CN114184939A

CN114184939A - 一种适于超低温环境的芯片夹持装置

Info

Publication number: CN114184939A
Application number: CN202111655435.6A
Authority: CN
Inventors: 孙皓熙; 王河; 宗俊吉; 艾博
Original assignee: Beijing Semiconductor Equipment Institute
Current assignee: Beijing Semiconductor Equipment Institute
Priority date: 2021-12-30
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2041-12-30
Also published as: CN114184939B

Abstract

本发明公开了一种适于超低温环境的芯片夹持装置，所述适于超低温环境的芯片夹持装置包括：支撑组件；承载组件，安装于支撑组件上端，承载组件具有用于承载芯片的承载面；芯片挡板，设于承载面；滑动上板，设于承载面，滑动上板相对于芯片挡板的位置调节，滑动上板适于配合芯片挡板夹持芯片；支撑组件、承载组件、芯片挡板以及滑动上板均为耐冷材料件，且支撑组件以及承载组件均具有低温介质流通通道。采用本发明技术方案，使用支撑组件、承载组件、芯片挡板、滑动上板组成的芯片夹持装置，结构简易可实现对不同大小芯片的夹持，降低了成本且使用耐低温材料使得芯片夹持装置可以浸入低温介质中不易损坏。

Description

一种适于超低温环境的芯片夹持装置

技术领域

本发明涉及芯片测试技术领域，尤其涉及一种适于超低温环境的芯片夹持装置。

背景技术

在半导体芯片生产过程中，芯片测试是一道重要的工序，在芯片制造完成后，利用探针对芯片上的每个焊盘进行稳定的物理接触，测试其电参数特性，将不符合电参数的芯片做标记，在后续工序中剔除，提高成品率。不同用途的芯片需要不同的测试环境，例如高温、高压、低温或超低温环境等。现有的芯片测试设备以真空吸盘或电机驱动机构作为执行机构的夹具，存在零部件制造或购买费用较高且无法直接应用于低温及超低温工况的问题。芯片为满足低温或超低温的环境，特别是超低温时，需要和夹持装置一同浸没于低温介质之中，现有真空吸盘或以电机驱动的机构不能满足此要求。

