DD288234A5

DD288234A5 - DEVICE FOR SHIELDED WAFER TEST

Info

Publication number: DD288234A5
Application number: DD33302689A
Authority: DD
Inventors: Michael Hoesel; Jens Mueller; Frank Golla; Manfred Kunze; Gerd Dost
Original assignee: Ingenieurhochhschule Mittweida,Direkt. Forsch. U. Ib,De
Priority date: 1989-09-27
Filing date: 1989-09-27
Publication date: 1991-03-21

Abstract

Die Vorrichtung zum geschirmten Wafertest dient der Funktionstestung von Hochfrequenzschaltkreisen im Waferverband mit hoher Anschluszzahl, wobei zum einen der sichere elektrische Kontakt zwischen den Bondinseln der Chips und dem Tester und zum anderen die verlust- und verzerrungsarme UEbertragung von Hochfrequenzsignalen ermoeglicht wird. Die Vorrichtung besteht aus vier Platten und einem Meszadapter, die durch ein Formstueck in ihrer Lage gehalten werden, wobei die Platten mit einer oberen Masseflaeche, mit Koplanarleitungen und mit Koaxialsteckverbindern, der Meszadapter mit Masseflaeche und als Koplanarleitungen ausgebildete Sondenstreifen, die mit ihren abgewinkelten Spitzen gleichzeitig die Kontaktelemente bilden, versehen und die Innenleiter der Koplanaranordnungen verbunden sind.{Wafertest; Meszkopf; Hochfrequenzschaltkreis; Bondinsel; Anschluszzahl; Meszadapter; Koplanarleitung; Innenleiter; Sondenstreifen; Koaxialsteckverbinder}The shielded wafer test device is used for functional testing of high-frequency wafer circuits in the wafer assembly, on the one hand, the reliable electrical contact between the bonding pads of the chips and the tester and on the other the loss and distortion low transmission of high-frequency signals is made possible. The device consists of four plates and a metric adapter held in place by a molding, the plates having a top ground plane, coplanar lines and coaxial connectors, the ground plane mesa adapter and probe strips formed as coplanar leads, with their angled tips simultaneously form the contact elements, provided and the inner conductors of the coplanar arrangements are connected {Wafer test; Meszkopf; High-frequency circuit; Bond Island; Anschluszzahl; Meszadapter; coplanar; Inner conductor; Probe strips; coaxial}

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zur Testung von Halbleiterchips für die Anwendung in der Hochfrequenztechnik im Waferverband, die beim Funktionstest zwischen dem Zyklus I und dem Zyklus Il bei der Herstellung in der Halbleiterindustrie angewendet werden kann.The invention relates to a measuring device for testing semiconductor chips for use in high-frequency technology in the wafer assembly, which can be used in the functional test between the cycle I and the cycle II in the production in the semiconductor industry.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Die bekannten technischen Lösungen lassen sich in koaxiale und koplanare Nadelkarten, wobei die Antastung auf der Basis von Keramiknadelträgern, metallischen Nadelträgern, angelöteten Nadeln oder nach dem Knickdrahtprinzip erfolgt, sowie in alternative Lösungen unterscheiden.The known technical solutions can be in coaxial and coplanar probe cards, the probing on the basis of ceramic needle carriers, metallic needle carriers, soldered needles or kink-wire principle, and differ in alternative solutions.

In döi* US PS 4791363 ist ein keramischer Nadelträger beschrieben, der auf einer Seite eine durchgehende Massefläche und auf dor anderen Seite eine Mikrostreifenleitung trägt. Neben einer geraden Sondennadel, die der Hochfrequenzeinspeisung dient, istzusätzlich eine Nadel auf die Massefläche aufgebracht. Die Verbindung zum Tester wird durch direkt kontaktierte Koaxialkabel oder Koaxialsteckverbinder gebildet. Den guten Hochfrequenzeigenschaften stehen bei dieser Lösung ein hoher Fertigungsaufwand und eine geringe Bondinseldichte gegenüber.In döi * US PS 4791363 a ceramic needle carrier is described which carries on one side of a continuous ground surface and on the other side a microstrip line. In addition to a straight probe needle, which serves the high-frequency feed, a needle is additionally applied to the ground surface. The connection to the tester is formed by directly contacted coaxial cable or coaxial connector. The good high-frequency properties are offset by a high manufacturing cost and a low bond density in this solution.

