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Die
Erfindung betrifft einen Sondenhalter für eine Sonde gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Zur
Prüfung
der Funktionsfähigkeit
von Halbleiterbauelementen werden die Halbleiterbauelemente, die
zu diesem Zeitpunkt meist noch im Verbund mit anderen Halbleiterbauelementen
auf einem Wafer angeordnet sind, in einer dafür vorgesehenen Prüfvorrichtung
auf einem beweglichen Prüftisch (Chuck)
abgelegt und befestigt. Das Halbleiterbauelement wird anschließend mittels
einer Sonde kontaktiert, so dass Messungen vorgenommen werden können. Die
Sonde, die die Form einer Nadel hat und auch als Probe oder Probe
Tip bezeichnet wird, ist üblicherweise
an einer Trägereinrichtung,
beispielsweise einer Trägerplatte
(Probecard) oder einem Sondenhalterarm (Probearm) so befestigt,
dass sie bezüglich
der Oberfläche
des Halbleiterbauelements schräg
angeordnet ist. Das Bauteil, das die Sondennadel mit der Trägereinrichtung
verbindet, wird nachfolgend einheitlich als Sondenhalter bezeichnet.
Ein verbesserter Sondenhalter dieser Art ist Gegenstand der vorliegenden
Erfindung.
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Zum
Herstellen des elektrischen Kontakts zwischen der Sondennadel und
dem zu testenden Halbleiterbauelement (device under test, DUT) wird die
Sondennadel über
dem Halbleiterbauelement positioniert und durch Absenken des Sondenhalters
mit einer Kontaktfläche,
beispielsweise einer Bondinsel des Halbleiter bauelements, in Berührung gebracht. Die
dabei auf die Sondennadel in vertikaler Richtung einwirkende Kraft
führt zu
einer Verformung des Sondenhalters oder/und der Sondennadel oder,
wenn die Sondennadel nicht starr eingespannt ist, zu einer Verdrehung
der Sondennadel um eine horizontale Achse. Die dadurch hervorgerufene
Verschiebung der Spitze der Sondennadel in horizontaler Richtung (Horizontalversatz)
führt zu
schwer kontrollierbaren Ungenauigkeiten bei der Positionierung der
Sondennadel während
der Prüf-
und Messvorgänge.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, einen Sondenhalter anzugeben, der die Nachteile des
Standes der Technik überwindet
und insbesondere einen geringeren Horizontalversatz der Sondennadel
bei Einwirkung einer Vertikalkraft aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
einen Sondenhalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Der
erfindungsgemäße Sondenhalter
für eine
Sondennadel, der zur Befestigung und elektrischen Kontaktierung
an einer Trägereinrichtung
einer Prüfvorrichtung
ausgebildet ist und einen Halterarm mit einer am freien Ende des
Halterarms angeordneten Nadelaufnahme zur Befestigung der Sondennadel
aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Befestigungsarm
zur Verbindung des Sondenhalters mit der Trägereinrichtung vorgesehen ist und
dass der Halterarm und der Befestigungsarm durch eine Parallelführung miteinander
verbunden sind.
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Der
Grundgedanke der Erfindung basiert auf der Überlegung, dass der Horizontalversatz
der Nadelspitze aufgrund äußerer Kräfte dadurch
verringert oder sogar verhindert werden kann, dass der Sondennadel
eine vertikale Ausweichbewegung erleichtert wird, die möglichst
keine Verdrehung der Sondennadel um eine horizontale Achse – sei es
aufgrund einer Relativverdrehung der Sondennadel gegenüber dem
Halterarm oder aufgrund einer Biegever formung des Halterarms – erfordert.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass der die Sondennadel tragende Halterarm in einer Parallelführung gelagert
wird. Diese Parallelführung
benötigt
ihrerseits ebenfalls eine Lagerung, welche durch den Befestigungsarm
bereitgestellt wird. Der Befestigungsarm selbst ist an seinem freien
Ende, das heißt
dem der Nadelaufnahme gegenüberliegenden
Ende, zur Verbindung und Kontaktierung mit der Trägereinrichtung
einer Prüfvorrichtung
ausgebildet. Im eingebauten Zustand innerhalb einer Prüfvorrichtung
zum Testen von Halbleiterbauelementen wird der Sondenhalter üblicherweise
horizontal oder schräg
oberhalb des üblicherweise
horizontal angeordneten zu testenden Halbleiterbauelements angeordnet
sein. Soweit nachfolgend die Begriffe "horizontal" und "vertikal" verwendet werden, beziehen sich diese
auf den bestimmungsgemäßen Einbau
des Sondenhalters in einer Prüfvorrichtung
der eben beschriebenen Art.
