DE4323435A1 - Prüfkarte für integrierte Schaltungen, deren Alter objektiv bestimmbar ist - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Prüfkarte für die Funktionsprüfung von integrierten Schaltungen (IC), deren Lebensalter objektiv bestimmbar ist und auf eine Vorrichtung, mittels der das Lebensalter der Prüfkarte bestimmt werden kann.

Um integrierte Schaltungen (IC′s) auf Funktion zu überprüfen, werden Prüfkarten verwendet, die die elektrische Verbindung von Kontaktstellen der integrierten Schaltung zu den Meßgeräten herstellt. Die Prüfkarte besteht im wesentlichen aus einer Trägerkarte, auf der mehrere einzelne Kontaktnadeln so angeordnet sind, daß Kontaktnadelspitzen an einem Ende der Kontaktnadeln mit Kontaktstellen (Kontaktpads) der integrierten Schaltung in Verbindung bringbar sind. Um einen elektrischen Kontakt zwischen der Prüfkarte und der zu prüfenden integrierten Schaltung herzustellen, werden Kontaktnadelspitzen unter Druck auf die entsprechendem Kontaktstellen der integrierten Schaltung aufgesetzt. Da auch sehr geringe Ströme gemessen werden, sind die Anforderungen an die Prüfkarte hinsichtlich einer einwandfreien Kontaktierung und Störsicherheit sehr hoch. Um die Kontaktnadeln der Prüfkarte mit den Kontaktstellen der integrierten Schaltung in Verbindung zu bringen, werden Prüfkarte und Prüfling in einem Prober elektromechanisch in Kontakt gebracht. Ein Prober ist eine Vorrichtung mit der die beiden Komponenten Prüfkarte und Prüfling in Kontakt gebracht werden können, wobei die wesentliche Eigenschaft in der Präzision des Aufsetzens bezüglich XY-Toleranz und Planparallelität der beiden Partner besteht. Bei jedem Aufsetzen der Kontaktnadeln erfahren diese eine geringe Menge an Abrieb und möglicherweise einen Anteil an metallurgischer Verunreinigung der Nadelspitze. Sofern der Vorgang des Aufsetzens die Nadeln nur wenig auslenkt, wird die mechanische Belastung der Nadeln zu keinerlei Alterung der Nadeln führen. Alle Änderungen der Nadeln sind jedoch sehr langsam und können im Allgemeinen nur mit erheblichem Aufwand vorbeugend erkannt werden. In der Regel wird also erst ein unwahrscheinliches Testergebnis oder eine Häufung von gleichartigen Fehlern zum Überprüfen der Nadelkarte führen. Wenn sich herausgestellt hat, daß die Prüfkarte defekt war, müssen die Messungen wiederholt werden. Außerdem muß ein ständiger Vorrat an Ersatz-Prüfkarten bereitgehalten werden.

Der Verschleiß hängt jedoch im wesentlichen von der Häufigkeit der tatsächlichen Benutzung und nicht vom zeitlichen Alter ab, beispielsweise vom Herstellungsdatum der Prüfkarte an gerechnet. Wenn der geeignete Austauschzeitpunkt einmal empirisch ermittelt ist und die tatsächliche Betriebsdauer bzw. Betriebshäufigkeit erfaßt werden kann, ist es möglich, durch rechtzeitiges Austauschen der Prüfkarte nach der tatsächlichen Einsatz zeit das Risiko einer Falschmessung aufgrund einer defekten Prüfkarte auf ein Minimum zu reduzieren. Als weitere Folge ist man in der Lage den Bedarf an Ersatzkarten besser abzuschätzen. Dadurch kann die Lagerhaltung der Prüfkarten optimiert werden, da man ein objektives Maß für die Restlebensdauer einer Prüfkarte hat, das eine effektive Nutzung der Prüfkarte bei hoher Zuverlässigkeit erlaubt.

