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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Kombination einer oberen Platte und einer
unteren Platte, die Teststifte mit kleinem Durchmesser in Halbleitertestgeräten, wie
einer vertikalen Stift-Prüfvorrichtung,
führt.
Noch genauer haben die obere Platte und die untere Platte einen
mit einer Öffnung
versehenen Rahmenbereich, der durch Laminieren einer Vielzahl von
relativ dünnen
metallischen Schichten einer Legierung mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten
(CTE) gebildet worden ist. Ein Keramikeinsatz mit einem geringen
CTE, der eine Anordnung von Löchern
hat, versiegelt die Öffnung
und führt
die Teststifte von kleinem Durchmesser.
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Beschreibung
des in Beziehung genommenen Standes der Technik
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Die
Herstellung von integrierten Schaltungen ist zu einem Punkt fortgeschritten,
an dem eine Größenordnung
von Hunderten von einzelnen integrierten Schaltungs-(IC)Chips durch
Fotolithografie auf einem einzigen, relativ großen Siliciumwafer von einem
Durchmesser in der Größenordnung
von 20,3 cm (8 Inch) gebildet werden. Nach der Herstellung und dem
Test werden die einzelnen Chips zum Zusammenbau in individuelle
Bauelemente vereinzelt. Weil es einfacher ist, die relativ großen Siliciumwafer zu
handhaben, wird ein Test der Funktionalität der Chips vorzugsweise vor
der Vereinzelung durchgeführt.
Eine Anzahl von Testvorrichtungen ist verfügbar, um die Chips auf dem
Wafer zu testen. Integrierte Schaltungen werden in ihrem Waferzustand
unter Verwendung von Prüfvorrichtungen
getestet, deren Prüfspitzen
traditionell von einseitig eingespanntem oder vertikalem Aufbau
sind. In einem bekannten Typ einer vertikalen Stift-Prüfvorrichtung
werden die Prüfstifte
zwischen beabstandeten oberen und unteren Platten gehalten, und
sie sind generell gekrümmt
mit einem geraden Bereich, der im Wesentlichen rechtwinklig durch
die untere Platte des Gehäuses
hervorsteht. Wenn der zu testende Wafer in einen Kontakt mit der
Prüfvorrichtung
angehoben wird und dann um wenige Tausendstel eines Inchs überhöht wird,
treten die Prüfstifte
in das Gehäuse
zurück
und der gekrümmte
Bereich des Prüfstifts
verbiegt sich, wodurch eine Federkraft ausgeübt wird, was einen guten elektrischen
Kontakt mit den Anschlussflächen der
integrierten Schaltung bereitstellt.
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Traditionell
wird das Gehäuse,
das die Prüfstifte
führt,
aus einem dielektrischen Material hergestellt, oft ein Kunststoff,
wie beispielsweise Delrin®, Marke von E.I. duPont
de Nemours & Co,
Wilmington, DE. Eine Anzahl von IC-Testprotokollen umfassen das
Testen der Chipfunktionalität
bei zwei oder mehr unterschiedlichen Temperaturen, z. B. 0°C und 135°C (32°F und 275°F). Das Kunststoff-Prüfstift-Gehäuse des
Standes der Technik expandiert mit einer signifikant höheren Wärmeausdehnungsrate
als diejenige des Silicium-Basismaterials des zu testenden IC Wafers.
Die Expansionsdifferenz verursacht einen Versatz der Prüfstiftpositionen
und der IC Anschlussflächenpositionen,
ein Zustand der nicht nur zu einem Misslingen des Herstellens eines
zufriedenstellenden elektrischen Kontakts führt, sondern auch zu einer schweren
Beschädigung
des ICs aufgrund des Eindringens der Prüfstifte in der Schaltungsregion
des ICs führt.
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Eine
Lösung
dieses Problems ist es, die Raumtemperatur-Abstandsabmessungen der
Prüfstifte
in dem Gehäuse
abstandsmäßig auszugleichen,
sodass es bei der spezifizierten Testtemperatur expandiert wird,
um eine nahezu exakte Übereinstimmung
der Prüfstift-
und Anschlussstellen-Positionen bereitzustellen. Außer für Temperaturen
innerhalb eines begrenzten Bereichs bedingt diese Option separate
Prüfvorrichtungen
für jede
spezifische Temperatur und erhöht
somit die finanzielle Investition des Anwenders in Prüfvorrichtungen
bedeutend.
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Eine
andere Lösung
wäre es,
einen Kunststoff oder ein anderes geeignetes Dielektrikum zu finden,
das mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des
Siliciumwafers übereinstimmt.
