DE102012100982A1

DE102012100982A1 - Vorrichtung zum lösbaren Aufnehmen eines Halbleiterchips

Info

Publication number: DE102012100982A1
Application number: DE102012100982A
Authority: DE
Inventors: Peter Ossimitz
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2012-09-20
Also published as: CN102680749A; US20120238042A1; CN102680749B; US8399265B2

Abstract

Eine Vorrichtung zum lösbaren Aufnehmen eines vereinzelten Halbleiterchips mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche gegenüberliegend zur ersten Hauptoberfläche wird offenbart. Die Vorrichtung beinhaltet eine Stützstruktur. Mindestens ein elastisches Element ist an der Stützstruktur angeordnet. Elektrische Kontaktelemente sind an dem mindestens einen elastischen Element angeordnet und angepasst, mit der ersten Hauptoberfläche des Halbleiterchips kontaktiert zu werden. Eine Folie ist angepasst, über der zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterchips angeordnet zu werden.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum lösbaren Aufnehmen eines vereinzelten Halbleiterchips und ein Verfahren zum Testen eines vereinzelten Halbleiterchips.
Nach der Vereinzelung von Halbleiterchips von einem Halbleiter-Wafer kann jeder Halbleiterchip getestet werden, um seine Qualität und Zuverlässigkeit zu messen. Das Testen kann das Burn-In-Testen umfassen, wobei der Halbleiterchip einem breiten Temperaturbereich ausgesetzt wird, während die im Halbleiterchip enthaltene integrierte Schaltung getestet wird. Außerdem kann der Halbleiterchip Geschwindigkeits- und/oder Funktionalitätstests unterzogen werden, um die Leistung der integrierten Schaltungen zu prüfen. Während des Testens kann die Qualität der Kontaktstellen, die auf dem Halbleiterchip angeordnet sind, auch getestet werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum lösbaren Aufnehmen eines vereinzelten Halbleiterchips und ein verbessertes Verfahren zum Testen eines vereinzelten Halbleiterchips bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die begleitenden Zeichnungen sind enthalten, um für ein weiteres Verständnis von Ausführungsformen zu sorgen, und sind in diese Patentbeschreibung integriert und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen stellen Ausführungsformen dar und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern von Prinzipien von Ausführungsformen. Andere Ausführungsformen und viele der beabsichtigten Vorteile von Ausführungsformen sind leicht ersichtlich, wenn sie mit Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verständlich werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu relativ zueinander. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
1 stellt schematisch eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung mit einer Stützstruktur zum lösbaren Aufnehmen eines vereinzelten Halbleiterchips dar;
2A–2C stellen schematisch Querschnitts- und Draufsichten einer Ausführungsform einer Vorrichtung mit einer Stützstruktur zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips und Kanälen, die sich durch die Stützstruktur erstrecken, um einen Unterdruck zu erzeugen, um die Halbleiterchips vorübergehend an der Stelle zu halten, dar;
3A–3B stellen schematisch Querschnittsansichten einer Ausführungsform einer Vorrichtung mit einer Stützstruktur zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips und mehreren Kanälen, die sich durch die Stützstruktur erstrecken, um einen Unterdruck zu erzeugen, um eine Kraft auf eine über den Halbleiterchips angeordnete Folie aufzubringen, dar;
4A–4C stellen schematisch Draufsichten einer Ausführungsform einer Vorrichtung mit einer Stützstruktur zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips und mehreren Kanälen, die sich durch die Stützstruktur erstrecken, dar;
5 stellt schematisch eine Draufsicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung mit einer Stützstruktur zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips und mehreren Öffnungen in der Stützstruktur dar;
6A–6I stellen schematisch Draufsichten von Ausführungsformen einer Stützstruktur und von elastischen Elementen, die an der Stützstruktur angeordnet sind, dar;
7A–7D stellen schematisch eine Draufsicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung mit einer Stützstruktur zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips und mehreren Ventilen, die mit Kanälen verbunden sind, die sich durch die Stützstruktur erstrecken, dar;
8A–8E stellen schematisch eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Stützstruktur zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten kleinen Halbleiterchips dar;
9 stellt schematisch eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung mit einer Stützstruktur zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips und einer über den Halbleiterchips angeordneten Platte dar;
10A–10C stellen schematisch Draufsichten von Ausführungsformen einer Stützstruktur zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips und einer Platte, die über den Halbleiterchips angeordnet ist, dar;
11 stellt schematisch eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung mit einer Stützstruktur zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips und individuellen Platten, die über den Halbleiterchips angeordnet sind, dar;
12 stellt schematisch eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung mit einer Stützstruktur zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips und zwei Folien sowie einer über den Halbleiterchips angeordneten Platte dar;
13 stellt schematisch eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung mit einer Stützstruktur zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips und zwei Folien sowie einer Platte, die über den Halbleiterchips angeordnet ist, dar;
14 stellt schematisch eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung mit einer Stützstruktur zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips und Peltier-Elementen, die über den Halbleiterchips angeordnet sind, dar;
15A–15C stellen schematisch Querschnittsansichten von Ausführungsformen eines Rahmens zum Kühlen oder Erwärmen von Halbleiterchips dar;
16A–16C stellen schematisch eine Ausführungsform eines Rahmens, der an einer Stützstruktur zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips angebracht werden soll, dar;
17A–17C stellen schematisch eine Ausführungsform eines Rahmens, der an einer Stützstruktur zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips angebracht werden soll, dar;
18A–18B stellen schematisch eine Ausführungsform eines Rahmens, der an einer Stützstruktur zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips angebracht werden soll, dar;
19–22 stellen schematisch Querschnitts- und Draufsichten von Ausführungsformen einer Vorrichtung mit einer Stützstruktur zum lösbaren Aufnehmen eines vereinzelten Halbleiterchips und einer über dem Halbleiterchip angeordneten Folie dar;
23–24 stellen schematisch Querschnitts- und Draufsichten von Ausführungsformen einer Vorrichtung mit einer Stützstruktur zum lösbaren Aufnehmen eines vereinzelten Halbleiterchips, einer über dem Halbleiterchip angeordneten Folie und einem über der Folie angeordneten Gelkissen oder Gelpad dar;
25 stellt schematisch Querschnitts- und Draufsichten einer Ausführungsform einer Vorrichtung mit einer Stützstruktur zum lösbaren Aufnehmen eines vereinzelten Halbleiterchips und einer über dem Halbleiterchip angeordneten Aluminiumfolie dar;
26A–26E stellen schematisch Querschnittsansichten einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung mit einer Stützstruktur und Trägern, die an der Stützstruktur angebracht sind, zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips dar; und
27A–27B stellen schematisch Querschnittsansichten von Ausführungsformen einer Vorrichtung mit einer Stützstruktur zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips und einer über den Halbleiterchips angeordneten Platte dar, die es ermöglicht, die Rückseiten der Halbleiterchips zu kontaktieren.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen zur Erläuterung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. In dieser Hinsicht wird die Richtungsterminologie wie z.B. "oben", "unten", "vorn", "hinten", "vordere", "hintere" usw. in Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figuren verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl von verschiedenen Orientierungen angeordnet sein können, wird die Richtungsterminologie für Erläuterungszwecke verwendet und ist keineswegs einschränkend. Andere Ausführungsformen können selbstverständlich verwendet werden und strukturelle oder logische Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung soll daher nicht in einer einschränkenden Hinsicht aufgefasst werden und das Konzept der vorliegenden Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.
Selbstverständlich können die Merkmale der hier beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, wenn nicht spezifisch anders angegeben.
Wie in dieser Beschreibung verwendet, sollen die Begriffe "gekoppelt" und/oder "elektrisch gekoppelt" nicht bedeuten, dass die Elemente direkt miteinander gekoppelt sein müssen; zwischenliegende Elemente können zwischen den "gekoppelten" oder "elektrisch gekoppelten" Elementen vorgesehen sein.
Vorrichtungen, die vorübergehend Halbleiterchips enthalten, um die Halbleiterchips zu testen, werden nachstehend beschrieben. Die Halbleiterchips können von verschiedenen Typen sein, können durch verschiedene Technologien hergestellt werden und können integrierte Schaltungen, beispielsweise integrierte elektrische, elektrooptische oder elektromechanische Schaltungen oder passive Elemente umfassen. Die integrierten Schaltungen können beispielsweise als integrierte Logikschaltungen, analoge integrierte Schaltungen, integrierte Mischsignalschaltungen, integrierte Leistungsschaltungen, Speicherschaltungen oder integrierte passive Elemente entworfen sein. Ferner können die Halbleiterchips als so genannte MEMS (mikroelektromechanische Systeme) konfiguriert sein und können mikromechanische Strukturen wie z.B. Brücken, Membranen oder Zungenstrukturen umfassen. Die Halbleiterchips können als Sensoren oder Aktuatoren konfiguriert sein, beispielsweise Drucksensoren, Beschleunigungssensoren, Rotationssensoren, Mikrophone usw. Die Halbleiterchips können als Antennen und/oder diskrete passive Elemente und/oder Chipstapel konfiguriert sein. Halbleiterchips, in die solche Funktionselemente eingebettet sind, enthalten im Allgemeinen elektronische Schaltungen, die zum Ansteuern der funktionalen Elemente dienen oder durch die funktionalen Elemente erzeugte Signale weiterverarbeiten. Die Halbleiterchips müssen nicht aus einem spezifischen Halbleitermaterial, beispielsweise Si, SiC, SiGe, GaAs, hergestellt sein und können ferner anorganische und/oder organische Materialien enthalten, die keine Halbleiter sind, wie beispielsweise diskrete passive Elemente, Antennen, Isolatoren, Kunststoffe oder Metalle. Die Halbleiterchips können von Halbleiter-Wafern vereinzelt werden. Die Halbleiterchips müssen nicht gekapselt oder gehäust (engl. packaged) sein, wenn sie getestet werden, d.h. die Halbleiterchips können ungekapselte oder ungehäuste oder "nackte" (engl. bare) Halbleiterchips sein.
Die Halbleiterchips können Kontaktstellen oder Kontaktpads (oder Elektroden) aufweisen, die ermöglichen, dass ein elektrischer Kontakt mit den integrierten Schaltungen hergestellt wird, die in den Halbleiterchips enthalten sind. Eine oder mehrere Metallschichten können auf die Kontaktstellen der Halbleiterchips aufgebracht sein. Die Metallschichten können mit einer beliebigen gewünschten geometrischen Form und einer beliebigen gewünschten Materialzusammensetzung hergestellt werden. Die Metallschichten können beispielsweise in Form einer Schicht, die einen Bereich bedeckt, vorliegen. Ein beliebiges gewünschtes Metall oder eine beliebige gewünschte Metalllegierung, beispielsweise Aluminium, Titan, Gold, Silber, Kupfer, Palladium, Platin, Nickel, Chrom oder Nickelvanadium, kann als Material verwendet werden. Die Metallschichten müssen nicht homogen sein oder aus nur einem Material hergestellt sein, das heißt verschiedene Zusammensetzungen und Konzentrationen der Materialien, die in den Metallschichten enthalten sind, sind möglich. Die Kontaktstellen können sich auf den aktiven Hauptoberflächen der Halbleiterchips oder auf anderen Oberflächen der Halbleiterchips befinden.
