DE4031793C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Voraltern von Halbleiterbaugruppen (bestückten Leiter­ platten), insbesondere speicherprogrammierbaren Steuerungs­ komponenten, bei denen jede Halbleiterbaugruppe unter elek­ trischer Prüfbelastung auf eine unter der Raumtemperatur liegende und danach auf eine über der Raumtemperatur liegen­ de Temperatur gebracht wird.

Dieses Verfahren zum Voraltern von Halbleiterbaugruppen ist auf der Bauelementebene aus den amerikanischen Militär-Stan­ dards 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 durchgeführt, der aus zwei Kammern besteht. So werden z. B. IC′s auf eine Metallplatte gelegt, wobei die Anschlüsse auf der Platte liegen und mit mindestens 10 Temperaturzyklen zwischen -55°C bis +125°C und einer Zwischenstation bei +25°C beansprucht. Dieser Prozeß verursacht 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 zurück­ zuführen. Dabei werden u. a. Gehäusefehler, Markierungs­ fehler, Halbleiterfehler, Oberflächenfehler und Lötfehler und Risse in den Chips erkannt. Auf der Baugruppenebene werden heutzutage die fertigungsbegleitenden Temperatur­ tests in konventionellen, großvolumigen Kammern durchge­ führt. Nachteilig ist dabei ein unkontrollierter Temperatur­ gradient, geringe Umtemperiergeschwindigkeit und keine direkte Einbindung in die Produktionslinie.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Voraltern von Halbleiterbaugruppen (bestückten Leiter­ platten), insbesondere speicherprogrammierbaren Steuerungs­ komponenten 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 Entwurf und die Optimierung eines geeigneten Temperatur­ zyklus für bestimmte Modularten liefert, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Das Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Halbleiterbaugruppe nach ihrem Abkühlen auf eine unter der Raumtemperatur liegende Temperatur zunächst kurzzeitig auf dieser Temperatur gehalten,
• - danach auf die über der Raumtemperatur liegende Temperatur erwärmt und kurzzeitig auf dieser Temperatur gehalten und
• - dann wieder auf Raumtemperatur abgekühlt wird, und
• - daß die Temperaturänderungen mit einem verhältnismäßig großen Temperaturgradienten, insbesondere mit 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, bei dem Frühausfälle sofort erkannt und aussortiert werden können. Da die Halbleiter­ baugruppen lediglich einmal den Temperaturzyklus durch­ laufen, wird für die Voralterung nur wenig Zeit beansprucht, so daß die Testdurchlaufzeiten nur wenige Minuten betragen. Das Abkühlen und das Erwärmen erfolgt jedoch mit einem verhältnismäßig großen Temperaturgradienten, vorzugsweise mit einem Temperaturgradienten von etwa 10°C pro Minute. Dieser verhältnismäßig große Temperaturgradient von etwa 10°C pro Minute beansprucht jedoch die Halbleiterbaugruppen thermisch derart, daß Frühausfälle sowie anderweitige, thermisch bedingte Ausfälle selbst bei nur einem Temperatur­ zyklus sofort auftreten und erkennbar werden. Die dyna­ mische Temperaturprüfung der Halbleiterbaugruppen läßt sich vollständig automatisieren und in die Materialflußlinie integrieren.

Die Halbleiterbaugruppen können zunächst auf eine Temperatur von etwa 0°C abgekühlt und kurzzeitig auf dieser Temperatur gehalten, danach auf eine Temperatur von etwa 60°C erwärmt und kurzzeitig auf dieser Temperatur und dann wieder auf Raumtemperatur abgekühlt werden, wobei die Temperaturände­ rungen mit einem verhältnismäßig großen Temperaturgradienten, vorzugsweise 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 Voralte­ rung 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 Temperaturzyklus reicht aus, um eine zuverlässige Voralte­ rung zu erzielen, bei der im wesentlichen alle Frühausfälle auftreten und erkennbar werden.

