IT9083623A1

IT9083623A1 - Connessione universale multicontatto tra scheda portasonde ews e scheda di prova per una stazione di collaudo su fetta di dispositivi a semiconduttore.

Info

Publication number: IT9083623A1
Application number: IT083623A
Authority: IT
Inventors: Giuseppe Libretti
Original assignee: Sgs Thomson Microelectronics
Priority date: 1990-06-19
Filing date: 1990-06-19
Publication date: 1991-12-19
Also published as: DE69131266D1; JPH0621167A; DE69131266T2; EP0462944A1; KR920001665A; IT9083623A0; IT1243302B; JP3160314B2; US5187431A; EP0462944B1

Description

CONNESSIONE UNIVERSALE MULTICONTATTO TRA SCHEDA PORTASONDE EWS E SCHEDA DI PROVA PER UNA STAZIONE DI COLLAUDO SU FETTA DI DISPOSITIVI A SEMICONDUTTORE

La presente invenzione concerne un sistema universale di connessione a multicontatti tra una scheda portasonde EWS ed una scheda di prova per una stazione di collaudo su fetta di dispositivi a semiconduttore integrati monoliticamente.

Le stazioni di collaudo su fetta sono apparecchiature di fondamentale importanza per il controllo di qualità di produzioni microelettroniche. Le stazioni sono assai com plesse disponendo di sofisticate apparecchiature di automazione e di controllo automatico per consentire alti livelli di produttività nell’esecuzione dei controlli che avvengono su tutti i pezzi in fabbricazione.

A corredo di ciascuna stazione di prova esiste una pluralità di schede portasonde EWS intercambiabili e di schede di prova anch’esse intercambiabili ciascuna delle quali è specificamente realizzata per collaudare un determinato tipo di prodotto. In particolare la scheda portasonde EWS rappresenta il mezzo attraverso il quale una pluralità di microscopiche sonde conduttrici possono essere poste in contatto con rispettivi "pads" presenti sul fronte di ciascun dispositivo integrato sulla fetta. Il contatto elettrico tra la punta di ciascuna sonda ed il rispettivo "pad" di contattazione è stabilito per pressione ed è comprensibile come l’uniformità e la riproducibi lità della pressione di contatto siano fattori critici per la regolarità e precisione delle rilevazioni dei parametri elettrici che devono essere effettuate sul dispositivo in prova. Una scheda di collaudo è invece una scheda contenente le circuiterie adatte ad implementare particolari funzioni di polarizzazione e funzioni di rilevamento di quantità elettriche nonché funzioni di controllo, compensazione, elaborazione dei dati rilevati in modo da presentarli in forma adeguata alle varie strumentazioni di analisi che determinano la rispondenza o meno del dispositivo alle specifiche di progetto.

Il collegamento tra i vari nodi circuitali del dispositivo integrato contattati attraverso le sonde della scheda portasonde e le rispettive uscite ed ingressi della scheda portante la circuiteria di collaudo, sono normalmente realizzate mediante cavetti singoli innestabili mediante un connettore maschio-femmina, spesso di tipo unipolare. Nonostante queste connessioni siano da effettuarsi solo all’atto della predisposizione della stazione al collaudo di un particolare tipo di dispositivo, esse risultano estremamente laboriose ma soprattutto sono fonte di problemi, considerando che il numero di connessioni può essere assai elevato (da 60 a 180 fili).

I collegamenti a filo tra la scheda portasonde e la scheda di collaudo nonostante non gravino sostanzialmente sulla scheda oortasonde e quindi non introducano asimmetrie o disuniformità di carico sui contatti stabiliti a pressione con il dispositivo su fetta con la conseguente variazione della resistenza di contatto che per variazioni di carico di ± 10 gr può variare di 10-20 milliohm, presenta il notevole problema che la reciproca disposizione spaziale dei fili di collegamento è difficilmente stabile e ripetibile ad ogni operazione di montaggio causando in tal modo variazioni di accoppiamenti capacitivi ed induttivi tra i segnali che richiedono di volta in volta laboriose operazioni di compensazione mediante impiego di reti RC o che altrimenti vengono eseguite sul campo durante la fase di "debugging" dell’attrezzatura, prima di procedere all’impostazione definitiva dell’apparecchiatura per il collaudo.

Queste operazioni preliminari necessarie prima di iniziare l’attività di collaudo vera e propria sono lunghe e laboriose oltre ad essere causa spesso di istabilità nelle misure di parametri particolarmente critici o marginali con conseguente virtuale perdita di resa.