Die nachstehend beschriebenen Vorrichtungen umfassen eine Stützstruktur(oder Abstützstruktur oder Auflagestruktur oder Aufnahmestruktur oder Aufsatzstruktur), die aus einem Keramik- oder Siliziummaterial ausgebildet sein kann oder eine PCB (gedruckte Leiterplatte, engl. Printed Circuit Board) sein kann. Ein oder mehrere elastische (oder federnde) Elemente sind an der Stützstruktur angeordnet. Die elastischen Elemente können aus einem elastischen Material, beispielsweise Silikon, bestehen. Elektrische Kontaktelemente in Form von Leiterbahnen können auf den elastischen Elementen abgeschieden sein. Die auf den elastischen Elementen abgeschiedenen elektrischen Kontaktelemente können mit Leiterbahnen in oder an der Stützstruktur verbunden sein. Wenn die Halbleiterchips über den elastischen Elementen so angeordnet werden, dass ihre Kontaktstellen den elastischen Elementen zugewandt sind, stehen alle oder einige der Kontaktstellen der Halbleiterchips mit den elektrischen Kontaktelementen an den elastischen Elementen in elektrischem Kontakt. Dies ermöglicht die Durchführung von elektrischen Tests an den Halbleiterchips.
Eine oder mehrere Folien (oder Bänder oder Membranen) können über den Halbleiterchips angeordnet werden. Die Folien können vorübergehend an der Stützstruktur befestigt werden. Die Folien können flexibel oder elastisch sein und können aus einem Silikonmaterial oder irgendeinem anderen geeigneten Material bestehen. Die Folien ermöglichen eine gute thermische Verbindung der Halbleiterchips mit der Umgebung. Auf diese Weise wird die (innere) Temperatur der Halbleiterchips gut gesteuert, wenn die Halbleiterchips in einer Erwärmungs- oder Kühlvorrichtung angeordnet werden, um die Halbleiterchips zu erwärmen oder zu kühlen.
Eine oder mehrere elastische (oder federnde) Wände sind an der Stützstruktur angeordnet. Die elastischen Wände können aus einem elastischen Material, beispielsweise Silikon, bestehen. Jede der elastischen Wände kann ein oder mehrere elastische Elemente umgeben. Wenn eine Folie über den zu testenden Halbleiterchips angeordnet wird, können die elastischen Wände eine luftdichte Abdichtung schaffen, so dass ein Unterdruck aufgebracht werden kann, der die Folie nach unten zur Stützstruktur zieht.
Eine oder mehrere Platten können über den Halbleiterchips angeordnet werden. Die Platen können eine beliebige Form und Größe aufweisen. Die Platten sind wärmeleitfähig und können beispielsweise als Kühlkörper oder Kühlplatten zum Ableiten der durch die Halbleiterchips erzeugten Wärme dienen. Die Platten stellen eine gute thermische Verbindung der Halbleiterchips mit ihrer Umgebung sicher. Die Platten können aus einem beliebigen gewünschten Metall oder einer beliebigen gewünschten Metalllegierung wie z.B. Kupfer, Aluminium oder Nickel oder anderen geeigneten Materialien wie z.B. Kunststoffen bestehen, die nicht elektrisch leitfähig, aber wärmeleitfähig sind.
1 stellt schematisch eine Vorrichtung 100 zum lösbaren (vorübergehenden) oder freigebbaren oder ablösbaren Aufnehmen eines vereinzelten Halbleiterchips (Die) 10 im Querschnitt dar. Der Halbleiterchip 10 weist eine erste Hauptoberfläche 11 und eine zweite Hauptoberfläche 12, die zur ersten Hauptoberfläche 11 entgegengesetzt ist, auf. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Stützstruktur 13 und mindestens ein elastisches Element 14, das an der Stützstruktur 13 angeordnet ist. Ein elektrisches Kontaktelement 15 ist an dem mindestens einen elastischen Element 14 angeordnet. Das elektrische Kontaktelement 15 ist so ausgelegt, dass es mit der ersten Hauptoberfläche 11 des Halbleiterchips 10 kontaktiert wird. Insbesondere kann das elektrische Kontaktelement 15 mit Kontaktstellen 16 des Halbleiterchips 10 elektrisch kontaktiert werden. Außerdem umfasst die Vorrichtung 100 eine Folie 17, die so ausgelegt ist, dass sie über der zweiten Hauptoberfläche 12 des Halbleiterchips 10 angeordnet wird. Die Folie 17 kann lösbar (vorübergehend) an der Stützstruktur 13 befestigt werden. Wenn die Folie 17 an der Stützstruktur 13 befestigt wird, kann sie sicher befestigt werden. Insbesondere kann die Folie 17 aus einem elastischen Material bestehen.
Der Halbleiterchip kann hergestellt werden, wie es aus dem Fachgebiet bekannt ist. Ein Halbleiter-Wafer (z.B. ein Silizium-Wafer) kann beispielsweise durch Implantieren, Abscheiden und Ätzen von verschiedenen Schichten unter Bildung von mehreren Chips oder Dies bearbeitet werden. Der Wafer kann dann vereinzelt werden, um den Wafer in die individuellen Chips aufzutrennen.
2A–2C stellen schematisch eine Vorrichtung 200 zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips 10 in einer Draufsicht (oben) und im Querschnitt (unten) entlang der Linie A-A', die in der Draufsicht dargestellt ist, dar. Die Vorrichtung 200 ist eine Implementierung der Vorrichtung 100. Die Details der Vorrichtung 200, die nachstehend beschrieben werden, können daher ebenso auf die Vorrichtung 100 angewendet werden.
In der in 2A dargestellten Ausführungsform sind vier elastische Elemente 14 an die Stützstruktur 13 angefügt. In einer anderen Ausführungsform kann eine beliebige andere Anzahl von elastischen Elementen 14 an der Stützstruktur 13 angeordnet sein. In einer Draufsicht kann jedes der elastischen Elemente 14 die Form einer geschlossenen Kurve aufweisen, die eine Kurve ohne Endpunkte ist und die eine Fläche der oberen Oberfläche 20 der Stützstruktur 13 vollständig umschließt. Die durch die elastischen Elemente 14 gebildeten geschlossenen Kurven können in der Draufsicht die Form eines Halbrechtecks mit abgerundeten Ecken aufweisen, wie in 2A beispielhaft dargestellt, aber andere Formen sind ebenso möglich. Im Querschnitt können die elastischen Elemente 14 die Form einer Wand und insbesondere die Form eines Halbzylinders aufweisen. In einer Ausführungsform weist jedes elastische Element 14 im Querschnitt die Form eines geringfügig geneigten "S", das von links ansteigt, und eines gespiegelten "S", das von rechts ansteigt, auf. Diese doppelte S-Form in einem Gradienten der ansteigenden Kante ermöglicht einen flachen Übergang von der Stützstruktur 13 zum elastischen Element 14. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass andere Querschnittsformen der elastischen Elemente 14 auch bereitgestellt sein können.
Die elastischen Elemente 14 können durch Abscheiden von elastischem Material auf der Stützstruktur 13 ausgebildet werden. Für diesen Zweck können geeignete Abscheidungsverfahren, beispielsweise Drucktechnologien wie z.B. Siebdrucken (engl. screen printing), oder chemische oder physikalische Gasphasenabscheidungsprozesse verwendet werden. Die mehrfache Verwendung solcher Abscheidungsprozesse macht es möglich, beliebige flache und steile Gradienten im Übergang zwischen der Stützstruktur 13 und dem elastischen Element 14 zu schaffen.
Das Material der elastischen Elemente 14 kann elektrisch isolierend sein und kann Silikon enthalten oder kann sogar vollständig aus Silikon bestehen. Silikon ist sowohl elastisch als auch wärmestabil, wodurch das Testen bei einer erhöhten Temperatur ermöglicht wird. Ferner können Silikonmaterialien eine niedrige Federkonstante aufweisen, mit dem Ergebnis, dass nur geringe Kräfte für die Kontaktverbindung der zu testenden Halbleiterchips 10 erforderlich sind.
Elektrische Kontaktelemente 15 in Form von Leiterbahnen können auf den elastischen Elementen 14 abgeschieden sein. Die Leiterbahnen 15 können auf den elastischen Elementen 14 und auf der oberen Oberfläche 20 der Stützstruktur 13 verlaufen. Aufgrund der elastischen Elemente 14, die von der oberen Oberfläche 20 der Stützstruktur 13 vorstehen, können die Leiterbahnen 15 in drei Dimensionen angeordnet sein. In 2A sind Teile der elastischen Elemente 15 in vergrößerten Darstellungen gezeigt. Aus Gründen der Deutlichkeit sind die Leiterbahnen 15 nur in den vergrößerten Darstellungen gezeigt. Die Leiterbahnen 15 können aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einem Metall oder einer Metalllegierung, bestehen. In einer Ausführungsform weisen die Leiterbahnen 15 Spitzen 21 an der Oberseite der elastischen Elemente 14 auf, die verwendet werden können, um die Kontaktstellen 16 der Halbleiterchips 10 elektrisch zu kontaktieren. Die Spitzen 21 können verschiedene Formen aufweisen, beispielsweise können die Spitzen 21 spitz oder stumpf sein oder können eine Kugel auf ihnen aufweisen oder können die Form eines Pyramidenstumpfs oder irgendeine andere geeignete Form aufweisen. Die Leiterbahnen 15 können durch die Stützstruktur 13 elektrisch kontaktiert werden und eine Verbindungsmöglichkeit für eine externe Schaltungsvorrichtung oder Schaltung schaffen, die in 2A nicht dargestellt ist. Die externe Schaltungsvorrichtung kann beispielsweise als Testvorrichtung ausgeführt sein, die Testsignale zu den zu testenden Halbleiterchips 10 zuführt und Antwortsignale von den Halbleiterchips 10 weg überträgt.
Die Leiterbahnen 15 können durch ein beliebiges geeignetes Verfahren abgeschieden werden, beispielsweise physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung, Sputtern, elektrochemische oder stromlose Abscheidung. Metallisierungsschichten können beispielsweise durch Sputtern und anschließende elektrochemische Verstärkung ausgebildet werden. Ein Strukturentwurf kann mittels photolithographischer Prozesse bewirkt werden.
Ein Rasterabstand (engl. pitch distance) zwischen den elektrischen Kontaktelementen 15 kann kleiner als 150 µm (Mikrometer) oder kleiner als 100 µm (Mikrometer) sein. Die Halbleiterchips 10 können folglich in dem nicht untergebrachten (engl. non-housed) Zustand getestet werden.
Die Stützstruktur 13 kann eine planare obere Oberfläche 20 aufweisen oder Abschnitte der oberen Oberfläche 20 können planar sein. Die Stützstruktur 13 kann aus Keramik oder Silizium ausgebildet sein oder kann eine PCB (gedruckte Leiterplatte) sein. In einer Ausführungsform sind die Leiterbahnen 15 nur auf der oberen Oberfläche 20 der Stützstruktur 13 angeordnet. In einer anderen Ausführungsform sind die Leiterbahnen 15 auch auf der unteren Oberfläche 22 der Stützstruktur 13 angeordnet. Insbesondere wenn die Stützstruktur 13 als PCB implementiert ist, können einige der Leiterbahnen 15 innerhalb der PCB verlaufen. Die verschiedenen Metallisierungsschichten können mittels elektrisch leitfähiger Kontaktlöcher in der Stützstruktur 13 verbunden sein.
