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Die Erfindung betrifft eine elektrische Berührungskontaktiervorrichtung, insbesondere zur elektrischen Prüfung eines Prüflings, insbesondere Wafers, mit mindestens einer, eine Plattenebene aufweisenden Fügungsplatte, die von Führungslöchern durchsetzt ist, in denen Abschnitte von elektrisch leitfähigen, der Berührungskontaktierung dienenden Kontaktelementen längsverschieblich gelagert sind.
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Elektrische Berührungskontaktiervorrichtungen der eingangs genannten Art sind bekannt. Sie dienen zur elektrischen Prüfung eines elektrischen Prüflings, indem Kontaktelemente der Berührungskontaktiervorrichtung mit elektrischen Kontakten des Prüflings in Berührungskontakt gebracht und dann mit elektrischen Prüfströmen von einer Prüfvorrichtung beaufschlagt werden, sodass die Prüfvorrichtung die elektrische Funktionsfähigkeit des Prüflings ermitteln kann. Da die Kontaktelemente längsverschieblich in Führungslöchern mindestens einer Führungsplatte der Berührungskontaktiervorrichtung längsverschieblich lagern, kommt es bei der Berührungskontaktierung zu Längsverschiebungen der Kontaktelemente. Jede Längsverschiebung führt zu einer Reibung und durch die oft große Anzahl der Kontaktelemente zu einer Aufsummierung der Reibungskräfte, die eine unerwünschte Durchbiegung der Führungsplatte bewirkt. Die aufzubringende Verschiebungskraft kann bei den einziehenden Kontaktelementen unterschiedlich groß sein. Insbesondere dann, wenn sich ein Kontaktelement im Führungsloch „verklemmt“ hat, wird an dieser Stelle bei der Berührungskontaktierung und damit einhergehenden Verschiebung des Kontaktelements durch die resultierende erhöhte Reibung eine entsprechend große Kraft auf die Führungsplatte übertragen. Eine entsprechend große, unerwünschte Durchbiegung der Führungsplatte ist die Folge. Bei einer hohen Anzahl von Kontaktelementen pro Flächeneinheit gelingt es auch nicht, eine Versteifung der Führungsplatte vorzunehmen, um der erwähnten Durchbiegung entgegenzuwirken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Durchbiegung der Führungsplatte deutlich zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Führungsplatte quer zu ihrer Plattenebene verschieblich gelagert ist. Durch diese Maßnahme lässt sich eine Durchbiegung der Führungsplatte, die aufgrund von Reibungen der Kontaktelemente an den Wandungen der Führungslöcher auftritt, deutlich reduzieren. Insbesondere bei hoher Kontaktelementanzahl, also dann, wenn man eine Versteifung der Führungsplatte am meisten benötigt, gelingt es aus Platzgründen nicht, eine Versteifung der Führungsplatte anzubringen. Dies ist aufgrund der Erfindung dann auch nicht erforderlich, da die Durchbiegung erheblich vermindert ist. Bei der Berührungskontaktierung des Prüflings kann sich aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahme die Führungsplatte quer zu ihrer Plattenebene verschieben. Dies entspricht insbesondere einer Verlagerung der Führungsplatte quer zur Ebene des Prüflings, insbesondere zur Ebene des Wafers. Bei der Berührungskontaktierung des Prüflings führen Kräfte, die auf die Führungsplatte wirken, nicht – wie beim Stand der Technik – alleinig zu einer Durchbiegung der Führungsplatte, sondern erfindungsgemäß auch zur Verschiebung der Führungsplatte, das heißt diese Kräfte teilen sich derart auf, dass die Verschiebung stattfindet und auch eine gewisse Durchbiegung der Führungsplatte, die jedoch wesentlich geringer ist als im Stand der Technik. Positionsungenauigkeiten der Kontaktelemente, welche aus einer Durchbiegung der Führungsplatte resultieren, verringern sich daher erfindungsgemäß erheblich. Für die Führungsplatte ist aufgrund der Erfindung keine Versteifung erforderlich. Aufgrund der kaum noch erfolgenden Durchbiegung der Führungsplatte überragen die Enden der Kontaktelemente die Führungsplatte in Richtung des Prüflings im Wesentlichen mit gleichem Überstand, das heißt unterschiedliche Kontaktelementüberstände werden vermieden. Auch kann der Kontaktelementüberstand reduziert werden. Dadurch lassen sich definiertere Verhältnisse erzielen, welche eine bessere Kontrolle über die sogenannten Scrubs (seitliche Bewegung der Kontaktelementspitzen bei der Berührungskontaktierung) verbessern. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Führungsplatte aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt, sodass keine separate elektrische Isolierung für die in den Führungslöchern gelagerten Kontaktelemente notwendig ist. Vielmehr können diese dann eine elektrisch leitende Oberfläche aufweisen. Durch die elektrisch isolierende Ausbildung der Führungsplatte wird sicher verhindert, dass ein Kurzschluss zwischen Kontaktelementen der Berührungskontaktiervorrichtung entstehen kann. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Führungsplatte aus einem Material gefertigt, das elektrisch leitfähig ist. In diesem Fall sind dann zweckmäßigerweise die Kontaktelemente zumindest abschnittsweise an ihrem Außenumfang elektrisch isolierend ausgebildet, weisen insbesondere eine elektrisch isolierende Schicht oder Verkleidung auf. In diesem Fall wird dann ein Kurzschluss zwischen den Kontaktelementen durch die separate Isolierung beziehungsweise die Isolierung der Kontaktelemente gewährleistet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Führungsplatte rechtwinklig oder senkrecht zu ihrer Plattenebene verschieblich gelagert. Hierdurch ist die Führungsplatte senkrecht zur Ebene des Prüflings beziehungsweise des Wafers verlagerbar. Hierdurch ergibt sich eine besonders vorteilhafte Entlastung der Führungsplatte in Bezug auf ihre Durchbiegung.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist bevorzugt vorgesehen, dass die Führungsplatte schräg zu ihrer Plattenebene verschiebbar gelagert ist. Damit ist die Führungsplatte nicht direkt senkrecht zur Ebene des Prüflings verlagerbar, sondern wird schräg dazu, also in einem Winkel größer Null, insbesondere größer 45°, und ungleich 90° zur Plattenebene bewegt. Dies hat den Vorteil, dass durch das schräge Verschieben die Führungsplatte außerdem eine Seitwärtsbewegung beim Verlagern durchgeführt wird, durch welche auch die in den Führungsöffnungen gelagerten Kontaktelemente seitlich mitbewegt werden. Hierdurch wird erreicht, dass die Kontaktspitzen der Kontaktelemente bei der Berührungskontaktierung seitlich bewegt werden und damit auf den elektrischen Kontakten des Prüflings verschoben werden. Dadurch kratzen die Kontaktspitzen der Kontaktelemente an der Oberfläche des jeweiligen Kontakts des Prüflings (Scrubbing), wodurch die elektrische Kontaktierung des Kontakts des Prüflings verbessert wird. Dadurch erfüllt das schräge Verschieben der Führungsplatte zwei vorteilhafte Funktionen der Berührungskontaktiervorrichtung.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Führungsplatte aus einer im nichtberührungskontaktiertem Zustand vorliegenden Ausgangslage heraus gegen die Kraft einer Federvorrichtung verschieblich gelagert ist. Beim Berührungskontaktiervorgang erfolgt die Verschiebung der Führungsplatte gegen die Kraft der Federvorrichtung. Beim Dekontaktieren, also dem Ende der Berührungskontaktierung, sorgt die Federvorrichtung alleinig oder anteilig dafür, dass sich die Führungsplatte wieder in ihre Ausgangslage bewegt. Falls in der Berührungskontaktierposition beispielsweise ein Kontaktelement klemmen sollte, dann wird dieses durch die Bewegung in die Ausgangslage wieder gelöst, das heißt, die Klemmung wird aufgehoben.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht bei der Ausgestaltung der Berührungskontaktiervorrichtung vor, dass die aus der Ausgangslage heraus erfolgende Verschiebung der Führungsplatte nur durch Kräfte erfolgt, die von mindestens einem der Kontaktelemente beim Berührungskontaktiervorgang auf die Führungsplatte ausgeübt werden.