Die Halbleiterbaugruppen können zum Voraltern in ein auf die Ausbildung des Prüflings zugeschnittenes Aufnahmechassis eingesetzt und mit diesem in eine erste wärmeisolierte Kammer zum Abkühlen auf eine Temperatur von etwa 0°C, 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 einfacher Weise die Halbleiterbaugruppen in ein auf die Ausbildung des Prüflings zugeschnittenes Aufnahmechassis eingesetzt. Zusammen mit dem Aufnahmechassis werden dann die Halbleiterbaugruppen 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 die Kammern transportiert werden, in denen der Tempe­ raturzyklus durchgeführt wird.

Die in das Aufnahmechassis eingesetzten Halbleiterbau­ gruppen können nach dem Einbringen in die erste und in die zweite Kammer während der Standzeiten mit ausfahrbaren, vorzugsweise absenkbaren, Federkontaktstiften zum Einleiten der elektrischen Prüfbelastung kontaktiert werden. Dadurch kann in einfacher Weise während der Voralterung durch den Temperaturzyklus die erforderliche elektrische Prüfbe­ lastung auf die Halbleiterbaugruppen aufgebracht und somit die Halbleiterbaugruppen elektrisch geprüft werden, um die auftretenden Ausfälle zu erkennen.

Die Temperaturführung in den beiden Kammern kann mit Hilfe einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) vorgenommen 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 deren 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 zuverlässig 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 wärmeiso­ lierte Kammer mit einer Kälteeinrichtung und einer Heiz­ einrichtung aufweisen, die zur Aufnahme der in der ersten Kammer auf eine unter der Raumtemperatur liegende Temperatur abgekühlten Halbleiterbaugruppe auf die gleiche Temperatur abkühlbar ist, und in der die Halbleiterbaugruppe von der unter der Raumtemperatur liegenden Temperatur auf eine über der Raumtemperatur liegende Temperatur erwärmbar und auf dieser Temperatur haltbar und wieder auf Raumtemperatur abkühlbar ist, wobei die Temperaturänderungen in den beiden Kammern mit einem verhältnismäßig großen Temperaturgradien­ ten, vorzugsweise 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 eine unter der Raumtempe­ ratur liegende Temperatur vorgenommen wird, während in der zweiten Kammer das Erwärmen auf eine über der Raumtemperatur liegende Temperatur vorgenommen wird.

Die erste Kammer kann eine mit einem Schieber verschließbare Einlaßöffnung und die zweite Kammer eine mit einem Schieber verschließbare Auslaßöffnung aufweisen,und zwischen den beiden Kammern kann 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 Halbleiter­ baugruppe durch die beiden Kammern ist somit in einfacher und zuverlässiger Weise möglich.

Mittels eines der Ausbildung des Prüflings angepaßten Auf­ nahmechassis und einer Transporteinrichtung kann das Auf­ nahmechassis mit der Halbleiterbaugruppe durch die Einlaß­ öffnung in die erste Kammer, durch die Durchlaßöffnung in die zweite Kammer und durch die Auslaßöffnung aus der zweiten Kammer heraustransportiert werden. Das Aufnahmechassis mit der Halbleiterbaugruppe kann somit in einfacher Weise mit der Transporteinrichtung durch die beiden Kammern geführt werden.

Im Wege des Aufnahmechassis kann ein zwischen einer wirk­ samen und einer unwirksamen Stellung verstellbarer Anschlag vorgesehen sein. Mit der Transporteinrichtung wird somit in einfacher Weise die Halbleiterbaugruppe mit dem zuge­ hörigen Aufnahmechassis in die erste und von dort 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 ver­ stellbar ist. Durch das Anschlagen der Halbleiterbaugruppe mit ihrem Aufnahmechassis gegen den in seiner wirksamen Stellung befindlichen Anschlag wird eine genau positionierte Stellung in den beiden Kammern erzielt. Für den weiteren Transport der Halbleiterbaugruppe mit ihrem Aufnahmechassis kann der Anschlag in seine unwirksame Stellung überführt werden.

