DE4031793A1 - Verfahren und vorrichtung zum voraltern von halbleiterbaugruppen (bestueckten leiterplatten), insbesondere speicherprogrammierbaren steuerungskomponenten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Voraltern von Halb­ leiterbaugruppen (bestückten Leiterplatten), insbesondere speicherprogrammierbaren Steuerungskomponenten, bei denen jede Halbleiterbaugruppe unter elektrischer Prüfbelastung auf einer unter der Raumtemperatur liegenden und danach auf einer über der Raumtemperatur liegenden Temperatur gebracht wird.

Dieses Verfahren zum Voraltern von Halbleiterbaugruppen ist auf der Bauelementebene aus den amerikanischen Militär- Standards MIL-STD-883 B Methode 1010.2 bekannt. Dieser Test bezieht sich jedoch auf Bauelemente und nicht auf Baugruppen (bestückte Leiterplatten). Dabei werden thermische Zyklen in einem Temperaturschrank, der aus zwei Kammern besteht, durchgeführt. So werden zum Beispiel IC′s auf eine Metall­ platte mit den Anschlüssen auf der Platte gelegt und während mindestens 10 Zyklen zwischen -55°C bis +125°C und einer Zwischenstation bei +25°C beansprucht. Dieser Prozeß ver­ ursacht mechanische Beanspruchungen, da die elektronischen Einrichtungen wechselweise sehr hohen, aber auch sehr tiefen Temperaturen unterworfen werden. Die dabei entstehenden mechanischen Spannungen sind dabei auf die ungleichen Aus­ dehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien zurückzu­ führen. Dabei werden u. a. Gehäusefehler, Markierungsfehler, Halbleiterfehler, Oberflächenfehler und Lötfehler und Risse in den Chips erkannt.

Auf der Baugruppenebene werden heut­ zutage die fertigungsbegleitenden Temperaturtests in konven­ tionellen, großvolumigen Kammern durchgeführt. Nachteilig ist dabei ein unkontrollierter Temperaturgradient, geringe Umtemperiergeschwindigkeit und keine direkte Einbindung in die Produktionslinie.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Voraltern von Halbleiterbaugruppen (bestückten Leiterplatten), insbesondere speicherprogrammierbaren Steuerungskomponenten der eingangs erläuterten Art zu schaffen, welches in eine Produktionslinie integriert werden kann, und welches die Frühausfälle in kürzerer Zeit, als es bisher der Fall in den konventionellen Kammern ist, erkennt, und welches bei den Halbleiterbaugruppen eigenständige Ergebnisse durch den Ent­ wurf und die Optimierung eines geeigneten Temperaturzyklus für bestimmte Modularten liefert.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Halbleiterbaugruppe nach ihrem Abkühlen auf eine unter der Raumtemperatur liegenden Temperatur zunächst im wesentlichen kurzzeitig auf dieser Temperatur gehalten und danach auf die über der Raumtemperatur liegenden Temperatur erwärmt und im wesentlichen kurzzeitig auf dieser Temperatur gehalten und dann wieder auf Raumtemperatur abgekühlt wird, und die Tem­ peraturänderungen einem Temperaturgradienten von etwa 10°C pro Minute vorgenommen werden.

Mit diesem Verfahren wird ein bestimmter Temperaturzyklus durchlaufen, wodurch in einfacher und zuverlässiger Weise eine Voralterung erzielt wird, und bei dem Frühausfälle schneller erkannt und aussortiert werden können. Da die Halbleiterbaugruppen lediglich einmal den Temperaturzyklus durchlaufen, wird für die Voralterung nur wenig Zeit bean­ sprucht, so daß die Testdurchlaufzeiten von Stunden auf Minuten reduziert werden können. Das Abkühlen und das Er­ wärmen erfolgt jedoch mit einem Temperaturgradienten von etwa 10°C pro Minute. Dieser Temperaturgradient von etwa 10°C pro Minute beansprucht jedoch die Halbleiterbau­ gruppen thermisch derart, daß Frühausfälle sowie ander­ weitige, thermisch bedingte Ausfälle selbst bei nur einem Temperaturzyklus sofort auftreten und erkennbar werden. Es läßt sich die dynamische Temperaturprüfung der Halbleiter­ baugruppen vollständig automatisieren und in die Material­ flußlinie integrieren.

Die Halbleiterbaugruppen können zunächst auf eine Temperatur von etwa 0°C abgekühlt und im wesentlichen kurzzeitig auf dieser Temperatur gehalten und danach auf eine Temperatur von etwa 60°C erwärmt und im wesentlichen kurzzeitig auf dieser Temperatur und dann wieder auf Raumtemperatur abge­ kühlt werden, wobei die Temperaturänderungen mit einem Temperaturgradienten von etwa 10°C pro Minute vorgenommen werden. Der Temperaturbereich von 0°C bis 60°C kann dabei in einfacher Weise ohne großen Energieaufwand erreicht werden. Durch den Temperaturzyklus wird trotzdem gewährleistet, daß eine zuverlässige Voralterung erzielt wird, bei der die Frühausfälle auftreten und erkennbar werden.

