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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Trägermodul für eine Mikro-BGA-Vorrichtung,
der in der Lage ist, eine fertiggestellte Vorrichtung, wie ein Halbleiterbauelement,
zu prüfen,
ohne eine darunter befindliche Lötkugel
bei einer Schnellverbindung mit einem Prüfsockel zu beschädigen.
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BGA
bedeutet ball grid array, also Kugelgitteranordnung, worunter ein
Chipgehäuse
mit Lötpunkten
anstelle von Anschlußpins
zu verstehen ist.
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Eine
in einem Fertigungsprozess hergestellte Vorrichtung, wie ein Halbleiterbaustein,
wird bekanntlich einer Prüfstelle
einer Handhabungsvorrichtung zugeführt, wo sie elektrisch mit
einem Anschluß verbunden
wird. In diesem angeschlossenen Zustand wird die Vorrichtung geprüft, wobei
eine Prüfeinrichtung
oder eine Prüfperson
entscheidet, ob die Vorrichtung in Ordnung ist oder nicht. Ist die
Vorrichtung in Ordnung, wird sie weitertransportiert, ist die Vorrichtung
nicht in Ordnung, wird sie ausgesondert.
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Der
Stand der Technik wird anhand der 1 bis 4 näher erläutert.
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1 zeigt in einer Draufsicht
ausgeformte Mikro-BGA-Vorrichtungen,
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2 zeigt in einer Seitenansicht
eine Mikro-BGA-Vorrichtung vor ihrer Verbindung mit den Kontaktstiften
eines Prüfsockels,
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3 zeigt in einer Ansicht
wie 2 die Mikro-BGA-Vorrichtung
angeschlossen an die Kontaktstifte des Prüfsockels und
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4 zeigt in einer Ansicht
wie 3 einen ungünstigen
Verbindungszustand zwischen den Kugeln der Vorrichtung und den Kontaktstiften.
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Eine
herkömmliche
Mikro-BGA-Vorrichtung 1, wie sie in 1 und 2 gezeigt
ist, ist sehr klein. Ihre Abmessungen betragen etwa 5 × 8 mm.
An ihrer Unterseite sind Kugeln 2 mit einem Durchmesser
von 0,3 mm für
einen leitenden Anschluß ausgebildet. Der
Abstand zwischen den Kugeln 2 beträgt etwa 0,5 mm.
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Zur
Vereinfachung des Herstellungsprozesses werden die Vorrichtungen 1 in
Form eines einzigen Körpers 3 ausgeformt,
der dann längs
Schnittlinien 4 in einzelne Vorrichtungen 1 getrennt
wird. Die Umfangsabmessungen der Kugeln 2 differieren mit einer
zulässigen
Toleranz von 0,15 mm.
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Mit
einem für
den Verkauf vorgesehenen, nicht gezeigten Behälter wird eine elektronische
Vorrichtung 1 zu einem Ausrichtblock geführt und
in eine vorher festgelegte Position gebracht. Aus dieser Position
wird die Vorrichtung 1 durch eine Vielzahl von Aufnahmeeinrichtungen 5,
beispielsweise in Form von Saugeinrichtungen, angesaugt und zu einem Prüfsockel 6 transportiert.
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Die
an der Unterseite der Vorrichtung 1 freiliegenden Kugeln 2 werden
in einer geraden Linie zu entsprechend vorgesehenen Kontaktstiften 7 ausgerichtet.
Die Aufnahmeeinrichtungen 5 senken sich dann zum Prüfsockel 6 hin
ab, so daß jede
Kugel 2 mit einem Stift 7 des Prüfsockels 6 in
Kontakt kommt. Durch weiteres Absenken der Aufnahmeeinrichtungen 5 nach
unten wird die Vorrichtung 1 mit ihren Kugeln 2 gegen
die Stifte 7 gedrückt,
so daß ein
sicherer elektrischer Kontakt hergestellt wird und die elektrische
Eigenschaft der elektronischen Vorrichtung 1 geprüft werden
kann. Dieser Prüfzustand
ist in 3 gezeigt.
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Es
kann jedoch auch sein, daß bei
Verwendung der bekannten Prüfvorrichtung
die Kugeln 2 nicht in einen exakten Kontakt mit den entsprechenden
Kontaktstiften 7 kommen, wenn die Aufnahmeeinrichtung 5 abgesenkt
wird, so daß eine
elektronische Vorrichtung, die an sich in Ordnung ist, als Ausschuß beurteilt
wird. Ein solcher fehlerhafter Kontaktzustand ist in 4 gezeigt.
