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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein einen automatischen Tester bzw. ein automatisches Prüfgerät zum Prüfen von
Halbleiterbauelementen und insbesondere ein Prüfgerät für Halbleiter, das in der Lage
ist, eine relativ große
Anzahl von Halbleiterbauelementen gleichzeitig parallel zu prüfen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Halbleiterhersteller verwenden eine
Vielfalt verschiedener Verfahren bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen.
Eines der anspruchsvolleren Verfahren schließt die elektronische Prüfung jedes
einzelnen Chips nach vorbestimmten Kriterien ein. Zu diesen gehören im allgemeinen
die Stimulation von Eingangssignalen des Bauelements, um erwartete
Ausgangssignale zu erzeugen, und die Überwachung der tatsächlichen
Ausgangssignale, um zu bestätigen,
daß die
tatsächlichen
und die erwarteten Ausgangssignale übereinstimmen. Der Prüfablauf wird
häufig
zuerst auf der Halbleiterscheibenebene durchgeführt, um Bauelemente im Produktionsprozeß frühzeitig
auszusondern, und später
auf der Ebene des gekapselten Bauelements.
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Um das Prüfverfahren durchzuführen, verwenden
Halbleiterhersteller normalerweise hochentwickelte Maschinen, die
im allgemeinen als automatisches Prüfgerät (ATE) oder Tester bezeichnet
werden. Ein ATE, das für
eine Produktionsumgebung bestimmt ist, ist oftmals sehr kostenaufwendig,
so daß es
zu den Gesamtstückkosten
für jedes
Halbleiterbauelement beiträgt.
Halbleiterhersteller haben daher erkannt, daß das ATE zur Minimierung der
Stückkosten
des Bauelements und zur Erhaltung der Wettbewerbsfähigkeit
deutliche Kosteneinsparungen ermöglichen
muß, um
seinem hohen Kostenaufwand gerecht zu werden.
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Eine Möglichkeit, wie das ATE zu niedrigeren Herstellungskosten
beiträgt,
besteht darin, daß Gruppen
von zu prüfenden
Bauelementen (Prüflinge) gleichzeitig
parallel geprüft
werden. Dies erfolgt normalerweise bei Speicherbauelementen mit
einer relativ niedrigen Anschlußstiftanzahl
und verbessert den Bauelementdurchsatz dramatisch. Dadurch werden
die Stückkosten
konsequent reduziert. Herkömmliche
Parallelprüfgeräte weisen
normalerweise eine computergesteuerte Prüfsteuerungseinrichtung oder
eine Großcomputereinheit
auf, die über
ein ziemlich großes
Kabelbündel
mit einem getrennt angeordneten Prüfkopf gekoppelt ist. Das Kabelbündel weist
mehrerer hundert Signalkabel auf, die insgesamt in einer ersten
Rückwandplatinenanordnung enden.
Der Prüfkopf
weist im allgemeinen eine Vielzahl von Leiterplatten auf, die die
Anschlußstiftelektronik
aufnehmen, die notwendig ist, um eine elektronische Verbindung mit
den Anschlußstiften
jedes Prüflings
zu verbinden. Die Verbindungen von der Anschlußstiftelektronik werden zu
einer zweiten Rückwandplatinenanordnung
geführt
und über
einzelnen doppelseitige Pogo-Anschlußstifte weitergeführt, die
in einem Pogo- oder Prüfsondenring
installiert sind. Die zweite Rückwandplatinenanordnung
ist häufig
mit relativ langen Leiterbahnstrukturen versehen, die die Tendenz
haben, hochentwickelte und teure Widerstandssteuerungsprojekte zur
Optimierung der Signalqualität
zu erfordern. Schnittstellenprojekte wie die oben beschriebenen
sind in den US-Patenten 5546405 von Golla und 5907245 von Fredrickson
beschrieben.
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Eine der Beschränkungen bei der Anzahl von Prüflingen,
die zu einer gegebenen Zeit geprüft
werden können,
resultiert aus dem Aufbau des Prüfsondenrings.
Die Abmessungen des Prüfsondenrings sind
im allgemeinen abhängig
von der Größe einer Halbleiterscheibe
und der Nadelkarte, die mit der Halbleiterscheibe in Eingriff tritt.
Halbleiterscheiben haben häufig
einen Durchmesser von etwa 200 mm, was zur Weiterleitung der Signale
einen Durchmesser der Nadelkarte von 300 bis 350 mm erfordert. Die Halbleiterscheibe
wiederum weist insgesamt eine zweistellige Anzahl von Prüflingen
mit Kontaktpunkten auf, die für
Prüfsonden
mit feinen Spitzen zugänglich
sind. Jeder Signalweg durch das Prüfgerät, der einem Kontaktpunkt oder "Anschlußstift" des Prüflings entspricht,
muß im
allgemeinen eine Übertragungsleitung
von 50 Ohm aufweisen, um optimale Signalqualität zu erreichen. Dies erfordert
häufig, daß jeder
Prüfsondenringsignalweg
mit Masseleitungen umgeben sein muß.
