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Aufstellung der Bezugszeichen zur Patentanmeldung
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Prüfspitze zur Zwischenmessung von Halbleiterchips und deren Herstellungsverfahren
1 Prüfspitze 2 erste senkrechte Fläche 3 zweite senkrechte Fläche 4 Spitzenkeil
5 Kontaktspitze 6 federnde Länge 7 obere Kante des Spitzenkeils 8 untere Kante des
Spitzenkeils 9 erste Kante der Kontaktspitze 10 zweite Kante der Kontaktspitze 11
ballige Kontaktfläche
Prufspitze zur Zwischenmessung von Halbleiterchips
und deren Herstellungsverfahren Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft
eine Prüfspitze und deren Herstellungsverfahren, insbesondere zur Herstellung eines
elektrischen Kontakts zwischen dem Meßgerät und dem zu prüfenden Bauelement bei
der Messung der elektrischen Eigenschaften von Halbleiterchips im Scheibenverband.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es sind verschiedene
Ausführungsformen der Prüfspitzen bekannt. Die im DD-WP 132718 beschriebenen Prüfspitzen
sind als dünne Drähte, deren freies Ende sich kegelförmig zur nach unten abgekröpften
Kontaktspitze verjüngt, nahezu waagerecht über der Halbleiterscheibe angeordnet.
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Nachteilig ist hierbei, daß der minimale Kegelwinkel dieser Ausführungsform
von Prüfspitzen durch die gegebene Festigkeit des verwendeten Materials begrenzt
ist, da bekanntlich ein waagerecht angeordneter, einseitig eingespannter und an
seinem freien Ende senkrecht belasteter zylindrischer Träger, der sich zum Lastangriffspunkt
verjüngt, im längsschnitt die Form einer kubischen Parabel verlangt, will man gleiche
Festigkeit über die gesamte Länge erreichen. Ist diese Form durch den Spitzenkegel
der oben angeführten Prüfspitze an irgendeiner
Stelle unterschritten,
so reicht die Festigkeit bei extrem schlanken Prüfspitzen an dieser Stelle nicht
mehr aus, dem erforderlichen Kontaktdruck standzuhalten und die Prüfspitze wird
verbogen oder bricht ab. Ein weiterer Nachteil der bekannten Prüfspitzen besteht
darin, daß sie im Bereich des Spitzenkegels beim Aufbringen der Kontaktkraft die
stärkste Biegung aufweisen. Dadurch wird die abgekröpfte Kontaktspitze weit nach
vorn ausgelenkt und es kommt verstärkt zum Schieben der Kontaktspitze auf der Bondinsel,
was zur Beschädigung oder Zerstörung der Bondinsel führen kann. Da die Federeigenschaften
dieser Prüfspitzen zum Aufbringen der Kontaktkraft ausgenutzt werden und die Durchmesseränderungen
des Spitzenkegels in der vierten Potenz in die daraus resultierenden Kontaktkraftänderungen
eingehen, besteht ein weiterer Nachteil darin, daß die Spitzenkegel untereinander
nur sehr geringe Durchmessertoleranzen haben dürfen.
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Mit den in den Schriften US-PS 3.611.128, US-PS 4.045.737, US-PS 3.781.681,
US-PS 3.851.249 und US-PS 3.560.907 beschriebenen Ausführungsformen von Prüfspitzen
wurde versucht, die oben angeführten Nachteile zu umgehen. Dabei sind aus dünnen
Blechen gefertigte Prüfspitzen hochkant über dem Halbleiterchip angeordnet und deren
herausgearbeitete Spitze in Kontakt mit der Meßstelle gebracht. Ein Nachteil dieser
Ausführungsform besteht darin, daß die hochkant angeordneten dünnen Bleche nicht
federn und deshalb zusätzlich Elemente an der Prüfspitze oder am Träger erforderlich
sind, um die notwendigen Federeigenschaften zu erreichen0 Außerdem besteht bei diesen
Prüfspitzen die Gefahr, daß der hochkant stehende Blechstreifen durch den Kontaktdruck
seitlich ausweicht.
