DE2028910C3

DE2028910C3 - Einrichtung zum Sortieren von elektrischen Schaltungselementen

Info

Publication number: DE2028910C3
Application number: DE2028910A
Authority: DE
Inventors: Edward Frank South Burlington Vt. Schirmer (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1969-06-30
Filing date: 1970-06-12
Publication date: 1979-09-06
Also published as: DE2028910B2; GB1305593A; DE2028910A1; FR2052380A5; JPS4827501B1; US3584741A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Sortieren von elektrischen Schaltungselementen, in Abhängigkeit von den in einem vorangegangenen Prüfvorgang ermittelten und zwischengespeicherten Prüfergebnissen und unter Beibehaltung der Ausrichtung, wobei die ausgewählten Schaltungselemente aufgrund der gespeicherten Prüfergebnisse mittels Saugluft automatisch aussortiert werden.

Bei der Herstellung von bestimmten Schaltungselemente, insbesondere von Halbleiterelementen, wie sogenannte Chips, für integrierte Schaltungen ist eine anschließende Prüfung der einzelnen Chips unentbehrlich, da in Anbetracht der hohen Anforderungen, die an solche Elemente gestellt werden, nicht selten nur ein Bruchteil der Chips einer Halbleiterscheibe, Wafer genannt, als fehlerfrei anerkannt wird. Die geforderte Präzision wird deutlich, wenn man berücksichtigt, daß es monolithische Speicher-Chips von 2,7 mm gibt, auf denen 664 Schaltungskomponenten zusammengefaßt sind (B. A g u s t a in 1969 IEEE International Solid State Circuits Conference Digest of Technical Papers). Die Herstellung dieser Chips ist daher äußerst kompliziert und eine nachfolgende Einzelprüfung unerläßlich, bevor die nur einwandfreien Chips durch Aufbringen auf Schaltungsplatten zu Moduln zusammengefaßt werden.

Aus den sogenannten Wafer, aus denen man die einzelnen Chips heraussägt, werden gewöhnlich 100 und mehr Chips hergestellt. Zum Aufteilen in die einzelnen Chips werden die Wafer auf eine Trägerplatte aufgeklebt und dann getrennt, und die Prüfung der einzelnen Chips erfolgt entweder noch während die Chips sich in der Formation des Wafers finden oder erst nach der Vereinzelung.

Nach einem in der USA-Patentschrift 34 37 929 beschriebenen Verfahren werden die Chips in ihrer Wafer-Formation entsprechend dem Prüfergebnis mit einem Stift markiert und sodann manuell sortiert. Zur Anpassung an die Anforderungen einer Massenproduktion von integrierten Schaltungen ist es aber auch bekannt die einzelnen Chips nach ihrer Vereinzelung nach Ablösung von der Wafer-Formation mittels Vibratoren auszurichten und einer Prüfeinrichtung zuzuführen, wie z. B. in der USA-Patentschrift 33 92 830 beschrieben. Aber auch hier ist noch ein anschließendes manuelles Sortieren der Chips notwendig, da die Chips-Teile vom Rand der (runden) Wafer ausgesondert werden müssen. In beiden Fällen ist die notwendige manuelle Sortierung aufwendig, zeitraubend und außerdem nicht fehlerfrei möglich.

Eine Anordnung, bei der ein manuelles Sortieren der Chips nicht mehr nötig ist, bei der jedoch die Ausrichtung der einzelnen Chips verloren geht, ist im IBM-Technical Disclosure Bulletin, Februar 1964, Seiten 53 und 54 beschrieben. Ein nachfolgendes Ausrichten von einfachen Chips, z. B. für Transistoren, und von relativ einfachen Chips für integrierte Schaltungen durch Vibratoren für hohe Stückzahlen ist zwar relativ einfach möglich, jedoch bei Chips für komplexe Funktionen in der eingangs genannten Art wesentlich schwieriger, ia bisweilen unmöglich.

