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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sonde und ein Verfahren
für die
Prüfung
einer elektronischen Leiterplatte, wie beispielsweise IC-Gehäusesubstrate,
die bei der Montage von chipgebildeten Halbleitervorrichtungen verwendet
werden, und Halbleitersiliziumwafer durch elektrische Prüfungen;
(siehe z.B. JP-A-58 165 056).
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Zusammen
mit der erstaunlichen Tendenz bei der Herstellung von elektronischen
Geräten
hin zu mehr und mehr kompakteren Ausgestaltungen, einer höheren und
höheren
Integrationsdichte oder Montagedichte von Vorrichtungen, einer höheren und höheren Feinheit
und höheren
und höheren
Leistung, die von diesen verlangt wird, und so weiter, werden verschiedene
Arten von innovativen Technologien vielfach und extensiv dafür benutzt,
obwohl einige dieser modernen führenden
Technologien manchmal immer noch auf dem Entwicklungsweg des Produktionsprozesses
sind, sodass es fast immer unerlässlich
ist, Zwischenanordnungen der Produkte aufzuweisen, die verschiedenen
Tests für
die Prüfung
bei jedem der Verarbeitungsschritte zu unterziehen sind.
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Wenn
eine Halbleitervorrichtung mit einer erhöhten Integrationsdichte, Feinheit
und verbesserten Leistung auf einer elektronischen Leiterplatte
anzubringen ist, ist es eine konsequente Anforderung an die Leiterplatte,
dass die Anzahl von Elektrodenanschlüsse darauf für die elektrische
Verbindung mit den Anschlüssen
der Halbleitervorrichtungen dementsprechend zusammen mit einer Verringerung
in dem Anordnungsabstand der Elektroden erhöht werden muss.
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Mit
einer Aufgabe, der sehr starken Nachfrage nach elektronischen Geräten erhöhter Kompaktheit
zu entsprechen, sind nun Entwicklungsarbeiten im Gange, um die Montageart
mittels herkömmlicher Halbleitergehäuse mit
der so genann ten Flip-Chip-Montage, bei der Halbleitervorrichtungen auf
einer Leiterplatte in der Form von Chips angebracht werden, und
der Mehrchip-Modulmontage, bei der eine Mehrzahl von Halbleitervorrichtungen gleichzeitig
auf der Leiterplatte angebracht werden, zu ersetzen. Es wird erwartet,
dass diese Montagetechnologien nicht nur dazu beitragen, eine kompaktere
Ausgestaltung der elektronischen Geräte zu ermöglichen, sondern ebenfalls
zu einer Verbesserung der Leistung der elektronischen Geräte beitragen.
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Außerdem wird
die Schaltungsverdrahtung einer Leiterplatte, auf der die Halbleiterchips
angebracht sind, durch Verwenden feinerer und feinerer Drähte oder
Fäden zusammen
mit einem Anstieg in der Verdrahtungsdichte hergestellt, sodass
die Prüftechniken
ebenfalls mit dieser Tendenz bei der Verdrahtung übereinstimmen
müssen.
Eine Prüfsonde einer
Art für
die Prüfung
derartiger elektronischer Leiterplatten ist mit einer Anzahl von
Stiften versehen, die aus einem harten Metall, wie beispielsweise
Wolfram, hergestellt und angeordnet sind, um der Anzahl und dem
Anordnungsabstand der Elektroden auf der unter Prüfung befindlichen
Leiterplatte zu entsprechen. Die Erstellung einer derartigen Prüfsonde wird bis
jetzt in einer sehr feinen manuellen Arbeit durchgeführt, bei
der der Endpunkt jeder der Wolframstifte durch Ätzen geschärft wird, und die somit geschärften Wolframstifte
an der Sondenbase unter einem Mikroskop in einer Anordnung befestigt
werden, um der Anzahl und dem Abstand der Elektroden auf den unter
Prüfung
befindlichen Leiterplatten zu entsprechen. Diese extrem feine mikroskopische
Arbeit für die
Erstellung von Prüfsonden,
die eine große
Anzahl von Stiften beinhaltet, ist so arbeitsam und zeitaufwendig,
dass somit ein großer
Anstieg in den Produktionskosten unvermeidbar ist. Es erübrigt sich,
dass eine derartige Prüfsonde
speziell nur für
die Prüfung einer
Art der Leiterplatten verwendet werden kann, und jede Art der zu
prüfenden
Leiterplatten erfordert eine speziell ausgestaltete Prüfsonde.
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Zusätzlich zu
den oben erwähnten
hohen Kosten sind diese Prüfsonden
mit Wolframstiften nicht immer für
eine Hochgeschwindigkeitsprüfung von
Halbleitervorrichtungen geeignet, da jeder der Wolframstifte eine
relativ große
Länge von
beispielsweise ungefähr
50 mm von dem Stiftpunkt zu dem Ende aufweist, der den verbindenden
Teil der Leiterplatte erreicht. Außerdem wird die Prüfung mit
einer derartigen Prüfsonde
mittels stiftweiser hintereinander folgenden Messungen ausgeführt, und
ein einzelner Prüftest
kann nur mit einer Anzahl von Messungen abgeschlossen werden, die
eine lange Zeit benötigen.
Bis jetzt wurde keine geeignete Verbindungstechnologie festgelegt,
um den modernen Leiterplatten mit feinen Elektroden vollständig zu
entsprechen, die in einer hohen Dichte oder mit einer feinen Beabstandung
angeordnet sind.