Zurzeit haben jedoch die geeignetsten Wahlmöglichkeiten von dielektrischen
Materialen viel höhere
Ausdehnungsraten als Silicium. Kunststoffe haben generell eine begrenzte
Tauglichkeit für
hohe Temperaturen, wodurch ihr Einsatz für ein Hochtemperatur-Prüfen von
ICs verhindert wird.
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Das
US-Patent Nr. 6,163,162 mit dem Titel "Temperature Compensated Vertical Pin
Probing Device" offenbart
es, den Bereich des Gehäuses,
der die Prüfstifte
führt,
aus einem Metall mit einem niedrigen CTE, Invar, zu bilden. Invar
ist eine Marke von Imphy, S. A. Invar ist eine Legierung mit einer
nominellen Zusammensetzung, nach Gewicht, von 36% Nickel und 64%
Eisen und hat einen CTE, der dem von Silicium etwa gleich ist.
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Invar
ist elektrisch leitend. Um zu vermeiden, dass das Gehäuse die
Prüfstifte
elektrisch kurzschließt,
offenbart es das Patent, die Prüfstift-führenden
Aussparungen mit einem Dielektrikum, beispielsweise einem Polymer
oder einer Keramik zu beschichten. Das Dielektrikum kann in den
Aussparungen entweder als eine Beschichtung oder als ein Einsatz
angeordnet werden. Ein offenbartes Polymer ist Vespel®, eine
Marke von DuPont. Eine offenbarte Keramik ist Macor®, eine
Marke von Corning Glass Works, Corning, NY. Wenn das Dielektrikum
eine Keramik ist, wird typischerweise eine Antihaftbeschichtung
auf die Keramik aufgebracht. Es ist offenbart, dass eine geeignete
Antihaftbeschichtung XYLAN® ist, die durch die Whitford
Corporation hergestellt wird.
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Die
US 5,977,787 offenbart eine
Multichip-Prüfstiftbaueinheit,
die zum Wafertesten über
einen großen
Temperaturbereich geeignet ist und die eine Vielzahl von einzelnen "buckling beam" Prüfstiftelemeten
beinhaltet.
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Das
US-Patent Nummer 6,297,657 mit dem Titel "Temperature Compensated Vertical Probing Device" offenbart, dass,
an Stelle dass das Plattengehäuse
ein bearbeiteter Block aus Invar ist, viele Schichten von Invarfolie
mit einem Klebstoff beschichtet werden und miteinander laminiert
werden, um das Plattengehäuse
zu bilden. Dieser Aufbau ist ebenfalls elektrisch leitfähig und
bedingt, dass die Prüfstift-Führungsaussparungen
mit einem geeigneten Dielektrikum beschichtet werden.
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Der
Abstand zwischen Schaltungsbahnen auf den zu testenden Chips ist
in der Größenordnung von
wenigen Mikrometern. Als ein Ergebnis hat die Prüfkopfbaueinheit sehr enge Toleranzen.
Der Rahmen muss extrem flach und genau bearbeitet sein. Es hat sich
gezeigt, dass dies für
große
Invar-Rahmen mit einer Dicke in der Größenordnung von 2,54 mm (0,1
Inch) mühsam
ist, die weiter bearbeitete Aussparungen mit einer Tiefe in der
Größenordnung von
2,25 mm (0,09 Inch) beinhalten, um so 4000 Prüfstifte mit einem Abstand von
0,15 mm (0,006 Inch) zu halten. Zusätzlich zu der Zeit und dem
Aufwand, der mit komplexen traditio nellen Bearbeitungsverfahren
verbunden ist, führt
das Entfernen von großen
Mengen von Metall entlang eines dünnen Rahmens dazu, dass der
Rahmen beansprucht und deformiert wird, was zu hohen Ausschussraten
für das fertiggestellte
bearbeitete Teil führt.
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Es
besteht daher ein Bedürfnis
für ein
relativ kostengünstiges
Verfahren zum Herstellen von Prüfstift-Kartenrahmen,
das durch Präzisionsformgebung,
eine niedrige Ausschussrate und ein grundlegendes Fehlen von internen
Spannungen gekennzeichnet ist, die durch die Bearbeitung mitgegeben worden
sind.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
oben dargestellten Aufgaben, Merkmale und Erfindungen werden aus
der folgenden Beschreibung und den folgenden Zeichnungen deutlicher.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Schnittansicht einer vertikalen Stift-Prüfvorrichtung, wie sie aus dem
Stand der Technik bekannt ist.
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2 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
eines Plattenbereichs der vertikalen Stift-Prüfvorrichtung aus 1.