Di fronte a questo stato della tecnica, si è ora trovato che questi problemi e limitazioni delle attrezzature correnti possono essere superati riducendo inoltre in modo marcato il tempo necessario per predisporre la stazione di collaudo quando occorre attrezzarla con una diversa scheda portasonde EWS e/o una diversa scheda di prova per procedere al collaudo di dispositivi integrati differenti.

Questi obiettivi e vantaggi sono realizzati impiegando un speciale sistema di connessione con caratteristiche sostanzialmente universali tra una qualsiasi scheda portasonde EWS ed una qualsiasi scheda di prova portante le specifiche circuiterie di alimentazione, di pilotaggio e di rilevamento per un certo dispositivo a semiconduttore da collaudare su fetta. Il sistema impiega sostanzialmente tre parti delle quali due sono rappresentate da una pluralità di contatti maschi permanentemente fissati, secondo una determinata disposizione, su una faccia di ciascuna di dette schede portasonde EWS e di dette schede di prova a corredo della stazione di collaudo su fetta. I contatti maschio sono montati sulle rispettive facce dei due tipi di schede che si contrappongono quando le stesse sono montate sulla struttura di supporto delle schede della macchina. Una terza parte è vantaggiosamente unica ed è utilizzabile universalmente con una qualsiasi coppia di schede portasonde e porta circuiteria di collaudo e serve per collegare rapidamente tra loro in maniera agevole e funzionalmente ottimale i vari contatti maschio rispettivamente su una e sull’altra delle due schede. Questo elemento di interconnessione è costituito da un corpo piano o anulare avente una pluralità di contatti doppia femmina alloggiati in modo non rigido all’interno di rispettivi alloggiamenti che attraversano lo spessore del corpo sostanzialmente isolante. Naturalmente la disposizione sul rispettivo piano dei contatti doppia femmina è identica alla disposizione dei contatti maschi sulle schede intercambiabili in modo da rendere possibile il reciproco accoppiamento tra tutti i contatti maschi di una scheda ed i corrispondenti contatti maschi dell’altra scheda in maniera univoca attraverso i contatti doppia femmina di tale connettore universale. Il corpo del connettore universale con contatti a doppia femmina può essere permanentemente montato su una flangia in modo da essere sostenuto autonomamente dalla stessa struttura di sostegno delle schede in una posizione di innesto tale da non gravare sulla scheda portasonde che è generalmente sostenuta nella parte inferiore della struttura di sostegno.

I diversi aspetti e vantaggi dell’invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione di una sua forma di realizzazione e con riferimento agli annessi disegni neì quali:

la Fig. 1 è una vista schematica in elevazione di un’incastellatura portaschede di una stazione di collaudo su fetta incorporante la connessione universale multicontatto oggetto della presente invenzione;

la Fig. 2 è una vista parziale in pianta secondo il piano II—II indicato in Fig. 1;

la Fig. 3 è una vista parziale esplosa della connessione universale; e

la Fig. 4 è un dettaglio parziale che mostra uno dei due accoppiamenti della connessione.

Con riferimento alle figure, nelle quali le stesse parti sono indicate con gli stessi numeri, l'attrezzatura di una stazione di collaudo su fetta comprende un corpo o telaio portaschede 1, il quale è normalmente rigidamente fissato sulla macchina di prova 2. Comunemente il corpo portaschede 1 sostiene nella sua parte inferiore una scheda EWS portasonde 3, la quale è bloccata nella sua sede mediante più perni girevoli 4. Sulla faccia inferiore della scheda portasonde EWS 3 si estende una pluralità di microsonde conduttrici elastiche le cui punte di contatto sono disposte su uno stesso piano, come complessivamente indicato con 5 nello schema della Fig. 1. Un’apparecchiatura di movimentazione automatica delle fette (non mostrata in figurai provvede a posizionare una fetta sotto l’insieme di sonde 5 e, dopo centratura rispetto ad uno dei dispositivi integrati presenti sulla fetta, a sollevare la stessa di un’altezza sufficiente a stabilire i contatti con le punte delle sonde elastiche 5 fino al completamento dei rilievi di collaudo sul dispositivo. Queste ultime operazioni automatizzate sono ripetute per ciascun dispositivo presente sulla fetta.