Die Halbleiterbaugruppen können von einer Raumtemperatur von etwa 20°C zunächst innerhalb von etwa 2 Minuten auf eine Temperatur von etwa 0°C abgekühlt und für die Dauer von etwa 8 Minuten auf dieser Temperatur gehalten und danach innerhalb von etwa 6 Minuten auf eine Temperatur von etwa 60°C erwärmt und für die Dauer von etwa 6 Minuten auf dieser Temperatur gehalten und dann wieder innerhalb von etwa 4 Minuten auf Raumtemperatur von etwa 20°C abgekühlt werden. Der gesamte Temperaturzyklus läuft somit innerhalb von etwa 26 Minuten ab. Dieser etwa 26 Minuten dauernde Temperatur­ zyklus reicht aus, um eine zuverlässige Voralterung zu er­ zielen, bei der im wesentlichen alle Frühausfälle auftreten und erkennbar werden.

Die Halbleiterbaugruppen können zum Voraltern in einem auf die Ausbildung des Prüflings zugeschnittenen Aufnahmechassis eingesetzt und mit diesem in eine erste wärmeisolierte Kammer zum Abkühlen auf eine Temperatur von etwa 0°C und dann in eine zweite wärmeisolierte Kammer zum Erwärmen auf eine Temperatur von etwa 60°C und dann nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur aus der zweiten Kammer heraustransportiert werden. Zum erfindungsgemäßen Voraltern werden somit in ein­ facher Weise die Halbleiterbaugruppen in einem auf die Aus­ bildung des Prüflings zugeschnittenen Aufnahmechassis einge­ setzt. Zusammen mit dem Aufnahmechassis werden dann die Halb­ leiterbaugruppen in eine erste wärmeisolierte Kammer zum Abkühlen und dann in eine zweite wärmeisolierte Kammer zum Erwärmen transportiert. Nach dem Abkühlen in der zweiten Kammer auf Raumtemperatur werden dann die Halbleiterbau­ gruppen mit dem Aufnahmechassis aus der zweiten wärmeiso­ lierten Kammer heraustransportiert. In einfacher Weise können somit Halbleiterbaugruppen unterschiedlicher Bauart mit jeweils einem entsprechenden Aufnahmechassis maschinell durch Kammern transportiert werden, in denen der Temperatur­ zyklus durchgeführt wird.

Die in den Aufnahmechassis eingesetzten Halbleiterbaugruppen können nach dem Einbringen in die erste und in die zweite Kammer während der Standzeiten mit ausfahrbaren, vorzugs­ weise absenkbaren, Federkontaktstiften zum Einleiten der elektrischen Prüfbelastung kontaktiert werden. Dadurch kann in einfacher Weise während der Voralterung durch den Tempe­ raturzyklus die erforderliche elektrische Prüfbelastung auf die Halbleiterbaugruppen aufgebracht und somit die Halb­ leiterbaugruppen elektrisch geprüft werden, um die auf­ tretenden Ausfälle zu erkennen.

Die Temperaturführung in den beiden Kammern kann mit Hilfe von einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) vorge­ nommen werden. Mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung und programmierbaren Reglern können in einfacher und zuver­ lässiger Weise die Temperaturen und die Temperaturgradienten geregelt und die vorbestimmten Werte eingehalten werden. An der Halbleiterbaugruppe oder dessen Aufnahmechassis können dabei Temperaturmeßfühler vorgesehen sein, die die jeweilige Temperatur ermitteln und an die speicherprogrammierbare Steuerung weitergeben und zusammen mit der speicherprogram­ mierbaren Steuerung den gewünschten Temperaturgradienten zu­ verlässig einhalten.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann eine erste wärmeisolierte Kammer mit einer Kälteeinrichtung und einer Heizeinrichtung aufweisen, in der die Halbleiterbau­ gruppe von der Raumtemperatur von etwa 20°C auf eine unter der Raumtemperatur liegende Temperatur abkühlbar und auf dieser Temperatur haltbar ist, und eine zweite wärmeisolierte Kammer mit einer Kälteeinrichtung und einer Heizeinrichtung aufweisen, die zur Aufnahme der in der ersten Kammer auf eine unter der Raumtemperatur liegende Temperatur abgekühlte Halbleiterbaugruppe auf die gleiche Temperatur abkühlbar ist, und in der die Halbleiterbaugruppe von der unter der Raum­ temperatur liegenden Temperatur auf eine über der Raumtem­ peratur liegenden Temperatur erwärmbar und auf dieser Tempe­ ratur haltbar und wieder auf Raumtemperatur abkühlbar ist, wobei die Temperaturänderungen in beiden Kammern mit einem Temperaturgradienten von etwa 10°C pro Minute vornehmbar sind. In diesen beiden Kammern kann somit der zur Voralterung dienende Temperaturzyklus in einfacher Weise durchgeführt werden, wobei in der ersten Kammer zunächst das Abkühlen auf ein unter der Raumtemperatur liegende Temperatur vorge­ nommen wird, während in der zweiten Kammer das Erwärmen auf eine über der Raumtemperatur liegende Temperatur vorge­ nommen wird.

