DE19733861A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Kontaktierung einer Meß-Sonde - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Kontaktierung einer Meß-SondeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Ver
fahren zur elektrischen Kontaktierung einer beweglich gela
gerten Meß-Sonde auf bzw. an einer Kontaktfläche eines
Meß-Objektes, mit einer die Meß-Sonde tragenden Stützeinrichtung
und einer der Meß-Sonde bzw. ihrer Stützeinrichtung zugeord
neten Betätigungseinrichtung zur Positionierung der
Meß-Sonde.
Nach der Fertigung von Halbleiterlaserbauelementen werden die
noch im Chipbarrenverband vorliegenden Halbleiterlaser ein
zeln auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft. Zu diesem Zweck
gelangen Meß-Sonden (üblicherweise Kontaktnadeln) zum Ein
satz, die entweder von Hand mit visueller Kontrolle oder
selbsttätig mit einer automatischen Chipabrasterung entweder
ohne visuelle Kontrolle oder unter Verwendung einer aufwendi
gen optischen Mustererkennung auf dafür vorgesehene Kontakt
flächen des Halbleitersubstrates, welches den zu messenden
Schaltkreis umfaßt, elektrisch kontaktiert werden. Gerade
bei Laserhalbleiterbauelementen besteht die Besonderheit,
daß sie abweichend von anderen, noch im Scheibenverbund ge
messenen Halbleiterchips, erst in zu Barren gespaltener Form
gemessen werden können, da aufgrund der komplizierten Her
stellung und der hohen Anforderungen an die Qualität der ge
fertigten Laser, namentlich deren gewünschten Kennlinienform,
erfahrungsgemäß kaum ein solcher Grad der Fehlerfreiheit er
zielt wird, ab welchem auf die Messung in Barrenform verzich
tet werden kann. Bei einer Messung von Einzelchips müßten
wesentlich mehr Laserchips in einer höheren Wertschöpfungs
stufe verworfen werden. Zur sicheren Kontaktierung einer
Meß-Sonde (Kontaktspitze) von Halbleiterchips insbesondere
reihenweiser Anordnung (Barren), welche nacheinander kon
taktiert und gemessen werden sollen, sind abweichend von den
bekannten Kontaktierungsaufgaben von Chips im Scheibenverbund
zusätzliche Bedingungen zu erfüllen, insbesondere hinsicht
lich der bei der Messung durch die Kontaktspitze auf das
Substrat wirkenden Vertikalkräfte und seitlich wirkende Kräf
te bei einer Verschiebung der Kontaktspitze während des Kon
taktiervorganges.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur elektrischen Kontak
tierung einer Meß-Sonde auf bzw. an einer Kontaktfläche ei
nes Meß-Objektes, insbesondere eines ein Halbleiterlaserbau
element tragenden Chipbarrens zur Verfügung zu stellen, wel
che bzw. welches bei einem hinreichend sicheren elektrischen
Kontakt mit einer vorbestimmten geringen Kontaktkraft im We
sentlichen keine oder zumindest äußerst geringe seitliche
Verschiebung der Kontaktspitze beim Kontaktiervorgang ermög
licht.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und
ein Verfahren nach Anspruch 12 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die die Meß-Sonde tra
gende Stützeinrichtung ein elastisches Element besitzt, wel
ches vermittels der Betätigungseinrichtung von einer ersten
Betriebsstellung, bei der die Meß-Sonde die Kontaktfläche
des Meß-Objektes gerade berührt, jedoch im wesentlichen noch
keine Kraft darauf ausübt, in eine zweite Betriebsstellung
bringbar ist, bei der die Meß-Sonde einen allenfalls äußerst
geringen Kraftanteil parallel zur Kontaktfläche auf das Meß-
Objekt ausübt. In der zweiten Betriebsstellung übt die Meß-
Sonde eine Kraft senkrecht auf die Kontaktfläche entsprechend
einer voreingestellten Kontaktkraft aus. Dem wesentlichen Ge
danken der Erfindung folgend ist das elastische Element ein
seitig eingespannt und an seinem freien, dem Meß-Objekt zu
gewandten Ende mit der Meß-Sonde versehen. Hierbei ist das
elastische Element im wesentlichen quer zur Kontaktierungs
richtung bzw. quer zur Flächennormalen der Kontaktfläche aus
gebildet bzw. angeordnet, und in der zweiten Betriebsstellung
zur Definition bzw. Begrenzung einer maximal an bzw. auf die
Kontaktfläche wirkenden Kraft mit einer vorbestimmten, ein
stellbaren mechanischen Vorspannung beaufschlagt. Vorzugswei
se kann das elastische Element derart ausgebildet bzw. ange
ordnet sein, daß beim Übergang von der ersten zur zweiten
Betriebsstellung des elastischen Elementes die Wirkrichtung
des auf die Meß-Sonde ausgeübten Drehmomentes umgekehrt ist.