Einer oder mehrere erste Kanäle 25 erstrecken sich durch die Stützstruktur 13 und können mit ersten Öffnungen (Löchern) 26 in der oberen Oberfläche 20 der Stützstruktur 13 verbunden sein. Die ersten Öffnungen 26 können in den Bereichen der Stützstruktur 13 angeordnet sein, die von den elastischen Elementen 14 umschlossen sind. Die ersten Kanäle 25 können auch mit einer Öffnung 27 verbunden sein, die auch als Ventil (in 2A nicht dargestellt) implementiert sein kann und die mit einer Pumpe wie z.B. einer Vakuum- oder Niederdruckpumpe (in 2A nicht dargestellt) verbunden sein kann. Einige oder sogar alle der ersten Kanäle 25 können miteinander verbunden sein, wie in der Ausführungsform von 2A dargestellt. In einer Ausführungsform kann jede Gruppe der ersten Kanäle 25, die miteinander verbunden sind, mit einer individuellen Öffnung 27, die ein Ventil enthält, das mit einer Vakuumpumpe verbunden sein kann, verbunden sein.
Halbleiterchips 10 ohne Gehäuse, d.h. so genannte "ungekapselte oder ungehäuste oder "nackte" (engl. bare) Halbleiterchips", die nicht mit einer Formverbindung oder Vergussmasse (engl. mold compound) eingekapselt sind, können auf der Stützstruktur 13 angeordnet werden, damit sie getestet werden, wie in 2B dargestellt. Nachdem die Halbleiterchips 10 auf einem Halbleiter-Wafer hergestellt wurden und nachdem der Halbleiter-Wafer geschnitten wurde, um die Halbleiterchips (Dies) 10 zu vereinzeln (d.h. sie in individuelle integrierte Schaltungschips aufzutrennen), kann ein Bestückungswerkzeug (engl. pick-and-place tool) jeden Halbleiterchip 10 auf ein jeweiliges der elastischen Elemente 14 setzen.
Die Halbleiterchips 10 können auf demselben Halbleiter-Wafer hergestellt worden sein, können jedoch alternativ auf verschiedenen Wafern hergestellt worden sein. Ferner können die Halbleiterchips 10 physikalisch identisch sein, können jedoch auch verschiedene integrierte Schaltungen enthalten und/oder andere Komponenten darstellen und/oder können verschiedene äußere Abmessungen und/oder Geometrien aufweisen. Die Halbleiterchips 10 können eine Dicke im Bereich zwischen 50 µm (Mikrometer) und mehreren hundert Mikrometern aufweisen. Die Halbleiterchips 10 können über der Stützstruktur 13 angeordnet sein, wobei ihre ersten Hauptoberflächen 11 der Stützstruktur 13 zugewandt sind und ihre zweiten Hauptoberflächen 12 von der Stützstruktur 13 abgewandt sind. Die ersten Hauptoberflächen 11 der Halbleiterchips 10 können aktive Hauptoberflächen sein. Kontaktstellen 16 sind an den ersten Hauptoberflächen 11 angeordnet. Auf die in die Halbleiterchips 10 eingebetteten integrierten Schaltungen kann über die Kontaktstellen 16 elektrisch zugegriffen werden. Die Kontaktstellen 16 können aus einem Metall, beispielsweise Aluminium oder Kupfer, bestehen. Die Kontaktstellen 16 können regelmäßig oder unregelmäßig angeordnet sein und können sich hinsichtlich der Größe und Geometrie unterscheiden.
Die Halbleiterchips 10 können auch gekapselt oder gehäust werden, bevor sie auf der Stützstruktur 13 angeordnet werden. Die gekapselten Halbleiterchips 10 können beispielsweise Chipmaßstabsbausteine (engl. chip scale packages) oder Waferebenen-Bausteine (engl. wafer level packages) sein. Die Halbleiterchips 10 können mit Formmaterial oder Vergussmasse so bedeckt sein, dass ihre aktiven Hauptoberflächen vom Formmaterial frei liegen. Die Bausteine können beispielsweise Bausteine vom Ausgangsverzweigungstyp (engl. fan-out type packages) sein. In diesem Fall ermöglicht der Einkapselungskörper, der aus Formmaterial oder irgendeinem anderen geeigneten Material besteht, dass die Umverteilungsschicht (engl. redistribution layer) sich über den Umriss der Halbleiterchips 10 hinaus erstreckt. Die externen Kontaktstellen, die einen elektrischen Zugriff auf die Halbleiterchips 10 von der Außenseite der Bausteine ermöglichen, müssen daher nicht innerhalb des Umrisses der Halbleiterchips 10 angeordnet sein, sondern können über eine größere Fläche verteilt sein. Die vergrößerte Fläche, die zur Anordnung der externen Kontaktstellen infolge des Einkapselungskörpers zur Verfügung steht, bedeutet, dass die externen Kontaktstellen nicht nur in einem großen Abstand voneinander angeordnet sein können, sondern dass eine maximale Anzahl von externen Kontaktstellen, die dort angeordnet werden können, ebenso im Vergleich zu der Situation, in der alle externen Kontaktstellen innerhalb des Umrisses der Halbleiterchips angeordnet sind, erhöht ist.
Wenn die Halbleiterchips 10 auf den elastischen Elementen 14 aufliegen, stehen ihre Kontaktstellen 16 mit den auf den elastischen Elementen 14 abgeschiedenen Leiterbahnen 15 in elektrischem Kontakt. Insbesondere können die nadelartigen Spitzen 21 einen elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktstellen 16 und den Leiterbahnen 15 erleichtern. Es kann vorgesehen sein, dass jede Kontaktstelle 16, die über den elastischen Elementen 14 angeordnet ist, mit einer individuellen Leiterbahn 15 elektrisch gekoppelt wird. Die Leiterbahnen 15 stellen sicher, dass die Halbleiterchips 10 mit einer externen Schaltungsvorrichtung, beispielsweise einer Testvorrichtung, elektrisch gekoppelt werden können.
Die Öffnung 27 (oder das Ventil) der ersten Kanäle 25 kann mit einer Vakuumpumpe verbunden werden, die einen niedrigen Druck p1 (oder einen Unterdruck oder ein Vakuum) in den ersten Kanälen 25 und auch in den Volumina 28, die von den ersten Hauptoberflächen 11 der Halbleiterchips 10, den elastischen Elementen 14 und der oberen Oberfläche 20 der Stützstruktur 13 umgeben sind, erzeugt. Der niedrige Druck p1 kann niedriger sein als der Atmosphärendruck. Der niedrige Druck p1 hält die Halbleiterchips 10 an der Stelle und stellt einen guten elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktstellen 16 und den Leiterbahnen 15 sicher. Das elastische (federnde) Material der elastischen Elemente 14 schafft eine luftdichte Abdichtung zwischen den Halbleiterchips 10 und den elastischen Elementen 14, wenn die ersten Kanäle 25 ausgepumpt werden. Nachdem die ersten Kanäle 25 ausgepumpt wurden, kann das Ventil, das die ersten Kanäle 25 mit der Vakuumpumpe verbindet, so eingestellt werden, dass es den Unterdruck in den ersten Kanälen 25 aufrechterhält, selbst wenn die Vakuumpumpe vom Ventil getrennt wird.
Wie in 2C dargestellt, kann ein entfernbarer Rahmen 30 über der Stützstruktur 13 angeordnet werden. Mittel können vorgesehen sein, um den Rahmen 30 an der Stelle zu halten. Der Rahmen 30 kann aus einem starren Material bestehen, beispielsweise einem dielektrischen Material oder einem elektrisch isolierenden PCB-Material. Das Material des Rahmens 30 und das elektrisch isolierende Material der Stützstruktur 13 können ähnliche oder identische Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Eine Folie 17 kann sicher am Rahmen 30 befestigt werden, beispielsweise durch Kleben oder Schweißen. Wenn der Rahmen 30 auf der Stützstruktur 13 aufliegt, kann die Folie 17 mit den zweiten Hauptoberflächen 12 der Halbleiterchips 10 in physikalischem Kontakt stehen. Es kann vorgesehen sein, dass die Folie 17 einen Druck auf die Halbleiterchips 10 aufbringt, um die Halbleiterchips 10 in Richtung der elastischen Elemente 14 zu pressen. Die Folie 17 kann aus einem elastischen Material bestehen, beispielsweise kann die Folie 17 Silikon oder Polytetrafluorethylen enthalten. Die Folie 17 kann eine Dicke im Bereich zwischen einigen Mikrometern und einigen Millimetern aufweisen. Die Elastizität der Folie 17 kann ermöglichen, dass die Folie 17 der Kontur der Halbleiterchips 10 folgt (d.h. sich an die zweiten Hauptoberflächen 12 der Halbleiterchips 10 anpasst).
Die ungekapselten bzw. ungehäusten Halbleiterchips 10, die auf den elastischen Elementen 14 aufliegen, werden dann Tests unterzogen. Die Tests können Burn-In-Testen umfassen, wobei die Halbleiterchips 10 erwärmt und/oder abgekühlt werden, während die in die Halbleiterchips 10 eingebetteten integrierten Schaltungen elektrisch vorgespannt werden. Die Funktionalität der Halbleiterchips 10 kann während und/oder nach dem Erwärmen/Kühlen getestet werden. Für Burn-In-Tests können Heiz- und Kühlvorrichtungen wie z.B. Öfen verwendet werden, um die Halbleiterchips 10 auf Temperaturen im Bereich von –40 °C bis +150 °C oder sogar außerhalb dieses Bereichs zu erwärmen. Außerdem können die Halbleiterchips 10 Geschwindigkeits- und Funktionalitätstests unterzogen werden, um die Leistung der integrierten Schaltungen zu prüfen. Die in die Halbleiterchips 10 eingebetteten Speicher können getestet werden, um festzustellen, welche Speicherzellen defekt sind. Ferner können die Kontaktstellen 16 der Halbleiterchips 10 getestet werden.
Nachdem die Tests beendet wurden, kann das Ventil, das die ersten Kanäle 25 mit der Vakuumpumpe verbindet, so eingestellt werden, dass es den Unterdruck oder das Vakuum in den ersten Kanälen 25 entlastet, und der Rahmen 30 kann zusammen mit der Folie 17 entfernt werden, so dass die Halbleiterchips 10 entfernt werden können.
Vorrichtungen zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips können eine, zwei, drei oder mehr Unterdruckzonen aufweisen. In 3A–3B ist eine Vorrichtung 300 schematisch im Querschnitt dargestellt, die drei Unterdruckzonen aufweist. Abgesehen von den ersten Kanälen 25, die mit den ersten Öffnungen 27 verbunden sind, um den niedrigen Druck p1 zu erzeugen, enthält die Vorrichtung 300 einen oder mehrere zweite Kanäle 45, die sich durch die Stützstruktur 13 erstrecken und zweite Öffnungen (Löcher) 31 an einem Ende in der oberen Oberfläche 20 der Stützstruktur 13 aufweisen. Die ersten Öffnungen 26 sind in den Bereichen der Stützstruktur 13 angeordnet, die von den elastischen Elementen 14 umschlossen sind. Die zweiten Öffnungen 31 sind außerhalb der Bereiche angeordnet, die von den elastischen Elementen 14 umschlossen sind. Es sind jedoch eine oder mehrere elastische Wände 32 vorhanden, die die zweiten Öffnungen 31 umschließen. Außerdem enthält die Vorrichtung 300 einen oder mehrere dritte Kanäle 46, die sich durch die Stützstruktur 13 erstrecken und dritte Öffnungen 42 an einem Ende in der oberen Oberfläche 20 der Stützstruktur 13 aufweisen. Die dritten Öffnungen 42 sind außerhalb der Bereiche angeordnet, die von den elastischen Wänden 32 umschlossen sind. In der Draufsicht kann jede der elastischen Wände 32 die Form einer geschlossenen Kurve aufweisen, die eine Kurve ohne Endpunkte ist und die einen Bereich der oberen Oberfläche 20 der Stützstruktur 13 vollständig umschließt. Der Herstellungsprozess der elastischen Wände 32 kann ähnlich oder identisch zum Herstellungsprozess der elastischen Elemente 14 sein.