Bis jetzt wurde der Zustand einer Prüfkarte durch manuelles Aufrechnen der Anzahl der Aufsetzer einer Prüfkarte abgeschätzt. Zum Beispiel errechnet aus der Zahl der zu messenden Wafer mal der Zahl der integrierten Schaltungen auf dem Wafer. Dabei handelt es sich jedoch um ein umständliches und zeitaufwendiges Verfahren, bei dem leicht ein Eintrag vergessen, oder die Prüfkarte verwechselt werden kann. Dadurch können falsche Informationen über die jeweilige Prüfkarte entstehen, die ein korrektes Bewerten des Zustandes der Prüfkarte verhindern können.

Verfahren, die die Hübe des Prüflings gegen die Prüfkarte zählen haben den Nachteil, einen Umbau des Probers zu erzwingen was in einer Fertigung zu sehr teuren Verlustzeiten führt, und sie sind nicht zuverlässig, da sie nicht die Berührungen mit der Nadelkarte zählen. So werden z. B. am Rande des Wafers mehrere Kontaktierversuche durchgeführt, bevor der Prober seinen Kontaktierlauf umkehrt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Prüfkarte zu schaffen, dessen Alter objektiv bestimmbar ist. Desweiteren soll eine Vorrichtung geschaffen werden, mittels der das Alter der Prüfkarte bestimmt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und 14 gelöst.

Dabei ist ein Sensor zwischen einer Trägerkarte und den Kontaktnadeln einer Prüfkarte angeordnet. Dieser Sensor gibt ein Signal ab, sobald die Kontaktnadeln auf den Prüfling aufsetzen, indem er mechanische Belastungen erfaßt, die durch das Aufsetzen der Kontaktnadeln auf Kontaktstellen der integrierten Schaltung entstehen. Als geeigneter Sensor kommt beispielsweise ein Kraftaufnehmer, ein Biegesensor ein Beschleunigungssensor oder irgendein anderer bekannter Sensor in Frage, der die Erfassung mechanischer Belastungen ermöglicht. Beispielsweise könnte ein piezoelektrischer Kristall als Sensor zwischen der Einbettung der Kontaktnadel und der Trägerkarte eingeklebt werden, der die Kraft erfaßt, die von der Kontaktnadel über die Einbettung auf die Trägerkarte übertragen wird. Es können auch mehrere Sensoren verwendet werden, die entweder einzeln, oder als einstückiges Bauteil, beispielsweise als Ringelement auf der Prüfkarte plaziert werden. Durch die Anordnung mehrerer Sensoren ist nicht nur eine quantitative Messung der Einsatzhaufigkeit möglich, sondern darüber hinaus eine qualitative Messung, die Aussagen über richtiges oder falsches Aufsetzen der Prüfkarte auf den Prüfling erlaubt. In der einfachsten Form einer qualitativen Messung kann man beispielsweise durch gleichmäßige Anordnung von drei Sensoren an einem Kreisumfang die Planparallelität bzw. Justage der Prüfkarte kontrollieren, indem entweder alle drei Sensoren, zwei oder nur einer ein Signal abgeben, das ein Aufsetzen anzeigt. Diese qualitative Messung kann noch weiter verfeinert werden, indem man nicht nur die Erfassung von "Signal" und "kein Signal" zuläßt, sondern einen analogen Signalverlauf in Abhängigkeit der Belastungsstärke jedes einzelnen Sensors auswertet. Dadurch ist es möglich, Fehler wie ungleichmäßiges Anpressen der Kontaktnadeln auf die Kontaktstellen oder unnötig hohe Belastungen usw., die die Lebensdauer einer Prüfkarte vermindern, zu erkennen.

Die Erfassung der tatsächlichen mechanischen Belastungen auf der Prüfkarte hat den Vorteil, daß keine zusätzlichen Wechselwirkungen zwischen der Prüfkarte und dem Prüfling erzeugt werden, wie dies bei anderen Meßmethoden wie beispielsweise einer elektromagnetischen, einer elektrischen, einer optischen oder einer akustischen Meßmethode der Fall wäre. Diese Sensoren arbeiten zudem mit dem Prinzip der Abstandsmessung zwischen Sensor und Prüfling, das wie beschrieben logisch falsch und sachlich ungenau ist ein Sensor, der Signale als Funktion der mechanischen Belastung und Auslenkung der Kontaktnadeln erzeugt, hat keine zusätzliche Wechselwirkungen.