Die Erfindung bietet vor allem den Vorteil, daß bei einem
hinreichend sicheren elektrischen Kontakt der Meß-Sonde auf
Substrat mit einer definierten geringen Kontaktkraft von
typischerweise im Bereich 1 bis 3 cN (größere Kontaktkräfte
könnten die empfindlichen aktiven Halbleiterschichten unter
halb der Kontaktflächen schädigen und die Zuverlässigkeit des
Bauteils beeinflussen; außerdem könnte der vorgeritzte Barren
leicht vorzeitig brechen) im Wesentlichen keine oder allen
falls geringfügige seitliche Verschiebung von weniger als 0,5
µm der Meß-Sonde beim Kontaktiervorgang auftritt. Dies ist
gegenüber bisher bekannt gewordenen Kontaktierungsvorrichtun
gen der wichtigste Vorteil: Da nacheinander typischerweise
etwa 50 Halbleiterchips im Rastermaß von typischerweise
0,3 mm auf 50 µm genau ohne Zwischenkorrektur kontaktiert
werden sollen, darf die (unkontrollierte) seitliche Verschie
bung des Barrens durch Haftreibungsmitnahmeeffekte keines
falls größer als beispielsweise 50 µm:50 = 1 µm sein. Bei
einer Einzelchipkontaktierung darf die seitliche Verschiebung
aller Regel größer sein, also beispielsweise 100 µm, so
lange der Chip durch die auftretenden Querkräfte nicht kippt
oder aus dem Kontakt- oder Meßbereich geschoben wird.
Gegenüber einer Waferprobermessung mit Vakuumansaugung eines
vollständigen Scheibenteils von mindestens 1 cm2 Fläche mit
einer Ansaugkraft von in der Regel mindestens einem Newton
besteht ein größenordnungsmäßiger Unterschied, was in nach
folgender Tabelle veranschaulicht werden soll:
Die Tabelle zeigt: Besteht bei einer Waferprobermessung auch
bei mäßiger Ansaugung nicht die geringste Gefahr einer Ver
schiebung der Scheibe, so darf der Barren nicht mit Querkräf
ten über 0,2 cN von der Kontaktspitze beaufschlagt werden,
sonst hätte dies unweigerlich die Verschiebung des Barrens
zur Folge, bei 50 Messungen hintereinander bis zum 50-fachen
der Einzelverschiebung. Nebenbei ist auch ein Barren noch zu
leicht, um nicht von geringsten Oberflächenspannungskräften,
beispielsweise von Flüssigkeitsfilmen am Kontakt überboten zu
werden. In obiger Tabelle wurde zwischen Substratrückseite
und Substratträger ein Haftreibungskoeffizient µH von 0,4 an
genommen. Allgemein ist hier ein großer µH-Wert vorteilhaft.
Er kann beispielsweise erhöht werden durch eine größere Ober
flächenrauheit und/oder gezielte Materialwahl des Substrat
rückseitenkontaktes und/oder der Substratoberfläche.
Andererseits kann eine möglichst geringe Haftreibung zwischen
kontaktnadelseitigem Substratkontakt und Kontaktnadel vor
teilhaft sein, wenn nämlich trotz größerer lateral wirkender
Kontaktnadelkräfte eher die Kontaktnadel auf dem Substrat
schleift als das ganze Substrat auf dem Substratträger ver
schoben wird. Das setzt voraus, daß der Krümmungsradius der
Kontaktnadel an der Kontaktstelle nicht zu klein ist; z. B.
größer als r = 30 µm. Nadel und Substratkontakt sollten an
ihrer Berührungsstelle möglichst glatt sein. Weiterhin ist
gewisser Preßdruck an der Berührungsstelle erforderlich,
um Schutz und Oxidfilme für einen guten elektrischen Kontakt
zu durchdringen. Da die maximale Kontaktkraft vorgegeben ist,
darf der Krümmungsradius auch nicht zu groß sein, z. B. nicht
über r = 100 µm.
Um die Haftreibung µH zwischen Substrat und Substratträger zu
vergrößern, kann von Vorteil vorgesehen sein, daß die Ober
fläche des Substratträgers mindestens an der Berührungsstelle
zum Substrat nach einem beliebigen Verfahren wie beispiels
weise Schmirgeln, Ätzen, Sandstrahlen, Matt-Galvanik und der
gleichen aufgerauht ist. Weiterhin kann die Kontaktierung des
Substrates zur Substratträgerseite hin eine gewisse Oberflä
chenrauhigkeit von typischerweise 0,5 µm bis 20 µm in der
Tiefe aufweisen. Um eine möglichst geringe Haftreibung zwi
schen der Meß-Sonde bzw. seiner Kontaktnadel und der kon
taktnadelseitigen Kontaktfläche zu erzielen, kann die Kon
taktnadeloberfläche wenigstens zur Substratseite hin beson
ders glatt ausgebildet sein, beispielsweise durch Glatt
schleifen, Läppen, Bedampfen, Sputtern, Hochglanz-Galvanik,
Polierätzen und dergleichen Verfahren. Weiterhin kann der
Kontaktbelag des Substrates zur Kontaktnadelseite hin beson
ders glatt ausgebildet sein.