Die zweiten Kanäle 45 können eine Öffnung 33 am entfernten Ende aufweisen, wobei die Öffnung 33 auch als Ventil (in 3A nicht dargestellt) implementiert sein kann und die mit einer Pumpe (in 3A nicht dargestellt) verbunden sein kann. Einige oder sogar alle der zweiten Kanäle 45 können miteinander verbunden sein. Die dritten Kanäle 46 können eine Öffnung 43 am entfernten Ende aufweisen, wobei die Öffnung 43 auch als Ventil implementiert sein kann und die mit einer Pumpe (in 3A nicht dargestellt) verbunden sein kann. Einige oder sogar alle der dritten Kanäle 46 können miteinander verbunden sein.
Ein Passelement 35 kann an der oberen Oberfläche 20 der Stützstruktur 13 angebracht sein. Dichtungselemente 36 können in das Passelement 35 integriert sein. Die Dichtungselemente 36 können aus Kautschuk oder Gummi, Silikon oder irgendeinem anderen geeigneten Material bestehen. Die untere Oberfläche 37 des Rahmens 30 kann derart ausgeführt sein, dass sie dem Passelement 35 und den Dichtungselementen 36, die vom Passelement 35 vorstehen, entspricht.
Eine Folie 17 ist am Rahmen 30 befestigt. Ferner kann eine Platte oder ein Deckel 38 den Rahmen 30 bedecken. Die Platte 38 kann aus einem starren Material, beispielsweise einem PCB-Material oder Glas oder Metall oder Halbleitermaterial, bestehen. Insbesondere kann die Platte 38 aus demselben Material wie der Rahmen 30 und/oder die Stützstruktur 13 bestehen.
In 3B liegt der Rahmen 30 auf der Stützstruktur 13 auf und die Dichtungselemente 36 stellen sicher, dass der Raum zwischen der Folie 17 und der Stützstruktur 13 dicht abgedichtet ist. Während die ersten Öffnungen 26 verwendet werden, um einen niedrigen Druck p1 zu erzeugen, um die Halbleiterchips 10 an der Stelle zu halten, werden die zweiten Öffnungen 31 verwendet, um einen niedrigen Druck p2 (oder einen Unterdruck oder ein Vakuum) in den Volumina 39 zu erzeugen, die durch die elastischen Wände 32, die Folie 17 und die obere Oberfläche 20 der Stützstruktur 13 definiert sind. Der niedrige Druck p2 kann niedriger sein als der Atmosphärendruck. Der niedrige Druck p2 erlegt den Abschnitten der Folie 17, die diesem niedrigen Druck p2 ausgesetzt sind, einen Druck auf, so dass die Folie 17 gegen die zweiten Hauptoberflächen 12 der Halbleiterchips 10 gepresst wird.
Um den niedrigen Druck p2 im Raum 39 zu erzeugen, können die Öffnungen 33 (oder das Ventil) der zweiten Kanäle 45 mit einer Vakuumpumpe verbunden werden. Die Öffnungen 33 können mit derselben Vakuumpumpe verbunden werden wie die Vakuumpumpe, die mit der Öffnung 27 verbunden ist, aber die Öffnungen 33 können auch mit einer anderen Vakuumpumpe verbunden werden. Das elastische Material der Wände 32 stellt eine luftdichte Abdichtung der Volumina 39 sicher.
4A–4C stellen schematisch eine Vorrichtung 400 zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips 10 in einer Draufsicht dar. In 4A ist die Stützstruktur 13 der Vorrichtung 400 gezeigt. Die Stützstruktur 13 umfasst vier Träger 40 mit jeweils vier elastischen Elementen 14 und einer elastischen Wand 32, die die vier elastischen Elemente 14 umgibt. Die Träger 40 können PCBs sein oder können aus einem anderen Material wie z.B. Kunststoffen, Metallen oder Halbleitermaterialien bestehen. Wie aus 4A zu sehen ist, umgibt jedes elastische Element 14 eine jeweilige der ersten Öffnungen 26 und eine Anzahl von zweiten Öffnungen 31 ist außerhalb der geschlossenen Kurven der elastischen Elemente 14, jedoch innerhalb der geschlossenen Kurve der elastischen Wand 32 angeordnet. Ferner umgibt eine elastische Wand 41 mit der Form einer Wand einer geschlossenen Kurve alle elastischen Wände 32. Die elastische Wand 41 kann einen ähnlichen oder identischen Querschnitt wie die elastischen Elemente 14 und/oder die elastischen Wände 32 aufweisen. Die elastische Wand 41 kann unter Verwendung derselben oder ähnlicher Herstellungsprozesse wie die Herstellungsprozesse, die für die elastischen Elemente 14 und die elastischen Wände 32 verwendet werden, hergestellt worden sein. Die elastische Wand 41 ist vom Passelement 35 umgeben. Die Dichtungselemente 36 sind in 4A nicht dargestellt.
4B stellt die Stützstruktur 13 dar, nachdem die Halbleiterchips 10 über den elastischen Elementen 14 angeordnet wurden, wobei ihre ersten Hauptoberflächen 11 der Stützstruktur 13 zugewandt sind und ihre zweiten Hauptoberflächen 12 von der Stützstruktur 13 abgewandt sind. Der niedrige Druck p1, der durch die ersten Kanäle 25 und die ersten Öffnungen 26 in der Stützstruktur 13 erzeugt wird, hält die Halbleiterchips 10 an der Stelle und stellt einen guten elektrischen Kontakt mit den elektrischen Kontaktelementen 15 (in 4A–4C nicht gezeigt) sicher.
4C stellt die Vorrichtung 400 dar, nachdem der Rahmen 30 zusammen mit der Folie 17 am Passelement 35 angebracht wurde. Der niedrige Druck p2, der durch die zweiten Kanäle 45 und die zweiten Öffnungen 31 in der Stützstruktur 13 erzeugt wird, zieht die Folie 17 in Richtung der Stützstruktur 13, so dass die Folie 17 gegen die zweiten Hauptoberflächen 12 der Halbleiterchips 10 gepresst wird. Nachdem der Rahmen 30 über der Stützstruktur 13 angeordnet wurde, können elektrische Tests der Halbleiterchips 10 durchgeführt werden, wie vorstehend erläutert.
5 stellt schematisch die Stützstruktur 13 einer Vorrichtung 500 zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips 10 in einer Draufsicht dar. Die Stützstruktur 13 der Vorrichtung 500 ist ähnlich zur Stützstruktur 13 der Vorrichtung 400, die in 4A gezeigt ist. Der Unterschied besteht darin, dass die Stützstruktur 13 der in 5 gezeigten Ausführungsform dritte Öffnungen (Löcher) 42 in der oberen Oberfläche 20 der Stützstruktur 13 aufweist, die verwendet werden können, um einen niedrigen Druck p3 (oder einen Unterdruck oder ein Vakuum) durch eine Vakuumpumpe zu erzeugen. Die dritten Öffnungen 42 sind außerhalb der geschlossenen Kurven der elastischen Wände 32, jedoch innerhalb der geschlossenen Kurve der elastischen Wand 41 angeordnet. Der mittels der dritten Öffnungen 42 erzeugte niedrige Druck p3 zieht die Folie 17 in Richtung der Stützstruktur 13, wenn der Rahmen 30 am Passelement 35 angebracht ist.
6A–6I stellen schematisch Ausführungsformen von Modulen dar, die elastische Elemente 14 enthalten. In den Ausführungsformen von 6D–6H sind die elastischen Elemente 14 von elastischen Wänden 32 umgeben. Die elastischen Elemente 14 und die elastischen Wände 32 können an Trägern 40 angebracht sein, die auf der Stützstruktur 13 angeordnet sein können, oder alternativ können die elastischen Elemente 14 und die elastischen Wände 32 direkt an der Stützstruktur 13 angebracht sein. 6A–6C zeigen Beispiele von einzelnen Unterdruckzonen. Jedes der elastischen Elemente 14, die in 6A–6C gezeigt sind, umgibt eine (oder mehrere) erste Öffnungen 26. 6D–6H zeigen Beispiele von doppelten Unterdruckzonen. In diesen Beispielen umgibt die elastische Wand 32 die elastischen Elemente 14 und die zweiten Öffnungen 31 sind zwischen den elastischen Elementen 14 und der elastischen Wand 32 angeordnet. Die ersten Öffnungen 26 und die elastischen Elemente 14 können verwendet werden, um die Halbleiterchips 10 an der Stelle zu halten, wohingegen die zweiten Öffnungen 31 und die elastische Wand 32 verwendet werden kann, um die Folie 17 anzuziehen. In der Ausführungsform von 6G sind die elastischen Elemente 14 in einer oder mehreren Positionen offen. In der Ausführungsform von 6H besteht jedes der elastischen Elemente 14 aus zwei oder mehr Wänden, die in Linien angeordnet sein können. In der Ausführungsform von 6I sind zwei oder mehr elastische Elemente 14 miteinander verbunden, beispielsweise durch kontinuierliche Wände.
7A stellt schematisch eine Vorrichtung 700 zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips 10 in einer Draufsicht dar. Vier Reihen 51, 52, 53 und 54 von elastischen Elementen 14 sind an der Stützstruktur 13 der Vorrichtung 700 angebracht. Jede Reihe 51–54 ist von einer elastischen Wand 32 umgeben. Die ersten Öffnungen 26 jeder Reihe 51–54 sind mit Ventilen 55, 56, 57 bzw. 58 verbunden. Kanäle 60 innerhalb der Stützstruktur 13 verbinden die Ventile 55–58 mit Verbindungselementen 61 und 62. Eine externe Vakuumpumpe kann mit den Verbindungselementen 61, 62 verbunden sein. Ferner enthält die Vorrichtung 700 eine Steuereinheit 63 zum Steuern der Ventile 55–58 und anderer Ventile, die in der Vorrichtung 700 enthalten sein können.
Eine Vorrichtung 65 zum Messen des Drucks in den Kanälen 60 kann an der Stützstruktur 13 angebracht sein. Die Vorrichtung 65 kann aus einem zumindest teilweise transparenten Zylinder 66, einem Federelement 67, einem Kolben (oder Schieber) 68 und einer Skala 69 bestehen. Ein Ende des Federelements 67 ist an einem Ende des Zylinders 66 befestigt und das entfernte Ende des Federelements 67 ist am Kolben 68 befestigt. Der Kolben 68 dichtet den Zylinder 66 dicht ab und ist dazu konfiguriert oder ausgelegt, innerhalb des Zylinders 66 zu gleiten. Das entfernte Ende des Zylinders 66 ist mit den Kanälen 60 verbunden. Die Position des Kolbens 68 innerhalb des Zylinders 66 entspricht dem Druck in den Kanälen 60. Die Skala 69, die beispielsweise aus einigen Markierungen an einem transparenten Teil des Zylinders 66 bestehen kann, ermöglicht es, den Druck in den Kanälen 60 zu messen.