In der ersten, eine Kälteeinrichtung und eine Heizeinrich­ tung aufweisenden, wärmeisolierten Kammer kann die Halb­ leiterbaugruppe von einer Raumtemperatur von etwa 20°C innerhalb von 2 Minuten auf eine Temperatur von etwa 0°C abkühlbar und für die Dauer von etwa 8 Minuten auf dieser Temperatur gehalten werden, und in der zweiten, eine Kälte­ einrichtung und eine Heizeinrichtung aufweisenden, wärme­ isolierten Kammer, die zunächst auf eine Temperatur von 0°C abkühlbar ist, die Halbleiterbaugruppe innerhalb von etwa 6 Minuten auf eine Temperatur von etwa 60°C erwärmt und für die Dauer von etwa 6 Minuten auf dieser Temperatur gehalten, und dann innerhalb von etwa 4 Minuten auf die Raumtemperatur von etwa 20°C abgekühlt werden.

Mit diesen beiden Kammern wird somit in einfacher Weise ein Temperaturzyklus eingehalten, wobei die beiden Kammern je­ weils eine solche Temperatur aufweisen, die auch die ein­ zuführenden Halbleiterbaugruppen aufweisen. Durch den konti­ nuierlichen Temperaturzyklus wird in einfacher Weise eine schockartige Temperaturänderung in den Halbleiterbaugruppen vermieden.

Die erste Kammer kann eine mit einem Schieber verschließ­ bare Einlaßöffnung und die zweite Kammer eine mit einem Schieber verschließbare Auslaßöffnung aufweisen und zwischen den beiden Kammern eine mit einem Schieber verschließbare Durchlaßöffnung vorgesehen sein. Dadurch kann in einfacher Weise die Halbleiterbaugruppe durch die verschließbare Ein­ laßöffnung in die erste Kammer eingeführt werden. Durch die mit einem Schieber verschließbare Durchlaßöffnung zwischen den beiden Kammern kann die Halbleiterbaugruppe aus der ersten Kammer in die zweite Kammer überführt werden. Durch die mit einem Schieber verschließbare Auslaßöffnung kann dann auch noch die Halbleiterbaugruppe aus der zweiten Kammer herausgenommen werden. Ein Hindurchführen der Halb­ leiterbaugruppe durch die beiden Kammern ist somit in ein­ facher und zuverlässiger Weise möglich.

Die Halbleiterbaugruppe kann in einen der Ausbildung des Prüflings angepaßten Aufnahmechassis einsetzbar sein und mit diesem mittels einer Transporteinrichtung durch die Einlaßöffnung in die erste Kammer und durch die Durchlaß­ öffnung in die zweite Kammer und durch die Auslaßöffnung aus der zweiten Kammer heraustransportierbar sein. Das Aufnahmechassis mit der Halbleiterbaugruppe kann somit in einfacher Weise mit der Transporteinrichtung durch die beiden Kammern geführt werden.

Die Halbleiterbaugruppe kann mit seinem Aufnahmechassis mittels der Transporteinrichtung in der ersten und in der zweiten Kammer jeweils bis gegen einen zwischen einer wirk­ samen und einer unwirksamen Stellung verstellbaren Anschlag transportierbar sein. Mit der Transporteinrichtung wird somit in einfacher Weise die Halbleiterbaugruppe mit dem zugehörigen Aufnahmechassis in die erste und in die zweite Kammer transportiert, wobei in der ersten und in der zweiten Kammer jeweils ein Anschlag vorgesehen ist, der zwischen einer wirksamen und einer unwirksamen Stellung verstellbar ist. Durch das Anschlagen der Halbleiterbaugruppe mit seinem Aufnahmechassis gegen den in seiner wirksamen Stellung be­ findlichen Anschlag wird eine genau positionierte Stellung in den beiden Kammern erzielt. Für den weiteren Transport der Halbleiterbaugruppe mit seinem Aufnahmechassis kann der Anschlag in seine unwirksame Stellung überführt werden.

Die Halbleiterbaugruppe kann mit seinem Aufnahmechassis in beiden Kammern nach dem Anstoßen gegen die Anschläge mit ausfahrbaren, vorzugsweise absenkbaren Federkontaktstiften zum Einleiten der elektrischen Prüfbelastung kontaktierbar sein. Nachdem die Halbleiterbaugruppe mit seinem Aufnahme­ chassis die genau vorbestimmte Stellung in der ersten Kammer bzw. in der zweiten Kammer erreicht hat, kann mit den aus­ fahrbaren, vorzugsweise absenkbaren Federkontaktstiften in einfacher und zuverlässiger Weise die Halbleiterbau­ gruppe mit der elektrischen Prüfbelastung kontaktiert werden. Mittels der elektrischen Prüfbelastung ist dann während des gesamten Temperaturzyklus ein unmittelbares Erkennen von Fehlern möglich.

Die Aktivierung der Transporteinrichtung, der Schieber, der Anschläge und der Federkontaktstifte und die Regelung der Temperaturen und der Temperaturgradienten in den beiden Kammern kann mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) erfolgen. Durch entsprechende Programmierung der speicherprogrammierbaren Steuerung kann somit die Voralte­ rung mit der entsprechenden Prüfung automatisch ablaufen.