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Herkömmliche Prüfgeräte, die sechzehn Speicherbauelemente
parallel prüfen,
wobei jedes etwa zweiunddreißig
Anschlußstifte
aufweist, erfordern im allgemeinen beispielsweise annähernd 512 Pogo-Signalanschlußstifte
im Prüfsondenring.
Um eine optimale Signalqualität
sicherzustellen, ist jeder Signalanschlußstift häufig von einer Vielzahl von
Pogo-Masseanschlußstiften
umgeben. Da die Anschlußstiftanzahl
des Bauelements und die Notwendigkeit für einen größeren Parallelismus jedoch
steigen, was immer mehr herkömmliche
Signal- und Pogo-Masseanschlußstifte
erfordert, die im endlichen Pogo-Ring positioniert sind, fängt die
Pogo-Stiftdichte an einer Stelle an, die 50-Ohm-Charakteristik für jeden
Signalweg zu verschlechtern.
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Die Halbleiterhersteller, die ein
komplexes ATE verwenden, haben auch Bedenken wegen der zu erwartenden
ununterbrochenen Betriebszeit, bevor das System eine "Pause" braucht. Normalerweise
als "mittlere Zeit
bis zum Ausfall" oder
MTBF bezeichnet, spielt dieser Parameter eine wichtige Rolle bei
der Bestimmung der Stückkosten.
Durch Maximierung der MTBF, können
mehr Prüflinge
in einer gegebenen Zeitperiode geprüft werden.
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Ein Problem, das bei herkömmlichen
Parallelprüfgeräten zur
Reduzierung der MTBF beiträgt,
ist eine Signalverschlechterung, die durch eine fehlerhafte Verbindung
auf einem Signalweg bewirkt wird. Wie bereits ausgeführt, verwenden
herkömmliche Parallelprüfgeräte, die
mit normalen Prüfköpfen arbeiten,
mehrere Rückwandplatinenanordnungen, was
zu einer relativ hohen Anzahl von Abschlüssen und Verbindungen für einzelne
Signalwege beiträgt. Im
allgemeinen gilt: Je mehr Abschlüsse
und Verbindungen für
einen gegebenen Leitungsweg vorhanden sind, um so höher ist
die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers auf diesem.
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Ein weiteres Problem, das bei herkömmlichen
Parallelprüfgeräten auftritt,
ist die schwierige Feldfehlersuche und Reparatur spezifischer Signalwege.
Die Zeit bis zur Reparatur eines Prüfgeräts wird häufig als die "mittlere Zeit bis
zur Reparatur" (MTTR)
bezeichnet und beeinflußt
die Stückkosten auf
die gleiche Weise wie die MTBF. Normalerweise werden Signalwegverbindungen über verschiedene Bereiche
im Kabelbündel,
in den entsprechenden Rückwandplatinenanordnungen
und dem Pogo-Ring mit wenig Rücksicht
auf eine schnelle Fehlersuche und Reparatur oder einen Austausch
geführt.
Dies führt
häufig
zu einer relativ langen MTTR bei einem Prüfgerät, wenn ein Problem bei einer
der Verbindungen auftritt.
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Was benötigt wird und bisher nicht
verfügbar war,
ist ein Halbleiterparallelprüfgerät, das in
der Lage ist, eine große
Anzahl von Prüflingen
parallel mit minimaler Beeinflussung der Signalqualität entlang
jedem Signalweg zu prüfen.
Außerdem
besteht eine Notwendigkeit für
ein solches Prüfgerät mit einer relativ
hohen MTBF und einer relativ niedrigen MTTR, um den Bauelementdurchsatz
zwecks entsprechender Reduzierungen der Stückkosten zu maximieren. Das
Halbleiterprüfgerät gemäß der vorliegenden
Erfindung erfüllt
diese Erfordernisse.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein Halbleiterparallelprüfgerät gemäß der vorliegenden
Erfindung weist die Fähigkeit
auf, Gruppen von Prüflingen
gleichzeitig zu prüfen,
ohne die Signalintegrität
für jeden
Prüfgerätsignalweg
zu beeinträchtigen.
Das Prüfgerät verbessert
auch die mittlere Zeit zwischen Ausfällen dadurch, daß die Komplexität der Signalverbindungen
minimiert wird. Ferner wird die mittlere Zeit bis zur Reparatur
dramatisch dadurch minimiert, daß viele Prüfgerätkomponenten modularisiert
sind.