Als wesentlicher Vorteil der Erfindung können die Anforderun
gen an die bei der Kontaktierung von Chipbarren zulässiger
weise wirkenden Lateralkräfte bei der seitlichen Verschiebung
der Barren ohne weiteres erfüllt werden; besondere zusätzli
che Maßnahmen zur Korrektur oder für den Ausgleich der Late
ralkräfte, etwa der Einsatz von in Z-Richtung wirkender Kom
pensationsmittel, einer nichtlinearen Verschiebemechanik oder
eines linearen Vorschubsystems kann entfallen. Darüber hinaus
bietet die Erfindung folgende Vorteile:
- - Die Kontaktierung der Meß-Sonde auf der Kontaktfläche ist im wesentlichen unempfindlich gegenüber der genauen Kon takthöhe. Dadurch können Höhenschwankungen der Chips und des Barrenträgers im Größenordnungsbereich von etwa 100 µm ohne weiteres toleriert werden.
- - Es wird freie Sicht von oben und von drei Seiten zum Kon taktort gewährleistet, wodurch ein Einblick vermittels ei nem Stereomikroskop von oben zur Kontrolle der Barrenlage, Kontaktierung sowie zum Ablesen der Chipnummer eröffnet wird. Des weiteren können Detektoren für seitlich austre tendes Licht an zwei Spiegelseiten bei Laser-Barren verwen det werden. Ein freier Zugang von möglichst allen Seiten ist darüber hinaus für Lagekorrekturen des Barrens zwischen zwei Messungen günstig.
- - Der Einsatz eines elastischen Elementes eröffnet die Mög lichkeit einer einfachen Justierbarkeit desselben, insbe sondere hinsichtlich des X/Y-Kontaktortes.
- - Die erfindungsgemäße Anordnung besitzt eine nur geringe Ge samtserieninduktivität.
- - Die Erfindung ermöglicht eine vergleichsweise einfache Kon taktabsenkung unter Einsatz einer digitalen Steuerung der Kontaktabsenkung. Ein bislang verwendeter Kontaktsensor für die Höheneinstellung der Kontaktierung oder zur Regulierung der Kontaktkraft kann entfallen.
- - Die beiden Endanschläge der Betätigungseinrichtung ermögli chen eine einfache, unempfindliche Justierung.
- - Die erfindungsgemäße Anordnung ist überhaupt äußerst unemp findlich gegen Stöße, Erschütterungen, mechanische Schwin gungen von außen oder auch von einzelnen mechanischen Kom ponenten des Meß-Systems.
- - Die Erfindung ermöglicht eine relativ einfache Gesamtkon struktion bei einer Variabilität und Auswechselbarkeit der einzelnen Komponenten.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
ist das elastische Element durch eine sich im wesentlichen
entlang der X-Richtung, also quer zur Kraftrichtung der auf
gesetzten Meß-Spitze, erstreckend angeordnete, biegeelasti
sche Feder mit einer in Z-Richtung gemessenen Federkonstanten
typischerweise wesentlich kleiner als etwa 100 cN/mm, al
so relativ weiche Feder, insbesondere Blattfeder aus Metall
oder auch Kunststoff mit einer Maximalbreite von einigen mm
ausgebildet. Bei einer völlig aufgesetzten Meß-Sonde kann
eine etwa konstante Biegespannung des elastischen Elementes
gewährleistet sein, wobei das elastische Element in seinem
Widerstandsmoment und Elastizitätsmodul insgesamt so ausge
legt ist, daß der Vorspannweg der Meß-Sonde, d. h. der Weg
der Meß-Sonde senkrecht zur Kontaktfläche des Meßobjektes
zwischen völliger Entspannung ohne untergelegtem Meßobjekt
bis zur Normal-Kontaktierhöhe des Meßobjektes, deutlich grö
ßer, beispielsweise um einen Faktor 2 bis 100 als die Schwan
kung der Kontaktierhöhe des Meßobjektes ist, was beispiels
weise auch Höhenschwankungen des Meßobjektträgers als auch
des Meßobjektes selbst einschließt.
Weiterhin kann von Vorteil vorgesehen sein, daß das elasti
sche Element von seinem halterungsseitigen Ende zum meßson
denseitigen Ende in der Breite und/oder der Stärke stetig
verjüngt ausgebildet ist.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgese
hen, daß die Betätigungseinrichtung zur Positionierung der
Meß-Sonde eine Hebeleinrichtung mit einem am elastischen
Element angreifenden Hebelarm aufweist. Von Vorteil umfaßt
der Hebelarm eine wirksame Hebelarmlänge von wenigstens 10
Prozent der Länge des elastischen Elementes.
Bei einer besonders bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung
der Erfindung besitzt die Hebeleinrichtung ein auf den Hebel
arm wirkendes Zugmittelgetriebe, wobei die Zugrichtung des
Zugmittels und damit die effektiv wirksame Hebelarmlänge ein
stellbar ist.