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Wie
es aus der oben gegebenen Beschreibung ersichtlich ist, ist die
Entwicklung einer Hochleistungsprüfsonde und einer Prüftechnologie
eine dringende Notwendigkeit, um dem schnellen Fortschritt bei der
modernen Herstellungstechnologie von Leiterplatten und der Montagetechnologie
von Halbleitervorrichtungen zu entsprechen. Die Anforderung ist
in dieser Hinsicht nicht auf die Prüftechnologie begrenzt, um mit
den Flip-Chip-Montage und der Mehrchip-Modulmontage als eine Selbstverständlichkeit übereinzustimmen,
sondern umfasst ebenfalls die Prüftechnologie
von Halbleitervorrichtungen in der Form eines Chips an sich oder
eines Wafers. Trotz der so großen
Bemühungen
für die Entwicklung
von Prüfsonden
und dem Verfahren zur Prüfung
von elektronischen Leiterplatten sind die bis jetzt vorgeschlagenen
Prüfsonden
nicht frei von verschiedenen Problemen in Verbindung mit der Feinheit
in dem Anordnungsabstand von Elektroden und in der Hochgeschwindigkeitssignalübertragung,
sodass das Erscheinen verbesserter Prüfsonden und Verfahren für die Prüfung von
elektronischen Leiterplatten ungeduldig gewünscht wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung hat demgemäß eine Aufgabe
hinsichtlich der oben beschriebenen Probleme und Nachteile des Stands
der Technik eine neuartige und verbesserte Sonde für die Prüfung von elektronischen
Leiterplatten, die mit außergewöhnlich niedrigen
Kosten hergestellt werden kann, sowie auch ein Verfahren zur Prüfung derselben,
das imstande ist, eine Hochgeschwindigkeitsprüfung sogar für eine elektronische
Leiterplatte zu gewährleisten, die
mit einer großen
Anzahl mit extrem feiner Beabstandung angeordneten Elektroden ausgestattet
ist, bereitzustellen.
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Somit
ist die Prüfsonde
für eine
elektronische Leiterplatte, die von der vorliegenden Erfindung bereitgestellt
wird, eine Anordnung, die umfasst:
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- (a) eine Basisplatte, die aus einem elektrisch
isolierenden Kunststoffharz hergestellt ist und eine Öffnung aufweist;
- (b1) eine erste Gruppe von Elektroden, die an der Basisplatte
in der Nähe
des Umfangs der Öffnung befestigt
und angeordnet sind;
- (b2) eine zweite Gruppe von Elektroden, die an der Basisplatte
in der Nähe
des äußeren Umfangs der
Basisplatte befestigt und angeordnet sind, wobei die erste Gruppe
von Elektroden und die zweite Gruppe von Elektroden elektrisch verbunden sind,
um eine elektrische Schaltung zu bilden;
- (c) verbindende Anschlussdrähte,
die jeweils an einem Ende mit einer der ersten Gruppe von Elektroden
gebondet sind, wobei sich das andere Ende nach unten durch die Öffnung in
der Basisplatte erstreckt;
- (d) eine Verkapselung, die aus einem isolierenden elastomeren
Polymer vergossen ist, die eine Flexibilität aufweist, um die verbindenden
Anschlussdrähte
als Ganzes einzubetten, wobei das sich nach unten erstreckende Ende
jeder der verbindenden Anschlussdrähte von der Verkapselung freigelegt
ist, um auf eine solche Art und Weise nach unten zu liegen, um imstande
zu sein, mit einer der Elektroden auf einer unter Prüfung befindlichen
elektronischen Leiterplatte kontaktiert zu werden; und
- (e) eine Verstärkung,
die aus einem starren Material vergossen ist, um die Verkapselung
abzudecken.
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Die
vorliegende Erfindung liefert ferner ein neuartiges Verfahren zur
Prüfung
einer elektronischen Leiterplatte durch Verwenden der oben definierten
Prüfsonde
auf eine solche Art und Weise, um die folgenden Schritte zu umfassen:
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- i) in Berührung
bringen des freigelegten Endes jeder der verbindenden Anschlussdrähte mit
einer der Elektroden einer ersten Gruppe auf der unter Prüfung befindlichen
elektronischen Leiterplatte;
- ii) elektrisches Verbinden jeder einer zweiten Gruppe von Elektroden
auf der unter Prüfung
befindlichen elektronischen Leiterplatte mit einer der Elektroden
auf einer ersten Basisplatte eines Prüfgeräts entweder direkt oder mit
einem dazwischen liegenden elastischen Verbinder; und
- iii) elektrisches Verbinden jeder der Elektroden auf einer zweiten
Leiterplatte des Prüfgeräts, die durch
Verdrahtung mit der ersten Basisplatte des Prüfgeräts in Verbindung sind, mit
einer der zweiten Gruppe von Elektroden der Prüfsonde mit einem dazwischen
liegenden elastischen Verbinder.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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1 ist eine vertikale Querschnittsansicht der
erfinderischen Prüfsonde
als eine Grundausführungsform.
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2A und 2D sind jeweils eine Darstellung einer
der aufeinanderfolgenden Schritte bei der Erstellung einer erfinderischen
Prüfsonde
mittels eines vertikalen Querschnitts derselben.
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3 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer
weiteren Ausführungsform
der erfinderischen Prüfsonde,
bei der die Basisplatte eine geschichtete Struktur mit treppenartigen
Stufenunterschieden der Oberfläche
um die Öffnung
aufweist, und die erste Gruppe von Elektroden an der treppenartigen
Oberfläche
vorgesehen ist.
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4 ist eine vertikale Querschnittsansicht einer
weiteren Ausführungsform
der erfinderischen Prüfsonde,
die auf eine elektronische Leiterplatte zur Prüfung mit einer treppenartigen
Oberfläche
anpassbar ist.
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5 ist eine vertikale Querschnittsansicht der
erfinderischen Prüfsonde
einer noch unterschiedlichen Ausführungsform, bei der die starre
Verstärkung
ein Sichtloch aufweist, um eine genaue Montage der Prüfsonde auf
der unter Prüfung
befindlichen elektronischen Leiterplatte zu gewährleisten.
