DE69506585T2

DE69506585T2 - Verfahren und gerät zur prüfung von halbleiterplatten

Info

Publication number: DE69506585T2
Application number: DE69506585T
Authority: DE
Inventors: Brian John Royal Oak Mi 48067 Hayden; Lawrence Leroy Novi Mi 48375 Kneisel; Cuong Nan Northville Mi 48167 Pham; Bethany Joy Birmingham Mi 48009 Walles
Original assignee: Ford Motor Co Ltd; Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co Ltd; Ford Motor Co
Priority date: 1994-12-19
Filing date: 1995-11-01
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2015-11-02
Also published as: CN1170461A; WO1996019734A1; DE69506585D1; US5510721A; EP0799424B1; EP0799424A1; JPH10510923A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Testsockel, um einen offenen, integrierten Schaltkreis zu testen. Insbesondere richtet sich die vorliegende Erfindung auf einen Testsockel, um eine bekanntlich gute Leiterplatte zu testen, indem eine Legierung mit Gedächtniseffekt als Kontakt verwendet wird.
Die Technologie der integrierten Schaltkreise hat solche Fortschritte gemacht, daß es möglich ist, einen offenen, integrierten Schaltkreis direkt auf einer Schaltplatte anzubringen, ohne ihn in einem Gehäuse mit Lötstiften für die Montage einzuschließen. Ein Verfahren zur Montage eines offenen, integrierten Schaltkreises wird "Flip-Chip" genannt, was allgemein auf dem Fachgebiet bekannt ist. Bei der Anwendung der Flip-Chip-Technik wird der integrierte Schaltkreis vor seiner Installation direkt auf der Schaltplatte getestet.
Die Prüfung einer bekanntlich guten Leiterplatte gestaltet sich aufgrund der Größe des Gehäuses und der sich gegebenenfalls verändernden Höhen der Verbindungsflächen schwierig. Die Herstellung und das Aufrechterhalten einer zuverlässigen elektrischen Verbindung in dem gesamten Testverfahren ist besonders wichtig. Die bekannten Befestigungsvorrichtungen für die Tests sind auch nur beschränkt haltbar.
Ein Typ von Testgerät für ein Bauteil mit Lötstiften ist im US-Patent Nr. 4,950,173 beschrieben. Das Gerät verwendet eine Legierung mit Gedächtniseffekt mit einer Öffnung zur Einführung eines Anschlusses des Bauteiles durch die Legierung. Die Anschlüsse des Bauteils werden von der Legierung ergriffen und der Schaltkreis wird dann geprüft. Das Gerät wird auch als teuer angesehen, weil seine Lebensdauer auf eine relativ geringe Anzahl von Testzyklen beschränkt ist.
Ein Problem bei der Anbringung eines Systems, das den Anschluß eines Bauteiles erfaßt, an eine bekanntlich gute Leiterplatte, die keine Lötstifte besitzt, besteht darin, daß die Lötflächen auf einer bekanntlich guten Leiterplatte nicht sehr groß sind. Folglich liegt eine nur geringe Oberfläche vor, an die eine Kraft angreifen kann, um einen festen elektrischen Kontakt herzustellen.
Es wäre demnach erwünscht, ein Verfahren und ein Gerät für die zuverlässige Prüfung bekanntlich guter Leiterplatten bereitzustellen, wobei letzteres auch haltbar sein soll.
Hirano et al. beschreiben in "Proceedings of the 1994 IEEE Multi-Chip Module Conference MCMC-94", vom 15.-17. März 1994 in Santa Cruz, Kalifornien, auf S. 89- 94 ein Mikrosondenarray aus Silizium zum Testen und Einbrennen, in dem ein Kontakt auf einer zu prüfenden Leiterplatte gegen eine entsprechende Sonde gedrückt wird, die die Form eines Metallbuckels auf einer elastischen Membran aus Polyimid hat, die einen elektrischen Leiter trägt und sich entlang einer Furche in einem Substrat erstreckt, so daß sich die Membran bei der Durchführung elektrischer Testmessungen in die Furche hinein verformt. Die Leiterplatte kann zur Durchführung des eigenständigen Einbrennens mit einem Heizschaltkreis ausgestattet sein.
Das US-Patent Nr. 5,187,020 beschreibt eine nachgiebige Kontaktfläche zur Durchführung elektrischer Messungen auf eine Leiterplatte, worin die elektrischen Kontakte auf der Leiterplatte gegen entsprechende Flächen aus elastischen, elektrisch leitfähigen Polymermaterialien, die Hohlräume in einem Substrat ausfüllen, gedrückt werden.
Beide diese Vorschläge aus dem Stand der Technik beruhen auf der inhärenten Elastizität der Kontaktflächen der Sonden für die Herstellung der elektrischen Kontakte.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens und Geräts zur Prüfung einer bekanntlich guten Leiterplatte, so daß zwischen dem Testsockel und dem Bauteil, ungeachtet der Variationen in der Größe und der Höhe der Verbindungsfläche, ein geeigneter elektrischer Kontakt aufrechterhalten wird.