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Um die oben beschriebenen Vorteile
zu realisieren, umfaßt
die Erfindung in einer Form ein Halbleiterprüfgerät zum Prüfen einer Vielzahl von Prüflingen,
die in einer Bestückungsvorrichtung
fest angeordnet sind, wobei das Prüfgerät eine Systemprüfeinrichtung
zur Auslösung
von Systemprüfsignalen
und eine Anschlußstiftelektronikanordnung
aufweist, die auf die Systemprüfsignale
anspricht, zur Erzeugung von Prüfmustersignalen
zum Anlegen an die Vielzahl von Prüflingen, wobei das Halbleiterprüfgerät gekennzeichnet
ist durch eine Signalschnittstelle, die geeignet ist zur Definition
einer Vielzahl von direkten Signalwegen, wenn das Prüfgerät mit der
Handhabungsvorrichtung gekoppelt ist, zwischen der Bestückungsvorrichtung
und der Anschlußstiftelektronikanordnung,
wobei die Signalschnittstelle aufweist: einen im wesentlichen kreisförmigen Prüfsondenring, der
mit einer Vielzahl von sich axial öffnenden Hohlräumen ausgebildet
ist, wobei die Hohlräume
in einer beabstandeten ringförmigen
Konfiguration angeordnet sind; und eine Vielzahl von modularen Kabelbaumanordnungen,
wobei jede aus der Vielzahl von modularen Kabelbaumanordnungen entsprechende proximale
und distale Enden aufweist, wobei das proximale Ende ein Pogo-Modul
zum Einschieben in einen aus der Vielzahl von sich axial öffnenden
Hohlräumen
aufweist und das distale Ende mindestens einen Verbinder aufweist,
der dazu dient, mit der Anschlußstiftelektronikanordnung
in Eingriff zu treten, wobei das Pogo-Modul mit einer Anordnung
von eng beabstandeten Durchgangsbohrungen ausgebildet ist, wobei
jede der Durchgangsbohrungen dafür
konfiguriert ist, eine Pogo-Anschlußstiftanordnung aufzunehmen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist die Pogo-Anschlußstiftanordnung zur hochdichten
Integration in einer Halbleiterprüfgerät-Prüfsondenschnittstelle ein Koaxialkabel
mit einem Mittelleiter und einem Schirm auf. Der Schirm endet an
einem distalen Ende, wobei der Mittelleiter axial aus dem distalen
Ende hervorsteht und eine distale Spitze bildet. Ein Pogo-Anschlußstift ist über eine Pogo-Buchse in einer eng
beabstandeten axialen Beziehung zur distalen Spitze befestigt. Ein
Widerstandskompensationselement ist mit dem Kabel und dem Pogo-Anschlußstift gekoppelt.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird mit Bezug auf
die folgende ausführlichere
Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen
besser verständlich,
die folgendes zeigen:
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1 ist
eine partielle Blockschaltbilddarstellung eines Halbleiterparallelprüfgeräts gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Draufsicht einer aufgeklappten Kartenrahmenanordnung, die in 1 gezeigt ist;
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3 ist
eine partielle Vorderansicht des Prüfgeräts in 1;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht des Prüfsondenrings, der in 2 gezeigt ist;
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5 ist
ein Blockschaltbild der Kabelbaumanordnung, die in 1 gezeigt ist;
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6 ist
eine vergrößerte Radialschnittansicht
des Pogo-Moduls, das in 1 gezeigt
ist; und
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7 ist
eine vergrößerte und
auseinandergezogene Axialschnittansicht der Pogo-Anschlußstiftanordnung, die in 6 gezeigt ist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wenn man nunmehr 1 betrachtet, so weist ein Halbleiterprüfgerät gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, das insgesamt mit 10 bezeichnet ist,
eine Systemsteuerungseinrichtung 12 und eine Anschlußstiftelektronik 20 auf,
die auf die Systemsteuerungseinrichtung anspricht, um Prüfsignale
zum Anlegen an eine Vielzahl von zu prüfenden Bauelementen (Prüflinge) 16 zu
erzeugen, die in einer Handhabungsvorrichtung 140 angeordnet
sind. Eine Signalschnittstelle 150 definiert eine Vielzahl
von direkten Signalwegen, um die Anschlußstiftelektronik mit der Handhabungsvorrichtung
zu koppeln, wobei die Dichte einer Vielzahl von Signalwegen maximiert
wird, die Anzahl der Verbindungen für jeden Signalweg minimiert
wird und die Zuverlässigkeit
des Prüfgeräts entsprechend
verbessert wird.
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Wenn man weiter 1 betrachtet, so ist das Prüfgerät 10 mit
der Systemsteuerungseinrichtung 12 und der zugeordneten
Anschlußstiftelektronik 20 in
einem selbsttragenden Rahmen (nicht dargestellt) angeordnet, der
eine integrierte Prüfzelle
bildet. Der integrierte Prüfzellenrahmen
minimiert die Reinraumfußstellfläche durch
eine relativ kleine Montagefläche.
Eine ausführlichere
Beschreibung des Rahmens findet sich in der gleichzeitig angemeldeten
US-Patentanmeldung 09/410857 mit dem Titel "Integrated Test Cell", die am 1. Oktober 1999 angemeldet
und auf den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen
ist.