In beiden Kammern kann eine vertikale Luftführung vorzugs­ weise mittels eines Querstromgebläses erfolgen. Dadurch werden in zuverlässiger Weise Temperaturunterschiede inner­ halb einer jeden der beiden Kammern vermieden beim Erwärmen mit der Heizeinrichtung und beim Abkühlen mit der Kälteein­ richtung.

Jeder der beiden Kammern kann je ein Temperaturregelkreis zugeordnet sein, wobei die Temperaturregelung über program­ mierbare Regler erfolgt. Dadurch kann in einfacher und zu­ verlässiger Weise jeder der beiden Kammern die gewünschten Temperaturen mit dem vorbestimmten Temperaturgradienten er­ zielt werden.

Für die Prozeßüberwachung kann ein die Funktionsabläufe graphisch darstellendes Visualisierungssystem vorgesehen sein. Der Ablauf der Prüfung kann somit in besonders ein­ facher Weise visuell überwacht werden.

Auf der Zeichnung ist die zur Durchführung des Verfahrens zum Voraltern von Halbleiterbaugruppen (bestückten Leiter­ platten), insbesondere speicherprogrammierbaren Steuerungs­ komponenten, erforderliche Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigen

Fig. 1 in schaubildlicher Darstellung zwei schematisch dargestellte Kammern für das Voraltern von be­ stückten Leiterplatten,

Fig. 2 ein in jeder der beiden Kammern angeordneten Querstromgebläse in schaubildlicher Darstellung, teilweise weggebrochen, und

Fig. 3 ein Schaltbild einer speicherprogrammierbaren Steuerung für die erfindungsgemäße Vorrichtung.

Das erfindungsgemaße Voraltern von Halbleiterbaugruppen (bestückten Leiterplatten), insbesondere speicherprogram­ mierbaren Steuerungskomponenten, die nicht näher darge­ stellt sind, wird in zwei Kammern 10, 11 durchgeführt. Beide Kammern 10, 11 sind dabei wärmeisoliert und weisen je eine Kälteeinrichtung 12, 13 und je eine Heizeinrichtung 14, 15 auf. Die erste Kammer 10 weist eine mit einem wärme­ isolierten Schieber 16 verschließbare Einlaßöffnung 17 und die zweite Kammer 11 eine mit einem wärmeisolierten Schieber 18 verschließbare Auslaßöffnung 19 auf, und zwischen den beiden Kammern 10, 11 ist eine mit einem wärmeisolierten Schieber 20 verschließbare Durchlaßöffnung 21 vorgesehen. Einlaßöffnung 17, Durchlaßöffnung 21 und Auslaßöffnung 19 sind dabei auf einer geraden Linie angeordnet, so daß die nach dem Verfahren zu bearbeitenden Prüflinge mittels einer von einem Förderband 22 gebildeten Transporteinrichtung 23 maschinell durch die beiden Kammern 10, 11 gefahren werden können.

Zum Einführen eines Prüflings in die erste Kammer 10 wird der Schieber 16 senkrecht nach oben geführt mit einer pneu­ matischen Zylinder-Kolben-Einheit 24. Dabei sind Endschalter 32, 33 vorgesehen, die betätigt werden, nachdem der Kolben der Zylinder-Kolben-Einheit 24 seine Endstellungen ein­ nimmt, und wodurch die weiteren Arbeitsschritte eingeleitet werden. Nach dem Überführen des Schiebers 16 in seine Offen­ stellung wird die Transporteinrichtung 23 eingeschaltet und der Prüfling mit einem Aufnahmechassis mit dem Förderband 22 in die erste Kammer 10 hineingebracht, bis das Aufnahme­ chassis gegen einen Anschlag 25 anschlägt. Durch das An­ schlagen des Aufnahmechassis gegen den Anschlag 25 wird die Transporteinrichtung abgeschaltet und der Schieber 16 in seine Schließstellung überführt.

Der Anschlag 25 besteht aus einer Zylinder-Kolben-Einheit 26, so daß der Anschlag 25 von einer unwirksamen Stellung in eine wirksame Stellung und aus der wirksamen Stellung in eine unwirksame Stellung überführt werden kann. Nach dem Abschalten der Transporteinrichtung 23 kann der Anschlag 25 mit der Zylinder-Kolben-Einheit 26 in seine unwirksame Stellung überführt werden. An der Oberseite 27 der Kammer 10 ist eine Kontakteinrichtung 28 vorgesehen, die mit einer Zylinder-Kolben-Einheit 29 von einer unwirksamen Stellung in eine wirksame Stellung abgesenkt und aus der wirksamen Stellung in eine unwirksame Stellung angehoben werden kann. Die Kontakteinrichtung 28 weist dabei nicht näher darge­ stellte Federkontaktstifte auf, die zum Einleiten einer elektrischen Prüfbelastung auf den Prüfling dienen.