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Es sind somit für die Verschiebung der Führungsplatte beim Berührungskontaktiervorgang, also beim Beginn der Kontaktierung, keine weiteren Einrichtungen vorgesehen, die eine Verlagerung der Führungsplatte bewirken.
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Insbesondere ist bei der Berührungskontaktiervorrichtung die Ausgestaltung vorgesehen, dass die in die Ausgangslage führende Verschiebung der Führungsplatte mittels der Federvorrichtung zumindest anteilig erfolgt. Beim Ende der Berührungskontaktierung, also dann, wenn sich die Führungsplatte wieder in ihre Ausgangslage zurückbewegt, kann somit die Federvorrichtung alleinig die Rückverschiebung durchführen oder anteilig.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt mindestens ein weiterer Anteil zur Verschiebung der Führungsplatte in die Ausgangslage mittels mindestens einem der Kontaktelemente. Diese werden bei der Berührungskontaktierung aufgrund ihrer Elastizität elastisch seitlich ausgebogen. Wird die Berührungskontaktierung beendet, so verringert sich die seitliche Ausbiegung, mit der Folge, dass durch Reibung der Kontaktelemente an den Innenseiten der Führungslöcher Kräfte übertragen werden, die dazu beitragen, dass sich die Führungsplatte in ihre Ausgangslage zurückbewegt.
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Zusätzlich oder alternativ erfolgt mindestens ein weiterer Anteil bei der Verschiebung in die Ausgangslage mittels mindestens einer aktivierbaren Verlagerungseinrichtung, die bei ihrer Aktivierung die Verschiebung der Führungsplatte unterstützt. Die aktivierbare Verlagerungseinrichtung kann mindestens ein Piezoelement aufweisen, das bei Aktivierung die Verschiebung durchführt. Alternativ weist die Verlagerungseinrichtung eine Drucklufteinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, die Führungsplatte pneumatisch in die Ausgangslage zurückzuführen beziehungsweise zu verschieben. Dazu ist die Drucklufteinrichtung insbesondere dazu ausgebildet, durch zumindest einen Druckluftimpuls, insbesondere nach einer erfolgten Berührungskontaktierung, die Führungsplatte in die Ausgangslage zurückzubewegen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Führungsplatte mittels einer der Verschieblichkeit dienenden Führung an einem Grundkörper gelagert ist. Die Führungsplatte wird aufgrund der Führung reproduzierbar und positionsgenau in jeder Verschiebungslage gehalten, sodass die Positionen der Kontaktelemente auch im Verschiebungszustand stets definiert sind.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass die Führungsplatte eine prüflingsnahe Führungsplatte ist. Demzufolge befindet sie sich nahe an den Enden der Kontaktelemente, die dem Prüfling zugewandt sind. Bevorzugt sind die Kontaktelemente als Kontaktnadeln ausgestaltet, die bei dem Berührungskontaktiervorgang seitlich ausbiegen können (Knicknadeln).