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Aus dem DD-WP 117750 ist eine weitere Ausführungsform von irüfspitzen
bekannt, für deren Herstellung dünne Drähte ausgewählt werden, deren Durchmesser
annähernd dem der Kontaktspitze entspricht, welche nur in Sonderfällen noch mit
einer Rundung oder einem stumpfen Kegel versehen ist.
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Nachteilig ist hierbei, daß die Prüfspitzen sehr steil über dem Chip
angeordnet werden müssen, da sich in waagerechter lage der notwendige Kontaktdruck
nicht aufbringen läßt. Dadurch ist das Betrachten der Sondenkonfiguration erschwert.
Aufgrund der steilen Anordnung der Priifspitzen ist es notwendig, besondere Federelemente
vorzusehen, da die Federeigenschaften dieser dünnen Drähte nicht direkt ausgenutzt
werden können. Dies ist durch im oberen Bereich der Drähte angebogene Federelemente
realisiert. Weiterhin ist zur Verhinderung des seitlichen Ausknickens der Prüfspitze
zusätzlich eine Führung erforderlich, die aus einem entsprechend der Bondinselanordnung
mit Längsbohrungen versehenen Glaskörper besteht.
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Eine ähnliche Ausführungsform von Prüfspitzen wie im DD-WP 117 750
ist aus den "Bestellunterlagen für Sonden" der Firma Rucker α Kolls bekannt.
Hierbei werden jedoch zusätzliche Blattfedern als Federelemente für die Prüfspitzen
verwendet und die Führung ist durch ein Metallröhrchen gevährleistet.
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Als Material wird für die Prüfspitzen vorzugsweise Wolfram wegen seiner
hohen Verschleißfestigkeit, oder zum Messen kleiner Spannungen bei großen Strömen
platin, Palladium, Gold, Silber, Rhodium oder Berylliumbronze wegen des erforderlichen
geringen Ubergangswiderstandes an der Kontaktstelle verwendet. Aus ökonomischen
Gründen ist man bestrebt, die von den Kontakteigenschaften und dem Verschleiß den
anderen Materialien nicht nachstehende Berylliumbronze bevorzugt einzusetzen. Berylliumbronze
bringt aber große Schwierigkeiten bei der Bearbeitung auf Grund seiner hohen Giftigkeit
mit sich. Der durch abtragende Verfahren hergestellte Spitzenkegel der im DD-WP
132 718 beschriebenen Prüfspitzen erfordert bei der spanenden Bearbeitung der äußerst
giftigen Berylliumlegierungen einen sehr großen Hertigungsaufwand.
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Ein weiterer Nachteil der Herstellung von Prüfspitzen durch spanende
Verfahren ist die Zerstörung der äußeren,
durch das Ziehen der Drähte
verfestigten Randschicht und der Faserstruktur des Materials, wodurch die Festigkeit
der Prüfspitze gerade im kritischen Bereich des Spitzenkegels beeinträchtigt wird.
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Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist eine Prüfspitze und deren
Herstellungsverfahren, insbesondere zum Messen von Halbleiterbauelementen im Scheibenverband,
vorzugsweise aus Berylliumbronze oder anderen kaltverformbaren Materialien, die
es gestattet, eine Vielzahl gleicher Prüfspitzen auf engstem Raum anordnen zu können,
wobei das bisher angewendete, weit verbreitete und vorteilhafte Prinzip der nahezu
waagerecht über dem Halbleiterchip angeordneten Drähte mit abgekröpfter Kontaktspitze
unter Ausnutzung der Federeigenschaften des Drahtes weiter beibehalten wird, die
Prüfspitze gleichzeitig eine hohe mechanische Festigkeit gegen Verschleiß und Verbiegen
und eine gute Lagesicherheit aufweist und das Schieben der Kontaktspitze auf der
Bondinsel stark vermindert ist.
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Die Herstellung der erfindungsgemäßen Prüfspitze erfolgt dabei mit
vertretbarem Fertigungsaufwand und erzielt eine Verfestigung der Prüfspitze in deren
vorderen Bereich.
