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Die Erfindung betrifft einen Carrier
zur Aufnahme und elektrischen Kontaktierung von vereinzelten Dies
(Nacktchips) zum Testen und/oder zum Burnln derselben, wobei der
Carrier erste Kontakte aufweist, die in einem dem zu kontaktierenden
Die entsprechenden Raster angeordnet sind.
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Üblicherweise
werden Dies nach dem Back End Prozess, also der vollständigen Montage
auf einem Trägerelement
(PCB) einem Funktionstest unterzogen, dem sich ein BurnIn (Voraltern)
anschließen
kann. Bei der neueren Entwicklung von Bauelementen mit mehrfach
gestapelten Dies lässt
sich der Test und das BurnIn nach der vollständigen Montage grundsätzlich auf
die gleiche Weise durchführen,
wie bei den Bauelementen mit nur einem Die. Wenn hier allerdings
defekte Dies verbaut worden sind, wäre hier die Folge, dass dann
das gesamte Bauelement verworfen wird, da eine Reparatur praktisch
ausgeschlossen ist. Das ist aus wirtschaftlichen Gründen nicht
vertretbar.
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Aus dieser Situation ergibt sich
die Notwendigkeit, die Dies vor dem Stapeln auf einer PCB einzeln
zu testen und gegebenenfalls einem Burnln zu unterziehen.
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Um dies mit möglichst geringen Kosten realisieren
zu können,
sollten vorhandene Ausrüstungen für Test-
und BurnIn-Zwecke verwendet werden. Die bekannten Klemm- und Befestigungsvorrichtungen sind
allerdings für
die Kontaktierung von Aluminium-Kontakten
(Pads)ungeeignet.
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Das Hauptproblem ist dabei der geringe
Abstand der Bond-Pads zueinander (Bond-Pad-Pitch). Der Grund dafür liegt
in dem Erfordernis der besonders präzisen Positionierung des Dies,
welche außerdem
bis zu dessen vollständiger
Kontaktierung sichergestellt werden muss. Üblicherweise erfolgt die Befestigung
eines Dies auf einem Carrier durch mechanischen Andruck mittels
eines geeigneten Deckels, der den Die mit hinreichender Kraft in
den Carrier drückt.
Dabei besteht die Gefahr einer Relativbewegung zwischen Die und
Carrier. Diese Relativbewegung kann erst bei einem elektrischen
Test sicher festgestellt werden.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe
zugrunde, einen Carrier anzugeben, mit dem vereinzelte Dies genau
mechanisch und elektrisch kontaktierbar sind, um deren Funktionsprüfung und
Voralterung mit dem vorhandenen Equipment insbesondere zur Realisierung
des „Known-Good-Die-Konzepts" durchführen zu
können.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass
die ersten Kontakte des Carriers mit Elastomer-Bumps versehen sind,
welche zweite Kontakte auf der Spitze aufweisen, die mit den ersten Kontakten
elektrisch verbunden sind und dass die Dies mit einer durch ein
Vakuum erzeugten, vorgegebenen Kraft gegen die Elastomer-Bumps gezogen werden.
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Indem der einzelne Die nach seiner
genauen Positionierung im Carrier durch das Vakuum in genau dieser
Lage fixiert wird, ist diese hohe Positioniergenauigkeit sowohl
bei der Befestigung als auch beim Halten des Dies während Transport
und Messung möglich.
Mit der Fixierung des Dies durch die mit dem Vakuum erzeugte Ansaugkraft
wird eine Relativbewegung zwischen Carrier und Die, die der Fixierung
dient, vermieden. Spätere
Bewegungen oder Erschütterungen
haben auf die Positionierung keinen Einfluß mehr, solange die dabei auftretenden
Kräfte kleiner
sind als die Ansaugkraft des Vakuums, wobei diese selbst auch regelbar
ist.
