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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum automatisierten Testen, Kalibrieren und Charakterisieren
von Testadaptern für
Halbleitereinrichtungen. Bei den Halbleitereinrichtungen handelt es
sich in bevorzugter Weise um integrierte Halbleiterschaltungen.
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Bei diesem Testen, Kalibrieren und
Charakterisieren werden insbesondere die Hochfrequenzeigenschaften
der Testadapter untersucht. Es ist aber auch eine Untersuchung von
Gleichstromeigenschaften möglich.
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Bei einem Testadapter kann es sich
beispielsweise um eine sogenannte Prüfkarte handeln, mit der Halbleiterchips
auf Waferebene getestet werden. Ein anderes Beispiel eines Testadapters
ist ein Socketboard, in das einzelne Bausteine zum Testen eingebracht
werden . Die
DE 44
41 347 A1 zeigt einen weiteren Testadapter für Leiterplatten,
während die
GB 22 40 436 A ein
Testgerät
für Leiterplatten-Testadapter zeigt.
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In Testsystemen zum Testen von beispielsweise
Halbleiterchips auf Waferebene werden bekanntlich als Testadapter
u. a. Prüfkarten
eingesetzt. Diese Prüfkarten
stellen die elektrische Verbindung zwischen Kontaktstellen der zu
testenden Halbleiterchips in einem Wafer und wenigstens einem Testkanal
des Testsystems her. 9 zeigt
als Beispiel in Draufsicht eine mögliche Anordnung von Kontaktflächen 2 in
einem Randbereich 3 einer Grundplatine einer Prüfkarte 1.
Selbstverständlich
sind aber auch andere Gestaltungen einer Prüfkarte als Beispiel eines Testadapters
möglich.
Die Kontaktflächen 2 stellen
einen Kontakt zu den Testkanälen
in dem Testsystem her und liegen in dem Randbereich 3 vorzugsweise
auf mehreren Kreisen mit unterschiedlichen Radien. Auf der Unterseite
der Prüfkarte 1 ist eine
Vielzahl von Kontaktnadeln vorgesehen, die so angebracht sind, daß sie die
Kontaktstellen der zu testenden Chips auf Waferebene sicher kontaktieren. Diese
Kontaktnadeln liegen bevorzugt im Innenbereich der Prüfkarte.
Dabei ist jeder Kontaktfläche 2 mindestens
eine Kontaktnadel zugeordnet. Das heißt, die Kontaktnadeln stehen
in genau definierter elektrischer Beziehung zu den zugehörigen Kontaktflächen 2.
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Bei den eingangs erwähnten Socketboards liegt
statt obiger kreisförmiger
Gestaltung der Kontaktflächen 2 deren
quadratische Anordnung vor.
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Allgemein sind Testadapter, wie beispielsweise
Prüfkarten,
an die verschiedenen, zu testenden Halbleitereinrichtungen bzw.
deren Kontaktstellen angepaßt.
Für verschiedene
Typen von Halbleitereinrichtungen werden so die entsprechenden,
verschiedenen Testadapter benötigt.
Die Testadapter eröffnen
also die Möglichkeit,
das gleiche Testsystem auch für
verschiedene Typen von Halbleitereinrichtungen einsetzen zu können.
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Die Erfinder haben nun erkannt, daß die elektrischen
Eigenschaften der zum Testen von Halbleitereinrichtungen verwendeten
Testadapter einen beträchtlichen
Einfluß auf
die Testergebnisse und somit auch auf die Ausbeute von Tests haben.
Mit anderen Worten, die elektrische Kalibrierung und/oder Charakterisierung
von Testadaptern ist ein nicht zu unterschätzender und wichtiger Bestandteil
bei der Analyse eines gesamten Testsystems.