发明内容

本发明提供一种适于超低温环境的芯片夹持装置，用以至少解决现有技术中芯片测试夹具成本高且无法浸入低温介质中的问题。

根据本发明实施例提出的一种适于超低温环境的芯片夹持装置，包括：

支撑组件；

承载组件，安装于所述支撑组件上端，所述承载组件具有用于承载芯片的承载面；

芯片挡板，设于所述承载面；

滑动上板，设于所述承载面，所述滑动上板相对于所述芯片挡板的位置可调，所述滑动上板适于配合所述芯片挡板夹持所述芯片；

所述支撑组件、所述承载组件、所述芯片挡板以及所述滑动上板均为耐冷材料件，且所述支撑组件以及所述承载组件均具有低温介质流通通道。

根据本发明的一些实施例，所述耐冷材料件包括聚醚酰亚胺件。

根据本发明的一些实施例，所述支撑组件包括：

中空的底座，呈圆台状，所述底座的周壁设有至少一个贯通的槽口；

中空的工作台座，呈圆柱状，所述工作台座的一端通过翻边结构与所述底座连接，所述工作台座与所述底座内部连通。

根据本发明的一些实施例，所述承载组件包括：

定位台座，底部与所述工作台座的另一端连接，所述定位台座具有连通所述工作台座内部的贯通通道；

承片台，底部与所述定位台座的顶部连接，所述承片台的顶部形成所述承载面。

根据本发明的一些实施例，所述定位台座的底部设有凸起部，所述工作台座的另一端适于外套于所述凸起部，所述贯通通道贯通所述凸起部。

根据本发明的一些实施例，所述滑动上板通过滑动组件连接至所述承载组件；

所述滑动组件包括：

螺钉，与所述承载组件周壁上的螺纹孔配合连接，且所述螺钉的螺帽与所述承载组件间隔开；

滑块，套设于所述螺钉的螺杆，所述滑动上板连接于所述滑块；

弹簧，套设于所述螺杆且位于所述螺帽与所述滑块之间。

根据本发明的一些实施例，所述滑动组件还包括：

滑块挡板，套设于所述螺杆，所述弹簧夹设于所述滑块挡板与所述滑块之间。

根据本发明的一些实施例，所述滑动组件还包括：

第一滑槽导块，安装于所述承载组件周壁；

第二滑槽导块，安装于所述承载组件周壁且与所述第一滑槽导块间隔开，所述滑块位于所述第一滑槽导块与所述第二滑槽导块之间，所述第一滑槽导块与所述第二滑槽导块用于限定所述滑块的滑动。

根据本发明的一些实施例，所述芯片挡板用于夹持所述芯片的一侧具有至少一个平面。

根据本发明的一些实施例，所述承载组件设有电控加热组件。

采用本发明技术方案，使用支撑组件、承载组件、芯片挡板、滑动上板组成的芯片夹持装置，结构简易可实现对不同大小芯片的夹持，降低了成本且使用耐低温材料使得芯片夹持装置可以浸入低温介质中不易损坏。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例中适于超低温环境的芯片夹持装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中滑槽导块的结构示意图；

图3是本发明实施例中芯片挡板的上表面形状示意图；

图4是本发明实施例中芯片挡板的上表面形状示意图；

图5是本发明实施例中芯片挡板曲线坐标示意图；

图6是本发明实施例中滑块结构示意图；

图7是本发明实施例中定位台座结构示意图；

图8是本发明实施例中工作台座结构示意图；

图9是本发明实施例中底座结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参照图1，本发明实施例提出一种适于超低温环境的芯片夹持装置，包括：

支撑组件。支撑组件在芯片夹持装置中起到支撑作用，通过设置支撑组件的高度，可以确定芯片在测试空间中的位置。支撑组件适于固定于芯片测试平台。

承载组件，安装于支撑组件上端，承载组件具有用于承载芯片的承载面。

芯片挡板6，设置于承载面。

滑动上板8，设于承载面，滑动上板8相对于芯片挡板6的位置可调，滑动上板8适于配合芯片挡板6夹持芯片。

支撑组件、承载组件、芯片挡板6以及滑动上板8均为耐冷材料件，且支撑组件以及承载组件均具有低温介质流通通道。低温介质流通通道用于通入低温介质，从而使得低温介质可以流入芯片夹持装置，实现快速降温，避免芯片夹持装置局部温度过低、局部温度过高，造成温差大，出现形变、裂纹的情况。低温介质流通通道的设置也可以降低适于超低温环境的芯片夹持装置的整体重量和耗材。

需要说明的是，上述所提到的超低温环境可以理解为温度在零下200°的环境。

采用本发明实施例，使用支撑组件、承载组件、芯片挡板6、滑动上板8组成夹持芯片的简易结构可实现对不同大小芯片的夹持，降低了成本且使用耐低温材料使得芯片夹持装置可以浸入低温介质中不易损坏。

在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。

根据本发明的一些实施例，芯片挡板6用于夹持芯片的一侧具有至少一个平面。以使得对芯片的夹持更加牢固，进而提高测试精度。

本发明实施例的适于超低温环境的芯片夹持装置适于夹持方形芯片。

根据本发明的一些实施例，芯片挡板6可以构造形成长方体，芯片挡板6背离承载面的一面设置有激光打印的基准点，参考图3，本实施例的芯片挡板6适于对面积较大芯片晶圆进行夹持。

根据本发明的一些实施例，芯片挡板6与芯片接触的夹持面可以构造形成桥形曲线，参考图4，单个桥形曲线，参考图5，满足如下关系式：

其中，x表示桥形曲线的横向位置坐标，y表示桥形曲线的纵向位置坐标，单位为mm。

本实施例中的芯片挡板6适于配合滑动上板8夹持多片方形芯片。例如，对边长小于等于5mm的芯片进行夹持，将芯片放置于桥型曲线的直线端面上，每组桥形曲线由激光绘制基准点，为测试探头提供定位基准，以此方式夹持多个芯片，芯片间隔大于等于2cm，消除了局部低温介质波动对测试产生的影响，提高测试精度。

