m). Die Anschlüsse 122, 126 auf der Leiterplatte sind häufig mit einer Teilung oder einem Trennungsabstand von 100 mil (100 mil = 2,54 × 10^-3m) angeordnet.

Während einige Prüfanordnungen kein Einfügeelement verwenden, umfasst die Prüfanordnung 100 ein Einfügeelement 39, das zwischen der Prüfkarte 38 und dem Abstandswandler 30 angeordnet ist. Ein Einfügeelement umfasst auf entgegengesetzten Seiten eines Substrates angeordnete verbundene elektrische Kontakte, so dass die Komponenten auf entgegengesetzten Seiten des Substrates leitend verbunden werden können. Ein Einfügeelement wird häufig bei einer Prüfanordnung verwendet, um eine zuverlässig leitende Verbindung zwischen den Anschlüssen einer Prüfkarte und den Anschlüssen auf einem Abstandswandler zu erleichtern. Das Einfügeelement hilft außerdem beim Ausgleichen von Unterschieden der Wärmeausdehnung der Prüfkarte 38 und des Abstandswandlers 30. Das Einfügeelement 39 umfasst ein Substrat 128 und mehrere sogenannte fuzz buttons 130 (zwei sind gezeigt), die durch Löcher in dem Substrat ragen. Die Fuzz-Buttons 130 umfassen jeder einen feinen Draht, der in eine kleine zylindrische Form zusammengedrückt ist, um eine elektrisch leitende, elastische Drahtmasse herzustellen. Als ein allgemeiner Vorschlag sind die Fuzz-Buttons 130 mit einer Rasterweite angeordnet, die der der Anschlüsse 126 der Prüfkarte 38 entspricht. Ein Ende jedes der leitenden Fuzz-Buttons 130 befindet sich in Kontakt mit einem Anschluss auf der Prüfkarte 38, während das zweite Ende des Fuzz-Buttons sich in Kontakt mit einem Anschluss 140 auf dem Abstandswandler 30 befindet. Die elastischen Fuzz-Buttons 130 sind Nachgiebigkeit bietend komprimiert, um Abstandsunterschiede zwischen den verschiedenen Anschlüssen der Prüfkarte und des Abstandwandlers auszugleichen und Druck auf die Kontakte auszuüben, um eine gute Leitfähigkeit zu fördern.

Die durch das Substrat 128 des Einfügeelements 39 ragenden Fuzz-Buttons 130 sind in Kontakt mit leitenden Anschlüssen 140 auf einer Seite des Abstandswandlers 30. Der Abstandswandler 30 (durch eine Klammer angezeigt) umfasst ein geeignet mit Schaltkreisen versehenes Substrat 142, wie ein Mehrschichten-Keramiksubstrat mit mehreren Anschlüssen (Kontaktflächen, Flecken) 140 (zwei von vielen sind gezeigt), die auf der Fläche nahe dem Einfügeelement 39 angeordnet sind, und mehrere Anschlüsse (Kontaktflächen, Flecken) 144 (zwei von vielen sind gezeigt), die auf der entgegengesetzten Fläche angeordnet sind. Bei der beispielhaften Prüfanordnung 100 sind die Kontaktflecken 140 nahe dem Einfügeelement 39 mit der Teilung der Anschlüsse der Prüfkarte 38 angeordnet, und die an der entgegengesetzten Fläche des Abstandswandlers 30 angeordneten Kontaktflecken 144 sind mit einer feineren Teilung angeordnet, die der Teilung und der Anordnung der nadelartigen Messfühler entspricht, die der Nadelkartenprüfkopf umfasst, zu dessen Kopplung der Abstandswandler vorgesehen war. Während die Rasterweite oder Teilung der Anschlüsse der Prüfkarte 38 etwa 100 mil (100 mil = 2,54 × 10^-3 m) beträgt, kann die Rasterweite der nadelartigen Messfühler so klein wie etwa 125 &mgr;m sein. Leitende Bahnen 146 in dem Mehrschichten-Substrat 142 des Abstandswandlers 30 leiten die elektrischen Verbindungen von dem zum Ankoppeln an den Prüfkopf erforderlichen Muster mit geringer Rasterweite zu dem Muster mit größerer Rasterweite, das mit einer gedruckten Schaltplatine wie der Prüfkarte 38 erzielbar ist.

