DE19718870A1 - Prüfgerät für ungekapselte Halbleiterchips - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Prüfgerät für ungekapselte Halblei­ terchips nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Heutzutage werden anstelle von einem einzelnen Halbleiterchip bereits mehrere als Multichipmodul (MCM) zum Erzielen größerer Verarbei­ tungsgeschwindigkeit, größerer Kapazität und Integrationsdichte gemein­ sam montiert. Trotz dieser Vorteile ist der Produktionsausstoß aufgrund von Ausschußgering, weshalb es notwendig ist, bereits den ungekapselten Halbleiterchip auf seine Zuverlässigkeit zu prüfen, um ihn dann den üb­ lichen Kapselungstechniken zu unterwerfen, um den MCM zu bilden.

Halbleiterchips werden generell einer Reihe von Prüfungen un­ terworfen, um ihre Zuverlässigkeit festzustellen. Bei einer dieser Prü­ fungen werden alle Eingangs- und Ausgangsanschlüsse mit einem Prüfsig­ nalerzeugungskreis verbunden, um die Übertragungscharakteristiken der Signale, die an die Anschlüsse angelegt werden und an diesen wieder er­ scheinen, zu prüfen. Bei einer anderen Prüfung wird der Halbleiterchip höheren als normalen Betriebstemperaturen und Spannungen ausgesetzt, um seine Lebensdauer zu prüfen. Diese Prüfungen ermöglichen es, defekte Halbleiterchips zu entdecken und potentielle Ausfälle zu eliminieren.

Jedoch ist es problematisch, einen ungekapselten Halbleiter­ chip mit einem Prüfsignalerzeugungskreis elektrisch zu verbinden. Des­ halb werden die Halbleiterchips üblicherweise erst nach dem Kapseln ge­ testet, wodurch aber im falle von Fehlern das Kapseln unnötigerweise vorgenommen wurde.

Gemäß US 5 006 792 ist ein Flip-Chip-Prüfsockeladapter vorge­ sehen, um den Voralterungstest mit einem ungekapselten Halbleiterchip durchzuführen, wobei eine Vielzahl von Löthügeln auf den Bondinseln des Halbleiterchips gebildet ist. Der Flip-Chip wird in den Prüfsockeladap­ ter ein- und dem Voralterungstest ausgesetzt. Der Adapter umfaßt eine Trägerplatte, die mit Kragarmen für ein Gehäuse ausgerüstet ist. Hier­ bei müssen die Löthügel sehr genau auf die Bondinseln entsprechend der Feinteilung zwischen diesen gesetzt werden. Außerdem wird die Prüfung nur in bezug auf einen einzelnen Halbleiterchip unter individueller Handhabung hiervon durchgeführt, so daß dies zeitaufwendig und wenig produktiv ist. Wenn ein anderer Typ geprüft werden soll, muß eine Anpas­ sung des Adapters vorgenommen werden.

