Иглоноситель для контроля полупроводниковых микросхем

 

Союз Советскик

Социапистическик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

G 01 R 31/26 с присоединением заявки №вЂ” (32) 21 ° 03.77

23) Приоритет—

31) WP G01R 19794б (33) ГДР

Опубликовано07. 10. 82. Бюллетень №37 фкударстееииый комитет

СССР по делам изо4ретеиий и открытий (53) УДКб21 ° 382. .002(088.8) Дата опубликования описания 07. 10. 82 (:ЕСОЬЗаИ ейнц

flkTEHTIIP. ЕХНИЮЕСЫ А

ИьлИ0 ЕЬ А (72) Авторы изобретения

Иностранцы

Зеевалд Вернер, Гохт Хартмут и Крюгер Карл (ГДР) Иностранное предприятие

"Феб Электромат Дрезден" (ГДР) (71) Заявитель (54 ) ИГЛОНОСИТЕЛЬ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

MHKP0CXFM!

Изобретение относится к иглоносителям для контроля полупроводнико-. вых микросхем, расположенных в определенном порядке на полупроводниковых пластинах, для измерения электри5 ческих.своиств этих полупроводниковых микросхем при создании полупроводниковых элементов.

Известен иглоноситель(патент COLA

N 3453545),у которого на корпусе, изготовленном в стабильной, не пружинящей форме, укреплена тонкая про/ волока из контактного материала, образующая иглу зонда, которая контактирует с полупроводниковыми элементами. Перемещение иглоносителя по высоте возможно посредством рычага, перемещаемого с помощью винта, пред- варительно затянутого пружиной, в котором зажат иглоноситель. го

Однако эта конструкция требует механических затрат и невыгодна для юстировки, так как приводит к слишком большим силам на острия иглы при кон2 тактировании с контактной площадкой полупроводниковой микросхемы.

Известна конструкция(патент СНА

N 3б11128),в которой острие иглы изготовлено из полосы листового ме", талла, образующего иглоноситель. Паз, проведенный горизонтально в полосе листового металла, обеспечивает малое воздействие пружины-. Эта конструк-ция может быть расположена с дру гими иглоносителями параллельно.

При этой конструкции существует опасность того, что стоящая на ребре полоса листового металла при нагрузке отклонится в сторону. Параллельный монтаж нескольких иглоносителей при малом расстоянии двух соседних контактных площадок требует высоких затрат на юстировку, чтобы избежать коротких замыканий между иглоносителями. Иглоноситель после износа острия иглы невозможно больше использовать, а после нового вмон1

3 964 тирования иглы юстировка иглоносите.ля требует дополнительных затрат.

Известна конструкция(патент СЯЛ

М 3781681)в которой острие иглы образовано суживающейся полосой листового металла, укрепленного на корпусе. Последний укреплен на карте для игл посредством различных элементов согласования.

Эта конструкция также требует механических затрат, имеет большой соб= ственный вес и не имеет пружинящего действия. Трудна также юстировка нововмонтированного иглоносителя.

Наиболее близкой к изобретению яв» ляется конструкция (патент СИЛ

Р 3810017), в которой корпус образован как иглоноситель. Этот корпус на одной стороне электрически соединен с картой для игл,на другой стороне его расположена пружинящая скоба, которая может быть перемещаема по высоте в Z-направлении посредством винта и уменьшающего трение шарика, находящегося между винтом и скобой.

На этой скобе припаяна пригодная для пайки трубка, в которой находится тонкий провод из контактного материала, укрепленный токопроводяще. Этот провод сужи вается и e ro свободный конец отс>гнут к изогнутому острию иглы, имеющему поверхность,пригоднуюдля контакта с контактными площадками полупроводниковой микросхемы, и слу>нащему,таким образом, в совокупности со множеством таких же иглоносителей, для изме. рения электрических свойств полупроводниковой схемы.

Однако при смене провода служащего в качестве иглы, нужно выпаивать трубку с проводом. Положение иглы перед припаиванием трубки нужно юстировать в специальном устройстве, чтобы плоскость, образованная осями изогнутого острия иглы и иглой, располагалась перпендикулярно к верхней поверхности полупроводниковой микросхемы. Вследствие короткой длины зажима и тугого зажима в трубке получается крутая характеристика пружины и большое изменение сил при определенном изменении пути. Большое соотношение между острием иглы и точ-. кой установления с одной стороны и точкой установления и укреплением скобы с другой стороны дает мало чувствительное перемецение острия иглы в 2-направлении и смещение острия иглы в сторону.

556

5 !

О !