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Die Möglichkeit der genaueren Positionierung
bringt es im Übri gen
auch mit sich, dass Pads mit noch kleineren Abständen im erfindungsgemäßen Carrier
kontaktierbar sind.
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Durch permanente Vakuumansaugung
und flächigen
mechanischen Andruckkontakt wird gleichzeitig der Ausgleich einer
möglichen
Verwölbung
und von Höhenunterschieden
im Kontaktsystem erreicht.
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Erfindungsgemäß wird der Die durch die Vakuumansaugung
gegen Elastomer-Bumps gezogen, die in der Lage sind, Höhenunterschiede
im Kontaktsystem auszugleichen sowie eventuell auch auftretende
Querspannungen bis zu einer gewissen Größe aufzunehmen, so dass sie
Voraussetzung sind für eine
zuverlässige
Kontaktierung aller Kontakte des Dies.
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Diesem Ziel werden weitere Gestaltungen des
erfindungsgemäßen Carriers
gerecht, welche vorsehen, dass die zweiten Kontakte an der Spitze der
Elastomer-Bumps Goldkontakte sind und/oder dass die elektrische
Verbindung der ersten mit den zweiten Kontakten durch auf den Elastomer-Bumps spiral-
oder bogenförmig
zur Spitze aufsteigende Leiterbahnen hergestellt ist.
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Während
durch die Goldkontakte eine besonders gute elektrische Verbindung
zu den Kontakten des Dies infolge der Verringerung des Übergangswiderstandes
realisiert wird, ist eine spiral- oder bogenförmige Leiterbahn, welche sich
gewissermaßen
auf dem Elastomer-Bump bis zu dessen Spitze windet, in der Lage
ein Zusammendrücken des
Elastomer-Bumps oder auch geringe seitliche Verschiebungen auszugleichen
ohne zu reißen.
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Wenn derartige aufsteigende Leiterbahnen darüber hinaus
einen Kupfer-Nickel-Gold-Schichtaufbau aufweisen, werden die dargestellten
Vorteile mit den bekannten eines solchen Schichtaufbaus, welche
einen guten und zuverlässigen
Kontakt realisieren, verknüpft.
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Eine weitere Verbesserung des Kontaktes wird
in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung erzielt, indem zwischen
dem Die und dem Carrier ein Gold-Gold-Kontakt realisiert ist, da
damit der Übergangswiderstand
weiter verringert werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass
auf dem Die Umverdrahtungsebenen (Re-Distribution-Layer) angeordnet sind,
welche die Aluminium-Kontakte
des Dies zu Gold-Kontakten umverdrahten, so dass die Gold-Kontakte
an der Spitze der Elastomer-Bumps mit den umverdrahteten Gold-Kontakten
des Dies kontaktiert sind. Dafür
ist es jedoch auch erforderlich, dass die Re-Distribution-Layer
die guten elektrischen Eigenschaften eines Kupfer-Nickel-Gold-Schichtaufbau aufweisen.
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Des Weiteren ist es durch die Verwendung eines
Re-Distribution-Layers
möglich,
Pads mit sehr kleinen Abständen
im Carrier zu kontaktieren, da mittels des Re-Distribution-Lagers
diese Kontakte gewissermaßen
auseinander gezogen werden können, soweit
es die Größe des Dies
ermöglicht.
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Da nach der anfänglichen mechanischen und elektrischen
Kontaktierung des Dies im Verlauf der Funktionsprüfung und
der Voralterung ein vielfältiges
Handling erforderlich sein kann, sieht eine weitere erfindungsgemäße Gestaltung
eines Carriers vor, dass der Die bis zur endgültigen Montage im Carrier fixiert
und so das Erfordernis weiterer Kontaktierungen vermieden wird.