Von Vorteil kann weiterhin vorgesehen sein, daß das elasti
sche Element vermittels einer Klemmeinrichtung an der Halte
rung oder am Angriffspunkt der Hebeleinrichtung austauschbar
ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist nicht auf den Einsatz ei
ner einzigen Meß-Sonde begrenzt. Vielmehr können ebenso auch
mehrere, vorzugsweise parallel angeordnete Meß-Sonden der
gleichen Bauart zum Einsatz gelangen, die beispielsweise über
einen mechanisch verbundenen Seilzug zusammen oder getrennt
steuerbar über verschiedene mechanische Aktuatoren kontak
tiert werden können. Der Einsatz mehrerer Meß-Sonden kann
beispielsweise bei einer Zweispitzenmessung zur meßtechni
schen Erfassung des Kontaktübergangswiderstandes ein und der
selben Halbleiterlaserdiode oder auch bei der Kontaktierung
verschiedener Dioden erfolgen.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann
vorgesehen sein, daß das elastische Element einerseits mit
einem festen Fußpunkt relativ zum Meß-Objekt eingespannt
wird, dieses aber zusätzlich über ein Zugmittel bzw. Spann
seil und der in vorliegendem Text beschriebenen Hebelmechanik
zur Kontaktierung bewegt wird. Die unmittelbare Kontaktierung
erfolgt hierbei durch Nachgeben des Zugmittels bzw. Spannsei
les um eine vorbestimmte Strecke. Darüber hinaus kann die
Kontaktierung auch durch Verschieben des Meß-Objektträgers
relativ zur vorgespannten Kontaktierungseinheit bestehend aus
dem elastischen Element und seiner Betätigungseinrichtung er
folgen, wobei die Verschiebung im wesentlichen geradlinig und
etwa senkrecht zur zu kontaktierenden Fläche des Meß
objektes erfolgt. Hierbei ist unerheblich, ob sich das Meß-
Objekt samt Träger oder die vorgespannte Kontaktierungsein
heit bewegt. Dabei wird nach dem Aufsetzen der Kontaktspitze
auf dem Meß-Objekt bereits nach einer sehr kurzen zusätzli
chen Verschiebung (beispielsweise weniger als 0,05 mal der
vorgenannten Vorspannstrecke) die volle senkrechte Vorspann
kraft bei justierbar geringer Lateralkraft wirksam.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Im Ein
zelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung
zur elektrischen Kontaktierung einer Meß-Sonde auf
der Kontaktfläche des Meßobjektes;
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der
prinzipiellen Wirkungsweise der erfindungsgemäßen
Kontaktierungsvorrichtung;
Fig. 3A, 3B, 3C schematische Ansichten zur Erläuterung der
aufeinanderfolgenden Schritte bei der Kontaktierung;
und
Fig. 4 eine schematische Gesamtansicht eines bei der erfin
dungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung verwendeten
Substratträgers mit Vakuumansaugeinrichtung.
Das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel einer er
findungsgemäßen Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung
einer eine Meß-Spitze 2 aufweisenden Meß-Sonde 1 besitzt
eine die Meß-Sonde 1 tragende Stützeinrichtung 3 und eine
der Meß-Sonde 1 bzw. ihrer Stützeinrichtung 3 zugeordnete
Betätigungseinrichtung 4 zur Positionierung der Meß-Sonde 1
auf bzw. an einer Kontaktfläche 5 eines die zu messende
Schaltung aufweisenden Substrates 6, welches in der Form ei
nes Chip-Barrens vorliegt. Solche Chipbarren stellen Riegel
für den Trennbruch vorgeritzten, aber noch mechanisch zu
sammenhängenden, später zu vereinzelnde Halbleiterchips dar,
die auf ihrer Unterseite eine zusammenhängende Kontaktschicht
haben, und welche auf einem Barrenträger 7 aufliegen. Norma
lerweise umfaßt ein solcher Laser-Barren etwa fünfzig zusam
menhängende Einzelchips, wobei in den Figuren lediglich vier
Laserchips 9, 10, 11, 12 dargestellt sind. Jeder dieser La
serchips 9, 10, 11, 12 besitzt auf seiner Oberseite elek
trisch voneinander unabhängige Kontaktflecke der Größe von
etwa 100 µm × 100 µm bei einer Rasterweite von Chip zu Chip
etwa 300 µm. Der Barrenträger 7 ist auf einem (nicht nä
her dargestellten) Linearverschiebetisch gelagert und mit
diesem lateral entlang der X-Richtung gemäß Pfeil 8 ver
schiebbar, wobei die Linearverschiebung kontinuierlich steu
erbar oder vorzugsweise als einfache Zweipunktsteuerung aus
gebildet sein kann. Eine Verschiebung entlang der Y-Richtung,
sowie entlang der Höhenrichtung Z kann vorgesehen sein. Die
vermessenden Schaltungen der Chips 9, 10, 11, 12 sind zum
Einen über eine elektrisch mit der auf der Unterseite des
Barrens 6 vorgesehenen Kontaktschicht verbundenen Leitung 13,
und zum Anderen über die mit der Kontaktfläche zu kontaktie
renden Meß-Sonde 1 und elektrisch damit verbundenen Leitung
14 angeschlossen, wobei die mit dem Koaxialkabel 15 verbunde
ne, eigentliche Meßeinrichtung in den Figuren nicht näher
dargestellt ist.