根据本发明的一些实施例，芯片挡板6可以通过螺钉固定于承载组件。芯片挡板6背离承载面的一面通过激光打印有定位标记，既为测试探头提供定位基准也为芯片放置提供位置基准。

根据本发明的一些实施例，耐冷材料件包括聚醚酰亚胺件和/或聚四氟乙烯件。可以理解，支撑组件、承载组件、芯片挡板6以及滑动上板8可以全部由聚醚酰亚胺材料制备而成。支撑组件、承载组件、芯片挡板6以及滑动上板8也可以全部由聚四氟乙烯材料制备而成。当然，也可以是支撑组件、承载组件、芯片挡板6以及滑动上板8中的部分由聚醚酰亚胺材料制备而成，其余的由聚四氟乙烯材料制备而成。

根据本发明的一些实施例，芯片夹持装置中的结构部件在制备完成后还会进行深冷处理。由此，可以提高芯片夹持装置的韧性，防止低温测试中出现夹持装置发生形变，提高测试精度。

根据本发明的一些实施例，参照图1，支撑组件包括：

中空的底座4，呈圆台状，参考图9。

中空的工作台座3，呈圆柱状，参考图8。工作台座3通过一端设置的翻边结构31与底座4连接。工作台座3与底座4内部连通。

这里所提到的中空可以理解为具有沿轴向贯通的贯通通道。

底座4可以通过螺钉固定于测试平台底部。

根据本发明的一些实施例，底座4直径D6满足：2l≤D6≤2.5l。底座4高度h2满足：0.5l≤h2≤l。底座4中空形成的第一贯通通道42半径为D7满足：l≤D7≤1.5l，l表示待测芯片晶圆的最大边长。

根据本发明的一些实施例，参考图9，底座4的周壁设有若干个均匀分布的贯通的槽口41。槽口41连通底座4的中空区域与外界，用以低温介质通过槽口41流入中空区域，减少热损耗。

进一步的，槽口41设于底座4的下端。

在本发明的一些实施例中，槽口41的高度a1满足：

槽口41的宽度b1满足：1.5a1≤b1≤2a1，l表示待测芯片晶圆的最大边长。

工作台座3与底座4内部连通形成柱状中空通道，中空通道直径D8满足：l≤D8≤1.5l。工作台座3圆柱的直径D5满足：D5＝1.5D8，工作台圆柱的高度h1满足：5l≤h1≤8l，l表示待测芯片晶圆的最大边长。

在本发明的一些实施例中，工作台座3圆柱外壁开通有n个由两直边相对，两半圆弧边相对的腰型孔32，直边与工作台座3中轴线平行，长度l_孔满足：0.5h1≤l_孔≤0.75h1，半圆弧半径r满足r＝0.2h1，上半圆弧原点距圆柱上端面距离为l1，满足0.1h1≤l1≤0.15h1，l表示待测芯片晶圆的最大边长，n个腰型孔32沿工作台座3的外周壁均匀分布，相隔角度为

腰型孔32连通工作台座3的中空区域与外界。

根据本发明的一些实施例，参考图1，承载组件包括：

定位台座2，底部与工作台座3的另一端连接，定位台座2具有连通工作台座3内部的第二贯通通道23，参见图7。

承片台1，底部与定位台座2的顶部连接，承片台1的顶部形承载面。

根据本发明的一些实施例，参考图7，定位台座2为圆柱状。定位台座2的高为H，满足l≤H≤2l，l表示待测芯片晶圆的最大边长。定位台座2的直径D1，满足3l≤D1≤4l，由此，可以避免装置在低温介质中变形对平面度产生影响。