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3 ist
eine Draufsicht von oben auf eine Platte der Erfindung für die Verwendung
in einer vertikalen Stift-Prüfvorrichtung.
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4 ist
eine Schnittansicht der Platte aus 3.
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5 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
eines Bereichs der Platte aus 3.
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6 ist
eine Draufsicht von oben auf eine Platte gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel
der Erfindung zur Verwendung in einer vertikalen Stift-Prüfvorrichtung.
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7 ist
eine Schnittansicht der Platte aus 6.
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8 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
eines Bereichs der Platte aus 6.
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9 ist
eine schematische Darstellung, wie ein Metallstreifen während des
Walzens eine anisotropische Korn-Struktur erhält, wie es aus dem Stand der
Technik bekannt ist.
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10 ist
eine perspektivische Ansicht der Platten-Laminierungsschichten,
die gemäß der Korn-Struktur
ausgerichtet sind, gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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11 zeigt
in einem Blockdiagramm ein Verfahren zum Herstellen eines Plattenrahmens
für die
Verwendung mit der Platte aus 6.
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Detaillierte
Beschreibung
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Die 1 und 2 zeigen
eine vertikale Stift-Prüfvorrichtung
die mit einer Verbindungseinrichtung, die Abstandswandler (space
transformer) genannt wird, und einer Leiterplatte (printed circuit board)
verwendet wird, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Mit Bezug auf 1 beinhaltet eine Test-Leiterplatte 10,
die manchmal Prüfkarte (probe
card) genannt wird, leitende Bahnen 12, die in einer Testschaltungsbeziehung
mit Testausstattung für
integrierte Schaltungen (nicht gezeigt) verbunden sind. In der Praxis
führen
die Bahnen 12 zu "pogo pads" auf der Leiterplatte,
mit denen die externen Testgeräte-Leitungen
in einem vorgeschriebenen Test verbunden sind. Eine integrierte
Schaltung 14 oder ein anderes zu testendes Bauteil wird
auf einer beweglichen Spannvorrichtung (chuck) 16 abgestützt. Die
integrierte Schaltung 14 hat typischerweise ein Muster
oder eine Matrix von Kontaktanschlüssen, die durch eine Vertikalstift-integrierte
Schaltungs-Prüfkopf-Baueinheit 18 gleichzeitig
geprüft werden,
wie beispielsweise der COBRA®-Prüfkopf, der durch Wentworth
Laboratories aus Brookfield, CT verkauft wird. Typischerweise wird
der IC ein Chip einer großen
Anzahl von Chips sein, der Schaltungsmerkmale hat, die durch Fotolithografie
auf einem Silicium- oder Galliumarsenidwafer gebildet worden sind.
Nach dem Test werden die Chips getrennt, was manchmal als Vereinzelung
bezeichnet wird. Die Prüfkopfbaueinheit 18 beinhaltet
eine erste Platte 20 mit einer Anordnung von ersten Löchern und
eine zweite Platte 22 mit einer Anordnung von zweiten Löchern, die
durch einen Abstandhalter 24 getrennt sind und die viele
vertikale Prüfkopfstifte 26, 28 tragen.
Die Plattenmaterialien sind typischerweise aus einem Kunststoffisoliermaterial,
wie Delrin® Acetylharz,
hergestellt.
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2 ist
eine vergrößerte Schnittansicht,
die einen typischen Prüfkopf 26 zeigt,
der Prüfspitzen 26a,
die aus einem der ersten Anordnung von Löchern 21 hervorstehen,
und einen Prüfkopf 26b beinhaltet,
der aus einem der zweiten Anordnung von Löchern 23 hervorsteht.
Die Löcher 21, 23,
welche die entgegengesetzten Enden des vertikalen Prüfkopfstifts 26 enthalten,
sind leicht zueinander versetzt, und die Prüfkopfstifte sind in einem schlangenähnlichen
Aufbau gebogen, um ein Krümmen
zu begünstigen,
um so einen im wesentlichen einheitlichen Kon taktdruck auf der integrierten
Schaltungs-Anschlussfläche 14a zu
bilden, trotz irgendeiner leichten vertikalen Unebenheit oder irgendeinem
leichten Versatz.
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Wieder
mit Bezug auf 1, beinhaltet der Abstandswandler 29 einen
Einbaublock 30 mit einem darin gebildeten Schacht 32.
Am Boden des Schachts ist eine Anzahl von Löchern 34 angeordnet, die
in ihrer Abmessung einem ersten kleinen Innenmuster entsprechen,
das durch die freiliegenden Köpfe 26b der
Prüfkopfbaueinheit 18 definiert
sind. Die Prüfkopfbaueinheit 18 ist
aus Klarheitsgründen getrennt
von dem Abstandswandler 29 gezeigt, aber sie ist mit diesem
bei dem eigentlichen Betrieb durch Schrauben (nicht gezeigt) verbunden.
