DE19538792C2 - Kontaktsonden-Anordnung zum elektrischen Verbinden einer Prüfeinrichtung mit den kreisförmigen Anschlußflächen eines Prüflings - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktsonden-Anordnung zum elektrischen Verbinden einer Prüfeinrichtung mit den kreisförmigen Anschlußflächen eines Prüflings, deren Kontaktsonden zum Erzielen eines geringen Kontaktwiderstandes senkrecht auf die Anschlußflächen gedrückt werden und sich zur Anpassung an durch Unebenheiten der Oberfläche des Prüflings bedingte Höhenunterschiede der Anschlußflächen seitlich ausbiegen.

Derartige Kontaktsonden-Anordnungen dienen beispielsweise der Prüfung auf Unterbrechungen und Kurzschlüsse in Leiterzugnetzen mikroelektronischer Komponenten.

Der elektrische Test mikroelektronischer Komponenten wie Schaltkarten, Keramikmodule oder Halbleiterchips wird derzeit überwiegend mit Nadelkarten durchgeführt. Neben kurzer Lebensdauer und dem häufig notwendigen Nachjustieren liegt die Hauptbegrenzung für den Einsatz von Nadelkarten im minimalen Abstand zweier benachbarter Nadeln, der bei günstigstenfalls ungefähr 100 µm liegt.

Eine Alternative dazu sind Prüf- und Stromversorgungsvorrichtungen, die Knickdrähte aufweisen. Ihr wesentliches Merkmal ist die individuelle, mäanderförmige Führung jedes einzelnen Drahtes in einem Stapel von Führungsplatten. Die Führungslöcher durchqueren hierbei jede Führungsplatte senkrecht zu ihrer Oberfläche. Der besondere Vorteil dieser Technik ergibt sich aus der Möglichkeit, relativ dichte zweidimensionale Anordnungen von Kontaktdrähten realisieren zu können. Bei dieser Knickdrahttechnik müssen Durchgangslöcher durch die Führungsplatten gebohrt werden, deren Durchmesser mindestens so groß ist wie der Kontaktsondendurchmesser. Der Abstand der Durchgangslöcher ist begrenzt durch die Bohrtechnik selbst, da bestimmte Wandstärken zwischen den Löchern nicht unterschritten werden können.

Eine derartige Kontaktsonden-Anordnung ist aus der EP 0 283 545 A1 bekannt. Dort ist beschrieben, wie durch geeignete Anordnung und Ausgestaltung der Platten im Lochplattenstapel trotz verringertem Durchmesser der Kontaktsonden der erforderliche geringe Kontaktwiderstand gewährleistet bleibt.

In der US 5,385,477 ist eine Knickdrahtkontaktiervorrichtung beschrieben, in der die Knickdrähte in ein mit dielektrischen elastischen Materialien gefülltes Gehäuse eingegossen und so elastisch miteinander gekoppelt sind. Dies erlaubt eine dichtere Anordnung der Knickdrähte und gewährleistet dennoch, daß die einzelnen Knickdrähte gegeneinander isoliert sind.

Der Vorteil der beschriebenen Knickdrahtanordnungen ist die Möglichkeit, relativ dichte zweidimensionale oder flächige Kontaktsondenanordnungen zu realisieren. Für eine Vielzahl von Testanwendungen in der Mikroelektronik sind nur dichte eindimensionale oder lineare Kontaktsondenanordnungen gefordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fertigungstechnisch einfach herzustellende und kostengünstige Kontaktsonden-Anordnung bereitzustellen, die eine sehr dichte sowohl lineare als auch flächenhafte Anordnung der Kontaktsonden aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale.

In der erfindungsgemäßen Kontaktsonden-Anordnung befinden sich die senkrecht auf die Anschlußflächen des Prüflings gedrückten Kontaktsonden in Führungsnuten, die in einer parallel zur Oberfläche der Führungsplatte verlaufenden Ebene ausgebildet und von einer Abdeckplatte bedeckt sind. Die Kontaktsonden biegen sich seitlich in die dafür vorgesehenen Bereiche aus, die ebenfalls in einer parallel zur Oberfläche der Führungsplatte verlaufenden Ebene ausgebildet und von der Abdeckplatte bedeckt sind.

Die sich in einer Ebene einer Führungsplatte befindlichen Führungsnuten und die Bereiche für die seitliche Ausbiegung lassen sich wesentlich dichter in einer Ebene nebeneinander anordnen, als dies in den verschiedenen Ebenen übereinander möglich ist. Die Wände zwischen den einzelnen Führungsnuten und den Bereichen für die seitliche Ausbiegung können wesentlich dünner sein, als wenn Durchgangslöcher mit dem Durchmesser der Führungsnuten durch mehrere Führungsplatten hindurch gebohrt werden müssen.