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Eine in diesem Sinne besonders vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung sieht vor, dass die Fixierung des Dies durch einen
Deckel erfolgt, der die Elastomer-Bumps nach der Montage mit einer
vorgegebenen Andruckkraft zusammendrückt. Da, wie beschrieben, die
genaue Position des Dies im Carrier durch dessen Vakuumansaugung
gehalten wird, hat die nachträglich
vorgenommene zusätzliche
Fixierung durch einen eventuell auch Relativbewegungen ausführenden
Deckel keinen Einfluss auf die Position des Dies.
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Die zusätzliche Fixierung des Dies
auf diese Weise hat mehrere Vorteile. Zum einen kann ein derart
fixiertes Die nahezu nicht ungewollt verschoben und somit dessen
Prüfung
gestört
werden, da solch ein bekannter Deckel, wie eingangs beschrieben eine
hohe Andruckkraft auf den Die ausübt und diesen gleichzeitig
vor äußerer mechanischer
Beeinflussung abschirmt.
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Zum zweiten kann nach dieser mechanischen
Fixierung auf die Vakuumansaugung verzichtet werden, was zum Beispiel
für den
Transport des Carriers erforderlich ist.
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Zum dritten kann mit der anfänglichen
Ansaugung und nachträglichen
mechanischen Fixierung der Die in das vorhandene Handling eingefügt, so dass
für die
Prüfung
des Einzeldies das Equipment nutzbar ist, welches zur Prüfung des
konventionell montierten Dies bereits vorhanden ist. Darüber hinaus
sind auch für
die Herstellung des Carriers selbst die gut bekannten, genauen und
zuverlässigen Verfahren
anwendbar.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Verwendung
von Elastomer-Bumps und deren Fähigkeit,
geringfügige
laterale und normale Verschiebungen ohne Abriss des Kontaktes auszugleichen,
ist es möglich,
die Andruckkraft, die ein Deckel auf die Elastomer-Bumps ausübt, von
bisher ungefähr
20 Gramm auf ungefähr
2 bis 8 Gramm, vorzugsweise 5 Gramm pro Elastomer-Bump zu verringern.
Diese Verringerung vereinfacht in erheblichem Maße das Handling beim Öffnen und
Schließen
des Deckels und reduziert weiterhin den mechanischen Stress auf den
Die.
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Insbesondere, jedoch nicht notwendigerweise,
ermöglicht
es diese Verringerung der Andruckkraft, dass der Deckel als Federelement
ausgebildet ist, was ebenfalls den Rückgriff auf ein bewährtes Element
eines Carriers mit gutem Handling ermöglicht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
von zwei Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Die Zeichnungsfiguren
zeigen:
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1a:
die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Carriers in der Draufsicht;
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1b:
die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Carriers in der Seitenansicht;
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1c:
die schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Carriers,
entlang der Achse A geschnitten;
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1d:
die schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Carriers,
entlang der Achse B geschnitten;
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1e,
f: die schematischen Schnittdarstellungen zweier Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Carriers,
entlang der Achse A geschnitten;
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1g:
die schematische Schnittdarstellung der Ausführungsform entsprechend 1f des erfindungsgemäßen Carriers,
entlang der Achse B geschnitten;
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2a – d:
schematische Darstellungen der Draufsicht, Seitenansicht und Schnittdarstellungen entsprechend
den 1a – d einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Carriers;
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2e,
f: eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Carriers,
entlang der Achse B geschnitten, mit zwei Ausführungsformen des Deckels;
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3a,
b: einen vergrößerten Ausschnitt des
erfindungsgemäßen Carriers
mit einem Teil eines Hilfswerkzeuges zum Be- und Entstücken, d.h. zum
Lösen (Taper
Pin Technologie) des Deckels (Snap-In-Mechanismus);
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4 einen
vergrößerten,
schematisch dargestellten Ausschnitt des erfindungsgemäßen Carriers
mit einem Elastomer-Bump.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Carriers,
im Wesentlichen bestehend aus einem Grundträger 1, einem darauf
befestigten Rahmen 2, Rahmenklammern 3 aufweisend, und
einem auf dem Rahmen 2 aufliegenden Deckel 4,
Deckelklammern 5 aufweisend, und die Elastomer-Bumps 6.