Aus US 5 479 105 ist ein Prüfgerät für ungekapselte Halblei­ terchips bekannt, die auf der Chipkontaktstelle eines Leiterrahmens be­ festigt sind. Die Chipkontaktstellen werden durch Verbindungsstreifen und die Zuleitungen des Leiterrahmens durch ein Klebeband getragen. Die Halbleiterchips sind mit den Zuleitungen über Drähte verbunden. Der Lei­ terrahmen wird in einen Prüfsockel eingesetzt, der einen unteren und ei­ nen oberen Sockelteil umfaßt. Der untere Sockelteil besitzt schlitzför­ mige Nuten und der obere an dem unteren klappbar angelenkte Sockelteil besitzt Langlöcher und Prüfkontakte, die die Zuleitungen des Leiterrah­ mens kontaktieren. Der Leiterrahmen wird zwischen den Sockelteilen mit­ tels Stiften, die durch die Langlöcher und Führungslöcher im Randbereich des Leiterrahmens geführt werden und dann in die Schlitznuten eindrin­ gen, befestigt und eine Seite des Leiterrahmens wird zwischen den Soc­ kelteilen durch eine Klammer ergriffen. Der Prüfsockel besitzt eine Steckerteil mit elektrischen Kontakten an einer Seite des Sockels, so daß er in eine Testbaugruppe eingesteckt werden kann. Da das Steckerteil senkrecht in die Testbaugruppe eingesteckt werden muß, wird der Leiter­ rahmen mit dem ungekapselten Halbleiterchip, der mit den Zuleitungen durch Drähte verbunden ist, in eine aufrechte Position gebracht. Hierbei können die empfindlichen Drähte schon bei etwas gröberer Handhabung bre­ chen. Außerdem sind die Stifte jedesmal, wenn der Testsockel geschlossen wird, durch die Langlöcher, Führungslöcher und die Schlitznuten einzu­ setzen, wodurch die Produktivität entsprechend gering ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Prüfgerät nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs l zu schaffen, das eine erhöhte Produktivität zu­ läßt und die Gefahr eines Brechens der Drähte zwischen Zuleitungen des Leiterrahmens und dem Halbleiterchip durch dessen Handhabung während des Prüfens herabsetzt.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt auseinandergezogen eine Ansicht eines Prüfgeräts für ungekapselte Halbleiterchips.

Fig. 2 zeigt vergrößert einen Leiterrahmen zum Einsatz in das Prüfgerät von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt das Gerät von Fig. 1 schematisch im Schnitt.

Fig. 4A und 4B zeigen vergrößert Ausschnitte aus Fig. 3 in verschiedenen Stellungen.

Fig. 5 zeigt die Bodenfläche eines Sockels für das Prüfgerät von Fig. 1.

Fig. 6A und 6B zeigen perspektivische Ansichten des Prüfgeräts von Fig. 1.

Fig. 7 zeigt perspektivisch und teilweise weggebrochen eine weitere Ausführungsform eines Prüfgeräts.

Fig. 8 zeigt ausschnittweise einen Schnitt des Prüfgeräts von Fig. 7.

Gemäß Fig. 1 werden ungekapselte Halbleiterchips 1 mittels ei­ nes Prüfgeräts 100 geprüft, wobei weinigstens ein Halbleiterchip 1 auf einem Leiterrahmen 10, der eine Vielzahl von Zuleitungen 12 und ein elektrisch nichtleitendes Klebeband 18 trägt, angeordnet ist. Hierbei ist jede Gruppe von Zuleitungen 12, die zu einem Halbleiterchip 1 gehö­ ren, von anderen Zuleitungen 12 des Leiterrahmens 10 für andere Halblei­ terchips 1 elektrisch isoliert und wird physisch durch das Klebeband 18 getragen. Jeder Halbleiterchip 1 ist von den Zuleitungen 12 umgeben und mit diesen über Drähte 14 gebondet. Führungslöcher 16 erlauben ein Posi­ tionieren des Leiterrahmens 10, der, wie in Fig. 2 dargestellt, keine Chipkontaktstelle besitzen muß (in welchem Fall der Halbleiterchip 1 über die Drähte 14 mechanisch und elektrisch mit dem Leiterrahmen 10 verbunden ist), aber etwa gemäß US 5 548 884 kann.

Der Leiterahmen 10 ist auf einer Trägerplatte 20 angeordnet, die mit den Führungslöchern 16 fluchtende Durchtrittslöcher 26 aufweist. Die Trägerplatte 20 besitzt ferner Fenster 22 für die Zugänglichkeit der Leiterrahmen 10, so daß die Zuleitungen 12 mit einem darunter befindli­ chen Sockel 30 kontaktiert werden können.

