专利名称：用于电检验的电离测试的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子封装的电测试，更具体地说，涉及用于在标准大气条件下使用电离无接触电测试电子封装的装置和方法。
背景技术：
当模块和板的几何结构随着以成本竞争方式对大容量测试要求的提高而减小时，需要在大容量制造环境中，在保持快速，廉价和实用的条件下具有适用于精细几何结构的测试。
在电子卡和模块的区域中测试的一类重要的网路是从模块的一侧到另一侧的导电网路。在这些网路中的断路和短路缺陷将会降低成品率。即使电路没有完全断路，如果它妨碍最小导电区域标准，也会有可靠性或其它与成品率相关的问题。电子封装的每一侧都具有部件并将用于以某些方式与其它电子封装连接。电子模块或板的一侧通常与如半导体芯片的精细几何结构基本规则器件连接。该侧典型地称作顶侧冶金(TSM)。另一侧通常与如板，背面或其它封装模块的粗糙几何结构基本规则器件连接。
因为TSM的小几何结构，从操作方面考虑不希望机械探测顶部用于一些或所有电测试。类似地，因为TSM的小几何结构，机械探测TSM不再实用甚至不再可能。相对地，典型地称为底表面冶金(BSM)，具有粗糙的几何结构和较大焊盘。从而BSM对用于测试目的的机械接触更实用。连接TSM部件和BSM部件的网路对器件的操作和确保功能的测试要求是关键的。本发明包括使用电离源，机械固定装置和弱电流传感模拟电子装置阵列。相同的装置可以用于测试断路和短路。本方法不接触在要测试器件的一侧的部件。
因此，本发明的一个目的是提供用于断路的无接触电测试的方法。
本发明的另一个目的是提供用于短路的无接触电测试的方法。
本发明的另一个目的是提供用于在标准大气条件下使用电离无接触电测试电子封装的装置。
在参考附图和随后的描述之后，本发明的这些和其它目的将更明显。

发明内容
通过提供电离源、固定装置和电流传感电子装置的组合用于在标准大气条件下使用的电子板和模块的无接触测试，获得了本发明的目的和优点。断路测试可以单独或使用相同装置与短路测试一起完成。短路测试还可以利用简化装置单独完成。本方法不接触在要测试器件一侧的部件。
本发明提供了一种用于电子衬底的无接触电测试的装置，该装置包括至少一个电子衬底，具有与底表面导电部件电接触的顶表面导电部件；位于顶表面部件上方并与第一电压源相连的电离源；固定所述电子衬底的固定装置；与底表面导电部件接触的探针阵列；与探针阵列电连接以将探针阵列保持在虚地的第二电压源；以及与探针阵列接触的电流(测量)传感电子装置。
电离源可以是导线，导线网，导电带或类似的结构。电离源优选覆盖有二硫化钼。本发明还包括在电离源和顶表面导电部件之间的屏蔽。屏蔽是圆筒形，具有面向顶表面导电部件的开口并且与第三电压源相连。该屏蔽还可以被分割，其中每个部分互相电绝缘并分别带电。在优选实施例中第一电压约为5000伏，第二电压近似接地并且第三电压约为2500伏。电离源可以是正电离源或负电离源。
用于固定衬底的固定装置可以由导电材料构成。固定装置可以具有锥形几何结构。固定装置可以与第四电压源相连。第四电压源具有在第一电压和第二电压之间的电压值或者可选地第四电压近似接地。优选电流传感(测量)电子装置是对数放大器，其中每个单独的对数放大器都与阵列中每个单独的探针相连。
该装置还可以包括与探针阵列相连的电路以允许利用从计算机通过数字接口发出的信号单独监控电流(测量)传感电子装置。该装置还可以包括模拟数字转换器以获得并存储来自对数放大器的模拟电压值的测量。对数放大器可以是单极的或双极的。
本发明还提供了一种用于电子衬底的无接触电断路测试的方法，该方法包括以下步骤提供至少一个电子衬底，具有与底表面导电部件电接触的顶表面导电部件；将电子衬底固定在固定装置中；通过向位于部件顶表面部件上方的电离源提供第一电压，在电离源处产生电离粒子区域；通过向底表面导电部件施加第二电压将顶表面导电部件暴露于电离粒子流并因此在顶表面导电部件上产生电荷积累；通过底表面导电部件漏走电荷积累，并产生流入与底表面导电部件接触的探针阵列的漏电流；以及用与探针阵列接触的电流传感电子装置测量漏电流，从而通过漏电流的消失检测在顶表面导电部件和底表面导电部件之间的任何断路。