Es ist jedoch auch bereits eine Einrichtung zum Sortieren von Halbleiterkomponenten bekannt, bei der die einzelnen Komponenten entsprechend vorher ermittelten Prüfergebnissen ausgesondert werden und bei der die Ausrichtung der Elemente aufrechterhalten wird. Mit dieser in der GB-PS 11 53 008 beschriebenen Anordnung kann man jedoch in einem Sortiervorgang jeweils nur ein Element abheben und aussortieren, so daß für jedes einzelne Element ein gesonderter Prüf- und Sortiervorgang durchgeführt werden muß. Die Verarbeitung einer größeren Anzahl von Komponenten mit dieser Einrichtung ist daher außerordentlich zeitraubend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit der sämtliche, bestimmten Prüfkriterien entsprechenden Elemente, z. B. Chips, in einem Arbeitsgang gemeinsam aussortiert und in unveränderter Ausrichtung und Zuordnung entnommen werden können. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, daß oberhalb einer die zu sortierenden Elemente aufnehmenden Grundplatte ein senkrecht bewegbar geführtes Oberteil mit einer Vielzahl von Vakuummündungen angeordnet ist, welche mit den einzelnen Elementen auf der Grundplatte ausgerichtet und auf diese aufsetzbar sowie zur Entnahme von ausgewählten Elementen über eine Vakuumsteuerung einzeln ansteuerbar sind. Die erfindungsgemäße Einrichtung bietet somit die Möglichkeit, alle Chips eines Wafers gleichzeitig zu prüfen und nach bestimmten Prüfkriterien auszusortieren, wobei die Ausrichtung der einzelnen Elemente und ihre Zuordnung zueinander genau beibehalten werden.

Vorzugsweise ist dem Prüfgerät ein Rechner zugeordnet, der das Prüfergebnis speichert und in Abhängigkeit vom Prüfergebnis steuernd auf die Vakuumsteuerung für die einzelnen Vakuummündungen wirksam ist. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß dem Oberteil eine Mehrzahl von Behältern zur gruppenweisen Aufnahme der nach unterschiedlichen Kriterien geprüften Elemente zugeordnet ist. Diese Ausführungsform ermöglicht es, in mehreren aufeinan-

derfolgenden Entnahmevorgängen gesondert solche Schaltungselemente zu entnehmen, die besonders hohen und die weniger hohen Anforderungen genügen. So erhält man eine Sortierung nach unterschiedlichen Klassifizierungen, und die entsprechenden Gruppen von Schaltungselementen stehen in den zugeordneten Behältern ausgerichtet zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung.

Die Erfindung wird im folgenden in Ausführungsbeispielen erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schaubildliche Ansicht einer Prüfanordnung für Chips in auseinandergezogener und teilweise geschnittener Darstellung,

F i g. 2 eine schaubildliche Ansicht des Unterteils der Prüfanordnung gemäß F i g. 1 von unten einschließlich der Ausrichtvorrichtung,

F i g. 3 einen Schnitt in der Linie 3-3 der F i g. 1 und 2,

F i g. 4 eine Draufsicht auf eine Position der Matrix in der Prüfanordnung gemäß F i g. 1 mit einem Halbleiter-Chip,

Fig.5 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Schnittdarstellung gemäß F i g. 3,

F i g. 6 eine andere Ausführungsform der Matrix für die Prüfanordnung,

F i g. 7 einen Schnitt entsprechend F i g. 5, jedoch für die Ausführungsform gemäß F i g. 6,

Fig.8 eine schaubildliche Ansicht eines Chip-Behälters zur Aufnahme der geprüften Chips und

F i g. 9 eine schematische Darstellung einer mit einem Rechner zusammenwirkenden Einrichtung zur Prüfung und Sortierung von Chips.