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Unter
einer Parallelführung
im Sinne dieser Anmeldung soll ein zwischen dem Trägerarm und dem
Befestigungsarm anbringbares Führungsmittel verstanden
werden, das bei Einwirkung einer äußeren Vertikalkraft auf die
Spitze der Sondennadel eine Parallelverschiebung des Halterarms
in der Richtung der Vertikalkraft, das heißt eine rein translatorische Bewegung
des Halterarms und der daran angebrachten Sondennadel ohne rotatorische
Komponente, bewirkt. Derartige Parallelführungen können auf vielfältige Weise
ausgestaltet sein, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise könnte
die Parallelführung
so ausgeführt
sein, dass der Halterarm mindestens ein Gleitelement aufweist, das
in einer am Befestigungsarm vorgesehenen, vertikalen Gleitschiene
verschiebbar gelagert ist. Aufgrund der geringen Maße der Bestandteile
des Sondenhalters wäre
eine solche Lösung
aber vermutlich relativ aufwändig
zu fertigen und daher kostspielig. Nachfolgend werden einige vorteilhafte
Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens erläutert.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Parallelführung mindestens
zwei parallel und mit einem Abstand zueinander angeordnete, gleich
lange Verbindungselemente, die jeweils mit ihrem einen Ende mit
dem Halterarm und mit ihrem anderen Ende mit dem Befestigungsarm
verbunden sind. Die beiden gleich langen, parallelen Verbindungselemente,
die beispielsweise stabförmig
ausgestaltet sein können,
erzwingen eine Parallelverschiebung des Halterarms, bei der Sicht
der Halterarm nicht um eine horizontale Achse verdreht. Diese Ausgestaltung
ist vorteilhaft, weil sie einfach aufgebaut und kostengünstig in
der Herstellung ist.
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Es
kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Verbindungselement wenigstens
einseitig gelenkig gelagert ist oder/und dass mindestens ein Verbindungselement
wenigstens einseitig starr gelagert ist. Daraus ergibt sich eine
Vielzahl möglicher
Kombinationen für
die Lagerung der mindestens zwei Verbindungselemente. Beispielsweise
kann für
Ausführungsformen,
bei denen die Parallelführung
zwei Verbindungselemente umfasst, vorgesehen sein, dass beide Verbindungselemente
beidseitig starr gelagert sind.
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Alternativ
kann für
derartige Ausführungsformen
vorgesehen sein, dass beide Verbindungselemente einseitig starr
und einseitig gelenkig gelagert sind, wobei jeweils die starre und
die gelenkige Lagerung bei den beiden Verbindungselementen entweder
am gleichen Ende oder an entgegengesetzten Enden ausgeführt sein
kann. Ebenso ist es möglich, dass
ein Verbindungselement beidseitig starr und das andere Verbindungselement
beidseitig gelenkig gelagert ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass
das eine Verbindungselement beidseitig starr und das andere Verbindungselement
einseitig starr und einseitig gelenkig gelagert ist. Ebenso vom
Erfindungsgedanken umfasst sind Lösungen, bei denen das eine
Verbindungselement beidseitig gelenkig und das andere Verbindungselement
einseitig starr und einseitig gelenkig gelagert ist. Schließlich ist
es auch möglich,
beide Verbindungselemente beidseitig gelenkig zu lagern.
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Unter
einer starren Lagerung im Sinne der Erfindung soll eine Verbindung
verstanden werden, die in der Lage ist, zwischen dem Verbindungselement
und dem Halterarm beziehungsweise dem Befestigungsarm ein Moment
um eine horizontale Achse zu übertragen.
