DE2608642A1

DE2608642A1 - Einrichtung zum pruefen integrierter schaltungen

Info

Publication number: DE2608642A1
Application number: DE19762608642
Authority: DE
Inventors: Robert Glen Meeker; William Joseph Scanlon; Zvi Segal
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-03-06
Filing date: 1976-03-03
Publication date: 1976-09-16
Also published as: JPS51104272A; JPS5931857B2; FR2303446B1; GB1491425A; FR2303446A1; US3979671A; DE2608642C2

Description

Böblingen, den 2. März 1976 wi/bs

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Kennzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: FI 974 091

Einrichtung zum Prüfen integrierter Schaltungen

Eine der bedeutensten Entwicklungen der neueren Zeit auf dem Gebiet der Herstellung elektrischer Schaltungen ist die integrierte Schaltungstechnik (LSI), bei der eine große Anzahl von Schaltkreisen mit einer großen Anzahl unterschiedlicher Bauelemente auf einem einzigen Plättchen aus Halbleiterwerkstoff hergestellt wird. Diese Herstellungsverfahren wurden durch die darauffolgende Entwicklung von Metall-Oxid-Silicium-Verfahren (MOS) erleichert.

In derartigen integrierten Schaltungen ist das Halbleiterplättchen, das die integrierten Schaltkreise trägt, mit einer Anzahl Anschlußkontakten für den Anschluß äußerer Schaltungen versehen. Elektronische Anlagen für die Verarbeitung oder übertragung von Daten bestehen aus einer großen Anzahl solcher integrierter Schaltungseinheiten, und es ist daher erforderlich, die einwandfreie Funktion jeder dieser integrierten Schaltungen unter Betriebsbedingungen prüfen zu können.

Bei der Prüfung integrierter Schaltungseinheiten in Form kleiner Halbleiterplättchen treten unvermeidlich besondere Probleme der Wärmeabfuhr auf. Denn während beim Testen von Halbleiterscheiben, sogenannten Wafern, die Wärmeleitfähigkeit der benachbarten Plätt-

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chen ausreicht, die beim PrüfVorgang entstehende Wärme auf natürliche Weise abzustrahlen, stehen beim Testen von Halbleiterplättchen, sogenannten Chips, derartige Wärmeleitflächen nicht zur Verfügung. Andererseits ist es wünschenswert, die einzelnen Chips erst dann zu prüfen, wenn der Wafer zersägt ist. Denn ein im Waferverband geprüftes und als einwandfrei festgestelltes Chip kann unter Umständen durch den nachfolgenden Trennvorgang in seiner Funktion beeinträchtigt worden sein, ohne daß dies bemerkt würde. Es hat sich daher als zweckmäßig herausgestellt, die Prüfung der einzelnen Chips erst nach Durchführung des Wafer-Trennvorganges vorzunehmen.

Bisher wurde beim Testen von Chips die erzeugte Wärme im wesentlichen durch die Vakuumhalterung abgeführt, die man üblicherweise für die Fixierung der Lage des Chips verwendet. Infolge der geringen Auflagefläche der Chips und der schnellen Aufeinanderfolge von Prüfvorgängen ist aber die auf diese Weise abzuführende Wärmemenge nur gering. Es sind daher, um gleichmäßige Temperaturbedingungen für einen zuverlässigen PrüfVorgang zu schaffen, besondere Maßnahmen erforderlich., um eine erhöhte Wärmeableitung zu erzielen. Hierbei kommt es insbesondere darauf an, die in Abhängigkeit von der jeweiligen thermischen Belastung auftretenden Temperaturschwankungen so gering zu halten, daß die Testergebnisse hiervon unbeeinflußt bleiben und zuverlässigen Aufschluß über die Eignung des Baueleaissri-s füsr den vorgesehenen Zweck geben.

Dieses Problem tritt nicht nur bei Halbleiterchips auf, sondern auch bei anderen vergleichbaren elektronischen Schaltungselementen, bei deren Prüfung wegen der hohen Dichte der Schaltungseinheiten mit einer entsprechend starken Wärmeentwicklung gerechnet werden muß.

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Es sind bereits verschiedene Maßnahmen zur Kühlung beim Testen integrierter Schaltungen bekannt. So zeigt das IBM Technical Disclosure Bulletin Vol. 13, Nr. 11 auf Seite 3547 ein Kühlsystem für das Testen integrierter Schaltungen, bei dem die Kühlflüssigkeit aus einem Behälter durch den Vakuumhalter für die Schaltungseinheit hindurchgeleitet wird, und zwar jeweils solange der Flüssigkeitsbehälter sich in einer oberen Lage befindet, während durch eine Abwärtsbewegung des Flüssigkeitsbehalters in eine untere Lage die Flüssigkeitszufuhr unterbrochen wird. Diese Anordnung ermöglicht jedoch keine schnelle Aufeinanderfolge bei der Prüfung von Schaltungseinheiten.