Der Rahmen 2 umschließt
eine Fläche auf
dem Grundträger 1,
welche der Fläche
des aufzunehmenden, vereinzelten Dies 7 entspricht oder
nur geringfügig
größer ist.
Innerhalb dieser Fläche
sind die Elastomer-Bumps 6, die der Kontaktierung des Dies 7 dienen,
rasterartig entsprechend einem Ball-Grid-Array angeordnet.
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Die Elastomer-Bumps 6 sind
mittels auf dem Grundträger 1 vorhandener
strukturierter Metallisierung 8 mit Kontakt-Pads 9 elektrisch
verbunden, welche sich im Randbereich des Grundträgers 1 befinden
und der Kontaktierung zur Funktionsprüfung und/oder Voralterung dienen.
Auf den Elastomer-Bumps 6 und somit innerhalb des Rahmens 2 ist der
zu testende Die 7 Face-down positioniert.
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Die Positionierung des Dies 7 erfordert
eine hohe Genauigkeit, um das Raster der Bond-Pads 28 des
Dies 7, welches mit sehr dichtem Rastermaß vorliegen
kann, mit dem Raster der Elastomer-Bumps 6 in Übereinstimmung zu bringen.
Zu diesem Zweck ist zum einen die Größe des Rahmens 2 auf
die Größe des Dies 7 abgestimmt
und zum zweiten die zum Die 7 weisende Innenkante des Rahmens 2 in
Richtung Die abgeschrägt,
so dass diese Schräge 30 gewissermaßen als
Führung
bei der Positionierung des Dies 7 dienen kann.
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Für
die Positionierung selbst und ebenso für die Demontage des Dies 7 ist
ein sehr sensibles und präzises
Werkzeug erforderlich, wie es insbesondere der Die-Bonder vorstellt.
Ein nicht dargestellter Die-Bonder nimmt einen zu testenden einzelnen
Die 7 auf und führt
und positioniert ihn innerhalb des Rahmens 2 auf den Elastomer-Bumps 6.
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Unmittelbar nach der Positionierung
des Dies 7 erfolgt dessen zumindest vorübergehende Fixierung mittels
Vakuumansaugung. Dafür
weist der Grundträger 1 innerhalb
des Rahmens 2 Öffnungen 10 auf,
welche an ein nicht dargestelltes Vakuumsystem anschließbar sind.
Infolge der Vakuumansaugung wird der Die 7 an die Elastomer-Bumps 6 gezogen
und dort fixiert. Nachfolgend wird der Deckel 4 mit den
Deckelklammern 5 auf den Rahmenklammern 3 abgelegt
und anschließend
mit Kraft zusammengedrückt,
wobei die Klammern 3, 5 gegeneinander lösbar einrasten
und aufgrund ihrer Hakenform den Deckel 4 arretieren. In
dieser Lage liegt die Innenseite des Deckels 4 auf der
Rückseite
des Dies 7 auf und presst ihn gegen die Elastomer-Bumps 6. Während der
mechanischen Fixierung durch den Deckel 4 kann die Vakuumansaugung
unterbrochen werden. Die 1a)
bis 1d) zeigen die verschiedenen
Ansichts- und Schnittdarstellungen dieses Carriers.
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Der in 1e)
dargestellte Carrier wird, bei sonst im Wesentlichen gleichen Aufbau,
nicht durch seitliche, sondern durch auf der Unterseite des Grundträgers 1 befindliche
Kontakt-Pads 9 mit einer Leiterplatte 11 unterhalb
des Grundträgers 1 dadurch kontaktiert,
dass diese Leiterplatte 11 zu den Kontakt-Pads 9 korrespondierende,
nicht dargestellte Kontakte aufweist und mittels eines darunter
befindlichen Elastomerkissens 12 gegen den Grundträger 1 gepresst
und somit der elektrische Kontakt hergestellt wird.