根据本发明的一些实施例，定位台座2与工作台座3的另一端均设置有适配的螺孔，通过螺钉将定位台座2与工作台座3固定连接。

根据本发明的一些实施例，第二贯通通道23的直径D2，满足：l≤D2≤1.5l，l表示待测芯片晶圆的最大边长。

根据本发明的一些实施例，定位台座2上表面设置有环形凹槽22，参考图7，环形凹槽22的外径D3＝0.75D1，环形凹槽22的内径D4＝0.65D1，环形凹槽22的槽深h＝0.25H。环形凹槽22用于流入低温介质，减少热损耗。

根据本发明的一些实施例，定位台座2的周壁设有k个贯通孔21，参考图7，连通定位台座2的中空区域与外界。贯通孔21的个数k满足如下条件：

贯通孔21的形状可以是矩形，矩形的长a＝H，矩形的宽b＝0.1D1。

根据本发明的一些实施例，参考图1，承片台1底部与定位台座2的顶部通过异形螺钉5连接，承片台1的顶部形成承载面。异形螺钉5突出于承载台1的部分可以构造成操作承载台1的把手。

根据本发明的一些实施例，定位台座2上设置有定位销，为承片台1提供定位。定位台座2上表面设置有3个调平螺钉，沿定位台座2周向间隔120°均匀分布，可实现定位台座2的调平功能。

根据本发明的一些实施例，定位台座2的底部可以设有环状的凸起部，工作台座3的另一端适于外套于凸起部，贯通通道贯通凸起部。

根据本发明的一些实施例，滑动上板8通过滑动组件连接至承载组件。

滑动组件，参考图1，包括：

螺钉7，与承载组件周壁上的螺纹孔配合连接，且螺钉7的螺帽与承载组件间隔开。

滑块9，参考图6。套设于螺钉7的螺杆，可相对螺钉7滑动，滑动上板8连接于滑块9。

弹簧12，套设于螺杆且位于螺帽与滑块9之间。通过调节螺钉7外漏长度可以调节弹簧12形变量，以调节弹簧12对滑块9的弹力。

根据本发明的一些实施例，螺钉7为滚花螺钉，其螺纹下端有一段不设置螺纹的光杆，且光杆直径小于螺纹直径，弹簧12套设与滚花螺钉的光杆部分，降低了螺纹对弹簧12形变的影响。

根据本发明的一些实施例，参考图1，滑动组件还包括：

滑块挡板11，套设于螺杆，弹簧12夹设于滑块挡板11与滑块9之间。滑块挡板11呈长条件，滑块挡板11的设置可以限定滑块9的位置，从而提高滑块9的运动稳定性。

根据本发明的一些实施例，滑动组件还包括：

第一滑槽导块10，参考图2。安装于所述承载组件远离芯片挡板6一侧的周壁。

第二滑槽导块13，安装于所述承载组件远离芯片挡板6一侧的周壁且与第一滑槽导块10间隔开。滑块9位于第一滑槽导块10与第二滑槽导块13之间。

根据本发明的一些实施例，第一滑槽导块10与第二滑槽导块13相对的一面均设置有滑槽，滑块9两侧设置有分别与第一滑槽导块10及第二滑槽导块13适配的滑轨，滑块9位于第一滑槽导块10与第二滑槽导块13之间，滑块9可在第一滑槽导块10与第二滑槽导块13之间沿螺钉的方向进行滑动。

根据本发明的一些实施例，承载组件还可以设有电控加热组件。

例如，承片台1底部设置有一层由聚四氟乙烯包装的电阻丝加热层，可由手动或工控机控制加热开关及加热时间。在测试结束后可实现对承片台1快速升温的功能，有效防止芯片晶圆及芯片表面脱离低温介质后表面产生凝结，进而损坏芯片，同时也能缩短芯片更换时间，提高了测试效率。

下面以一个具体的实施例详细描述适于超低温环境的芯片夹持装置。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

本实施例中，参考图1，芯片夹持装置包括：

底座4，参考图9，呈圆柱状，底座4中空形成圆柱状第一贯通通道42。底座4的底部设置有贯通的槽口41，连接通道与外界。固定于测试平台底部。

工作台座3，参考图8，呈圆柱状，工作台座3的一端设置有翻边结构31，通过螺钉将翻边结构31与底座4进行固定。工作台座3中空形成圆柱状第三贯通通道33，与底座4的圆柱状第一贯通通道42适配。工作台座3的圆柱壁设置有4个通孔32，连接通道与外界。