Im IBM Technical Diclosure Bulletin Vol. 17, Nr, 1 Seite 92/93 ist weiterhin eine Testkammer für Chips tragende Schaltungseinheiten dargestellt, bei der die zu prüfenden Kontaktanschlüsse und die Prüfsonden von Kühlflüssigkeit umgeben sind. Für das Entnehmen der Schaltungsplatte und das Einsetzen einer neuen, zu prüfenden Einheit muß jedoch die Kühlflüssigkeit jeweils aus der Kammer abgelassen und ersetzt werden, was die Arbeitsgeschwindigkeit dieser Prüfeinrichtung erheblich beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfeinrichtung für kleine Werkstücke, insbesondere integrierte Schaltungseinheiten hoher Packungsdichte zu schaffen, die während der durch den Testvorgang verursachten thermischen Belastung eine wirksame Kühlung ermöglicht, so daß ähnliche Prüfbedingungen erzielt werden, wie sie bei der Prüfung bei Wafern vorliegen, bei denen eine ausreichende natürliche Abstrahlung der Wärme stattfindet. Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebene Einrichtung gelöst worden. Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme wird der thermische Widerstand zwischen dem zu prüfenden Werkstück, z.B. Chip, und dem Vakuumhalter erheblich verringert. Denn während der Vakuumhalter durch geeigne-

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te Formgestaltung und Werkstoffauswahl mit einer hinreichenden Wärmeleitfähigkeit gestaltet werden kann, z.B. durch Verwendung von Kupfer, ist der eigentliche Engpaß in der Wärmeabfuhr im übergang von dem Chip auf den Vakuumhalter zu sehen, da hier nur eine sehr geringe Fläche zur Verfügung steht. Bei der Gestaltung eines Chips als quadratischer Platte mit einer Seitenlänge zwischen 2,5 und 5 mm beträgt somit die Auflagefläche des Chips auf dem Vakuumhalter theoretisch nur etwa 6 bis 25 mm , wobei noch die Fläche der Vakuumöffnung zu berücksichtigen ist.

Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß in der Auflagefläche zwischen Chip und Vakuumhalter keine totale Berührung der einander anliegenden Flächen stattfindet, sondern infolge der natürlichen Unebenheiten der einander anliegenden Flächen gewisse Hohlräume bestehen, durch die der Wärmeübergang auf den Vakuumhalter erheblich beeinträchtigt ist. Die mittels der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung bewirkte Füllung dieser Hohlräume mit Flüssigkeit bewirkt eine beträchtliche Verbesserung der Wärmeabfuhr, da bekanntlich Flüssigkeiten eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit zu eigen ist als Gasen. So beträgt beispielsweise die Wärmeleitzahl für Wasser bekanntlich das 23fache von derjenigen für Luft.

Die Erfindung wird im folgenden in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert.

In der Zeichnung ist ein Prüfkopf 1 für ein Halbleiterchip 2 dargestellt, das auf einem Vakuumhalter 3 in einer bestimmten Ausrichtung festgehalten wird. Unterhalb des Vakuumhalters 3 befindet sich ein thermoelektrisches Element 10_f mittels dessen über eine thermoelektrische Steuerung 6 die Temperatur des Vakuumhalters 3 überwacht und auf einem bestimmten Wert gehalten wird. Hierzu befindet sich im Vakuumhalter 3 ein Thermistor 9, welcher über eine in der Figur angedeutete Leitung mit der thermoelektrischen Steuerung 6 verbunden ist. Der Vakuumhalter 3

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besteht aus einem Metall hoher Wärmeleitfähigkeit, z.B. Kupfer.

Auf der Oberseite des Vakuumhalters 3 befindet sich eine ebene Fläche 3A, deren Unterseite mit einem Leitungssystem unmittelbare Verbindung hat, bestehend aus einer Vakuumleitung 4, einem Vakuumkanal 4A, einer Wasserleitung 5 und einem Wasserkanal 5A. Wie durch die Pfeile in der Zeichnung angedeutet, wird durch die Wasserleitung 5 Wasser zugeführt, während die Vakuumleitung 4, die zugeführte Flüssigkeit absaugend, an eine entsprechende Unterdruckquelle angeschlossen ist.

Der Prüfkopf 1 ist gemäß der Zeichnung mit einer Anzahl Prüfsonden 1A versehen, von denen zwei dargestellt sind. Die Prüfsonden 1A sind in Übereinstimmung mit der Anordnung von Leiterzügen 2C auf dem Halbleiterchip 2 ausgerichtet.