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Die Vakuumansaugung erfolgt in dieser
Ausführung
ebenfalls durch Öffnungen 10 im
Grundträger 1,
die sich jedoch auch in der Leiterplatte 11 und dem Elastomerkissen 12 fortsetzen.
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In 1f)
ist durch eine geänderte
Ausführung
des Grundträ gers 1 ebenfalls
die Kontaktierung des Carriers durch Kontakt-Pads 9 realisiert, die sich auf
der Unterseite des Grundträgers 1 befinden.
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In dieser Ausführungsform ist der Grundträger 1 zweischichtig
ausgeführt.
Die obere Schicht weist leitfähige
erste Durchgänge 14 auf,
durch welche die Elastomer-Bumps 6 mit einer metallischen Leitungsstruktur 15 verbunden
sind, die sich auf der Oberseite der unteren Schicht 16 befindet
und wiederum die ersten Durchgänge 14 mit
leitfähigen
zweiten Durchgängen 17 in
der unteren Schicht 16 elektrisch kontaktiert.
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Die zweiten Durchgänge 17 wiederum
sind mit den auf der Unterseite der unteren Schicht 16 des Grundträgers 1 befindlichen
Kontakt-Pads 9 elektrisch verbunden, indem beide miteinander
korrespondieren. Die Vakuumansaugung erfolgt ebenfalls durch Öffnungen 10 im
Grundträger 1,
wobei die Öffnungen 10 durch
die untere 16 und durch die obere Schicht 13 durchgehend
vorhanden sind.
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1g)
stellt die Ausführungsform
entsprechend der 1f)
in einer weiteren Schnittdarstellung dar, deren vertikale Schnittebene
90° gedreht
zu der vertikalen Schnittebene der 1f)
liegt.
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Die 2a)
bis d) stellen eine weitere
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Carriers
dar, die sich von der in 1 dargestellten
dadurch unterscheidet, dass der Grundträger 1 lediglich die
Größe des Rahmens 2 zuzüglich der
Rahmenklammern 3 hat und die Kontaktierung des Carriers
zur Funktionsprüfung
des Dies 7 mittels auf der Unterseite des Grundträgers 1 rasterartig,
flächig
angeordneter Lotkugeln 18 (FBGA-ähnlich) erfolgt.
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Die elektrische Verbindung zwischen
den Elastomer-Bumps 6 und den Lotkugeln 18 erfolgt durch
leitfähige,
erste Durchgänge 14 und
eine auf der Unterseite des Grundträgers 1 befindliche
me tallische Leitungsstruktur 15.
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In den 2e)
und f) sind mittels FGBA-ähnlicher
Lotkugeln 18 kontaktierbare Carrier dargestellt. In 2e) sind die Rahmenklammern 3 und
Deckelklammern 5 an einer Seitenfläche des Rahmens 2 und
des Deckels 4 durch ein erstes Gelenk 19 ersetzt,
so dass der Deckel 4 durch das erste 19 Gelenk
fest mit dem Rahmen 2 verbunden und um die Achse dieses
ersten Gelenks 19, welche parallel zu eben dieser Seitenkante
des Rahmens 2 liegt, drehbar gelagert ist.
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Die übrigen Rahmenklammern 3 an
den übrigen
drei Seiten des Rahmens 2 sind mittels zweiter Gelenke 20 drehbar
ausgeführt,
deren Drehachsen parallel zur Rahmenaußenkante und in einer Ebene liegen,
die näherungsweise
mit der dem Die 7 zugewandten Seite des Deckels 4 übereinstimmt.