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7A und 7B sind jeweils eine Darstellung der
Verbindung zwischen einer elektronischen Leiterplatte und einem
Prüfgerät bei einer
Ausführungsform
mittels einer vertikalen Querschnittsansicht.
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8 ist eine Darstellung der
Verbindung zwischen einer elektronischen Leiterplatte und einem Prüfgerät bei einer
weiteren Ausführungsform
mittels einer vertikalen Querschnittsansicht.
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9 ist eine Darstellung der
Verbindung zwischen einer elektronischen Leiterplatte und einem Prüfgerät bei einer
weiteren unterschiedlichen Ausführungsform
mittels einer vertikalen Querschnittsansicht.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Bei
der oben definierten Prüfsonde
der Erfindung ist die Basisplatte der Sonde mit Gruppen von Elektrodenanschlüssen jeweils
an einer Position ausgestattet, die einer der Elektrodenanschlüsse an der unter
Prüfung
befindlichen elektronischen Leiterplatte entsprechen, die hier nachstehend
einfach als die Prüfplatte
bezeichnet wird. Die Basisplatte der Prüfsonde weist mindestens eine Öffnung auf,
und die Elektrodenanschlüsse
einer ersten Gruppe sind in der Nähe von oder um den Umfang dieser Öffnung positioniert,
während
die Elektrodenanschlüsse
einer zweiten Gruppe in der Nähe
von oder entlang des Randumfangs der Basisplatte positioniert sind.
Jeder der Elektrodenanschlüsse
in der ersten Gruppe ist elektrisch durch eine Verdrahtung verbunden,
die beispielsweise in der radialen Richtung zu einem der Elektrodenanschlüsse in der
zweiten Gruppe läuft. Es
ist manchmal vorteilhaft, wenn der Anordnungsabstand der Elektrodenanschlüsse in der
Prüfplatte sehr
fein ist, eine Abstandumwandlungs-Basisplatte zu verwenden, durch die
die zweite Gruppe von Elektroden der Basisplatte einen Abstand aufweisen kann,
der konvergiert ist, um dem Elektrodenabstand auf der Prüfplatte
zu entsprechen. Eine Mehrzahl verbindender Anschlussdrähte ist
vorgesehen, wobei jeder dieser an einem Ende mit einem der Elektrodenanschlüsse der
ersten Gruppe gebondet ist und einen kontaktierenden Anschluss an
dem anderem Ende aufweist. Der Anordnungsabstand der Elektrodenanschlüsse in der
zweiten Gruppe kann der gleiche wie derjenige bei der ersten Gruppe
sein. Es ist vorteilhaft, wenn die Elektrodenanschlüsse der
Prüfplatte
mit einem feinen Abstand, der 0,5 mm nicht überschreitet, oder in dem Bereich
von 0,2 bis 0,5 mm angeordnet sind, wobei jedoch eine geeignete Modifikation
in dem Anordnungsabstand der Elektrodenanschlüsse der zweiten Gruppe bewirkt
wird. Wenn die Prüfsonde
der Erfindung bei der Prüfung von
Prüfplatten
des Flächenarraytyps
zu verwenden ist, ist es vorzuziehen, dass die Basisplatte der Prüfsonde aus
einer mehrschichtigen laminierten Platte hergestellt ist.
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Jeder
der verbindenden Anschlussdrähte
ist aus einem feinen Metallfaden hergestellt und an einem Ende mit
einem der Elektrodenanschlüsse
der ersten Gruppe auf der Basisplatte durch das Drahtbondverfahrens
gebondet, während
sich dessen andere Ende durch die Öffnung der Basisplatte nach unten
erstreckt. Das den Metallfaden für
die verbindenden Anschlussdrähte
bildende metallische Material kann aus Metallen und Legierungen
ausgewählt werden,
die für
das Drahtbonden geeignet sind, wie beispielsweise Gold, goldbasierte
Legierungen, Kupfer, Aluminium, Aluminiumsiliziumlegierungen, Berylliumkupfer,
Messing, Nickel, Molybdän,
Wolfram und rostfreie Stähle,
wobei es jedoch nicht speziell darauf begrenzt ist. Es ist vorteilhaft,
dass Nichtgoldmetallfäden
mit Gold oder einer Gold-basierten Legierung plattiert sind, um
eine Korrosionsfestigkeit zu erlangen, obwohl Goldfäden die
Bevorzugtesten sind, wenn es nicht für deren Kostspieligkeit wäre. Der Durchmesser
des Metallfadens wird in Übereinstim mung
mit dem Anordnungsabstand der Elektrodenanschlüsse auf der Prüfplatte
und dessen metallischem Material ausgewählt, wobei es jedoch gewöhnlicherweise
in dem Bereich von 18 bis 50 μm oder
vorzugsweise von 25 bis 30 μm
ist, wenn der Faden aus Gold ist.
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Das
Ende des sich nach unten durch die Öffnung der Basisplatte geführten verbindenden
Anschlussdrahtes ist mit einem halbsphärischen Kontaktpunkt versehen,
der vorzugsweise mit Gold plattiert ist, um den Kontaktwiderstand
zu minimieren, wenn der Kontaktpunkt mit dem Elektrodenanschluss der
Prüfplatte
in Kontakt gebracht wird.