Durch ausfahrbare, vorzugsweise absenkbare Federkontakt­ stifte ist die Halbleiterbaugruppe mit ihrem Aufnahmechassis in beiden Kammern nach dem Anstoßen gegen die Anschläge zum Einleiten der elektrischen Prüfbelastung kontaktierbar. Nachdem die Halbleiterbaugruppe mit ihrem Aufnahmechassis die genau vorbestimmte Stellung in der ersten Kammer bzw. in der zweiten Kammer erreicht hat, kann mit den ausfahr­ baren, vorzugsweise absenkbaren Federkontaktstiften in ein­ facher und zuverlässiger Weise die Halbleiterbaugruppe mit der elektrischen Prüfbelastung kontaktiert werden. Mittels der elektrischen Prüfbelastung ist dann während des ge­ samten Temperaturzyklus ein unmittelbares Erkennen von Fehlern möglich.

Durch eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) kann die Aktivierung der Transporteinrichtung, der Schieber, der Anschläge und der Federkontaktstifte und die Regelung der Temperaturen und der Temperaturgradienten in den beiden Kammern gesteuert werden. Durch entsprechende Programmierung der speicherprogrammierbaren Steuerung kann somit die Vor­ alterung mit der entsprechenden Prüfung automatisch ab­ laufen.

Durch ein Querstromgebläse kann in beiden Kammern eine vertikale Luftströmung erzeugt werden. Dadurch werden in zuverlässiger Weise Temperaturunterschiede innerhalb einer jeden der beiden Kammern vermieden beim Erwärmen mit der Heizeinrichtung und beim Abkühlen mit der Kälteeinrichtung.

Jeder der beiden Kammern kann je ein Temperaturregelkreis zugeordnet sein, wobei die Temperaturregelung über pro­ grammierbare Regler erfolgt. Dadurch können in einfacher und zuverlässiger Weise in jeder der beiden Kammern die ge­ wünschten Temperaturen mit dem vorbestimmten Temperatur­ gradienten erzielt 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.

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

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

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

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

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

Zum Einführen einer Halbleiterbaugruppe in die erste Kammer 10 wird der Schieber 16 senkrecht nach oben geführt mit einer pneumatischen Zylinder-Kolben-Einheit 24. Dabei sind Endschalter 32, 33 vorgesehen, die betätigt werden, wenn der Kolben der Zylinder-Kolben-Einheit 24 seine Endstel­ lungen erreicht. Dadurch werden die weiteren Arbeitsschritte eingeleitet. Nach dem Überführen des Schiebers 16 in seine Offenstellung wird die Transporteinrichtung 23 einge­ schaltet und die Halbleiterbaugruppe mit ihrem Aufnahme­ chassis mit dem Förderband 22 in die erste Kammer 10 hinein­ gebracht, bis das Aufnahmechassis gegen einen Anschlag 25 anschlägt. Durch das Anschlagen des Aufnahmechassis gegen den Anschlag 25 wird die Transporteinrichtung 23 abge­ schaltet und der Schieber 16 in seine Schließstellung über­ führt.

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 ZylinderKolben-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 die Halbleiterbaugruppe dienen.