本发明还提供了一种用于电子衬底的无接触电短路测试的方法，该方法包括以下步骤提供至少一个电子衬底，具有与底表面导电部件电接触的顶表面导电部件；将电子衬底固定在固定装置中；通过向位于部件顶表面部件上方的电离源提供第一电压，在电离源处产生电离粒子区域；通过向底表面导电部件施加第二电压将顶表面导电部件暴露于电离粒子流并因此在顶表面导电部件上产生电荷积累；通过底表面导电部件漏走电荷积累，并产生流入与底表面导电部件接触的探针阵列的漏电流；以及用与探针阵列接触的电流传感电子装置测量漏电流，从而通过漏电流的消失检测在顶表面导电部件和底表面导电部件之间的任何断路；关闭电离粒子流；在探针阵列中的每个单独探针上施加不同的电压偏置；以及用电流传感电子装置再次测量探针阵列从而通过漏电流检测任何短路。
断路或短路测试还可以包括首先在没有电离源以及电子衬底没有就位的情况下测量所述探针阵列的每个探针的电压偏置以为后面的漏电流测量建立参考值的步骤。


相信本发明的特征是新颖的并且在附加权利要求中详细地列出了本发明的要素特征。附图仅用于说明目的并没有按比例画出。然而，可以通过参考随后结合附图的详细描述更好地理解本发明本身的构成和操作方法，其中图1-6是本发明的各种实施例的示意图。
具体实施例方式
通过提供电离源，固定装置和电流传感电子装置的组合获得本发明的目的，用于在标准大气条件下使用的如电子板和模块的电子衬底的断路和短路测试的无接触测试。该方法没有机械接触要测试器件的一侧的部件。电离源将一区域暴露于带电粒子的“雨”，而要测试部件被保持在虚地，吸引带电粒子。电荷通过该部件漏向探针或探针阵列，并且该电流被检测并用于检测要测试部件中的断路。此方法适合高速，高容量制造。
参考图1，本发明使用可以在制造环境中在常压下运行的电离源10。电离源位于要测试的电子衬底20附近。电离源用带电粒子轰击TSM 21。BSM焊盘23与机械探针阵列30接触，该阵列处在虚地电压(Vg)，这导致在相同导电网路上的相关的TSM焊盘22也处在虚地状态并且吸引离子，引起在相关的TSM焊盘22上收集的电流流向相关的BSM焊盘23并且允许对电断路和电短路进行测试。如果网路是好的并且没有断路，电荷将通过网路漏走，引起微弱的电流，称作“漏电流”，该电流可以被与探针阵列相连的电流传感电子装置(未示出)检测，引起输出变化。如果网路包含断路，电子装置的输出将不变化。也就是说，具有断路的网路将通过此漏电流的消失被检测。这样漏电流或者流通或者不流从而检测断路。
本发明提供在常压和没有普通空气以外的气体下的离子源。在优选实施例中，这通过使用高电压(Vp)下的细导线，或导线网实现。这允许产生较大电离源的高电压梯度。本发明的电离源不仅限于导线或导线网。本领域的技术人员可以如下形成电离源，使用针或导线的阵列；带电带结构；梳形结构或金属化带锯齿形结构。在优选实施例中，期望用如导电二硫化钼的合适材料覆盖选定的电离源结构以增强离子产生。
在本发明的优选实施例中，电离源包括位于电离源10和TSM焊盘22之间的屏蔽40，用于将离子附加地集中到要测试的靶部件。提供导电背底的屏蔽40保持在低于电离源电压(Vp)但高于地电压(Vg)的电压(Vsh)。屏蔽40的电压(Vsh)保持在电离源电压(Vp)和靶的虚地电压(Vg)之间，用于集中目的，允许靶区域TSM 21相对于电离源10处在最大电势差处以吸引最多的离子。
