CN102667511B - 用于调节半导体芯片的设备及使用该设备的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于调节半导体芯片的设备以及对应的测试方法。该设备包括：芯片温度控制装置(TE1、TE2、TE3)，用于接收一个或多个半导体芯片(C)且包括底座主体(G)，并且流体能够流过该底座主体(G)以进行温度控制，并且该底座主体(G)包括从该底座主体(G)的正面(VS)延伸至背面(RS)的相应数量的凹口(GA)；相应数量的芯片接合基座(S)，其插入所述凹口(GA)中与所述底座主体(G)热接触，并且在正面(VS)包括芯片接收区(SM)且在内部包括导线装置(D1、D2)，所述导线装置被构造用于提供来自和/或去往插入所述芯片接收区(SM)中的半导体芯片(C)的电信号；母板(30)，其以使得所述芯片接合基座(S)的所述导线装置(D1、D2)与该母板(30)的导线装置(32)电连接的方式附着至所述底座主体(G)的背面(RS)。

Description

用于调节半导体芯片的设备及使用该设备的测试方法
技术领域
本发明涉及用于调节半导体芯片的设备及使用该设备的测试方法。
背景技术
已知通常在-200℃与+400℃之间的温度范围内对半导体芯片进行测试测量。为进行温度控制，将半导体芯片置于接合基座上，该半导体芯片通过该接合基座而连接至电子测试设备，并且根据期望的温度冷却和/或加热该接合基座，且将该接合基座与半导体芯片一起在环境测试箱中进行测试。在这种情况下，必须保证半导体芯片的温度不会降到周围气态媒介的露点以下，否则湿气在芯片表面上冷凝或结冰，这会妨碍测试测量或者使其无法实现。
从EP 1 495 486 B1中已知一种用于调节半导体晶片的方法，该方法包括以下步骤：提供至少部分封闭且其中具有夹盘的空间，该夹盘用于接收半导体晶片；以及馈入干燥流体流经该夹盘，用于控制晶片的温度，流出该夹盘的流体中的至少一部分用于调节该空间内的气氛。
在用于调节半导体芯片的已知设备中，发现以下不利：环境测试箱的装载和卸载耗时，会发生冷凝问题且无法以高吞吐量测试多个芯片。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于调节半导体芯片的设备以及使用该设备的测试方法，该设备和方法可实现高效调节和高吞吐量。
本发明设备以及相应测试方法与已知方案相比的优势在于确保了高吞吐量和高操作可靠性，特别是还不存在冷凝问题。
本发明所基于的构思在于：提供芯片温度控制设备用于接收一个或多个半导体芯片，且该芯片温度控制设备包括底座主体，流体能够流过该底座主体以进行温度控制，并且该底座主体包括从其正面衍生到其背面的相应数量的凹口。
芯片接合基座分别插入底座主体的一个或多个凹口中，与该底座主体热接触，并且在正面上具有芯片接收区而在内部具有导线装置，该导线装置用于提供来自和/或去往插入芯片接收区中的半导体芯片的电信号。母板以使得芯片接合基座的导线装置与该母板的导线装置电连接的方式附着至底座主体的背面。
因此，由于一个或多个芯片接合基座可容易修改且能够根据任何芯片几何形状或芯片接合布置进行调整，所以保证了半导体芯片的良好的热连接以及高灵活性。
还提供了本发明的相关主题的有利演变和改进。
附图说明
本发明的实施例在以下说明中更加具体地进行描述且在附图中示出，其中在附图中：
图1是根据本发明的调节设备的第一实施例的示意图；
图2A是根据图1所示的本发明调节设备的第一温度控制装置在芯片插入的情况下沿线X-X’截取的示意性横截面；
图2B是根据图1所示的本发明调节设备的第一温度控制装置在芯片取走的情况下沿线X-X’截取的示意性横截面；
图3是在芯片取走的情况下根据图1所示的本发明调节设备的第一温度控制装置的俯视图；
图4是代表根据本发明调节设备的第二实施例的温度控制装置、母板和载物台的示意性主视图；
图5是根据本发明调节设备的另一实施例的第一温度控制装置的示意性横截面；
图6是根据本发明调节设备的又一实施例的第一温度控制装置的示意性横截面；
