DE10134753A1 - Anordnung zur Aufnahme eines Halbleiterplättchens mit auf einer Hauptseite angeordneten elektrischen Anschlußelementen zu Testzwecken - Google Patents

Abstract

Es ist eine Anordnung zur Aufnahme eines Halbleiterplättchens (1) mit auf einer Hauptseite (2) angeordneten elektrischen Anschlußelementen (3) zu Testzwecken angegeben, welche einen äußeren Träger (4) und einen davon umschlossenen inneren Träger (5) umfaßt, wobei der innere Träger (5) zur Aufnahme des Halbleiterplättchens (1) mit vertikalen Kontaktelementen (3) ausgebildet ist. Zum Herstellen eines sicheren Kontakts zwischen den Kontaktelementen (3) des Halbleiterplättchens (1) und einer Grundplatte (6) des äußeren Trägers (4) sind Hebelarme (10) vorgesehen, dabei ist jedoch mittels Anschlägen (12) am äußeren Träger (4) gewährleistet, daß keine unzulässige Deformation an den Kontaktelementen (3) oder Beschädigung der aktiven Vorderseite (2) des Halbleiterplättchens (1) auftritt.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Aufnahme eines Halbleiterplättchens mit auf einer Hauptseite angeordneten elektrischen Anschlußelementen zu Testzwecken.
• Zur Flächenersparnis sowie zum Erreichen einer hohen Packungsdichte gibt es Halbleiterplättchen, welche auf einer Hauptseite, beispielsweise ihrer aktiven Vorderseite, matrixförmig angeordnete, elektrische Anschlußelemente aufweisen. Das Halbleiterplättchen, das sogenannte die, kann dabei beispielsweise als Flip-Chip ausgebildet sein und integrierte Schaltungen aufweisen, welche über interne Kontaktflächen und eine daran angeschlossene Umverdrahtungsebene mit den elektrischen Anschlußelementen auf seiner Hauptseite verbunden sind.
• Die Kontaktelemente, welche auch als vertikale Kontaktelemente bezeichnet werden, weisen eine Haupt-Ausdehnungsrichtung senkrecht zur Hauptseite des Halbleiterplättchens auf und können beispielsweise als höckerförmige Erhebungen ausgebildet sein, welche zum sicheren Kontaktieren, beispielsweise in einer Testumgebung, zumindest teilweise elastisch verformbar sind.
• Um beispielsweise in einem Testsockel ein derartiges Halbleiterplättchen sicher zu kontaktieren, ohne eine feste Verbindung, beispielsweise durch Löten herzustellen, ist es üblich, das parallel zu einer Grundplatte, beispielsweise einer Platine, aufgelegte Halbleiterplättchen mit einer Kompressionskraft zu beaufschlagen, die bewirkt, daß alle elektrischen Anschlußelemente mit jeweils an der Leiterplatte vorgesehenen, den vertikalen Kontaktelementen zugeordneten Anschlußflächen eine sichere elektrische Kontaktierung eingehen.
• Um jedoch Beschädigungen am Chip sowie Beschädigungen an den Anschlußkontakten des Chips durch zu hohe Kraftausübung zu vermeiden, ist es wünschenswert, die auf das Halbleiterplättchen wirkende und dieses auf die Leiterplatte drückende Kraft geeignet zu begrenzen. Hierfür kann es vorgesehen sein, an einem Innenrahmen eines Testsockels Vorsprünge anzubringen, die in einer kraftschlüssigen Verbindungen mit ihnen zugeordneten, am Umfang des Die befindlichen Randgebieten des Halbleiterplättchens auf dessen aktiver Vorderseite stehen und in geeignetem Abstand von der Leiterplatte derart angebracht sind, so daß trotz Einwirken von Anpreß-Kräften eine maximal zulässige Deformation der vertikalen Anschlußelemente nicht überschritten werden kann.