In der US PS 4161692 wird ein keramischer Nadelträger beschrieben, der lediglich an seiner Unterseite mittels Dickschichttechnik metallisiert ist, um das Übersprechen gering zu halten. An diese Metallisierungsschicht wird eine gerade Nadel mit abgewinkelter Spitze kontaktiert. Die erreichbare Dichte auf der Nadelkarte ist gering.In US PS 4161692 a ceramic needle carrier is described, which is metallized only on its underside by means of thick film technology in order to keep the crosstalk low. At this metallization layer, a straight needle is contacted with angled tip. The achievable density on the probe card is low.

In der US PS 4731577 ist eine koaxiale Nadeikarte mit keramischen Nadelträgern beschrieben, wobei die Verbindung zwischen den mit einer Mikrostreifenleitung versehenen Nadelträgern und dem mit Mikrowellensteckverbindern versehenen Anschlußring durch Koaxialkabel erfolgt. Es treten somit auch hier die genannten Nachteile der keramischen Nadelträger auf.In US PS 4731577 a co-axial non-card with ceramic needle carriers is described, wherein the connection between the provided with a microstrip line needle carriers and provided with microwave connectors connecting ring is made by coaxial cable. Thus, the mentioned disadvantages of the ceramic needle carrier also occur here.

In der US PS 4686463 wird eine abgeschirmte Nadelkarte mit direkt kontaktierten Nadeln beschrieben, wobei durch Koaxialsteckverbinder die senkrechte Verbindung zu Mikrostreifenleitungen auf einem unterhalbderTrägerplatte angeordneten dielektrischen Plättchen hergestellt wird. Am anderen Ende der Mikrostreifenleitung erfolgt das Anbringen der Nadeln, wobei der mögliche Federweg der Nadeln auf Grund ihrer Kürze extrem klein ist, so dafc die Höhentoleranz kritisch ic. Durch die Verwendung von ungeschirmten Streifenleitungen ist die Gefahr des Übersprechens groß.US Pat. No. 4,683,463 describes a shielded needle card with directly contacted needles, whereby the vertical connection to microstrip lines is produced by means of coaxial connectors on a dielectric plate arranged below the carrier plate. At the other end of the microstrip line attaching the needles, wherein the possible spring travel of the needles is extremely small due to their brevity, so that the height tolerance critical ic. The use of unshielded strip cables increases the risk of crosstalk.

'n der US PS 47273319 ist eine der US PS 4686463 ähnliche Lösung beschrieben, wobei hier zur Verminderung der Reflexionsgefahr die Koaxialsteckverbinder schräg zu den Streifenleitungen montiert wurden. Es treten auch hier die genannten Nachteile auf.A solution similar to US Pat. No. 4,627,663 is described in US Pat. No. 4,727,363, in which case the coaxial connectors have been mounted at an angle to the strip lines in order to reduce the risk of reflection. There are also the disadvantages mentioned here.

In der DE OS 2525166 wird eine Kontaktsondeneinrichtung nach dem Knickdrahtprinzip beschrieben, bei der in Nuten einer Trägerplatte eingebettete Koaxialkabel verwendet werden. Durch das dichte Muster der abisolierten Inne. ,leiter ist jedoch eine Kopplung nicht auszuschließen.In DE OS 2525166 a contact probe device is described according to the buckling wire principle, in which coaxial cables embedded in grooves of a carrier plate are used. Due to the dense pattern of the stripped interior. However, a link can not be excluded.