Der Sockel 30 umfaßt eine Vielzahl von Prüfkontakten 33, die mit den Zuleitungen 12 des Leiterrahmens 10 durch das Fenster 22 der Trägerplatte 20 kontaktierbar sind. Die Prüfkontakte 33 erstrecken sich aufwärts von dem Sockel 30 und jeder Prüfkontakt 33 ist mit einer ent­ sprechenden Anschlußleitung 34, die sich abwärts hiervon erstreckt, ver­ bunden. Die Anschlußleitungen 34 sind ihrerseits mit Schaltkreisen zum Erzeugen von Prüfsignalen verbunden und werden dazu benutzt, elektrische Signale zu und vom Halbleiterchip 1 zu leiten. Für die Prüfkontakte 33 können entweder elastische, d. h. gegen Federkraft eindrückbare An­ schlußstifte, wie dargestellt, oder elastische gebogene Kontakte verwen­ det werden. Auf dem Sockel 30 können Aufnahmeplatten 32 zum Befestigen der Prüfkontakte 33 vorgesehen sein, wobei letztere in entsprechende Ausnehmungen in den Aufnahmeplatten 32 eingesetzt sind. Die Aufnahme­ platten 32 sind insbesondere aus einem Material wie Polyimid, um eine Beeinträchtigung hiervon durch die während des Prüfens erzeugte Wärme zu vermeiden.

Die Sockel 30 sind in Öffnungen einer Grundplatte 40 einge­ setzt. Die Öffnungen sind entsprechend in zwei Abschnitte, einen oberen Öffnungsabschnitt 42 und einen unteren Öffnungsabschnitt 44 unterteilt. Da jeder obere Öffnungsabschnitt 42 in seiner Größe größer als der unte­ re Öffnungsabschnitt 44 ist, kann jeder Sockel 30 auf einem Auflagerah­ men 43 benachbart zum unteren Öffnungsabschnitt 44 angeordnet werden. Das Sockel 30 wird von dem oberen Öffnungsabschnitt 42 aufgenommen, wäh­ rend dessen Anschlußleitungen 34 durch den unteren Öffnungsabschnitt 44 führen. Führungsstifte 46 bzw. Federn 48 sind im Bereich des die Öffnun­ gen umgebenden Randes der Grundplatte 40 angeordnet. Die Führungsstifte 46 erstrecken sich durch die Durchtrittsöffnungen 26 der Trägerplatte 20 und durch die Führungslöcher 16 des Leiterrahmens 10. Die Federn 48 be­ aufschlagen die Trägerplatte 20 derart, daß diese auf- und abbewegbar ist, vgl. auch Fig. 3. In der Trägerplatte 20 können Öffnungen 28 zum Zusammenfügen unter Vorspannung durch die Federn 48 vorgesehen sein. Stifte 45 und zugehörige Öffnungen 35 können an der Grundplatte 40 und in dem Sockel 30 vorgesehen sein, so daß das Sockel 30 fest in dem obe­ ren Öffnungsabschnitt 42 der Grundplatte 40 montiert werden kann. Die Grundplatte 40 besteht vorzugsweise aus Materialien wie Fiberglas, die einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, so daß sie praktisch nicht von der Wärmeentwicklung während des Prüfens beein­ trächtigt werden.

Über dem Leiterrahmen 10 befindet sich ein Deckel 50 aus elek­ trisch nichtleitendem Material, der den Leiterrahmen 10 abwärts drücken kann. Auf der Unterseite des Deckels 50 sind Ausnehmungen 52 und Bohrun­ gen 56, vgl. Fig. 3 bis 4B, ausgebildet. Die Drähte 14, die den Halblei­ terchip 1 mit den Zuleitungen 12 des Leiterrahmens 10 verbinden, werden durch die Ausnehmungen 52 geschützt, wenn der Leiterrahmen 10 durch den Deckel 50 nach unten gedrückt wird. Die Bohrungen 56 nehmen die Füh­ rungsstifte 46 auf, so daß die Führungsstifte 46 der Grundplatte 40, die Führungsöffnungen 16 des Leiterrahmens 10 und die Durchtrittsöffnungen 26 in der Trägerplatte 20 fluchten. Außerdem befinden sich die Grund­ platte 40, die Trägerplatte 20, der Leiterrahmen 10 und der Deckel 50 in horizontaler Anordnung zueinander. Hierbei ist eine Antriebseinrichtung 60, am Deckel 50 befestigt, zur Bewegung des letzteren vorgesehen.