Die in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Prüfanordnung 19 enthält eine Grundplatte 20 mit einer Trägerplatte 22, auf der mittels eines Klebstoffes 25, z. B. Glykol-phthalat eine in einzelne Chips aufgesägte Halbleiterscheibe (Wafer) 24 in einer bestimmten Ausrichtung zu Leitkanten 26 angeordnet ist. Das Oberteil 28 der Prüfanordnung 19 enthält eine Anzahl in einer Matrix 30 verteilter Positionen 32. Mit den Leitkanten 26 wirken vom Oberteil 28 beiderseits der Matrix 30 nach unten ragende Stützen 34 zusammen, durch die die Positionen 32 der Matrix 30 genau zur Halbleiterscheibe 24 ausgerichtet sind, die ihrerseits, wie erwähnt, zu den Leitkanten 26 eine ganz bestimmte Lage hat Demzufolge ist jede der Positionen 32 der Matrix 30 einem Chip 38 zugeordnet, wobei die Chips 38 durch das Aufsägen der Halbleiterscheibe 24 entstanden sind.

Es ist darauf hinzuweisen, daß in Abbildung 1 die Spalte zwischen den einzelnen Chips 38 sowie die Größe der Chips 38 zur Verdeutlichung wesentlich vergrößert dargestellt sind. Tatsächlich wird die Halbleiterscheibe 24 in etwa 100 oder mehr Chips 38 aufgeteilt. Jede einzelne Position 32 der Matrix 30 ist mit einer einzeln anschaltbaren Saugmündung 40 zum Aufnehmen des zugeordneten Chips 38 ausgestattet. Zum Betrieb der dargestellten Anordnung wird eine Halbleiterscheibe (Wafer) über einem Ausschnitt 41 in der Grundplatte 20 der Prüfanordnung 19 auf die Trägerplatte 22 aufgelegt. Dabei gelangen mit Hilfe visueller Ausrichtmittel die Chips 38 der Halbleiterplatte 24 in genaue Ausrichtung zu den Leitkanten 26 der Grundplatte 20. Sodann wird dem Ausschnitt 41, der nun von oben durch die Trägerplatte 22 abgedeckt ist, über eine Vakuumleitung 4'/ Vakuum zugeführt, wodurch die Trägerplatte 22 vorübergehend festgehalten wird. Mittels Stellschrauben 46 wi/d sodann die Trägerplatte 22 mit der entsprechenden Ausrichtung der Chips 38 mittels Klammern 44 an der Grundplatte 20 angeklammert Die gleichzeitige Wirkung des Vakuums auf die Trägerplatte 22 verhindert hierbei eine Bewegung der Trägerplatte 22 relativ zur Grundplatte 20.

Nach der beschriebenen Ausrichtung der Chips 38 der Halbleiterscheibe 24 relativ zur Grundplatte 20 kann diese selbst zur Prüfung der Chips 38 in bezug auf einen elektrischen oder optischen Tester ausgerichtet werden. Eine solche Ausrichtvorrichtung unterhalb der Grundplatte 20 ist in F i g. 2 dargestellt Sie besteht aus einem Oberteil 50 und einem Unterteil 52, wobei das Oberteil 50 eine Richtnut 53 und eine Richtkante 54 aufweist, während das Unterteil 52 einen entsprechenden Richtstab 56 zum Zusammenwirken mit der Richtnut 53 aufweist sowie einen Richtstift 49, der beim Aufeinandersetzen des Oberteils und des Unterteils der Ausrichtvorrichtung 48 mit der Richtkante 54 zusammenwirkt Diese vier Richtteile dienen zur genauen Positionierung der Grundplatte 20 der Prüfanordnung 19 in den *- und y-Richtungen in d ;■ waagrechten Ebene. Zum Verbinden des Oberteils 50 und des Unterteils 52, wenn die vier Richtteile in Wirkstellung sind, dienen Schrauben 58. Der Unterteil 52 ist auf einem (nicht gezeigten) Prüfgerät zur vorzugsweise automatischen, schrittweisen Prüfung der Chips 38 angeordnet.

Nach Durchführung des Prüfvorgangs für die Chips 38 wird das Oberteil 28 der Prüfanordnung 19 so abgesenkt, daß jede der Positionen 32 der Matrix 30 auf das zugeordnete Chip 38 zu liegen kommt Zur Fixierung des Oberteils 28 und der Grundplatte 20 in dieser Lage werden sodann die beiden Feststellschrauben 60 angezogen.