改变屏蔽40的几何结构以更有效地将电荷集中到靶21上。在优选实施例中，屏蔽40由导电或半导电材料构成并且是具有面向要测试部件的开口的圆筒。屏蔽还可以被分割，其中每个部分互相电绝缘并分别带电用于提高电荷集中到靶上，在电离源和分割屏蔽周围具有接地屏蔽。在优选实施例中，电离源10保持在如5kV的高电势(Vp)，集中屏蔽40处于如2.5kV的低电势，而要测试部件22处于虚地(Vg)。
在优选实施例中，最均匀的电离源10是正电离源。正电离源是指从原子或分子移除电子并且作为带正电粒子发射它们的装置。负电离源由带负电离子组成。虽然在真空或空气中的电场中正离子或负离子具有相似的迁移率，但是自由电子更轻并因此在相同的电场中具有比相同电荷的带负电离子更高的迁移率，因为离子的质量更大。一个不明显的结论是，电离源会具有负源的非均匀包，其中产生自由电子而不是离子，使正电离源更均匀并且与负电离源相比更期望正电离源用于电离测试。
负电离源的另一个缺点是，它会产生一定量的臭氧，这对于长期暴露会是个安全问题。这需要如木炭过滤器的过滤器以移除臭氧。如果本领域的技术人员期望更大的离子迁移率，可以使用如氦的较轻气体。如果本领域的技术人员期望减小臭氧或与氧有关的其它效应的产生，可以使用如氮气的更不活泼的混合气。类似地，本领域的技术人员可以将该方法延伸到不是标准大气混合气和气压的如离子流的其它介质或其它条件。
此方法不关心在要测试部件上的静电荷积累，因为当电荷在表面上积累时，它倾向于排斥其它电荷并且倾向于通过好的网路流走，使电荷积累不明显。如果需要，当需要移除不期望的电荷时，本领域的技术人员应该熟悉许多商业可获得的抗静止装置以移除电荷，或者甚至以这样的方式使用离子源，通过反向对其进行偏置产生中和电荷，或者通过交替进行偏置产生正和负离子。
再参考图1，当使阵列30的所有探针与BSM焊盘23匹配并导电接触以测量每个焊盘的电流时，必须具有能够安全固定该部件的固定装置。现在参考图2，该图示出了本发明的一个优选实施例。要测试的电子衬底20由机械固定装置50固定，机械固定装置50用于紧密固定衬底并保持在TSM上的均匀电场。固定装置50使要测试的衬底20的BSM焊盘安全地压在探针阵列30上。每个BSM焊盘23安全地压在阵列探针上。
参考图2，在此实施例中，电子衬底20将TSM部件面向下，并且当向上压在探针阵列上时，用来自离子源10的正离子轰击这一侧。另外，机械固定装置50提供从探针阵列向下缩回该部件并且当需要加载和卸载该部件时使衬底接触或远离探针阵列的所有装置。用于安全地并在精确位置固定物体用于电测试的该固定装置，有许多并且是本领域的技术人员公知的。
在优选实施例中，为了避免将随时间改变电场的电荷积累，固定装置由导电材料构成。参考图3，示出了另一个优选实施例，其中固定装置50的形状是锥形以减小固定装置50对电离测试的干扰。固定装置50可以处在源电压(Vp)和靶电压(Vg)之间的某个电压(Vf)。可选地，为了方便和简单，固定装置可以接地或者少量偏移以提高离子集中。另外，固定装置可以用于监控电离源，为了监控电离源是否工作或为了在自动校准中提供其它帮助信息，以虚偏移保持固定装置，并测量“漏”向它的离子。如果选择，本领域的技术人员还可以使用电晕放电的一些其它公知方法。
必须测量在机械阵列中来自每个探针的小电流。做此工作的优选实施例是利用技术上已公知的模拟电流传感电子装置。优选实施例使用重复用于阵列的每个探针的常规对数放大器。这允许利用从计算机通过数字接口发出的信号单独监控阵列中的每个探针。
对数放大器优选具有宽的动态范围。对数放大电路的数量可以增加到与要求的阵列一样大。参考图4，示出了使用电流传感器的优选实施例，电流传感器能够检测整个宽动态范围的弱电流，而保持简单并且能够为阵列中的每个探针重复。重复电路期望的一部分是希望避免切换高阻抗检测器以检测由电离技术引起的弱电流的挑战和困难。本领域的技术人员熟悉也可以与本发明一起使用的对数放大器的替换。任何这样的对数放大器的替换应该优选使它们自己重复到高密度阵列。