Neben einer allgemein dichteren Anordnung der Kontaktdrähte ist insbesondere auch eine sehr dichte eindimensionale Kontaktsondenanordnung kostengünstig verwirklichbar.

Vorteilhaft ist, daß die Führungsnuten und die Bereiche für die seitliche Ausbiegung mittels Ätztechniken hergestellt sind. Dies erlaubt einerseits eine sehr präzise Herstellung der Strukturen, andererseits kann deren Geometrie mit diesen Verfahren so gewählt werden, daß in den Führungsnuten und den Bereichen für die seitliche Ausbiegung geringere Reibung auftritt. Dies verlängert die Lebensdauer der Kontaktsondenanordnung erheblich.

Im folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert, von denen zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Prüfling und durch eine Führungsplatte einer Kontaktsonden-Anordnung, deren Kontaktsonden sich gegenüber den Anschlußflächen des Prüflings befinden;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Kontaktsonden-Anordnung entlang der Linie AA' in Fig. 1 mit in den Führungsnuten liegenden Kontaktsonden;

Fig. 3 die Aufsicht auf eine Führungsplatte mit mehreren, nebeneinander angeordneten Führungsnuten und Bereichen für die seitliche Ausbiegung der Kontaktsonden;

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Kontaktsonden- Anordnung senkrecht zur Führungsplatte, mit in den Führungsnuten liegenden Kontaktsonden und mit Justiermarken;

Fig. 5a) einen Querschnitt durch die Führungsplatte einer Kontaktsonden-Anordnung, in der die Bereiche für die seitliche Ausbiegung der Kontaktsonden alternierend in einer Ebene oberhalb und in einer Ebene unterhalb der Ebene der Führungsnuten ausgebildet sind;

Fig. 5b) einen Querschnitt durch die Führungsplatte entlang der Linie AA' in Fig. 5a)

Fig. 5c) einen Querschnitt durch die Führungsplatte entlang der Linie BB' in Fig. 5a)

Fig. 6a) einen Querschnitt durch die Führungsplatte einer Kontaktsonden-Anordnung, in der die Bereiche für die seitliche Ausbiegung der Kontaktsonden alternierend in einer Ebene oberhalb und in einer Ebene unterhalb der Ebene der Führungsnuten ausgebildet sind und die Abdeckplatte teilweise dargestellt ist;

Fig. 6b) einen Querschnitt durch die Führungsplatte entlang der Linie AA' in Fig. 6a);

Fig. 6c) einen Querschnitt durch die Führungsplatte entlang der Linie B'B in Fig. 6a);

Fig. 7 einen Querschnitt durch eine Kontaktsonden-Anordnung mit mehreren, aufeinandergestapelten Führungsplatten, senkrecht zur Führungsplattenoberfläche, mit in den Führungsnuten liegenden Kontaktsonden und mit als Durchgangslöcher ausgebildeten, zueinander justierten Justiermarken.

Der Querschnitt durch die Führungsplatte 7 einer Kontaktsonden-Anordnung 1 in Fig. 1 zeigt eine dichte lineare Anordnung von mit Kontaktsonden 4 ausgefüllten Führungsnuten 5 und von Bereichen 6a, 6b für die seitliche Ausbiegung der Kontaktsonden 4. Die Kontaktsonden 4 befinden sich gegenüber den Anschlußflächen 2 eines Prüflings 3. Wie bei den aus dem Stand der Technik bekannten Knickdrahtkontaktiervorrichtungen können sich die einzelnen Kontaktsonden 4 individuell in die für sie vorgesehenen Bereiche 6a, 6b ausbiegen.

Die Führungsnuten 5 und die Bereiche 6a, 6b für die seitliche Ausbiegung der Kontaktsonden 4 sind in einer parallel zur Oberfläche einer Führungsplatte 7 verlaufenden Ebene ausgebildet. In Fig. 3 ist die Aufsicht auf eine Führungsplatte 7 mit mehreren, nebeneinander angeordneten Führungsnuten 5 und Bereichen 6a, 6b für die seitliche Ausbiegung der Kontaktsonden dargestellt. Die Bereiche 6a, 6b für die seitliche Ausbiegung der Kontaktsonden 4 sind längs der Führungsnuten 5 in seitlich alternierender Folge und miteinander fluchtend angeordnet.