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

Nachdem die noch zu beschreibenden Verfahrensschritte in der ersten Kammer 10 durchgeführt worden sind, wird der Schieber 20 mit einer Zylinder-Kolben-Einheit 30 angehoben, so daß die Halbleiterbaugruppe mit dem Aufnahmechassis mittels des Förderbandes 22 aus der ersten Kammer 10 in die zweite Kammer 11 überführt werden kann. Das Aufnahmechassis der Halbleiterbaugruppe wird dabei bis gegen einen Anschlag 31 geführt, so daß wiederum eine genau definierte Stellung des Aufnahmechassis mit der Halbleiterbaugruppe in der zweiten Kammer 11 erreicht wird. Nachdem das Aufnahme­ chassis mit der Halbleiterbaugruppe bis gegen den Anschlag 31 geführt worden ist, kann der Schieber 20 wiederum mit der Zylinder-Kolben-Einheit 30 in eine Schließstellung zu­ rückgeführt 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 der Halbleiter­ baugruppe gegen den Anschlag 31 und dem Abstellen der Trans­ porteinrichtung 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 10 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 Anheben der Kontakteinrichtung 40 aus der wirksamen Stellung in die unwirksame Stellung möglich. Auch diese Kontakteinrichtung 40 weist ebenfalls nach unten ge­ richtete, nicht näher dargestellte Federkontaktstifte auf, um die elektrische Prüfbelastung auf die Halbleiterbaugruppen aufzubringen. 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 Halbleiterbaugruppen vorgenommen worden sind, kann der an der Auslaßöffnung 19 vorgesehene Schieber 18 mit einer Zylinder-Kolben-Einheit 44 geöffnet werden. Mit dem Förderband 22 kann dann die Halbleiterbaugruppe mit dem Aufnahmechassis aus der zweiten Kammer 11 herausgebracht 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 Ar­ beitsschritte eingeleitet werden können.

Um die Halbleiterbaugruppen (bestückte Leiterplatten), ins­ besondere speicherprogrammierbare Steuerungskomponenten vor­ zeitig zu altern, werden die Halbleiterbaugruppen 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 Halbleiterbau­ gruppen 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 Tempe­ raturänderung erfolgt dabei mit einem verhältnismäßig großen Temperaturgradienten, vorzugsweise mit einem Temperatur­ gradienten von etwa 10°C pro Minute. Während des Aufent­ haltes in der ersten Kammer 10 wird die Halbleiterbaugruppe über die Kontakteinrichtung 28 mit der elektrischen Prüf­ belastung versehen. Nach dem Ablauf der 8 Minuten werden die Halbleiterbaugruppen aus der ersten Kammer 10 in die zweite Kammer 11 überführt. In der zweiten Kammer, die auf etwa 0°C vorgekühlt ist, werden die Halbleiterbaugruppen innerhalb von etwa 6 Minuten 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 verhältnismäßig großen Temperaturgradienten, vor­ zugsweise mit einem Temperaturgradienten von etwa 10°C pro Minute. Die Halbleiterbaugruppen werden während der Wärmebehandlung über die Kontakteinrichtung 40 mit der elek­ trischen Prüfbelastung belastet.

Nachdem die Halbleiterbaugruppen wieder auf Raumtemperatur von etwa 20°C abgekühlt wurden, können dann die Halbleiter­ baugruppen nach Öffnen des Schiebers 18 durch die Auslaß­ öffnung 19 mit dem Förderband 20 herausgeführt werden.

In der ersten Kammer 10 erfolgt dabei das Abkühlen der Halbleiterbaugruppen auf 0°C mit der Kälteeinrichtung 12. Nach dem Überführen der Halbleiterbaugruppen aus der Kammer 10 in die Kammer 11 wird dann die Kammer 10 mit der Heiz­ einrichtung 14 wieder auf Raumtemperatur von etwa 20°C erwärmt. In der zweiten Kammer 11 erfolgt das Erwärmen der Halbleiterbaugruppen auf die Temperatur 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 Heizleiterbaugruppen durch die erste Kammer 10 und durch die zweite Kammer 11 zu gewährleisten, sind die Halbleiterbaugruppen in Form der bestückten Leiterplatten in ein der Ausbildung der Leiter­ platte zugeschnittenes, ebenfalls nicht näher dargestelltes Aufnahmechassis eingesetzt. Das Aufnahmechassis kann dabei auch mit Kontakteinrichtungen versehen sein, die einerseits mit den Halbleiterbaugruppen und andererseits mit den Kontakt­ einrichtungen 28 und 40 der beiden Kammern 10, 11 zusammen­ wirken.

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 Luftströmung an den Halbleiterbaugruppen und an dem Aufnahmechassis erreicht. Das Querstromgebläse 47 ist dabei in der Fig. 2 näher dar­ gestellt und in den in der Fig. 1 dargestellten Kammern 10, 11 der Einfachheit halber fortgelassen. Durch das Querstromgebläse 47, von denen jeweils eines in der Kammer 10 und eines in der Kammer 11 angeordnet ist, wird in ein­ facher 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 Kälteein­ richtungen 12, 13 jeweils ein Verdampfer zum direkten Ein­ blasen von flüssigem Stickstoff in die Kammern 10, 11 vor­ gesehen.