Das Halbleiterchip 2 ist in bekannter Weise vorzugsweise von quadratischer Fläche, wobei eine Seitenlänge beispielsweise 2_f5 bis 5 mm beträgt. Die untere Fläche 2A des Halbleiterchips 2 liegt auf der ebenen Fläche 3A des Vakuumhalters auf. Die Leiterzüge 2C sind auf der oberen Fläche des HaIbleiterchips 2 in bestimmter Anordnung verteilt. Es ist darauf hinzuweisen, daß beispielsweise ein Chip mit einer Seitenlänge von 4,25 mm mehr als 100 als Leiterzüge 2C ausgebildete Kontaktpunkte auf seiner Oberfläche aufweisen kann. Diese Leiterzüge 2C dienen später zur elektrischen Verbindung der einzelnen Schaltungen des Chips mit Schaltungselementen anderer Schaltungseinheiten, wobei ein Teil der Leiterzüge Eingangs- und Ausgangsleitungen zur übertragung von Eingangs- bzw, Ausgangssignalen bildet, während über andere Leiterzüge die Stromversorgung des Chips übertragen wird.

Jede der Prüfsonden 1A hat elektrischen Kontakt mit einem Leiterzug 2C, wobei einzelne Prüfsonden der Signalzufuhr, andere dem Signalausgang und weitere Prüfsonden der Stromversorgung des

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Chips dienen. Die Ausgangssignale werden in einer angeschlossenen, nicht dargestellten Auswerteschaltung mit vorgegebenen Signalen verglichen, um die Funktionstüchtigkeit des Chips festzustellen.

Zur Durchführung eines Prüfvorganges wird zunächst ein Halbleiterchip 2 auf die Fläche 3A aufgelegt und, vorzugsweise mittels eines optischen Systems, in eine vorbestimmte Lage ausgerichtet. Sodann werden die Prüfsonden 1A des Prüfkopfes 1 auf die Leiterzüge 2C des Halbleiterchips 2 aufgesetzt. Während des darauffolgenden Prüfvorganges wird den durch die untere Fläche 2A des Halbleiterchips 2 und die Fläche 3A des Vakuumhalters 3 gebildeten Auflageflächen durch die Leitung 5 und den Kanal 5A eine Flüssigkeit, z.B, Wasser zugeführt. Die Mindestmenge der zuzuführenden Flüssigkeit ist dadurch bestimmt, daß sämtliche durch die Unebenheit und Rauhigkeit der Auflageflächen 2A, 3A gebildeten Spalte und Lücken durch Kapillarwirkung mit Flüssigkeit benetzt werden. Andererseits ist die Menge des zugeführtexi Flüssigkeitsvolumens dadurch begrenzt, daß keine Flüssigkeit aus den Auflageflächen 2A, 3A austreten, also "überlaufen" soll. Eine geeignete Methode, um die vorgegebene Flüssigkeitsmenge zuzuführen, besteht darin, nach Einschaltung des Vakuums an der Vakuumleitung 4 eine bestimmte Flüssigkeitsmenge in die Wasserleitung 5 einzuführen. Diese füllt sodann die Kanäle 5A und 4A, und auf diese Weise steht eine ausreichende Menge Flüssigkeit zur Verfügung, um entsprechend den vorgenannten Anforderungen die zwischen den Auflageflächen befindlichen leeren Räumen, Kavernen usw., wie sie durch die Unebenheiten der aufeinanderliegenden Flächen gebildet sind, durch Kapillarwirkung vollständig zu füllen. Eine geringe Menge überschüssiger Flüssigkeit ist jedoch hierbei nicht schädlich.

Die zuzuführende Flüssigkeitsmenge hängt maßgeblich von den Volumina des Wasserkanals 5A und des Vakuumskanals 4A ab, aber auch vom Gesamtvolumen der Leerräume in den Auflageflächen 2A, 3A, Erfahrungsgemäß genügt für den vorgenannten Zweck die Menge eines einzelnen Wassertropfens.

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Zur Kühlung des Vakuuinhalters 3 und zur Rückkühlung des Kühlwassers ist, wie die Zeichnung ebenfalls zeigt, ein Kühlbecken 7 vorgesehen, dem das erwärmte Wasser durch eine Leitung 8A zugeführt wird, während das gekühlte Wasser durch eine weitere Leitung 8B entnommen und der Wasserleitung 5 wieder zugeführt wird.

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Claims

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1.) Einrichtung zum Prüfen integrierter Schaltungen, mit einem ^~~^ Vakuumhalter mit einer Auflagefläche zum Auflegen der Schaltung und mit einem Prüfkopf mit Prüfsonden zur Herstellung von elektrischen Verbindungen zu den Leiteranschlüssen der Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumhalter (3) ein Leitungssytem (5, 5A) für eine derart dosierte Zufuhr eines Strömungsmittels zu seiner Auflagefläche (3A) aufweist, daß die Hohlräume zwischen der Auflagefläche (3A) des Vakuumhalters (3) und der Auflagefläche (2A) der Schaltung (2) durch das Strömungsmittel gerade ausgefüllt werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungssystem (5, 5A) für die Zufuhr des Strömungsmittels mit der Vakuumleitung (4_f 4A) verbunden ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von Flüssigkeit als Strömungsmittel.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung von Wasser als Strömungsmittel,

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