• Die beschriebenen Vorsprünge haben jedoch den Nachteil, daß aufgrund von in Laborumgebungen unvermeidlichen Partikeln Beschädigungen an der aktiven Vorderseite des üblicherweise als Flip-Chip ausgebildeten Halbleiterplättchens auftreten können, dadurch, daß die Partikel zwischen die Vorsprünge und die am Umfang befindlichen Randgebiete auf der aktiven Vorderseite des Halbleiterplättchens gelangen können und aufgrund der Krafteinwirkung Oberflächenschichten des Halbleiterplättchens, wie Passivierungsschichten oder Polyimid- Schichten, durchdringen und zerstören können.
• Durch Anwendung von Reinraumbedingungen beim Testen der dies könnte dieses Problem unter beträchtlichem Aufwand zwar verringert, nicht jedoch vollständig ausgeschlossen beziehungsweise gelöst werden.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur Aufnahme eines Halbleiterplättchens mit auf einer Hauptseite angeordneten elektrischen Anschlußelementen zu Testzwecken anzugeben, welche einerseits ein sicheres Kontaktieren der elektrischen Anschlußelemente mit Anschlußflächen auf einem Testsockel ermöglicht und bei der andererseits die Gefahr der Beschädigung des Halbleiterplättchens verringert ist.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe von einer Anordnung zur Aufnahme eines Halbleiterplättchens mit auf einer Hauptseite angeordneten elektrischen Anschlußelementen zu Testzwecken gelöst, umfassend:
  
• - einen äußeren Träger mit einer Grundplatte, die auf einer Hauptseite elektrische Anschlußflächen aufweist, die den elektrischen Anschlußelementen des Halbleiterplättchens zur Kontaktierung zugeordnet sind,
• - einen in den äußeren Träger formschlüssig einpaßbaren inneren Träger, der auf die Grundplatte aufsetzbar ist, ausgebildet zur Aufnahme des Halbleiterplättchens, und
• - zumindest eine beweglich am äußeren Träger befestigte Niederhaltevorrichtung zum Ausüben einer Kraft auf das Halbleiterplättchen in einer Richtung senkrecht zur Grundplatte,
• - wobei am inneren Träger zumindest ein Anschlag zum Begrenzen der Bewegung der Niederhaltevorrichtung in Richtung zur Grundplatte vorgesehen ist, ausgebildet zum Eingehen einer kraftschlüssigen Verbindung mit der Niederhaltevorrichtung.
• Die vorliegende Anordnung vermeidet eine Kraftausübung auf die der Grundplatte zugewandte Hauptseite eines Halbleiterplättchens bedingt durch Vorsprünge, welche der Begrenzung einer Kompressionskraft dienen. Folglich sind Beschädigungen der aktiven Vorderseite des Halbleiterplättchens, beispielsweise durch sich eindrückende Partikel und die damit verbundene Zerstörung von Passivierungs- oder Polyimid-Schichten, weitgehend ausgeschlossen.
• Hierfür ist der innere Träger so ausgebildet, daß das Halbleiterplättchen in einer Richtung senkrecht zur Hauptseite des Halbleiterplättchens und frei und ungehindert beweglich ist. Damit ist eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Hauptseite des Halbleiterplättchens und innerem Träger ausgeschlossen. Weiterhin hält der innere Träger ein Halbleiterplättchen in einer Position relativ zur Grundplatte des äußeren Trägers derart, daß ein Übereinanderliegen von Anschlußelemente des Die mit jeweils zugeordneten Anschlußflächen der Grundplatte des äußeren Trägers gewährleistet ist. Weiterhin kann der innere Träger Die- spezifische Eigenschaften, wie Größe des Die, Höhe der vertikalen Kontaktelemente et cetera kompensieren.