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Die
Anordnung der verbindenden Anschlussdrähte, die sich jeweils von einem
der Elektrodenanschlüsse
der ersten Gruppe auf der Basisplatte durch deren Öffnung nach
unten erstrecken, ist als Ganzes in einer Verkapselung eines elektrisch
isolierenden elastischen Materials eingebettet, das mit Ausnahme der
oben erwähnten
Kontaktpunkte eine Flexibilität an
den jeweiligen, der Elektrodenanschlüsse entgegengesetzten Enden
aufweist. Das oben erwähnte elastische
Material kann aus verschiedenen Arten von kautschukartigen Materialien,
einschließlich
Siliziumkautschuken, Epoxidkautschuken, Urethankautschuken und anderen
synthetischen Kautschuken ausgewählt
werden. Die elastische Verkapselung dient dazu, den Verbindungsdrähten eine
Nachgiebigkeit zu verleihen, um einen ausreichenden Kontaktdruck
zwischen dem Kontaktpunkt des verbindenden Anschlussdrahts und dem
Elektrodenanschluss auf der Prüfplatte
durch elastische Übereinstimmung
mit der Verformung der verbindenden Anschlussdrähte zu gewährleisten. Die elastische Verkapselung
ist mit einer starren Verstärkung
abgedeckt, die aus einem starren Material, wie beispielsweise technischen
Allzweckharzen aus Kunststoff, Keramiken und Metallen vergossen
wird, indem der Wärmewiderstand,
die Maßhaltigkeit
und der Formverarbeitbarkeit des Materials berücksichtigt werden.
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Verglichen
mit herkömmlichen
Prüfsonden umfasst
die Prüfsonde
der vorliegenden Erfindung mit der oben beschriebenen Struktur einen
Vorteil, die Hochgeschwindigkeitsprüfung von Prüfplatten als Folge des stark
verringerten Verbin dungsabstands, der selten 5 mm überschreitet,
zusätzlich
zu dem Vorteil der Anpassbarkeit an eine Prüfplatte mit Elektrodenanschlüssen, die
mit einer sehr feinen Beabstandung angeordnet sind, zu ermöglichen.
Insbesondere ist die erfinderische Prüfsonde, die durch Verwenden
einer mehrschichtigen Platte als die Basisplatte gebildet wird,
für die
Prüfung
einer Prüfplatte mit
einer großen
Anzahl von Elektrodenanschlüssen geeignet,
die beispielsweise in einer Matrixanordnung angeordnet sind, um
der Tendenz hin zu einer ansteigenden großen Zahl von Elektrodenanschlüssen zu
entsprechen.
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Da
die Kontaktpunkte außerdem
auf einer Stufe bereitgestellt werden, die niedriger als die untere
Oberfläche
der Basisplatte der Sonde ist, und die verbindenden Anschlussdrähte als
Ganzes mit einem elastischen kautschukartigen Material verkapselt
sind, kann eine hohe Zuverlässigkeit
in dem Kontaktzustand zwischen den Kontaktpunkten der verbindenden
Anschlussdrähte
und der Elektrodenanschlüsse
auf der Prüfplatte
Kraft der an den Kontaktpunkten gegebenen elastischen Nachgiebigkeit
sichergestellt werden, ohne durch Verziehung und Welligkeit der
Prüfplatte
beeinflusst zu werden.
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Bei
einem alternativen Aspekt der Erfindung wird ein neuartiges Verfahren
für die
Prüfung
einer elektronischen Leiterplatte durch Verwenden der oben beschriebenen
Prüfsonde
bereitgestellt. Somit umfasst das Verfahren der Erfindung die folgenden Schritte:
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- i) in Berührung
bringen des freigelegten Endes jeder der verbindenden Anschlussdrähte mit
einer der Elektroden einer ersten Gruppe auf der unter Prüfung befindlichen
elektronischen Leiterplatte;
- ii) elektrisches Verbinden jeder einer zweiten Gruppe von Elektroden
auf der unter Prüfung
befindlichen elektronischen Leiterplatte mit einer der Elektroden
auf einer ersten Basisplatte eines Prüfgeräts entweder direkt oder mit
einem dazwischen liegenden elastischen Verbinder; und
- iii) elektrisches Verbinden jeder der Elektroden auf einer zweiten
Basisplatte des Prüfgeräts, die durch
Verdrahtung mit der ersten Basisplatte des Prüfgeräts in Verbindung sind, mit
einer der zweiten Gruppe von Elektroden der Prüfsonde mit einem dazwischen
liegenden elastischen Verbinder.
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Bei
Schritt ii) des oben beschriebenen Verfahrens ist es eine alternative
Art und Weise, dass die Verbindung zwischen den Elektroden auf einer
ersten Basisplatte eines Prüfgeräts, das
mit einer Mehrzahl von Pogo-Stiften versehen ist, und die zweite Gruppe
von Elektroden auf der elektronischen Leiterplatte unter Prüfung durchgeführt wird.
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Bei
dem Prüfverfahren
der vorliegenden Erfindung mittels einer oben beschriebenen Prüfsonde, die
verbindende Anschlussdrähte
aufweist, die sich durch die Öffnung
in der Basisplatte der Prüfsonde von
der ersten Gruppe von Elektroden in der Nachbarschaft von oder um
den Umfang der Basisplatte erstrecken und in einer elastischen Verkapselung eingebettet
sind, werden elastische Verbinder benutzt, durch die eine elektrische
Verbindung zwischen den Kontaktpunkten der verbindenden Anschlussdrähte und
der ersten Gruppe von Elektroden der Prüfplatte und zwischen der zweiten
Gruppe von Elektroden der Prüfplatte
und den Elektroden auf der ersten Leiterplattenprüfinstruments
zusammen mit einer direkten Verbindung der Elektroden auf der ersten
Basisplatte des Prüfinstruments,
wie sie mit einer Mehrzahl von Pogo-Stiften gebildet wird, und eine Verbindung
durch einen elastischen Verbinder zwischen der zweiten Gruppe von
Elektroden der Prüfsonde
und den Elektroden auf der zweiten Basisplatte des Prüfgeräts aufgebaut
wird. Da diese Verbindungen mit elastischer Nachgiebigkeit unter
Druck aufgebaut sind, wird die Zuverlässigkeit einer elektrischen
Verbindung durch Anlegen einer geringen Kompressionskraft daran
sichergestellt. Aufgrund der stark verringerten Verbindungslänge kann
außerdem
eine elektrische Verbindung mit einer hohen Geschwindigkeit und
mit Zuverlässigkeit
sogar aufgebaut werden, wenn die Elektroden auf der Prüfplatte in
einer hohen Dichte angeordnet sind.