35 ао

Цель изобретения — улучшение контакта между изогнутым острием иглы и поверхностью контактных площадок посредством придания игле соответствующей формы и соответствующим зажимом иглы у иглоносителя и выравнивание мельчайших различий высоты множества однотипных концов иглы так, чтобы при достаточном давлении на контакте гарантировался как пробой слоя окиси алюминия на верхней поверхности контактных площадок, так и предотвращался пробой слоя алюминия контактных плоцадок, и чтобы была возможна быстрая и простая смена иглы при сохранении вертикального положения плоскости, образованной осями изогнутого острия иглы и иглой, к верхней поверхности полупроводниковой микросхемы.

Предлагаемый иглоноситель для контроля полупроводниковых микросхем с иглой, имеющей изогнутое острие, особенно для многоканальных зондовщупов (Waterprober), у которых мно- . жество однотипных иглоносителей контактирует со множеством .контактных плоц|адок на полупроводниковой микросхеме, сконструирован так, что может быть установлен надле>нащим образом на карте для игл, преимущественно припаиванием вокруг концентрического отверстия. Карты для игл изготовлены из изолирующего материала, на котором с двух сторон расположены проводники в различных структурах. Эти ряды проводников оканчиваются у концентрического отверстия звездообразно и образуют здесь конI тактные поверхности, на которых известным образом закреплены иглоносители . Изогнутое острие иглы иглоносителя юстируется для этого сначала на контактную площадку полупроводниковой микросхемы. Эти контактные площадки имеют преимущественно квадратную форму с длиной ребра 0,1 мм.

Изменение положения изогнутого острия иглы от заранее определенной точки, происходящее при известных решениях из-за нагрева при припаивании иглоносителя на карту для игл, сказывается особенно отрицательно в вертикальном Z- направлени>

Контактируемая, изготовленная преимущественно из алюминия, контактная площадка имеет толщину слоя предпочтительно 1 мкм. Верхняя по964556 верхнос.> ь алюминия покрыта тонким слоем окиси алюминия, который предотвращает электрический контакт.

Контактное давление изогнутого острия иглы должно измеряться так, чтобы при различиях в юстировании по высоте различных изогнутых концов иглы при производственных допусках их диаметров изогнуть)м острием иглы пробивался слой окиси алюминия кон- 10 тактных площадок но не достигалась

) кремниевая поверхность, находящаяся под слоем алюминия. Поэтому положение изогнутого острия иглы относительно поверхности полупроводниковой 15 микросхемы должно быть регулируемым по высоте. Далее требуется быстрая и воспроизводимая смена иглы про-. стыми средствами. Плоскость, обра.— зованная осями изогнутого острия иг- 20 лы и иглы, после смены ставшей не1 пригодной, снова распогалается перпендикулярно к поверхности полупроводниковой микросхемы.

После припаивания множества игло- 25 носителей к карте для игл изогнутые острия игл находятся на различных уровнях, которые уравниваются перемещением отдельных изогнутых остриев игл в вертикальном Z-направлении. Не- 30 смотря на перемецение на один уровень высоты по отношению к верхней поверхности полупроводниковой микросхе мы иэ-за различий геометрических форм игл и характеристик материала иглы

35 возникают различные формы отпечатков на контактных площадках. От правильного проникновения острия иглы существенно зависит надежность электрического контактирования.

Острие иглы должно быть так подобрано по размеру, чтобы оно занимало стабильное положение и не колебалось при больших ускорениях в -направлении, появляющихся при ощупывании. Поэтому нельзя по-разному уменьшать диаметр проволоки иглы и и/> ли удлинять натяжную длину иглы.

Пружинящая игла должна иметь необходимую силу контакта и по возможности плоскую характеристику пружины, чтобы уменьшить недостатки при контактировании. Благодаря особому виду зажима при одинаковой эажиаемой длине сво55 бодного конца иглы получается боль" шая пружинящая длина иглы чем в известных конструкциях,)1, таким образом, при одинаковых характеристиках материала — более плоская характеристика пружины.

Задача изобретение заключается в создании иглоносителя для проверки полупроводниковых микросхем, у которого изогнутое острие иглы перемещаемо по высоте, чтобы игла имела пружиняющую длину с плоской характеристикой пружины для уравнения разниц высоты и/или допусков диаметра изогнутого острия иглы относительно множества одинаковых изогнутых остриев игл, чтобы игла была образована заменяемо с повторным применением всех остальных частей иглоносителя, без демонтажа последнего,и чтобы при смене иглы плоскость, образованная иглой и изогнутым острием иглы, располагалась перпенд>)кулярно к верхней поверхности полупроводниковой микросхемы.

Иглоноситель для проверки полупроводниковых микросхем на полупроводниковой подложке,имеющий иглу- с пригодным для контактирования с кон— тактной площадкой иэогнутыж острием, состоит из корпуса, припаянного одним поисоединительньпл концом к карте для игл..