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Bisher sind Testadapter hinsichtlich
ihres Einflusses auf verschiedene elektrische Parameter, wie beispielsweise
Leitungsimpedanz, Signallaufzeiten, Signalanstiegszeiten oder Übersprechen
ihrer verschiedenen Kanäle
bei unterschiedlichen Testsystemen kaum untersucht worden, was auf
die hohe Anzahl der Kanäle,
die bei Prüfkarten
derzeit bei 1.600 liegt und in naher Zukunft 3.200 betragen soll, zurückzuführen ist.
Mit anderen Worten, bisher wurde der Einfluß von Testadaptern auf Signalperformance
und Signalintegrität
in Testsystemen kaum beachtet.
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Derzeit gibt es auf dem Markt lediglich
ein einziges, bisher noch nicht näher beschriebenes Gerät, mit welchem
eine halbautomatische Vermessung der Leitungsimpedanz und der Signallaufzeiten
bei Prüfkarten
möglich
ist. Dabei erfolgt ein elektrischer Kontakt zu der zu untersuchenden
Prüfkarte über ein Interface-Board,
das auch im normalen Betrieb der Prüfkarte die Verbindung zwischen
einem Testkopf eines Testsystems und der Prüfkarte übernimmt. Daher ist dieses
Gerät nur
bei mit diesem Interface-Board versehenen Testsystemen und nicht
allgemein auch bei Prüfkarten
für Testsysteme
mit einem anders gearteten Interface-Board einsetzbar. Darüber hinaus
kann mit dem bekannten Gerät
auch nur eine relativ kleine Untermenge der Kanäle automatisch vermessen werden.
Sollen die Kanäle
einer anderen Untermenge ausgewertet werden, so muß manuell
auf Kontaktstecker dieser Untermenge umgeschaltet werden. Die Vermessung
von Übersprecheffekten
zwischen den Kanälen
verschiedener Untermengen ist daher mit dem bekannten Gerät ebenfalls
nicht möglich.
Eine solche Vermessung ist somit bisher lediglich manuell durchführbar und
infolge der großen
Menge von Kanälen
mit einem äußerst hohen Zeitaufwand
verbunden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Vorrichtung zum automatisierten Testen von verschiedenen
Testadaptern für
Halbleitereinrichtungen anzugeben, die es erlaubt, beliebige Kanäle des Testadapters
automatisch zu vermessen.
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Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung
gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
Verteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Halterung
für den
Testadapter und wenigstens einen in bezug auf die Halterung verstellbaren
Tastkopf mit wenigstens zwei mittels einer Steuereinrichtung verstellbaren
Kontaktpins auf.
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Die Halterung kann dabei Testadapter
mit unterschiedlichem Durchmesser aufnehmen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist also insbesondere
die drehbare Halterung zur Aufnahme von Testadaptern mit unterschiedlichem Durchmesser
auf. Mit Hilfe dieser Halterung kann der Testadapter in der Vorrichtung
definiert gedreht werden. Als Antrieb für diese Drehung der Halterung kann
ein Schrittmotor oder dergleichen eingesetzt werden.
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Außerdem hat die erfindungsgemäße Vorrichtung
einen oder mehrere Roboterarme, die sich in einer horizontalen,
parallel zur Ebene des Testadapters verlaufenden Richtung und zusätzlich in
der hierzu vertikalen Richtung bewegen lassen. Dabei ist an jedem
Roboterarm ein Tastkopf angebracht.
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Mit Hilfe dieser Roboterarme und
der Drehung der Halterung lassen sich die Tastköpfe bzw. deren Kontaktpins
auf den Kontaktflächen
des Testadapters positionieren.
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Durch entsprechende Steuerung der
Position der Roboterarme kann die Vorrichtung ohne weiteres an unterschiedlichste
Testadapter angepaßt werden.
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Vorzugsweise kann der Abstand zwischen den
wenigstens zwei Kontaktpins eines Tastkopfes an den bei verschiedenen
zu kalibrierenden bzw. charakterisierenden Testadaptern unterschiedlichen Abstand
der Kontaktflächen
für Signale
und dazugehörige
Abschirmungen eingestellt werden.