通过结合电路以允许利用从计算机通过数字接口发出的命令单独选定与每个探针相关的传感器，获得自动和快速的测量。将来自选定对数放大器的模拟电压电平提供给模拟接口，其中使用模拟数字转换器以获得并存储在程序控制下的测量值。这对许多商业可获得的依赖于机械中继切换、笨重并昂贵的切换矩阵也是有吸引力的替换。
本领域的技术人员可以将这里的宽动态范围电流放大器实现为对低电流敏感的单极对数放大器或双极放大器或一些其它标准放大电路，注意使用好的工程实践如屏蔽。如图4中示出的一个单极设计对负电流是零响应而对正电流是对数相应。通过增加如在短路测试中讨论的正输入偏置获得负电流的测量。
本发明还可以用于短路测试。在本发明中，利用电子衬底顶部到底部网路的断路测试中使用的相同装置实现短路测试。短路测试可以使用相同装置或装置的一部分单独或与断路测试一起进行。
参考图5，示出了根据本发明的短路测试的示意图。与用于断路测试的产生电流相比，在短路测试情况下，电流由不同的原因产生，并源于在运算放大器的电压偏置之间无意或有意的差别，或利用附加偏置电路有意引入，以使每个运算放大器具有相互充分不同的微小偏置，以实现短路测试而仍允许断路测试。在短路情况下，注意，一个产生电流将相互为负并且因此与由产生电离流引起的方向明显相反。
利用相同装置，通过关闭离子源，将不同电压偏置施加在阵列中的每个单独探针上并再次测量探针，实现短路测试，其中通过漏电流检测任何短路。在优选实施例中，第一步是在没有电离源以及电子衬底没有就位的情况下测量所述探针阵列的每个探针的电压偏置，以为后面的漏电流测量建立参考值。当然，对于断路测试也，可以在断路测试之前执行该基本线校准以为后面的漏电流测量建立参考值。
如果前述电流不弱，表明短路。如果网路不明显并且测量值即不足够高又不足够低以区分为断路或短路，这表明导电表面区域不足，有可能因为表面尺寸不足或一些污染物覆盖影响了表面导电。这样的测量可以用作导电表面区域不足的指示。如果没有满足最小暴露导电表面区域要求，产生电流没有预期的大。随后，通过比较测量的电流与网路中预期电流的预定最小阈值，来区分网路。类似地，在一些类型的短路导致大电流的情况下，通过比较测量的电流与网路中预期电流的预定最大阈值，来区分网路。另外，一些类型的短路可能引起太大的电流，并会被检测如果在每个网路测量的电流没有超出那个网路的期望电流的某个阈值。
除了静态测量电平，瞬时或时间敏感信号也会产生有助于鉴别和区分缺陷的其它信息。测量可能会受非均匀电离的影响。本领域的技术人员应该清楚，测试的灵敏度可以通过使用“仿形(profiling)方法”提高，通过一个或多个已知的好部件来仿形将不同阈值施加到不同网路的部件。在两种条件下提高利用仿形方法的短路检测的效果。首先，可以在没有电离和部件的环境条件下进行电流传感器测量。这通过阵列中的单独探针对断路的值给出了读数，用于阈值选择的目的。为进一步提高灵敏度并且确保短路检测能力，可以有意地使每个放大器电路具有不同的电压输入偏置以确保输入偏置的足够差别用于短路测试同时保持断路测试能力。
现在参考图6，期望具有另外的测试以区分高电阻短路。通常放大器的输入偏置很小并在毫伏量级。为测量弱电流，期望具有高的输入绝缘并且大电压偏移的增加可能损坏绝缘。在本发明的优选实施例中，通过接触探针调整电路，其中接触探针与部件的另一侧接触或者与实现传感器阵列的电路板的特定焊盘接触。它可以是与实现传感阵列的电路板相连或从电路板缩回的背负式(piggyback)卡片。以任何这些方式可缩回允许动态改变偏移以使之增大或对特定探针施加选定偏移而在当在低输入偏置模式下使用时不损坏电流传感电路的输入阻抗。
对于与本公开相关的领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神的情况下，可以超出这里具体描述的那些实施例对本发明进行其它修改。因此，这些修改被认为包含在仅由所附权利要求限定的本发明的范围内。
权利要求