Игла иглоносителя имеет на стороне, противоположной изогнутому острию, отогнутый (под угло)1), предпочтительно вертикально, конец, причем этот конец иглы вводится в два скрещивающихся под прямым углом, расположенных друг над другом паза, из которых один находится на корпусе, а другой — на направляющей плите, укрепленной посредством винта на корпусе. Иежду изогнутым острием иглы и отогнутым (под углом) концом иглы находится пружинящий отрезок, котооый укоеплен на трехточечной опоре образованной призматической опорой, поддерживающей пружинящий отрезок, и двумя поизмообразными, расположенными на расстоянии углублениями, которые находятся на корпусе в качестве контропоры.

В корпусе посредством гайки с возможностью перемецения по высоте расположен болт, который имеет в упоре в пазе призматическую опору. упоо служит для огоаничения пеоемещения по высоте. Направляющая плита, зацепляющаяся без зазора с пазом болта, служит защитой эт кручения при перемещении болта по высоте посредством гайки.

964556

Отогнутый (;под углом) конец вводится в оба паза таким образом, что плоскость, образованная осями изогнутого острия иглы и пружинящего отрезка, расположена перпендикулярно к верхней поверхности полупроводниковой микросхемы. Предпочтительно в этой плоскости располагается еще ось отогнутого конца.

Благодаря регулировке гайки болт. перемецается по высоте в корпусе.

При этом, так как игла натянута на опоре в трех точках, происходит прогибание иглы вдоль ее пружинящего отрезка, из-за чего изогнутое острие иглы также перемещается по высоте.

Этим уравниваются вызванный при припаивании изменения -регулированных уровней изогнутых остриев игл,так что множество одинаковых изогнутых остриев игл располагаются на одном уровне относительно поверхности полупроводниковой схемы.

Благодаоя установленному таким об- разом уровню изогнутого острия иглы избегаются ощибочные измерения, так как благодаря контактному давлению, одинаковому для всех изогнутых ост риев игЛ, между одним из изогнутых остриев игл и контактируюцей с ним частью контактной площадки происхо, дит или непробивание слоя окиси алю- миния контактной площадки, или пробой слоя алюминия контактной площадки до кремниевой поверхности rioлупроводниковой микросхемы.

Этот эффект, достигаемый благодаря перемецаемому по высоте острию иглы, усиливается, так как благодаря специальной опоре игла имеет пружинящий отрезок, кратный пружинящим отрезкам известных конструкции, и, таким образом, уравниваюций незначительные различие в уровне отдельных остриев игл при малых различиях силы контакта, Таким же образом уравниваются различные контактные давления при одинаковых силах контакта на изогнутых остоиях игл, которые возникают из-за технологически обусловленных разниц поверхностей на изогнутых остриях игл.

Благодаря форме и креплению иглы достигается возможность ее замены при ослаблении гайки. При этом все остальные части иглоносителя пригодны для последующего применения.

На фиг. 1 показан иглоноситель, вид сбоку; на йиг.2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 разрез A-А на. фиг.2; на фиг. 4 — график характеристики пружины,выполненной известным(а ) и предлагаемым (в ) способами.

Иглоноситель состоит из корпуса 1, который припаян нижней стороной присоединительного конца 2 к присоедини10 тельной -поверхности 3 карты 4 для игл. На корпусе находится болт 5, который укреплен посредством гайки 6.

На корпусе 1 посредством винта 7 укреплена направляющая плита 8 так, 15 что она зацепляется с пазом 9 болта

5 в продольном направлении корпуса 1.

На корпусе 1. расположены два призмообразных углубления 11 и 12 так, что они с призматической опорой 13

gp B пазе 14, укрепленном горизонтально в упоре 15 болта 5, пригодны для принятия пружинящего отрезка 17 иглы 16. Игла 16 вводится предпочтительно вертикально отогнутым концом 18 в паз 19 корпуса и в паз 20 направляющей плиты 8. Паз 19 расположен поперек корпуса 1, паз 20 в направляющей плите 8 вдоль корпуса 1.

Для того, чтобы отогнутый конец

18 можно было уложить в оба вертикально друг над другом стоящих паза 19 и 20, в присоединительном конце 2 в части отогнутого конца 18 нахо.дится отверстие 21.

На противоположной к отогнутому концу стороне иглы 16 находится изог нутое острие 22 иглы, имеюцее электрический контакт с контактной пло- . щадкой 23 полупроводниковой микро40 схемы 24 на полупроводниковой подложке 25.

