DD290961A5 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines nadeltraegers zum testen von halbleiterstrukturen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Nadeltraegers, welcher montiert auf eine Nadelkarte zur elektrischen Testung von Halbleiterchips dient. Erfindungsgemaesz besteht ein Justagetraeger aus einem zentral angeordneten, ein Justagechip tragenden Kolben, der von einem Innenzylinder in Verbindung mit einem Auszenzylinder umschlossen ist. Auf der geneigten Oberflaeche des mit einem Schmelzklebstoff beschichteten Auszenzylinders liegt der gerade auslaufende Teil eines Sondenschaftes und zwischen den sich gegenueberliegenden, die gleiche Neigung aufweisenden und mit Klebstoff beschichteten Ringflaechen des von einem Haltering einer Aufnahmevorrichtung gefaszten Traegerringes und eines auf dem Innenzylinder gesetzten Trennringes der mittlere Teil des Sondenschaftes. Auszerdem ist ueber dem Auszenzylinder eine den Zustand des Schmelzklebstoffes veraendernde Waermequelle angeordnet. Erfindungsgemaesz wird die geneigte Oberflaeche des Auszenzylinders mit Schmelzklebstoff beschichtet, werden die auf dem ausgehaerteten Schmelzklebstoff liegenden und ausgerichteten Sondennadeln, deren Sondenschaefte hinter dem Auszenzylinder stark abgewinkelt sind, partiell so erwaermt, dasz eine stoffschluessige Verbindung mit dem Auszenzylinder entsteht und werden die mit Klebstoff beschichteten Ringflaechen des Traegerringes und Trennringes mit den dazwischen liegenden Sondenschaeften gefuegt und verklebt. Fig. 1{Vorrichtung; Nadeltraeger; Justagetraeger; Traegerring; Trennring; Schmelzklebstoff; Verfahren; abgewinkelte Sondenschaefte; Erwaermen; Schnellanhaertung}
Description
Hierzu 1 Seite Zeichnungen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Nadelträgers, welcher montiert auf einer Nadelkarte zur elektrischen Testung von Halbleiterchips dient und überall dort angewendet werden kann, wo kleinste Kontaktelemente auf engstem Raum präzise, stoffschlüssig und voneinander isoliert montiert werden.
Allgemein sind Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Nadelträgern bekannt, bei denen eine Vielzahl von Sondennadeln zum Beispiel mittels Epoxydharz verklebt werden.
So wird in der DD-PS 241139 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Nadelträgers beschrieben, bei dem sich auf einem Justageträger ein zentral angeordnetes Mittel zum Ausrichten von Sondenspitzen und ein Kreisteilring mit einem spezifischen Muster zum Ausrichten von Sondenschäften befinden. Außerhalb dieses Mittels ist eine ringförmige Klebstofform in einer Vertiefung gelagert und über dieser ein Spannring zur Aufnahme eines Trägerringes des Nadellagers angeordnet.
Verfahrensgemäß wird eine Haftmasse auf die Oberfläche des Justageträgers aufgetragen, die Oberfläche der Klebstofform mit einem Trennmittel benetzt und anschließend gleichmäßig ein Klebstoff eingefüllt. Nach dem Ausrichten der Sondennadeln und Fixieren mit der Haftmasse werden der Trägerring und die Sondennadeln durch Zueinanderführen der Klebstofform und des Spannringes gefügt und verklebt.
Nachteilig erweist sich bei dieser Lösung, daß der Klebstoff vor der Justage der Sondennadeln in die beweglich gelagerte Klebstofform gegeben wird, wodurch es einerseits zum Verkleben der Klebstofform mit dem Justageträger kommt und andererseits der Justagezeitraum für die Sondennadeln begrenzt ist. Dies führt insbesondere bei hochpoligen Chips dazu, daß der Klebstoff vor Beendigung der Justage sämtlicher Sondennadeln anhärtet. Weiterhin wird durch die Lage der Sondennadeln auf dem Justageträger keine exakte Senkrechtstellung der Sondenspitzen gewährleistet.
Des weiteren ist in der US-PS 4.567.433 eine komplette Nadelkarte zum Testen von Halbleiterscheiben beschrieben, deren Nadeln auf einem Feld eines Halbleiterchips verteilt sind.