Sulla faccia superiore della scheda portasonde 3 è presente una pluralità di contatti maschi, sottoforma di perni cilindrici 6 con assi paralleli tra loro, rigidamente montati sulla scheda ed attraverso i quali viene stabilita una continuità elettrica con le rispettive sonde micrometriche di contatto su fetta. Normalmente tali contatti maschi sono disposti a distanza uniforme su una o più circonferenze o archi di circonferenza benché altre disposizioni possono anche essere impiegate. Nell’esempio illustrato, la disposizione dei contatti è su una circonf erenza di circa 100 millimetri di diametro per un numero totale di 60 contatti costituiti da perni maschi di 1,5 millimetri di diametro. Questa disposizione è schematicamente mostrata nella vista in pianta parziale della Fig. 2. Naturalmente i perni dei contatti maschio 6 attraversano lo spessore della scheda a circuito stampato 3 per realizzare la desiderata continuità elettrica con le rispettive sonde 5.

Un connettore universale 7 è dotato di un numero di contatti doppia femmina uguale al numero di contatti maschi (60) presenti sulla faccia superiore della scheda portasonde 3, disposti in modo analogo a questi ultimi nel rispettivo piano di montaggio. I contatti a doppia femmina del connettore universale 7 sono montati in modo non rigido all’interno di rispettivi alloggiamenti che attraversano lo spessore di un corcò portante di forma anulare, il quale è a sua volta montato all’interno del foro centrale di una flangia di sostegno 8 atta ad essere sostenuta in un’adatta sede di un anello mensola 9 del corpo portaschede 1 in modo che l’accoppiamento di ciascuna prima estremità femmina dei contatti del connettore universale 7 con il rispettivo contatto maschio 6 della scheda portasonde 3 sia stabilito con un gioco meccanico prefissato cosicché il peso del connettore universale 7 non grava in alcun modo sulla scheda portasonde 3.

Una determinata scheda di prova 10 contenente la desiderata circuiteria di collaudo (complessivamente rappresentata in modo schematico dal profilo a linea a tratti indicato con 11 in figura) è anch’essa fornita sulla propria faccia inferiore di un’analoga pluralità di contatti maschi simile a quella presente sulla faccia superiore della scheda portasonde 3. Questa seconda pluralità di contatti maschi si accoppia con la pluralità di seconde estremità femmina dei contatti doppia femmina del connettore universale 7 per stabilire la continuità elettrica con i rispettivi contatti maschi della scheda portasonde 3 e della scheda di collaudo 10. Naturalmente nel caso di disposizioni dei contatti non univoche (come nel caso di una disposizione uniforme su circonferenza) le due parti maschio che costituiscono la connessione universale Co tutte tre le parti) possono essere fornite di un indice o di un riscontro meccanico per assicurare l’unicità di interconnessione.

Nella vista in sezione parziale esplosa della Fig. 3 sono chiaramente mostrate, ancorché in modo schematico, le caratteristiche della connessione universale multicontatto della Fig. 1. I contatti maschi 6 della scheda portasonde 3 sono contenuti all’interno di un canale circolare formato dalle due pareti verticali concentriche 6b e 6b di un corpo anulare canaliforme di materiale isolante. 11 gambo 6a del perno di contatto maschio 6 emerge dalla superficie inferiore della scheda portasonde 3 per la realizzazione della saldatura con il rispettivo circuito stampato.

Del tutto analoghi sono i contatti maschio presenti sulla faccia inferiore della scheda 10, portante la specifica circuiteria di collaudo. Anche in questo caso il perno 12 è fornito di un gambo 12a la cui estremità emerge sulla faccia superiore della scheda 10 per poter effettuare la saldatura al rispettivo circuito stampato della scheda, mentre la pluralità dei contatti 12 risulta anche in questo caso contenuta all’interno di un canale circolare formato dalle pareti laterali concentriche 12b e 12b’ dell’anello canaliforme di materiale isolante contenente i perni .

Il connettore universale doppia femmina 7 impiega una pluralità di contatti a doppia femmina, ciascuno dei quali è formato dalle due estremità femmina 7a e 7b collegate tra loro dal gambo centrale 7c. Le estremità di ciascun contatto doppia femmina sono alloggiate con un determinato gioco GG in rispettive cavità cilindriche ricavate in due corpi anulari di materiale isolante 7c e 7d, forniti dei fori tra loro coassiali 7h e 7h’ per il passaggio dei rispettivi perni dei contatti maschi. I due corpi anulari di montaggio dei contatti 7c e 7d sono a loro volta montati su due corpi distanziatori, coassiali tra loro, 7f e 7f’ , i quali possono essere di metallo. Il corpo distanziatore esterno 7f è fornito di un dente circolare o flangia 7g per l'appoggio sulla flangia di montaggio 8 (Fig. 1).