Zur Lösung der Klebeverbindung 25 zwischen den Chips 38 und der Trägerplatte 22 kann nun die gesamte Prüfanordnung 19 in ein entsprechendes Lösungsmittel, z. B. Aceton, eingetaucht werden. Zu diesem Zweck ist das Oberteil 28 der Prüfanordnung 19 auf zwei mittels Stiften 63 und Halterungen 64 zusammengohalte.ien Teilen 61 und 62 zusammengesetzt (Fi g. 1,3). Im Teil 62 des Oberteils 28 befinden sich Kanäle 66, an die Vakuu.nleitungen 65 angeschlossen sind. Die Kanäle 66 im Teil 62 münden in eine Scheibe 67, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen, und die zugeordneten Bohrungen 68 in der Scheibe 67 sind genau in den Saugmündungen 40 an den Positionen 32 der Matrix 30 im Teil 61 ausgerichtet.

Eine Richtstiftverbindung 6a (F i g. 1 und 3) dient zur Ausrichtung der Bohrungen 68 in der Scheibe 67 mit jeder der Saugmündungen 40. Am Teil 62 befindliche Griffe 70 erleichtern die Handhabung beim Aufsetzen von Teil 62 auf Teil 61.

Die Ausbildung der Positionen 32 der Matrix 30 ermöglicht wie in den F i g. 4 und 5 dargestellt, den Zugang der Lösung zu jedem einzelnen Chip 38. Am Umfang der Chips sin i Kontaktflächen 71 sichtbar, und die Saugmündung 40 für jede Position 32 ist mit einem Rand 72 versehen, der über die Matrixfläche 73 hinausragt und jeweils innerhalb der Kontaktflächen 71 liegt. Zur Sicherung der Ausrichtung der Chips 38 in den Positionen 32 iiiuß der Rand 72 der Saugmündungen 40 über die Kontaktflächen 71 hinaus auf die Chip-Oberfläche 74 ragen. Dadurch kann das Chip nicht weggewaschen werden, wenn die Lösung die Klebeverbindung zur Trägerplatte 22 auflöst. Wie in F i g. 5 dargestellt, kann der Rand 72 der Saugmündung 40 in unmittelbare Berührung mit der Chip-Oberfläche 74 des Chips 38 gelangen, während das Klebemittel 25 gelöst wird, jedoch ist dies nicht unbedingt notwendig.

Die in den Fig.6 und 7 dargestellte Alternativ-Aus-

führung der Matrixanordnung 75 ist speziell für solche Chips 76 vorgesehen, die an ihrem Umfang keine herausstehenden Kontaktflächen haben. Bei dieser Ausführungsform hat die Matrixanordnung 75 eine Anzahl Stifte 77 um das Chip 76 herum, die eine Bewegung des Chips in der Matrixanordnung 75 nach Lösen des Klebemittels verhindern.

Bei beiden Ausfiihrimgsformen wird nach der Lösung des Klebemittels zwischen den Chips 38 bzw. 76 und der Trägerplatte 22 die Prüfanordnung aus dem Lösemittel entnommen und der Teil 61 des Oberteils 28 mit dem Teil 62 wieder verbunden. Nun können die als fehlerfrei erkannten Chips entnommen werden, und zwar durch Anschalten der den entsprechenden Positionen 32 der Matrix 30 zugeordneten Vakuumleitungen 65. Alle anderen Chips, nämlich die als fehlerhaft festgestellten Chi^s cniuje Λ'»* Chi^-Teüe 78 Sm Umfsn™ der Halbleiterscheibe (vgl. Fig. 1), bleiben auf der Trägerplatte 22 und können sodann weggespült werden.