• Dennoch ist bei vorliegender Anordnung eine unzulässige Kompression des Halbleiterplättchens mit den daran angeschlossenen Kontaktelementen dadurch ausgeschlossen, daß die Niederhaltevorrichtung, welche zur Ausübung einer Kompressionskraft auf das Halbleiterplättchen vorgesehen ist, in ihrer Bewegung in Richtung der Grundplatte durch die am inneren Träger vorgesehenen Anschläge begrenzt ist. Durch geeignetes Bemessen der Anschläge am inneren Träger in Abhängigkeit von den geometrischen Abmessungen und den Federkonstanten des Halbleiterplättchens und seiner Kontaktelemente ist bei Gewährleistung einer sicheren Kontaktierung dennoch eine unzulässig hohe Krafteinwirkung, welche das Halbleiterplättchen und/oder die elektrischen Anschlußelemente des Halbleiterplättchens zerstören könnte, ausgeschlossen.
• Bei vorliegender Anordnung ist durch Trennung von innerem und äußerem Träger ein einfaches Anpassen der vorliegenden Anordnung an verschiedene Typen von Halbleiterplättchen dadurch möglich, daß jeweils ein innerer Träger für jeden Typ Halbleiterplättchen vorgesehen sein kann, bei dem der Abstand der Anschläge oder des Anschlags von der Grundplatte so eingestellt ist, daß jeweils zwar ein gewünschter Mindestanpreßdruck gewährleistet ist, zugleich jedoch eine unzulässige Deformation der Kontaktelemente am Halbleiterplättchen ausgeschlossen ist. Die Dimensionierung des inneren Trägers, insbesondere seiner Anschläge, ist dabei zum einen von den geometrischen Abmessungen des Halbleiterplättchens und zum anderen von den mechanischen Eigenschaften der Kontaktelemente am Halbleiterplättchen abhängig.
• Das Halbleiterplättchen ist mit seiner Hauptseite bevorzugt parallel zur Grundplatte angeordnet.
• Die vorliegende Anordnung ist besonders für Halbleiterplättchen zum Herstellen von Chips in Flip-Chip-Technik geeignet.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt die Niederhaltevorrichtung einen schwenkbaren Hebelarm, der zur Bereitstellung der Kraft auf das Halbleiterplättchen über eine Feder mit dem äußeren Träger verbunden ist.
• Durch Hochklappen des schwenkbaren Hebelarms kann das Halbleiterplättchen beispielsweise lose in den inneren Träger der Anordnung eingesetzt werden, der im äußeren Träger befestigbar ist. Anschließend können aufgrund der Federwirkung an den Hebelarmen die gewünschten Kontakt- oder Anpreßkräfte auf das Halbleiterplättchen einwirken, dadurch, daß die Hebelarme beispielsweise mit ihren freien Enden, auf die Rückseite des Halbleiterplättchens drücken. Die aufgrund der Federwirkung hervorgerufene Bewegung der Hebelarme in Richtung Grundplatte wird jedoch begrenzt durch die Anschläge am inneren Träger, welche mit den Hebelarmen eine kraftschlüssige Verbindung eingehen und somit verhindern, daß unzulässige Deformationen am Halbleiterplättchen auftreten können.
• Selbstverständlich ist auch zunächst ein Einsetzen des Halbleiterplättchens in den inneren Träger und anschließendes Einbringen des so gebildeten Systems aus Halbleiterplättchen mit innerem Träger in den äußeren Träger denkbar.
• Der innere Träger weist dabei keine Vorsprünge auf, welche bei Einwirken von Kompressionskräften mit der aktiven Vorderseite des Halbleiterplättchens in mechanischen Kontakt treten könnten.
• In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der innere Träger rahmenförmig ausgebildet zum formschlüssigen Umschließen des Halbleiterplättchens entlang des Umfangs desselben. Das formschlüssige Umschließen des Halbleiterplättchens durch den inneren Träger beim gleichzeitigen Erlauben von Bewegungen in einer einzigen Raumrichtung, nämlich orthogonal zur Hauptseite des Halbleiterplättchens und gleichzeitig orthogonal zum Grundkörper, verhindert ein laterales Fehlpositionieren des Halbleiterplättchens, insbesondere dessen elektrischer Anschlußelemente, bezüglich der elektrischen Anschlußflächen der Grundplatte.