Die Signale werden dann an eine auf der Trägerkarte angeordneten Speichereinheit übertragen, in der sie verarbeitet und gespeichert werden.

Die Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich auf der Prüfkarte befinden, werden von einer auf der Trägerkarte angeordneten Stromquelle, beispielsweise einer Batterie versorgt, die vorteilhafterweise wiederaufladbar ist.

Als weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann zusätzlich zu der Speichereinheit ein Mikroprozessor auf der Prüfkarte installiert werden, der die eingelesenen Signalwerte verarbeitet.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ermöglicht eine Kontrollmöglichkeit der Qualität der Verbindung zwischen der Prüfkarte und dem Prüfling, indem eingespeicherte Grenzwerte mit vorliegenden Signalwerten verglichen werden. Liegen die vorliegenden Signalwerte unter dem Grenzwert, wird ein Warnsignal abgegeben, das auf einen ungenügenden Kontakt zwischen der Prüfkarte und dem Prüfling aufmerksam macht.

Durch eine Auswerteelektronik außerhalb der Prüfkarte, können die auf der Speichereinheit gespeicherten Werte ausgelesen und verwertet werden.

Dies ist beispielsweise über ein Handgerät durchführbar, das eine schnelle und einfache manuelle Kontrolle der Prüfkarte ermöglicht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist eine stationäre Auswerteelektronik, die mit einem intelligenten Kartenlager kombiniert ist. In diesem Kartenlager können dann mehrere Prüfkarten gelagert werden.

Das Kartenlager kann mit einer Ladevorrichtung ausgestattet sein, die die wiederaufladbaren Batterien auf den Prüfkarten beim Einstecken in das Kartenlager automatisch lädt. Dadurch ist gewährleistet, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Alterungszustands immer einsatzbereit ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Speichereinheit als E- EPROM-Bauelement ermöglicht auch dann eine zuverlässige Speicherung von Daten, wenn keine externe Stromversorgung vorhanden ist, wie dies beispielsweise bei einem Defekt der Batterie oder der Ladevorrichtung der Fall wäre.

Mit Hilfe dieser Erfindung ist es darüberhinaus möglich, den Wert eines Prüfkartenlagers, das sich aus bis zu über 2000 Prüfkarten zusammensetzen kann, hinsichtlich Abschreibung, Restwert, Neubedarf etc. abzuschätzen. Die Bindung von Geldmitteln kann bis auf ca. 20% verringert werden, da weniger Ersatzprüfkarten bevorratet werden müssen. Weiter werden die Lieferanten in ihrer Qualität objektiv vergleichbar. Ein weiterer Vorteil ist, daß bei Kontaktproblemen oder unwahrscheinlichen Meßergebnissen die Fehler mit sehr großer Wahrscheinlichkeit einer Kontaktstelle (Kontaktpad) anstatt einer Prüfkarte zugeordnet werden können. Dadurch läßt sich bei der Fehlersuche erheblich Zeit sparen. Außerdem lassen sich Schwankungen in der Fertigung von integrierten Schaltungen bezüglich deren Kontaktstellenaufbau nachweisen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Prüfkarte in der Seitenansicht mit einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung der Anzahl der durchgeführten Aufsetzvorgänge;

Fig. 2 zeigt eine Schemadarstellung der logischen Verknüpfung der einzelnen Bauteile des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;

Fig. 3 zeigt schematisch ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, das durch ein intelligentes Kartenlagersystem erweitert ist.

Eine Prüfkarte besteht aus einer Trägerkarte 1, die meistens eine Öffnung, eine Aussparung oder eine Kante aufweist, in deren/dessen Nähe sich ein Nadelträger 8 befindet. An der Unterseite der Trägerkarte 1 ist ein der Öffnung entsprechend gestalteter Nadelträger 8 um die Öffnung herum angeordnet, auf dem an seiner der Trägerkarte 1 abgewandten Seite die einzelnen Kontaktnadeln 4 befestigt sind, indem sie in einer Kontaktnadeleinbettung 6 eingebettet sind, die mit dem Kontaktnadelträger 8 fest verbunden wird.