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Ein
einzelner isolierter Draht 36 ist mit der PCB-Bahn 12 an
einem Ende verbunden und an dem anderen Ende erstreckt sich der
Draht in ein Loch 34 in dem Einbaublock 30, sodass
er in elektrischem Kontakt mit dem Prüfkopf 26b an der Unterseite
des Blocks 30 ist, wenn die Prüfkopfbaueinheit 18 an
den Abstandswandler 29 festgeschraubt wird.
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Der
Abstandswandler 29 ist an der Leiterplatte durch Einrichtungen,
wie beispielsweise Schrauben 38, befestigt, und eine Epoxidharzvergussmasse 39 legt
den Draht 36 fest. Die Prüfkopfbaueinheit 18 ist
an der Unterseite des Abstandswandlers 29 durch Schrauben
(nicht gezeigt) befestigt, sodass der Prüfkopf 26b einen elektrischen
Kontakt mit dem Draht 36 herstellt. Die integrierte Schaltung 14 hat
eine Anzahl von beabstandeten Kontaktflächen 14a, die während eines
Funktionalitätstests
in physikalischem Kontakt und elektrischer Kontinuität mit einer
Prüfspitze 26a sind.
Wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Plattenmaterials wesentlich unterschiedlich von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Siliciumwafers ist (ungefähr
1,6 × 10–6 Inch/Inch/°F, was ungefähr 2,8 × 10–6 m/m/°K ist), kann
die Prüfspitze 26a bei
einem Bereich von Testtemperaturen die Kontaktfläche 14a nicht in wirksamer
Weise kontaktieren.
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Bezugnehmend
nun auf die 3, 4 und 5 ist
die verbesserte Temperaturkompensierte vertikale Stift-Prüfkopf-Baueinheit
generell durch das Bezugszeichen 40 bezeichnet, und sie
umfasst ein erstes Plattenelement 42 und ein zweites Plattenelement 44.
Die Platten werden zusammengehalten und mit dem Ein baublock 30 (in 1 gezeigt)
durch Schrauben oder andere Befestigungen (nicht gezeigt) befestigt,
die durch geeignet entlang des Umfangs angeordnete Löcher 46 verlaufen.
Jedes der ersten und zweiten Plattenelemente 42, 44 beinhaltet
jeweils ein Abstandhalterelement 48, 50 jeweils
mit einer Öffnung 52, 54.
Die Öffnungen 52, 54 können jede
geeignete Gestalt haben, um den zu testenden ICs zu entsprechen,
und sie sind typischerweise in ihrer Gestalt rechteckig. Die Öffnungen 52, 54 werden
jeweils durch ein dünnes
dielektrisches Flachmaterial 56, 58 versiegelt.
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Die
Abstandhalterelemente 48, 50 sind aus einem Substratkernmaterial
hergestellt, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
hat, der so nah wie möglich
demjenigen des Siliciums ist, aus dem das Schaltungssubstrat hergestellt
ist. Ein bevorzugtes Material ist Invar. Invar hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 1,0 × 10–6 Inch/Inch/°F (1,8 × 10–6 m/m/°K) bei einer
nominellen Gewichtszusammensetzung von 36% Nickel, was geringfügig weniger
als derjenige von Silicium ist. Der Wärmeausdehnungskoeffizient kann
verändert
werden, sodass er exakt mit demjenigen von Silicium übereinstimmt, wenn
gewünscht,
durch Anpassen des Anteils von Nickel in der Legierung, wie es im
Stand der Technik bekannt ist. (Sisco, Modern Metallurgy for Engineers, zweite
Auflage, Seite 299). Andere Metalle mit geringem CTE und Metalllegierungen
mit einem CTE innerhalb von in etwa 4 × 10–6 Inch/Inch/°F (7 × 10–6 m/m/°K) von demjenigen
von Silicium können
auch verwendet werden.
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Die
elektrischen Flachmaterialien 56, 58 werden aus
irgendeinem steifen Dielektrikum gebildet, das einen CTE innerhalb
von in etwa 4 × 10–6 Inch/Inch/°F (7 × 10–6 m/m/°K) von demjenigen
von Silicium hat, und eine strukturelle Intaktheit über den Bereich
der Testtemperaturen beibehält.
Geeignete Materialen beinhalten Keramik und Glas, wobei Siliciumnitridkeramik
(CTE = 1,7 × 10–6 Inch/Inch/°F (3,0 × 10–6 m/m°/K)) am meisten
bevorzugt ist.