Die als fehlerfrei erkannten und mittels der Saugmündungen 40 von den Positionen 32 der Matrix 30 entnommenen Chips 38 werden nun in einen entsprechenden Behälter, wie er z. B. in Fig.8 dargestellt ist, abgelegt, wobei ihre Ausrichtung sowie ihre Anordnung zueinander vollständig aufrechterhalten bleiben. Der Chip-Behälter 79 gemäß Fig.8 weist eine Anzahl Reihen 80 auf, deren Breite den Chips J8 angepaßt ist. Weiterhin ist der Chip-Behälter 79 mit Richtflächen 82 zur Aufnahme der Stützen 34 des Oberteils 28 versehen, die in der gleichen Weise mit den Stützen 34 zusammenwirken wie die Leitkanten 26 an der Grundplatte 20 der Prüfanordnung 19, so daß die einzelnen Reihen der Matrix 30 genau zu den einzelnen Reihen 80 des Chip-Behälters 79 ausgerichtet sind. Das Einsetzen der Chips 38 in die Reihen 80 des Chip-Behälters 79 erfolgt durch Abschalten des Vakuums an den Saugmündungen 40.

Wenn einzelne Chips 38 besonders hohe Prüfanordnungen erfüllen, während andere nur geringeren Anforderungen genügen, können die ersteren in einem ersten Chip-Behälter 79 abgesetzt werden, während die den geringeren Anforderungen genügenden Chips darauffolgend in einen weiteren Chip-Behälter 79 eingelegt werden können.

Die auf diese Weise in den Chip-Behälter 79 eingesetzten Chips 38 liegen so in den Reihen 80, daß ihre Kontaktflächen 71 nach oben ragen. Beim Aufspringen auf eine Schaltungsträgerplatte müssen die Chips jedoch normalerweise mit den Kontaktflächen nach unten ausgerichtet sein. Dies kann auf einfache Weise erreicht werden, indem der Chip-Behälter 79 mit einer die Reihen 80 verschließenden Abdeckung 84 versehen wird, die ein Umdrehen des Chip-Behälters 79 ermöglicht

Zur Entnahme aus dem Chip-Behälter 79 werden die Chips 38 einfach durch auf die einzelnen Reihen 80 wirksames Vakuum zum Ende des Chip-Behälters 79 verschoben und auf eine entsprechende Transportvorrichtung oder in eine weitere Bearbeitungsstation übertragen. Hierbei bleibt die Ausrichtung der Chips sowie ihre Aufeinanderfolge aufrecht erhalten, so daß, wenn sie beispielsweise unmittelbar auf ein Modul aufgebracht werden, eine neuerliche Ausrichtung nicht mehr erforderlich ist.

Bei dem in F i g. 9 dargestellten Prüfsystem steht die Grundplatte 20 unter der Steuerung eines Ar-y-Stelltriebes 86 zur aufeinanderfolgenden schrittweisen Einstellung der einzelnen Chips 38 der Halbleiterscheibe 24 zu PrüfsomJen 88. Für jeden Prüfvorgang werden die Prüfsonden 88 in Berührung mit dem Chip 38 gebracht, vom elektrischen Prüfgerät 90 über eine Leitung 92 entsprechende Prüfimpulse zugeführt und das Ergebnis registriert, indem das Prüfgerät 90 die einzelnen Chips jeweils entweder als fehlerfrei oder als fehlerfrei erkennt. Diese Information gelangt, zusamme*- mit der Position des betreffenden Chips 38, über eine Leitung 95 zu einem Rechner 94. Nachdem alle Chips der Halbleiterscheibe 24 dieser Prüfung unterzoprn worden sind, wird das Oberteil 28 auf die Grundplatte 20 abgesenkt, wobei die einzelnen Positionen 32 der Matrix .10 genau auf die einzelnen Chips zu liegen kommen. Anschließend wird die Klebeverbindung der Chip¹- ~·3 dsr Trägerplatte 22 durch

Lösung

Der Rechner 94 ist über eine Leitung 98 mit der Vakuumsteuerung 96 verbunden und bewirkt die Anschaltung aller derjenigen Vakuumleitungen 65, die den als fehlerfrei erkannten Chips 38 zugeordneten Positionen 32 entsprechet· Diese Chips werden nun von dir Trägerplatte 22 abgehoben und mittels des Oberteils 28 der Prüfanordnung 19 in einen Chip-Behälter 79 eingeset/¹ Der Rechner 94 kann auch eine bntna>'Hie der Chips in mehreren Stufen steuern, wobei zunächst die bei der Prüfung als den höchsten Anforderungen genügenden Chips entnommen werden und in einem weiteren Entnahtievorsang die bei der Prüfung den geringeren Anforderungen entsprechenden Chips. Dementsprechend werden aufeinanderfolgend zwei verschiedene Chip-Behälter 79 beladen.