1.一种用于电子衬底的无接触电测试的装置，包括至少一个电子衬底(20)，具有在所述电子衬底(20)的顶侧上的顶表面导电部件(22)，所述顶表面导电部件(22)与在所述电子衬底(20)的底侧上的底表面导电部件(23)电接触；电离源(10)，位于所述电子衬底(20)的所述顶表面上方并与第一电压源相连；固定装置，固定所述电子衬底；探针阵列，与所述底表面导电部件接触；第二电压源，与所述探针阵列电连接以将所述探针阵列保持在虚地；以及电流测量电子装置，与所述探针阵列接触。
2.根据权利要求1的装置，其中所述电离源(10)是导线。
3.根据权利要求1的装置，其中所述电离源(10)是导线网。
4.根据权利要求1的装置，其中所述电离源(10)是导电带。
5.根据权利要求1的装置，其中所述电离源(10)覆盖有二硫化钼。
6.根据权利要求1的装置，还包括在所述电离源(10)和所述顶表面导电部件(22)之间的屏蔽(40)。
7.根据权利要求6的装置，其中所述屏蔽(40)是圆筒形，具有面向所述顶表面导电部件(22)的开口。
8.根据权利要求6的装置，其中所述屏蔽(40)与第三电压源相连。
9.根据权利要求6的装置，其中所述屏蔽(40)被分割，每个部分互相电绝缘并分别带电。
10.根据权利要求8的装置，其中所述第一电压约为5000伏，所述第二电压近似接地并且所述第三电压约为2500伏。
11.根据权利要求1的装置，其中所述电离源(10)是正电离源。
12.根据权利要求1的装置，其中所述电离源(10)是负电离源。
13.根据权利要求1的装置，其中所述固定装置(50)由导电材料构成。
14.根据权利要求1的装置，其中所述固定装置(50)具有锥形几何结构。
15.根据权利要求1的装置，其中所述固定装置(50)与第四电压源相连。
16.根据权利要求15的装置，其中所述第四电压源具有在所述第一电压和所述第二电压之间的电压值。
17.根据权利要求15的装置，其中所述第四电压近似接地。
18.根据权利要求1的装置，其中所述电流测量电子装置是对数放大器。
19.根据权利要求18的装置，其中每个所述对数放大器与所述探针阵列相连。
20.根据权利要求18的装置，还包括与所述探针阵列相连的电路，以允许利用从计算机通过数字接口发出的信号单独监控所述电流测量电子装置。
21.根据权利要求20的装置，还包括模拟数字转换器，以获得并存储来自所述对数放大器的模拟电压电平的测量。
22.根据权利要求18的装置，其中所述对数放大器是单极的。
23.根据权利要求18的装置，其中所述对数放大器是双极的。
24.一种用于电子衬底的无接触电断路测试的方法，包括以下步骤提供至少一个电子衬底(20)，所述电子衬底(20)具有在所述电子衬底(20)的顶侧上的顶表面导电部件(22)，所述顶表面导电部件(22)与在所述电子衬底(20)的底侧上的底表面导电部件(23)电接触；将所述电子衬底(20)固定在固定装置中；通过向位于所述电子衬底(20)的所述顶表面上方的电离源(10)施加第一电压，在所述电离源(10)处产生电离粒子区域；4通过向所述底表面导电部件(23)施加第二电压将所述顶表面导电部件(22)暴露于所述电离粒子流，并因此在所述顶表面导电部件(22)上产生电荷积累；通过所述底表面导电部件(23)漏走所述电荷积累，并产生流入与所述底表面导电部件(23)接触的探针阵列的漏电流；以及利用与所述探针阵列接触的电流测量电子装置测量所述漏电流，从而通过所述漏电流的消失检测在顶表面导电部件(22)和底表面导电部件(23)之间的任何断路。
25.根据权利要求24的方法，其中所述电离源(10)是导线。
26.根据权利要求24的方法，其中所述电离源(10)是导线网。
27.根据权利要求24的方法，其中所述电离源(10)是导电带。
28.根据权利要求24的方法，其中所述电离源(10)覆盖有二硫化钼。
29.根据权利要求24的方法，还包括通过在所述电离源(10)和所述顶表面导电部件(22)之间设置屏蔽(40)集中所述电离粒子流的步骤。