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Wie
zuvor im Stand der Technik bekannt war, erstrecken sich die Prüfkopfstifte 64 zwischen
dem Muster der beabstandeten und versetzten Löcher 60, 62 in
den dielektrischen Flachmaterialien 56, 58, die jeweils
durch die Abstandhalterelemente 48, 50 der ersten
und zweiten Plattenelemente 42, 44 abgestützt werden.
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Ein
Ende des Prüfkopfstifts 64 endet
in der Prüfspitze 64a,
die angeordnet ist und einen elektrischen Kontakt mit Drähten (wie
beispielsweise 36 in 1) herstellt,
die zu der Testleiterplatte führen. Das
entgegengesetzte Ende des Prüfkopfstifts 64 endet
in der Prüfspitze 64b,
die während
des Prüfens eines
zu testenden Wafers auf bekannte Weise in dem Loch 62 gleitet.
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Bezugnehmend
auf die Schnittansicht von 4 entlang
der Linie A-A der 3, sieht man, dass das Randgebiet
des ersten dielektrischen Flachmaterials 56 auf einer ersten
Oberfläche 65 des Abstandhalterelements 48 angebracht
ist und dass das zweite dielektrische Flachmaterial 58 auf
einer ersten Oberfläche 67 eines
Abstandhalterelements 50 angebracht ist, sodass die zwei
dielektrischen Flachmaterialien in einer beabstandeten Beziehung voneinander
getrennt gehalten werden. Das erste dielektrische Flachmaterial 56 beinhaltet
eine Vielzahl von Löchern 60,
die durch einen Laser oder eine andere geeignete Einrichtung in
einem vorgeschriebenen ersten Lochmuster gebohrt worden sind. Das zweite
dielektrische Flachmaterial 58 beinhaltet eine Vielzahl
von Löchern 62,
die ebenso durch einen Laser oder eine andere geeignete Einrichtung
in dem gleichen vorbestimmten Muster gebohrt worden sind, außer dass
das Muster von dem ersten Muster um einen kleinen Betrag versetzt
ist, typischerweise in der Größenordnung
von 0,51 mm (0,02 Inch).
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Bezugnehmend
auf die vergrößerte Schnittzeichnung
von 5, die nicht maßstabsgetreu ist, ist die Öffnung 52 in
dem Abstandhalterelement 48 um ihren Randbereich in der
ersten Oberfläche 65 vergrößert, um
einen Sims 52a zu schaffen, und ein ähnlicher Randbereichs-Vorsprung 54a ist
in der ersten Oberfläche
des Abstandhalterelements 50 vorgesehen. Das erste dielektrische
Flachmaterial 56 ist relativ dünn (nominal 0,25 mm (0,01 Inch)
und das zweite dielektrische Flachmaterial ist ebenfalls relativ dünn, aber
typischerweise dicker als das erste Flachmaterial, mit einer bevorzugten
nominalen Dicke von in etwa 0,51 mm (0,02 Inch). Die dielektrischen Flachmaterialien 56, 58 sind
so angebracht, dass sie die Öffnungen 52, 54 überspannen,
und sie sind jeweils mit den Simsen 52a, 54a mit
einem steifen Klebstoff hoher Festigkeit, wie beispielsweise einem Epoxidharz
oder anderen geeigneten Mitteln, verbunden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung haben wir herausgefunden, dass Siliciumnidrit-Keramik
ideal für
die dielektrischen Flachmaterialien 56, 58 geeignet
ist, die in der verbesserten Vertikalstift-Prüfvorrichtung verwendet werden.
Siliciumnitrid-Keramiken
bieten hohe mechanische Festigkeit bei erhöhten Temperaturen, Temperaturwechselbeständigkeit und
Zähigkeit,
und sie haben einen geringen Reibungskoeffizienten, um ein Gleiten
der Prüfkopfstifte ohne
die Notwendigkeit einer Beschichtung mit einem Antihaftmaterial
zu ermöglichen.
Das Siliciumnitrid-Flachmaterial wird normalerweise durch Heißpressen
produziert und ist eine zwei-Phasen-, alpha und beta, polykristalline
Keramik. Es hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 1,7 × 10–6 Inch/Inch/°F (3,4 × 10–6 m/m/°K), der nur
etwas größer als
der Wärmeausdehnungskoeffizient
von Silicium ist. Weil der Wärmekoeffizient
der Abstandhalterelemente 48, 50 etwas geringer
als derjenige von Silicium ist und der Wärmekoeffizient von Siliciumnitrid etwas
größer als
derjenige von Silicium ist, wirken die zwei in dem Plattenelement
verwendeten Materialien miteinander zusammen, um zu bewirken, dass
sich der Gesamtwärmekoeffizient
des Plattenelements demjenigen des Siliciumwafers dicht annähert.
