Opublikowano: 4.VII.1971 62835 KI. 21 e, 31/14 MKP G 01 r, 31/14 UKD 621.317.8 Wspóltwórcy wynalazku: Wojciech Gregorczyk, Boguslaw Stepien Wlasciciel patentu: Instytut Tele- i Radiotechniczny, Warszawa (Polska) Sonda wielopunktowa do kontroli miedzyoperacyjnej mikroukladów Przedmiotem wynalazku jest sonda wielopunk¬ towa do kontroli miedzyoperacyjnej mikroukla¬ dów, umozliwiajaca kontrole parametrów elek¬ trycznych poszczególnych czesci mikroukladu pod¬ czas procesu jego wytwarzania. Nadaje sie do pomiarów mikroukladów o dowolnej konfiguracji pól kontaktowych, do pomiarów pojedynczych ele¬ mentów mikroukladu oraz do pomiarów funkcjo¬ nalnych calego mikroukladu.Dotychczas pomiary miedzyoperacyjne poszcze¬ gólnych elementów mikroukladu sa dokonywane przez dotykanie poszczególnych punktów pomia¬ rowych mikroukladu dwoma iglami polaczonymi z ukladem pomiarowym. Operacja ta wykonywa¬ na jest recznie i umozliwia jednorazowe skontro¬ lowanie jednego tylko parametru elektrycznego oraz jednego elementu mikroukladu, np. rezy¬ stancji rezystora lub pojemnosci kondensatora i jest bardzo czasochlonna. Pomiary funkcjonalne calego mikroukladu lub jego czesci ta metoda sa niemozliwe.Sondy wielopunktowe umozliwiajace szybka kontrole miedzyoperacyjna mikroukladów sa nie¬ zbedne w masowej produkcji mikroukladów.Konstrukcja ich nie jest jednak znana. Spotyka sie jednak sondy przeznaczone do kontroli mi¬ kroukladów pólprzewodnikowych. Cecha charak¬ terystyczna tych sond jest to, ze szpilki kontakto¬ we sa uksztaltowane podobnie jak nogi pajaka.Szpilki kontaktowe umocowane sa na pierscieniu 15 25 30 o duzej srednicy rzedu 20 — 40 cm a ich docisk do mikroukladu realizowany jest za pomoca spre¬ zyn metalowych.Celem niniejszego wynalazku jest skonstruowa¬ nie sondy wielopunktowej do kontroli miedzyope¬ racyjnej mikroukladów cienkowarstwowych i gru¬ bowarstwowych.Istota wynalazku jest to, ze szpilki kontaktowe laczace elektrycznie pola pomiarowe mikroukladu z zaciskami ukladu pomiarowego przechodza przez wzajemnie przesuniete otwory prowadzace w plytkach izolacyjnych dolnej i górnej, oraz przez otwory w sprezynujacej warstwie izolacyjnej roz¬ mieszczone analogicznie jak otwory w górnej plytce izolacyjnej. Sprezynujaca warstwa izola¬ cyjna znajduje sie pomiedzy równoleglymi wzgle¬ dem siebie plytkami izolacyjnymi górna i dolna.Sonda wedlug wynalazku zapewnia jednoczes¬ nie dolaczanie sie do wielu blisko siebie polozo¬ nych punktów pomiarowych pólproduktu mikro¬ ukladu, dzieki czemu umozliwia podlaczenie mi¬ kroukladu do ukladu pomiarowego. Sonda wed¬ lug wynalazku zapewnia pomiary mikroukladu o dowolnej konfiguracji pól kontaktowych i dzieki temu umozliwia zarówno pomiary pojedynczych elementów mikroukladu, jak i pomiary funkcjo¬ nalne calego mikroukladu. Konstrukcja sondy wedlug niniejszego wynalazku zapewnia kontakt elektryczny z wszystkimi punktami pomiarowy¬ mi mikroukladu nawet w przypadku, gdy podlo- 62 83562 835 3 - 4 nich o odleglosc równa dlugosci odcinka BC szpil¬ ki kontaktowej. Przez te otwory przechodza od¬ cinki CD szpilek kontaktowych. Plytki izolacyjne górne i dolne sa wykonane z materialu o malym 5 wspólczynniku tarcia, np. ze szkla, glazurowanej ceramiki, plexi, teflonu itp.Sprezynujaca warstwa izolacyjna 4 ma za za¬ danie zapewnic docisk szpilki kontaktowej do po¬ la kontaktowego, tj. punktu pomiarowego mikro- !0 ukladu. Jest ona wykonana z takiego materialu i ma taka grubosc, aby zapewniala sprezyste prze¬ suwanie sie szpilki kontaktowej w kierunku pio¬ nowym o okolo 1 mm. W przykladzie wykona¬ nia zastosowano twarda gume o grubosci 5 mm. 15 W sprezynujacej warstwie izolacyjnej wywiercone sa otwory o rozmieszczeniu identycznym jak w górnej plytce izolacyjnej. Srednica otworów po- winna byc dwukrotnie wieksza od srednicy szpi¬ lek kontaktowych. Przez te otwory przechodza 