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Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, eine extrem schlanke lrüfspitze mit hoher Festigkeit und großem Widerstandsmoment
gegen Biegung in deren vorderen Bereich herzustellen. Durch das Herstellungsverfahren
soll die durch das Ziehen des Drahtes entstandene verfestigte Randzone erhalten
bleiben und eine zusätzliche Verfestigung im vorderen Bereich der Prüfspitze erzielt
werden.
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Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Prüfspitzen werden
aus
kaltformbaren Materialien, vorzugsweise aus Berylliumbronze, bestehende und mit
verhältnismäßig engen Toleranzen gezogene Drähte verwendet.
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Die Prüfspitzen sind gegenüber dem Halbleiterchip nahezu waagerecht
angeordnet, wobei der Kontakt mit der Bondinsel durch eine nach unten gerichtete,
aus dem durch zwei seitliche senkrechte Flächen gebildeten Spitzenkeil herausgearbeitete
Kontaktspitze hergestellt ist, Die Ober- und Unterkante des Spitzenkeils verlaufen
bis zum Bereich der Kontaktspitze, deren Kanten in einem bestimmten Winkel nach
unten gerichtet sind und in Form der balligen Kontaktspitze enden, nahezu parallel.
Diese Form des Spitzenkeils und der Kontaktspitze gewährleistet gleiche Festigkeit
über die gesamte Prüfspitzenlänge. Dadurch wird eine geringere Verformung gegenüber
den bekannten Prüfspitzen mit zylindrischem Spitzenkegel im vorderen Bereich gewährleistet,
was ein vermindertes Schieben der Prüfspitzen auf der Bondinsel zur Folge hat.
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Durch die aus der Prüfspitzenform und dem Herstellungsverfahren resultierende
höhere Festigkeit des Spitzenkeils ist die Herstellung von sehr schlanken Prüfspitzen
möglich, die unter Beibehalten des vorteilhaften Prinzips der nahezu waagerechten
Anordnung und damit der Ausnutzung der Federeigenschaften des Drahtes gestattet,
eine Vielzahl von Prüfspitzen auf engstem Raum anzuordnen. Aufgrund seines großen
Widerstandsmomentes hat der Spitzenkeil nur geringen Einfluß auf die Biegung, das
heißt der Hauptanteil der Biegung kommt aus dem mit verhältnismäßig engen Toleranzen
gezogenen Draht des hinteren unverformten Teils der Prüfspitze. Daraus ergibt sich
eine geringere Exemplarstreuung der Federeigenschaften als bei den bekannten Ausführungsformen
von Prüfspitzon. Die nahezu waagerechte Anordnung und die Verwendung von Drähten
anstelle der oben beschriebenen senkrecht stehenden Bleche gewährleistet eine gute
Lage- und Kontaktsicherheit der erfindungsgemäßen Prüfspitze, ohne daß spezielle
Federelemente oder Führungselemente
gegen seitliches Ausweichen
oder Abknicken erforderlich sind.
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Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren unterstützt noch die positive
Wirkung der Prüfspitzenform auf die Feztigkeit im Beroich des Spitzenkeils, da durch
die Kaltverformung das Material in diesem Bereich verdichtet und verfestigt wird.
Das bewirkt eire höhere Verschleißfestigkeit unmittelbar an der Kontaktspitze.
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Die Herstellung der erfindungsgemäßen irüfspitze erfolgt im wesentlichen
in drei Verfahrensschritten. Ausgehend von einem in verhältnismäßig engen Toleranzen
gezogenen Draht wird an desEen einem Ende durch Kaltverformung der Spitzenkeil geprägt,
wobei dies in Gesenk durchgeführt wird. An der Stelle der gewünschten Kontaktapitzenbreito
wird dann die nach unten gerichtete Kontaktspitze mit einem Schnittwerkzeug herausgearbeitet.
Anschließerd werden durch elektrolytische Bearbeitung die Kanten gerundet, wobei
besonders auf das Erreichen einer balligen Form der Kontaktspitze geachtet wird.