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Beim
Durchführen
der Prüfung
einer Prüfplatte
mit extrem feinen Elektroden, die in einer hohen Dichte angeordnet
sind, oder beispielsweise bei der Prüfung einer Prüfplatte,
deren Substrat aus einer mehrschichtigen Platte mit einer Ausnehmung hergestellt
ist und bei der Elektroden an den jeweiligen treppenartigen Bereichen
der jeweiligen Schichten um die Ausnehmung vorgesehen sind, oder
einer IC-Gehäuseplatte,
kann die Prüfung
durch Verwenden einer Prüfsonde
durchgeführt
werden, bei der die erste Gruppe von Elektroden um die Öffnung der
Basisplatte vorgesehen sind, wenn sie in einer Querstich- oder Zickzackanordnung
hervorstehen, um mit der Anordnung der Elektroden an den treppenartigen Bereichen
der Prüfplatte übereinzustimmen.
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Alternativ
kann die Prüfsonde
mit einer mehrschichtigen Basisplatte ausgebildet sein, die treppenartige
Bereiche um die Öffnung
mit an den jeweiligen treppenartigen Bereichen gebondeten Verbindungsanschlussdrähten aufweist.
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Beim
Durchführen
der Prüfung
einer elektronischen Leiterplatte gemäß dem erfinderischen Verfahren
wird die Prüfplatte
zuerst an den Elektroden auf der ersten Basisplatte des Prüfgeräts auf eine solche
Art und Weise angebracht, dass die zweite Gruppe von Elektroden
der Prüfplatte
mit den Elektroden auf der ersten Basisplatte des Prüfgeräts elektrisch
verbunden werden. In diesem Fall kann ein elastischer Verbinder
zwischen zwei Gruppen von Elektroden angeordnet sein. Wenn der Anordnungsabstand
der zweiten Gruppe von Elektroden auf der Prüfplatte relativ groß, beispielsweise
0,5 mm oder größer ist,
kann selbst mit einer kleinen Beabstandung der zweiten Gruppe von
Elektroden in dem Bereich von 0,18 bis 0,20 mm eine Mehrzahl von
Pogo-Stiften in den Elektroden auf der ersten Basisplatte des Prüfgeräts vorgesehen
werden, die in eine direkte Verbindung mit der zweiten Gruppe von
Elektroden auf der Prüfplatte
gebracht werden.
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Als
nächstes
wird die erste Gruppe von Elektroden der Prüfplatte mit der ersten Gruppe
von Elektroden auf der Basisplatte der Prüfsonde mittels der verbindenden
Anschlussdrähte
verbunden, und die zweite Gruppe von Elektroden auf der unteren
Oberfläche
der Basisplatte der Prüfsonde
wird außerdem mit
den Elek troden auf der zweiten Basisplatte des Prüfgeräts mit einem
dazwischen liegenden elastischen Verbinder, einer anisotropischen
elektroleitenden Schicht oder einer Kunststoffschicht mit metallischen
Verbindungspunkten in der Form von Höckern verbunden, um eine elektrische
Schaltung für
die Prüfung
aufzubauen.
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Von
den oben erwähnten
elastischen Verbindern, anisotropischen elektroleitenden Schichten
und Kunststoffschichten mit metallischen Kontaktierungshöckern werden
elastische Verbinder bevorzugt, da die anderen Mittel auf einen
kleinen Abstand von 0,5 mm oder kleiner bei der Anordnung der Elektrodenanschlüsse nicht
zuverlässig
anpassbar sind. Elektrische Verbinder sind als ein handelsübliches
Produkt mit Verbindern des Typs MT (Produkte von Shin-Etsu Polymer
Co.) verfügbar,
die eine Vielfachheit von feinen Metallfäden aufweisen, die parallel
mit einem speziellen Neigungswinkel innerhalb einer isolierenden
Matrixschicht eines kautschukartigen Elastomers eingebettet sind.
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In
dem folgenden werden mehrere unterschiedliche Ausführungsformen
der erfinderischen Prüfsonde
und des Verfahrens für
deren Prüfung
derselben ausführlicher
mittels Beispielen beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen wird, die die Prüfsonde
jeweils mittels einer vertikalen Querschnittsansicht zeigen.
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Beispiel 1
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Wie
es in 1 mittels einer
vertikalen Querschnittsansicht dargestellt ist, war die bei diesem
Beispiel erstellte Prüfsonde
eine Grundausführungsform der
Erfindung und umfasste eine Basisplatte 1, die aus einem
isolierenden Material, wie beispielsweise einem Kunststoffharz,
hergestellt wurde und eine Öffnung 4 bei
ungefähr
deren Mitte aufweist. Eine Mehrzahl von verbindenden Anschlussdrähten 2 wurden jeweils
an einem Ende mit einer der Elektroden der ersten Gruppe 3 auf
der Basisplatte 1 in der Nähe von oder um die Mittelöffnung 4 gebondet.
Eine zweite Gruppe von Elektroden 3' wurde an der Basisplatte 1 in
der Nähe
von oder entlang der Randumfänge
der Basisplatte 1 bereitgestellt, wobei jede der Elektroden
der zweiten Gruppe 3' elektrisch
mit einer der Elektroden der ersten Gruppe 3 verbunden
wurde. Jeder der verbindenden An schlussdrähte 2 wurde nach unten
durch die Mittelöffnung 4 geführt, während die
verbindenden Anschlussdrähte 2 als
Ganzes in einer aus einem elektrisch isolierenden elastischen Material,
wie beispielsweise einem Kautschuk, hergestellten Verkapselung 5 eingebettet
wurden, wobei die anderen Endpunkte 7 ausgenommen wurden,
die von der elastischen Verkapselung 5 freigelegt wurden,
um nach unten zu liegen. Der Endpunkt 7 wurde mit einem
halbsphärischen
Kontaktpunkt 8 versehen und mit Gold plattiert, um damit
eine hohe Zuverlässigkeit
des elektrischen Kontakts sicherzustellen. Die elastische Verkapselung 5 wurde
vollständig
mit einer starren Verstärkung 6 abgedeckt, um
als ein Schutzmittel zu dienen.