\ благодаря перемецению гаики 6 болт 5 движется в вертикальном на45 правлении относительно корпуса I так что в результате поогибания пружинящего отрезка 17 между призмообразными углублениями 11 и 1? и призматической опорой 13 у болта 5 изогнутое острие иглы 22 перемещается в

50 противоположном направлении. Тем ! самым возможно установить уровни множества одинаковых изогнутых остриев 22 игл к верхней поверхности полупроводниковой микросхемы 24 и ! одновременно контактировать со множеством одинаковых контактных площадок 23. В результате того, что пружинящий отрезок 17 иглы 16 некреп9 9645 ко зажат у призмообразного углубления ll, а только наложен в трех точках опоры обоих прнзмообрвзных углублений 11 и 1? и призматической опоры 13, увеличивается двина пружинящего отрезка 17 иглы 16. Она кратна длинам пружин известных конструкций, у которых игла крепко зажата.

1(репление отогнутого конца 18 10 в обоих расположенных перпендикулярно друг над другом пазах 19 и 20 Обеспечивает расположение плоскости, образованной осями пружинящего отрез" ка 17 и изогнутого острия 22 иглы, и перпендикулярно к поверхности полупроводниковой микросхемы 24.

Направляющая плита 8, эацепляющаяся с пазом 9 болта 5, так подогнана посредством винта .7, что првдот- щ вращается кручение, болта 5 пои пере" мещении в вертикальном направлении посредством гайки 6.

Упор 15 служит для ограничения пути перемещения по высоте болта 5. 2

Паз 9 сформирован так, что при ослаблении гайки 6 болт 5 прикладывается благодаря упругости игль> 16 к направляющей плите 8 и остающаяся упругая деформация иглы 16 достаточна; чтобы она не выпала из трехточечной опоры.

Благодаря ослаблению гайки 6 болт

5 движется вниз и пружинящий отрезок 17 разжимается. Иглу 16 можно

35 повернуть теперь в сторону из обоих призмообразных углублений 11 и 12 и иэ открытого паза 14 вокруг отогнутого под углом конца 18 и вытащйть . из обоих пазов 19 и 20, а также из отверстия 21.

Введением новой иглы, такой же как и старая игла 16, в о6а паза 19 и 20; а также в отверстие 21 и последующим вдавливанием в оба приэмообразных углубления 11 и 12, а так" же в паз 14 возможна быстрая сиена иглы lб при дальнейщем нспольsosaнии всех остальных частей нгяОнО@и" теля без демонтажа >1глонооителя.. Формула изобретения

56 10 годным для контактирования контактной площадк>л полупроводниковых микросхем, отличающийся тем, что, игла 16 на стороне, противоположной изогнутому острию 22 иглы,имеет предпочтительно вертикально согнутый под углом конец 18, приче>л этот конец 18 игль> 16 вводится в два:терпендикулярно скрещивающихся расположенных друг под другом паза

f9 и 20, иэ которых паз 19 находится на корпусе l и паз 20 на направляющей плите 8, что игла 16 имеет пружинящий отрезок 17 между изогнутым острием 22 иглы и согнутым под углом концом 18, и этот пружинящий отрезок

17 расположен на трехточечной опоре, которая. образована посредством призматическо>л опоры 13, поддерживающей пружинящий отрезок 17, и двух расположенHbtx на расстоянии, выполненных как контропора призмообразных углублений 11 и 12, находящихся на корпусе 1, что изогнутое острие 22 1ложет быть перемещено по высоте с помощью перемещае>лой по высоте посредством гайки 6 призматической опоры 13 на болте 5, расположенном подвижно в корпусе Т, что перемещение болта 5 по высоте относительно корпуса ограничено упором 15,- и что направляющая плита 8, укрепленная с помощью винта 7 на корпусе, подогнана к пазу 9 болта 5.

2. Иглоноситель по п.l, о т л ич а ю шийся тем, что.согнутый под углом конец 13 вводится s оба паза 19 и 20 таким образом, что плоскость, образованная осями изогнуто-.

> o острия 22 иглы и пружинящего отрезка 17 иглы 16, расположена перперпендикулярно к верхней поверхности полупроводниковых микросхем 24.

3. Иглоноситель по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю »l и и с я тем, что оси изогнутого острия иглы, пружинящего отрезка 17 и согнутого под углом конца 1:8 иглы 16 лежат в одной плоскости.

4. Иглоносйтель по п.l, о т л ич а ю шийся тем, что игла 16 уйрейлена за>вменяемо, в то время как все остаМьнь>е части используются даль1. Иглоноситель для контроля полупроводниковых микросхем на пому" проводниковой подложке, который яие ет иглу с изогнуты>л острием 22, при»>е-.

>" >ризнано изобретением по результата»> экспертизь>, осуществленной ведо»>ством по изобретательству

ГертлансКой Демократической Республики.