In der/US PS 4593243 wird eine Nadelkarte beschrieben, bei der die Hochfrequenzsignalleitungen als Koplanarleitungen ausgebildet und geometrisch so geformt sind, daß ein definierter Wellenwiderstand erreicht wird. Die Nadeln sind in metallischen Nadelhaltern befestigt, bzw. die Nadelträger werden so gestaltet, daß eine Kontaktspitze ausgeformt ist. Die erreichbare Dichte der Anordnung ist begrenzt.In US-PS 4593243 a probe card is described, in which the high-frequency signal lines are formed as coplanar lines and geometrically shaped so that a defined characteristic impedance is achieved. The needles are mounted in metallic needle holders, or the needle carrier are designed so that a contact tip is formed. The achievable density of the arrangement is limited.

In der US PS 4764723 wird ein alternativer Testkopf vorgestellt, der einen Mehrebenenaufbau mit Polyamid als Isolatorschicht aufweist, wobei die Kontaktierung der Chips direkt an den koplanaren Streifenleitungen erfolgen soll. Der Fertigungsaufwand einer solchen Lösung Ist hoch, und hinsichtlich der Kontaktierung sind Probleme nicht zu vermelden. In der DE OS 3705714 wird ebenfalls eine alternative Lösung angeboten, bei der die Testung mit einem hinsichtlich der Bondinselkonfiguration spiegelbildlich ausgeführten Prüfchip erfolgt. Der Herstellungsprozeß für einen solchen Chip entspricht dem des zu prüfenden Chips.In the US PS 4764723 an alternative test head is presented, which has a multi-level structure with polyamide as an insulator layer, wherein the contacting of the chips is to take place directly on the coplanar strip lines. The manufacturing cost of such a solution is high, and in terms of contacting problems are not reported. In DE OS 3705714 an alternative solution is likewise offered, in which the testing is carried out with a test chip designed mirror-inverted with respect to the bonding pad configuration. The manufacturing process for such a chip corresponds to that of the chip to be tested.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist ein Testkopf für die Funktionstestung von Hochfrequenzschaltkreisen im Waferverband, wobei eine hohe Anschlußzahl und -dichte, ein gutes Kontaktverhalten und eine verlust- und verzerrungsarme Signalübertragung bei einem geringen Fertigungs- und Justageaufwand angestrebt wird.The aim of the invention is a test head for the functional testing of high-frequency circuits in the wafer assembly, with a high number of ports and density, a good contact behavior and a low-loss and low-distortion signal transmission is aimed at a low manufacturing and adjustment effort.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist die Realisierung eines Meßkopfes für die Funktionstestung von Hochfrequenzschaltkreisen im WaK'rverband, der zum einen den sicheren elektrischen Kontakt zwischen den Bondinseln der Chips und dem Tester und zum anderen die verlust- und verzerrungsarme Übertragung von Hochfrequenzsignalen bei der Testung ermöglicht. Gegenüber den bekannten technischen Lösungen wird eine hohe Anschlußzahl und -dichte sowie ein verringerter Aufwand für die Fertigung und die Justage angestrebt.The object of the invention is the realization of a measuring head for the functional testing of high-frequency circuits in the WaK'rverband, on the one hand allows the safe electrical contact between the bonding pads of the chips and the tester and on the other hand, the loss and distortion poor transmission of high frequency signals during testing. Compared to the known technical solutions, a high number of connections and density and a reduced effort for the production and the adjustment is sought.

Erfindungsgemäß besteht die Vorrichtung aus einem Meßadapter mit einem ebenen einseitig metallisierten rechteckigen Träger mit rechteckiger Mittenaussparung aus isolierendem Material, dessen Metallisierung die Massefläche des Meßadapters bildet. Auf der Unterseite des Trägers ist eine Vielzahl als Koplanarleitung ausgebildeter Sondenstreifen aufgebracht. Die inneren Enden der Sondenstreifen ragen in die rechteckige Mittenaussparung des Trägers hinein und sind entsprechend der Bondinselkonfiguration der anzutastenden Einheit als Kontaktspitzen nach unten abgewinkelt. Die als Masseleitungen dienenden Sondenstreifen sind mittels Durchkontaktierungen mit der Massefläche verbunden.According to the invention, the device consists of a measuring adapter with a planar metallized on one side rectangular support with rectangular center recess made of insulating material, the metallization forms the ground surface of the measuring adapter. On the underside of the carrier a plurality of coplanar trained as probe strip is applied. The inner ends of the probe strips protrude into the rectangular central recess of the carrier and are angled downwards according to the bonding pad configuration of the unit to be touched as contact tips. The probe strips serving as ground lines are connected to the ground plane by means of plated-through holes.