Insbesondere ist dabei eine horizontale Achse gemeint, die senkrecht
auf der Längsausdehnung
eines langgestreckten Verbin dungselements steht. Demgegenüber ist
eine gelenkige Lagerung im Sinne dieser Erfindung nicht in der Lage,
ein derartiges Moment um eine horizontale Achse vom Verbindungselement
zum Halterarm beziehungsweise Befestigungsarm oder umgekehrt zu übertragen.
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Insbesondere
für den
Fall, dass beide Verbindungselemente beidseitig gelenkig gelagert
sind, ist es vorteilhaft vorzusehen, dass weiterhin mindestens ein
Federelement zur Erzeugung einer Rückstellkraft vorgesehen ist.
Wenn beide Verbindungselemente gleich lang und beidseitig gelenkig
gelagert sind, kann sich der Sondenhalter nicht allein in einer horizontalen
oder annähernd
horizontalen Position halten. Dementsprechend ist es notwendig,
eine der Gravitationskraft entgegengesetzt wirkende Kraft zu erzeugen.
Dies ist besonders kostengünstig
durch Anbringung eines zusätzlichen
Federelements möglich.
Beispielsweise kann zwischen dem Halterarm und dem Befestigungsarm
ein elastischer Faden gespannt sein, der nichtparallel zu den Verbindungselementen
angeordnet ist und auf diese Weise eine der Gravitationskraft entgegengesetzt
wirkende Kraft erzeugt.
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Zur
Erzielung einer kompakten Bauform des erfindungsgemäßen Sondenhalters
kann es vorteilhaft sein, dass mindestens ein Verbindungselement streifenförmig ist.
Weiter vorteilhaft kann mindestens ein Verbindungselement aus einem
metallischen Werkstoff bestehen. Werden beide obigen Merkmale miteinander
kombiniert, das heißt
ist das Verbindungselement streifenförmig und aus einem metallischen
Werkstoff hergestellt, so kann das Verbindungselement wie ein Federblatt
einer Blattfeder wirken. Dies ist insbesondere für die Ausführungsformen günstig, bei
denen mindestens ein Verbindungselement mindestens einseitig starr
gelagert ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird selbstverständlich auch durch eine Prüfvorrichtung
zur Prüfung
von Halbleiterbauelementen gelöst,
die einen Sondenhalter der oben beschriebenen Art aufweist.
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Nachfolgend
wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbei spiels und einer zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert. Dabei
zeigt die einzige 1 einen erfindungsgemäßen Sondenhalter.
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Der
dargestellte Sondenhalter umfasst einen Halterarm 1 mit
einer Nadelaufnahme, in der eine Sondennadel 2 befestigt
ist, sowie einen Befestigungsarm 3, der zur Befestigung
und Herstellung eines elektrischen Kontakts mit einer Trägereinrichtung 4 ausgebildet
ist und im Ausführungsbeispiel
auch mit der Trägereinrichtung 4 verbunden
ist. Der Halterarm 1 und der Befestigungsarm 3 sind
miteinander durch eine Parallelführung
verbunden, die im Ausführungsbeispiel
ein oberes Verbindungselement 5 und ein unteres Verbindungselement 6 umfasst,
die beide beidseitig starr gelagert sind, d.h. so mit dem Halterarm 1 und
dem Befestigungsarm 3 verbunden sind, dass ein Moment um
eine horizontale Achse übertragen
werden kann.
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Die
Verbindungselemente 5, 6 sind streifenförmig ausgebildet
und bestehen aus einem metallischen Werkstoff. Sie können daher
besonders vorteilhaft als Bestandteile von Leiterbahnen genutzt werden,
die von der Kontaktstelle des Befestigungsarms 3 mit der
Trägereinrichtung 4 zur
Sondennadel 2 geführt
sind.
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- 1
- Halterarm
- 2
- Sondennadel
- 3
- Befestigungsarm
- 4
- Trägereinrichtung
- 5
- oberes
Verbindungselement
- 6
- unteres
Verbindungselement