An der Zylinder-Kolben-Einheit 29 sind wiederum Endschalter 34, 35 vorgesehen, die jeweils beim Erreichen der Endstel­ lungen den Kolben der Zylinder-Kolben-Einheit 29 die weiteren Arbeitsschritte einleiten.

Nachdem die noch zu beschreibenden Verfahrensschitte in der ersten Kammer 10 durchgeführt worden sind, wird der Schieber 20 mit einer Zylinder-Kolben-Einheit 30 angehoben, so daß der Prüfling mit dem Aufnahmechassis mittels des Förder­ bandes 22 aus der ersten Kammer 10 in die zweite Kammer 11 überführt werden kann. Das Aufnahmechassis mit dem Prüf­ ling wird dabei bis gegen einen Anschlag 31 geführt, so daß wiederum eine genau definierte Stellung des Aufnahmechassis mit dem Prüfling in der zweiten Kammer 11 erreicht wird. Nachdem das Aufnahmechassis mit dem Prüfling bis gegen den Anschlag 31 geführt worden ist, kann der Schieber 20 wiederum mit der Zylinder-Kolben-Einheit 30 in seine Schließstellung zurückgeführt werden. An der Zylinder-Kolben-Einheit 30 sind dabei wiederum Endschalter 36, 37 vorgesehen, mit denen die weiteren Arbeitsschritte einleitbar sind.

Nach dem Anschlagen des Aufnahmechassis mit dem Prüfling gegen den Anschlag 31 und dem Abstellen der Transportein­ richtung 23 kann der mit einer Zylinder-Kolben-Einheit 38 versehene Anschlag 31 wieder in seine unwirksame Stellung überführt werden.

An der Oberseite 39 der zweiten Kammer 11 ist eine zweite Kontakteinrichtung 40 vorgesehen, die mit einer Zylinder- Kolben-Einheit 41 aus der in der Zeichnung dargestellten unwirksamen Stellung in eine wirksame Stellung abgesenkt werden kann. Ebenso ist mit der Zylinder-Kolben-Einheit 41 auch wiederum ein Nachobenführen der Kontakteinrichtung 40 aus der wirksamen Stellung in die unwirksame Stellung mög­ lich. Auch diese Kontakteinrichtung 40 weist ebenfalls nach unten gerichtete, nicht näher dargestellte Federkontaktstifte auf, um die elektrische Prüfbelastung auf die Prüflinge auf­ zubringen. Die an der Kontakteinrichtung 40 vorgesehene Zylinder-Kolben-Einheit weist ebenfalls Endschalter 42, 43 auf, mit denen wiederum die weiteren Arbeitsschritte einge­ leitet werden können.

Nachdem die noch zu erläuternden Verfahrensschritte an den in der zweiten Kammer 11 vorgesehenen Prüflingen vorge­ nommen worden sind, kann der an der Auslaßöffnung 19 vorge­ sehene Schieber 18 mit einer Zylinder-Kolben-Einheit 44 geöffnet werden. Mit dem Förderband 22 kann dann der Prüf­ ling mit dem Aufnahmechassis aus der zweiten Kammer 11 her­ ausgebracht werden. Anschließend kann dann die Auslaßöffnung 19 mit dem Schieber 18 wieder verschlossen werden. An der Zylinder-Kolben-Einheit 44 sind wiederum Endschalter 45, 46 vorgesehen, mit denen die weiteren Arbeitsschritte wiederum eingeleitet werden können.

Um die Halbleiterbaugruppen (bestückten Leiterplatten), ins­ besondere speicherprogrammierbaren Steuerungskomponenten vorzeitig zu altern, werden die Prüflinge in der ersten Kammer 10 bei einer Raumtemperatur von etwa 20°C in die erste Kammer 10 eingeführt, wobei in der ersten Kammer 10 ebenfalls eine Temperatur von etwa 20°C herrscht. Mit der Kälteeinrichtung 12 werden dann die Prüflinge von etwa 20°C innerhalb von 2 Minuten auf eine Temperatur von etwa 0°C abgekühlt und für die Dauer von etwa 8 Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Die Temperaturänderungen erfolgen dabei mit einem Temperaturgradienten von etwa 10°C pro Minute. Während des Aufenthaltes in der ersten Kammer 10 wird der Prüfling über die Kontakteinrichtung 28 mit der elektrischen Prüfbelastung versehen. Nach dem Ablauf der 8 Minuten werden die Prüflinge aus der ersten Kammer 10 in die zweite Kammer 11 überführt. In der zweiten Kammer, die auf etwa 0°C vor­ gekühlt ist, werden die Prüflinge innerhalb von etwa 6 Minu­ ten auf eine Temperatur von 60°C erwärmt und für die Dauer von etwa 6 Minuten auf dieser Temperatur gehalten und dann wieder innerhalb von etwa 4 Minuten auf Raumtemperatur von etwa 20°C abgekühlt. Auch in dieser zweiten Kammer erfolgen die Temperaturänderungen mit einem Temperaturgradienten von etwa 10°C pro Minute. Auch in dieser zweiten Kammer 11 werden während der Wärmebehandlung über die Kontaktein­ richtung 40 die Prüflinge mit der elektrischen Prüfbelastung belastet.