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Ein
alternatives Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den 6, 7 und 8 dargestellt, die
jeweils den 3, 4 und 5 entsprechen. Anstelle
eines Abstandhalterelements aus massivem Invar zu verwenden, haben
wir herausgefunden, dass ein laminierter Invar-Abstandhalter signifikante Vorteile
bezüglich
der Vereinfachung des Aufbaus und der verbesserten Leistungsfähigkeit über die massiven
Invar-Abstandhalter 48, 50 des in den 3 bis 5 dargestellten
Typs bieten.
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Bezugnehmend
auf die 6, 7 und 8,
ist eine alternative Temperaturkompensierte Vertikalstift-Prüfkopfbaueinheit
generell durch das Bezugszeichen 66 bezeichnet, und sie
beinhaltet ein erstes Plattenelement 68 und ein zweites
Plattenelement 70. Die Plattenelemente werden wie zuvor
beschrieben durch Schrauben (nicht gezeigt) zusammengehalten, die
durch geeignete entlang des Umfangs angeordnete Löcher 72 verlaufen.
Das erste und das zweite Plattenelement 68, 70 beinhalten
ein erstes Abstandhalterelement 74 bzw. ein zweites Abstandhalterelement 76,
die jeweils mit einer Öffnung 78, 80 versehen
sind. Jede Öffnung 78, 80 ist
jeweils durch ein dünnes
dielektrisches Flachmaterial 56, 58 abgedeckt,
welches das Gleiche sein kann wie zuvor mit Bezug auf die 3 bis 5 beschrieben.
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Die
Abstandhalterelemente 74, 76 werden hergestellt,
indem sie chemisch aus Invarfolie oder einer anderen geeigneten
metallischen Folie mit einem geringen CTE geätzt werden und indem die Laminierungen
mit einem Klebstoff miteinander verklebt werden. Das erste Abstandhalterelement 74 ist
aus Laminierungsschichten 74a, 74b, 74c, 74d, 74e zusammengesetzt
und das zweite Abstandhalterelement 76 ist aus Laminierungsschichten 76a, 76b, 76c, 76d, 76e zusammengesetzt.
Die Laminierungsschichten oder Folien sind miteinander in einer
laminierten Struktur verbunden. Ein geeigneter Klebstoff ist der
Strukturklebstoff #2290 von 3M (Minneapolis, MN), der aufgesprüht wird
und unter Hitze und Druck verklebt. Die Abstützlöcher 70 können zur
gleichen Zeit geätzt
werden, zu der das Mittenloch oder die Mittenöffnung in der Laminierungsschicht
geätzt
wird, was die Konstruktion bedeutend vereinfacht und verhindert,
dass Löcher
durch massives Invar gebohrt werden, wie in der Konstruktion der 3 bis 5. Eine
geeignete Dicke für
Invarfolien, die verwendet werden, um die laminierten Abstandshalter 74 und 76 herzustellen,
ist 10 mils (Milli-Inch). Dies bedingt einen Stapel von in etwa
4 bis 6 Folien in einer typischen Anwendung, um einen Abstandhalter
herzustellen.
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Prüfkopfstifte 64 erstrecken
sich zwischen dem Muster der beabstandeten und versetzten Löcher 60, 62 in
den dielektrischen Flachmaterialien 56, 58. Erste
Enden der Prüfkopfstifte 64 enden
in Prüfspitzen 64a,
die angeordnet sind und einen elektrischen Kontakt mit den Drähten, beispielsweise 36 (1),
herstellen, die zu der Testplatte für gedruckte Schaltungen führen. Entgegengesetzte
Enden der Prüfkopfstifte 64 enden
in Prüfspitzen 64b,
die in Löchern 62 auf
bekannte Weise während
dem Testen des Wafers 14 (1) gleiten.
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Bezugnehmend
auf die Schnittansicht in 7 entlang
der Linie B-B, ist ein erstes dielektrisches Flachmaterial 56 auf
einer ersten Seite des Abstandhalterelement 74 angebracht,
und ein zweites dielektrisches Flachmaterial 58 ist auf
einer ersten Seite des Abstandhalterelements 76 angebracht,
sodass die zwei dielektrischen Flachmaterialien in einer beabstandeten
Beziehung voneinander getrennt gehalten werden. Das erste und das
zweite dielektrische Flachmaterial 56, 58 beinhaltet
jeweils Lochmuster 60, 62. Die Muster sind identisch,
außer
dass das Muster in dem dielektrischen Flachmaterial 58 von
dem Muster in dem dielektrischen Flachmaterial 56 versetzt
ist, wie zuvor.