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Eine
solche Fehlbeurteilung kann sich ergeben, wenn die Kugel 2 bezüglich des
zugeordneten Kontaktstifts 7 versetzt ist, obwohl die Aufnahmeeinrichtung 5 die
Vorrichtung 1 in der richtigen, vom Ausrichtblock vorgegebenen
Position aufgenommen hat. Diese Fehlausrichtung zwischen Kugel und
Stift kann sich aufgrund des Abstands der Kugeln 2 bei
einer ungenauen Position ergeben, da die Aufnahmeeinrichtung 5 eine
Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen 1 für den Kontakt
mit den Stiften 7 hält.
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Da
ein Prüfsockel,
der mit einer Kugelaussparung versehen ist, im Hinblick auf seine
Dicke und den Kugelabstand sehr dünn wird, kann es nicht nur zu
einer Fehlausrichtung sondern auch zu einem Zerstören oder
Verdrehen der Kugel kommen.
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Man
möchte
den Prüfsockel
so dünn
wie möglich
halten, da eine Verkürzung
des Abstands zwischen der elektronischen Vorrichtung und dem Prüfsockel
ermöglicht,
daß ein
Rauschen oder ein Verdrehen auf ein Minimum reduziert wird. Wenn
der Prüfsockel
mit einer geringen Dicke hergestellt wird, sollte auch die Kammer
an der Prüfstelle
eine geringe Dicke aufweisen. Dies darf jedoch nicht der Fall sein, weil
sonst ein adiabatischer Effekt nicht aufrechterhalten werden kann,
der über
die vorgegebene Grenze hinausgeht. Wenn die Dicke der Kammer an
der Prüfstelle
nicht gering ist, kann der mit der elektronischen Vorrichtung versehene
Prüfbehälter nicht leicht
in Kontakt mit dem Prüfsockel
gebracht werden. Das bedeutet, daß die Eigenschaftsprüfung der elektronischen
Vorrichtung nicht möglich
ist und viele Produkte als fehlerhaft bei der Prüfung beurteilt werden.
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Der
herkömmliche
Trägermodul
hält den
Abstand zwischen den Kugeln der Mikro-HGA-Vorrichtung konstant.
Der Abstand zu der Kugel vom Einschnitt aus ist jedoch willkürlich, wodurch
sich viele Fehler ergeben. Deshalb kann die Kugel der Mikro-BGA-Vorrichtung nicht
genau in die Kugelaussparung des Prüfsockels eingeführt und
in Kontakt mit den Umfangsabschnitten gebracht werden, so daß die Kugeln
einer elektronischen Vorrichtung zerstört oder weggebogen werden können, wodurch
die Fehlerrate gesteigert und die Produktivität verschlechtert wird.
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Aus
der
DE 197 50 323 ist
ein IC-Sockel für ein
BGA-Paket bekannt, der eine genaue Kontaktpositionierung zur Zeit
des Testens der Leistungsfähigkeit
einer BGA-Vorrichtung sicherstellt. Dabei ist eine flache Führungsplatte,
die mit den Lötkugeln
versehen ist, elastisch gelagert, so dass sie sich in einem schwebenden
Zustand in bezug auf die Oberfläche des
IC-Sockelkörpers befindet.
Die Spitzen der Kontaktstifte sind in Löchern untergebracht, deren
Randflächen
konisch ausgebildet sind.
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Die
DE 195 37 358 beschreibt
einen IC-Träger
zur Verwendung zum Transport von IC-Vorrichtungen auf einem Tablett zu Testzwecken,
und insbesondere einen IC-Träger
zur Aufnahme von IC-Vorrichtungen, damit diese auf einem Tablett
getragen werden können.
Dabei weist dieser IC-Träger
eine langlebige Verriegelungsanordnung auf und kann gemeinsam für alle Arten
von IC's verwendet
werden.
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Die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine
Trägervorrichtung
für eine
Mikro-BGA-Vorrichtung bereitzustellen, bei der die obigen Nachteile
vermieden sind und mit der die Eigenschaftsprüfung genau durchgeführt werden kann,
indem der Prüfsockel
korrekt mit der Mikro-BGA-Vorrichtung zur Produktivitätssteigerung
in Kontakt gebracht wird.