Die verschiedenen Elemente der Prüfanordnung 100 sind gestapelt und jeder geeignete Mechanismus zum Stapeln dieser Komponenten und Sicherstellen zuverlässiger elektrischer Kontakte kann verwendet werden. Wie dargestellt umfasst die Prüfanordnung 100 eine steife hintere Befestigungsplatte 150, die auf einer Seite der Prüfkarte 38 angeordnet ist, und eine steife vordere Befestigungsplatte 152, die auf der entgegengesetzten Seite der Prüfkarte angebracht ist. Schrauben 154 halten die vordere Befestigungsplatte an der hinteren Befestigungsplatte 150. Ein rechteckiges Abstandselement 156 mit einer zentralen Öffnung zum Aufnehmen des Abstandswandlers 30 ist an der vorderen Befestigungsplatte angebracht. Ein vorzugsweise aus einem federnden Material wie Phosphorbronze hergestellter Befestigungsring 158, der ein Muster sich von ihm erstreckender federnder Laschen aufweisen kann, ist durch Schrauben 160 an dem Abstandselement 156 derart anbringbar, dass der Abstandswandler 30 zwischen dem Befestigungsring und dem Abstandselement gefangen ist.

Der Befestigungsring 156 umfängt und hält außerdem einen Prüfkopf 102 zurück, der ein Mehrschichtensubstrat 160 (angezeigt durch eine Klammer) und mehrere elektrisch leitende, Membran-aufgehängte Messfühler 104 umfasst. Die Messfühler 104 umfassen allgemein einen relativ dicken, steifen Balken 164 mit einem Balkenkontakt 166 nahe einem Ende des Balkens und einer Prüfspitze 168, die von dem Balken nahe dem zweiten Ende des Balkens vorsteht. Obwohl andere Formen und Materialien verwendet werden können, hat die Prüfspitze 168 typischerweise die Form eines Pyramidenstumpfes und das vorstehende Ende der Prüfspitze kann mit einer Schicht aus Nickel oder Rhodium überzogen sein, um gute elektrische Leitfähigkeit und Abnutzungswiderstandsfähigkeit zu bieten, wenn sie wiederholt in Eingriff mit Kontaktflecken auf einer zu testenden Vorrichtung gedrückt wird. Der Balkenkontakt 166 hat einen pilzförmigen Querschnitt mit einem Kontaktknopf mit abgerundeten Kanten, was einen beweglichen Kontakt mit den Anschlüssen 144 des Abstandswandlers 30 erleichtert, und einen zylindrischen oder prismatischen Basisabschnitt, der geringfügig kleiner als der Kontaktknopf ist und den Kontaktknopf mit dem Balken verbindet. Der Balkenkontakt 166 ragt aus der Seite des Balkens 164 gegenüber der Balkenspitze 168 und in die entgegengesetzte Richtung hervor. Wie in 12 dargestellt, ragt der Balkenkontakt zumindest bündig mit der oberen Fläche des Mehrschichtensubstrats 160 hervor, so dass er von der oberen Fläche des Substrats freigelegt ist, was einen leitenden Kontakt mit dem entsprechenden Anschluss 144 des Abstandswandlers 30 ermöglicht. Das Verhältnis von Querschnitt zur Länge ist für den Membran-aufgehängten Messfühler 104 sehr viel größer als für den typischen Nadelmessfühler 24, und anders als der Nadelmessfühler erfordert der lokal scheuernde, Membran-aufgehängte Messfühler keine stark zugespitzte Spitze, um den Oxidaufbau auf den Kontaktflecken der ITV zu durchdringen. Der Membranprüfkopf 102 hat eine Einzelpfadinduktivität, die deutlich kleiner als 0,5 nH ist und wurde mit einer Einzelpfadinduktivität von 0,2 nH gezeigt. Als ein Ergebnis produzieren die Membran-aufgehängten Messfühler beträchtlich geringere Signalverzerrung und können bei höheren Frequenzen als Messfühler vom Nadeltyp verwendet werden, die typischerweise eine Induktivität von mehr als 1 nH und häufig bis zu 2 nH aufweisen.

Gleason et al. offenbaren im US Patent Nr. 6,708,386 B2, das hierin durch Bezugnahme miteinbezogen ist, ein "bottom up"-(deutsch: von unten nach oben) und ein "top down"-(deutsch: von oben nach unten) Verfahren zum Erzeugen von Membranmessfühlern. Beide Verfahren können verwendet werden, um den Membranprüfkopf 102 herzustellen. Durch diese Verfahren hergestellte Membran-aufgehängte Messfühler 104 können in Anordnungen mit Rasterweiten von weniger als 100 &mgr;m hergestellt werden, was es erlaubt, die Membran-aufgehängten Messfühler zum Testen von Vorrichtungen mit dichter gepackten Kontaktflecken zu verwenden, als es Nadelmessfühler erlauben, die typischerweise durch Herstellungs- und Zusammenbauerwägungen auf Rasterweiten größer als 125 &mgr;m beschränkt sind. Abschnitte des Balkenkontakts 104, welche in Eingriff mit dem Anschluss 144 stehen, können ebenfalls mit einer Schicht aus Nickel oder Rhodium überzogen sein, um die elektrische Leitfähigkeit und Abnutzungswiderstandsfähigkeit zu erhöhen.