Der Meßadapter ist elektrisch leitend auf der Horizontalfläche eines pyramidenstumpfförmigen Formstücks, das entweder auf seiner Oberfläche metallisiert ist oder völlig aus Metall besteht, aufgebracht. Auf den Seitenflächen des Formstücks ist eine Anschlußkonfiguration aus vier beidseitig metallisierten Platten aus isolierendem Material aufgebracht. Die obere Metallisierung ist als Massefläche ausgebildet und ist über das Formstück mit der Massefläche elektrisch verbunden. Die untere Metallisierung ist als Koplanarleitungen ausgebildet und innen mit den Sondenstreifen kontaktiert. Mittels Durchkontaktierungen erfolgt eine Verbindung der Masseleitungen der Koplanarleitungen mit der Massefläche. Am äußeren Ende wird der Innenleiter der jeweiligen Koplanarleitung mit dem Innenleiter eines Koaxialsteckverbinders kontaktiert, der mit seinem Gehäuse auf der Massefläche mechanisch und elektrisch kontaktiert ist.The measuring adapter is electrically conductive on the horizontal surface of a truncated pyramidal shaped piece, which is metallized either on its surface or consists entirely of metal applied. On the side surfaces of the molding a connection configuration of four double-sided metallized plates of insulating material is applied. The upper metallization is formed as a ground surface and is electrically connected via the fitting with the ground plane. The lower metallization is designed as coplanar lines and contacted internally with the probe strips. By means of plated-through connections, the ground lines of the coplanar lines are connected to the ground plane. At the outer end of the inner conductor of the respective Koplanarleitung is contacted with the inner conductor of a coaxial connector, which is mechanically and electrically contacted with its housing on the ground surface.

embodiments Two variants have been explained with reference to FIGS. It shows Fig. 1: View of the device from the wafer side Fig. 2: sectional view of the device Fig. 3: sectional view of the connection point

Meßadapter-Anschlußkonfiguration Fig. 4: Schnittdarstellung der VerbindungMeasuring adapter connection configuration Fig. 4: Sectional view of the connection

Koaxialsteckverbinder-Platte Fig. S: Ansicht der VerbindungsstelleCoaxial connector plate Fig. S: View of the junction

Coaxial connector plate from the wafer side.

1. Ausgangspunkt ist die Bondinselkonfiguration der zu testenden Einheit als Grundlage für den Entwurf und der folgenden Schablonenfertigung für die fotolithografische Strukturierung. Die Sondenstreifen 2 werden aus einem einheitlichen Träger, einer Metallfolie, fotolithografisch strukturiert und auf einem Träger 1 aus einseitig metallbeschichtetem Leiterplattenbasismaterial, vorzugsweise Cevausit, das mit entsprechenden Durchkontaktierungen versehen wurde, auflaminiert und mechanisch durch Abwinkein der inneren Enden bearbeitet. Für die Herstellung der Platten findet ebenfalls Cevausit Verwendung, entweder beidseitig Kaschiert oder unkaschiert. Je nach Ausgangsmaterial erfolgt die Strukturierung der Koplanarleitungen 4 und ö.ir entsprechenden Durchkontaktierungen mittels Subtraktiv-, Semiadditiv· oder Volladditivtechnik. Der Meßadspter und die Platten 3 werden so auf einem metallischen Formstück 6 angeordnet, daß die1. The starting point is the bonding pad configuration of the unit to be tested as the basis for the design and the subsequent template fabrication for photolithographic structuring. The probe strips 2 are photolithographically patterned from a unitary carrier, a metal foil and laminated on a support 1 of single-sided metal-coated printed circuit board base material, preferably Cevausit, which has been provided with corresponding plated-through holes and machined mechanically by bending the inner ends. Cevausit is also used for the production of the boards, either laminated or unbacked on both sides. Depending on the starting material, the structuring of the coplanar lines 4 and of the corresponding plated-through holes takes place by means of subtractive, semi-additive or full-additive techniques. The Meßadspter and the plates 3 are arranged on a metallic mold piece 6 that the