Im Einklang mit der Erfindung ist die Membran ein elektrisch leitendes Band aus einer Legierung mit Gedächtniseffekt, und sie befindet sich in einem Testgerät für eine offene, integrierte Schaltkreisplatte mit einem sich davon erstreckenden Kontakt, das ein Substrat mit einer dem elektrischen Kontakt entsprechenden Furche umfaßt, eine elastische Membran, die sich durchgehend durch die Furche erstreckt, sowie eine Vorrichtung, um die Leiterplatte so gegen das Substrat zu halten, daß die Membran auf eine vorbestimmte Weise vom Kontakt in die Furche verformt wird, und wobei das Gerät ebenso eine Heizvorrichtung umfaßt, um das Substrat zu erhitzen und somit das Band oder die Verbindung gegen den Kontakt zu drücken.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren bereit, um eine offene, integrierte Leiterplatte mit einer Vielzahl von sich davon erstreckenden Kontakten zu testen, worin die Kontakte gegen jeweilige elastische, elektrisch leitfähige Flächen in einem Substrat gedrängt werden und elektrische Signale zwischen den Kontakten und den Kontaktflächen ausgetauscht werden, worin die Kontaktflächen Bänder aus einer Legierung mit Formgedächtnis umfassen, die sich über den Furchen im Substrat erstrecken, und die Bänder deformiert werden, indem die Unterseite der jeweiligen Kontakte in die jeweiligen Furchen gezwungen werden, die Bänder auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt werden, um sie in eine Richtung heraus aus den jeweiligen Furchen zu bringen, wodurch die elektrische Verbindung zwischen den Kontakten und den Bändern gewährleistet wird, und die Bänder nach dem Entfernen der Kontakte von den Bändern durch Kühlung im wesentlichen auf die Form vor dem Test zurückgebracht werden.
Die Erfindung wird nun weiter auf dem Wege eines Beispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
Abb. 1 eine Perspektivansicht einer bekanntlich guten Leiterplatte bezüglich eines Testsockels nach der vorliegenden Erfindung ist;
Abb. 2 eine Perspektivansicht eines alternativen Testsockels nach der vorliegenden Erfindung ist; und
Abb. 3 vier Querschnittsansichten (A-D) wiedergibt, die die verschiedenen Phasen der Bänder des Testsockels nach der vorliegenden Erfindung darstellen.
Unter Bezugnahme auf Abb. 1 wird ein offener, integrierter Schaltkreis 10 für das Testverfahren auf einem Testsockel 12 angebracht. Der integrierte Schaltkreis 10 besitzt eine Anzahl von Verbindungsflächen 14 um den Umfang des integrierten Schaltkreises 10 herum, die elektrische Signale zum integrierten Schaltkreis 10 senden und davon empfangen.
Der Testsockel 12 besteht aus einem Substrat 16 mit einer Anzahl leitfähiger Bänder 18, Furchen 20 unter den Bändern 18 und einem Vakuumniederhalter 22, um den integrierten Schaltkreis 10 am Substrat 16 zu befestigen.
Das Substrat 16 ist vorzugsweise auf einem nicht leitfähigen Material wie Silizium oder 7070 Glas gebildet. Das Material sollte bei den Temperaturen, unter denen der integrierte Schaltkreis 10 getestet wird, beständig sein und sich nicht verformen. Das Substrat 16 besitzt eine Reihe von Furchen 20, deren Breite und Länge größer ist als jene der Verbindungsflächen 14. Die Furchen 20 sind auf die Verbindungsflächen 14 ausgerichtet. Wie in Abb. 1 gezeigt ist, ist für jede Seite des integrierten Schaltkreises 10 mit den Verbindungsflächen 14 eine Furche 20 gebildet, so daß, wenn der integrierte Schaltkreis 10 und das Substrat 16 zusammengebracht werden, die Verbindungsflächen 14 innerhalb der Furchen 20 liegen. Die Furchen 20 werden auf herkömmliche Weise gebildet, etwa durch Plasmaätzen oder chemisches Ätzen. Die Furchen 20 erstrecken sich vorzugsweise durch das Substrat 16, sie können aber auch tief genug ausgebildet sein, um Spiel für die Verbindungsfläche 14 bereitzustellen.