Das Mehrschichtensubstrat 160 umfasst eine elastische Membran 170 und mehrere flexible Isolierschichten 172, 174. Die elastische Membran 170 ist nahe bei oder in Kontakt mit der Oberfläche des Abstandswandlers 30 angeordnet. Die elastische Membran 170 kann eine Silikonkautschukzusammensetzung wie das von der Borden Company hergestellte ELMER'S STICKALLJ oder Sylgard 182 der Dow Corning Corporation umfassen und vermag eine elastische Rückstellkraft auf eine Fläche auszuüben, wenn die Fläche der Membran verformt wird. Das Mehrschichtensubstrat 160des Prüfkopfs umfasst außerdem flexible erste 172 und zweite 174 Isolierschichten oder -elemente. Die erste isolierende Schicht 172 ist zwischen der Bodenfläche 176 der elastischen Membran 170 und der oberen Fläche des Balkens 164 des Messfühlers 104 angeordnet. Die zweite isolierende Schicht 174 erstreckt sich von der Bodenfläche der ersten isolierenden Schicht 172 nach unten in eine Tiefe, die etwa der Dicke des Balkenabschnitts 164 des Messfühlers 104 entspricht. Die erste 172 und zweite 174 isolierende Schicht sind relativ dünn und in einer Richtung normal zu ihren Oberflächen flexibel, sind aber in Richtungen parallel zu ihren Oberflächen ausreichend steif, um die seitlichen Stellungen der Messfühler 104 zu sichern. Die erste 172 und zweite 174 isolierende Schicht können Polyimide umfassen, aber sie können auch jegliches andere dielektrische Material mit geeigneten physikalischen Eigenschaften umfassen.

Bezugnehmend auf 13 wird dann, wenn die Prüfspitze 168 in Druckeingriff mit einem zugehörigen Kontaktflecken 200 auf einer zu testenden Vorrichtung 202 gebracht wird, die sich ergebende Kontaktkraft die Prüfspitze nach oben in Richtung der Stellung 168' drängen. Einer Aufwärtsverschiebung des Messfühlers 104 wird durch die Kontaktkraft an der Schnittstelle des Abstandswandlerkontakts 144 und des Balkenkontakts 166 entgegengewirkt. Als Folge wird der Messfühler 104 in Richtung der Stellung 104' gedreht, was dazu führt, dass das Ende der Prüfspitze 168 seitlich auf dem Kontaktflecken 200 verschoben wird. Diese seitliche Verschiebung oder dieses Scheuern ("s") reibt die Anlagerung isolierenden Oxids auf dem Kontaktflecken ab und stellt zuverlässige Leitfähigkeit zwischen der Prüfspitze 168 und dem Kontaktflecken sicher. Wenn die Prüfspitze 168 nach oben verschoben wird, wird die flexible erste isolierende Schicht 172 durch die Bewegung des nach oben auf die elastische Membran 170 drückenden Balkens 166 nach oben verschoben. Die Fläche der Membran wird gedehnt und verzerrt und die elastische Membran übt eine Kraft aus, um die erste isolierende Schicht 172 und den Messfühler 104 in die Ausgangsstellung zurückzubringen. Wenn die obere Fläche der elastischen Membran 170 in Kontakt mit der Oberfläche des Abstandwandlers 30 kommt, komprimieren die Aufwärtsverschiebung des Messfühlers 104 und die Verzerrung der unteren Fläche der elastischen Membran die Membran, was eine zusätzliche rückstellende Kraft auf die erste isolierende Schicht 172 erzeugt. Die durch die elastische Membran 170 auf die flexible isolierende Schicht 172 ausgeübte rückstellende Kraft lässt die Prüfspitze 104 in die anfängliche Stellung zurückkehren, wenn die ITV 202 von dem Prüfkopf 102, die Kontaktkraft an der Prüfspitze 168 abbauend, wegbewegt wird.