Aufgrund dessen, daß sich der Halbleiterchip 1 und die Zulei­ tungen 12 des Leiterrahmens 10 in gleicher horizontaler Höhe befinden und drahtgebondet sind, kann der Prüfvorgang unter stabilen Verhältnis­ sen durchgeführt werden.

Wie aus den Fig. 3 bis 4B ersichtlich, liegen die Zuleitungen 12 und der Halbleiterchip 1 infolge des Fensters 22 der Trägerplatte 20 frei. Da das Fenster 22 größer als die Befestigungsplatte 32 auf dem Sockel 30 ist, können die Prüfkontakte 33 mit dem Zuleitungen 12 inner­ halb des jeweiligen Fensters 22 kontaktiert werden, wenn der Leiterrah­ men 10 abwärts bewegt wird. Die Ausnehmung 52 des Deckels 50 ist genü­ gend groß, um den Halbleiterchip 1, die Drähte 14 und das Klebeband 18 darin aufzunehmen, wenn der Deckel 50 auf den Leiterrahmen 10 gedrückt wird. Um ferner wirksam vom Halbleiterchip 1 entwickelte Wärme abzufüh­ ren, können in dem Sockel 30 und der Befestigungsplatte 32 nicht darge­ stellte Öffnungen vorgesehen sein. Die Führungsstifte 46 erstrecken sich durch die Trägerplatte 20 und den Leiterrahmen 10 und werden von den Bohrungen 56 des Deckels 50 aufgenommen.

Wenn die Antriebseinrichtung 60 betätigt wird, bewegt sich der Deckel 50 abwärts und drückt auf den Leiterrahmen 10, wodurch sich die­ ser mit der Trägerplatte 20 gegen die Vorspannung der Federn 48 bis zur Kontaktierung der Prüfkontakte 33 auf dem Sockel 30 zur Durchführung des Prüfvorgangs absenkt. Nach Beendigung des Prüfvorgangs wird die An­ triebseinrichtung 60 in umgekehrter Richtung betätigt und der Deckel 50 in seine Ausgangsposition zurückgeführt.

Entsprechend Fig. 5 besitzt der Sockel 30 eine Reihe von Öff­ nungen 33a für Prüfkontakte 33, Leitungsöffnungen 34a und Bohrungen 35 zum befestigen des Sockels 30 auf der Grundplatte 40. Zwei Leitungsöff­ nungen 34a sind hierbei entsprechend zu jeder Öffnung 33a vorgesehen. In jeweils zwei Leitungsöffnungen 34a werden eine Signaleingangs- und eine Signalausgangsleitung eingesetzt. Bezugsziffer 37 bezeichnet eine Strec­ ke zum Verbinden des Prüfkontakts 33 und der Leitung 34.

Gemäß Fig. 6A und 6B kann die Antriebseinrichtung 60 über eine Stange mittels eines Zylinders betätigbar sein. Führungswangen 66 er­ strecken sich vertikal zum Deckel 50 und besitzen gekrümmte Führungs­ schlitze 68 für einen Führungsrahmen 62, 64. Wenn die Antriebseinrich­ tung eine Auf- bzw. Abwärtsbewegung durchführt, wird der Deckel 50 über den Führungsrahmen 62, 64 entlang der Führungsschlitze 68 auf einem im wesentlichen kreisabschnittförmigen Abschnitt verschwenkt. Dies erleich­ tert die Bestückung mit den Leiterrahmen 10.