Zwischen der Trägerkarte 1 und dem Kontaktnadelträger 8 sind drei Sensoren 2 geeignet angebracht, um eine Kraft, die auf die Kontaktnadeln wirkt, im Sensor in ein elektrisches Signal zu verwandeln. Diese sind durch Anschlüsse mit einer Auswerte-Elektronik verbunden, die sowohl die Identitätsnummer als auch den Zählerstand der Prüfkarte speichert. Die Sensoren und die Elektronik werden über eine (nicht dargestellte) wiederaufladbare Batterie mit Strom versorgt.

Anhand der schematischen Darstellung der logischen Verknüpfung der einzelnen Bauteile des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels in Fig. 2, soll nachfolgend die Funktion erläutert werden.

Wenn die Prüfkarte im Prober mit der integrierten Schaltung 10 in Kontakt gebracht wird, werden die Kontaktnadeln 4 durch die aufgebrachte Kraft belastet. Diese, auf die Kontaktnadeln 4 wirkende Kraft, wird auf die zwischen den Kontaktnadeln 4 und dem Kontaktnadelträger 8 angeordneten Sensoren 2 übertragen. Die Sensoren 2 erzeugen ein Signal in Abhängigkeit der Größe der Kraft. Das Signal wird über die Sensoranschlüsse 5 an das E-EPROM-Bauelement übermittelt und dort gespeichert, bzw. aufsummiert.

Über eine Auswertevorrichtung werden die auf der Karte gespeicherten Daten, daß heißt die Identitätsnummer sowie die gespeicherten Sensordaten, abgerufen. Die manuelle oder automatische Auswertvorrichtung ist in einem intelligenten Kartenlagersystem gemäß Fig. 3 integriert. Das Kartenlagersystem besteht aus einem Gehäuse 12, in dem mehrere Prüfkarten P in entsprechende Fächer eingesteckt werden können. Die jeweilige Einsatzhäufigkeit jeder Prüfkarte wird beim Einstecken in das zugehörige Fach im intelligenten Kartenlager zusammen mit der Identitätsnummer automatisch gelesen und dann auf einem Personal Computer, einer LCD-Anzeige oder Ahnlichem angezeigt. Auch wenn sich die Prüfkarte wie gewünscht noch im Prober befindet, kann der Zählerstand und die ID-Nummer mit einem Handgerät ausgelesen werden und manuell oder per Fernübertragung in das intelligente Prüfkartenlager übertragen werden. Desweiteren könnte ein Warnsignal erzeugt werden, wenn die zulässige Einsatzzahl erreicht worden ist, die einen Austausch der Prüfkarte erforderlich macht. Sobald eine Prüfkarte in ein Fach im intelligenten Prüfkartenlager eingesteckt wird, lädt eine im Gehäuse 12 befindliche (nicht dargestellte) Stromladevorrichtung automatisch die auf der Prüfkarte befindliche wiederaufladbare Batterie.

Somit wird es ermöglicht das Alter einer Prüfkarte (P), bezogen auf die tatsächliche Einsatzhäufigkeit, zu ermitteln. Die Erfindung weist einen Sensor 2 zwischen einer Trägerkarte 1 und einem Kontaktnadelträger 8 auf, der die mechanische Belastung der Prüfkarte ohne zusätzliche Wechselwirkung zwischen Prüfkarte (P) und Prüfling 10 erfaßt, eine Speichereinheit, die die Signale des Sensors 2 speichert und aufsummiert und zusätzliche Informationen speichern kann, eine Stromquelle, die auf der Prüfkarte angeordnet ist und den Sensor 2 und die Speichereinheit mit Strom versorgt, sowie eine Auswerteelektronik, die die gespeicherten Werte auslesen und verarbeiten kann. Hat die Summe der Einsätze der Prüfkarte einen bestimmten vorgegebenen, empirisch ermittelten Wert erreicht, wird die Prüfkarte ausgetauscht oder überarbeitet. Damit ist es möglich, die Zuverlässigkeit der Messungen wesentlich zu erhöhen. Außerdem kann die Reservemenge von Ersatzprüfkarten auf ein Minimum reduziert werden, da die Einsatzdauer der Prüfkarten auch bei großen und unterschiedlichen Einsatzpausen kalkulierbar wird.