Gemäß F i g. 9 kann auch ein weiteres Prüfgerät, wie z. B. das optische Prüfgerät 100, über eine Leitung 102 mit dem Rechner 94 verbunden werden. Nach der Prüfung mittels des elektrischen Prüfgerätes 90 wird sodann das optische Prüfgerät 100 bezüglich der Chips 38 auf der Grundplatte 20 ausgerichtet, und der Rechner 94 steuert einen x-j'-Stelltrieb 104, der so mit dem optischen Prüfgerät 100 verbunden ist, daß aufeinanderfolgend und schrittweise nur diejenigen Chips 38 in den Strahlengang des Prüfgerätes 100 gelangen, die zuvor im Verlauf der elektrischen Prüfung als fehlerfrei festgestellt worden sind. Über die Leitung 102 können sodann die im Rechner 94 gespeicherten Ergebnisdaten erforderlichenfalls korrigiert werden.

Das zuvor beschriebene System gemäß F i g. 9 kann dahingehend erweitert werden, daß auch die einzelnen Chip-Behälter 79, welche Sätze von Chips 78 mit unterschiedlichen Prüfergebnisklassen aufnehmen, im Rechner 94 gespeichert werden. Auf diese Weise kann der Rechner 94 auch zur Entnahme von Chips 38 einer bestimmten Klassifizierung aus den einzelnen Chip-Behältern 79 verwendet werden. Bei einer entsprechenden Klassifizierung der Modulträgerplatten zur Ausnahme der Chips aus den einzelnen Chip-Behältern 79 können sowohl die bestückten Moduln eingestuft als auch wie aus unterschiedlichen Chargen entstammenden Chips bestimmt werden. Dadurch sind zwei Möglichkeiten gegeben: Einerseits ist eine einfache Prüfung und Registrierung der Prüfungsergebnisse von Chips aus unterschiedlichen Chargen erreichbar, und andererseits können Moduln mit Chips unterschiedlicher Qualrtäts-Riässifizierung jeweils den Anwendungen mit den entsprechenden Anforderungen zugeordnet werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Sortieren von elektrischen Schaltungselementen, in Abhängigkeit von den in einem vorangegangenen Prüfvorgang ermittelten ·> und zwischengespeicherten Prüfergebnissen und unter Beibehaltung der Ausrichtung, wobei die ausgev/ählten Schaltungselemente aufgrund der gespeicherten Prüfergebnisse mittels Saugluft automatisch aussortiert werden, dadurch gekenn- iu zeichnet, daß oberhalb einer die zu sortierenden Elemente (38) aufnehmenden Grundplatte (20) ein senkrecht bewegbar geführtes Oberteil (28) mit einer Vielzahl von Vakuummündungen (40) angeordnet ist, welche mit den einzelnen Elementen r> (38) auf der Grundplatte (20) ausgerichtet und auf diese aufsetzbar sowie zur Entnahme von ausgewählten Elementen (38) über eine Vakuumsteuerung (96) einzeln ansteuerbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- >n zeichnet, daß dem Prüfgerät (19) ein Rechner (94) zugeordnet ist, der in Abhängigkeit vom Prüfergebnis steuernd auf die Vakuumsteuerung (96) wirksam ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, 2ί dadurch gekennzeichnet, daß dem Oberteil (28) eine Mehrzahl von Behältern (79) zur gruppenweisen Aufnahme der nach unterschiedlichen Kriterien geprüften Elemente (38) zugeordnet ist.