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Die Steuerung der Drehung der Halterung und
die Steuerung der Stellung der Roboterarme sowie der Tastköpfe kann
von einem zentralen Rechner aus erfolgen. Damit ist eine vollautomatisierte
Kontaktierung aller Kanäle
und eine entsprechende vollautomatisierte Untersuchung des Testadapters
auf die verschiedenen elektrischen Parameter möglich.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so an unterschiedliche
Testadapter und Meßaufgaben ohne
weiteres anpaßbar.
Da sie zudem in vollautomatisierter Weise arbeitet, kann sie jede
gewünschte elektrische
Kalibrierung und Charakterisierung von Testadaptern der unterschiedlichsten
Art vornehmen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand
der Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit
einem Roboterarm mit mindestens einem Tastkopf,
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2 eine
schematische Seitensicht der Vorrichtung von 1,
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3 eine
Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit zwei Roboterarmen mit jeweils mindestens einem Tastkopf,
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4 eine
schematische Seitensicht der Vorrichtung von 3,
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5 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
der Gestaltung von Kontaktpins zur Kontaktierung von Kontaktflächen,
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6 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
der Gestaltung von Kontaktpins zur Kontaktierung von Kontaktnadeln,
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7 eine
Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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8 eine
schematische Seitenansicht der Vorrichtung von 7 und
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9 eine
Draufsicht auf Kontaktflächen
im Randbereich einer üblichen
Prüfkarte.
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Die 9 ist
bereits eingangs erläutert
worden.
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In den Figuren werden für einander
entsprechende Bauteile jeweils die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Wie aus den 1 und 2 zu
ersehen ist, liegt eine Prüfkarte 1 als
Beispiel eines Testadapters mit Kontaktflächen 2 auf ihrer Oberseite
und Kontaktnadeln 5 auf ihrer Unterseite auf einer entsprechend
einem Doppelpfeil 6 drehbaren Halterung 4 der
Vorrichtung. Die Vorrichtung hat außerdem einen Roboterarm 7,
der entsprechend einem Doppelpfeil 8 in seiner Höhe bzw.
in seinem Abstand zur Prüfkarte 1 verstellt
werden kann. Auf diesem Roboterarm 7 ist ein Tastkopf 9 in
zwei Richtungen entsprechend dem Doppelpfeil 10 verfahrbar.
Dieser Tastkopf 9 hat zwei Kontaktpins 11, die
die Kontaktflächen 2 der
Prüfkarte 1 zu
kontaktieren vermögen.
Der Abstand zwischen diesen Kontaktpins 11 kann verstellt
werden, so daß die
Vorrichtung an verschiedene Typen von Prüfkarten mit unterschiedlichen
Abständen
zwischen den Kontaktflächen 2 angepaßt werden
kann. Gegebenenfalls kann auf dem Roboterarm 7 noch ein
weiterer Tastkopf vorgesehen werden.
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Der Tastkopf 9 kann gegebenenfalls
auch mehr als zwei Kontaktpins 11 aufweisen. So kann er beispielsweise
mit vier Kontaktpins 11 versehen werden. Es ist sogar möglich, den
Kontaktkopf 11 mit soviel Kontaktpins 11 auszustatten,
daß er
alle in Radialrichtung hintereinanderliegenden Kontaktflächen 2 gleichzeitig
berühren
kann. Im Beispiel von 1 wären dies
sechs Kontaktpins 11.
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Die Halterung 4 kann über einen
Schrittmotor 12 angetrieben werden. Dieser Schrittmotor 12 wird von
einer zentralen Steuereinheit 13 gesteuert, die auch die
Bewegung des Roboterarmes 7 und die Stellung des Tastkopfes 9 sowie
den Abstand zwischen den Kontaktpins 11 zu steuern bzw.
einzustellen vermag.