Die Vorrichtung 700 umfasst ferner ein oder mehrere elektrische Verbindungselemente 70, die es ermöglichen, die Leiterbahnen 15 (in 7A nicht dargestellt) mit einer externen Testvorrichtung zu verbinden.
Die Vorrichtung 700 kann zweite Öffnungen 31 umfassen, die mit einer Vakuumpumpe mittels Kanälen und Ventilen (in 7A nicht dargestellt) verbunden werden können.
Wenn die Vorrichtung 700 mit den Halbleiterchips 10 ausgestattet ist, kann vorgesehen sein, dass zuerst die Reihe 51 mit den Halbleiterchips 10 beladen wird. Dafür wird nur das Ventil 55 geöffnet und die Ventile 56–58 bleiben geschlossen. Dann werden die Halbleiterchips 10 an der Reihe 52 befestigt. Dafür wird das Ventil 56 geöffnet. In dieser Weise kann Reihe nach Reihe mit Halbleiterchips 10 beladen werden. Wenn alle elastischen Elemente 14 mit Halbleiterchips 10 ausgestattet wurden, kann eine Folie 17 über den elastischen Wänden 32 (in 7A nicht dargestellt) angeordnet werden und elektrische Tests der Halbleiterchips 10 können durchgeführt werden.
7B stellt schematisch eine Ausführungsform der Vorrichtung 65 dar, wobei das Federelement 67 mit dem Ende des Zylinders 66 verbunden ist, mit dem das Unterdrucksystem (über den Kanal 60) verbunden ist. Der Kolben 68 definiert zwei Kammern A und B innerhalb des Zylinders 66, die voneinander abgedichtet sind. Die Darstellung auf der rechten Seite von 7B zeigt die Situation, in der die Kammer B zur Umgebung offen ist, was bedeutet, dass der Druck in der Kammer B der Umgebungsdruck ist. Die Kammer A weist einen niedrigen Druck auf und das Volumen der Kammer A ist in diesem Fall minimiert. Die Darstellung auf der linken Seite von 7B zeigt die Situation, in der die Kammer B mit dem durch die Vakuumpumpe erzeugten Unterdruck verbunden ist.
7C stellt schematisch eine Ausführungsform der Vorrichtung 65 dar, wobei das Federelement 67 mit dem Ende des Zylinders 66 verbunden ist, das vom Unterdrucksystem abgedichtet ist. Die Darstellung auf der linken Seite von 7C zeigt die Situation, in der die Kammer B zur Umgebung offen ist, was bedeutet, dass der Druck in der Kammer B der Umgebungsdruck ist. Die Darstellung auf der rechten Seite von 7C zeigt die Situation, in der die Kammer B mit dem durch die Vakuumpumpe erzeugten Unterdruck verbunden ist. In diesem Fall weist die Kammer B einen Druck von beispielsweise 0,1 Pa auf und die Kammer A weist einen Druck von beispielsweise 0,2 Pa auf.
7D zeigt ein Diagramm, in dem die gesamte Kolbenkraft, die Federkraft und der Druck in der Kammer A als Funktion der Kolbenposition aufgetragen sind. Die Vorrichtung 65 wird verwendet, um Energie innerhalb des mobilen Unterdruckuntersystems zu speichern, wie beispielsweise in 7A gezeigt. Die Skala 69 am Zylinder 66 zeigt die Position des Kolbens 68 und folglich die in der Vorrichtung 65 gespeicherte Energie. Die Kraft am Kolben 68 basiert auf dem niedrigen Druck in der Kammer A und der Federkraft am Kolben 68. Die Vorrichtung 65 ermöglicht die Einrichtung von miniaturisierten Unterdrucksystemen ohne perfekte Abdichtung. Die Vorrichtung 65 ermöglicht eine leichte Handhabung von komplexen Vorrichtungen auf der Basis von Unterdruck zwischen verschiedenen Systemen, z.B. während eines Produktionsablaufs.
8A–8E stellen schematisch ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung 800 zum lösbaren Aufnehmen von kleinen Halbleiterchips 10 im Querschnitt dar. Wenn die Größe der Halbleiterchips 10 kleiner als ungefähr 5 × 5 mm ist, müssen die elastischen Elemente 14, wie beispielsweise in 2A gezeigt, modifiziert werden, um die Halbleiterchips 10 stützen zu können. Für die Herstellung eines solchen elastischen Elements 14 wird eine Stützstruktur 13 vorgesehen, wie in 8A dargestellt. Die Stützstruktur 13 von 8A kann zur Stützstruktur 13 von 2A identisch sein. Die Stützstruktur 13 kann beispielsweise eine PCB mit einem ersten Kanal 25, der sich durch die PCB erstreckt, und einer ersten Öffnung 26 an der oberen Oberfläche 20 der PCB sein.
Die erste Öffnung 26 der Stützstruktur 13 kann mit einem Band oder einer Folie 75 bedeckt werden, wie in 8B dargestellt. Dann kann ein elastisches Material 76, beispielsweise ein Silikonmaterial, auf der oberen Oberfläche 20 der Stützstruktur 13 abgeschieden werden, wie in 8C dargestellt. Das elastische Material 76 kann derart abgeschieden werden, dass das elastische Material 76 einen Ring bildet, der die erste Öffnung 26 umgibt. Aufgrund des kleinen Durchmessers dieses Rings kann das elastische Material 76 den Abschnitt der Folie oder des Bandes 75 bedecken, die/das direkt über der ersten Öffnung 26 angeordnet ist. Drucktechniken, beispielsweise Siebdrucken, können verwendet werden, um das elastische Material 76 abzuscheiden.
Ein Loch 77 wird dann durch das elastische Material 76 und das Band 75 gebohrt, so dass die erste Öffnung 26 freigelegt wird, wie in 8D dargestellt. Das Loch 77 kann unter Verwendung eines Laserstrahls, eines mechanischen Bohrers oder irgendeiner anderen geeigneten Technik gebohrt werden. Aufgrund seines Herstellungsprozesses weist das elastische Material 76 die Form einer ringförmigen Wand, die das Loch 77 umgibt, auf. Die Oberfläche der elastischen Wand 76 kann mit Polyscien (engl. polyscience) beschichtet werden und elektrische Kontaktelemente 15 in Form von Leiterbahnen können auf der elastischen Wand 76 und der Stützstruktur 13 abgeschieden werden (in 8D nicht dargestellt).
Wie in 8E dargestellt, kann ein Halbleiterchip 10 mit einer ersten Hauptoberfläche 11 mit Abmessungen, die kleiner sind als 5 × 5 mm, an der elastischen Wand 76 befestigt werden, wobei die erste Hauptoberfläche 11 der elastischen Wand 76 zugewandt ist. Der Halbleiterchip 10 wird durch Auspumpen des durch die elastische Wand 76 und die erste Hauptoberfläche 11 des Halbleiterchips 10 eingeschlossenen Volumens durch das Loch 26, 77 an der Stelle gehalten. Aufgrund der ähnlichen Abmessungen des Halbleiterchips 10 und der elastischen Wand 76 stehen die Kontaktstellen 16 des Halbleiterchips 10 mit den Leiterbahnen, die auf der elastischen Wand 76 abgeschieden sind, in elektrischem Kontakt. Dies ermöglicht, den ungekapselten Halbleiterchip 10 mit einer externen Testvorrichtung elektrisch zu koppeln und Tests des Halbleiterchips 10 durchzuführen.
Die ungekapselten Halbleiterchips 10, die mit den hier beschriebenen Vorrichtungen getestet werden, können für Hochtemperaturanwendungen verwendet werden. Die ungekapselten Halbleiterchips 10 schaffen eine gute thermische Integration in die Leiterplatte während der Verwendung. Wenn die ungekapselten Halbleiterchips 10 getestet werden, insbesondere während Burn-In-Tests, müssen die Halbleiterchips 10 mit einer festgelegten Temperatur betrieben werden. Dies erfordert eine gute thermische Kopplung der Halbleiterchips 10 während des Tests und Burn-In. Die Prozessschwankung kann auch eine Differenz des tatsächlichen Kriechstroms verursachen. Die Folie 17, die über den zweiten Hauptoberflächen 12 der Halbleiterchips 10 in den hier beschriebenen Ausführungsformen angeordnet wird, ermöglicht eine gute thermische Kopplung der zu testenden Halbleiterchips 10 mit der Umgebung. Überdies schützt die Folie 17 die Halbleiterchips 10 und die Kontaktstellen 16 vor einer Verunreinigung wie z.B. Staubpartikeln. Außerdem hält der erzeugte niedrige Druck die Halbleiterchips 10 an der Stelle und stellt einen guten elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktstellen 16 und den Leiterbahnen 15 sicher, wie vorstehend beschrieben.
9 stellt schematisch eine Vorrichtung 900 zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips 10 im Querschnitt dar. Die Stützstruktur 13, die elastischen Elemente 14 und die elastische Wand 32 der Vorrichtung 900 sind zur Stützstruktur 13, zu den elastischen Elementen 14 und zur elastischen Wand 32 der in 3A dargestellten Vorrichtung 300 identisch. Außerdem enthält die Vorrichtung 900 eine Platte 80 (Kühlplatte oder Kühlkörper), die auf der elastischen Wand 32 aufliegt und durch den mittels der zweiten Öffnungen 31 in der Stützstruktur 13 erzeugten niedrigen Druck p2 an der Stelle gehalten wird. Die untere Oberfläche 81 der Platte 80 kann mit den zweiten Hauptoberflächen 12 der Halbleiterchips 10 in physikalischem Kontakt stehen, die der Platte 80 zugewandt sind. Die untere Oberfläche 81 der Platte 80 kann eine im Wesentlichen planare Oberfläche sein. Die obere Oberfläche 82 der Platte 80 kann Rippen und Leisten aufweisen, um ihren Flächeninhalt zu vergrößern (in 9 nicht dargestellt). Die Platte 80 kann aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise einem Metall oder einer Metalllegierung wie z.B. Kupfer oder Aluminium, bestehen. Die Platte 80 kann auch aus anderen geeigneten Materialien wie z.B. Kunststoffen bestehen, die nicht elektrisch leitfähig, aber wärmeleitfähig sind. Die Platte 80 ermöglicht es, eine genaue Temperatur innerhalb der Halbleiterchips 10 zu erzeugen, wenn sie getestet werden.
10A–10C stellen schematisch Ausführungsformen zum Anordnen der Platte 80 über den Halbleiterchips 10 dar. In der Ausführungsform von 10A bedeckt die Platte 80 nur exakt einen der Halbleiterchips 10. In der Ausführungsform von 10B liegt die Platte 80 auf mehreren Halbleiterchips 10 auf, bedeckt jedoch nicht die elastische Wand 32. In der Ausführungsform von 10C bedeckt die Platte 80 die ganze obere Oberfläche der elastischen Wand 32, was folglich ermöglicht, einen niedrigen Druck p2 zu erzeugen, der die Platte 80 an der Stelle hält.
In den in 9 und 10A–10C gezeigten Ausführungsformen kann eine Folie 17 vorgesehen sein, die die Halbleiterchips 10 und die elastischen Wände 32 bedeckt. Es kann vorgesehen sein, dass die Folie 17 über der Platte 80 oder alternativ unter der Platte 80 angeordnet ist.