Bei der entsprechenden Vorrichtung ist mittig eine gedruckte Schaltung mit zentralen Einteilungen für Bohrungen angeordnet.
Der Sondennadelschaft liegt während des Fügeprozosses ohne feste Arretierung auf einem Hilfsring der Vorrichtung. Damit erweist sich auch bei dieser Lösung die Art der Lagerung und Fixierung der Sondennadeln als nachteilig. Diese können an ihrem Schaftende verrutschen und es treten mechanische Spannungen auf, die unzulässig große Höhentoleranzen des gefertigten Nadelträgers aufweisen.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, daß sich mit der Erhöhung der Positioniergenauigkeit der Zeitaufwand für eine Nachjustage von Sondennadeln eines fertiggestellten Nadelträgers verringert sowie die Vorrichtung zur Herstellung desselben mit geringstmöglichen Reinigungs- und Wartungsaufwand betrieben wird.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Nadelträgers zum Testen von Halbleiterstrukturen darzustellen, die es ermöglichen. Nadelträger mit höherer Präzision und besserer Reproduzierbarkeit der mechanischen Parameter herzustellen und über die Justagezeit der Sondennadeln unabhängig von der Härtezeit des verwendeten Klebstoffes verfügen zu können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe im wesentlichen mit einem Justageträger mit einem zentral angeordneten Justagechip und Mitteln zum Ausrichten von Sondennadeln sowie einer darüber angeordneten Aufnahmevorrichtung für einen Trägerring dadurch gelöst, daß der Justageträger ein System justierbarer Zylinder und Ringe darstellt. Diese umfassen einen zentral angeordneten, das Justagechip tragenden Kolben, der von einem Innenzylinder in Verbindung mit einem Außenzylinder umschlossen ist.
In den Kolben sind vorzugsweise Vakuumkanäle eingebaut. Diese ermöglichen eine feste Lag jrung sowie ein schnelles und sauberes Auswechseln des Justagechips. Auf der geneigten Oberfläche des mit einem Schmelzklebstoff beschichteten Außenzylinders liegt der gerade auslaufende Teil eines Sondenschaftes und zwischen den sich gegenüberliegenden Ringflächen des von einem Haltering der Aufnahmevorrichtung gefaßten Trägei ringes und eines auf den Innenzylinder gesetzten Trennringes der mittlere Teil des Sondenschaftes.
Die Ringflächen sind an ihren zueinanderliegenden, die gleiche Neigung aufweisenden Seiten mit Klebstoff beschichtet. Dabei ist vorzugsweise das Material des Trennringes so beschaffen, daß es keine feste Verbindung mit dem Klebstoff eingeht, um ein späteres Lösen vom fertiggestellten Nadelträger zu ermöglichen.
Zur dosierten Wärmezufuhr des Schmelzklebstoffes zur Herstellung einer lösbaren Klebverbindung zwischen dem gerade auslaufenden Teil des Sondenschaftes und dem Außenzylinder, ist über diesem eine Wärmequelle angeordnet.
Zur Realisierung einer Feineinstellung des Winkels der Sondennadeln zur Waagerechten und um Höhenunterschiede des Justagechips auszugleichen, sind der Kolben vorzugsweise mittels einer Hebemechanik und der Außenzylinder vorzugsweise mittels eines Feintriebes vertikal verschiebbar.
Zur weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der mittels Haltering gefaßte Trägerring in Verbindung mit einem Ausleger um mehrere Achsen beweglich gelagert.
Der vorzugsweise Aufbau einer zweiten Ebene Sondennadeln kann realisiert werden, indem um den Außenzylinder des Justageträgers ein zusätzlicher, ebenfalls mit Schmelzklebstoff beschichteter Außenzylinder angeordnet ist, wobei die abgewinkelten Sondenschäfte der ersten Ebene abgetrennt sind.
Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren zur Herstellung eines Nadelträgers, wobsi in bekannter Weise Sondennadeln entsprechend einer Anordnung von Justagelöchern in einem Justagechip und Mitteln ausgerichtet und mit einem Trägerring verklebt v/erden sowie eine Suinellanhärtung erfolgt, die geneigte Oberfläche eines Außenzylinders mit einem Schmelzklebstoff beschichtet. Anschließend werden die auf dem ausgehärteten Schmelzklebstoff liegenden und ausgerichteten Sondenschäfte einer Ebene partiell so erwärmt, daß sie in den Schmelzklebstoff einsinken und eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Außenzylinder bilden. Dabei erweist sich als vorteilhaft, daß die Sondenschäfte hinter dem Außenzylinder stark abgewinkelt und somit durch Einschwingen der Sondennadeln die Senkrechtstellung der Sondenspitzen in den Justagelöchern bewirkt wird. Der Justier- und Fixierprozeß kann dadurch mit hoher Präzision durchgeführt werden.
vom Justageträger abgehoben, um einen mit Klebstoff beschichteten Trennring auf einen Innenzylinder zu setzen. Danach wirdein abgesenkter, an der Innenseite ebenfalls mit Klebstoff beschichteter Trägerring mit dem Trennung und α,?.)dazwischenliegenden Sondennadeln gefügt und verklebt.
durch Erwärmen des Schmelzklebstoffes der Außenzylinder abgelöst und der Trennring abgezogen.
wird wie beschrieben die erste Ebene Sondennadeln auf dem Außenzylinder fixiert und mit dem Trennring verklebt. Danach wirdein mit Klebstoff beschichteter Hilfstrenni ing abgesenkt und mit den auf dem Trennring liegenden Sondenschäften gefügt,verklebt sowie wieder abgelöst, wobei der Klebstoff auf den Sondenschäften haften bleibt. Anschließend werden von diesen dieabgewinkelten Sondenschäfte abgetrennt, um auf einem zusätzlichen, ebenfalls mit Schmelzklebstoff beschichteten
positionierten Ebene zu verkleben.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel und anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigen:
Fig. 1: die Teilansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 2: die Schnittansicht fixierter Sondennadeln.
bekanntermaßen eine Aufnahmevorrichtung für einen Trägerring 12.
mit ihren Sondenschäften 9 in der Schicht Schmelzklebstoff 7 des Außenzylinders 3.
die Kreiseinteilung, die duch die dünne Schicht Schmelzklebstoff 7 sichtbar sind.
insbesondere aus einem Material, z. B. aus PTFE, das keine feste Verbindung mit dem Klebstoff 13 eingeht. Mittels eines
fixierten Sondenschäften 9 eingestellt werden. Diese Anordnung und Maßnahmen ermöglichen eine saubere und ebene
dem Klebstoff 13 verzichtet werden.
konisch auslaufenden Spitze ausgeführt, die an einer Phase 18 des Innenzylinders 2 anliegt.
aufweisenden und mit Klebstoff 13 beschichteten Ringflächen des Trägerringes 12 und Trennringes 16. Der Trägerring 12 ist ineinem Haltering 14 eingefaßt, der mit einem Ausleger 15 verbunden ist. Diese Aufnahmevorrichtung für den Trägerring 12 istmittels eines hier nicht dargestellten Manipulators um mehrere Mchsen beweglich gelagert und somit exakt über den fixierten
beschichteten zusätzlichen Außenzylinders und auf den mit Klebstoff 13 beschichteten Sondenschäften 9 der ersten Ebene.