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Bezugnehmend
auf die vergrößerte Querschnittszeichnung
von 8 (die nicht maßstabsgetreu ist), ist ein
Bereich der Prüfkopf-Baueinheit
dargestellt. Die äußerste Laminierungsschicht 74a ist geätzt, um
eine größere Öffnung als
die darunterliegenden Laminierungsschichten 74b, 74c, 74d, 74e zu
schaffen, um so eine Randbereichsvertiefung zur Aufnahme des dielektrischen
Flachmaterials 56 vorzusehen. Die äußerste Laminierungsschicht 76a ist mit
einer größeren Öffnung als
die Laminierungsschichten 76b, 76c, 76d, 76e geätzt, um
einen Sims für
das dielektrische Flachmaterial 58 vorzusehen. Das Ätzverfahren
ist ein einfacherer Weg, um Randbereichsvorsprünge zu bilden, um die keramischen Flachmaterialien
zu halten, als massive Invar-Blockabstandshalter, die in den 3 bis 5 verwendet
werden, maschinell zu bearbeiten. Die dielektrischen Flachmaterialien 56, 58 werden
durch einen Klebstoff bei 82, 84 in den Vertiefungen
gehalten. Ein geeigneter Klebstoff ist der 3M-Strukturklebstoff #2290
oder ein steifes Epoxidharz von hoher Festigkeit. Bevorzugte Klebstoffe
sind Selbst-Höhenausgleichende,
gesprühte
Polymerklebstoffe, beispielsweise b-eingestufte Epoxidharze, obwohl
andere thermisch verträgliche
Polymere auch verwendet werden können.
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Der
sich ergebende Schichtstoff-Verbund kann daher Geometrien erreichen,
die nicht möglich sind,
wenn er aus einem massiven Stück
Metall maschinell bearbeitet wird, und die, in anderen Fällen, genauer
und einfacher erhalten werden, verglichen mit denjenigen, die durch
alternative Verfahren hergestellt werden.
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Verbesserte
strukturelle Festigkeit und Flachheit werden erhalten, indem benachbarte Schichten
von Invarfolie übereinander
auf gedrehte Weise ausgerichtet werden. Bezugnehmend auf 9 beinhaltet
die Herstellung von Folie 86 zum Ausbilden von Laminierungsschichten
oft die Verringerung der Dicke eines Metallmaterials 88 durch
das Durchführen
durch ein Walzenpaar 90, 92 in einem Walzwerk.
Die Walzen verringern die Dicke des Metallausgangsmaterials zu einer
gewünschten
Dicke für
Folie in einem oder mehreren Durchläufen. Das Metallausgangsmaterial 88 besteht
aus metallischen Körnern 94,
die im Wesentlichen die gleiche Länge entlang allen Achsen haben.
Nach dem Walzen sind die Körner 96 in
einer Richtung 98 längs
der Walzrichtung verlängert.
Die Kornbreite in einer Richtung 100 quer zu der Walzrichtung
ist im Wesentlichen unverändert.
Als ein Ergebnis gibt es eine Tendenz der Folie, ihr verliehene
anisotropische Eigenschaften zu haben, und sie neigt dazu, sich
etwas in Längsrichtung 98 zu
kräuseln.
Wenn Folienschichten auf solch eine Weise laminiert werden, dass
jede aufeinanderfolgende Schicht die gleiche Kornorientierung hat, wird
der Effekt der Tendenz, sich zu kräuseln schädlich verstärkt, was die Planheit des zusammengesetzten
Abstandhalterelements nachteilig beeinflusst.
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Das
Verändern
der Orientierung aufeinanderfolgender Folienschichten führt zu einer
Folie mit ausgezeichneter Planheit und Festigkeit. Eine bevorzugte
Orientierung, wie in 10 dargestellt, ist es, Folien-Laminierungsschichten 74a, 74b, 74c, 74d, abwechselnd
um 90° relativ
zu einer angrenzenden Folienschicht zu drehen, sodass die Orientierung
jeder angrenzenden Schicht um 90° von
einer angrenzenden Schicht versetzt wird, wie durch die Kornorientierungs-Pfeile 98, 100 dargestellt.
Andere Orientierungen, wie beispielsweise das Verändern von
Folienschichtdrehungen über
einen Bereich von in etwa 10° bis
45°, sind
auch akzeptabel. Es ist nicht erforderlich, dass jede Folienschicht
relativ zu jeder angrenzenden Schicht versetzt ist, nur wenigstens
eine Folien-Laminierungsschicht braucht relativ zu einer anderen
der Folien-Laminierungsschichten versetzt zu sein.