• Die Grundplatte kann beispielsweise eine Leiterplatine, abgekürzt PCB (Printed Circuit Board) sein.
• In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die elektrischen Anschlußflächen der Grundplatte matrixförmig angeordnet. Das matrixförmige Anordnen der elektrischen Anschlußflächen und somit auch das matrixförmige Anordnen der elektrischen Anschlußelemente am Halbleiterplättchen gewährleistet eine gute Flächenausnutzung bei hoher Anzahl von herstellbaren elektrischen Kontakten unter Einhaltung eines Mindest-Rastermaßes (pitch). Ein präzises Einstellen der erforderlichen Anpreßkräfte bei gleichzeitiger Vermeidung unzulässiger Deformationen am Halbleiterplättchen und seinen elektrischen Anschlußelementen ist mit vorliegender Anordnung in besonders einfacher Weise möglich.
• In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Anschlag am inneren Träger parallel zur Grundplatte angeordnet. Der Anschlag kann beispielsweise am inneren Rahmen auf der der Grundplatte abgewandten Seite vorgesehen und einer Unterseite der Hebelarme der Niederhaltevorrichtung zugeordnet sein.
• In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zwei beweglich am äußeren Träger befestigte Niederhaltevorrichtungen zum Ausüben einer Kraft auf das parallel zur Grundplatte anbringbare Halbleiterplättchen in einer Richtung senkrecht zur Grundplatte vorgesehen. Das Vorsehen mehrerer Niederhaltevorrichtungen, beispielsweise mehrerer schwenkbarer Hebelarme, ermöglicht eine homogene Kraftverteilung auf die Rückseite des Halbleiterplättchens bei insgesamt geringen Abmessungen und einfachem Aufbau der vorliegenden Anordnung.
• Weitere Einzelheiten, Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
• Es zeigen:
• Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anordnung mit einem Halbleiterplättchen anhand einer vereinfachten Prinzipskizze in einem Querschnitt, und
• Fig. 2 die Anordnung von Fig. 1, jedoch bei elektrischer Kontaktierung der elektrischen Anschlußelemente des Halbleiterplättchens und der Leiterplatte.
• Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur Aufnahme eines Halbleiterplättchens 1 mit auf einer Hauptseite 2 angeordneten, elektrischen Anschlußelementen 3, die halbkugelförmig ausgebildet sind, zu Testzwecken. Die Anordnung umfaßt einen äußeren Träger 4 und einen davon umschlossenen inneren Träger 5.
• Der äußere Träger 4 umfaßt eine Grundplatte 6, die als PCB (Printed Circuit Board) ausgebildet ist. Diese weist auf ihrer Hauptseite 8 eine Vielzahl elektrischer Anschlußflächen 7 auf, welche jeweils einem Anschlußelement 3 des Halbleiterplättchens 1 zugeordnet sind und auf die das Halbleiterplättchen 1 lose aufgesetzt ist.
• Weiterhin umfaßt der äußere Träger 4 Halterungen 9, welche auf der Hauptseite 8 der Leiterplatte 7 an deren Umfang angeordnet und befestigt sind und an denen je ein Schwenkarm 10 in einer Ebene senkrecht zur Grundplatte 6 schwenkbar befestigt ist. Zum Ausüben einer Anpreßkraft auf das Halbleiterplättchen 1 sind die Schwenkarme 10 über je eine Feder 11 mit den Halterungen 9 verbunden. Die Federn 11 entwickeln eine Kraft, welche die Schwenkarme 10 auf die der Hauptseite 2 des Halbleiterplättchens 1 gegenüberliegende Seite, die Rückseite des Die, drückt und somit einen sicheren elektrischen Kontakt zwischen Anschlußelementen 3 und diesen jeweils zugeordneten Anschlußflächen 7 der Grundplatte 6 bewirkt.