beschichtet. Nach dessen Erstarren werden die Sondennadeln entsprechend den Justagelöchern 5 und einem Muster manuellausgerichtet. Zur Feineinstellung des Winkels der Sondennadeln zur Waagerechten und um Höhenunterschiede des
und fixiert, indem die auf dem Schmelzklebstoff 7 liegenden Sondenschäfte 9 mittels der Wärmequelle 10 partiell erwärmtwerden. Dies bewirkt gem. Fig. 2 ein tinsinken der Sondenschäfte 9 in den Schmelzklebstoff 7. Dabei erweist sich als vorteilhaft,daß die Sondenschäfte 9 hinter dem Außenzylinder 3 stack abgewinkelt sind und somit durch Einschwingen der Sondennadelneine Senkrechtstellung der Sondenspitzen 8 in den Justagelöchern 5 gewährleistet wird. Die exakte Lage kann mittels Mikroskopkontrolliert werden. Mit Beendigung der Justage wird die Wärmequelle 10 abgeschaltet. Nach wiederholtem Erstarren des
Schmelzkiebstoffes 7 sind die fixierten Sondennadeln fest mit dem Außenzylindor 3 verbunden. Auf die beschriebene Art und Weise werden alle Sondennadeln fixiert. Anschließend muß der Außenzylinder 3 vorläufig vom Justageträger abgehoben werden, um den mit Klebstoff 13 beschichteten Trennring 16 auf den Innenzylinder 2 zu setzen. Danach wird der mit den Sondennadeln bestückte Außenzylinder 3 wieder über den Innenzylinder 2 gestülpt und allmählich mittels Feintrieb 17 abgesenkt, bis der Spalt zwischen Sondenschaft 9 und Trennring 16 exakt eingestellt ist und die Sondenschäfte 9 vom Klebstoff 13 umschlossen werden. Anschließend wird der mit Klebstoff 13 beschichtete Trägerring 12 abgesenkt und mit den auf dom Trennring 16 liegenden Sondenschäften 9 gefügt und verklebt. Vorzugsweise erfolgt nunmehr über Temperung ein? Schnellanhärtung des Klebstoffverbundes. Nach dem Aushärten des Klebstoffes 13 wird mittels dem Ausleger 15 der Aufnahmevorrichtung der komplette Nadelträger vom Justageträger abgehoben.
Durch Erwärmen des Schmelzklebstoffes 7 wird der Außenzylinder 3 von den Sondenschäften 9 abgezogen und der Trennring 16 abgetrennt.
Nach Beschneiden der Sondennadeln am hinteren Sondenschaft 9 ist der fertiggestellte komplette Nadelträger in einer entsprechenden Nadelkarte einsetzbar.
Eine Variante des erfindungsgemäUcn Verfahrens betrifft den Aufbau einer zweiten Ebene Sondennadeln. Zunächst wird wie ^ schrieben die erste Ebene Sondennadeln auf dem Außenzylinder 3 des Justageträgers fixiert und mit dem Trennring 16 verklebt. Danach werden die auf dem Trennsing I6 liegenden Sondenschäfte 9 mit Klebstoff 13 beschichtet. Dies erfolgt in der Weise, daß ein vom Haltering 14 gefaßter, mit einer Trennmittelschicht und dem Klebstoff 13 beschichteter Hilfstrennring -zeichnerisch nicht dargestellt - abgesenkt und mit den Sondens :häften 9 gefügt, verklebt sowie wieder abgelöst wird. Anschließend werden von diesen die abgewinkelten Sondensc*iäfte 9 abgetrennt, um einen zusätzlichen - zeichnerisch nicht dargestellten - mit Schmelzklebstoff 7 beschichteten Außenzyl.nder auf den Außenzylinder 3 zu stülpen. Auf der geneigten Oberfläche des zusätzlichen Außenzylinders wird der hintere Teil der Sondenschäfte 9 der zweiten Ebene ausgerichtet und fixiert. Folgend wird der zusätzliche Außenzylinder so justiert, daß jeweils die mittleren Teile der Sondenschäfte 9 der zwei Ebenen vom aufgetragenen Klebstoff 13 umschlossen und miteinander verklebt werden.
Die anschließenden Verfahrensschritte betreffen analog dem schon beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren das Fügen und Verkleben des Trägerringes 12 und Trennringes 16 nunmehr mit den dazwischenliegenden zwei verklebten Ebenen Sondennadeln. Mit dieser Verfahrensweise kann ohne enorme Aufwendungen die Zahl der zu verklebenden Sondennadeln entsprechend den Anforderungen erheblich erhöht werden.