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Die Systemsteuerungseinrichtung 12 umfaßt vorzugsweise
einen Computer, der auf der Windows-NT-Plattform beruht und beispielsweise
einen Pentium-Prozessor aufweist, der mit mehreren hundert MHz arbeitet.
Periphere Geräte,
z. B. einen Festplattenspeicher von 4 GB, einen RAM-Speicher von 64
MB und eine SVGA-Steuerungseinrichtung/Monitor vervollständigen den
Computer. Zur Prüfung
von Flash-Speichern
sind lokale Prozessoren 56 (2) in
der Anschlußstiftelektronik 20 angeordnet,
wie unten ausführlicher
erklärt
wird, um asynchrone Prüfsteuerungsmöglichkeiten
zwischen den Prüflingen 16 zu
ermöglichen.
Dies, verbessert den Durchsatz des Prüfgeräts wegen der einmaligen und
einigermaßen
unvorhersehbaren elektrischen Charakteristik der Flash-Speicherbauelemente
wesentlich.
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Wenn man nunmehr 1, 2 und 3 betrachtet, so umfaßt die Anschlußstiftelektronik 20 (1) eine Vielzahl von modularisierten
Kartenanordnungen 30, die in einem Paar von gegenüber angeordneten
Kartenrahmen 24 und 26 (3) angeordnet sind. Außer daß sechzehn
Leiterplattenanordnungen aufgenommnen werden, weist jeder Kartenkäfig vorzugsweise
fünf Gleichstrommodule 28 (3), ein Leistungssteuerungsmodul
(nicht dargestellt), eine Kalibrierleiterplatte (nicht dargestellt)
und eine Rückwandplatinenanordnung 29 auf.
Die Rückwandplatinenanordnung
unterscheidet sich insofern ein wenig von einer herkömmlichen
Rückwandplatinenanordnung,
als relativ kurze Signalleiterbahnen (nicht dargestellt) verwendet
werden, um unerwünschte
Widerstandsprobleme zu minimieren.
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Wegen des hochentwickelten Schaltungsaufbaus,
der notwendig ist, um jeden Prüfling
und insbesondere Flash-Speicherbauelemente zu prüfen, haben die Erfinder festgestellt,
daß die
Integration und Verknüpfung
kleiner Leiterplatten miteinander zur Bildung der Anschlußstiftelektronik
gegenüber der
Herstellung großer
integrierter Leiterplatten deutliche Herstellungsvorteile für die Prüfgerätevertreiber bieten.
Die Vorteile sind u. a. die verbesserten Kartenausbeutequoten bei
der Leiterplattenproduktion, die sich aus kleineren Anordnungen
ergeben, wobei Fehler, die auf Lötverbindungen
und dgl. zurückzuführen sind,
möglicherweise
die gesamte Karte unbrauchbar machen können. Durch Trennung jeder Kartenanordnung
in kleinere Einheiten geht bei einem irreparablen Fehler nur eine
relativ kleine Karte anstatt einer größeren und teureren integrierten
Karte aus der Produktion verloren.
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Wenn man weiter 2 betrachtet, so weist jede Kanalkartenanordnung 30 einen
starren metallischen Leiterplattenrahmen auf, der in entsprechende Teile 32 und 34 geteilt
ist. Die Rahmenteile sind jeweils mit T-förmigen Rändern ausgebildet, die die Ränder der
jeweiligen Kanalkarten 40 und 42 sandwichartig
einschließen.
Ein Paar Gelenke 44 und 46, die eine Gelenkanordnung
bilden, verbinden die hinteren Ränder 48 und 50 beider
Rahmenteile, um einen Klapprücken
zu bilden. Die Gelenkanordnung ermöglicht es, daß sich die
Rahmenteile, wenn sie in die Rückwandplatinenanordnung 29 eingesteckt sind,
im wesentlichen um 180° aufgeklappt
sind. Vollständig
montiert sind die bevorzugten Abmessungen der Leiterplattenrahmen
annähernd
20 × 20
Zoll.
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Bei Flash-Speicherprüfanwendungen
umfassen die beiden Kanalkarten 40 und 42 in der
Kanalkartenanordnung 30 vorzugsweise entsprechende Kopien
einer Kanalkarte mit zweiunddreißig Kanälen (insgesamt vierundsechzig
Kanäle).
Jede Kanalkarte ist so ausgebildet wie die, die in dem Prüfgerät Teradyne
Modell J750 Integra verwendet werden, hergestellt von Teradyne Inc.,
Boston, Mass. Ein Präzisionskraftmeßinstrument
(PMU) (nicht dargestellt) ist auf den Kanalkarten angeordnet.
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Gegenüber den Kanalkarten 40 und 42 in
jeder Leiterplattenordnung 30 ist eine dritte Leiterplatte 52 angeordnet.