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Die Halterung 4 hat einen
in seitlicher Richtung verstellbaren Rand 14, so daß sie zur
Aufnahme von Prüfkarten
mit unterschiedlichem Durchmesser oder auch anderen Testadaptern
geeignet ist.
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Die in den 1 und 2 gezeigte
Vorrichtung ist insbesondere zur Messung von Signallaufzeiten und
von Leitungsimpedanzen geeignet: hier wird nämlich nur der eine Roboterarm 7 benötigt. Die
für diese
Messungen verwendeten Meßgeräte, wie
insbesondere Netzwerk-Analysegeräte,
Oszilloskope mit TDR-Funktion
(TDR = Time Domain Reflexion) und dergleichen, haben in der Regel
zwei Kanäle
mit jeweils Signal und Schirmung. Der Tastkopf 9 mit den beiden
Kontaktpins 11, der an dem Roboterarm 7 angebracht
ist, erlaubt ein automatisches Durchmessen aller Kanäle der Prüfkarte 1,
indem der eine Kontaktpin 11 für ein Testsignal mit einer
Kontaktfläche 2 in Berührung gebracht
wird, während
der andere als Erdung dienende Kontaktpin 11 beispielsweise
an einer benachbarten Kontaktfläche 11 anliegt.
Aus der Laufzeit des am Kanalende reflektierten Testsignals und der
Höhe des
Rücklaufsignals
kann auf gewünschte elektrische
Parameter, wie z. B. elektrische Verluste, geschlossen werden.
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Die 3 und 4 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, bei dem ein zweiter Roboterarm 7' mit einem zweiten
Tastkopf 9' und
zwei weiteren Kontaktpins 11' vorgesehen
ist. Dieser zweite Roboterarm 7' ist wie der Roboterarm 7 in
seiner Höhe
verstellbar (vgl. Doppelpfeil 8') und ebenfalls von der zentralen
Steuereinheit 13 angesteuert.
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Außerdem ist der zweite Roboterarm 7' in seiner Stellung
bezüglich
der Halterung 4 drehbar, wie dies durch einen Doppelpfeil 6' angedeutet
ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4 steuert also die Steuereinrichtung 13 den
Schrittmotor 12, die Roboterarme 7 und 7' in ihrer Auf-
und Abwärtsbewegung
(vgl. Doppelpfeile 8 und 8'), die Drehstellung des Roboterarmes 7' (vgl. Doppelpfeil 6' in 3) und die Radialstellung
der Tastköpfe 9 und 9' (vgl. Doppelpfeile 10 und 10').
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Das Ausführungsbeispiel der 3 und 4 ist insbesondere zur Messung von Übersprecheffekten zwischen
verschiedenen Kanälen
der Prüfkarte 1 geeignet.
Bei dieser Messung soll nämlich
der Einfluß der
Signale zweier verschiedener Kanäle
aufeinander untersucht werden, wobei jeder Kanal zusammen mit jedem
anderen Kanal betrachtet werden soll, was bei der großen Anzahl
von Kanälen
zu weit über
einer Million Messungen führt.
Der nicht drehbare Roboterarm 7 mit dem Tastkopf 9 wird
in einem solchen Fall mit mindestens einem zu untersuchenden Kanal über die
Kontaktpins 11 verbunden. Der drehbare Roboterarm 7' mit dem Tastkopf 9' wird dann über die
Kontaktpins 11' mit
allen übrigen
Kanälen
in Verbindung gebracht, so daß mit
einem Durchlauf der Einfluß von allen
Kanälen
auf die oben genannten Kanäle
am Roboterarm 7 untersucht werden kann. Anschließend wird
sodann der Tastkopf 9 über
seine Kontaktpins 11 mit den nächsten Kanälen verbunden, und der Tastkopf 9' mit den Kontaktpins 10' wird in Berührung mit allen übrigen anderen
Kanälen
gebracht. Ruf diese Weise lassen sich sukzessive Übersprecheffekte zwischen
jedem einzelnen Kanal und allen anderen Kanälen vermessen.