30.根据权利要求29的方法，其中所述屏蔽(40)是圆筒形，具有面向所述顶表面导电部件(22)的开口。
31.根据权利要求29的方法，还包括向所述屏蔽(40)施加第三电压的步骤。
32.根据权利要求29的方法，其中所述屏蔽(40)被分割，每个部分互电相绝缘并分别带电。
33.根据权利要求31的方法，其中所述第一电压约为5000伏，所述第二电压近似接地并且所述第三电压约为2500伏。
34.根据权利要求24的方法，其中所述电离源(10)是正电离源。
35.根据权利要求24的方法，其中所述电离源(10)是负电离源。
36.根据权利要求24的方法，还包括向所述固定装置施加第四电压的步骤。
37.根据权利要求36的方法，其中所述第四电压具有在所述第一电压和所述第二电压之间的电压值。
38.根据权利要求36的方法，其中所述第四电压近似接地。
39.根据权利要求24的方法，其中所述电流测量电子装置是对数放大器。
40.根据权利要求39的方法，还包括利用与所述电流测量电子装置相连的电路单独监控所述探针阵列的步骤，所述电流测量电子装置测量从计算机通过数字接口发出的信号。
41.根据权利要求40的方法，还包括通过模拟数字转换器存储来自所述对数放大器的模拟电压电平的测量的步骤。
42.根据权利要求39的方法，其中所述对数放大器是单极的。
43.根据权利要求39的方法，其中所述对数放大器是双极的。
44.一种用于电子衬底的无接触电短路测试的方法，包括以下步骤提供至少一个电子衬底(20)，所述电子衬底(20)具有在所述电子衬底(20)的顶侧上的顶表面导电部件(22)，所述顶表面导电部件(22)与在所述电子衬底(20)的底侧上的底表面导电部件(23)电接触；将所述电子衬底(20)固定在固定装置(50)中；通过向位于所述电子衬底(20)的所述顶表面上方的电离源(10)施加第一电压，在所述电离源(10)处产生电离粒子区域；通过向所述底表面导电部件(23)施加第二电压将所述顶表面导电部件(22)暴露于所述电离粒子流，并因此在所述顶表面导电部件(22)上产生电荷积累；通过所述底表面导电部件(23)漏走所述电荷积累，并产生流入与所述底表面导电部件(23)接触的探针阵列的漏电流；利用与所述探针阵列接触的电流测量电子装置测量所述漏电流，从而通过所述漏电流的消失检测在顶表面导电部件(22)和底表面导电部件(23)之间的任何断路；关闭所述电离粒子流；在所述探针阵列中的每个单独探针上施加不同的电压偏置；以及利用所述电流测量电子装置再次测量所述探针阵列从而通过漏电流检测任何短路。
45.根据权利要求44的方法，还包括首先在没有电离源(10)以及电子衬底(20)没有就位的情况下测量所述探针阵列的每个探针的电压偏置以为后面的漏电流测量建立参考值的步骤。
46.根据权利要求24的方法，还包括首先在没有电离源(10)以及电子衬底(20)没有就位的情况下测量所述探针阵列的每个探针的电压偏置以为后面的漏电流测量建立参考值的步骤。
全文摘要
一种用于在电子衬底(20)中的断路和短路的无接触电测试的方法和装置。将顶表面电测试部件(22)暴露于在环境条件下的电离源(10)并且通过与对应的底表面部件(23)接触的探针测量随后的电荷积累作为漏电流。通过漏电流的消失检测断路，并且通过关闭电离源(10)以及利用施加到阵列中每个探针的不同偏置再次测量底表面探针来检测短路。
文档编号G01R31/305GK1879026SQ200380110686
公开日2006年12月13日 申请日期2003年11月12日 优先权日2003年11月12日
发明者C·W·克莱因, E·J·亚姆出克, V·A·阿雷纳, D·A·默特, T·皮昆科, B·J·沃斯金斯基, C·J·亨德里克斯, M·E·斯卡马, R·S·小奥利亚, A·哈尔珀林 申请人:国际商业机器公司