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Da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die spanend abtragende Bearbeitung
mit staubförmigem Span entfällt, das heißt, die oben genannten Schwierigkeiten bei
der spanenden Bearbeitung von Berylliumbronze vermieden werden, ist es möglich,
die erfindungsgemäße Prüfspitze mit einen vertretbaren Fertigungsaufwand herzustellen.
Durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren wird außerdem gewährleistet, daß
die durch das Ziehen des Drahtes verfestigte Randzone erhalten bleibt. Der geringere
Fertigungsaufwand ergibt sich auch aus der Tatsache, daß für die Prägung des Spitzenkeils
keine engen Toleranzen der Längen- und Breitenausdehnung erforderlich sind, da beim
Herausarbeiten der Kontaktspitze die Stelle der geforderten Breite unabhängig von
der Form des geprägten Spitzenkeils gewählt wird.
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Äusführungsb ei spiel Die Erfindung wird nachstchend an einem Ausführungsbeispiel
näber erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig. 1 die Prüfspitze in Seitenansicht
Fig. 2 die Prüfspitze in Draufsicht Fig. 3 Biegelinie a) bei erfindungsgemäßer Erüfspitze
mit Spitzenkeil im Vergleich zur Biegelinie b) bei bekannter Prüfspitze mit Spitzenkegel
Die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte, nahezu waagerecht über dem Halbleiterchip
angeordnete Prüfspitze 1 besteht aus einem von zwei seitlichen, senkrechten Flächen
2; 3 gebildeten, sich nach vorn verjüngenden Spitzenkeil 4 mit einer herausgearbeiteten
Kontaktspitze 5 und der federnden Länge 6. Dabei verlaufen die obere und untere
Kante 7; 8 des Spitzenkeils 4 bis zum Bereich der Kontaktspitze 5 nahezu parallel.
An der Kontaktspitze 5 sind die erste und zweite Kante 9; 10 in einem bestimmten
Winkel nach unten gerichtet und begrenzen zusammen mit den Flächen 2; 3 eine ballige
Kontaktfläche 11. Durch diese Form des Spitzenkeils 4 mit der Kontaktspitze 5 ist
annähernd gleiche Fistigkeit über die gesamte Länge des Spitzenkeils 4 erreicht.
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Das daraus resultierende große Widerstandsmoment des Spitzenkeils
4 gegen Biegung bewirkt, daß die für ein federndes Aufsetzen der Früfepitze 1 auf
die Bondinsel erforderliche Biegung bei Aufbringen der Kontaktkraft fast vollständig
auf den hinteren unverformten Teil der Prüfspitze 1, die federnde Länge 6, beschränkt
ist und somit eine starke Aus lenkung der Kontaktspitze 5 und folglich deren Schieben
auf der Bondinsel vermieden wird.
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Die Bondinseln haben vorzugsweise eine quadratische Gestalt mit einer
Kantenlänge von = 0,1 min. Bei der erfindungsgemäßen Prüfspitze weist die nach unten
gerichtete Kontaktspitze
5 eine Dicke von ca. 0,02 mm auf. Die
Kanten des Spitzenkeils 4, insbesondere die Kontaktspitze 5, sind abgerundet, so
daß die vorzugsweise aus Aluminium bestehende Bondinsel mit einer Schichtdicke von
vorzugsweise 0,001 mm beim Aufbringen der Kontaktkraft nicht zerstört wird.
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Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Prüfspitze 1 wird als erstes
ausgehend von einem mit verhältnismäßig engen Toleranzen gezogenen Draht der Spitzenkeil
4 durch Kaltverformung im Gesenk geprägt und anschließend an der Stelle der gewünschten
Kontaktspitzenbreite die Kontaktspitze 5 durch Formschnitt herausgearbeitet. Die
Kaltverformung bewirkt dabei eine Verfestigung und Verdichtung des Materials im
Bereich des Spitzenkeils 4, woraus ein großes Widerstandsmoment gegen Biegung resultiert.
Um eine ballige Form der Kontaktspitze 5 zu erreichen, werden die beim Formschnitt
entstandenen Kanten des Spitzenkeils 4 elektrolytisch gerundet.