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2A bis 2D sind jeweils für die Darstellung einer der
Herstellungsschritte der Reihe nach für die Erstellung der Prüfsonde,
wie es oben beschrieben ist.
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Zuerst
wurde, wie es in 2A dargestellt ist,
eine Kupferabstandsschicht 10 mit einer Dicke von ungefähr 0,5 mm
auf einer Ausrichtungslehrplatte 9 an einer genauen Position
mittels der Lokalisierungsstifte 11 angebracht. Die Kupferabstandsschicht 10 umfasste
eingravierte Pits von 0,3 mm Tiefe an Positionen, die der Elektrodenanordnung
in der Prüfplatte
entsprechen, um als die Bereiche für die ersten und zweiten Gruppen
von Elektroden 3, 3' bei der
Prüfsonde
zu dienen. Die Oberflächen
der eingravierten Pits wurden mit Gold plattiert. Eine Basisplatte 1 wurde
auf der Kupferabstandsschicht 10 mit genauer Positionierung
mittels der Lokalisierungsstifte 10 angebracht. Außerdem wurde
eine Sicherungsplatte 12 auf der Basisplatte 1 überlagert,
um die gesamte Anordnung zu sichern.
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Die
Basisplatte 1 mit einer Mittelöffnung wurde mit Elektroden
der ersten Gruppe 3 um die Mittelöffnung und mit Elektroden der
zweiten Gruppe 3' entlang
der äußeren Umfänge der
Basisplatte 1 in der gleichen Anordnung und Beabstandung
versehen, wie die Elektrodenanschlüsse der Prüfplatte strukturiert wurden.
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Ein
Goldfaden mit einem Durchmesser von 25 μm wurde mittels das Drahtbondverfahrens
mit der goldplattierten Oberfläche
jeder der eingravierten Pits in der Kupferabstandsschicht 10 gebondet,
um als der verbindende Anschlussdraht 2 an der Position zu
dienen, die einem der Elektrodenanschlüsse auf der Prüfplatte
dienen, und das andere Ende jeder der verbindenden Anschlussdrähte 2 wurde
mit einer der Elektroden der ersten Gruppe 3 auf der Basisplatte 1 gebondet.
Diese Bondarbeit an beiden Enden jedes der verbindenden Anschlussdrähte 2 wurde
gemäß Anzahl
der Elektrodenanschlüsse
an der Prüfplatte wiederholt.
Nach Beendigung dieser Bondarbeit wurde die Sicherungsplatte 12 entfernt.
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Als
nächstes
wurde, wie es in 2B dargestellt
ist, eine vergossene Verstärkung 6 auf
der Basisplatte 1 angebracht, und die gesamte Anordnung wurde
durch Anbringen einer weiteren Sicherungsplatte 13 gesichert.
Die Verstärkung 6 wurde
mit einer Öffnung
(in der Figur nicht gezeigt) zum Injizieren eines nicht ausgehärteten fließfähigen Elastomers
für die
Verkapselung versehen, und ein nicht ausgehärtetes Urethanharz wurde durch
die Öffnung
in der Verstärkung 6 in
den Hohlraum zwischen der Verstärkung 6 und
der Basisplatte 1 injiziert. Das nicht ausgehärtete Urethanharz
wurde durch Halten auf Raumtemperatur für 24 Stunden gefolgt von einer
Alterung bei 60° C
für zwei
Stunden ausgehärtet,
um eine Verkapselung 5 eines ausgehärteten Urethankautschuks fertig
zu stellen. Die Basisplatte 1 und die Verstärkung 6 wurden
einstückig
durch Kleben an der Verkapselung 5 des ausgehärteten Urethankautschuks
zusammen gebondet. Die Verstärkung 6 wurde
aus einem Polyphenylensulfidharz als starrer Kunststoffharz mit
ausgezeichneten elektrischen Eigenschaften gebildet.
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Der
folgende Schritt bestand aus dem Ätzen der Kupferabstandsschicht 10.
Somit wurden, nachdem die Basisplatte 1 und die starre
Verstärkung 6 fest
durch Kleben zusammen gebondet sind, die Sicherungsplatte 13 und
die Ausrichtungslehrplatte 9 entfernt, und die Kupferabstandsschicht 10 wurde durch Ätzen mit
einer wässrigen
Lösung
von Eisen(III)-Chlorid in einer geeigneten Konzentration weggelöst, sodass
die Endabschnitte 7 der jeweiligen verbindenden Anschlussdrähte 2 koplanar
an der unteren Oberfläche
der elastischen Verkapselung 5 freigelegt wurden, wie es
in 2C dargestellt ist,
während
die verbinden den Anschlussdrähte 2 als Ganzes
gesichert wurden, indem sie in der Verkapselung 5 eingebettet
wurden.
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Da
die an der unteren Oberfläche
der elastischen Verkapselung 5 koplanar freigelegten Endabschnitt 7 keinen
zuverlässigen
Kontaktzustand aufbauen konnten, wenn die oben erhaltene Anordnung
auf die Elektrodenanschlüsse
einer Prüfplatte gelegt
wurde, wurde jeder der Endpunkte 7 der verbindenden Anschlussdrähte 2 mit
einem halbsphärischen
Kontaktpunkt 8 von einer Höhe von ungefähr 40 μm mit einer
harten Goldplattierungsschicht versehen, die eine Dicke von ungefähr 3 μm aufweist, wie
es in 2D dargestellt
ist, um die Verschleißfestigkeit
der Kontaktpunkte 8 zu verbessern.