Gemäß dem Prüfgerät 200 von Fig. 7, 8 wird ein Leiterrahmen 110 eines ungekapselten Halbleiterchips 1 eingesetzt, wobei die Grund­ platte 50 eine Anzahl von Öffnungen größer als diejenigen des zu prüfen­ den Halbleiterchips 1 aufweist. Dementsprechend kann letzterer individu­ ell mit individuellen Leiterrahmen 110 geprüft werden. Hierbei werden sich elastische verbiegende Leitungen 133 zur Kontaktierung der Zulei­ tungen 12 des Leiterrahmens 110 verwendet, die wegen ihrer elastischen Rückstellkraft minimale Länge aufweisen können, so daß das elektrische Verhalten aufgrund geringerer Signallaufzeiten verbessert wird. Befesti­ gungsplatten fehlen dagegen bei dieser Ausführungsform.

Claims (14)

1. Prüfgerät für ungekapselte Halbleiterchips (1), die einzeln oder zu mehreren jeweils über Drähte (14) mit einem Leiterrahmen (10, 110) mit einer Vielzahl von durch ein nichtleitendes Klebeband (18) ge­ haltenen Zuleitungen (12) verbunden sind, wobei eine Vielzahl von Prüf­ kontakten (33, 133) zum Kontaktieren der Zuleitungen (12) vorgesehen sind, die über Anschlußleitungen (34) mit einer Testbaugruppe verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trägerplatte (20) für den Leiterrahmen (10), die mit einer Vielzahl von Fenstern (22) ei­ ner solchen Größe versehen sind, daß die Zuleitungen (12) hierin frei­ liegen, und wenigstens ein Sockel (30) vorgesehen sind, der auf einer Seite die Vielzahl von Prüfkontakten (33, 133) zum Kontaktieren der durch die Fenster (22) exponierten Zuleitungen (12) und auf der anderen Seite die zugehörigen Anschlußleitungen (34) aufweist, wobei der jewei­ lige Sockel (30) in eine Ausnehmung (42, 44) in einer Grundplatte (40) eingesetzt ist, durch die die Anschlußleitungen (34) nach unten heraus­ geführt sind, während ein Deckel (50) zum Drücken des Leiterrahmens (10) in Kontakt mit den Prüfkontakten (33) mit wenigstens einer Ausnehmung (52) zur schützenden Aufnahme der Drähte (14) versehen ist.

2. Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antriebseinrichtung zum Auf- und Abbewegen des Deckels (50) vorgesehen ist.

3. Prüfgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei senkrecht zur Grundplatte (40) sich erstreckende Führungswangen (66) je­ weils mit zwei schräg verlaufenden Führungsschlitzen (68) für den Deckel (50) vorgesehen sind.

4. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Grundplatte (40) wenigstens einen Führungsstift (46) aufweist, dem ein entsprechendes Führungsloch (16) im Leiterrahmen (10) entspricht.

5. Prüfgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (50) eine Bohrung (56) zur Aufnahme des wenigstens einen Füh­ rungsstiftes (46) aufweist.

6. Prüfgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (20) ein Durchtrittsloch (26) zur Aufnahme des we­ nigstens einen Führungsstiftes (46) aufweist.

7. Prüfgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsstift (46), das Führungsloch (16), die Bohrung (56) und das Durchtrittsloch (26) miteinander ausgerichtet sind.

8. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Leiterrahmen (10) mehrere Gruppen von Zuleitungen (12) aufweist, die jeweils zu einem Halbleiterchip (1) gehören.

9. Prüfgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen von Zuleitungen (12) voneinander getrennt sind.

10. Prüfgerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe von Zuleitungen (12) eine Kontaktstelle zur Montage des Halbleiterchips (1) beinhaltet.

11. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sockel (30) wenigstens eine Aufnahmeplatte (32) mit Löchern zum Einsetzen der Prüfkontakte (33) aufweist.

12. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Prüfkontakte (33, 133) Federstiftkontakte oder elastische gebogene Kontakte sind.

13. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Grundplatte (40) wenigstens eine Feder (48) zum federnden Abstützen der Trägerplatte (20) aufweist.

14. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ausnehmung (42, 44) eine Schulter (43) für das Ab­ stützen des Sockels (30) aufweist.