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine weitere Führungsplatte vorgesehen, die als prüflingsferne Führungsplatte ausgebildet ist, welche unverschieblich ist und von weiteren Führungslöchern durchsetzt ist, in denen Bereiche der Kontaktelemente längsverschieblich lagern, wobei die Führungsplatte und die weitere Führungsplatte beabstandet zueinander angeordnet sind, vorzugsweise parallel beabstandet zueinander angeordnet sind. Die Kontaktelemente werden demzufolge in Führungslöchern der beiden Führungsplatten verschieblich geführt, wobei das Ausknicken der Kontaktelemente beim Berührungskontaktiervorgang bevorzugt zwischen den beiden Führungsplatten erfolgt. Demzufolge sind die Kontaktelemente bevorzugt zwischen den beiden Führungsplatten seitlich elastisch ausbiegbar ausgebildet.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper Sackbohrungen aufweist, in denen bereichsweise Druckfedern, insbesondere Schraubendruckfedern, der Federvorrichtung einliegen. Die Druckfedern ragen aus den Sackbohrungen heraus, wobei die herausragenden Bereiche an der Führungsplatte anliegen. Der Grundkörper ist feststehend angeordnet. Beim Berührungskontaktiervorgang verlagert sich die Führungsplatte und komprimiert dabei die Druckfedern.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper als Grundrahmen mit Rahmenschenkeln ausgebildet ist und dass an mindestens einigen der Rahmenschenkeln jeweils mindestens eine Druckfeder lagert. Die Anordnung ist vorzugsweise derart getroffen, dass im Innern des Grundrahmens die Kontaktelemente liegen.
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Die erwähnte Führung ist vorzugsweise mit Stift/Loch-Führungen versehen, das heißt, der entsprechende Stift und das zugehörige entsprechende Loch, in das der Stift eingreift, sind relativ zueinander definiert verlagerbar, wodurch eine reproduzierbare Führung erfolgt. Insbesondere sind an mindestens einigen der Rahmenschenkel Stift/Loch-Führungen angeordnet/ausgebildet. Beispielsweise weist der Rahmenschenkel einen Stift auf, der in ein Loch der Führungsplatte hineinragt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an der Führungsplatte mindestens ein Abstandshalter angeordnet ist, der bei der Berührungskontaktierung gegen den Prüfling tritt und dadurch eine Verschiebung der Führungsplatte bewirkt. Diese Verschiebung erfolgt gegen die Federkraft der Federvorrichtung, sofern letztere vorhanden ist. Der Abstandshalter kann als „Standoff“ bezeichnet werden. Der Abstandshalter tritt gegen eine „unempfindliche“ Stelle des Prüflings, sodass keine Beschädigungen auftreten. Zweckmäßigerweise sind mehrere Abstandshalter vorgesehen, sodass die Führungsplatte gleichmäßig mit Kräften beaufschlagt und dadurch sicher und ohne zu kippen verlagert wird.
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Alternativ oder zusätzlich sind an der Führungsplatte mindestens ein ansteuerbarer Aktuator zum Verschieben der Führungsplatte und zumindest ein Näherungssensor zum Erfassen einer Annäherung der Führungsplatte an den Prüfling zugeordnet. Insbesondere ist der Näherungssensor mit dem Aktuator gekoppelt, sodass in Abhängigkeit von einer erfassten Annäherung der Führungsplatte an den Prüfling der Aktuator angesteuert wird, um die Führungsplatte entsprechend zu verschieben. Hierdurch ist eine in Bezug auf den Prüfling berührungsfreie Verschiebung der Führungsplatte ermöglicht, welche eine besonders geringe Belastung der Führungsplatte und eine besonders geringe Durchbiegung der Führungsplatte gewährleistet.
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Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung in schematischer Darstellung, und zwar zeigt:
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1 eine elektrische Berührungskontaktiervorrichtung und
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2 einen Bereich der Berührungskontaktiervorrichtung der 1 in perspektivischer Ansicht.
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Gemäß 1 weist die elektrische Berührungskontaktiervorrichtung 1 eine Führungsplatte 2 auf, zu der eine weitere Führungsplatte 3 mit Abstand parallel angeordnet ist. Die Führungsplatte 2 bildet eine sogenannte untere Führungsplatte und die weitere Führungsplatte 3 eine sogenannte obere Führungsplatte. Die Führungsplatte 2 wird von Führungslöchern 4 und die Führungsplatte 3 von Führungslöchern 5 durchsetzt. Für eine elektrische Berührungskontaktierung eines Prüflings 6 weist die Berührungskontaktiervorrichtung 1 Kontaktelemente 7 auf, die als Kontaktnadeln 8 ausgebildet sind. Jede Kontaktnadel 8 weist eine Kontaktspitze 9 und ein Kontaktende 10 auf. Ein Doppelpfeil 11 verdeutlicht, dass die Kontaktnadeln 8 längsverschieblich in den Führungslöchern 4 und 5 lagern.