Wie aus dem in Fig. 2 gezeigten Querschnitt entlang der Linie AA' von Fig. 1 ersichtlich, wird die Führungsplatte von einer Abdeckplatte 8 bedeckt. Eine lineare oder eindimensionale Kontaktsonden-Anordnung läßt sich somit mittels zweier Platten realisieren. Hierbei können beide Platten als Führungsplatte ausgebildet sein oder, wie in der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform, eine Führungsplatte und eine unstrukturierte Abdeckplatte umfassen. Die Tiefe T und die Breite W der Führungsnuten 5 sowie der Bereiche 6a, 6b für die seitliche Ausbiegung der Kontaktsonden 4 entsprechen mindestens dem Durchmesser einer Kontaktsonde.

Die Materialien für die Führungsplatte 7 und für die Abdeckplatte 8 sollten so ausgewählt werden, daß sie im wesentlichen denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben. Als Material für die Führungsplatte ist Silizium besonders geeignet und das Material für die Abdeckplatte könnte vorzugsweise Pyrexglas sein, da beide Materialien denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben. Diese Materialien lassen sich auch leicht durch Kleben oder klebstofffrei durch Anodic Bonding verbinden.

Die laterale Anordnung der Führungsnuten und der Bereiche für die seitliche Ausbiegung in derselben Ebene einer Führungsplatte ist besonders vorteilhaft, da nun nicht mehr ein aus mehreren Führungsplatten aufgebauter Stapel notwendig ist, um die Bereiche für die seitliche Ausbiegung zu formen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kontaktsonden- Anordnung ist die sich aufgrund der lateralen Anordnung der Führungsnuten 5 und der Bereiche 6a, 6b für die seitliche Ausbiegung der Kontaktsonden 4 in nur einer Ebene sich ergebende Möglichkeit, zu deren Herstellung die aus der Halbleitertechnik bekannten Ätztechniken einzusetzen. Besonders geeignet sind Ätzverfahren wie Plasmaätzen oder Reaktives Ionenätzen. Hierdurch entfällt das bei den herkömmlichen Knickdrahtvorrichtungen erforderliche Durchbohren der Führungsplatten und die genannten Ätztechniken erlauben zudem eine wesentlich genauere Dimensionskontrolle. Dadurch ist auch eine wesentlich dichtere Anordnung der Führungsnuten erst ermöglicht worden.

Die Ätztiefe ist wesentlich geringer als die zu durchbohrende Plattendicke; sie entspricht dem Durchmesser einer Kontaktsonde. Somit ist neben der zu erzielenden Präzision das Ätzverfahren auch wirtschaftlicher.

Die zu ätzenden Bereiche werden, wie aus der Halbleitertechnik bekannt, durch photolithographische Verfahren definiert. Diese Verfahren bieten die Möglichkeit, unterschiedliche Geometrien für die Führungsnuten und für die Bereiche für die seitliche Ausbiegung vorzusehen. Durch die Auswahl besonders geeigneter Geometrien und die mittels der Ätztechniken möglichen Randausformungen, z. B. Führungnuten oder Ausbiegungsbereiche mit abgerundeten Wänden, kann die Lebensdauer der Kontaktdrähte infolge der verminderten Reibung wesentlich gesteigert werden.

Viele Anwendungen der Kontaktiervorrichtungen erfordern eine exakte Justierung der Kontaktiersonden zu den entsprechenden Anschlußflächen des Prüflings. Dazu können, wie in Fig. 4 dargestellt, in der Führungsplatte Justiermarken 9 vorgesehen sein. Diese Justiermarken werden mittels photolithographischer Verfahren und präziser Ätztechniken in wohldefinierten Positionen zu den Führungsnuten so hergestellt, daß sie mittels einer einfachen Durchlichtoptik mit den Justiermarken des Prüflings zur Deckung gebracht werden können.

Zur Erzielung noch dichterer Kontaktsonden-Anordnungen sind in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Bereiche 6a, 6b für die seitliche Ausbiegung der Kontaktsonden 4 alternierend in einer Ebene oberhalb und einer Ebene unterhalb jener Ebene ausgebildet sind, in der sich die Führungsnuten 5 für die Kontaktsonden befinden. Diese Ausführungsform ist in Fig. 5a) dargestellt, die einen Querschnitt durch eine so gestaltete Führungsplatte einer Kontaktsonden-Anordnung zeigt. In Fig. 5a) sind drei verschiedene Ebenen angedeutet.