11 stellt schematisch eine Vorrichtung 1100 zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips 10 im Querschnitt dar. Die Vorrichtung 1100 ist zur in 3B dargestellten Vorrichtung 300 ähnlich, aber zusätzlich sind zwei jeweilige Platten 85 und 86, die aus einem Metall oder einer Metalllegierung oder anderen geeigneten wärmeleitfähigen Materialien bestehen können, über jedem Halbleiterchip 10 angeordnet. Die Platten 85 liegen direkt auf der zweiten Hauptoberfläche 12 der jeweiligen Halbleiterchips 10 auf. Über den Platten 85 ist die Folie 17 angeordnet und die Platten 86 liegen auf der Folie 17 auf. Die unteren Oberflächen 87 der Platten 85 können mit den zweiten Hauptoberflächen 12 der jeweiligen Halbleiterchips 10 in physikalischem Kontakt stehen, die den Platten 85 zugewandt sind. Die unteren Oberflächen 87 der Platten 85 können im Wesentlichen flache Oberflächen sein. Die oberen Oberflächen 88 der Platten 86 können Rippen und Leisten aufweisen, um ihre Flächeninhalte zu vergrößern (in 11 nicht dargestellt). Die Platten 85, 86 können aus Materialien mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Metallen oder Metalllegierungen wie z.B. Kupfer oder Aluminium, bestehen. Die Platten 85, 86 können an der Folie 17 beispielsweise durch Kleben befestigt sein.
12 stellt schematisch eine Vorrichtung 1200 zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips 10 im Querschnitt dar. Die Vorrichtung 1200 basiert auf der Vorrichtung 900, die in 9 dargestellt ist. Außerdem umfasst die Vorrichtung 1200 einen Rahmen 30, der am Passelement 35 angebracht ist, das an der Stützstruktur 13 angeordnet ist, und zwei Folien 17 und 90, die beide am Rahmen 30 befestigt sind. Die Folie 90 kann stärker oder starrer sein als die Folie 17. Die Folie 17 kann das Volumen innerhalb der Ränder der elastischen Wände 32 abdichten, um den niedrigen Druck p2 zu erzeugen. Die Platte 80 kann an der oberen Oberfläche der Folie 90 beispielsweise durch Kleben befestigt sein. Die Folie 90 kann stark genug sein, um die Platte 80 zu tragen. Die Platte 80 kann die elastischen Wände 32 überlappen, wie in 12 dargestellt. In einer Ausführungsform überlappt die Platte 80 die elastischen Wände 32 nicht. Die Folie 17 kann mit den zweiten Hauptoberflächen 12 der Halbleiterchips 10 in direktem physikalischem Kontakt stehen, die Folie 90 kann mit der Folie 17 in direktem physikalischem Kontakt stehen und die Platte 80 kann an der Folie 90 mittels eines Klebstoffs befestigt sein.
13 stellt schematisch eine Vorrichtung 1300 zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips 10 im Querschnitt dar. Die Vorrichtung 1300 ist eine Variation der Vorrichtung 1200, die in 12 dargestellt ist. Im Gegensatz zur Vorrichtung 1200 weist die Vorrichtung 1300 Löcher 91 in der Folie 17 auf. Die Löcher 91 sind in Bereichen angeordnet, in denen der niedrige Druck p2 erzeugt wird, d.h. innerhalb der Ränder der elastischen Wände 32. Aufgrund der Löcher 91 in der Folie 17 wird die Folie 90 durch den niedrigen Druck p2 an der Stelle gehalten.
14 stellt schematisch eine Vorrichtung 1400 zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips 10 im Querschnitt dar. Die Vorrichtung 1400 ist eine Variation der Vorrichtung 1300, die in 13 dargestellt ist. Anstelle der Platte 80, die mehrere Halbleiterchips 10 bedeckt, sind jeweilige Platten 85, 86 über jedem der Halbleiterchips 10 angeordnet. In der Vorrichtung 1400 sind beide Platten 85, 86 an der oberen Oberfläche der Folie 90 angebracht. Peltier-Elemente 92 sind zwischen den Platten 85, 86 angeordnet. Verbindungsdrähte 93 des Peltier-Elements 92 können mit einer Steuervorrichtung (in 14 nicht dargestellt) verbunden sein.
Die Peltier-Elemente 92 sind aktive Wärmepumpen, die Wärme von einer Seite des Peltier-Elements 92 zur anderen Seite mit dem Verbrauch von elektrischer Energie übertragen. Die Peltier-Elemente 92 ermöglichen es, die Halbleiterchips 10 auf eine gewünschte Temperatur zu erwärmen oder zu kühlen. Temperatursensoren können außerdem neben den Peltier-Elementen 92 angeordnet sein, um die durch die Peltier-Elemente 92 erzeugte Temperatur zu messen und einzustellen (in 14 nicht dargestellt). Es kann vorgesehen sein, dass die mit den Halbleiterchips 10 beladene Vorrichtung 1400 in einer Heiz- und/oder Kühlvorrichtung angeordnet wird. Die Heiz- und/oder Kühlvorrichtung kann eine ungefähre Temperatur erzeugen und die Peltier-Elemente 92 werden verwendet, um die Temperatur der Halbleiterchips 10 auf den gewünschten Temperaturwert einzustellen.
In 15A–15C sind Ausführungsformen des Rahmens 30 schematisch dargestellt. In der Ausführungsform von 15A ist eine Heiz- und/oder Kühlplatte 80 über dem Rahmen 30 angeordnet, die aus einem Metall oder einer Metalllegierung, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, bestehen kann. Ferner sind die Folien 17 und 90 am Rahmen 30 befestigt. Die weiche Folie 17 ist zum Erzeugen des niedrigen Drucks p2 optimiert, wenn sie über der Stützstruktur 13 angeordnet ist. Die Folie 90 bildet zusammen mit dem Rahmen 30 und der Heiz- und/oder Kühlplatte 80 ein Kissen (engl. pad), das mit einer Flüssigkeit 110 gefüllt ist. Die Flüssigkeit 110 ist mit einer Temperatureinstellschleife gekoppelt. Diese Schleife umfasst eine Pumpe 111 zum Pumpen der Flüssigkeit 110 durch die Schleife, eine Druckeinstelleinheit 112 und eine Heiz- und/oder Kühleinheit 113, um die Flüssigkeit 110 auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen oder zu kühlen. Die Schleife kann ferner einen Temperatursensor umfassen, um die durch die Heiz- und/oder Kühleinheit 113 erzeugte Temperatur zu messen und einzustellen (in 15A nicht dargestellt).
Wenn der Rahmen 30 über der Stützstruktur 13 angebracht ist, die mit den Halbleiterchips 10 ausgestattet ist, erzeugt die Folie 17 den niedrigen Druck p2 und die Flüssigkeit 110 erwärmt und kühlt die Halbleiterchips 10 auf die gewünschte Temperatur. Anstelle der Verwendung der Flüssigkeit 110 kann auch vorgesehen sein, dass ein Gas in der Temperatureinstellschleife erwärmt und/oder gekühlt wird.
Die obere Oberfläche der Heiz- und/oder Kühlplatte 80 kann im Wesentlichen flach sein, wie in 15A dargestellt. In der in 15B dargestellten Ausführungsform kann ein Wärmeverteiler 114 über der Heiz- und/oder Kühlplatte 80 angeordnet sein, wobei die obere Oberfläche des Wärmeverteilers 114 Rippen und Leisten aufweist, um seinen Flächeninhalt zu vergrößern. In einer Ausführungsform sind die Heiz- und/oder Kühlplatte 80 und der Wärmeverteiler 114 mit Rippen und Leisten in einem Stück ausgeführt.
Wie schematisch und beispielhaft in 15C dargestellt, kann die Kammer innerhalb des Rahmens 30, die die Flüssigkeit 110 enthält, unterteilt sein, um die erwärmte oder gekühlte Flüssigkeit 110 direkt zur zweiten Hauptoberfläche 12 des Halbleiterchips 10 zu lenken.
16A–16C stellen schematisch eine Vorrichtung 1600 zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips 10 in einer Draufsicht (16A) und einem Querschnitt (16B–16C) dar. Der Rahmen 30, die Folie 17 und die Platte 38, die den Rahmen 30 der Vorrichtung 1600 bedeckt, bilden ein Volumen 120. Das Volumen 120 ist mit einem anderen Volumen 121 über Kanäle 122 im Rahmen 30 gekoppelt. Das Volumen 121 ist zumindest teilweise von einer flexiblen Folie 123 umschlossen. Die Volumina 120 und 121 können mit einem Gas oder einer Flüssigkeit gefüllt sein.
16B zeigt den Rahmen 30, bevor er an der Stützstruktur 13 angebracht wird. In diesem entspannten Zustand sind beide Volumina 120 und 121 im Gleichgewicht. Wenn der Rahmen 30 am Passelement 35 angebracht wird und der niedrige Druck p2 hergestellt wird, zieht der niedrige Druck p2 die Folie 17 in Richtung der Stützstruktur 13. Aufgrund des niedrigen Drucks p2 (und insbesondere des niedrigen Drucks p3) wird das Volumen 120 vergrößert. Da das Volumen 120 mit dem Volumen 121 gekoppelt ist, verkleinert die Vergrößerung des Volumens 120 das Volumen 121, wie in 16C dargestellt. Der Rahmen 30 weist eine Öffnung 124 auf, um die Folie 123, die teilweise das Volumen 121 einschließt, dem Atmosphärendruck auszusetzen.
17A–17C stellen schematisch eine Vorrichtung 1700 zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips 10 im Querschnitt dar. Die Vorrichtung 1700 ist zur Vorrichtung 1600, die in 16A–16C dargestellt ist, fast identisch. Im Gegensatz zur Vorrichtung 1600 wird die Folie 123, die das Volumen 121 teilweise umschießt, nicht dem Atmosphärendruck ausgesetzt. Stattdessen umschließt eine Kompressionskammer 130 die Folie 123. In der Kompressionskammer 130 kann ein gewünschter Druck p4 über ein Ventil eingestellt werden, das in 17A–17C nicht dargestellt ist.
In 17A, die den Rahmen 30 zeigt, bevor er am Passelement 35 angebracht wird, kann der Druck p4 in der Druckkammer der Atmosphärendruck sein. In diesem Zustand sind die Volumina 120 und 121 im Gleichgewicht.
Wenn der Rahmen 30 am Passelement 35 angebracht wird und der niedrige Druck p2 hergestellt wird, zieht der niedrige Druck p2 die Folie 17 in Richtung der Stützstruktur 13. Aufgrund des niedrigen Drucks p2 (und insbesondere des niedrigen Drucks p3) wird das Volumen 120 vergrößert. Da das Volumen 120 mit dem Volumen 121 gekoppelt ist, verkleinert die Vergrößerung des Volumens 120 das Volumen 121, wie in 17B dargestellt.
In 17C wird der Druck p4 in der Kompressionskammer 130 auf einen hohen Druck gesetzt. Dieser hohe Druck p4 bewirkt, dass das Volumen 121 abnimmt. Folglich wird der Druck in den Volumina 120 und 121 erhöht, so dass die Folie 17 einen höheren Druck auf die zweiten Hauptoberflächen 12 der Halbleiterchips 10 aufbringt. In dieser Weise stellt die zusätzliche Kontaktkraft sicher, dass die Kontaktstellen 16 der Halbleiterchips 10 einen guten elektrischen Kontakt mit den Leiterbahnen 15 aufweisen.