Nel particolare della Fig. 4 è mostrato l’accoppiamento tra un contatto maschio ed il rispettivo terminale femmina del connettore universale che prevede un gioco GG’ in modo che il connettore universale intermedio non gravi in alcun modo sulla scheda portasonde 3.

I contatti maschi impiegati sulle schede a corredo dell’apparecchiatura di collaudo sono essenzialmente dei perni rigidi e quindi di costo relativamente contenuto. Pertanto attrezzare tutte le schede portasonde e tutte le schede di collaudo con una tale pluralità di contatti maschio non comporta un costo molto elevato. Convenientemente invece il connettore universale con contatti a doppia femmina è unico ed utilizzabile per accoppiare tra loro una qualsiasi scheda EWS ed una qualsiasi scheda di prova. I contatti femmina sono preferibilmente di un tipo adatto a conferire una bassa resistenza di contatto con grande affidabilità e con elevate caratteristiche di continuità in condizioni di vibrazioni ed urti.

Preferibilmente le schede di contatto femmina impiegano un manicotto di contatto di forma iperbolica costituito da fili tesi ad un certo angolo rispetto all’asse di inserzione del contatto, commercializzati in Italia dalla ditta Connei S.p.A. Connettori Elettrici Industriali con il nome commerciale di contatti HC ed il marchio HYPERTAC®. I fili metallici hanno la proprietà di tendersi e raddrizzarsi per accomodare un perno maschio di accoppiamento.

Il gioco di montaggio dei contatti doppia femmina all’interno del connettore universale, il gioco di accoppiamento tra il connettore universale "sospeso" sulla scheda EWS portasonde ed l’intrinseca stabilità di contatto dei speciali contatti doppia femmina impiegabili per realizzare il connettore universale, conferiscono alla connessione caratteristiche di stabilità, uniformità e riproducibilità straordinariamente elevate semplificando notevolmente le operazioni di predisposizione preliminari ad ogni ciclo di collaudo ma soprattutto è stato rilevato che la stabilità e riproducibilità delle condizioni di accoppiamento elettrico è tale da avere un immediato riflesso sulla resa, fatto ascrivibile alle migliorate condizioni di rilevamento di parametri e caratteristiche particolarmente critiche.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema di connessione universale multicontatto tra una qualsiasi scheda portasonde EWS, quest’ultima atta a stabilire contatti elettrici a pressione con altrettanti pads di contatto presenti sul fronte di un dispositivo a semiconduttore formato su fetta, ed una qualsiasi scheda di prova portante specifiche circuiterie di alimentazione, di pilotaggio e di rilevamento per detto dispositivo a semiconduttore da collaudare su fetta, a corredo di una stazione di collaudo su fetta, caratterizzato dal fatto che è costituito da una prima pluralità di contatti maschi sottoforma di perni cilindrici con assi paralleli tra loro, rigidamente montati sulla faccia superiore di detta scheda portasonde; una seconda pluralità di contatti maschi sottoforma di perni cilindrici con assi paralleli tra loro, montati rigidamente sulla faccia inferiore di detta scheda di prova funzionalmente opposta a detta faccia superiore della scheda portasonde; un connettore universale fornito di una pluralità di contatti doppia femmina sostanzialmente montati in maniera non rigida all’interno di rispettivi alloggiamenti realizzati in un corpo portante sostanzialmente ìsolante; dette pluralità di contatti essendo disposte in maniera analoga nei rispettivi piani di montaggio in modo da rendere possibile il reciproco collegamento tra detti contatti maschio di detta scheda portasonde con i rispettivi contatti maschio di detta scheda di prova attraverso detti contatti doppia femm ina di detto connettore universale; mezzi di sostegno di detto corpo portante in una posizione di innesto funzionalmente intermedia tra dette pluralità di contatti maschio presenti sulle facce contrapposte di dette schede atti ad impedire a detto connettore universale di gravare su detta scheda portasonde.
2. Il sistema di connessione universale della rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti contatti doppia femmina sono montati con un gioco prefissato assiale e trasversale all'interno di detti alloggiamenti e detti mezzi di sostegno sono atti a realizzare l’accoppiamento tra un’estremità di detti contatti doppia femmina ed i rispettivi contatti maschio di detta prima pluralità di contatti maschio presenti sulla faccia superiore,della scheda portasonde con un gioco prestabilito.
3. Il sistema di connessione universale della rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti contatti doppia femmina hanno ciascuna delle due sedi di accoppiamento formate da una pluralità di fili metallici tesi ad un angolo di inclinazione rispetto all’asse di accoppiamento ed atti a tendersi e raddrizzarsi per accomodare un perno maschio di accoppiamento.