. Sondenstreifen 2 mit den Koplanarleitungen 4 überlappend kontaktiert werden können. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen Formstück 6 und Massefläche 7 und Massefläche 8 wird durch Verkleben mit eimm leitfähigen Kleber realisiert. Auf die äußeren Enden der Innenleiter der Koplanarleitungen 4 wird der Innenleiter 9 aines Koaxialsteckverbinders 5 aufgelötet. Das Gehäuse des Koaxialsteckverbinders 5 ist mechanisch und elektrisch durch Löten mit der Massefläche 8 der Platte 3 verbunden., Probe strips 2 can be contacted with the coplanar lines 4 overlapping. The electrically conductive connection between the fitting 6 and ground surface 7 and ground surface 8 is realized by gluing with eimm conductive adhesive. On the outer ends of the inner conductor of the coplanar lines 4, the inner conductor 9 is soldered to a coaxial connector 5. The housing of the coaxial connector 5 is mechanically and electrically connected by soldering to the ground surface 8 of the plate 3.

Anzumerken ist hierbei, daß Cevausit einen relativ hohen Verlustfaktor aufweist, so daß diese relativ kostengünstige Variante nur bis zu Frequenzen von etwa 2 GHz anwendbar ist.It should be noted here that Cevausit has a relatively high loss factor, so that this relatively inexpensive variant is only applicable up to frequencies of about 2 GHz.

2. Für Frequenzen größer 2GHz kommt als Material für den Träger 1 und die Platten 3 Keramik, z. B. AI₂O_rKoramik, zum Einsatz. Als Verfahren zur Realisierung der Strukturen kann hier z. B. mit Dünnschichttechnik oder mit chemisch-reduktiver Metallabscheidung und anschließender Strukturierunii gearbeitet werden. Der prinzipielle Aufbau ändert sich jedoch dadurch nicht.2. For frequencies greater than 2GHz comes as a material for the carrier 1 and the plates 3 ceramic, z. B. AI ₂ O _r Koramik, used. As a method for the realization of the structures can here z. B. with thin-film technology or with chemical-reductive metal deposition and subsequent Strukturierunii be worked. However, the basic structure does not change as a result.

Claims

1. A device for shielded wafer test, characterized in that a measuring adapter, consisting of a flat, one-sided metallized rectangular support (1) with rectangular center recess of insulating material, wherein the metallization is formed as a ground surface (7), on the underside of a plurality of formed as a coplanar probe strip (2) with an according to the bonding pad configuration angled probe tip is connected and the ground lines of the coplanar lines by means of plated through holes to the ground surface (7), that a terminal configuration of four metallized on both sides plates (3) made of insulating material, the upper Metallization as a ground plane (8), the lower metallization as coplanar lines (4) are formed and the outer ends of the inner conductor of these Koplanarleitungen (4) with the inner conductor of Koaxialsteckverbindern (5) and the housing with the ground surface (8) connected conductive n are that these four plates (3) and the measuring adapter are held by a truncated pyramidal shaped piece (6) in a position which allows a contacting of the probe strips (2) with the coplanar lines of the terminal configuration and that a compound of the ground surface (7) and the ground surface (8) by a metallization of the underside of the molding (6) is realized.

2. Apparatus for shielded wafer test according to claim 1, characterized in that the shaped piece (6) is preferably made of a metallic material.