• Die Bewegungsmöglichkeit der drehbar befestigten Schwenkarme 10 ist jedoch in Richtung auf die Grundplatte 6 hin begrenzt durch je einen Anschlag 12 an dem inneren Träger 5, wodurch die Schwenkarme 10 trotz der Federkräfte der Federn 11 nicht beliebig weit in Richtung Grundplatte 6 bewegbar sind und demnach bei geeigneter Dimensionierung unzulässige Deformationen an den Anschlußelementen 3 des Halbleiterplättchens 1 vermeiden.
• Der Abstand A der Hauptseite 2 des Halbleiterplättchens 1 von der Hauptseite 8 der Leiterplatte 6 ist in Fig. 1 bei lose auf die Grundplatte 6 aufgesetztem Halbleiterplättchen 1 eingezeichnet.
• Fig. 2 zeigt die Anordnung von Fig. 1, von der sie sich in der gezeigten Darstellung lediglich dadurch unterscheidet, daß mittels der Schwenkarme 10 und der Federn 11 eine Kompressionskraft auf das Halbleiterplättchen 1 einwirkt. Im folgenden werden deshalb lediglich die Abweichungen der Darstellung der Fig. 2 bezüglich Fig. 1 erläutert.
• In Fig. 2 sind die beiden Hebelarme 10 mittels der Federn 11 bis zu den Anschlägen 12 in Richtung der Grundplatte 6 bewegt. Hierdurch wirkt auf das Halbleiterplättchen 1 eine Kraft orthogonal zur Grundplatte 6 ein, welche den Abstand zwischen der Hauptseite 2 des Halbleiterplättchens 1 und der Hauptseite 8 der Grundplatte 6 verringert und so ein sicheres Kontaktieren der Anschlußelemente 3, die nun jeweils zumindest teilweise elastisch deformiert sind, mit den Kontaktflächen 7 sicherstellt. Der verringerte Abstand der Hauptseiten 2, 8 voneinander ist mit Abstand B bezeichnet und geringer als der Abstand A der Hauptseiten 2, 6 gemäß Fig. 1 bei lose aufgesetztem Halbleiterplättchen 1 voneinander.
• Eine weitere als diese gewünschte Beabstandung B und hierdurch bedingte, gewollte und zumindest teilweise elastische Verformung der Kontaktelemente 3 ist bei der Anordnung gemäß Fig. 2 jedoch dadurch ausgeschlossen, daß die Hebelarme 10 bereits eine kraftschlüssige Verbindung mit den Anschlägen 12 erreicht haben. Dadurch ist eine Beschädigung des Halbleiterplättchens 1 und der Kontaktelemente 3 ausgeschlossen.
• Der Abstand C der parallel zur Grundplatte 6 flächig ausgebildeten Anschläge 12 von der Hauptseite 8 der Grundplatte 6 ist so in Abhängigkeit vom Typ des Halbleiterplättchens 1 eingestellt, daß bei einem sicheren elektrischen Kontaktieren eine unzulässige Deformation der Kontaktelemente 3 gerade ausgeschlossen ist. Da verschiedene Typen von Halbleiterplättchen 1 zum Testen in einer gemeinsamen Testvorrichtung mit gemeinsamem äußeren Träger 4 vorgesehen sein können, welche verschiedene Abstände C der Anschläge 12 von der Hauptseite 8 der Grundplatte 6, je nach geometrischen Abmessungen, erfordern, ist mit dem modularen Prinzip der vorliegenden Anordnung ein Anpassen durch Halbleiterplättchentyp-abhängige, innere Träger 5 mit geringem Aufwand ermöglicht.