Die dritte Leiterplatte umfaßt
vorzugsweise eine Speicherprüfmodulanordnung,
die mit einem arithmetischen Mustergenerator (APG) 54 und
einer Stationssteuerungseinrichtung oder einem lokalen Prozessor 56 zur
asynchronen Steuerung eines bestimmten Prüflings in Bezug auf die anderen gleichzeitig
geprüften
Prüflinge 16 konfiguriert
ist. Zusätzlich
sind Module für
eine entsprechende Spannungsquelle (VS) 53, ein Fehlererfassungs-RAM (ECR) 55,
ein Datenpufferspeicher (DBM) 57 und eine Prüfling-Stromversorgung
(DPS) 59 auf der Leiterplattenanordnung 30 angeordnet.
Die Kanalkarten 40 und 42 und das Speicherprüfmodul 52 sind
mit einer Serie von flexiblen Bandkabeln 58 verbunden und
zusätzlich
mit der Rückwandplatinenanordnung 29 gekoppelt
(1). Unter dem Modularitätsaspekt der
vorliegenden Erfindung weist jede Leiterplattenrahmenanordnung im
wesentlichen ausreichende Prüfbetriebsmittel
auf, die notwendig sind, um einen Prüfling 16 zu prüfen. Um
zweiunddreißig
Prüflinge parallel
zu prüfen,
werden daher insgesamt zweiunddreißig Leiterplattenrahmenanordnungen
in zwei Kartenkäfigen 24 und 26 implementiert.
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Die Kalibrierkarte (nicht dargestellt)
wird in die Rückwandplatinenanordnung 29 für jeden
Kartenkäfig 24 neben
den Leiterplattenanordnungen 30 eingesteckt und weist eine
Systemquarzuhr (nicht dargestellt) und eine Lastkarten-ID-Kommunikationsvorrichtung
(nicht dargestellt) auf. Eine Vielzahl von Taktkalibrierhaupttreiber/Vergleichsschaltungen (nicht
dargestellt) sind auch vorgesehen.
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Wenn wir nunmehr 1, 3 und 5 betrachten, so ergibt sich
die Möglichkeit
zur Minimierung der Leiterbahnen der Rückwandplatinenanordnung aus
der Implementierung einer Vielzahl von modularen Kabelbaumanordnungen 70,
die die Signalwege von der Anschlußstiftelektronik 20 zu
einem Prüfsondenring 60 bestimmen.
Dadurch ergibt sich auch ein kompakter Mechanismus für eine organisierte
Verteilung von Prüfgerätesignalen.
Der Prüfsondenring und
die Kabelbaumanordnungen umfassen gemeinsam die Signalschnittstelle 150 (1).
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Mit besonderem Bezug auf 4 umfaßt der Prüfsondenring 60 ein
im wesentlichen kreisförmiges Aluminiumgehäuse mit
einem radial vorstehenden Umfangsflansch 62. Eine Vielzahl
von offenen Hohlräumen 64 ist
in einer ringförmigen
Konfiguration in dem Ring zur Aufnahme entsprechender Pogo-Module 80 ausgebildet
(6). Zwei zusätzliche
in den Abmessungen reduzierte Hohlräume 66 sind auf gegenüberliegenden
Seiten des Prüfsondenrings
zur Aufnahme entsprechender Kalibriermodule (nicht dargestellt)
ausgebildet. Vorzugsweise hat das Gehäuse einen Durchmesser von annähernd 14
Zoll und eine Dicke von 3 Zoll, wobei insgesamt zehn Hohlräume vorhanden
sind. Eine in der Mitte angeordnete rechteckige Öffnung 68 ist im Ring
ausgebildet, um eine Passung für
eine Gelenkverbindung mit einem selbstausrichtenden Mechanismus
(nicht dargestellt) zu bilden. Eine ausführlichere Beschreibung des
selbstausrichtenden Mechanismus findet sich in der oben als Dokument
zitierten, gleichzeitig angemeldeten US-Patentanmeldung 09/410857
mit dem Titel "Integrated
Test Cell".
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Wenn wir nunmehr 2, 5 und 6 betrachten, so koppeln
die Kabelbaumanordnungen 70 auf praktische Weise die Anschlußstiftelektronik 20 (1) mit dem Prüfsondenring 60 (4), und zwar derartig, daß eine schnelle
Fehlersuche und eine effektive Reparatur vor Ort an spezifischen
Signalwegen oder Kanälen
bietet. Mit besonderem Bezug auf 5 weist
jede Kabelbaumanordnung ein Kabelbündel 65 aus Signal-
und Stromversorgungskabeln auf, die insgesamt proximal in einem
Pogo-Modul 80 enden. Das Bündel weist eine Vielzahl von
Zweigbündeln 69, 71, 73, 75 und 77 auf,
die entsprechende HDM-Verbinder
(metrischer Verbinder hoher Dichte) 81, 83, 85, 87 und 89 zum
Koppeln mit entsprechenden ersten bis vierten Leiterplattenrahmenanordnung 72, 74, 76, 78 (1) und einer Prüfling-Stromversorgungskarte
(nicht dargestellt) aufweisen. Jeder Kabelbaum unterstützt auf
praktische Weise die Prüfung
der vier Prüflingen
und ist leicht zu warten und auszutauschen.