Die die Meß-Sonde 1 tragende Stützeinrichtung 3 besitzt ei
nem wesentlichen Gedanken der Erfindung folgend ein sich im
wesentlichen entlang der X-Richtung, also quer zur Kraftrich
tung der aufgesetzten Meß-Spitze 2, erstreckend angeordne
tes, elastisches Element in Form einer Blattfeder 16, die mit
ihrem einen Ende 18 an einer eine Klemmeinrichtung 17a mit
Fixierschraube 17b besitzende, vermittels einem Justierorgan
17c justierbare Halterung 17 gegenüber dem zu messenden
Substrat 6 ortsfest eingespannt ist, und mit ihrem anderen
Ende 19 mit der Meß-Sonde 1 versehen ist. Die Meß-Sonde 1
ist hierbei wie in Fig. 1 dargestellt vermittels einer
Klemmeinrichtung 20 mit dem Ende 19 der Blattfeder 16 befe
stigt und kann auf einfache Weise ausgetauscht werden. Alter
nativ hierzu kann das Ende 19 der Blattfeder 16 selbst als
Kontaktspitze ausgebildet sein, und damit unmittelbar als
Meß-Sonde 1 wirken.
Die zur Positionierung der Meß-Sonde 1 auf der Kontaktfläche
5 dienende Betätigungseinrichtung 4 umfaßt eine Hebelein
richtung mit einem Zugmittelgetriebe bestehend aus einem
Seilzug 21 und einem über ein Stellglied 22 um eine Schwen
kachse 23 schwenkbar gelagerten Steuerarm 24, der über einen
abgewinkelten Ausleger 25 am Seilzug 21 angreift, wie dies
insbesondere in Fig. 1 näher dargestellt ist. Der Seilzug 21
ist zum Einen ortsfest an einem an der Apparatur 26 ange
brachten Haken 27a angeschlossen, und zum Anderen an einem in
Längsrichtung des elastischen Elementes 3 vermittels einer
Fixierschraube 27b verstellbar verbundenen Befestigungsorgans
27 fixiert, welches einen vorbestimmten Wirkpunkt 28 defi
niert, an dem der zwischen dem Ausleger 25 und Anschlußpunkt
27c sich erstreckende Hebelarm 21a des Seilzuges 21 angreift.
Durch Betätigen des Stellgliedes 22 im Sinne der Pfeilrich
tung 29 bzw. 29a wird der Steuerarm 24 entsprechend Pfeil 30
entgegen Uhrzeigerrichtung bzw. Pfeil 30a in Uhrzeigerrich
tung geschwenkt, und dadurch über den Seilzug 21 die Meß-
Sonde 1 gemäß Pfeil 31 abgesenkt bzw. gemäß Pfeil 31a abgeho
ben.
In Fig. 2 ist die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vor
richtung zur Kontaktierung der Meß-Sonde näher dargestellt.
Das elastische Element 3 wird hier in vier Betriebsstellungen
dargestellt: In der Betriebsstellung A (durchgezogene Linie)
ist das Zugmittel 21 so weit angespannt, daß die Kontakt
spitze 2 deutlich vom Meßobjekt (Barren 6) abgehoben ist,
und zwar um eine Strecke z (vgl. Fig. 3A). In der Betriebs
stellung B ("erste Betriebsstellung" - gestrichelte Linie)
ist das Zugmittel 21 genau so weit entspannt, daß die Kon
taktspitze 2 gerade die Kontaktfläche 5 des Meßobjektes be
rührt, aber noch keine Kraft darauf ausübt (vgl. auch Fig.
3B). In dieser Betriebsstellung B ist der zwischen dem Befe
stigungspunkt der Halterung 17 und dem Wirkpunkt 28 des Befe
stigungsorgans 27 liegende Teil des elastischen Elementes 3
mit einem von der Halterung 17 aus gesehen links drehenden
Biegemoment beaufschlagt, dessen genaues Profil auch von der
Richtung des Zugmittels 21 mitbestimmt wird. Der zwischen der
Kontaktspitze 2 und dem Wirkpunkt 28 liegende Teil des ela
stischen Elementes 3 ist in diesem Zustand noch biegemoment
frei. In der Betriebsstellung C ("zweite Betriebsstellung" -
strichpunktierte Linie) ist das Zugmittel 21 völlig ent
spannt, der Biegemomentanteil vom Seilzughebel ist nun Null.
Dafür übt in dieser Stellung die Kraft der Kontaktspitze 2
gegen das Meßobjekt ein ebenfalls links drehendes Biegemo
ment auf die gesamte Länge des elastischen Elementes 3 aus.