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Dabei
soll der Trägermodul
die Ausführung der
Prüfung
mit hoher Geschwindigkeit ermöglichen, indem
die Kontaktdistanz zwischen Prüfsockel
und der Vorrichtung verkürzt
wird, was eine Größenminimierung
des Prüfsockels
und dadurch eine Kompaktierung der Anlage ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
Unteransprüche
geben vorteilhafte Ausführungsformen
an.
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Der
Modulkörper
hat dabei an seinem oberen und unteren Abschnitt Vorsprünge. Die
Aufnahmeeinheit ist auf dem oberen Abschnitt des Modulkörpers für die Aufnahme
einer Mikro-BGA-Vorrichtung
angeordnet. Die federnd elastische Einrichtung ist zwischen den
Vorsprüngen
des oberen und unteren Abschnitts eingeführt und gehalten.
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Die
Aufnahmeeinheit hat einen Aufnahmeabschnitt für die Aufnahme der Mikro-BGA-Vorrichtung,
eine erste Führung
und eine zweite Führung zum
Führen
der Mikro-BGA-Einrichtung zu dem Aufnahmeabschnitt.
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Die
zweite Führung
ist mit einer Fixieraussparung zum Festlegen der Aufnahmeeinheit
an dem Trägermodul
versehen.
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Die
Aufnahmeeinheit hat einen Fixierungsbolzen, der in die Fixierungsaussparung
der zweiten Führung
ein- und durchführbar
ist, so daß sein
Kopf in Formschluß mit
der Aufnahmeeinheit kommt, Silikonkautschuk als Belag oder Hülse für den äußeren Abschnitt
des Bolzens, der mit dem Holzen in die Fixierungsaussparung eingeführt wird,
und eine modulseitige Fixierungsmutter für eine Gewindekoppelung mit
dem Bolzen.
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Das
untere Ende des Silikonkautschukbelags bzw. der Silikonkautschukhülse, der
auch in der Fixierungsaussparung der Aufnahmeeinheit vorgesehen
ist, wird auch in die mit dem Bolzen zu verbindende Fixierungsmutter
eingeführt.
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Die
Vorsprünge
an dem oberen und unteren Abschnitt des Modulkörpers sind auf gegenüberliegenden
Seiten ausgebildet. Zwi schen die oberen und unteren Vorsprünge wird
als federnd elastische Einrichtung eine Feder eingeführt, die
sich um den ganzen Modulkörper
herum erstreckt. Dadurch kann der Trägermodul über die seinen Modulkörper umschließende Feder
an einem Halteabschnitt eines Prüfbehälters angebracht
werden.
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Der
Prüfbehälter ist
so gebaut, daß die
sich um den Umfang des Modulkörpers
herumerstreckende Feder in Vorsprünge eingeführt wird, die so ausgebildet
sind, daß sie
symmetrisch zu dem Trägermodulhalteabschnitt
des Prüfbehälters sind
und daß sie
vorwärts
und rückwärts bewegbar
sind.
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Bei
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des
Trägermoduls
kann der Prüfsockel
dünn gebaut werden,
so daß die
Gesamtanlage klein ist. Der erfindungsgemäße Prüfmodul erlaubt eine präzise Eigenschaftsprüfung der
Mikro-BGA-Vorrichtungen aufgrund des korrekten Kontakts zwischen
ihnen und dem Prüfsockel,
wodurch die Produktivität
erhöht wird.
Mit dem Trägermodul
nach der Erfindung läßt sich
die Prüfung
der Mikro-BGA-Vorrichtungen mit hoher Geschwindigkeit ausführen, wobei
die Kontaktdistanz zwischen diesen und dem Prüfsockel verkürzt ist.
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Anhand
weiterer Zeichnungen wird die Erfindung beispielweise näher erläutert. Es
zeigt
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5 perspektivisch
einen erfindungsgemäßen Trägermodul
für eine
Mikro-BGA-Vorrichtung,
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6 perspektivisch
eine Aufnahmeeinheit des Trägermoduls,
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7 eine
schematische Schnittansicht des Trägermoduls mit eingesetzter
Mikro-BGA-Vorrichtung,
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8 eine
Draufsicht auf einen Prüfbehälter, der
mit den erfindungsgemäßen Trägermodulen
versehen ist, und
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9 vergrößert einen
Teil des Prüfbehälters mit
zwei Trägermodulen.