Claims (20)

1. Prüfkarte für integrierte Schaltkreise, mit einer mit einem Meßgerät elektrisch verbindbaren Trägerkarte, an der ein Halteelement befestigt ist, mit dem zumindest eine Kontaktnadel verbunden ist, deren dem integrierten Schaltkreis zugewandte Kontaktnadelspitze mit der jeweiligen Kontaktfläche (pad) des integrierten Schaltkreises in Kontakt bringbar ist und die elektrisch mit der Trägerkarte verbunden ist, gekennzeichnet durch einen Sensor (2), mit dem eine mechanische Belastung der Prüfkarte (P) erfaßbar sowie ein Signal als Funktion dieser Belastung erzeugbar ist, eine Speichereinheit zur Speicherung der Signale des Sensors (2) und/oder weiterer Informationen, und eine auf der Prüfkarte (P) angeordnete Stromquelle zur Versorgung des Sensors (2) und der Speichereinheit.

2. Prüfkarte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Sensor (2) zwischen der Trägerkarte (1) und der Kontaktnadel (4) plaziert ist.

3. Prüfkarte gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) ringförmig ausgebildet ist.

4. Prüfkarte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß drei oder mehr Sensoren (2) gleichmäßig am Umfang einer Kontaktnadelspinne, die aus mehreren in das Halteelement (8) eingebetteten Kontaktnadeln (4) besteht, verteilt angeordnet sind.

4. Prüfkarte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (2) zwischen der dem Prüfling zugewandten Seite der Trägerkarte (1) und dem die Kontaktnadeln (4) tragenden Halteelement (8) befestigt sind.

5. Prüfkarte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Beschleunigungssensor oder ein Kraftaufnehmer ist.

6. Prüfkarte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikroprozessor auf der Prüfkarte angeordnet ist, mit dem die gespeicherten Werte verarbeitet und neu abgespeichert werden können.

7. Prüfkarte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheit mit einer Identitätsnummer versehen ist.

8. Prüfkarte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheit ein E-EPROM- Element ist.

9. Prüfkarte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheit ein RAM- Baustein ist.

10. Prüfkarte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheit einen RAM- und einen ROM-Baustein aufweist, und in dem ROM-Baustein eine Identitätsnummer gespeichert ist.

11. Prüfkarte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Signale des Sensors (2) die Ansprechhäufigkeit gespeichert wird.

12. Prüfkarte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung eine Batterie ist.

13. Prüfkarte gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie wiederaufladbar ist.

14. Vorrichtung zur Auswertung der auf der Prüfkarte gespeicherten Daten gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mit der Prüfkarte elektrisch verbindbare Leseeinrichtung, mittels der die auf der Prüfkarte gespeicherten Daten gelesen werden können.

15. Vorrichtung zur Auswertung der auf der Prüfkarte gespeicherten Daten gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß diese in ein Handgerät mit Fernübertragung integrierbar ist.

16. Vorrichtung zur Auswertung der auf der Prüfkarte gespeicherten Daten gemäß Anspruch 14, gekennzeichnet, durch ein intelligentes Prüfkartenlager, in dem mehrere Prüfkarten lagerbar sind, wobei die auf den Prüfkarten gespeicherten Daten in der Leseeinrichtung automatisch lesbar sind.

17. Vorrichtung zur Auswertung der auf der Prüfkarte gespeicherten Daten gemäß Anspruch 16, gekennzeichnet, durch eine in dem intelligenten Prüfkartenlager vorgesehene Batterieladevorrichtung, die beim Einstecken der Prüfkarten deren wiederaufladbare Batterien automatisch auflädt.

18. Vorrichtung zur Auswertung der auf der Prüfkarte gespeicherten Daten gemäß den Ansprüchen 14 bis 17, gekennzeichnet durch eine Datenschnittstelle, über die die Daten an eine Datenverarbeitungsanlage weiterleitbar sind.

19. Vorrichtung zur Auswertung der auf der Prüfkarte gespeicherten Daten gemäß den Ansprüchen 14 bis 18 dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen des voreingestellten Zählwertes ein Warnsignal abgebbar ist.