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Die Berührungskontaktiervorrichtung 1 weist ferner einen Grundkörper 12 auf, der – wie die 2 verdeutlicht – als Grundrahmen 13 mit Rahmenschenkeln 14 ausgebildet ist. Der Grundkörper 12 und die Führungsplatte 3 sind ortsfest angeordnet. Die Führungsplatte 2 ist relativ zum Grundkörper 12 gemäß Doppelpfeil 15 verschieblich gelagert. Die Verschiebung ist quer, insbesondere rechtwinklig, zu der Plattenebene 16 der Führungsplatte 2 möglich. Die Führungslöcher 4 verlaufen rechtwinklig zur Plattenebene 16. In bestimmten Fällen kann von diesem rechtwinkligen Verlauf auch abgesehen werden, nämlich dann, wenn eine Kontaktnadel 8 schräg verlaufen soll.
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Die Führungsplatte 2 ist mittels einer der Verschieblichkeit dienenden Führung 17 (2) am Grundkörper 12 gelagert. Die Führung 17 weist Stift/Loch-Führungen 18 auf, die jeweils einen am Grundkörper 12 festgelegten Stift 19 und ein die Führungsplatte 2 durchsetzendes Loch 20 aufweisen. Vorzugsweise ist jeder Rahmenschenkel 14 des Grundrahmens 12 mit zumindest einer derartigen Führung 17 versehen. Die Führungsplatte 2 ist aus einer im nicht berührungskontaktiertem Zustand vorliegenden Ausgangslage heraus gegen die Kraft einer Federvorrichtung 21 verschieblich gelagert. Die Federvorrichtung 21 weist mehrere Druckfedern 22 auf, die als Schraubendruckfedern 23 ausgebildet sind, und in Sackbohrungen 24 des Grundkörpers 22 eingreifen. Die Schraubendruckfedern 23 stützen sich mit ihren einen Enden jeweils am Boden der zugehörigen Sackbohrung 24 ab und mit ihrem anderen Ende an der Führungsplatte 2.
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Die Führungsplatte 2 ist nahe der Kontaktspitzen 9 angeordnet und damit nahe am Prüfling 6, sodass sie eine prüflingsnahe Führungsplatte 2 ist. Die weitere Führungsplatte 3 liegt entfernt vom Prüfling 6 und bildet daher eine prüflingsferne Führungsplatte 3. Der Prüfling 6 weist Kontaktpads 25 auf, die bei einer elektrischen Prüfung des Prüflings 6 gegen die Kontaktspitzen 9 der Kontaktnadeln 8 treten. Die Kontaktenden 10 der Kontaktnadeln 8 treten mit Kontaktfeldern 26 eines Kontaktabstandstransformers 27 bei der elektrischen Prüfung des Prüflings 6 in Berührungskontakt. Der Kontaktabstandstransformer 27 ist ortsfest angeordnet und ermöglicht über elektrische Anschlüsse 28 eine Verbindung zu einer Prüfvorrichtung, mit der elektrische Stromkreise zum Prüfling 6 geschaltet werden, um die Funktionsfähigkeit des Prüflings 6 bei der Berührungskontaktierung zu testen.