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Die
oben angegebene Beschreibung dient lediglich dazu, ein Beispiel
der Herstellungsschritte der erfinderischen Prüfsonden zu zeigen, und selbstverständlich sind
verschiedene Modifikationen daran abhängig von der besonderen Ausgestaltung
der Sonde und den Materialien der jeweiligen Teile möglich.
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Beispiel 2
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Die
bei diesem Beispiel erstellte Prüfsonde ist
in 3 mittels einer vertikalen
Querschnittsansicht dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wurde eine dreischichtige
Platte 14 anstatt der bei dem Beispiel 1 beschriebenen,
aus einer einzigen Platte hergestellten Basisplatte 1 verwendet.
Die Basisplatte 14 umfasste treppenartige Stufenunterschiede
um die Mittelöffnung 4 mit
treppenartigen Bereichen, die sich nach unten zu der Mittelöffnung 4 hin
abstufen. Die verbindenden Anschlussdrähte 2 wurden in drei Untergruppen
unterteilt, und die Anschlussdrähte 2 jeder
der Untergruppen wurden durch Drahtbonden mit einer der Elektroden
der ersten Gruppe 3 an einem der treppenartigen Bereiche
der Basisplatte 14 um die Mittelöffnung 4 gebondet.
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Die
erste Gruppe von Elektroden 3 an den unteren, mittleren
und oberen treppenartigen Bereichen wurden in einer Kreuzstich-
oder Zickzackanordnung bezüglich
der benachbarten Untergruppe der Elektroden 3 Struktur-angeordnet,
sodass die Drahtbondarbeit erfolgreich durchgeführt werden konnte, obwohl jede
Elektrode eine Breite kleiner als 100 μm aufwies, wie es gewöhnlicherweise
für Drahtbonden
erforderlich ist, sodass der Anordnungsabstand der Kontaktpunkte 8 an
der unteren Oberfläche der
elastischen Verkapselung 5 dementsprechend so fein sein
konnte.
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Obwohl
es hier nicht beschrieben ist, konnte die oben beschriebene Prüfsonde einer
modifizierten Ausführungsform
in im Wesentlichen der gleichen Prozedur wie beim Beispiel 1 mit
der Ausnahme erstellt werden, dass eine mehrschichtige Basisplatte 14 anstatt
der einschichtigen Basisplatte 1 im Beispiel 1 verwendet wird.
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Beispiel 3
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Die
bei diesem Beispiel erstellte Prüfsonde ist
in 4 mittels einer vertikalen
Querschnittsansicht dargestellt. Bei dieser Ausführungsform umfasste die untere
Oberfläche
der elastischen Verkapselung 5 treppenartige Stufenunterschiede,
um treppenartige Ringbereiche 15 um die Mittelöffnung 4 der Basisplatte 14 zu
bilden, die ein zweischichtiges Laminat mit treppenartigen Ringbereichen
um die Mittelöffnung 4 war.
Demgemäß wurden
die verbindenden Anschlussdrähte 2 in
zwei Gruppen aufgeteilt, sodass jeder der Anschlussdrähte 2 einer
der Gruppen mit der Elektrode 3 an einem der treppenartigen Ringbereiche
der Basisplatte 14 an einem Ende gebondet wurde, während das
andere Ende an einem der treppenartigen Ringbereiche 15 auf
der unteren Oberfläche
der Verkapselung 5 freigelegt wurde, und jeder der verbindenden
Anschlussdrähte 2 der
anderen Gruppe mit der Elektrode 3 an dem anderen treppenartigen
Ringbereich der Basisplatte 14 an einem Ende gebondet wurde,
während
dessen andere Ende an dem anderen treppenartigen Ringbereich 15 auf
der unteren Oberfläche
der Verkapselung 5 freigelegt war.
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Dieses
Modell der erfinderischen Prüfsonde wies
eine Anpassungsfähigkeit
an die Prüfung
einer Prüfplatte
mit Elektrodenanschlüssen
sowohl in dem Boden als auch um eine Ausnehmung oder einen Hohlraum
auf.
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Beispiel 4
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Die
bei diesem Beispiel erstellte Prüfsonde ist
in 5 mittels einer vertikalen
Querschnittsansicht dargestellt. Diese Ausführungsform war eine einfache
Modifikation der Ausführungsform
im Beispiel 1, bei dem die starre Verstärkung 6 mit einem Sichtloch 16 ausgestattet
war, durch das die Prüfplatte
unter der Prüfsonde
betrachtet werden konnte, sodass die Prüfsonde auf der Prüfplatte
sehr genau und akkurat angebracht werden konnte.
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Obwohl
es in den meisten Fällen
vorzuziehen ist, dass das Positionierungssichtloch 16 bei etwa
der Mitte der Öffnung 4 in
der Basisplatte 1 ausgebildet ist, wie es in 5 dargestellt ist, ist die
Position des Sichtlochs 16 nicht besonders beschränkend, vorausgesetzt,
dass keine Interferenz oder Störung
mit der Verdrahtung und der elektrischen Verbindung verursacht wird.
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Beispiel 5
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Die
bei diesem Beispiel erstellte Prüfsonde ist
in 6 mittels einer vertikalen
Querschnittsansicht dargestellt. Die Prüfsonde dieser Ausführungsform
war an sich im wesentlichen die gleiche wie beim Beispiel 1, wobei
jedoch ein gerippter Wärmeableiter 17 auf
der starren Verstärkung 6 in
direktem Kontakt damit angebracht ist, um den Wirkungsgrad der Wärmeableitung
stark zu verbessern, sodass die Prüfung mit der Prüfsonde sicher
durchgeführt
werden konnte, sogar wenn die Prüfplatte
unter den Prüfarbeiten
Wärme erzeugte.
Der Wärmeableiter 17 ist mit
einer großen
Anzahl von Rippen 17A auf der oberen Oberfläche ausgestattet,
um die für
die Wärmeableitung
verfügbaren
Oberflächenbereiche
stark zu erhöhen.