Bezugnehmend auf 14 kann ein eine zweite Ausführungsform eines Membran-aufgehängten Messfühlers 251 aufweisender Prüfkopf 250 mit Abstandswandlern 30 verwendet werden, die vorstehende Kontakte 258 wie Lötkugeln haben. Der Messfühler 251 umfasst einen Balken 252 mit einer Prüfspitze 254, die von dem Balken an einem Ende vorsteht. Der Balkenkontakt 256 wird von der oberen Fläche der elastischen Membran 260 durch eine Öffnung 266 freigelegt, die sich durch die elastische Membran und die erste isolierende Schicht 262 erstreckt. Der vorstehende Abstandswandlerkontakt 256 kommt mit dem Balken 252 an dem freigelegten Balkenkontakt 256 nahe dem gegenüber der Prüfspitze 254 liegenden Ende des Balkens in Kontakt. Wenn ein Kontaktflecken 200 einer ITV 202 in Kontakt mit der Prüfspitze 254 gedrückt wird, rotiert der Messfühler um den Balkenkontakt 256, was die Scheuerwirkung erzeugt, die die Oxidanlagerung von dem Kontaktflecken entfernt.

Bezugnehmend auf 15 und 16 sind bei einer anderen Ausführungsform des Prüfkopfs mit Membran-aufgehängten Messfühlern 300 ein oder mehrere Membran-aufgehängte Messfühler 104 auf einer Platte 302 vorhanden, die an eine Fläche eines Abstandswandlers 30 angehaftet werden kann. Die Platten 302 umfassen ein oder mehrere Messfühler 104 mit einem Balkenabschnitt 164, einer elastischen Membran 304, einem zwischen dem Balkenabschnitt des Messfühlers und der unteren Fläche der elastischen Membran eingefügten ersten isolierenden Element 306, und einem zweiten isolierenden Element 308, dass sich von dem ersten isolierenden Element um etwa die Tiefe des Balkenabschnitts des Messfühlers nach unten erstreckt. Die Platte 302 ist durch eine doppelseitige anhaftende Schnittstelle 310 an dem Abstandswandler 30 befestigt, welche die obere Fläche der elastischen Membran 304 der Platte umrahmt. Ein ursprünglich zum Koppeln mit einem Prüfkopf vom Nadelkartentyp vorgesehener Abstandswandler 30 kann für Membran-aufgehängte Messfühler umgestaltet werden, indem der Prüfkopf vom Nadelkartentyp entfernt wird und eine oder mehrere Platten 302 mit einem oder mehreren Membran-aufgehängten Messfühlern 104 an der Fläche des Abstandswandlers derart angehaftet werden, dass der Kontaktknopf 166 des Messfühlers zum Kontakt mit dem Abstandswandlerkontakt 144 positioniert ist. Wenn die Prüfspitze 168 in Kontakt mit einem Kontaktflecken auf einer ITV gedrückt wird, rotiert der Messfühler 104 um die Schnittstelle des Kontaktknopfs 166 und des Abstandswandlerkontakts 144. Das Ende des Balkenabschnitts 164 nahe der Prüfspitze 168 rotiert nach oben, was lokales Scheuern der Prüfspitze hervorruft und die erste isolierende Schicht 306 dazu bringt, die Fläche der elastischen Membran 304 zu verzerren, welche der Verzerrung mit einer rückstellenden Kraft entgegenwirkt. Eine oder mehrere Lückenfüllplatten 312 können haftend an der Fläche des Abstandswandlers 30 befestigt werden, um den Prüfkopf mit einer durchgehenden Fläche zu versehen.

Ein Prüfkopf mit membranaufgehängten Messfühlern erlaubt es, eine Prüfanordnung vom Nadelkartentyp umzuwandeln, um Membran-aufgehängte Messfühler zu verwenden, die mit geringerer Rasterweite angeordnet sein können und beträchtlich geringere Induktivität als nadelartige Messfühler aufweisen. Eine Signalverzerrung wird beträchtlich verringert, was ein Testen von bei höheren Frequenzen betriebenen Vorrichtungen und größere Messgenauigkeit bei allen Frequenzen erlaubt.

Die obige genaue Beschreibung legt zahlreiche spezielle Details dar, um ein genaues Verständnis der vorliegenden Erfindung zu bieten. Fachleute jedoch werden erkennen, dass die vorliegende Erfindung ohne diese speziellen Details ausgeübt werden kann. In anderen Fällen wurden gut bekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten und Schaltkreise nicht genau beschrieben, um ein Verschleiern der vorliegenden Erfindung zu vermeiden.

Alle hierin zitierten Quellen sind durch Bezugnahme mit einbezogen.

Die in der vorangehenden Beschreibung verwendeten Bezeichnungen und Ausdrücke wurden darin als beschreibende und nicht beschränkende Bezeichnungen verwendet, und es besteht beim Verwenden derartiger Bezeichnungen und Ausdrücke keine Absicht, Äquivalente der gezeigten und beschriebenen Merkmale oder Teilen davon auszuschließen, wobei klar ist, dass der Rahmen der Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche definiert und beschränkt ist.