Im Bereich zwischen dem Ende 18 und dem Wirkpunkt 28 des He
belarms 21a ist dieses Biegemoment jedoch geringer als in der
Betriebsstellung B. Dies hat eine Verformung der Blattfeder
16 in dieser Stellung C gegenüber der Stellung B zur Folge,
dergestalt, daß sich der in Fig. 2 dargestellte linke Ab
schnitt der Blattfeder 16 nach oben, der rechte nach unten
ausbaucht. Durch eine geeignete Justierung kann nun ohne wei
teres erreicht werden, daß sich zwischen den beiden Be
triebsstellungen B und C die Kontaktspitze 2 nur gering oder
gar nicht auf dem Meßobjekt bewegt und auch lateral wirkende
Kräfte - sofern überhaupt vorhanden - minimiert sind. Falls
hingegen definierte geringe seitliche Verschiebungen ge
wünscht werden, beispielsweise um die elektrische oder ther
mische Kontaktqualität zu steuern, können diese sowohl links-
als auch rechtsschiebend eingestellt werden. Für die Feinju
stierung genügt einfach eine Änderung der Richtung des Zug
mittels 21, in dem beispielsweise die Lage des Auslegers 25
verschiebbar oder schwenkbar ausgebildet ist. Die Betriebs
stellung D zeigt schließlich die Stellung der Blattfeder 16
bei entferntem Meßobjektträger 7, also bei völlig entspann
ter Blattfeder 16.
Der Anteil der in vertikaler Richtung auf die Kontaktfläche
wirkenden Kraft der Meß-Spitze 2 ergibt sich einfach aus dem
Produkt der Federkonstanten des elastischen Elementes mal der
zwischen der ersten Betriebsstellung B und der zweiten Be
triebsstellung C zurückgelegten lateralen Strecke s der Kon
taktspitze 2 (vgl. Fig. 3C), wobei diese Strecke s bei der
erfindungsgemäßen Kontaktieranordnung vergleichsweise groß
sein kann, nämlich beispielsweise ein bis etwa zehn Prozent
der Gesamtlänge des elastischen Elementes 3. In vorteilhafter
Weise ist damit die Justierung der Kontaktkraft völlig unkri
tisch durchführbar und auch unempfindlich gegen Höhenschwan
kungen des Meßobjektes oder dessen Trägers 7. Die Ge
samtstärke und Gesamtbreite des elastischen Elementes 3 kann
nach den an sich bekannten Konstruktionsregeln so gewählt
werden, daß sich bei der voreingestellten Durchbiegung die
gewünschte Vertikalkontaktkraft ergibt. Beim erfindungsgemä
ßen System ist im übrigen auch vorteilhaft, daß der Anschlag
der Seilauslenkung in Kontaktabsenkungsrichtung völlig uner
heblich ist und praktisch keiner Justierung bedarf.
Vorzugsweise ist das Befestigungsorgan 27 zur Definition des
Hebelwirkpunktes 28 im mittleren Teil des elastischen Elemen
tes 3, etwa bei zwanzig Prozent bis etwa achtzig Prozent der
Gesamtlänge des elastischen Elementes 3, vorzugsweise im
dritten Viertel, also etwas näher bei der Kontaktspitze 2 be
festigt. An dem Befestigungsorgan 27 ist mit einer wirksamen
Hebelarmlänge des Hebelarms 21a von etwa wenigstens zehn Pro
zent der Gesamtlänge des elastischen Elementes 3 das Zugmit
tel 21 oder dergleichen drehmomentübertragungsfreier Zug
kraftübertrager zur Einstellung einer vorbestimmten Vorspann
kraft und vorbestimmten Vorspannstrecke in Richtung auf die
Halterung 17 relativ zu dieser Halterung 17 so vorgespannt,
daß die Kontaktspitze 2 zunächst völlig abgehoben ist, und
erst durch Nachgeben des Zugmittels 21 um eine vorbestimmte
Strecke, welche weniger als etwa fünfzig Prozent der Vor
spannstrecke entspricht, bei gleicher Lage der Halterung 17
relativ zum Meßobjekt die Kontaktspitze 2 auf die Kontakt
fläche des Meßobjekts mit einer vorbestimmten senkrechten
Kontaktkraft aufsetzt. Die Kontaktierung erfolgt somit durch
Verschiebung des Meßteilträgers relativ zum vorgespannten
elastischen Element 3, wobei die Verschiebung im Wesentlichen
geradlinig und quer (unter einem Winkel von etwa 70° bis
110°, also annähernd rechtwinkelig) zu der zu kontaktierenden
Kontaktfläche des Meßobjekts erfolgt. Hierbei ist es uner
heblich, ob sich das Meßobjekt mitsamt dem Träger 7 oder die
vorgespannte Kontakteinheit, d. h. das elastische Element 3
bewegt. Es wird nach dem Aufsetzen der Kontaktspitze 2 auf
der Kontaktfläche bereits nach sehr kurzer zusätzlicher Ver
schiebung die gesamte senkrechte Vorspannkraft bei justierbar
geringer Lateralkraft wirksam.
Die Betätigung des Zugmittels 21 mit einem mechanischen Hebel
kann von Hand, von einem elektrisch betätigten Linearmagneten
oder einem Drehmagneten oder - nach dem Ausführungsbeispiel -
einem pneumatischen Aktuator erfolgen, wobei für die Genauig
keit der Justierung der beiden Endanschläge verhältnismäßig
geringe Anforderungen genügen. Im abgehobenen Kontaktzustand,
der vorzugsweise der stromlose oder "Aus"-Zustand ist, be
stimmt der Anschlag lediglich die Kontaktluft zwischen Kon
takt und Meßobjekt und im kontaktierten Zustand besteht le
diglich die Forderung, daß der Seilzug mindestens so weit
freigegeben wird, daß auch ohne Meßobjekt der völlig ent
spannte Federzustand erreicht wird.