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11 zeigt
einen Verfahrensablauf für
die Herstellung einer Invar-Platte gemäß der vorliegenden Erfindung.
Merkmale werden in einer Mehrzahl von Platten-Laminierungsschichten
gebildet, wie beispielsweise durch chemisches Ätzen. Die Folienätzung wird überprüft 102,
um sicherzustellen, dass die Merkmale genau bemessen sind und dass
die Folie während
des Ätzens
nicht beschädigt
worden ist. Eine erste Platten-Laminierungsschicht wird von der Folie
entfernt 104, beispielsweise durch Schneiden. Diese erste
Platten-Laminierungsschicht wird dann in einem geeigneten Lösungsmittel,
wie beispielsweise einem HFC-(Fluorkohlenwasserstoff)Lösungsmittel, entfettet 106.
Eine Klebstoffschicht, wie beispielsweise ein Epoxidharz, wird auf
die erste Platten-Laminierungsschicht aufgesprüht 108 und dann durch
Erhitzen 110 in einem Ofen teilweise ausgehärtet, was
als b-staging bezeichnet
wird.
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Die
verbleibenden Platten-Laminierungsschichten werden dann von der
Folie getrennt 112, entfettet und mit einer Klebstoffschicht
beschichtet. Die Platten-Laminierungsschichten werden in einer Vorrichtung
zusammengesetzt 114, um eine genaue Ausrichtung zu schaffen,
und dann wird die Platte durch Laminieren 116 unter Hitze
und Druck gebildet. Der laminierte Plattenrahmen wird auf seine
Planheit überprüft 118.
Im Allgemeinen ist eine Abweichung von weniger als 0,0002 cm/cm
(0,0002 Inch/Inch) erforderlich.
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Der
Randbereich der äußersten
Platten-Laminierungsschicht wird maskiert 120, beispielsweise mit
plater's tape und
der Sims wird mit einem Klebstoff besprüht 122. Dieser Klebstoff
wird teilweise in einem Ofen ausgehärtet, b-staged 124,
und ein Siliciumnitrid-Flachmaterial wird eingesetzt 126,
um, durch den Sims abgestützt,
die Öffnung
zu überspannen.
Die Baueinheit wird durch Erhitzen ausgehärtet 128, um das Flachmaterial
klebend mit dem Sims zu verbinden. Eine Anordnung von Löchern wird
dann in dem Flachmaterial gebildet, beispielsweise durch Laserbohren.
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Der
Betrieb der Erfindung kann wie folgt beschrieben werden. Weil das
Invar-Material einen etwas geringeren, aber im Wesentlichen übereinstimmenden
Wärmeausdehnungskoeffizienten
als denjenigen von Silicium aufweist, expandieren die Invar-Platten
im Wesentlichen so, dass sie in ihrer Abmessung der Expansion des
Siliciumwafers entsprechen. Daher ist die Anordnung der Mittenlinien
der dielektrischen Flachmaterialien und der Löcher in Übereinstimmung mit den Kontaktanschlussflächen auf
dem Siliciumwafer angeordnet und folgen der Expansion und der Kontraktion
des Siliciumwafers.
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Die
dielektrischen Flachmaterialien können mit einem leicht höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten
als der Siliciumwafer und die Abstandhalterelemente um ihre eigenen
Mittenlinien expandieren und kontrahieren. Jedoch werden die Einsätze durch den
Klebstoff festgehalten und es ist ihnen nur möglich, in einer Richtung rechtwinklig
zu der Waferebene zu expandieren. Trotz der Tatsache, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient
der isolierten Einsätze
leicht höher
sein kann als derjenige des Siliciumwafers, erzeugt dies mithin
keinen signifikanten Versatz zwischen den Wafer-Kontaktanschlussflächen und
den Prüfkopfpunkten über einen
großen
Temperaturbereich. Die durch das bevorzugte keramische Ma terial
bereitgestellte Lubrizität
erlaubt es den Prüfkopfstiften
zu gleiten, ohne dass eine Antihaftbeschichtung erforderlich ist.
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Während es
beschrieben worden ist, was als das bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Erfindung und als eine Modifizierung davon angesehen wird, werden
andere Modifizierungen den Fachleuten in den Sinn kommen, und es
ist gewünscht,
dass alle solche Modifizierungen in den angefügten Ansprüchen geschützt werden, wenn sie in den
wahren Gedanken und den Schutzbereich der Erfindung fallen.