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Mit besonderem Bezug nunmehr auf 6 umfaßt das Pogo-Modul 80 ein
Aluminiumgehäuse, das
mit einem oberen Montageflansch 84 ausgebildet ist, der
von einer vieleckigen Wand 86 nach außen vorsteht. Die Wand ist
mit einem zylindrischen Eingriffskoppelglied 88 mit einer
hochdichten Anordnung von eng beabstandeten Durchgangsbohrungen 90 einstückig und
umgibt dieses. Die Durchgangsbohrungen sind so konfiguriert, daß sie annähernd neunzig
Pogo-Signalanschlußstiftanordnungen 110 mit
entsprechenden Pogo-Signalanschlußstifts 130 aufnehmen
können.
Zwischen den Durchgangsbohrungen in einer hochdichten Anordnung
von sich nach unten öffnenden
Blindbohrungen 92 zur Aufnahme von Pogo-Masseanschlußstiften 94 angeordnet.
Jeder Pogo-Signalanschlußstift
ist im wesentlichen von einer Gruppe von Pogo-Masseanschlußstiften
umgeben, um eine im wesentlichen ideale Übertragungsleitungsumgebung
von 50 Ohm für
optimale Signalqualität
beizubehalten.
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Konzentrisch um die Eingriffsfläche 88 des Pogo-Moduls 80 angeordnet
ist eine vieleckiger Pogo-Anschlußstiftschutzeinrichtung 96,
der mit einer Vielzahl von Federsitzen 98 ausgebildet ist.
Diese Sitze sind so konstruiert, daß sie mit gegenüberliegenden ähnlich ausgebildeten
Bohrungen 102, die in der vieleckigen Wand 86 angeordnet
sind, ausrichten und mit diesen zusammenzuwirken, um entsprechende
Federn 106 aufzunehmen. Ein sich selbst ausrichtender Sicherungsring
(nicht dargestellt) hält die
Pogo-Anschlußstiftschutzeinrichtung
am Pogo-Mudul 80 fest.
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Die Kalibriermodule (nicht dargestellt)
sind im wesentlichen wie die Pogomodule 80 ausgebildet, allerdings
mit reduzierten Abmessungen entsprechend der reduzierten Anzahl
von Verbindungen, die zwischen den Kalibrierkarten (nicht dargestellt)
und dem Prüfsondenring 60 erforderlich
sind.
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Wenn wir nunmehr 7 betrachten,
so weist jede Pogo-Signalanschlußstiftanordnung 110 ein
RG-Koaxialkabel hoher Frequenztreue mit einem Schirmleiter 112 und
einem Mittelleiter 114 auf. Jedes Kabel ist zur Bündelung
in einer Kabelbaumanordnung 70 annähernd 37 Zoll lang, wie bereits
oben beschrieben. Der Mittelleiter jedes Kabels endet in einem gequetschten
Abschnitt 117 einer metallischen Pogo-Buchse 118,
die von Rika Denshi in Tokio, Japan vertrieben wird. Der gequetschte
Anschluß zwischen
dem Mittelleiter und dem Pogo-Anschlußstift läßt einen gasdichten Hohlraum 119 entstehen.
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Eines der mehreren bedeutenden Merkmale der
vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer Isolatoranordnung 120,
die den Mittelleiter 114 und den gequetschten Abschnitt 117 umgibt,
um Widerstandsfehlanpassung zu kompensieren, die durch Pogo-Komponentenverbindungen,
Anschlüsse
und dgl. bewirkt wird. Die Kompensation ungünstiger Auswirkungen auf die Übertragungsleitungswiderstand
von 50 Ohm ist insbesondere wichtig, um die optimale Signalqualität für jeden
Signalweg durch den dichtgepackten Prüfsondenring sicherzustellen.
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Die Isolatoranordnung 120 weist
einen ersten zylindrischen Isolator 122 auf, der so ausgebildet ist,
daß er
einen Abschnitt des Mittelleiters 114 vollständig umgibt
und an eine Massehülse 124 angrenzt,
die Massehülse
ist mit dem Schirm verlötet und
paßt genau
in eine Durchgangsbohrung 90, um eine Erdleitung zwischen dem Schirm
und dem Pogo-Modul 80 herzustellen. Ein zweiter Isolator 126 ist neben
dem ersten Isolator angeordnet und mit einer C-förmigen Konfiguration und einem
distalen Kegeleinsatz 128 ausgebildet, um mit dem gequetschten Abschnitt 117 der
Pogo-Buchse 118 komplementär in Eingriff zu treten. Ein
Pogo-Signalanschlußstift 130, der
auch von Rika Denshi vertrieben wird, sitzt in der Pogo-Buchse und weist
eine Buchsenspitze 132 auf, die dazu dient, mit einem Nadelkartenkontakt
in Verbindung zu treten (nicht dargestellt).