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Gemäß 5 und 6 hat
ein Trägermodul 102 für eine Mikro-BGA-Vorrichtung 100 einen Modulkörper mit
einem oberen Abschnitt 10 und einem unteren Abschnitt 28,
die jeweils mit Vorsprüngen 22 und 24 versehen
sind, eine Aufnahmeeinheit 12, die an dem oberen Abschnitt 10 des
Trägermoduls
für die
Aufnahme einer Mikro-BGA-Vorrichtung 100 angeordnet und
eingesetzt ist, sowie eine elastische Einrichtung in Form einer
Feder 26, die zwischen den oberen und unteren Abschnitten 22 und 24 eingesetzt
und elastisch festgelegt ist.
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Die
Aufnahmeeinheit 12 hat gemäß 6 einen
Aufnahmeabschnitt 14 für
die Aufnahme einer Mikro-HGA-Vorrichtung 100 sowie zwei
erste Führungen 32 und
zwei zweite Führungen 34 zum
Führen
der Mikro-BGA-Vorrichtung 100 in den Aufnahmeabschnitt 14.
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Die
zweite Führung 34 ist
mit einer Fixierungsaussparung 18 zum Festlegen der Aufnahmeeinheit 12 an
dem Trägermodul 102 versehen.
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Gemäß 7 hat
die Aufnahmeeinheit 12 einen Fixierungsbolzen 20,
der in die Fixierungsaussparung 18 der zweiten Führung 34 für eine Koppelung
damit einführbar
ist, einen Silikonkautschukbelag 42 zum Einführen um
den Außenabschnitt
des Bolzens 20 herum und zum Einführen in die Fixierungsaussparung 18 der
Aufnahmeeinheit 12, sowie eine Fixierungsmutter 36 für eine Verbindung
mit dem Holzen 20.
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Der
Silikonkautschukbelag 42, der in die Fixierungsaussparung 18 der
Aufnahmeeinheit 12 eingeführt ist, ist auch mit seinem
unteren Ende in die für die
Verbindung mit dem Bolzen 20 vorgesehene Fixierungsmutter 36 eingeführt.
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Die
Vorsprünge 22 und 24 sind
im Abstand zueinander am oberen Abschnitt 10 und am unteren Abschnitt 28 des
Trägermoduls 102 auf
einander gegenüberliegenden
Seiten des Trägermoduls 102 angeordnet.
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Die
Feder 26 ist zwischen die oberen Abschnitte 22 und
die unteren Abschnitte 24 so eingesetzt, daß sie sich
um den Trägermodul 102 herum erstreckt.
Wie aus 8 und 9 zu sehen
ist, kann der Trägermodul 102 durch
die ihn umgebende Feder 26 an einem Prüfbehälter 106 angebracht
werden, der mit entsprechenden Halteabschnitten versehen ist.
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Die
Halteabschnitte 22 und 24 für die Feder 26 sind
symmetrisch zu dem Halteabschnitt des Prüfbehälters für den Trägermodul 102 so ausgebildet, daß eine Bewegung
in Vorwärts-
und Rückwärtsrichtung
möglich
ist.
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Der
obere Abschnitt 10 des Trägermoduls 102 ist
an seinem Rand mit einer Positionsbestimmungsaussparung 30 versehen,
die mit einem Positionsbestimmungsstift des nicht gezeigten Prüfsockels
in Eingriff bringbar ist. Ferner hat der obere Abschnitt 10 des
Trägermoduls 102 eine
Aussparung 16 für
das Einsetzen der Aufnahmeeinheit 12.
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Die
oberen Vorsprünge 22 sind
auf der linken und rechten Seite des oberen Abschnitts 10 des
Trägermoduls 102 so
ausgebildet, daß sie
symmetrisch zueinander sind, während
die unteren Vorsprünge 24 auf
der linken und rechten Seite des unteren Abschnitts 28 des
Trägemoduls 102 vorgesehen
sind. Die Feder 26 ist zwischen den oberen Abschnitten 22 und
den unteren Abschnitten 24 eingeführt und an der Umfangsfläche des
Trägermoduls 102 installiert. In
die Aussparung 16 ist die Aufnahmeeinheit 12 eingesetzt,
in der eine Mikro-BGA-Vorrichtung 100 aufgenommen ist.