在附图中，相同的标号表示相同的或功能类似的部件。
具体实施方式
图1是根据本发明的调节设备的第一实施例的示意性横截面。
在图1中，标号1表示容器5中的空间，在该空间中设置温度控制装置TE1、TE2、TE3用于接收多个半导体芯片C。
在所示示例中，芯片温度控制装置TE1、TE2、TE3包括三个相同的模块TE1、TE2、TE3，其各自包括底座主体G，该底座主体例如由高级钢制成且流体(例如干燥空气)流经该底座主体用于进行温度控制。所述底座主体G各自包括多个凹口GA，该凹口从底座主体G的正面VS延伸到背面RS。
例如同样由高级钢制成的多个芯片接合基座S分别插入所述凹口GA中，与底座主体G热接触。芯片接合基座S在正面VS具有芯片接收区SM且在内部具有绝缘导线装置D1、D2，其用于提供来自和/或去往被插入芯片接收区SM中的半导体芯片C的电信号(参考图2A、图2B)。
母板30以使得芯片接合基座S的绝缘导线装置D1、D2与母板30的绝缘导线装置32电连接的方式附着至底座主体G的背面RS(见图2A、图2B)。从母板30的绝缘导线装置32引出带状电缆35至容器5外部，且该带状电缆35连接至产生测试信号并对半导体芯片C的响应信号进行评估的测试设备500。
底座主体G及附着至该底座主体的母板30被固定至任选是可移动的载物台20，该载物台例如能够沿X、Y和Z方向进行调整。
容器5的体积通常在1升与10升之间，基本上是封闭的且在芯片接收区SM上方包括盖1a，该盖1a例如为滑动盖，且能够自动打开以装载和卸载半导体芯片C。
设置有操纵设备100用于同时装载和卸载半导体芯片C，该操纵设备100例如为具有吸盘D的机器人。换而言之，能够在机器人100的单个工作步骤中装载或卸载全部半导体芯片。
容器5包括用于电缆和媒介供应管线的管道，且根据需要可包括用于在外部附接的探针的管道，该探针用于执行测试测量。但是，取决于应用，空间1未必由容器5气密性密封，但是必须被至少封闭到能够通过建立超压而防止潮湿的周围空气进行不期望的冷凝的程度。
而且，在每个底座主体G中集成了加热装置90，可通过电缆e1从外部对该加热装置90供电以进行加热，且该加热装置90包括温度探针(未示出)。
标号100表示露点传感器，通过该露点传感器能够检测容器5内的露点并通过电缆e2将相应的信号传递至容器5外部。特别而言，露点传感器100确保在打开该设施时的安全性，从而例如能够进行对抗式加热以防止冷凝。
在容器中还设有排放部件40(仅示出两个)，，通过该排放部件可将干燥空气或类似流体(例如氮)通过管线r4从外部引入到容器中，以使潮湿的环境空气排出容器5。
温度控制架2(其为单独的单元)通过电缆e1、e2和媒介供应管线r2、r3、r4与容器5连接，其在下文中描述。
温度控制器由标号80”表示，且能够通过加热所述加热装置90而控制芯片温度控制装置TE1、TE2、TE3的模块的底座主体G的温度，采用干燥空气形式的流体同时或逐一地流经所述底座主体G以进行冷却，如下文中更加详细所述。
温度控制器80”不仅用于加热所述加热装置90，而且还通过电缆e2与露点传感器100耦合，因而能够在具有冷凝或结冰风险时开始自动的对抗式加热。其还通过控制线缆ST控制温度控制装置70，因而承担中央温度控制系统的角色。
温度控制装置由标号70表示，通过管线r0和i1例如从气筒或者从空气干燥器将干燥空气引入该温度控制装置，并且该温度控制装置包括换热器95，该换热器95连接至冷却单元71、72，通过该冷却单元能够使其处于预定温度。
通过管线r0、i1引导的干燥空气被馈送经过换热器95，然后通过供应管线r2被引入容器5中到达接头K1，以使得从该接头以并行方式馈入底座主体的流体入口FI，流体入口相对于相应的冷却螺管或冷却管(未示出)是横向的。
对底座主体G进行了冷却的干燥空气通过该底座主体G的流体出口FO、通过接头K2、随后通过管线r3以并行方式排出，并且排放到容器5之外。