定位台座2，参考图7，呈圆柱状，定位台座2的底端与工作台座3的另一端通过螺钉进行固定。定位台座2中空形成圆柱状第二贯通通道23，与工作台座3的圆柱状第三贯通通道33适配。定位台座2的上表面设置有环形凹槽22，环形槽的直径大于通道的直径。定位台座2设置有3个贯通孔21，连接通道、环形槽及外界。

承片台1，通过异形螺钉5固定于定位台座2上表面。

芯片挡板6，为长方体结构，设置于承片台1的一端。

滑块9，参考图6，套设于螺7，通过螺钉7设置于承片台1与芯片挡板6相对的另一端，滑块9可沿螺钉7的钉杆滑动。螺钉7的螺帽一端套设有滑块挡板11。螺钉7的上半部为无螺纹的光杆，套设有弹簧12，弹簧12的一端与滑块9抵触，另一端与滑块挡板11抵触，通过调整螺钉7的外露长度以调整弹簧12使其有适当的弹力。滑块9的两侧分别设置有第一滑槽导块10与第二滑槽导块13，滑块9的与滑槽导块10、第二滑槽导块13接触的两个侧面设置有与滑槽适配的滑轨，滑块9可在滑槽导块10与第二滑槽导块13之间沿螺钉7方向滑动。

以上材料可均由聚四氟乙烯材料制成，且已进行深冷处理。

在使用芯片夹持装置进行芯片测试时，将芯片夹持装置固定于测试平台。将滑块上板8向螺帽的方向拨动，压缩弹簧12。将待测芯片放置于承片台1，芯片的一端与芯片挡板6抵触，缓慢松开滑块上板8，使滑块上板8与芯片的另一端抵触，通过弹簧12的弹力实现对芯片的夹持。在测试平台中加入低温介质，使测试环境为零下200℃左右，低温介质可通过夹持装置的中空通道及槽口快速流入，实现芯片的超低温测试。待测试完毕后，拨开滑块上板8，取出芯片即可。

采用本发明的实施例，由耐低温的材料制作成的芯片夹持装置，结构简单，经济耐用。芯片测试的夹持操作简单，可实现对不同大小的芯片固定夹持，

需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，可以将各个实施例进行不同的自由组合。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本说明书的描述中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

Claims

1.一种适于超低温环境的芯片夹持装置，其特征在于，包括：

支撑组件；

芯片挡板，设于所述承载面；

2.如权利要求1所述的适于超低温环境的芯片夹持装置，其特征在于，所述耐冷材料件包括聚醚酰亚胺件。

3.如权利要求1所述的适于超低温环境的芯片夹持装置，其特征在于，所述支撑组件包括：

4.如权利要求3所述的适于超低温环境的芯片夹持装置，其特征在于，所述承载组件包括：

5.如权利要求4所述的适于超低温环境的芯片夹持装置，其特征在于，所述定位台座的底部设有凸起部，所述工作台座的另一端适于外套于所述凸起部，所述贯通通道贯通所述凸起部。

6.如权利要求1所述的适于超低温环境的芯片夹持装置，其特征在于，所述滑动上板通过滑动组件连接至所述承载组件；

所述滑动组件包括：

弹簧，套设于所述螺杆且位于所述螺帽与所述滑块之间。

7.如权利要求6所述的适于超低温环境的芯片夹持装置，其特征在于，所述滑动组件还包括：

8.如权利要求6所述的适于超低温环境的芯片夹持装置，其特征在于，所述滑动组件还包括：

第一滑槽导块，安装于所述承载组件周壁；

9.如权利要求1所述的适于超低温环境的芯片夹持装置，其特征在于，所述芯片挡板用于夹持所述芯片的一侧具有至少一个平面。

10.如权利要求1所述的适于超低温环境的芯片夹持装置，其特征在于，所述承载组件设有电控加热组件。