In einer Ausführungsform sind die zweiten Kanäle 45, die sich durch die Stützstruktur 13 erstrecken, und die zweiten Öffnungen 31 in der oberen Oberfläche 20 der Stützstruktur 13 in der Vorrichtung 1700 weggelassen. Folglich kann der Druck p2 nicht hergestellt werden. Stattdessen stellt der hohe Druck p4 sicher, dass die Folie 17 auf die zweiten Hauptoberflächen 12 der Halbleiterchips 10 gepresst wird.
18A–18B stellen schematisch eine Vorrichtung 1800 zum lösbaren Aufnehmen von vereinzelten Halbleiterchips 10 im Querschnitt dar. Die Vorrichtung 1800 umfasst eine Stützstruktur 13, die zur Stützstruktur 13 der Vorrichtung 300, die in 3A–3B dargestellt ist, identisch ist. Der Rahmen 30 der Vorrichtung 1800 ist mit einer Platte 38 bedeckt, die beispielsweise aus einem PCB-Material bestehen kann. In der Vorrichtung 1800 weist die Platte 38 Durchgangslöcher 140 auf, die sich von der oberen Oberfläche zur unteren Oberfläche der Platte 38 erstrecken. Die Durchgangslöcher 140 legen eine obere Oberfläche 141 eines Kissens oder Pads 142 frei. Das Kissen 142 ist in den Rahmen 30 eingefügt und die obere Oberfläche 141 sowie die untere Oberfläche 143 des Kissens 142 bestehen aus einem flexiblen Material wie z.B. Folie oder Band. Die Abschnitte der oberen Oberfläche 141 des Kissens 142, die mit der Platte 38 bedeckt sind, können stabil an der Platte 38 befestigt werden. Das Kissen 142 kann mit einer Flüssigkeit, insbesondere einer Flüssigkeit mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, gefüllt sein.
Wenn der Rahmen 30 an der Stützstruktur 13 angebracht wird und der niedrige Druck p2 über die zweiten Kanäle 45 und die Öffnungen 31 aufgebracht wird, wird die untere Oberfläche des Kissens 142 in Richtung der Stützstruktur 13 gezogen, so dass ein Druck auf die zweiten Hauptoberflächen 12 der Halbleiterchips 10 aufgebracht wird, wie in 18B dargestellt. Aufgrund der Durchgangslöcher 140 in der Platte 38, die den Rahmen 30 bedeckt, wird die obere Oberfläche 141 des Kissens 142 eingebuchtet, wenn der Druck p2 aufgebracht wird. Die im Kissen 142 enthaltene Flüssigkeit ermöglicht eine gute thermische Kopplung der Halbleiterchips 10 mit der Umgebung.
19 stellt schematisch eine Vorrichtung 1900 zum lösbaren Aufnehmen eines vereinzelten Halbleiterchips 10 im Querschnitt (oben) und in einer Draufsicht (unten) dar. Die Vorrichtung 1900 umfasst eine Stützstruktur 13 mit einem oder mehreren elastischen Elementen 14 und Leiterbahnen 15, wie vorstehend beschrieben. Es kann vorgesehen sein, dass nur ein einzelner Halbleiterchip 10 oder zwei oder mehr Halbleiterchips 10 mit der Vorrichtung 1900 gleichzeitig getestet werden können. Der Halbleiterchip 10 wird am elastischen Element 14 derart angebracht, dass seine Kontaktstellen 16 mit den Leiterbahnen 15, die am elastischen Element 14 angeordnet sind (in 19 nicht dargestellt), in elektrischem Kontakt stehen. Die Stützstruktur 13, die eine PCB sein kann, ist von einem Körper 150 umgeben, der aus geformten oder vergossenen Kunststoffen (engl. molded plastics) bestehen kann. Der Körper 150 kann eine Vakuumkammer 151 umfassen, die beispielsweise die Stützstruktur 13 umgeben kann und die mit dem ersten Kanal 25 verbunden ist, der sich durch die Stützstruktur 13 erstreckt und verwendet wird, um den niedrigen Druck p1 zu erzeugen, um den Halbleiterchip 10 an der Stelle zu halten. Die Vakuumkammer 151 kann mit einer Öffnung 152 des Körpers 150 verbunden sein.
Nachdem der Halbleiterchip 10 am elastischen Element 14 angeordnet wurde, wobei seine erste Hauptoberfläche 11 den Leiterbahnen 15 am elastischen Element 14 zugewandt ist, wird ein niedriger Druck (oder ein Unterdruck) p1 im ersten Kanal 25 unter Verwendung einer Vakuumpumpe erzeugt, die mit der Öffnung 152 verbunden ist. Die zusätzliche Vakuumkammer 151 im Körper 150 stellt sicher, dass der niedrige Druck p1 robust ist. Anschließend wird eine elastische Folie (oder Membran) 17 über der zweiten Hauptoberfläche 12 des Halbleiterchips 10 angeordnet. Die Folie 17 wird an einer im Wesentlichen planaren Oberfläche 153 des Körpers 150 fest angebracht, die den Halbleiterchip 10 umgibt. Zum Befestigen der Folie 17 am Körper 150 kann Kleben, Schweißen oder irgendein anderes geeignetes Verfahren verwendet werden. Im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann die Folie 17 nicht am Rahmen befestigt werden, bevor die Folie 17 am Körper 150 befestigt wird. Nach der Befestigung der Folie 17 am Körper 150 wird eine Vakuumpumpe mit einer Öffnung 154 des Körpers 150 verbunden. Die Öffnung 154 ist mit den zweiten Kanälen 45 (in 19 nicht dargestellt) verbunden, um einen niedrigen Druck (oder einen Unterdruck) p2 in einem Volumen 155 zu erzeugen. Der niedrige Druck p2 im Volumen 155 erlegt den Abschnitten der Folie 17, die diesem niedrigen Druck p2 ausgesetzt sind, einen Druck auf, so dass die Folie 17 gegen die zweite Hauptoberfläche 12 des Halbleiterchips 10 gepresst wird.
Die Vakuumpumpe wird dann von den Öffnungen 152 und 154 des Körpers 150 getrennt. Die Öffnungen 152 und 154 können kegelförmig sein und eine Kugel 156 kann in jeder der Öffnungen 152 und 154 angeordnet sein. Die Kugeln 156 verhindern einen unmittelbaren Verlust der niedrigen Drücke p1 und p2, wenn die Vakuumpumpe von den Öffnungen 152 und 154 getrennt wird. Die Öffnungen 152 und 154 können dann mit Folien (oder Membranen) 157 bzw. 158 abgedichtet werden. Die Folien 157 und 158 können an den Körper 150 geklebt oder geschweißt werden und stellen stabile niedrige Drücke p1 und p2 zumindest für eine gewisse Zeit sicher.
Anschließend werden die gewünschten Tests des Halbleiterchips 10 durchgeführt. Danach werden die niedrigen Drücke p1 und p2 entlastet, die Folie 17 wird vom Körper 150 gelöst und der Halbleiterchip 10 wird vom elastischen Element 14 entfernt. Die Folie 17 kann eine wegwerfbare Folie sein, die nur für einmalige Verwendung dient.
20–22 stellen schematisch Vorrichtungen 2000–2200 zum lösbaren Aufnehmen eines vereinzelten Halbleiterchips 10 im Querschnitt dar. Die Vorrichtungen 2000–2200 sind Variationen der in 19 dargestellten Vorrichtung 1900.
In der in 20 dargestellten Vorrichtung 2000 ist die Stützstruktur 13 im Vergleich zur Stützstruktur 13 der Vorrichtung 1900 vergrößert. Die obere Oberfläche 20 der Stützstruktur 13 bildet die untere Grenze der Vakuumkammer 151, die im Körper 150 ausgebildet ist. Ferner verhindern Stifte 160, die über den Öffnungen 152 und 154 angeordnet sind, dass die Kugeln 156 aus den kegelförmigen Öffnungen 152 und 154 herausspringen, insbesondere wenn die Vakuumpumpen mit den Öffnungen 152 und 154 verbunden sind. 20 stellt auch eine Draufsicht der Öffnung 152 dar.
Die in 21 dargestellte Vorrichtung 2100 weist Öffnungen 152 und 154 auf, die in einem gewünschten Winkel geneigt sind. Dies kann es leichter machen, eine Vakuumpumpe mit den Öffnungen 152 und 154 zu verbinden.
Die in 22 dargestellte Vorrichtung 2200 umfasst eine Folie 17, die nicht nur den Halbleiterchip 10 und die planare Oberfläche 153 des Körpers 150 bedeckt, sondern auch die Öffnungen 152 und/oder 154 abdichtet. Die Öffnungen 152 und 154 können in der Oberfläche 153 des Körpers 150 ausgebildet sein.
23–25 stellen schematisch Vorrichtungen 2300–2500 zum lösbaren Aufnehmen eines vereinzelten Halbleiterchips 10 im Querschnitt (oben) und in der Draufsicht (unten) dar. Die Vorrichtungen 2300–2500 umfassen die Vorrichtung 1900. Gemäß weiteren Ausführungsformen umfassen die Vorrichtungen 2300–2500 eine der Vorrichtungen 2000–2200 anstelle der Vorrichtung 1900.
Die in 23 dargestellte Vorrichtung 2300 umfasst einen Rahmen 170, der auf der Vorrichtung 1900 angebracht ist. Planare Abschnitte der unteren Oberfläche des Rahmens 170 liegen auf der planaren Oberfläche 153 des Körpers 150 auf. Der Rahmen 170 umfasst Klemmen 171, die mit Kerben 172 an den Seitenoberflächen des Körpers 150 in Eingriff stehen. Die Klemmen 171 halten den Rahmen 170 an der Stelle. Der Rahmen 170 hält ein Kissen 173, das mit einem Gel gefüllt ist. Das Kissen 173 ist über dem Halbleiterchip 10 und der Folie 17 angeordnet und schützt die Folie 17. Ferner kann der Rahmen 170 Löcher 174 über dem Kissen 173 enthalten. In dem Bereich, in dem das Kissen 173 angeordnet ist, ist die Höhe des Rahmens 170 vergrößert, um einen Raum zu bilden, in dem das Kissen 173 angeordnet ist.
Die in 24 dargestellte Vorrichtung 2400 ist ähnlich zur Vorrichtung 2300. Die Vorrichtung 2400 umfasst jedoch eine Abdeckung 180 anstelle des Rahmens 170, die den Körper 150 bedeckt. Die untere Oberfläche der Abdeckung 180 ist im Wesentlichen planar und umfasst keine Löcher. Die Abdeckung 180 liegt auf der planaren Oberfläche 153 des Körpers 150 auf. Ein Kissen 173, das ein Gel enthält, kann zwischen der Folie 17 und der Abdeckung 180 angeordnet sein. Federn 181 können an der Abdeckung 180 befestigt sein, um die Abdeckung 180 am Körper 150 zu befestigen.
Die in 25 dargestellte Vorrichtung 2500 umfasst keine flexible Folie, sondern eine starre Folie 182, die den Halbleiterchip 10 bedeckt. Die Folie 182 kann aus einem Metall oder einer Metalllegierung, beispielsweise Aluminium, bestehen. Da die Folie 182 nicht flexibel ist, kann die Folie 182 vorgeformt sein, so dass sie die Form aufweist, die in 25 gezeigt ist. Insbesondere kann die Folie 182 planare Abschnitte aufweisen, die auf der Oberfläche 153 des Körpers 150 und der zweiten Hauptoberfläche 12 des Halbleiterchips 10 aufliegen. Ferner kann die Folie 182 eine Vertiefung 183 aufweisen, die den Halbleiterchip 10 umgibt.