Claims (8)
1. Vorrichtung zur Herstellung eines Nadelträgers zum Testen von Halbleiterstrukturen im wesentlichen bestehend aus einem Justierträger mit zentral angeordnetem Justagechip und Mitteln zum Ausrichten von Sondennadeln sowie einer darüber angeordneten manipulierbaren Aufnahmevorrichtung für einen Trägerring, dadurch gekennzeichnet, daß der Justageträger ein System justierbarer Zylinder und Ring umfaßt, wobei ein zentral angeordneter, das Justagechip (4) tragender Kolben (1) von einem Innenzylinder (2) in Verbindung mit einem Außenzylinder (3) umschlossen ist, daß auf der geneigten Oberfläche des mit einem Schmelzklebstoff (7) beschichteten Außenzylinder (9) und zwischen den sich gegenüberliegenden, die gleiche Neigung aufweisenden un J mit Klebstoff (13) beschichteten Ringflächen des von einem Haltering (14) der Aufnahmevorrichtung gefaßten Trägerringes (12) und eines auf den Innenzylinder (2) gesetzten Trennringes (16) der mittlere Teil des Sondenschaftes (9) liegt und daß über dem Außenzylinder (3) eine den Zustand des Schmelzklebstoffes (7) verändernde Wärmequelle (10) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolben (1) Vakuumkanäle (6) eingebaut sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennring (16) aus einem Material geschaffen ist, das mit dem Klebstoff (13) keine feste Verbindung eingeht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenzylinder (3) mittels eines Feintriebes (17) und der Kolben (1) mittels einer Hebemechanik (19) vertikal verschiebbar sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels Haltering (14) gefaßte Trägerring (12) in Verbindung mit einem Ausleger (15) um mehrere Achsen beweglich gelagert ist,
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbau einer weiteren Ebene Sondennadeln über den Außenzylinder (3) ein zusätzlicher, ebenfalls mit Schmelzklebstoff (7) beschichteter Außenzylinder gestülpt ist, wobei die abgewinkelten Sondenschäfte (9) der ersten Ebene Sondennadeln abgetrennt sind.
7. Verfahren zur Herstellung eines Nadelträgers zum Testen von Halbleiterstrukturen, wobei Sondennadeln entsprechend einer Anordnung von Justagelöchern in einem Justagechip und Mitteln ausgerichtet und mit einem Trägerring verklebt werden, sowie eine Schnellanhärtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigte Oberfläche eines Außenzylinders (3) mit einem Schmelzklebstoff (7) beschichtet wird, nach dessen Erstarren die Sondennadeln einer Ebene ausgerichtet werden, wobei die Sondenschäfte (9) hinter dem Außenzylinder (3) stark abgewinkelt sind, daß hiernach die auf dem ausgehärteten Schmelzklebstoff (7) liegenden Sondenschäfte (9) partiell so erwärmt werden, daß eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Außenzylinder (3) gebildet wird, daß nach wiederholtem Erstarren des Schmelzklebstoffes (7) der Außenzylinder (3) vom Justageträger abgehoben wird, um einen mit Klebstoff (13) beschichteten Trennring (16) auf den Innenzylinder (2) zu setzen, daß folgend der abgesenkte, an der Innenseite ebenfalls mit Klebstoff (13) beschichtete Trägerring (12) und Trennring (16) mit den dazwischenliegenden Sondennadeln gefügt und verklebt werden und daß nach erfolgter Schnellanhärtung des Klebstoffverbundes von dem angehobenen Trägerring (12) der Außenzylinder (3) durch Erwärmen des Schmelzklebstoffes (7) und der Trennring (16) durch Abziehen abgetrennt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbau einer weiteren Ebene Sondennadeln nach dem Fixieren und Verkleben der ersten Ebene Sondennadeln mit dem Außenzylinder (3) und Trennring (16) und vor dem Fügen und Verkleben des Trägerringes (12) und Trennringes (16) mit den dazwischenliegenden Sondennadeln ein mit Klebstoff (13) beschichteter Hilfstrennring abgesenkt und mit den auf dem Trennring (16) liegenden Sondenschäften (9) gefügt, verklebt sowie wieder abgelöst wird, daß anschließend die abgewinkelten Sondenschäfte (9) abgetrennt werden, um auf einem zusät^'^hen, ebenfalls mit Schmelzklebstoff (7) beschichteten Außenzylinder die zweite Ebene Sonc ennadeln auszurichten, zu fixieren und mit der ersten Ebene zu verkleben.
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