Nachdem die Prüflinge wieder auf Raumtemperatur von etwa 20°C abgekühlt wurden, können dann die Prüflinge nach Öffnen des Schiebers 18 durch die Auslaßöffnung 19 mit dem Förderband 22 herausgeführt werden.

In der ersten Kammer 10 erfolgt dabei das Abkühlen der Prüflinge auf 0°C mit der Kälteeinrichtung 12. Nach dem Überführen der Prüflinge aus der Kammer 10 in die Kammer 11 wird dann die Kammer 10 mit der Heizeinrichtung 14 wieder auf Raumtemperatur von etwa 20°C erwärmt. In der zweiten Kammer 11 erfolgt das Erwärmen der Prüflinge auf die Tempe­ ratur von etwa 60°C mit der Heizeinrichtung 15 und das abschließende Abkühlen auf Raumtemperatur von etwa 20°C mit der Kälteeinrichtung 13.

Um einen lagegetreuen Transport der Prüflinge durch die erste Kammer 10 und durch die zweite Kammer 11 zu gewährleisten, sind die Prüflinge in Form der bestückten Leiterplatten in ein der Ausbildung der Leiterplatten zugeschnittenes, eben­ falls nicht näher dargestelltes Aufnahmechassis eingesetzt. Das Aufnahmechassis kann dabei auch mit Kontakteinrichtungen versehen sein, die einerseits mit den Prüflingen und anderer­ seits mit den Kontakteinrichtungen 28 und 40 der beiden Kammern 10, 11 zusammenwirken.

In den beiden Kammern 10, 11 ist als Heizeinrichtung 14, 15 jeweils eine elektrische Widerstandsheizung aus Edelstahl vorgesehen. Um eine gleichmäßige Temperatur in den beiden Kammern 10, 11 zu erzielen, wird dabei in den beiden Kammern die Luft mit einem Querstromgebläse 47 verwirbelt. Dadurch wird vorteilhaft auch eine vertikale Luftführung an den Prüflingen und an dem Aufnahmechassis erreicht. Das Quer­ stromgebläse 47 ist dabei in der Fig. 2 näher dargestellt und in den in der Fig. 1 dargestellten Kammern 10, 11 der Einfachheit halber fortgelassen. Durch das Querstromge­ bläse 47, von denen jeweils eines in der Kammer 10 und eines in der Kammer 11 angeordnet ist, wird in einfacher Weise erreicht, daß die jeweilige Temperatur an allen Stellen der Kammern 10, 11 jeweils gleich ist. Dies trifft sowohl bei der Benutzung der Kälteeinrichtungen 12 und 13 und der Heizeinrichtungen 14 und 15 in den beiden Kammern 10, 11 zu. In den beiden Kammern 10, 11 sind als Kälteeinrichtungen 12, 13 jeweils ein Verdampfer zum direkten Einblasen von flüssigem Stickstoff in die Kammern 10, 11 vorgesehen.

Die Aktivierung der Transporteinrichtung 23, der Schieber 16, 18, 20, der Anschläge 25, 31 und der Federkontaktstifte 28, 40 und die Regelung der Temperaturen und der Temperatur­ gradienten erfolgt in den beiden Kammern 10, 11 mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung 48 (SPS). Die speicher­ programmierbare Steuerung 48 ist dabei in der Fig. 3 näher dargestellt und weist einen Prozessor 49 und einen Programm­ speicher 50 auf. Die Eingangsebene 51 erhält dabei ihre Impulse von den Endschaltern und den Temperaturfühlern, während die Ausgabeebene 52 auf die Transporteinrichtung 23 und die Kolben-Zylinder-Einheiten und auf die Kälteeinrich­ tungen und die Heizeinrichtungen einwirkt.

Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Voraltern von Halbleiterbaugruppen (bestückten Leiterplatten), insbesondere speicherprogrammierbaren Steuerungskomponenten die Prüf­ linge lediglich einmal von der Raumtemperatur von etwa 20°C auf etwa 0°C abgekühlt und danach auf etwa 60°C erwärmt und dann wieder auf Raumtemperatur von etwa 20°C abgekühlt werden, das heißt, nur einen Temperaturzyklus durchlaufen, ist eine effiziente Voralterung trotzdem gewährleistet. Außerdem wird für den einmaligen Temperaturzyklus nur wenig Zeit und Energie benötigt, so daß das Voraltern in vorteil­ hafter und schneller Weise auch in einer Fertigungsstraße für Halbleiterbaugruppen (bestückten Leiterplatten), ins­ besondere speicherprogrammierbaren Steuerungskomponenten, eingesetzt werden kann. Beim erfindungsgemäßen Voraltern treten durch das Abkühlen und das Erwärmen mechanische Spannungen auf, die auf die ungleichen Ausdehnungskoeffi­ zienten der verwendeten Materialien zurückzuführen sind. Dieses wird insbesondere dadurch zum Tragen gebracht, daß die Temperaturänderungen mit einem Temperaturgradienten von etwa 10°C pro Minute vorgenommen werden. Durch diesen ver­ hältnismäßig großen Temperaturgradienten treten die mecha­ nischen Spannungen in erhöhtem Ausmaß auf, so daß zuver­ lässig die Frühausfälle auftreten und alle Gehäusefehler, Markierungsfehler, Halbleiterfehler, Oberflächenfehler und Lötfehler auftreten und Risse in den Chips erkannt werden. Nach dem Voraltern der Leiterplatten dürften keine Frühausfälle mehr auftreten.