Die Folie 182 kann wärmeleitfähig sein, um eine gute thermische Kopplung mit dem Halbleiterchip 10 sicherzustellen. Insbesondere kann eine Kühlkörperplatte über der Folie 182 angeordnet sein. Die Öffnungen 152 bzw. 154 des Körpers 150 können mit flexiblen Folien 157 bzw. 158 abgedichtet sein.
26A–26E stellen schematisch ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung ähnlich zu der in 4A dargestellten Vorrichtung 400 dar, die eine Stützstruktur 13 und einen oder mehrere Träger 40, die an der Stützstruktur 13 angebracht sind, umfasst.
26A stellt einen der Träger 40 und die Stützstruktur 13 dar. Der Träger 40 umfasst elastische Elemente 14, elastische Wände 32, die die elastischen Elemente 14 umgeben, und elektrische Kontaktelemente 190. Die elektrischen Kontaktelemente 190 sind mit den elektrischen Kontaktelementen 15 gekoppelt, die an den elastischen Elementen 14 angeordnet sind (in 26A nicht dargestellt). Die Stützstruktur 13 umfasst erste Kanäle 25, zweite Kanäle 45 und wahlweise weitere Kanäle. Ferner umfasst die Stützstruktur 13 elektrische Kontaktelemente 191.
26B stellt den Träger 40 an der Stützstruktur 13 angebracht dar. Der Träger 40 ist über der Stützstruktur 13 derart angeordnet, dass die elektrischen Kontaktelemente 190 des Trägers 40 mit entsprechenden elektrischen Kontaktelementen 191 der Stützstruktur 13 in Kontakt stehen. Die elektrischen Kontaktelemente 190 und 191 können durch Löten oder ein anderes geeignetes Mittel aneinander befestigt werden.
26C stellt ein elektrisch isolierendes Unterfüllmaterial 192 dar, das in dem Raum zwischen dem Träger 40 und der Stützstruktur 13 abgeschieden wird. Anschließend werden Löcher in den Träger 40 gebohrt, wie durch Pfeile 193 in 26D angegeben. Die Löcher erzeugen erste Öffnungen 26 der ersten Kanäle 25 und zweite Öffnungen 31 der zweiten Kanäle 45.
26E stellt die Halbleiterchips 10 und die elastische Folie 17 über den elastischen Elementen 14 und den elastischen Wänden 32 angeordnet dar. Auf die Halbleiterchips 10 kann über die elektrischen Kontaktelemente 191 elektrisch zugegriffen werden.
27A–27B stellen schematisch Ausführungsformen der in 9 dargestellten Vorrichtung 900 dar, wobei eine Platte 80 über der zweiten Hauptoberfläche 12, d.h. der Rückseite der Halbleiterchips 10, angeordnet ist. In 27A liegt der Halbleiterchip 10 auf dem elastischen Element 14 auf und die Leiterbahnen 15 stehen mit den Kontaktstellen 16 des Halbleiterchips 10 in Kontakt. Ferner sind die Leiterbahnen 195 auf den elastischen Wänden 32 angeordnet. Die Leiterbahnen 15 und 195 können durch die Stützstruktur 13 elektrisch kontaktiert werden und schaffen eine Verbindungsmöglichkeit für eine externe Schaltungsvorrichtung, die in 27A nicht dargestellt ist. In der Ausführungsform von 27A stehen die Leiterbahnen 195 mit der Platte 80 in elektrischem Kontakt, die vollständig aus einem elektrisch leitfähigen Material wie z.B. einem Metall oder einer Metalllegierung besteht. Da die Platte 80 auf der zweiten Hauptoberfläche 12 des Halbleiterchips 10 aufliegt, ermöglichen es die Leiterbahnen 195, einen elektrischen Zugriff auf die Rückseite des Halbleiterchips 10 zu haben.
In der Ausführungsform von 27B ist die Platte 80 in mehr als eine Zone, beispielsweise Zonen 196 und 197, segmentiert, wie in 27B gezeigt. Die Zonen 196 und 197 der Platte 80 sind elektrisch voneinander isoliert. Die Zone 196 steht mit der Leiterbahn 198 in Kontakt und die Zone 197 steht mit der Leiterbahn 199 in Kontakt. Die Leiterbahnen 198 und 199 sind an verschiedenen Stellen an der elastischen Wand 32 angeordnet. Die segmentierten Zonen 196 und 197 ermöglichen es, verschiedene Elektroden auf der Rückseite des Halbleiterchips 10 zu kontaktieren. Überdies kann vorgesehen sein, dass die Zonen 196 und 197 profiliert sind (in 27B nicht dargestellt).
Obwohl ein spezielles Merkmal oder ein spezieller Aspekt einer Ausführungsform der Erfindung in Bezug auf nur eine von mehreren Implementierungen offenbart worden sein kann, kann ein solches Merkmal oder ein solcher Aspekt außerdem mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie es für irgendeine gegebene oder spezielle Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann. In dem Umfang, in dem die Begriffe "einschließen", "aufweisen", "mit" oder andere Varianten davon entweder in der ausführlichen Beschreibung oder in den Ansprüchen verwendet werden, sollen solche Begriffe ferner in einer Weise ähnlich dem Begriff "umfassen" einschließend sein. Ferner können die Ausführungsformen der Erfindung selbstverständlich in diskreten Schaltungen, teilweise integrierten Schaltungen oder vollständig integrierten Schaltungen oder Programmiermitteln implementiert werden. Der Begriff "beispielhaft" ist auch lediglich als Beispiel anstatt als das Beste oder optimal gemeint. Es soll auch zu erkennen sein, dass Merkmale und/oder Elemente, die hier dargestellt sind, für Zwecke der Einfachheit und des leichten Verständnisses mit speziellen Abmessungen relativ zueinander dargestellt sind, und dass sich tatsächliche Abmessungen von den hier dargestellten beträchtlich unterscheiden können.
Obwohl spezifische Ausführungsformen hier dargestellt und beschrieben wurden, ist für den Fachmann zu erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen gegen eine Vielfalt von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen ausgetauscht werden können, ohne vom Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll beliebige Anpassungen oder Variationen der hier erörterten spezifischen Ausführungsformen abdecken.

Claims

Vorrichtung zum lösbaren Aufnehmen eines vereinzelten Halbleiterchips, wobei der Halbleiterchip eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche gegenüberliegend zur ersten Hauptoberfläche umfasst, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Stützstruktur; mindestens ein elastisches Element, das an der Stützstruktur angeordnet ist; elektrische Kontaktelemente, die an dem mindestens einen elastischen Element angeordnet sind und angepasst sind, mit der ersten Hauptoberfläche des Halbleiterchips kontaktiert zu werden; und eine Folie, die angepasst ist, über der zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterchips angeordnet zu werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Folie angepasst ist, an der Stützstruktur lösbar befestigt zu werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Folie an einem Rahmen befestigt ist und der Rahmen so angepasst ist, an der Stützstruktur lösbar befestigt zu werden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Kontaktelemente so angeordnet sind, dass sie Kontaktstellen entsprechen, die an der ersten Hauptoberfläche des Halbleiterchips angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine elastische Element eine Form einer geschlossenen Kurve aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei sich ein erster Kanal durch die Stützstruktur erstreckt, wobei der erste Kanal mit einer ersten Öffnung in der Stützstruktur verbunden ist, die innerhalb der geschlossenen Kurve des mindestens einen elastischen Elements liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei sich ein zweiter Kanal durch die Stützstruktur erstreckt, wobei der zweite Kanal mit einer zweiten Öffnung in der Stützstruktur verbunden ist, die außerhalb der geschlossenen Kurve des mindestens einen elastischen Elements liegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine elastische Wand umfasst, die an der Stützstruktur angeordnet ist, wobei die elastische Wand eine Form einer geschlossenen Kurve aufweist und das mindestens eine elastische Element umgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei eine zweite Öffnung in der Stützstruktur innerhalb der geschlossenen Kurve der elastischen Wand liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei sich ein dritter Kanal durch die Stützstruktur erstreckt, wobei der dritte Kanal mit einer dritten Öffnung in der Stützstruktur verbunden ist, die außerhalb der geschlossenen Kurve der elastischen Wand liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Platte umfasst, die angepasst ist, direkt über der zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterchips angeordnet zu werden.
Vorrichtung nach Anspruch 11, die ferner eine weitere Platte umfasst, die angepasst ist, direkt über der Folie angeordnet zu werden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Folie flexibel ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Folie starr ist und vorgeformte Vertiefungen aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Folie Öffnungen aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein Peltier-Element umfasst, das angepasst ist, über der zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterchips angeordnet zu werden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner ein Kissen umfasst, das angepasst ist, über der zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterchips angeordnet zu werden, wobei das Kissen ein einstellbares Volumen aufweist.
Vorrichtung zum lösbaren Aufnehmen eines vereinzelten Halbleiterchips, wobei der Halbleiterchip eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche gegenüberliegend zur ersten Hauptoberfläche umfasst, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Stützstruktur; mindestens ein elastisches Element, das an der Stützstruktur angeordnet ist; elektrische Kontaktelemente, die an dem mindestens einen elastischen Element angeordnet sind und angepasst sind, mit der ersten Hauptoberfläche des Halbleiterchips kontaktiert zu werden; eine elastische Folie, die angepasst ist, über der zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterchips angeordnet zu werden; und einen Kanal, der sich durch die Stützstruktur erstreckt und angepasst ist, mit einer Pumpe verbunden zu werden, um die Folie nach unten zu ziehen.
Verfahren zum Testen eines vereinzelten Halbleiterchips, wobei das Verfahren umfasst: Anbringen eines vereinzelten Halbleiterchips an einem elastischen Element, wobei elektrische Kontaktelemente an dem elastischen Element angeordnet sind; Anordnen einer Folie über dem Halbleiterchip; und Testen des Halbleiterchips.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Halbleiterchip eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche gegenüberliegend zur ersten Hauptoberfläche umfasst, wobei Chipkontaktelemente an der ersten Hauptoberfläche angeordnet sind; und der Halbleiterchip am elastischen Element angebracht wird, wobei die erste Hauptoberfläche dem elastischen Element zugewandt ist.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, das ferner das Erzeugen eines ersten niedrigen Drucks umfasst, um den Halbleiterchip an der Stelle zu halten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, das ferner das Erzeugen eines zweiten niedrigen Drucks umfasst, um die Folie nach unten zu ziehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, das ferner das Anordnen einer Platte über dem Halbleiterchip umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, das ferner das Anordnen eines Kissens über dem Halbleiterchip und das Vergrößern eines Volumens des Kissens umfasst, um den Halbleiterchip auf das elastische Element zu pressen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, das ferner das Herstellen des Halbleiterchips umfasst.
Verfahren zum Testen eines vereinzelten Halbleiterchips, wobei das Verfahren umfasst: Anbringen eines vereinzelten Halbleiterchips an einer Stützstruktur, an der ein elastisches Element und eine elastische Wand, die das elastische Element umgibt, angeordnet sind, wobei der Halbleiterchip an dem elastischen Element angebracht wird; Anordnen einer elastischen Folie über dem Halbleiterchip und der elastischen Wand; Aufbringen eines Unterdrucks, um die elastische Folie in Richtung der Stützstruktur zu ziehen; und Testen des Halbleiterchips.