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Im Ausführungsbeispiel der 3 und 4 ist die Prüfkarte 1 unabhängig von
der Drehstellung des Roboterarmes 7' drehbar. Es ist gegebenenfalls
auch möglich,
die Drehbewegung des Tastkopfes 7' mit der Drehbewegung der Halterung 4 zu
koppeln.
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Die Halterung 4 ist in bevorzugter
Weise so gestaltet, daß sie
zur Aufnahme von unterschiedlichen Testadaptern bzw. Prüfkarten
geeignet ist. Hierzu kann die Halterung 4 beispielsweise
verstellbare Außenränder 14 haben,
so daß Testadapter
bzw. Prüfkarten
von unterschiedlichem Durchmesser in die Halterung 4 eingelegt
werden können.
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Die 5 und 6 zeigen Beispiele für mögliche Gestaltungen
der Kontaktpins 11: diese können, wie in der 5 dargestellt ist, spitze
Enden haben und gefedert gestaltet sein, so daß sie mit diesen Enden auf
die Kontaktflächen 2 auftreffen.
Es ist aber auch möglich,
Kontaktpins 11a, 11b mit flächigen Enden zu versehen (vgl. 6), so daß diese
flächigen Enden
mit den Kontaktnadeln 5 der dann "umgekehrt" in die Halterung 4 eingelegten
Prüfkarte 1 in Berührung gebracht
werden können.
Die Kontaktpins 11a, 11b können zur Abfederung einen bogenförmigen Verlauf
(vgl. Bezugszeichen 11 und 11a in 5 und 6)
oder mit einer gesonderten "Feder" (vgl. Bezugszeichen 11b in 6) versehen sein.
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Die 7 und 8 zeigen ein Ausführungsbeispiel,
bei dem Signale von einem Testsystem mit einem Interface-Board 17 über Kontaktstifte 16 den Kontaktflächen 2 der
nun „umgekehrt" eingelegten Prüfkarte 1 zugeführt und
zu den Kontaktnadeln 5 getrieben sind. An diesen Kontaktnadeln 5 werden
mittels der in 6 dargestellten
Federn die sonst am Chip liegenden Signale zur Analyse abgegriffen.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind die radialen Polarkoordinaten-Roboterarme 7 durch
ein kartesisches (xyz)-Robotersystem mit Verstellmöglichkeiten
entsprechend den Pfeilen 10, 15 und 18 ersetzt.
Eine solche Gestaltung kommt einer quadratischen Anordnung der Kontaktnadeln 5 entgegen.
Auf diese Weise kann das Gesamtsystem in sich analysiert werden.
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- 1
- Prüfkarte
- 2
- Kontaktfläche
- 3
- Randbereich
der Prüfkarte
- 4
- Halterung
- 5
- Kontaktnadeln
- 6
- Doppelpfeil
für Drehung
der Halterung
- 6'
- Doppelpfeil
für Drehstellung
von zweitem Ro
-
- boterarm
- 7
- Roboterarm
- 7'
- zweiter
Roboterarm
- 8
- Doppelpfeil
für Vertikalstellung
von Roboter
-
- arm 7
- 8'
- Doppelpfeil
für Vertikalstellung
von Roboter
-
- arm 7'
- 9
- Tastkopf
- 9'
- weiterer
Tastkopf
- 10
- Doppelpfeil
für Radialstellung
von Tastkopf 9
- 10'
- Doppelpfeil
für Radialstellung
von Tastkopf 9'
- 11,
11a, 11b
- Kontaktpins
von Tastkopf 9
- 11'
- Kontaktpins
von Tastkopf 9'
- 12
- Schrittmotor
- 13
- Steuereinrichtung
- 14
- verstellbarer
Rand von Halterung 4
- 15
- Pfeil
für Horizontalverstellung
von Roboterarm
- 16
- Kontaktstifte
- 17
- Interface-Board
- 18
- Pfeil
für Vertikalverstellung
von Tastkopf