Fig. 4 zeigt in einer schematischen Ansicht weitere Einzel
heiten des bevorzugt verwendeten Substratträgers 7, auf wel
chem die Chip-Barren bei der Messung abgestützt sind. Im Be
reich der oberen Auflagefläche 32 des Trägers 7 ist eine in
Längsrichtung verlaufende, V-förmige Nut 33 bzw. Rinne ausge
bildet, entlang derer mehrere Bohrungen 34 angeordnet sind,
die in einen Vakuumabsaugkanal 35 münden, der wiederum an ei
ne (nicht näher dargestellte) Vakuumpumpe angeschlossen ist.
Die maximale Breite der V-förmigen Nut ist kleiner als die
Maximalbreite des Meßobjektes (Barren 6). Die Durchmesser
der Bohrungen 34 sowie die Abstände der Bohrungen 34 sind
hierbei so gewählt, daß auch bei einem nicht aufgelegten
Meßobjekt ein Unterdruck in der betroffenen Bohrung von we
nigstens etwa 0,1 Bar erzeugt wird, was zur Ansaugung eines
Barrens und damit hinreichend sicheren Fixierung ausreicht.
1
Meß-Sonde
2
Meß-Spitze
3
Stützeinrichtung
4
Betätigungseinrichtung
5
Kontaktfläche
6
Substrat
7
Barrenträger
8
Pfeile
9
,
10
,
11
,
12
Laserchips
13
,
14
,
15
Leitungen, Koaxialkabel
16
Blattfeder
17
Halterung
17
a Klemmeinrichtung
17
b Fixierschraube
17
c Justierorgan
18
,
19
Enden der Blattfeder
20
Klemmeinrichtung
21
Seilzug
22
Stellglied
23
Achse
24
Steuerarm
25
Ausleger
26
Apparatur
27
Befestigungsorgan
27
a Haken
27
b Fixierschraube
27
c Anschlußpunkt
28
Wirkpunkt
29
,
29
a Pfeilrichtungen
30
,
30
a,
31
Pfeile
32
obere Auflagefläche
33
V-förmige Nut
34
Bohrungen
35
Vakuumabsaugkanal
A, B, C, D Betriebsstellungen
A, B, C, D Betriebsstellungen
Claims (22)
1. Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung einer beweglich
gelagerten Meß-Sonde (1) auf bzw. an einer Kontaktfläche (5)
eines Meß-Objektes (6), mit einer die Meß-Sonde (1) tragen
den Stützeinrichtung (3) und einer der Meß-Sonde (1) bzw.
ihrer Stützeinrichtung (3) zugeordneten Betätigungseinrich
tung (4) zur Positionierung der Meß-Sonde (1),
dadurch gekennzeichnet,
daß die die Meß-Sonde (1) tragende Stützeinrichtung (3) ein
elastisches Element (3) besitzt, welches vermittels der Betä
tigungseinrichtung (4) von einer ersten Betriebsstellung (B),
bei der die Meß-Sonde (1) die Kontaktfläche (5) des
Meß-Objektes (6) gerade berührt, jedoch im wesentlichen noch kei
ne Kraft darauf ausübt, in eine zweite Betriebsstellung (C)
bringbar ist, bei der die Meß-Sonde (1) einen allenfalls äu
ßerst geringen Kraftanteil parallel zur Kontaktfläche (5) auf
das Meß-Objekt (6) ausübt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das elastische Element (3) einseitig eingespannt ist und
an seinem freien, dem Meß-Objekt (6) zugewandten Ende (19)
mit der Meß-Sonde (1) versehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das elastische Element im wesentlichen quer zur Kontak
tierungsrichtung bzw. quer zur Flächennormalen der Kontakt
fläche ausgebildet bzw. angeordnet ist, und in der zweiten
Betriebsstellung (C) zur Definition bzw. Begrenzung einer ma
ximal an bzw. auf die Kontaktfläche wirkenden Kraft mit einer
vorbestimmten, einstellbaren mechanischen Vorspannung beauf
schlagt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das elastische Element (3) derart ausgebildet bzw. ange
ordnet ist, daß beim Übergang von der ersten (B) zur zweiten
Betriebsstellung (C) des elastischen Elementes (3) die Wirk
richtung des auf die Meß-Sonde (1) ausgeübten Drehmomentes
umgekehrt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das elastische Element (3) durch ein im Wesentlichen
drehmomentübertragungsfreies Zugkraftübertragungsmittel mit
einer vorbestimmten Vorspannkraft derart beaufschlagt ist,
daß die Meß-Sonde (1) in einer Vorbetriebsstellung voll
ständig von der Kontaktfläche (5) abgehoben ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das elastische Element (3) von seinem halterungsseitigen
Ende zum meßsondenseitigen Ende in der Breite und/oder der
Stärke stetig verjüngt ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Betätigungseinrichtung (4) zur Positionierung der
Meß-Sonde (1) eine Hebeleinrichtung mit einem am elastischen
Element (3) angreifenden Hebelarm (21) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hebelarm (21) eine wirksame Hebelarmlänge von wenig
stens zehn Prozent der Länge des elastischen Elementes (3)
aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hebeleinrichtung ein auf den Hebelarm (21) wirkendes
Zugmittelgetriebe (21, 24, 25) aufweist, wobei die Zugrich
tung des Zugmittels (21) und damit die effektiv wirksame He
belarmlänge einstellbar ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das elastische Element (3) vermittels einer Klemmein
richtung (17a) an der Halterung (17) austauschbar ausgebildet
ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Meßobjektträger (7) mit einer Ansaugeinrichtung zur
zeitweisen Fixierung des Meß-Objektes (6) vorgesehen ist.