Außerdem
ist der Wärmeableiter 17 mit
einem sich nach unten erstreckenden Mittelbuckel 17B ausgestattet,
der in die in der starren Verstärkung 5 ausgebildeten Öffnung 4 eingeführt wird
und diese durchdringt, sodass der Oberflächenbereich des Wärmeableiters 17 folglich
sehr erhöht
wird.
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Das
Material, aus dem der Wärmeableiter 17 gebildet
ist, ist nicht besonders eingeschränkt, vorausgesetzt, dass das
Material eine hohe Wärmeleitfähigkeit
und eine gute Verarbeitbarkeit beim Formen aufweist. In dieser Hinsicht
wurde Aluminium bei diesem Beispiel für den Wärmeableiter 17 verwendet.
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Beispiel 6
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7A und 7B veranschaulichen jeweils die Testprozedur
für die
Prüfung
einer elektronischen Leiterplatte 21 mit einer im Allgemeinen
flachen Konfiguration, wie beispielsweise eines IC-Substrats, eines
Halbleiterwafers und dergleichen als die Prüfplatte gemäß dem erfinderischen Verfahren.
Das heißt,
dass jede der 7A und 7B eine vertikale Querschnittsansicht
einer Anordnung ist, die aus der Prüfplatte 21, der ersten
und zweiten Basisplatten 22, 23 eines Prüfgeräts (in den
Figuren nicht gezeigt) und der Prüfsonde 24 in elektrischer
Verbindung aufgebaut ist. Bei der in 7A dargestellten
Ausführungsform
wurde die ersten Gruppe von Elektroden 3 der Prüfsonde 24 in
der Nachbarschaft der Öffnung 4 der
Basisplatte davon bereitgestellt, während bei der in 7B dargestellten Ausführungsform
die erste Gruppe von Elektroden 3 der Prüfsonde 24 in
der Nähe
des Umfangs der Basisplatte 1 davon bereitgestellt wurde.
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Zuerst
wurde ein elastischer Verbinder 25 an den Elektroden 22A der
ersten Basisplatte 22 des Prüfgeräts angebracht, und die Prüfplatte 21 wurde ferner
auf eine solche Art und Weise darüber gelegt, dass die zweite
Gruppe von Elektroden 21B der Prüfplatte 21 in eine
elektrische Verbindung mit der ersten Basisplatte 22 des
Prüfgeräts durch
den elastischen Verbinder 25 gebracht wurde.
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Als
nächstes
wurde die Prüfsonde 24 zu
einer Position nahe der Prüfplatte 21 bewegt,
um eine elektrische Verbindung zwischen den Endabschnitten der verbindenden
Anschlussdrähte 2 aufzubauen,
die mit der ersten Gruppe von Elektroden 3 der Prüfsonde 24 gebondet
waren. Außerdem
wurde ein Elastomerverbinder 28 (Typ MT, ein Produkt von Shin-Etsu
Polymer Co.) an den Elektroden 23B der zweiten Basisplatte 23 des
Prüfgeräts angebracht,
so dass eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten Gruppe
von Elektroden 3' der
Prüfsonde 24 und den
Elektroden 23B der Basisplatte 23 durch den dazwischen
angeordneten elastischen Verbinder 28 aufgebaut wurde,
um die Prüfschaltung
fertig zu stellen.
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Die
Prüfung
der Prüfplatte 21 wurde
durch Anlegen einer vertikalen Kraft in der durch den Pfeil P angegebenen
Richtung an die Prüfsonde 24 durchgeführt, die
an der Prüfplatte 21 angebracht
war, deren Elektrodenanschlüsse
der ersten und zweiten Gruppe mit einer Beabstandung von 200 μm angeordnet
waren, sodass eine sehr zuverlässige
elektrische Verbindung mit jeder der Elektroden erhalten werden
konnte, um die elektrische Prüfung
der Prüfplatte 21 sehr
zuverlässig
und sehr schnell durchzuführen.
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Beispiel 7
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8 veranschaulicht eine weitere
Ausführungsform
des erfinderischen Verfahrens für
die Prüfung
einer Prüfplatte 21,
deren erste Gruppe von Elektroden 21A an den treppenartigen
Bereichen der Platte 21 ausgebildet sind, wie es manchmal
der Fall bei IC-Gehäuseplatten
ist, wobei das Verfahren in anderer Hinsicht mit dem bei Beispiel
6 beschriebenen identisch ist.
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Durch
Anlegen einer Druckkraft in der durch den Pfeil P angegebenen vertikalen
Richtung auf die Prüfsonde 24 konnte
eine elektrische Prüfung
der Prüfplatte 21 sehr
zuverlässig
und sehr schnell durchgeführt
werden.
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Beispiel 8
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Dieses
Beispiel ist für
eine Ausführungsform, bei
der, wie es in 9 mittels
einer vertikalen Querschnittsansicht dargestellt ist, die Elektroden 22A der ersten
Basisplatte 22 des Prüfgeräts (in der
Figur nicht gezeigt) und die zweite Gruppe von Elektroden 21B der
Prüfplatte 21,
anstatt einen bei den Beispielen 6 und 7 verwendeten
elektrischen Verbinder 25 zu verwenden, mittels einer Elektrodenanordnung 22A direkt
verbunden sind, die mit einer Mehrzahl von goldplattierten Pogo-Stiften 32 versehen
ist, die jeweils einen Durchmesser von 0,5 mm aufweisen. Das Verfahren
ist in anderer Hinsicht mit dem bei den Beispielen 6 und 7 beschriebenen
Verfahren identisch. Mittels der Federmittel der Pogo-Stifte 32 konnten
die Elektrodengruppen miteinander mit Nachgiebigkeit kontaktiert
werden, um eine elektrische Verbindung dazwischen zuverlässig aufzubauen.