Die Mikro-BGA-Vorrichtung 100 wird an ihrem vorderen und
hinteren Teil jeweils von einer Lasche 38 gehalten, die
trägermodulseitig
vorgesehen ist.
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Die
Aufnahmeeinheit 12 hat an jedem ihrer Ränder eine erste Führung 32 und
eine zweite Führung 34 zur
Lagefixierung einer aufgenommenen Mikro-BGA-Vorrichtung 100,
wobei die jeweiligen Führungen
mit dem dazwischenliegenden Aufnahmeabschnitt 14 einander
im wesentlichen diametral gegenüberliegen.
Die zweiten Führungen 32 haben jeweils
eine Fixieraussparung 18. Die Fixieraussparung 18 der
zweiten Führung 14 erstreckt
sich auch in den oberen Abschnitt 10 des Trägermoduls 102. Dort
ist die Fixierungsmutter angeordnet, so daß, wenn die Fixierungsmutter,
die in 6 nicht gezeigt ist, mit dem Bolzen 20 gekoppelt
ist, die Aufnahmeeinheit 12 am Trägermodul 102 festgelegt
ist. In die Fixierungsaussparung 18 ist Silikonkautschuk 42 in Form
einer Hülse
eingeführt,
deren unterer Abschnitt sich auch in die mit dem Bolzen 20 zu
verschraubende Mutter 36 erstreckt. Wenn der Bolzen 20 in
die Mutter 36 eingeschraubt ist, ermöglicht es die Hülse aus
Silikonkautschuk 42 aufgrund der Elastizität dieses
Materials, daß eine
Relativ-Bewegung nach links, rechts, nach vorne und nach hinten
möglich
ist.
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Wenn
die Mikro-BGA-Vorrichtung 100 auf ihrer einen Seite durch
die Laschen 38 gehalten ist und die Feder 26 zwischen
den Vorsprüngen 22 und 24 positioniert
ist, kann der Trägermodul 102,
wenn er an dem nicht gezeigten Prüfbehälter angebracht ist, sich für die Koppelung
mit dem Prüfsockel
elastisch bewegen.
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Wie
aus 8 und 9 zu ersehen ist, hat der Prüfbehälter 106 Halteabschnitte
zum Halten des Trägermoduls 102.
Jeder Halteabschnitt für
den Trägermodul 102 ist
auf seinen beiden Seiten mit Vorsprüngen versehen, so daß die an
der Umfangsfläche
des Trägermoduls 102 installierte
Feder daran arretiert werden kann.
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Zunächst wird
die fertiggestellte Mikro-BGA-Vorrichtung 100 in der Aufnahmeeinheit 12 des
Trägermoduls 102 aufgenommen
und durch die Laschen 38 festgelegt, wobei die Feder 26 zwischen den
oberen Abschnitten 22 und den unteren Abschnitten 24 eingeführt ist.
Die so in dem Trägermodul 102 aufgenommene
Mikro-BGA-Vorrichtung 100 wird an dem Prüfbehälter 106 festgelegt
und mit diesem dem Prüfsockel
an einer Prüfstelle
zur Prüfung zugeführt. Dabei
ist die Feder 26 in die Vorsprünge 40 eingeführt. Der
in dem Prüfbehälter 106 installierte Trägermodul 102 kann
aufgrund der elastischen Kraft der Feder 26 perfekt in
Kontakt mit dem Prüfsockel gebracht
werden, auch wenn dieser in seiner Bauweise sehr dünn ist,
so daß die
Gesamtanlage klein und kompakt gebaut werden kann.
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Das
korrekte Einführen
der Kugeln der Mikro-BGA-Vorrichtung 100 in die Aussparung
des Prüfsockels
wird dadurch unterstützt,
daß die
Hülle 42 aus
Siliziumkautschuk in die Fixierungsaussparung 18 der Aufnahmeeinheit 12 und
mit ihrem unteren Ende in die mit dem Bolzen 20 zu verbindende Mutter 36 eingeführt ist.
Im oberen Abschnitt der Mutter 36 wird dadurch ein kleiner
Spalt gebildet, so daß sich
die Aufnahmeeinheit 12 etwas in ihrer Auflageebene verschieben
kann, wodurch die Kugeln der Mikro-BGA-Vorrichtung 100 problemlos
in die Aussparung des Prüfsockels
eingeführt
werden können,
wodurch ein einwandfreier Kontakt erreicht wird, der die Effizienz
der Prüfung
steigert.