在温度控制装置70中还集成了加热装置105，且该加热装置105不与换热器95直接接触。管线r3以使得经由管线r3从取样器台10排出的加热装置105的干燥空气被引回至温度控制架2中的方式接入加热装置105。
经由管线r3被引回的干燥空气中的一部分在加热装置105之前经由管线i3分叉，并且被馈送经过换热器95，在该换热器95中，该部分干燥空气以与经由管线r0、i1新引入的干燥空气同样的方式有助于进行冷却。干燥空气经由管线i4从换热器95排出，并且在加热装置105之后与流经加热装置105的空气一起被直接引导。这种干燥空气从相应的接头经由管线r4和排放部件40而被馈送到容器5中用于调节该容器中的气氛。
用于记录空间1中的温度的温度传感器由标号4表示，并且将相应的温度信号TS传递至温度控制装置70，该温度控制装置70用于通过加热装置105控制温度。
本实施例还提供了可控混合阀46和旁路管线r10，使用该旁路管线r10可绕过换热器95。
通过使用这种布置，干燥空气在其被引导经过容器5的开口而回到大气中之前能够执行双重功能，特别是在初始时冷却底座主体G并随后调节空间1的气氛，因而其使用更加有效。一个特定的优势在于：从底座主体G流回的干燥空气的“残余寒冷”可用于冷却换热器95，并且同时可在经加热后被引回到容器5中。
图2A是根据图1所示的本发明调节设备的第一温度控制装置在芯片插入的情况下沿线X-X’截取的示意性横截面。图2B是根据图1所示的本发明调节设备的第一温度控制装置在芯片取走的情况下沿线X-X’截取的示意性横截面。
如图2A中所示，底座主体G具有矩形横截面，空隙GA近似设于中心并且从底座主体GA的正面VS延伸到其背面RS。在端面上，可见到流体入口FI和流体出口FO，流体入口FI和流体出口FO延伸至内部冷却管线迂回管路或从其延伸出。90a表示加热装置90的入口；90b表示相应的出口，加热装置90通常以嵌入式电阻器形式提供。芯片接合基座S具有近似方形的横截面并且从上方插入到空隙GA中，凸缘KR确保装配良好。通过芯片接合基座S与底座主体G的正装配，可保证最优的热连接。特别而言，由于底座主体G和芯片接合基座S两者都由相同材料(在该情况下是高级钢)制成，加强了这种热连接。另外，可以提供芯片接合基座S与底座主体G的螺丝连接(在本情况下为示出)，该螺丝连接例如位于凸缘KR区域中。芯片接收区SM位于芯片接合基座S的中心且相对于底座主体G的正面VS较低。在半导体芯片C的、用于接触的一侧(其面向芯片接合基座S)，设置接触表面(未示出)，其与设于芯片接合基座S内部的绝缘导线装置D1、D2连接。
绝缘导线装置D1、D2结束于芯片接合基座S的上表面，优选具有小突起针脚，其与半导体芯片C的接触表面形成直接接触，因而保证了探针形式的良好电连接。
在底座主体G的正面VS上，靠近芯片接合基座S而设有相应的芯片保持装置H1、H2(在图中为了清晰而未示出)，且其可被气动致动以通过将相应的半导体芯片C向下推而将所述芯片保持在相关联的芯片接收区SM中。为此，芯片保持装置H1、H2包括保持臂A1、A2，该保持臂可被气动致动，并且在图2A中在半导体芯片C插入的情况下示出而在图2B中在半导体芯片C去除的情况下示出。特别而言，根据图2B，在去除半导体芯片C时的保持臂A1、A2不仅竖直抬升而且横向旋转，以使得能够不中断地取出和放置半导体芯片C，其中，根据图2B，半导体芯片C位于操纵设备100的吸盘D。
在图2A、图2B中同样可清楚地看到绝缘导线装置D1、D2与绝缘导线装置32的连接，该导线装置32设于母板32上并且根据图1所示与带状电缆35连接。
图3是根据图1所示发明的调节设备的温度控制装置的俯视图，其中取出了芯片。
从图3中可以看出，底座主体G在俯视图中也呈矩形。导线装置D1、D2的探针型上端在图3中也可看出。
图4是代表根据本发明调节设备的第二实施例的温度控制装置、母板和载物台的示意性主视图。
在图4中所示的第二实施例中，具有温度控制装置TE1、TE2、TE3的母板30设在载物台20a上，该载物台20a可关于轴线A旋转，使得可在半导体芯片C的各个角位置进行试验测量。这类型半导体芯片C的与角度有关的测量特别对于MEMS技术中的加速度计而言是需要的，以能够校准芯片信号。