Wie bereits erwähnt, ist die dargestellte Ausführung ledig­ lich eine beispielsweise Verwirklichung der Erfindung und diese nicht darauf beschränkt. Vielmehr sind noch mancher­ lei andere Ausführungen und Abänderungen möglich. So könnten die Verweilzeiten in den beiden Kammern 10 und 11 auch abge­ ändert werden, um einen taktmäßigen Durchfluß der Prüflinge durch die beiden Kammern 10, 11 zu gewährleisten. In beiden Kammern 10, 11 soll jedoch bei der Übergabe gleiche Tempe­ raturen herrschen. Weiterhin könnten die Temperaturgradienten von etwa 10°C pro Minute ebenfalls abgeändert werden, so wie auch beim Temperaturzyklus zu durchfahrenden Temperatur­ bereiche. Weiterhin kann für die Prozeßvisualisierung bzw. Prozeßüberwachung auch ein Visualisierungssystem eingesetzt werden. Hiermit können die Prozeßparameter graphisch über­ wacht werden. Schließlich könnte der gesamte Temperatur­ zyklus auch in einer einzigen Kammer durchgeführt werden. Ferner kann als Heizeinrichtung auch eine Infrarot-Heizung benutzt werden.

Bezugszeichenliste

10 Kammer
11 Kammer
12 Kälteeinrichtung in 10
13 Kälteeinrichtung in 11
14 Heizeinrichtung in 10
15 Heizeinrichtung in 11
16 Schieber
17 Einlaßöffnung
18 Schieber
19 Auslaßöffnung
20 Schieber
21 Durchlaßöffnung
22 Förderband
23 Transporteinrichtung
24 Zylinder-Kolben-Einheit an 16
25 Anschlag in 10
26 Zylinder-Kolben-Einheit an 25
27 Oberseite von 10
28 Kontakteinrichtung
29 Zylinder-Kolben-Einheit an 28
30 Zylinder-Kolben-Einheit an 20
31 Anschlag in 11
32 Endschalter an 24
33 Endschalter an 24
34 Endschalter an 29
35 Endschalter an 29
36 Endschalter an 30
37 Endschalter an 30
38 Zylinder-Kolben-Einheit an 31
39 Oberseite von 11
40 Kontakteinrichtung
41 Zylinder-Kolben-Einheit an 40
42 Endschalter an 41
43 Endschalter an 41
44 Zylinder-Kolben-Einheit an 18
45 Endschalter an 44
46 Endschalter an 44
47 Querstromgebläse
48 speicherprogrammierbare Steuerung
49 Prozessor
50 Programm-Speicher
51 Eingangsebene
52 Ausgabeebene

Claims (16)