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 Kälteein­ richtungen und die Heizeinrichtungen einwirkt.

Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Voraltern von Halbleiterbaugruppen (bestückten Leiterplatten), insbesondere speicherprogrammierbaren Steuerungskomponenten die Halbleiter­ baugruppen lediglich einmal von der Raumtemperatur von etwa 20°C auf etwa 0°C abgekühlt und danach auf etwa 60°C er­ wärmt und dann wieder auf Raumtemperatur von etwa 20°C ab­ gekühlt werden, das heißt, nur einen Temperaturzyklus durch­ laufen, ist eine effiziente Voralterung trotzdem gewähr­ leistet. Außerdem wird für den einmaligen Temperaturzyklus nur wenig Zeit und Energie benötigt, so daß das Voraltern in vorteilhafter und schneller Weise auch in einer Fertigungs­ straße für Halbleiterbaugruppen (bestückten Leiterplatten), insbesondere 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 vorzugsweise etwa 10°C pro Minute vorgenommen werden. Durch diesen verhältnismäßig großen Temperaturgradienten treten die mechanischen Spannungen in erhöhtem Ausmaß auf, so daß zuverlässig die Frühausfälle auftreten und alle Ge­ häusefehler, Markierungsfehler, Halbleiterfehler, Ober­ flächenfehler und Lötfehler erkennbar werden, und Risse in den Chips erkannt werden. Nach dem Voraltern der Halbleiter­ baugruppen dürften keine Frühausfälle mehr auftreten.

Die Verweilzeiten in den beiden Kammern 10 und 11 könnten auch abgeändert werden, um einen taktmäßigen Durchfluß der Halbleiterbaugruppen durch die beiden Kammern 10, 11 zu ge­ währleisten. In beiden Kammern 10, 11 sollen jedoch bei der Übergabe der Halbleiterbaugruppen gleiche Temperaturen herrschen. Weiterhin könnten die Temperaturgradienten von vorzugsweise etwa 10°C pro Minute ebenfalls abgeändert werden, so wie auch die beim Temperaturzyklus zu durch­ fahrenden Temperaturbereiche. Weiterhin kann für die Prozeß­ visualisierung bzw. Prozeßüberwachung auch ein Visualisie­ rungssystem eingesetzt werden. Hiermit können die Prozeß­ parameter graphisch überwacht werden. Schließlich könnte der gesamte Temperaturzyklus auch in einer einzigen Kammer durchgeführt werden. Ferner kann als Heizeinrichtung auch eine Infrarot-Heizung benutzt werden.

Claims (15)