Die leitfähigen Bänder 18 sind aus einer gewöhnlichen, bekannten Legierung mit Gedächtniseffekt wie Legierung auf NiTi-Basis hergestellt, die den Formgedächtniseffekt aufweist. Eine Legierung mit Formgedächtnis ist ein Material, das in der Lage ist, sich nach der Verformung an seine ursprüngliche Form zu erinnern. Wenn diese Materialien bei niedrigeren Temperaturen geformt werden (in der martensitischen Phase), verbleiben sie so, bis sie erhitzt werden (in der austenitischen Phase). Nach dem Erhitzen einer Legierung mit Formgedächtnis wird sie auf ihren ursprünglichen Zustand vor der Verformung zurückkehren. Typisch ist ein Band 18 für jede Verbindungsfläche 14 bereitgestellt, weil der Betrieb des integrierten Schaltkreises 10 durch die Prüfung des Betriebs bei jeder Verbindungsfläche 14 getestet wird. Die Bänder 18 haben eine ausreichende Länge, so daß sie sich nicht dauerhaft verformen, wenn die Verbindungsflächen 14 gegen die Bänder 18 in die Furche 20 plaziert werden. Damit sich die Bänder 18 nicht dauerhaft verformen, sollte die Verformung in den Bändern 18 nicht 3% der Länge überschreiten. Die Dicke der Bänder wird so ausgewählt, daß nach der thermischen Umwandlung, wie weiter unten beschrieben wird, das Band eine Kraft von einem Gramm auf die Verbindungsflächen 40 ausübt. Die Bänder 18 sind vorzugsweise vergoldet, um die Oxidation zu verhindern.
Der Vakuumniederhalter 22 ist vorzugsweise ein einzelnes Loch im Substrat 16, das eine Kraft liefert, die den integrierten Schaltkreis 10 am Substrat 16 festhält. Es könnten andere Vorrichtungen zum Ausüben einer Kraft verwendet werden, etwa ein Deckel aus Gummi oder Klammern.
Nun ist unter Bezugnahme auf Abb. 2 ein Bereich des Substrats 16 gezeigt. Als Alternative zur Konfiguration aus Abb. 1 ist für jede Verbindungsfläche 14 eine einzelne Furche 20 gebildet. Obwohl das Bilden einer Furche für jede Verbindungsfläche 14 kostspielig sein kann, führen die einzelnen Furchen 20 die Verbindungsflächen zur Ausrichtung auf die Bänder 18. Wenn der integrierte Schaltkreis 10 nicht auf die Furchen 20 ausgerichtet ist, werden sich die Verbindungsflächen 14 nicht innerhalb der Furchen 20 befinden.
Nun befinden sich unter Bezugnahme auf Abb. 3 (Ansicht A) die Bänder 18 im Betrieb in der martensitischen Phase. Die Verbindungsflächen 14 sind auf die leitfähigen Bänder oder Verbindungen 18 ausgerichtet.
In der nächsten Zeichnung (Ansicht B) sind die Verbindungsflächen 14 des integrierten Schaltkreises 10 in die Furchen 20 eingefügt. Die Bänder 18 verformen sich um die Verbindungsfläche 14. Der Vakuumniederhalter 22 hält den integrierten Schaltkreis 10 gegen das Substrat 16.
In der nächsten Zeichnung (Ansicht C) wird die Befestigung mit dem Heizer 26 erhitzt. Die Bänder 18 gehen in die austenitische Phase über, was die Bänder 18 dazu veranlaßt, den ebenen Zustand von Ansicht A anzustreben. Die Bänder 18 liefern eine Gegenkraft zur abwärts gerichteten Kraft, die in Ansicht B ausgeübt wird. Die Gegenkraft gewährleistet einen guten elektrischen Kontakt zwischen den leitfähigen Bändern 18 und der Verbindungsfläche 14. Es muß angemerkt werden, daß gegebenenfalls nicht alle Lötflächen eine gleichmäßige Entfernung vom integrierten Schaltkreis 10 auf Grund von Variationen in der Fertigung besitzen. Die austenitische Phase ermöglicht es, daß sich die Bänder 18 an die Variabilität der Verbindungsflächen anpassen. Die Temperatur, auf die das System erhitzt werden muß, um in die austenitische Phase zu gelangen, hängt von der Zusammensetzung des Bandes 18 ab. Wenn beispielsweise das Band aus 48% Ni und 52% Ti besteht, beträgt die Temperatur 125ºC, was dann die gleiche Temperatur ist, bei der die integrierten Schaltkreise eingebrannt werden.
In der nächsten Zeichnung (Ansicht D) wird die Befestigung auf Raumtemperatur gebracht. Die Bänder 18 gehen in ihre ursprüngliche Form im martensitischen Zustand zurück. Die Befestigung kann für Testzwecke viele Male wiederholt werden. Wenn die Zusammensetzung der Legierung mit Formgedächtniseffekt verändert wird, kann je nach der Zusammensetzung der Legierung das Erhitzen der Testbefestigung, um die Bänder in die austenitische Phase zu bringen, unter Umständen nicht erforderlich sein.
Wie es dem Fachmann augenscheinlich sein wird, können zahlreiche Modifizierungen der Erfindung vorgenommen werden, wobei man sich stets im Bereich der beigefügten Patentansprüche befindet. Beispielsweise betraf die obige Beschreibung integrierte Schaltkreise in Chipform, jedoch kann die Erfindung auch auf Wafern angewandt werden, indem mikrobearbeitete Sockel bereitgestellt werden, die die Verbindungsflächen jeder Wafer auf einem einzelnen Substrat reproduzieren.