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Der Deckel 4 weist anstelle
der Deckelklammern 5 eine spitzwinklige Kante 21 auf, über welche die
Rahmenklammern 3 durch eine Drehbewegung um die Achse des
zweiten Gelenks 20 greifen, um den Deckel 4 zu
arretieren und die Arretierung durch eine gegenläufige Drehbewegung der Rahmenklammern 3 wieder
lösbar
ist.
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Auch 2f)
stellt eine Variante der Arretierung des Deckels 4 dar.
In dieser Ausführung
weisen Rahmen 2 und Deckel 4 keine Rahmenklammern 3 und
Deckelklammern 5 auf. Anstelle dessen zeigt der Rahmen 2 innenseitig
eine umlaufende Kehle 22, in welche eine umlaufende, den äußeren Rand
des Deckels 4 bildende Wulst 23 passend eingreift.
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Durch eine federartige Form des Deckels 4 übt die Wulst 23 des
Deckels 4 im eingebauten Zustand eine nach außen wirkende
Kraft auf den Rahmen 2 aus, welche die Arretierung des
Deckels 4 bewirkt und zu überwinden ist, um den Deckel 4 zu
lösen.
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In 3a)
und b) sind zwei Phasen
des Vorganges zum Lösen
der Rahmenklammern 3 und Deckelklammern 5 (entsprechend 1) mit Hilfe eines Hilfswerkzeuges 24,
welches die Form eines spitzwinkligen Kegelstumpfs mit abgerundeten
Kanten hat. Das Hilfswerkszeug 24 wird in den Zwischenraum
geführt,
welcher zwischen Rahmenklammer 3 und Deckel 4 besteht
(a) und durch ein Drücken
des kegelstumpfförmigen
Hilfswerkzeugs 24 gegen die konisch geformte Innenseite
der Rahmenklammer 3 wird diese nach außen bewegt und löst sich
auf diese Weise von der Deckelklammer 5.
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4 stellt
schematisch solch einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Carriers
dar, in welchem ein Elastomer-Bump 6 ersichtlich ist. Der Grundträger 1 umfasst
eine strukturierte Metallisierung 8, die im ohmschen Kontakt
mit rasterartig, flächig
angeordneten ersten Kontakts 25 stehen, welche wiederum
die Elastomer-Bumps 6 tragen.
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Jedes Elastomer-Bump 6 weist
auf seiner abgeflachten Spitze einen Gold-Kontakt als zweiten Kontakt 26 auf,
welcher durch eine auf der Oberfläche des Elastomer-Bumps 6 spiral-
oder bogenförmig
aufsteigende Leiterbahn 27 mit dem ersten Kontakt 25 elektrisch
verbunden ist und außerdem
mit einem Bond-Pad 28 elektrisch verbunden ist, welches der
Kontaktierung des Dies 7 dient. Der Die 7 weist zur
elektrischen Verbindung des Bond-Pads 28 einen Re-Distribution-Layer 29 auf.
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- 1
- Grundträger
- 2
- Rahmen
- 3
- Rahmenklammer
- 4
- Deckel
- 5
- Deckelklammer
- 6
- Elastomer-Bump
- 7
- Die
- 8
- strukturierte
Metallisierung
- 9
- Kontakt-Pad
- 10
- Öffnung
- 11
- Leiterplatte
- 12
- Elastomerkissen
- 13
- obere
Schicht
- 14
- erste
Durchgänge
- 15
- metallische
Leitungsstruktur
- 16
- untere
Schicht
- 17
- zweite
Durchgänge
- 18
- Lotkugeln
- 19
- erstes
Gelenk
- 20
- zweites
Gelenk
- 21
- Kante
- 22
- Kehle
- 23
- Wulst
- 24
- Hilfswerkzeug
- 25
- erster
Kontakt
- 26
- zweiter
Kontakt
- 27
- aufsteigende
Leiterbahn
- 28
- Bond-Pad
- 29
- Re-Distribution-Layer
- 30
- Schräge
- 31
- konische
Außenflächen
- 32
- konische
Innenflächen