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Bei der Prüfung des Prüflings 6 wird dieser gemäß Pfeil 28 gegen die Kontaktspitzen 9 der Kontaktnadeln 8 gedrängt, sodass diese derart verschoben werden, dass ihre Kontaktenden 10 gegen die Kontaktfelder 26 des Kontaktabstandstransformers 27 treten. Da die Kontaktnadel 8 elastisch sind, können sie – wie in 1 gestrichelt dargestellt – bei der Prüfung seitlich ausknicken, wodurch auch ein bestimmter Kontaktdruck zum Prüfling 6 hergestellt wird. Bei der Berührungskontaktierung wird der Prüfling 6 in Richtung auf die Berührungskontaktiervorrichtung 1 bewegt oder es ist auch denkbar, dass die Berührungskontaktiervorrichtung 1 in Richtung auf den Prüfling 6 bewegt wird. Auch eine Kombination beider Bewegungen ist möglich.
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Wird eine Kontaktnadel 8 bei der Prüfung in Richtung auf den Kontaktabstandstransformer 27 verschoben, so führt dies zu einer Reibung im zugehörigen Führungsloch 4 der Führungsplatte 2. Bei einer sehr großen Anzahl von Kontaktnadeln 8 kann diese Reibung zu einer Durchbiegung der Führungsplatte 2 führen, die aufgrund der Erfindung wesentlich reduziert ist. Diese Reduktion kommt dadurch zustande, dass die Führungsplatte 2 entsprechend dem Doppelpfeil 15 verschieblich gelagert ist. Die Reibungskräfte verursachen im Wesentlichen eine Verschiebung der Führungsplatte 2 in Richtung auf den Grundkörper 12, wobei diese Verschiebung gegen die Kraft der Federvorrichtung 21 erfolgt. Die einzelnen Schraubendruckfedern 23 federn demgemäß entsprechend weit ein. Gleichzeitig kann es zu einer jedoch nur sehr geringfügigen Durchbiegung der Führungsplatte 2 kommen, wobei diese Durchbiegung jedoch keinen Einfluss auf die präzise Positionierung der Kontaktspitzen 9 der Kontaktnadeln 8 hat, das heißt es werden stets alle Kontaktpads 25 des Prüflings 6 bei der Berührungskontaktierung getroffen. Ist die Prüfung erfolgt, so entfernt sich der Prüfling 6 durch Absenkung von der Berührungskontaktiervorrichtung 1, sodass die Durchbiegungen der Kontaktnadeln 8 zurückgehen. Gleichzeitig drängt die Federvorrichtung 21 die Führungsplatte 2 in ihre Ausgangslage zurück, wobei dieses Zurückdrängen gegebenenfalls durch Reibung der Kontaktnadeln 8 in den Führungslöchern 2 unterstützt wird.
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Zusätzlich kann eine aktivierbare Verlagerungseinrichtung, insbesondere mit mindestens einem Piezoelement und/oder mit einer Drucklufteinrichtung, vorgesehen sein, um eine Rückführung der Führungsplatte 2 in ihre Ausgangslage am Ende der Prüfung zu bewirken.
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Des Weiteren kann der Führungsplatte zumindest ein ansteuerbarer Aktuator zum Verschieben der Führungsplatte zugeordnet sein, der mit einem Näherungssensor zusammenarbeitet, der zum Erfassen einer Annäherung der Führungsplatte an den Prüfling ausgebildet ist, um die Führungsplatte bei einer erfassten Annäherung der Führungsplatte an den Prüfling mittels des Aktuators zu verschieben.
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Während das vorliegende Ausführungsbeispiel zeigt, dass die Führungsplatte 2 senkrecht zu ihrer Plattenebene verschoben wird, ist gemäß einem weiteren, hier nicht dargestellten, Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Führungsplatte 2 schräg zu ihrer Plattenebene und damit schräg zur Ebene des Prüflings 6 verschiebbar gelagert ist. Dadurch wird erreicht, dass beim Verschieben die Führungsplatte die Kontaktelemente 7 seitlich verschiebt, also quer zu der Längserstreckung der Kontaktelemente, wodurch die Kontaktelementspitzen 9 auf den Kontaktstellen beziehungsweise den Kontaktpads 25 verschoben werden, und sich dadurch in die Kontaktpads 25 einkratzen (scrubbing). Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit einer sicheren elektrisch leitenden Berührungskontaktierung erhöht.