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Die Anordnungen der Pogo-Signal-
und Masseanschlußstifte 130 und 94,
die in jedem der Pogo-Module 80 angeordnet
sind, treten mit einer Nadelkarte 134 (6) auf der Bestückungsvorrichtung 140 in
Eingriff, die zum Zwecke der Prüfung
auf der Halbleiterscheibenebene vorzugsweise eine Prüfsonde (1 und 2) umfaßt. Die Nadelkarte hat einen
Durchmesser von 300 bis 350 mm, um 2048 Signalkanäle zu unterstützen, und
weist Kontakte (nicht dargestellt) auf, die mit den Anschlußstifts
von einem bis zweiunddreißig
Prüflingen
gekoppelt sind, was ein relativ hohes Niveau an Parallelisums darstellt,
um den Durchsatz des Prüfgeräts zu maximieren.
Eine bevorzugte Prüfsonde
ist die Prüfsonde TEL
Modell P8XL, der von Tokyo Electron Ltd. in Tokio Japan hergestellt
wird.
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Als Alternative umfaßt die Bestückungsvorrichtung 140 einen
Bestücker
(nicht dargestellt), z. B. den Bestücker Modell Galileo, der von
Kinetrix, Inc. in Bedford, New Hampshire vertrieben wird. Wie dem Fachmann
bekannt, haben die Bestücker
die Fähigkeit
zum Prüfen
von gekapselten Bauelementen, die auf Lastkarten (nicht dargestellt)
angeordnet sind und die mit dem Prüfsondenring verbunden sind.
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Vor Betriebsbeginn installiert der
Halbleiterhersteller eine Halbleiterscheibe (nicht dargestellt), die
aus bis zu mehreren hundert Bauelementen besteht, in der Prüfsonde 140 und
ordnet darüber
die Nadelkarte 134 fest an. Die Nadelkarte weist im allgemeinen
einen Eingriffsmechanismus auf, der die einzelnen "Anschlußstifte" jedes Bauelements
berührt,
um eine nachfolgende Kopplung mit dem Prüfsondenring 60 über die
Pogo-Signal- und Masseanschlußstifts 130 und 94 zu
ermöglichen.
Eines der einzigartigen Merkmale der bevorzugten Prüfsonde ist
ein schneller Wechselmechanismus (nicht dargestellt), der für den Austausch
von Halbleiterscheiben oder Nadelkarte sorgt, ohne daß die Prüfsonde 140 vom
Prüfgerät 10 abgekoppelt
werden muß.
Die Prüfsonde
und das Prüfgerät bilden
gemeinsam ein Prüfsystem 200.
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Während
des Betriebs stellt die Systemsteuerungseinrichtung 12 des
Prüfgeräts 10 eine
bequeme Bedienerschnittstelle für
einen Anwender bereit, um den Fortschritt und die Ergebnisse der
Parallelprüfungen
zu überwachen.
Bei Flash-Speicherprüfungen
wird jeder Prüfling 16 einer
Vielzahl von Prüfungen
unterzogen, die den funktionellen Betrieb des Bauelements entsprechend
den Herstellungsvorgaben überprüfen. Um
Klarheit beim Betrieb des Prüfsystems
zu erreichen, wird nachstehend die Signalleitweglenkung während der
Prüfung
bei einem einzelnen Prüfling
beschrieben.
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Die Prüfung setzt im allgemeinen die
Erzeugung von Mustersignalen durch jeden APG 54 entsprechend
der Software voraus, die von jedem lokalen Prozessor 56 ausgeführt wird.
Die Signale werden durch Kanalkarten 40 und 42 verteilt
und bilden einzelne Kanäle
oder Signalwege entsprechend den gesonderten Anschlußstiften
des Prüflings.
Signale, die sich entlang der Kanäle ausbreiten, die einem einzelnen
Bauelement zugeordnet sind, werden von den Kanalkarten zur Rückwandplatinenanordnung 29 geleitet
und danach durch einen entsprechenden HDM-Verbinder zu den gesonderten
Koaxialkabeln übertragen,
die einen Zweigabschnitt einer Kabelbaumanordnung 70 umfassen.
Sowie die Signale das Pogo-Modul hoher Dichte 80 erreichen
und sich entlang der Mittelleiter/Pogo-Anschlußstift-Verbindung ausbreiten,
tritt eine geringfügige
Verschlechterung der Übertragungsleitungswiderstand
von 50 Ohm am proximalen Ende der Massehülse 90 ein. Die Verschlechterung
wird unmittelbar kompensiert durch einen umgekehrten Effekt, der
von der Isolatoranordnung 120 erzeugt wird. Außerdem bewirkt der
gequetschte Abschnitt 117 der Pogo-Buchse, daß eine zusätzliche
Widerstandsanpassung vorhanden ist, die durch die Wirkungen des
C-förmigen zweiten
Isolators 126 bequem kompensiert wird.