Claims

1. Ein Testgerät für eine offene, integrierte Schaltkreisplatte (10) mit einem sich davon erstreckenden Kontakt (14), das folgendes umfaßt:

Ein Substrat (16) mit einer dem elektrischen Kontakt (14) entsprechenden Furche (20);

eine elastische Membran (18), die sich durchgehend durch die Furche (20) erstreckt; und

eine Vorrichtung (22), um die Leiterplatte (10) so gegen das Substrat zu halten, daß die Membran auf eine vorbestimmte Weise vom Kontakt in die Furche verformt wird;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Membran ein elektrisch leitfähiges Band oder Verbindung (18) aus einer Legierung mit Formgedächtnis ist; und

das Gerät ebenso eine Heizvorrichtung umfaßt, um das Substrat zu erhitzen und somit das Band (18) gegen den Kontakt (14) zu drücken.

2. Ein Testgerät nach Anspruch 1, worin die Legierung mit Formgedächtnis NiTi ist.

3. Ein Testgerät nach Anspruch 2, worin das Band oder die Verbindung (18) vergoldet ist.

4. Ein Testgerät nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Furche länger als der Kontakt ist, so daß der Kontakt beim Testen in die Furche passt.

5. Ein Testgerät nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Haltevorrichtung (22) eine Vakuumvorrichtung ist.

6. Ein Testgerät nach Anspruch 5, worin die Vakuumvorrichtung eine Öffnung (22) im Substrat umfaßt.

7. Ein Testgerät nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Furche in oder durch das Substrat geätzt ist.

8. Ein Testgerät nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Substrat aus Silizium besteht.

9. Ein Testgerät nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, um eine Leiterplatte mit einer Vielzahl von elektrischen Kontakten zu testen, worin das Substrat eine Vielzahl von Furchen besitzt, die alle ein dem Kontakt entsprechendes Band aufweisen.

10. Ein Verfahren, um eine offene, integrierte Leiterplatte (10) mit einer Vielzahl von sich davon erstreckenden Kontakten (14) zu testen, worin die Kontakte gegen jeweilige elastische, elektrisch leitfähige Flächen in einem Substrat (16) gedrängt werden und elektrische Signale zwischen den Kontakten und den Flächen ausgetauscht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen Bänder (18) aus einer Legierung mit Formgedächtnis umfassen, die sich über den Furchen (20) im Substrat erstrecken, und die Bänder deformiert werden, indem die Unterseite der jeweiligen Kontakte (14) in die jeweiligen Furchen gezwungen werden, die Bänder auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt werden, um sie in eine Richtung heraus aus den jeweiligen Furchen zu bringen, wodurch die elektrische Verbindung zwischen den Kontakten und den Bändern gewährleistet wird, und die Bänder nach dem Entfernen der Kontakte von den Bändern durch Kühlung im wesentlichen auf die Form vor dem Test zurückgebracht werden.

11. Ein Verfahren nach Anspruch 10, worin die Leiterplatte mittels eines Vakuums gegen das Substrat gehalten wird.