图5是根据本发明调节设备的另一实施例的第一温度控制装置的示意性横截面。
图5类似于图2A，标号H1’表示经变型的芯片保持装置。该芯片保持装置H1’包括保持臂A1’，在该保持臂A1’的末端设有由高级钢制成的盖板DP。该盖板DP能够以使其一部分与插入芯片接收区SM中的半导体芯片C热接触而另一部分与接合基座S热接触的方式施加至该半导体芯片C，盖板DP与芯片接合基座S之间的接触区由标号KO表示。
本实施例的优势在于保证芯片的甚至更佳的热连接。在这种情况下，盖板DP优选是覆盖整个芯片表面。
为取出半导体芯片C，保持臂A1’的盖板DP被抬起并侧向转开。
图6是根据本发明调节设备的又一实施例的第一温度控制装置的示意性横截面。
图6类似于图2A，在该实施例中，类似地设有由高级钢制成的盖板Dp’，该盖板DP’与半导体芯片C、芯片接合基座S和底座主体G热接触，针对温度控制装置TE1的接触区由标号KO’表示。盖板DP’经由保持臂A1’连接至铰接装置G，通过控制信号SK能够气动控制、电力控制或机械控制该铰接装置。
在操作根据图1至图6所示本发明调节设备的所示实施例时，多个半导体芯片C通过操纵设备100被自动插入温度控制装置TE1、TE2、TE3的芯片接收区SM中，其中，容器5的盖1a是开启的。
随后关闭容器5的盖1a，并使芯片温度控制装置TE1、TE2、TE3达到预定测量温度，例如-40℃。当达到测量温度时，根据期望的测试程序，从插入芯片接收区SM中的半导体芯片C馈入测试设备500的电信号和/或将测试设备500的电信号馈入该半导体芯片C。
在完成测量之后，盖1a打开，通过从排放部件40排出干燥空气，保证存在过压，使得温度控制装置TE1、TE2、TE3可保持处于较低温度而不结冰。
在从芯片接合基座S的芯片接收区SM自动取出所述多个半导体芯片C之后，可再次进行装载等等。
尽管上文中参照优选实施例描述了本发明，但是本发明不限于这些实施例，而是能够以各种方式进行修改。
尽管在上述实施例中提供了用于半导体芯片的保持装置以特别是在具有不同角位置的测量期间将所述芯片保持在芯片接收区中，但这不是必需的，特别是如果在水平时进行测量，则不是必需的。保持装置可不仅以气动保持装置形式提供，也可以电形式或机电形式实现。
类似地，芯片接合基座的底座主体的几何形状仅为示例性的，并且能够以多种方式变化。温度控制装置的模块的数量也可以专用方式进行选择。

Claims (11)

1.一种用于调节半导体芯片的设备，包括：
芯片温度控制装置(TE1、TE2、TE3)，用于接收一个或多个半导体芯片(C)且包括底座主体(G)，并且流体能够流过该底座主体(G)以进行温度控制，并且该底座主体(G)包括从该底座主体(G)的正面(VS)延伸至背面(RS)的多个凹口(GA)；
多个芯片接合基座(S)，所述芯片接合基座插入所述凹口(GA)中与所述底座主体(G)热接触，并且在正面(VS)包括芯片接收区(SM)且在内部包括导线装置(D1、D2)，所述导线装置被构造用于提供来自和/或去往插入所述芯片接收区(SM)中的半导体芯片(C)的电信号；
母板(30)，其以使得所述芯片接合基座(S)的所述导线装置(D1、D2)与该母板(30)的导线装置(32)电连接的方式附着至所述底座主体(G)的背面(RS)；以及
载物台(20；20a)，所述底座主体(G)和附着至该底座主体(G)的所述母板(30)被固定至该载物台(20；20a)，并且该载物台(20；20a)能够关于至少一个轴线(A)旋转；
在所述底座主体(G)的正面(VS)上邻近所述芯片接合基座(S)设置的相应的芯片保持装置(H1、H2)，并且能够对该芯片保持装置(H1、H2)进行致动以将相应的半导体芯片(C)保持在相关联的芯片接收区(SM)中；