1. Verfahren zum Voraltern von Halbleiterbaugruppen (be­ stückten Leiterplatten), insbesondere speicherprogram­ mierbaren Steuerungskomponenten, bei denen jede Halb­ leiterbaugruppe unter elektrischer Prüfbelastung auf einer unter der Raumtemperatur liegenden und danach auf einer über der Raumtemperatur liegenden Temperatur ge­ bracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterbaugruppe nach ihrem Abkühlen auf eine unter der Raumtemperatur liegenden Temperatur zu­ nächst im wesentlichen kurzzeitig auf dieser Temperatur gehalten und danach auf die über der Raumtemperatur liegenden Temperatur erwärmt und im wesentlichen kurz­ zeitig auf dieser Temperatur gehalten und dann wieder auf Raumtemperatur abgekühlt wird, und die Temperatur­ änderungen mit einem Temperaturgradienten von etwa 10°C pro Minute vorgenommen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterbaugruppen zunächst auf eine Temperatur von etwa 0°C abgekühlt und im wesentlichen kurzzeitig auf dieser Temperatur gehalten und danach auf eine Temperatur von etwa 60°C erwärmt und im wesentlichen kurzzeitig auf dieser Temperatur gehalten und dann wieder auf Raumtemperatur abgekühlt werden, wobei die Temperaturänderungen mit einem Temperaturgradienten von etwa 10°C pro Minute vorgenommen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterbaugruppen von einer Raumtemperatur von etwa 20°C zunächst innerhalb von etwa 2 Minuten auf eine Temperatur von etwa 0°C abgekühlt und für die Dauer von etwa 8 Minuten auf dieser Temperatur gehalten und danach innerhalb von etwa 6 Minuten auf eine Tempe­ ratur von etwa 60°C erwärmt und für die Dauer von etwa 6 Minuten auf dieser Temperatur gehalten und dann wieder innerhalb von etwa 4 Minuten auf eine Raumtemperatur von etwa 20°C abgekühlt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Halbleiterbaugruppen zum Voraltern in einem auf die Ausbildung der Prüflinge zugeschnittenen Aufnahmechassis eingesetzt und mit diesem in eine erste wärmeisolierte Kammer zum Abkühlen auf eine Temperatur von etwa 20°C und dann in eine zweite wärmeisolierte Kammer zum Erwärmen auf eine Temperatur von etwa 60°C und dann nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur aus der zweiten Kammer heraustransportiert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die in den Aufnahmechassis einge­ setzten Halbleiterbaugruppen nach dem Einbringen in die erste und in die zweite Kammer (10, 11) während der Standzeiten mit ausfahrbaren, vorzugsweise absenkbaren Federkontaktstiften zum Einleiten der elektrischen Prüf­ belastung kontaktiert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Temperaturführung in den beiden Kammern (10, 11) mit Hilfe von einer speicherprogrammier­ baren Steuerung (SPS) vorgenommen wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste wärmeisolierte Kammer (10) mit einer Kälte­ einrichtung (12) und einer Heizeinrichtung (14) vorge­ sehen ist, in der die Halbleiterbaugruppe von der Raum­ temperatur von etwa 20°C auf eine unter der Raumtempe­ ratur liegende Temperatur abkühlbar und auf dieser Tem­ peratur haltbar ist, und eine zweite wärmeisolierte Kammer (11) mit einer Kälteeinrichtung (13) und eine Heizeinrichtung (15) vorgesehen ist, die zur Aufnahme der in der ersten Kammer (10) auf eine unter der Raum­ temperatur liegenden Temperatur abgekühlter Halbleiter­ baugruppe auf die gleiche Temperatur abkühlbar ist, und in der die Halbleiterbaugruppe von der unter der Raum­ temperatur liegenden Temperatur auf eine über der Raum­ temperatur liegenden Temperatur erwärmbar und auf dieser Temperatur haltbar und wieder auf Raumtemperatur abkühl­ bar ist, wobei die Temperaturänderungen in den beiden Kammern (10, 11) mit einem Temperaturgradienten von etwa 10°C pro Minute vornehmbar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten, eine Kälteeinrichtung (12) und eine Heiz­ einrichtung (14) aufweisenden, wärmeisolierten Kammer (10) die Halbleiterbaugruppe von einer Raumtemperatur von etwa 20°C innerhalb von etwa 2 Minuten auf eine Temperatur von etwa 0°C abkühlbar und für die Dauer von etwa 8 Minuten auf dieser Temperatur haltbar ist und in der zweiten, eine Kälteeinrichtung (13) und eine Heiz­ einrichtung (15) aufweisenden, wärmeisolierten Kammer (11), die zunächst auf eine Temperatur von etwa 0°C abkühlbar ist, die Halbleiterbaugruppe innerhalb von etwa 6 Minuten auf eine Temperatur von etwa 60°C er­ wärmbar und für die Dauer von etwa 6 Minuten auf dieser Temperatur haltbar, und dann innerhalb von etwa 4 Minuten auf die Raumtemperatur von etwa 20°C abkühl­ bar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Kammer (10) eine mit einem Schieber (16) verschließbare Einlaßöffnung (17), und die zweite Kammer (11) eine mit einem Schieber (18) ver­ schließbare Auslaßöffnung (19) aufweist, und zwischen den beiden Kammern (10, 11) eine mit einem Schieber (20) verschließbare Durchlaßöffnung (21) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterbaugruppe in einem der Ausbildung des Prüflings angepaßten Aufnahmechassis einsetzbar ist, um mit diesem mittels einer Transport­ einrichtung (23) durch die Einlaßöffnung (17) in die erste Kammer (10) und durch die Durchlaßöffnung (21) in die zweite Kammer (11) und durch die Auslaßöffnung (19) aus der zweiten Kammer (11) heraustransportierbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterbaugruppe mit seinem Aufnahmechassis mittels der Transporteinrichtung (23) in der ersten und in der zweiten Kammer (10, 11) jeweils bis gegen einen zwischen einer wirksamen und einer un­ wirksamen Stellung verstellbaren Anschlag (25, 31) trans­ portierbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterbaugruppe mit seinem Aufnahmechassis in beiden Kammern (10, 11) nach dem An­ stoßen gegen die Anschläge (25, 31) mit ausfahrbaren, vorzugsweise absenkbaren Federkontaktstiften (28, 40) zum Einleiten der elektrischen Prüfbelastung kontaktier­ bar ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung der Transportein­ richtung (23), der Schieber (16, 18, 20), der Anschläge (25, 31) und der Federkontaktstifte (28, 40) und die Regelung der Temperaturen und der Temperaturgradienten in den beiden Kammern (10, 11) mit einer speicherpro­ grammierbaren Steuerung (48) (SPS) erfolgt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Kammern (10, 11) eine vertikale Luftführung, vorzugsweise mittels eines Quer­ stromgebläses (47) erfolgt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Kammern (10, 11) je ein Temperaturregelkreis zugeordnet ist, wobei die Temperaturregelung über programmierbare Regler erfolgt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß für die Prozeßüberwachung ein die Funktionsabläufe graphisch darstellendes Visualisierungs­ system vorgesehen ist.