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Die sich ausbreitenden Signale laufen
dann entlang der entsprechenden Pogo-Signalanschlußstifte
mit einer relativ hochqualitativen Impulsform, die durch die um
jeden Signalweg herum angeordneten Pogo-Masseanschlußstifte 94 ermöglicht wird. Die
Signale werden dann entlang der Nadelkarte 134 geleitet
und entlang feiner elektrischer Prüfsonden (nicht dargestellt)
weitergegeben, die mit der Halbleiterscheibe (nicht dargestellt)
und mit einem bestimmten, in Betracht kommenden Prüfling 16 in
Eingriff treten. In Abhängigkeit
von der verwendeten Prüfung können die
Signale unter spezifischen Adressen im Prüfling geschrieben werden und
danach zum Vergleich mit erwarteten Werten gelesen werden.
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Der Fachmann wird die vielen Vorteile
und Vorzüge
anerkennen, die die vorliegende Erfindung bietet. Beispielsweise
ist die Implementierung des Prüfgeräts gemäß der vorliegenden
Erfindung wegen der direkten Signalverbindungen von der Rückwandplatinenanordnung 29 zur
Signalschnittstelle 150 in einer Produktionsumgebung besonders
vorteilhaft. Die Erfinder haben festgestellt, daß dies bei dem Prüfgerät wesentlich
die "mittlere Zeit
bis zum Ausfall" (MTBF)
erhöht,
was demzufolge zu niedrigeren Gesamtkosten beiträgt.
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Gelegentlich muß jedoch ein abweichender Kanal
oder Signalweg repariert oder ersetzt werden. In dieser Hinsicht
stellt der modulare Aufbau gemäß der vorliegenden
Erfindung eine schnelle Fehlersuchmöglichkeit bereit, um ganze
Signalwege zu lokalisieren, wodurch die Zeit reduziert wird, die
bei der Isolierung eines potentiellen Problems erforderlich ist.
Was noch wichtiger ist, die Modularität gemäß der Erfindung ermöglicht einen
effizienten und einfachen Austausch einer Kanalkartenanordnung 30 oder
einer Kabelbaumanordnung 70 oder sogar einer Pogo-Anschlußstiftanordnung 110 mit
minimalem Aufwand und minimaler Ausfallzeit. Dadurch wird bei dem
Prüfgerät der Parameter "mittlere Zeit für Reparaturen" (MTFR) minimiert,
der auch im wesentlichen zu niedrigeren Gesamthalbleiterproduktionskosten beiträgt.
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Die Signalschnittstelle gemäß der vorliegenden
Erfindung bietet außerdem
auch eine Möglichkeit
zur Durchführung
einer Parallelprüfung
ziemlich großen
Umfangs mit herkömmlich
bemessenen Halbleiterscheiben und Lastkarten, ohne durch den Prüfsondenring
Signalintegrität
zu opfern. Dies wird durch die Implementierung der einzigartigen
Pogo-Anschlußstiftanordnung
erreicht, die bei Übertragungsleitungsverschlechterungen
Widerstandskompensation ermöglicht.
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Obwohl die Erfindung insbesondere
mit Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und
beschrieben ist, wird der Fachmann verstehen, daß verschiedene Änderungen
in Form und Detail an ihr möglich
sind, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.
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Während
die Modulbeschreibung, die hier ausgeführt ist, beispielsweise eine
zweckgebundene Kartenanordnung und ein Pogo-Mudul pro geprüften Prüfling aufweisen,
versteht es sich, daß die
vorliegende Erfindung auch verwendet werden kann, um mehrere Kopien
von Prüflingen
mit relativ kleinen Anschlußstiftanzahlen
zu prüfen.
Unter eben diesem Aspekt können
Prüflinge
mit einer relativ hohen Anschlußstiftanzahl
(beispielsweise mehr als vierundsechzig Kanäle) geprüft werden, indem mehr als eine Karte
mit vierundsechzig Kanälen
kombiniert werden.
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Obwohl der Parallelismusaspekt gemäß der vorliegenden
Erfindung in erster Linie mit Bezug auf die Prüfsondenprüfung auf der Halbleiterscheibenebene
beschrieben worden ist, ist die Erfindung auch auf Bauelemente im
gekapselten Zustand anwendbar, die von einem Bestücker gehandhabt
werden und die über
eine Lastkarte und nicht über
eine Nadelkarte verbunden werden. Folglich wird der Begriff Bestückungsvorrichtung
erfindungsgemäß im breiten Sinne
verwendet, um entweder die Verwendung eines Bestückers oder einer Prüfsonde zu
bezeichnen.