Der Querschnitt durch die Führungsplatte entlang der Linie AA' in Fig. 5a) zeigt in Fig. 5b) die tiefste Ebene, die Ebene der Bereiche für die seitliche Ausbiegung, in die sich die Kontaktsonden von der Ebene der Führungsnuten aus gesehen nach unten wegbiegen können. Die Tiefe der eingeätzten Bereiche beträgt 2T und ist mindestens doppelt so groß wie der Durchmesser einer Kontaktsonde. Die mittlere Ebene entspricht der Ebene der Führungsnuten.

Fig. 5c) zeigt den Querschnitt durch die Führungsplatte entlang der Linie BB' in Fig. 5a) und wiederum die von der Führungsnutenebene aus gesehen nach unten angeordnete Ebene der einen Gruppe von Bereichen für die seitliche Ausbiegung.

Die in den Fig. 5a) bis c) dargestellte Anordnung erfordert als Abdeckplatte eine zweite Führungsplatte, die dieselben Strukturen wie die erste Führungsplatte 7a aufweist. In dieser Kontaktsonden-Anordnung befinden sich die Ebene mit den Führungsnuten 5 und die Ebene unterhalb dieser Ebene in einer ersten Führungsplatte 7a und die Ebene oberhalb der Ebene mit den Führungsnuten 5 befindet sich in der als zweite Führungsplatte 7b ausgebildeten Abdeckplatte.

Die zweite Führungsplatte 7b ist um mindestens die Länge eines für die seitliche Ausbiegung der Kontaktsonden 4 vorgesehenen Bereiches 6a, 6b gegenüber der ersten Führungsplatte 7a versetzt angeordnet. Die beiden Führungsplatten 7a und 7b sind durch Kleben oder Silicon-Fusion-Bonding, wie es in der EP 0 626 720 A1 beschrieben ist, miteinander verbunden.

Fig. 6a) zeigt ebenfalls einen Querschnitt durch die Führungsplatte einer Kontaktsonden-Anordnung, in der wie in Fig. 5a) die Bereiche für die seitliche Ausbiegung der Kontaktsonden alternierend in einer Ebene oberhalb und in einer Ebene unterhalb der Ebene der Führungsnuten ausgebildet sind. Zusätzlich ist in Fig. 6a) die als Führungsplatte 7b ausgestaltete Abdeckplatte teilweise dargestellt.

Die Bereiche 6a sind in die Führungsplatte 7a von der Ebene der Führungsnuten aus gesehen nach unten geätzt und die Bereiche 6b sind in der als zweite Führungsplatte 7b ausgebildeten Abdeckplatte ausgebildet.

Der Querschnitt der Fig. 6b) durch die Führungsplatte entlang der Linie AA' im Bereich der Abdeckplatte 7b in Fig. 6a) zeigt die in der unteren Platte 7a verlaufenden Führungsnuten 5 und die in der oberen Platte 7b ausgebileten Bereiche 6b für die seitliche Ausbiegung nach, von der Ebene der Führungsnuten aus gesehen, oben.

Der in Fig. 6c) gezeigte Querschnitt durch die Führungsplatte entlang der Linie B'B in Fig. 6a) verdeutlicht, wie die Bereiche 6a, 6b für die seitliche Ausbiegung alternierend von der Ebene der Führungsnuten aus gesehen nach oben und nach unten angeordnet sind. In Fig. 6c) ist zudem eine in der Führungsnut befindliche Kontaktsonde eingezeichnet.

Mit allen beschriebenen Ausführungsformen sind auch flächenhafte zweidimensionale Kontaktsonden-Anordnungen möglich. Hierzu werden mehrere erste und zweite Führungsplatten 7a, 7b jeweils abwechselnd aufeinander gestapelt. Zur gegenseitigen Justage dieser Führungsplatten sind die Justiermarken 9 als Durchgangslöcher ausgebildet, die geeignete Führungsstifte aufnehmen können. Eine solche zweidimensionale Anordnung ist in Fig. 7 im Querschnitt senkrecht zur Führungsplattenoberfläche, mit in den Führungsnuten liegenden Kontaktsonden, dargestellt.

Die Führungsplatten 7 sind so aufeinander gestapelt, daß deren eine Plattenoberfläche die Struktur einer ersten Führungsplatte 7a und deren andere Plattenoberfläche die Struktur einer zweiten Führungsplatte 7b aufweisen, wobei die nach außen weisenden Oberflächen sowohl der untersten Führungsplatte im Stapel als auch der Abdeckplatte 8 nicht strukturiert sind.

Die aufeinandergestapelten Führungsplatten 7 sind durch Kleben oder Silicon-Fusion-Bonding miteinander verbunden und die Abdeckplatte 8 ist durch Kleben oder Anodic Bonding mit der letzten Führungsplatte 7 im Stapel in Verbindung.