20 odcinki CD szpilek kontaktowych.Zasada dzialania omawianej sondy wielopunk- towej jest przedstawiona. graficznie na fig. 2.Sonda jest opuszczona na mikrouklad okolo 1 mm ponizej poziomu, na którym zetknelyby sie kon- 25 ce A szpilek kontaktowych z powierzchnia mi¬ kroukladu bez ich odksztalcania sie. Po takim opuszczeniu sondy szpilki kontaktowe na skutek sily reakcji podloza mikroukladu odksztalcaja sie sprezyscie na odcinku BC oraz wgniataja w spre- 30 zynujaca warstwe izolacyjna. Polozenie szpilki kontaktowej po opuszczeniu na podloze pokazuje na fig. 2 linia ciagla. Uzyskujemy wówczas nie¬ zaleznie od falistosci podloza pewny kontakt elektryczny wszystkich szpilek kontaktowych z 35 odpowiadajacymi im punktami pomiarowymi mi¬ kroukladu. Rozwiazanie takie zabezpiecza plytki podlozowe mikroukladu przed peknieciem w przypadku zbyt duzego nacisku sondy, poniewaz szpilki kontaktowe beda dociskac podloze jedynie z niewielka sila reakcji sprezynujacej warstwy izolacyjnej. ze mikroukladu jest faliste, a szpilki kontaktowe sondy nie maja idealnie tej samej dlugosci. Son¬ de cechuje prosta konstrukcja i jednoczesnie du¬ za zdolnosc rozdzielcza.Podczas pomiarów poszczególne zespoly szpilek kontaktowych sa wybierane za pomoca przelacz¬ nika recznego lub automatycznego urzadzenia ko¬ mutacyjnego. Poza automatyzacja procesu pomia¬ ru jednego mikroukladu sonda wielopunktowa wedlug wynalazku umozliwia takze automatyzacje podawania plytek mikroukladowych do stanowis¬ ka pomiarowego.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1, przedstawia pojedynczy zespól stykowy sondy, fig. 2 zasade dzialania sondy, a .fig. 3 szpil¬ ke kontaktowa.Na fig. 1 i fig. 2 pokazany jest tylko jeden zespól stykowy sondy wielopunktowej. Cala son¬ da wielopunktowa zawiera tyle takich zespolów ile punktów pomiarowych ma mikrouklad, do po¬ miaru którego ^est ona przeznaczona. Rozmiesz¬ czenie zespolów stykowych odpowiada rozmiesz¬ czeniu punktów pomiarowych mikroukladu.Sztywne plytki izolacyjne górna 3, dolna 5 oraz sprezynujaca warstwa izolacyjna 4 sa wspól¬ ne dla wszystkich zespolów stykowych sondy i sa sztywno polaczone ze soba.Szpilki kontaktowe 2 sa wykonane z drutu sprezystego o srednicy 0,1 — 0,5 mm. Odcinek BC szpilki wykrepowany jest pod katem 90° wzgle¬ dem odcinków AB i OD. Wszystkie odcinki szpil¬ ki kontaktowej leza w jednej plaszczyznie. Mate¬ rial, z którego wykonane sa szpilki kontaktowe, ma mala rezystancje i duza odpornosc na korozje.W omawianym wykonaniu szpilki kontaktowe zrobione sa z drutu stalowego o srednicy 0,4 mm.Od strony styku z punktem pomiarowym mikro¬ ukladu, — punkt A, szpilki kontaktowe zakon¬ czone sa sferycznie. Z przeciwnej strony, punkt D, do szpilek dolaczone sa przewody 1 doprowa¬ dzajace sygnal z ukladu pomiarowego. Zadaniem szpilek kontaktowych 2 jest polaczenie elektrycz¬ ne odpowiednich punktów pomiarowych mikro¬ ukladu z przewodami doprowadzajacymi sygnal z ukladu pomiarowego.Dolna plytka izolacyjna 5 ma za zadanie zapew¬ nic zaprogramowane dla danego typu mikroukla¬ du rozstawienie szpilek kontaktóVych 2 oraz ich prowadzenie w kierunku pionowym. Szpilki kon¬ taktowe przy przejsciu przez plytki izolacyjne górna i dolna sa prostopadle do nich, przy czym szpilki kontaktowe na odcinkach pomiedzy otwo¬ rami w dolnej plytce izolacyjnej a rzutami odpo¬ wiadajacych im otworów górnej plytki izolacyj¬ nej 3 sa równolegle do plaszczyzn plytek izola¬ cyjnych górnej 3 i dolnej 5. W plytce tej . wy¬ wiercone sa otwory precyzyjnie odpowiadajace rozmieszczeniu punktów pomiarowych mikroukla¬ du. Przez te otwory przechodza odcinki AB szpi¬ lek kontaktowych. Górna plytka izolacyjna 3 ma za zadanie zapewnic prowadzenie szpilek kon¬ taktowych w kierunku pionowym. W plytce tej wywiercone sa otwory analogiczne jak w dolnej plytce izolacyjnej 5, lecz przesuniete wzgledem PL