• In den gezeigten Ausführungsbeispielen der Anordnung gemäß Fig. 1 und 2 ist deutlich erkennbar, daß zum Erreichen der beschriebenen Vorteile keine Vorsprünge an dem inneren Träger 5 erforderlich sind, welche einen mechanischen Kontakt zwischen der aktiven Vorderseite 2 des Halbleiterplättchens 1 und Anschlägen zur Begrenzung der Deformation der Kontaktelemente 3 bewirken. Hierdurch ist eine Beschädigung der aktiven Vorderseite 2 des Halbleiterplättchens 1 durch ein mechanisches Kontaktieren mit Anschlägen zur Vermeidung einer unzulässigen Deformation, beispielsweise durch Eindrücken von unvermeidlichen Partikeln in die aktive Vorderseite 2 und eine damit verbundene, potentielle Beschädigungen von Passivierungs- oder Polyimid-Schichten ausgeschlossen.
• Aufgrund des modularen Prinzips der vorliegenden Anordnung mit Halbleiterplättchentyp-abhängigem inneren Träger 5, bei dem jeweils ein geeigneter Abstand C zur Bereitstellung eines Anschlags 12 einstellbar ist, können mit der vorliegenden Test-Anordnung viele verschiedene Typen von Halbleiterplättchen in der gleichen Testanordnung mit lediglich geringem Aufwand getestet werden. Bezugszeichenliste 1 Halbleiterplättchen
  2 Hauptseite
  3 Anschlußelement
  4 Äußerer Träger
  5 Innerer Träger
  6 Grundplatte
  7 Anschlußfläche
  8 Hauptseite
  9 Halterung
  10 Schwenkarm
  11 Feder
  12 Anschlag
  A Abstand
  B Abstand
  C Abstand
  

Claims (6)

1. Anordnung zur Aufnahme eines Halbleiterplättchens (1) mit auf einer Hauptseite (2) angeordneten elektrischen Anschlußelementen (3) zu Testzwecken, umfassend
einen äußeren Träger (4) mit einer Grundplatte (6), die auf einer Hauptseite (8) elektrische Anschlußflächen (7) aufweist, die den elektrischen Anschlußelementen (3) des Halbleiterplättchens (1) zur Kontaktierung zugeordnet sind,
einen in den äußeren Träger (4) formschlüssig einpaßbaren inneren Träger (5), der auf die Grundplatte (6) aufsetzbar ist, ausgebildet zur Aufnahme des Halbleiterplättchens (1), und
zumindest eine beweglich am äußeren Träger (4) befestigte Niederhaltevorrichtung (10, 11) zum Ausüben einer Kraft auf das Halbleiterplättchen (1) in einer Richtung senkrecht zur Grundplatte (6),
wobei am inneren Träger (5) zumindest ein Anschlag (12) vorgesehen ist zum Begrenzen der Bewegung der Niederhaltevorrichtung (10, 11) in Richtung zur Grundplatte (6), ausgebildet zum Eingehen einer kraftschlüssigen Verbindung mit der Niederhaltevorrichtung (10, 11).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederhaltevorrichtung (10, 11) einen schwenkbaren Hebelarm (10) umfaßt, der zur Bereitstellung der Kraft auf das Halbleiterplätten (1) über eine Feder (11) mit dem äußeren Träger (4) verbunden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Träger rahmenförmig ausgebildet ist zum formschlüssigen Umschließen des Halbleiterplättchens (1) entlang des Umfangs desselben.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Anschlußflächen (7) der Grundplatte (6) matrixförmig angeordnet sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (12) am inneren Träger (5) parallel zur Grundplatte (6) angeordnet ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei beweglich am äußeren Träger (4) befestigte Niederhaltevorrichtungen (11, 10) zum Ausüben einer Kraft auf das parallel zur Grundplatte (6) anordenbare Halbleiterplättchen (1) in einer Richtung senkrecht zur Grundplatte (6) vorgesehen sind.