Die erfindungsgemäßen Führunsplatten und Führungsplattenstapel eignen sich außer zur Gestaltung von Kontaktsondenanordnungen auch als ordnende Führungselemente mit hoher Dichte für andere Drähte oder Übertragungsmittel wie z. B. Glasfasern.

Claims (12)

1. Kontaktsonden-Anordnung (1) zum elektrischen Verbinden einer Prüfeinrichtung mit den kreisförmigen Anschlußflächen (2) eines Prüflings (3), deren Kontaktsonden (4) zum Erzielen eines geringen Kontaktwiderstandes senkrecht auf die Anschlußflächen (2) gedrückt werden und sich zur Anpassung an durch Unebenheiten der Oberfläche des Prüflings (3) bedingte Höhenunterschiede der Anschlußflächen (2) seitlich ausbiegen, dadurch gekennzeichnet, daß Führungsnuten (5) für die Kontaktsonden (4) und Bereiche (6a, 6b) für die seitliche Ausbiegung der Kontaktsonden (4) in einer parallel zur Oberfläche einer Führungsplatte (7) verlaufenden Ebene ausgebildet und von einer Abdeckplatte (8) bedeckt sind.

2. Kontaktsonden-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (6a, 6b) für die seitliche Ausbiegung der Kontaktsonden (4) längs der Führungsnuten (5) in seitlich alternierender Folge und miteinander fluchtend angeordnet sind.

3. Kontaktsonden-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Tiefe T und Breite W der Führungsnuten (5) und der Bereiche (6a, 6b) für die seitliche Ausbiegung der Kontaktsonden (4) mindestens dem Durchmesser einer Kontaktsonde entsprechen.

4. Kontaktsonden-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Führungsplatten (7) Justiermarken (9) vorgesehen sind, die mit den Justiermarken des Prüflings (3) zur Deckung gebracht werden können.

5. Kontaktsonden-Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsnuten (5) für die Kontaktsonden (4), die Bereiche (6a, 6b) für die seitliche Ausbiegung der Kontaktsonden (4) und die Justiermarken (9) mittels Ätztechniken, vorzugsweise durch Plasmaätzen oder Reaktives Ionenätzen, hergestellt sind.

6. Kontaktsonden-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für die Führungsplatten (7) und das Material für die Abdeckplatte (8) im wesentlichen denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben und das Material für die Führungsplatten vorzugsweise Silizium und das Material für die Abdeckplatte vorzugsweise Pyrexglas ist.

7. Kontaktsonden-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsnuten (5) für die Kontaktsonden (4) und die Bereiche (6a, 6b) für die seitliche Ausbiegung der Kontaktsonden lateral in derselben Ebene ausgebildet sind.

8. Kontaktsonden-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (6a, 6b) für die seitliche Ausbiegung der Kontaktsonden (4) alternierend in einer Ebene oberhalb und einer Ebene unterhalb jener Ebene ausgebildet sind, in der sich die Führungsnuten (5) für die Kontaktsonden (4) befinden.

9. Kontaktsonden-Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene mit den Führungsnuten (5) und die Ebene unterhalb dieser Ebene sich in einer ersten Führungsplatte (7a) befinden und die Ebene oberhalb der Ebene mit den Führungsnuten (5) sich in der als zweite Führungsplatte (7b) ausgebildeten Abdeckplatte befindet, wobei die zweite Führungsplatte (7b) um mindestens die Länge eines für die seitliche Ausbiegung der Kontaktsonden (4) vorgesehenen Bereiches (6a, 6b) gegenüber der ersten Führungsplatte (7a) versetzt angeordnet ist.

10. Kontaktsonden-Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere erste und zweite Führungsplatten (7a, 7b) jeweils abwechselnd aufeinander gestapelt sind und mittels Führungsstiften in den als Durchgangslöcher ausgebildeten Justiermarken (9) zueinander justiert sind.

11. Kontaktsonden-Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die sich im Stapel befindlichen Führungsplatten (7) so gestaltet sind, daß deren eine Plattenoberfläche die Struktur einer ersten Führungsplatte (7a) und deren andere Plattenoberfläche die Struktur einer zweiten Führungsplatte (7b) aufweisen, wobei die nach außen weisenden Oberflächen der untersten Führungsplatte im Stapel und der Abdeckplatte (8) nicht strukturiert sind.

12. Kontaktsonden-Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinandergestapelten Führungsplatten (7) durch Kleben oder Silicon-Fusion-Bonding miteinander verbunden sind und die Abdeckplatte (8) durch Kleben oder Anodic Bonding mit der letzten Führungsplatte (7) im Stapel verbunden ist.