1. Verfahren von Voraltern von Halbleiterbaugruppen (be­ stückten Leiterplatten), insbesondere speicherprogram­ mierbaren Steuerungskomponenten, bei denen jede Halb­ leiterbaugruppe unter elektrischer Prüfbelastung auf eine unter der Raumtemperatur liegende und danach auf eine über der Raumtemperatur liegende Temperatur ge­ bracht wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Halbleiterbaugruppe nach ihrem Abkühlen auf eine unter der Raumtemperatur liegende Temperatur zunächst kurzzeitig auf dieser Temperatur gehalten,
• - danach auf die über der Raumtemperatur liegende Tem­ peratur erwärmt und kurzzeitig auf dieser Temperatur gehalten und
• - dann wieder auf Raumtemperatur abgekühlt wird, und
• - daß die Temperaturänderungen mit einem verhältnis­ mäßig großen Temperaturgradienten, vorzugsweise 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 kurzzeitig auf dieser Tem­ peratur gehalten, danach auf eine Temperatur von etwa 60°C erwärmt und kurzzeitig auf dieser Temperatur ge­ halten und dann wieder auf Raumtemperatur abgekühlt werden, wobei die Temperaturänderungen mit einem ver­ hältnismäßig großen Temperaturgradienten, vorzugsweise 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 ein auf die Ausbildung der Prüflinge zugeschnittenes Aufnahmechassis eingesetzt und mit diesem in eine erste wärmeisolierte Kammer (10) zum Abkühlen auf eine Tempe­ ratur von etwa 0°C, dann in eine zweite wärmeisolierte Kammer (11) zum Erwärmen auf eine Temperatur von etwa 60°C und dann nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur aus der zweiten Kammer (11) heraustransportiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Aufnahmechassis eingesetzten Halbleiterbau­ gruppen nach dem Einbringen in die erste und in die zweite Kammer (10, 11) während der Standzeiten mit aus­ fahrbaren, vorzugsweise absenkbaren Federkontaktstiften zum Einleiten der elektrischen Prüfbelastung 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 einer speicherprogrammierbaren 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 Kälteein­ richtung (12) und einer Heizeinrichtung (14) vorgesehen ist, in der die Halbleiterbaugruppe von der Raumtempe­ ratur von etwa 20°C auf eine unter der Raumtemperatur liegende Temperatur abkühlbar und auf dieser Temperatur haltbar ist, und eine zweite wärmeisolierte Kammer (11) mit einer Kälteeinrichtung (13) und einer Heizeinrich­ tung (15) vorgesehen ist, die zur Aufnahme der in der ersten Kammer (10) auf eine unter der Raumtemperatur liegende Temperatur abgekühlten Halbleiterbaugruppe auf die gleiche Temperatur abkühlbar ist und in der die Halbleiterbaugruppe von der unter der Raumtemperatur liegenden Temperatur auf eine über der Raumtemperatur liegende Temperatur erwärmbar und auf dieser Temperatur haltbar und wieder auf Raumtemperatur abkühlbar ist, wobei die Temperaturänderungen in den beiden Kammern (10,11) mit einem verhältnismäßig großen Temperatur­ gradienten, vorzugsweise mit einem Temperaturgradienten von etwa 10°C pro Minute vornehmbar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (10) eine mit einem Schieber (16) verschließbare Einlaßöffnung (17) und die zweite Kammer (11) eine mit einem Schieber (18) verschließbare Aus­ laßöffnung (19) aufweist, und daß zwischen den beiden Kammern (10, 11) eine mit einem Schieber (20) verschließ­ bare Durchlaßöffnung (21) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch ein der Ausbildung des Prüflings angepaßtes Aufnahme­ chassis und eine Transporteinrichtung (23), mittels der das Aufnahmechassis mit der Halbleiterbaugruppe durch die Einlaßöffnung (17) in die erste Kammer (10), durch die Durchlaßöffnung (21) in die zweite Kammer (11) und durch die Auslaßöffnung (19) aus der zweiten Kammer (11) heraustransportierbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekenn­ zeichnet durch einen zwischen einer wirksamen und einer unwirksamen Stellung verstellbaren Anschlag (25, 31) im Wege des Aufnahmechassis.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch aus­ fahrbare, vorzugsweise absenkbare Federkontaktstifte (28, 40), mit denen die Halbleiterbaugruppe mit ihrem Auf­ nahmechassis in beiden Kammern (10, 11) nach dem An­ stoßen gegen die Anschläge (25, 31) zum Einleiten der elektrischen Prüfbelastung kontaktierbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, gekenn­ zeichnet durch eine speicherprogrammierbare Steuerung (48) (SPS), mit der 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) gesteuert wird.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, ge­ kennzeichnet durch ein Querstromgebläse (47), mit dem in beiden Kammern (10, 11) eine vertikale Luftströmung erzeugt wird.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Kammern (10, 11) je ein Temperaturregelkreis zugeordnet ist, wobei die Temperaturregelung über programmierbare Regler erfolgt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß für die Prozeßüberwachung ein die Funktionsabläufe graphisch darstellendes Visualisie­ rungssystem vorgesehen ist.