所述芯片保持装置(H1、H2)包括保持臂(A1、A2)，能够对所述保持臂(A1、A2)进行机械致动、气动致动或电致动，并且所述保持臂(A1、A2)相对于所述底座主体(G)可侧向旋转。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述芯片温度控制装置(TE1、TE2、TE3)设置在封闭的容器(1)中，该容器(1)在所述芯片接收区(SM)上方包括盖(1a)，该盖(1a)能够开启用于装载和卸载所述半导体芯片(C)。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，操纵设备(100)被提供用于同时装载或卸载所述多个半导体芯片(C)。
4.根据权利要求2所述的设备，其中，提供管线装置(r2、r3、r4、i3、i4)用于将来自容器(1)外部的流体馈送到该容器(1)中并且经过所述芯片温度控制装置(TE1、TE2、TE3)，并且用于将从所述芯片温度控制装置(TE1、TE2、TE3)排出的流体中的至少一部分馈送到该容器(1)中用于调节所述容器(1)中的气氛。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述管线装置(r2、r3、r4、i3、i4)包括：
第一管线(r2)，流体能够通过该第一管线(r2)从所述容器(1)外部馈送到该容器(1)中并且进入所述芯片温度控制装置(TE1、TE2、TE3)；
第二管线(r3)，流体能够通过该第二管线(r3)从所述芯片温度控制装置(TE1、TE2、TE3)被排出到空间(1)外部；以及
第三管线(r4)，从容器(1)排出的流体能够通过该第三管线(r4)从该容器(1)外部引回至该容器(1)中；
在所述容器(1)外部、在所述第二管线(r3)和第三管线(r4)之间设置温度控制装置(70)。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，在所述第三管线(r4)的末端设置排放部件(40)。
7.根据权利要求1或2所述的设备，其中，相应的盖板(DP；DP’)能够以使得与插入芯片接收区(SM)中的相应半导体芯片(C)、所述底座主体(G)和/或所述芯片接合基座(S)热接触的方式施加至该半导体芯片(C)。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述盖板(DP’)能够通过可控制的铰接装置(G A1”)施加。
9.一种用于使用根据权利要求1所述的设备来调节半导体芯片的方法，包括步骤：
使用操作设备(100)将多个半导体芯片(C)自动插入到芯片温度控制装置(TE1、TE2、TE3)的芯片接收区(SM)中；
致动相应的芯片保持装置(H1、H2)，以将相应的半导体芯片(C)保持在相关联的芯片接收区(SM)中，使得所述保持臂(A1、A2)相对于所述底座主体(G)侧向旋转；
使所述芯片温度控制装置(TE1、TE2、TE3)达到预定温度；
在所述载物台(20；20a)的至少两个不同的旋转位置，根据期望的测试程序，馈送来自和/或去往插入到处于所述预定温度的所述芯片接收区(SM)中的相应半导体芯片(C)的电信号；以及
从所述芯片温度控制装置(TE1、TE2、TE3)的所述芯片接收区(SM)自动取出所述半导体芯片(C)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述芯片温度控制装置(TE1、TE2、TE3)设置在封闭的容器(1)中，该容器(1)在所述芯片接收区(SM)上方包括盖(1a)，该盖(1a)能够开启用于装载和卸载所述半导体芯片(C)，该方法包括步骤：
当所述盖开启时，在所述容器(1)中产生所述流体的过压。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，通过将从所述芯片温度控制装置(TE1、TE2、TE3)排出的流体中的至少一部分馈送到所述容器(1)中用于调节所述容器(1)中的气氛，产生所述过压。
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