DE2608642A1 - Einrichtung zum pruefen integrierter schaltungen - Google Patents
Einrichtung zum pruefen integrierter schaltungenInfo
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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
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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2 6 Π 8 h k 2
— Q —
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.
VT Q74 OQ1
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ORIGINAL INSPECTED
2 61) R R A
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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ORiGiNAL INSPECTED
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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 10f 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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INSPSCTED
26UHRA2
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
2f5 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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ORIGINAL INSPECTED
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— O ~"
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.
FI974091 ΗΠ9Β38/ϋΒ59
ORIGINAL INSPECTED
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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.
FI 974 091 HfJ 9 8 38/065 9
ORIGINAL INSPECTED
Claims (4)
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 (4f 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,
FI 974 091 6 0 9 8 3 8/0659 ohIQBML !NSPECTED
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