12. Verfahren zur elektrischen Kontaktierung einer beweglich
gelagerten Meß-Sonde (1) auf bzw. an einer Kontaktfläche (5)
eines Meß-Objektes (6), mit einer die Meß-Sonde (1) tragen
den Stützeinrichtung (3) und einer der Meß-Sonde (1) bzw.
ihrer Stützeinrichtung (3) zugeordneten Betätigungseinrich
tung (4) zur Positionierung der Meß-Sonde (1),
dadurch gekennzeichnet,
daß für die die Meß-Sonde (1) tragende Stützeinrichtung (3)
ein elastisches Element (16) verwendet wird, welches vermit
tels der Betätigungseinrichtung (4) von einer ersten Be
triebsstellung (B), bei der die Meß-Sonde (1) die Kontakt
fläche (5) der zu messenden Schaltung gerade berührt, jedoch
noch keine Kraft darauf ausübt, in eine zweite Betriebsstel
lung (C) gebracht wird, bei der die Meß-Sonde (1) einen al
lenfalls äußerst geringen Kraftanteil parallel zur Kontakt
fläche (5) auf das Meß-Objekt ausübt.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das elastische Element (3) einseitig eingespannt und an
seinem freien, dem Meß-Objekt (6) zugewandten Ende (19) mit
der Meß-Sonde (1) versehen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß das elastische Element im wesentlichen quer zur Kontak
tierungsrichtung bzw. quer zur Flächennormalen der Kontakt
fläche ausgebildet bzw. angeordnet wird, und in der zweiten
Betriebsstellung (C) zur Definition bzw. Begrenzung einer ma
ximal an bzw. auf die Kontaktfläche wirkenden Kraft mit einer
vorbestimmten, einstellbaren mechanischen Vorspannung beauf
schlagt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß das elastische Element (3) derart ausgebildet bzw. ange
ordnet wird, daß beim Übergang von der ersten (B) zur zwei
ten Betriebsstellung (C) des elastischen Elementes (3) die
Wirkrichtung des auf die Meß-Sonde (1) ausgeübten Drehmomen
tes umgekehrt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß das elastische Element (3) durch ein im Wesentlichen
drehmomentübertragungsfreies Zugkraftübertragungsmittel mit
einer vorbestimmten Vorspannkraft derart beaufschlagt ist,
daß die Meß-Sonde (1) in einer Vorbetriebsstellung voll
ständig von der Kontaktfläche (5) abgehoben ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß das elastische Element (3) von seinem halterungsseitigen
Ende zum meßsondenseitigen Ende in der Breite und/oder der
Stärke stetig verjüngt ausgebildet ist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Betätigungseinrichtung zur Positionierung der Meß-
Sonde eine Hebeleinrichtung mit einem am elastischen Element
(3) angreifenden Hebelarm aufweist.
19. Verfahren nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hebelarm eine wirksame Hebelarmlänge von wenigstens
zehn Prozent der Länge des elastischen Elementes (16) auf
weist.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hebeleinrichtung ein auf den Hebelarm wirkendes Zug
mittelgetriebe aufweist, wobei die Zugrichtung des Zugmittels
und damit die effektiv wirksame Hebelarmlänge einstellbar
ausgebildet ist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß das elastische Element (3) vermittels einer Klemmein
richtung an der Halterung (17) ausgebildet ist.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Substratträger mit einer Ansaugeinrichtung zur Fi
xierung des Substrates (6) vorgesehen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997133861 DE19733861A1 (de) | 1997-08-05 | 1997-08-05 | Vorrichtung und Verfahren zur Kontaktierung einer Meß-Sonde |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997133861 DE19733861A1 (de) | 1997-08-05 | 1997-08-05 | Vorrichtung und Verfahren zur Kontaktierung einer Meß-Sonde |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19733861A1 true DE19733861A1 (de) | 1999-02-25 |
Family
ID=7838062
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1997133861 Withdrawn DE19733861A1 (de) | 1997-08-05 | 1997-08-05 | Vorrichtung und Verfahren zur Kontaktierung einer Meß-Sonde |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE19733861A1 (de) |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: INFINEON TECHNOLOGIES AG, 81669 MUENCHEN, DE |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |