RU2035131C1 - Probe head - Google Patents
Probe head Download PDFInfo
- Publication number
- RU2035131C1 RU2035131C1 SU4795005A RU2035131C1 RU 2035131 C1 RU2035131 C1 RU 2035131C1 SU 4795005 A SU4795005 A SU 4795005A RU 2035131 C1 RU2035131 C1 RU 2035131C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- base
- probe head
- holes
- cavities
- contacts
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Leads Or Probes (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах контроля и измерения электрофизических параметров микросхем, микросборок и других устройств радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и изделий электронной техники (ИЭТ) повышенной группы сложности и высокой плотности компоновки элементов при проведении испытаний и проверок вышеперечисленных устройств и узлов на функционирование, контроле статических и динамических параметров, а также при межоперационном контроле в ходе промышленного изготовления последних. The invention relates to electronics and can be used in devices for monitoring and measuring the electrophysical parameters of microcircuits, microassemblies and other devices of electronic equipment (REA) and electronic products (IET) of increased complexity and high density of the layout of the elements when conducting tests and checks of the above devices and nodes on the functioning, control of static and dynamic parameters, as well as during interoperational control during industrial production of the latter.
Целью изобретения является обеспечение надежности контактирования, уменьшение геометрических размеров контактов при одновременном уменьшении расстояния между ними. The aim of the invention is to ensure the reliability of contacting, reducing the geometric dimensions of the contacts while reducing the distance between them.
Это достигается тем, что в зондовой головке для устройств контроля, содержащей основание, на поверхности которого размещены контакты и проводники, основание зондовой головки выполнено из механически прочного материала, обеспечивающего возможность формирования контактов и проводников с точностью фотолитографической обработки, в объеме основания сформированы полости, электрически изолированные от объема последнего и сообщающиеся с поверхностями основания зондовой головки каналами, при этом внутренний объем полостей и каналов заполнен электропроводящим материалом, образующим при выходе на поверхность основания контакты. This is achieved by the fact that in the probe head for monitoring devices containing a base, on the surface of which contacts and conductors are placed, the base of the probe head is made of mechanically strong material, which makes it possible to form contacts and conductors with photolithographic processing accuracy, cavities are formed in the base volume, electrically isolated from the volume of the latter and communicating with the surfaces of the base of the probe head with channels, while the internal volume of the cavities and channels is filled It is electrically conductive material, which forms contacts when entering the base surface.
Конструкций зондовой головки для устройств контроля с признаками, аналогичными совокупности отличительных признаков предлагаемой конструкции и проявляющими те же свойства, не выявлено. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия". No probe head designs for monitoring devices with features similar to the set of distinctive features of the proposed design and exhibiting the same properties have been identified. Thus, the proposed technical solution meets the criterion of "significant differences".
На фиг.1 представлен вертикальный разрез зондовой головки для устройств контроля предлагаемой коснтрукции, выполненной из полупроводникового материала, в объеме которого сформированы полости, оси которых совпадают с перпендикулярами восстановленными из центров контактных площадок измеряемых образцов (в качестве электропроводящего материала, заполняющего полости и каналы основания и образующего при выходе на поверхность основания контакты зондовой головки, используется жидкий металл, например ртуть или легкоплавкий металл, например индий, галлий и др. при этом основание подложки нагревается посредством ИК-излучателя, устанавливаемого в непосредственной близости над поверхностью зондовой головки); на фиг.2 то же, но полости и каналы заполнены электропроводящей жидкостью, в которой для обеспечения надежности контактирования кристаллографические плоскости ограничивающие полости и каналы покрыты слоями проводящего материала, например молибдена; на фиг.3 то же, но в качестве электропроводящего материала, заполняющего полости и служащего для формирования контактов зондовой головки, используются слои электропроводящей резины со специальными наполнителями или композивные материалы на основе углеродных волокон, а также другие токопроводящие высокомолекулярные соединения и смолы. Figure 1 shows a vertical section of the probe head for control devices of the proposed structure made of a semiconductor material in the volume of which cavities are formed, the axes of which coincide with the perpendiculars restored from the centers of the contact pads of the measured samples (as an electrically conductive material filling the cavities and channels of the base and forming at the exit to the base surface the contacts of the probe head, a liquid metal is used, for example mercury or low-melting metal, for example p indium, gallium, etc. while the base of the substrate is heated by means of an IR emitter installed in the immediate vicinity of the surface of the probe head); figure 2 is the same, but the cavities and channels are filled with an electrically conductive liquid, in which, to ensure the reliability of contact, the crystallographic planes bounding cavities and channels are covered with layers of a conductive material, such as molybdenum; figure 3 the same, but as the electrically conductive material filling the cavity and serving to form the probe head contacts, layers of conductive rubber with special fillers or composite materials based on carbon fibers, as well as other conductive high molecular weight compounds and resins are used.
Ниже приводятся примеры практической реализации предлагаемой конструкции зондовой головки для устройств контроля и случаи конкретного применения. The following are examples of the practical implementation of the proposed probe head design for monitoring devices and specific applications.
Головка содержит пластины 1 и 2 монокристаллического кремния, выполняющие функции основания, семейства 3 кристаллографических плоскостей III, ограничивающие внутренний объем полостей, полости 4, сформированные в объеме материала основания, каналы 5 и 6, соединяющие внутренние объемы полостей 4 с поверхностями основания, слои 7 диэлектрического материала, сформированные на поверхностях семейства кристаллографических плоскостей III и 100, ограничивающих внутренние объемы как полостей 4, так и каналов 5 и 6, слои 8 диэлектрического материала, сформированные на верхней и нижней поверхностях основания, окно 9, посредством которого канал 6 выходит на верхнюю поверхность основания зондовой головки, контактную площадку 10 коммутационной системы. The head contains
Кроме того, головка содержит шины 11 коммутационной системы, контактные площадки 12 коммутационной системы измеряемого образца, подложку 13 измеряемого образца, слои 14 электрического материала, сформированные на поверхности подложки измеряемого образца, электропроводящий материал 15, заполняющий внутренние объемы полостей 4 и образующий при выходе на поверхность зондовой головки контакты, контакты 16 из ртути или легкоплавкого металла, слои 17 проводящего материала, сформированные на поверхностях диэлектрического материала, ограничивающего внутренний объем полости 4 и каналов 5 и 6, кольцевой контакт 18, образованный слоями металла 17 при выходе на поверхности основания, материал 19, заполняющий полости 4 и каналы 5 и 6 и образующий при выходе на поверхность контакты зондовой головки, в качестве которого используются высокомолекулярные соединения с электропроводящими наполнителями. In addition, the head contains
П р и м е р 1. С целью облегчения практической реализации предлагаемой конструкции зондовой головки для устройств контроля и полного использования достижений современной микроэлектронной технологии и конструирования основание зондовой головки выполнено из полупроводникового материала, например из пластин монокристаллического кремния. Для практической реализации данной конструкции использовались в качестве основания зондовой головки пластины монокристаллического кремния: верхняя 1 и нижняя 2. Пластины монокристаллического кремния использовались как n-, так и р-типа проводимости и отвечали требованиям ЕТО.035.206 ТУ или любого другого технического требования диаметром 100 мм и более. В данном конкретном случае использовался кремний с ориентацией рабочей поверхности (100) 100 КЭФ 4,5 (100)-480 ЕТО.035.206 ТУ. PRI me
Используя методы фотолитографической обработки и анизотропного травления в местах, оси которых совпадали с соответствующими перпендикулярами, восстановленными из центров контактных площадок измеряемого образца, в каждой из пластин 1 и 2 основания зондовой головки формировали системы углублений, ограниченных семействами кристаллографических плоскостей III по периметру (см. фиг.1). При этом сформированные системы углублений при наложении пластин 1 и 2 одна на другую основаниями большой площади должны образовывать полости 4, сформированные в объеме монокристаллического кремния основания зондовой головки. Использование процессов фотолитографической обработки гарантирует точность воспроизведения геометрических размеров в плоскости пластины не хуже ±1,0 мкм. Using the methods of photolithographic processing and anisotropic etching in places whose axes coincided with the corresponding perpendiculars reconstructed from the centers of the contact areas of the measured sample, in each of the
Используя методы двусторонней фотолитографической обработки и реактивно-ионного травления в сочетании с методами плазмохимического травления формируют в пластинах 1 и 2 основания зондовой головки каналы 5 и 6, обеспечивающие соединение внутреннего объема полости 4, сформированной в объеме основания зондовой головки с поверхностями основания. При этом вертикальные стенки каналов основания представляют собой семейства кристаллографических плоскостей. Using methods of two-sided photolithographic processing and reactive-ion etching in combination with plasma-chemical etching methods,
С целью исключения электрического влияния материала основания зондовой головки поверхности кристаллографических плоскостей 111 и 100, ограничивающих полости и каналы, сформированные в объеме полупроводникового материала основания, покрыты слоем диэлектрического материала, в качестве которого могут быть использованы слои 7 диоксида кремния толщиной 0,35-1,2 мкм или композиции слоев диэлектрических материалов: диоксида кремния и нитрида кремния, диоксида кремния и окиси алюминия и т.п. In order to exclude the electric effect of the base material of the probe head, the surfaces of the crystallographic planes 111 and 100 bounding the cavities and channels formed in the volume of the semiconductor base material are coated with a dielectric material layer, which can be used
На поверхностях основания зондовой головки сформирован слой диэлектрического материала, в качестве которого могут быть использованы слои диоксида кремния толщиной 0,35-1,2 мкм или композиции слоев диэлектрических материалов; диоксида кремния и нитрида кремния, диоксида кремния и окиси алюминия и т.п. A layer of dielectric material is formed on the surfaces of the base of the probe head, as layers of silicon dioxide 0.35-1.2 microns thick or compositions of layers of dielectric materials; silicon dioxide and silicon nitride, silicon dioxide and alumina, and the like.
При этом диэлектрические слои 7 и 8 выполнены конструктивно как единое целое. In this case, the
Канал 6 верхней пластины 2 монокристаллического кремния основания зондовой головки при выходе на поверхность пластины 2 образует окно 9, имеющее форму прямоугольника, в данном случае квадрата со стороной а. Величина стороны квадрата а окна 9 определяется из условия обеспечения надежного контактирования электропроводящего материала, заполняющего полости 4 основания зондовой головки, и материала контактной площади разводки зондовой головки, сформированной на верхней поверхности основания зондовой головки, а также от электрофизических и химических свойств используемого материала и лежит в диапазоне величин от 10,0-100,0 мкм. При этом величина вертикальных стенок канала 6 может изменяться в весьма широких пределах от 0 в случае, когда канал, соединяющий полость 4 с поверхностью основания зондовой головки, полностью отсутствует, т.е. вырождается, до величин, составляющих одну третью часть толщины пластины монокристаллического кремния, т.е. в конкретном случае примера 1, величину порядка 150-160 мкм. Все зависит от механических свойств материала основания. Channel 6 of the
Сверху окно 9 закрыто контактной площадкой 10 проводящего материала коммутационной системы зондовой головки. В качестве материала коммутационной системы как контактных площадок 10, так и шин 11 коммутационной системы могут быть использованы слои проводящих металлов, таких как алюминий, медь, золото и др. толщина которых выбирается из условия обеспечения минимальной величины сопротивления и обеспечения целостности конструкции в процессе эксплуатации зондовой головки и лежит в пределах толщин 0,8-4,5 мкм. Слои коммутационной системы могут быть получены либо методами напыления, либо с использованием методов гальванического осаждения. Для формирования рисунка коммутационной системы используются методы фотолитографической обработки и селективного травления. On top of the
Следует отметить, что использование методов фотолитографической обработки как для создания полостей 4, так и для создания каналов 5 и 6, а также для формирования рисунка коммутационной системы позволяет в значительной мере уменьшить расстояния между центрами сформированных полостей до величин 40-100 мкм и повысить точность воспроизведения геометрических размеров. It should be noted that the use of photolithographic processing methods both to create
С целью исключения влияния внешних факторов, таких как влага, различные окислители, разного рода пары и испарения агрессивных жидкостей и т.п. поверхность основания зондовой головки может быть защищена слоями диэлектрического материала, например, диоксида кремния или примесносиликатных стекол и т.п. в которых делаются методами фотолитографической обработки и селективного травления окна над областями периферийных контактных площадок зондовой головки, cлужащие для коммутации зондовой головки с тестером посредством либо многожильных проводников, либо гибких шлейфов на основе полиимидного носителя. Причем толщина защитного покрытия (не показано), лежит в пределах 0,4-1,2 мкм. In order to exclude the influence of external factors, such as moisture, various oxidizing agents, various kinds of vapors and evaporation of aggressive liquids, etc. the base surface of the probe head can be protected by layers of a dielectric material, for example, silicon dioxide or impurity silicate glasses, etc. in which they are made by the methods of photolithographic processing and selective etching of the window over the regions of the peripheral contact areas of the probe head, which serve for switching the probe head with the tester using either multicore conductors or flexible cables based on a polyimide carrier. Moreover, the thickness of the protective coating (not shown) lies in the range of 0.4-1.2 microns.
При наложении пластин 1 и 2 монокристаллического кремния одна на другую образуются полости 4, количество и расположение которых точно соответствует количеству и взаимному расположению контактных площадок 12 коммутационной системы измеряемого образца, представляющего полупроводниковую интегральную схему, сформированную в объеме и на поверхности полупроводниковой подложки 13. Причем коммутационная система с контактными площадками 12 отделена от объема полупроводниковой подложки 13 слоем диэлектрического материала 14. В качестве измеряемого образца в этом случае может быть использована и гибридная схема. When superposed
Внутренний объем полостей 4 изолирован от объема основания слоями 7 диэлектрического материала и заполнен проводящим материалом 15, в качестве которого может быть использована ртуть, представляющая собой в обычных комнатных условиях жидкость с большим удельным весом и хорошей электропроводностью, которая, располагаясь в каналах 6, обеспечивает надежный контат с контактной площадкой 10 за счет сил молекулярного сцепления, а в некоторых случаях за счет образования химических соединений. При этом следует иметь в виду тот факт, что ртуть хорошо смачивает поверхность диоксида кремния, оставляя на поверхности последней мелкие островки, которые за счет капиллярных явлений образуют в слое 7 окисла проводящие каналы, тем самым обеспечивая надежный контакт с поверхностью контактной площадки 10 коммутационной системы зондовой головки. The internal volume of the
В то же время материал (ртуть) 15, полностью заполняя объем полости 4, выходит на нижнюю поверхность пластины 1 монокристаллического кремния через канал 5, образуя контакт (жидкий зонд) 16. При этом геометрические размеры сформированного на нижней поверхности основания зондовой головки жидкого зонда зависят как от геометрии канала 5, в том числе от геометрии окна, посредством которого канал 5 выходит на нижнюю поверхность основания зондовой головки, так и от количества жидкости (ртути) в полости 4. В большинстве практических случаев окно, с помощью которого на поверхность пластины 1 выходит канал 5, представляет собой квадрат со сторой b. Причем величина стороны квадрата b лежит в пределах 10,0-40 мкм, обеспечивая одновременное уменьшение геометрических размеров как самого контакта, так и расстояния между соседними контактами зондовой головки за счет использования в конструкции приемов и методов планарной технологии, обеспечивающей высокую точность воспроизведения геометрических размеров. При этом величина расстояния между центрами полостей или контактов 16 составляет 40-100 мкм. Величина канала 5 может меняться 0-1/3 толщины пластины. At the same time, the material (mercury) 15, completely filling the volume of the
В этом случае жидкий зонд 16, соприкасаясь с поверхностью контактной площадки 12 измеряемого образца, обеспечивает надежное контактирование без нарушения целостности конструкции контактной площадки 12. In this case, the
П р и м е р 2. Конструкция аналогична конструкции по примеру 1 за исключением того, что с целью обеспечения надежного контактирования внутренние поверхности кристаллографических плоскостей, ограничивающих внутренние объемы полостей 4 и каналов 5 и 6, соединяющих полости с поверхностями основания зондовой головки, покрыты слоями проводящего материала 17, образующего с материалом контактной площадки 10 надежное электрическое соединение за счет кольцевого контакта 18, ограничивающего окно 9, которым канал 5 выходит на поверхность основания зондовой головки. В качестве материала проводящего материала 17 могут быть использованы слои металлов, полученные методами газофазного осаждения, например пиролизом из металлоорганических соединений. PRI me
П р и м е р 3. Конструкция аналогична конструкции, описанной в примере 2, за исключением того, что с целью сокращения цикла изготовления в качестве материала основания зондовой головки используются пластины монокристаллического кремния собственного типа проводимости. PRI me
П р и м е р 4. Конструкция аналогична конструкциям, описанным в примерах 1-3 за исключением того, что в качестве электропроводящего материала 15, заполняющего внутренний объем полостей 4, сформированных в объеме основания зондовой головки, и формирующего контакты 18 при выходе из канала на нижнюю сторону основания зондовой головки, используются металлы с низкой температурой плавления, например индий, галлий и т.п. В случае практической реализации предлагаемой конструкции с использованием легкоплавких металлов необходимо проводить нагрев основания зондовой головки либо ИК-излучателем, расположенным в непосредственной близости от поверхности основания зондовой головки, либо тепловым электрическим нагревателем (ТЭН), располагаемым на поверхности или же в непосредственной близости от поверхности основания зондовой головки. Но лучше пользоваться нагревателем специальной конструкции, представляющим собой системы резистивных нагревателей, располагаемых непосредственно на защитном слое основания зондовой головки. PRI me
В этом случае при нагреве основания зондовой головки легкоплавкий металл, заполняющий полости 4, переходит в новое агрегатное состояние, т.е. становится жидкостью, за счет собственного веса и изменения объема выдавливается в канал 5 и образует при выходе на нижнюю поверхность основания зондовой головки контакты или жидкий зонд 16. In this case, when the base of the probe head is heated, the low-melting metal filling the
П р и м е р 5. Конструкция, аналогичная конструкциям по примеру 4, за иключением того, что в качестве электропроводящего материала 15, заполняющего полости и каналы основания зондовой головки и служащего для формирования контактов, используются слои электропроводящей резины со специальными токопроводящими наполнителями. В этом случае полости 4 и каналы 5 и 6 заполняются резиной с токопроводящими присадками, после чего проводят вулканизацию резины и за счет изменения объема резины формируют контакты 16. PRI me
П р и м е р 6. Конструкция аналогична конструкции, описанной в примере 5, за исключением того, что в качестве электропроводящего материала 15 используются слои электропроводящей смолы со специальным токопроводящим наполнителем, например эпоксидные смолы с различными токопроводящими присадками. Кроме того, в качестве материала 15 могут быть использованы и другие высокомолекулярные соединения с токопроводящими наполнителя. Example 6. The design is similar to that described in example 5, except that layers of a conductive resin with a special conductive filler, for example, epoxy resins with various conductive additives, are used as the electrically
П р и м е р 7. Конструкция, аналогичная конструкции, описанной в примере 6, за исключением того, что в качестве материала 15, заполняющего полости и каналы, используются композивные материалы на основе углеродных волокон со специальными токопроводящими наполнителями. PRI me
П р и м е р 8. Конструкция, аналогичная конструкции, описанной в примере 3, за исключением того, что в качестве материала основания зондовой головки могут быть использованы диэлектрические материалы, обладающие кристаллической структурой и решеткой типа алмаза, например синтетические алмазные подложки, подложки из сапфира, шпинели и т.п. EXAMPLE 8. A design similar to that described in Example 3, except that dielectric materials having a crystal structure and a diamond-type lattice, for example, synthetic diamond substrates, substrates of sapphire, spinel, etc.
П р и м е р 9. Конструкция, аналогичная конструкции, описанной в примере 2, за исключением того, что в качестве материала подложек основания используются слои проводящего материала, например, медь, анодированный алюминий и т.п. PRI me
П р и м е р 10. Конструкция, аналогичная конструкции, описанной в примере 9, за исключением того, что с целью удешевления процесса изготовления и сокращения цикла изготовления, в качестве материала основания используются различные пластмассы, обладающие достаточной механической прочностью, например армированные углеродными волокнами ПТФ подложки. PRI me
П р и м е р 11. Конструкция, аналогичная конструкциям, описанным в примерах 1,2,3,9 и 10, за исключением того, что в качестве материала основания используются сочетания материалов, в качестве нижней части основания используется пластина монокристаллического кремния или материал, имеющий кристаллическую решетку типа алмаза, например алмазные синтетические подложки, подложки из сапфира и шпинели, а в качестве верхней части основания используются подложки из диэлектрических материалов, например из синтетических алмазных пленок, шпинели и т.п. а также из пластмасс для упрощения технологического цикла изготовления и повышения технико-экономических показателей производства. PRI me
П р и м е р 12. Конструкция зондовой головки для устройств контроля, аналогичная конструкции, описанной в примерах 1-11, за исключением того, что для удобства проведения измерений и значительного упрощения механической части зондовых манипуляторов, в частности для измерений и контроля электрофизических параметров полупроводниковых интегральных схем (ИС) в составе полупроводниковой пластины, количество формируемых контактов зондовой головки на пластине монокристаллического кремния, служащей основанием зондовой головки и имеющей диаметр больший или равный диаметру полупроводниковой пластины со сформированными ИС, определяется как количество контактных площадок отдельной полупроводниковой ИС, умноженное на количество ИС, располагаемых на полупроводниковой пластине. Причем центры контактных площадок измеряемых образцов ИС служат основаниями центровых осей соответствующих контактов, сформированных на нижней поверхности основания зондовой головки. При этом опрос каждого отдельного кристалла ИС производится через мультиплексорный блок, размещаемый на поверхности основания зондовой головки и выполняющий функции многоканального коммутатора. Совмещение зондов с контактными площадками измеряемых образцов производится либо посредством средств технического видения, широко применяемых при автоматической сборке кристаллов ИС методом перевернутого кристалла, либо посредством совмещения реперных знаков основания зондовой головки, представляющих собой систему сквозных отверстий, располагаемых над реперными модулями полупроводниковой пластины со сформированными полупроводниковыми ИС. PRI me
Основными отличительными признаками предлагаемой конструкции зондовой головки для устройств контроля являются
наличие в объеме основания полостей и каналов, соединяющих внутренние объемы полостей с поверхностями основания, причем осевые линии сформированных полостей и каналов совпадают с перпендикулярами, восстановленными из центров контактных площадок измерямых образцов;
в качестве материала основания используются механически прочные материалы, позволяющие проводить фотолитографическую обработку поверхностей;
внутренний объем полостей и каналов, сформированных в объеме основания, изолирован от объема основания слоями диэлектрического материала;
внутренний объем полостей и каналов, сформированных в объеме основания, заполнен либо жидким металлом, либо легкоплавким металлом, которые при выходе на нижнюю поверхность основания образуют контакты, представляющие собой жидкие зонды, а за счет сил межмолекулярного сцепления со слоями диэлектрика или металла, покрывающего внутренние поверхности полостей, создает надежный электрический контакт с металлом контактных площадок коммутационной системы зондовой головки;
с целью обеспечения надежного контактирования внутренний объем полостей покрыт слоями проводящего металла, например алюминия;
в качестве электропроводящего материала, заполняющего полости, сформированные в объеме основания и служащего для формирования контактов, используются высокомолекулярные соединения и смолы со специальными электропроводящими наполнителями, резины со специальными наполнителями, высокомолекулярные соединения, армированные углеродными волокнами;
геометрические размеры сформированных контактов лежат в диапазоне 10-40 мкм при величине расстояния между центрами двух соседних контактов 40-100 мкм.The main distinguishing features of the proposed probe head design for monitoring devices are
the presence in the volume of the base of the cavities and channels connecting the internal volumes of the cavities with the surfaces of the base, and the axial lines of the formed cavities and channels coincide with the perpendiculars recovered from the centers of the contact areas of the measured samples;
as the base material, mechanically strong materials are used that allow photolithographic processing of surfaces;
the internal volume of the cavities and channels formed in the base volume is isolated from the base volume by layers of dielectric material;
the internal volume of the cavities and channels formed in the volume of the base is filled with either liquid metal or low-melting metal, which, upon reaching the lower surface of the base, form contacts representing liquid probes, and due to intermolecular adhesion forces with layers of a dielectric or metal covering the inner surfaces cavities, creates reliable electrical contact with metal contact pads of the switching system of the probe head;
in order to ensure reliable contact, the internal volume of the cavities is covered with layers of a conductive metal, for example aluminum;
high-molecular compounds and resins with special electrically conductive fillers, rubber with special fillers, high-molecular compounds reinforced with carbon fibers are used as electrically conductive material filling the cavities formed in the base volume and serving to form contacts;
the geometric dimensions of the formed contacts lie in the range of 10–40 μm with a distance between the centers of two neighboring contacts of 40–100 μm.
Использование конструкции зондовой головки позволяет устранить наметившиеся тенденции отставания средств контроля от достижений современных технологий микроэлектроники, обеcпечить качество и надежность измерительных систем и средств контроля за счет использования в технологическом цикле изготовления последних достижений микроэлектроники, повысить технико-экономическую эффективность производства средств контроля и измерительных систем за счет увеличения доли групповых операций обработки в процессе изготовления последних и резкого снижения доли механических прецизионных операций, требующих использования труда высококвалифицированных рабочих. Так, создание зондовых головок для измерения и контроля параметров полупроводниковых интегральных схем в составе пластин, причем количество зондов зондовой головки равно количеству контактных площадок всех интегральных схем, размещенных на поверхности рабочей полупроводниковой подложке, обеспечивает последовательное измерение параметров каждого отдельного кристалла с использованием мультиплексоров без перемещения зондовой головки. Кроме того, повышается надежность контактирования за счет более эффективного использования объема основания путем создания в последнем специальных полостей, заполненных электропроводящим материалом, а также повышается надежность контактирования с контактной площадкой измеряемого образца за счет использования "жидкого" зонда, сформированного на нижней стороне основания зондовой головки и предотвращающего механические повреждения контактной площадки, так как практически отсутствует приложение механических усилий. В значительной мере уменьшаются геометрические размеры как самих контактов до 10-40 мкм, так и расстояние между центрами двух соседних контактов (до 40-100 мкм) за счет использования приемов и методов микроэлектронной технологии. Улучшаются технико-экономические показатели производства узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и изделий электронной техники (ИЭТ) повышенной группы сложности и повышенной плотности размещения элементов за счет уменьшения геометрических размеров контактных площадок измеряемых образцов вследствие уменьшения геометрических размеров контактов зондовой головки и к тому же величины расстояния между последними, что позволяет увеличить число кристаллов на рабочей пластине и как следствие повысить съем годных кристаллов при тех же трудозатратах. Кроме того, впервые созданы измерительные системы, обладающие высокой степенью надежности и обеспечивающие высокую степень получения достоверной информации по результатам измерения электрофизических параметров полупроводниковых интегральных схем с большой (БИС), сверхбольшой (СБИС) и ультрабольшой (УБИС) степенью интеграции, количество контактных площадок (выводов) зачастую превышает 134 за счет использования в конструкции зондовой головки достижений технологии микроэлектроники и уменьшения геометрических размеров как самих контактов, посредством которых проводится контактирование, так и расстояния между последними. Using the probe head design allows to eliminate the emerging tendencies of the lag of control means from the achievements of modern microelectronics technologies, to ensure the quality and reliability of measuring systems and means of control due to the use of the latest achievements of microelectronics in the manufacturing cycle, to increase the technical and economic efficiency of the production of control means and measuring systems due to increasing the share of group processing operations in the process of manufacturing the latter and reduction of the share of mechanical precision operations requiring the use of labor of highly skilled workers. Thus, the creation of probe heads for measuring and controlling the parameters of semiconductor integrated circuits in wafers, the number of probe heads being equal to the number of contact pads of all integrated circuits placed on the surface of the working semiconductor substrate, provides sequential measurement of the parameters of each individual crystal using multiplexers without moving the probe heads. In addition, the reliability of contacting is improved due to more efficient use of the volume of the base by creating special cavities filled with electrically conductive material in the latter, and the reliability of contacting with the contact area of the measured sample is increased by using a “liquid” probe formed on the lower side of the base of the probe head and preventing mechanical damage to the contact pad, since the application of mechanical forces is practically absent. The geometric dimensions of both the contacts themselves are significantly reduced to 10–40 μm, and the distance between the centers of two adjacent contacts (up to 40–100 μm) due to the use of microelectronic technology. Technical and economic indicators of production of components and assemblies of electronic equipment (CEA) and electronic products (IET) of increased complexity and increased density of elements are improved by reducing the geometric dimensions of the contact areas of the measured samples due to a decrease in the geometric dimensions of the contacts of the probe head and, moreover, the distance between the latter, which allows to increase the number of crystals on the working plate and, as a consequence, increase the removable crystals at t x is labor costs. In addition, for the first time, measuring systems have been created that have a high degree of reliability and provide a high degree of reliable information on the results of measurements of the electrophysical parameters of semiconductor integrated circuits with a large (LSI), ultra-large (VLSI) and ultra-large (VLSI) degree of integration, the number of pads (conclusions ) often exceeds 134 due to the use of microelectronics technology achievements in the design of the probe head and reduction of the geometric dimensions as the contacts themselves s, which is carried out by contacting, and the distance between the latter.
Расширяются функциональные возможности зондовой головки как для проведения межоперационного контроля электрофизических параметров непосредственно на рабочих пластинах в технологическом цикле изготовления полупроводниковых ИС в составе пластин, так и для выявления причин брака при контроле гибридных интегральных схем (ГИС) и микросборок. При этом впервые создано большое количество контактов (свыше 2,5 тыс. контактов) с шагом 200 мкм на площади в 1 см2, что позволяет с большой точностью проводить контроль гибридных интегральных схем на гибких носителях и проводить контроль электрических парамеров полупроводниковых ИС, не имеющих защитного слоя с целью выявления причин отказов и на этапе отработки технологии. Впервые появилась возможность проведения измерений динамических параметров полупроводниковых ИС в составе пластин за счет значительного сокращения как длины проводников коммутационной системы, сформированной на поверхности основания зондовой головки, количества паянных соединений, а также за счет использования иерархического принципа проведения измерений с использованием мультиплексоров.The functionality of the probe head is expanded both for conducting interoperational control of electrophysical parameters directly on the working plates in the technological cycle of manufacturing semiconductor ICs in the plates, and for identifying the causes of marriage during the control of hybrid integrated circuits (GIS) and microassemblies. At the same time, a large number of contacts (over 2.5 thousand contacts) were created for the first time with a pitch of 200 μm on an area of 1 cm 2 , which makes it possible to accurately control hybrid integrated circuits on flexible media and to control electrical parameters of semiconductor ICs that do not have protective layer in order to identify the causes of failures and at the stage of technology development. For the first time, it became possible to measure the dynamic parameters of semiconductor ICs in wafers due to a significant reduction in the length of the conductors of the switching system formed on the base surface of the probe head, the number of soldered joints, and also through the use of the hierarchical principle of measurements using multiplexers.
В значительной мере снижается материалоемкость измерительных устройств и устройств контроля за счет использования принципиально нового подхода к измерениям электрофизических параметров ИС, ГИС и микросборок на основе последних. The material consumption of measuring devices and control devices is significantly reduced due to the use of a fundamentally new approach to measuring the electrophysical parameters of IP, GIS and microassemblies based on the latter.
Использование сформированных на нижней поверхности основания зондовой головки "жидких" зондов и контактов из полимерных соединений с электропроводящими наполнителями позволяет в значительной мере повысить надежность контактирования как за счет большей эластичности контактов зондовой головки, что способствует снижению требований к точности совмещения контактных площадок измеряемого образца с контактами зондовой головки, так и за счет особенностей формирования контактов жидкого зонда с поверхностью контактной площадки измеряемого образца, при этом не происходит механического повреждения поверхности контактной площадки измеряемого образца. Появилась возможность создания специализированной зондовой головки, предназначенной для измерения удельного поверхностного сопротивления четырехзондовым методов повышенной точности измерений за счет существенного уменьшения расстояния между зондами, а также за счет более точного выставления расстояния между последними, которые обеспечиваются применением методом микроэлектронной технологии. Количество контактирований, приходящихся на одну головку, удалось снизить за счет увеличения количества зондовых головок, располагаемых на одном основании зондовой головки. Кроме того, увеличился эксплуатационный ресурс зондовой головки за счет сокращения количества контактирований, отпала необходимость использования высококвалифицированного персонала для обслуживания зондовой головки, т.е. для выставления зондов и величин давления на последние для обеспечения качества контактирования, снизились в значительной мере эксплуатационные расходы за счет простоты обслуживания, полного отсутствия сложной механической части зондового манипулятора. The use of "liquid" probes and contacts made of polymer compounds with electrically conductive fillers formed on the lower surface of the base of the probe head makes it possible to significantly increase the reliability of contacting due to the greater elasticity of the probe head contacts, which reduces the requirements for the accuracy of combining the contact pads of the measured sample with the probe contacts the head, and due to the features of the formation of contacts of the liquid probe with the surface of the contact area of the measured sample, wherein there is no mechanical damage to the surface of the measured sample pad. It became possible to create a specialized probe head designed to measure the specific surface resistance of four-probe methods of increased measurement accuracy due to a significant reduction in the distance between the probes, as well as due to a more accurate setting of the distance between the latter, which is ensured by the use of microelectronic technology. The number of contacts per head was reduced by increasing the number of probe heads located on one base of the probe head. In addition, the operational life of the probe head has increased due to the reduction in the number of contacts, there is no need to use highly qualified personnel to service the probe head, i.e. to set probes and pressure values to the latter in order to ensure the quality of contacting, operating costs have decreased significantly due to ease of maintenance, complete absence of the complex mechanical part of the probe manipulator.
Изобретение позволяет повысить производительность выполнения операций контроля электрофизических параметров полупроводниковых приборов за счет совмещения в одном технологическом цикле операций измерения статических параметров и контроля динамических параметров полупроводниковых ИС в составе пластин без проведения сборочных операций, в значительной мере снижающих общий процент выхода годных ИС и повышающих за счет использования корпусов стоимость ИС. The invention improves the performance of operations to control the electrophysical parameters of semiconductor devices by combining in one technological cycle the operations of measuring static parameters and controlling the dynamic parameters of semiconductor ICs in wafers without assembly operations, which significantly reduce the overall percentage of suitable IC output and increase due to the use of buildings cost of IP.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4795005 RU2035131C1 (en) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | Probe head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4795005 RU2035131C1 (en) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | Probe head |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2035131C1 true RU2035131C1 (en) | 1995-05-10 |
Family
ID=21498105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4795005 RU2035131C1 (en) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | Probe head |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2035131C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2714675C2 (en) * | 2018-06-01 | 2020-02-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") | Contact device |
-
1990
- 1990-02-22 RU SU4795005 patent/RU2035131C1/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 1. Патент США N 4409547, кл. G 01R 1/06, 1983. * |
| 2. Авторское свидетельство СССР N 1545337, кл. H 05K 1/11, 1988. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2714675C2 (en) * | 2018-06-01 | 2020-02-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") | Contact device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4754316A (en) | Solid state interconnection system for three dimensional integrated circuit structures | |
| US4954458A (en) | Method of forming a three dimensional integrated circuit structure | |
| KR100294396B1 (en) | Semiconductor wafer inspection method with improved probe pin contact | |
| US5798652A (en) | Method of batch testing surface mount devices using a substrate edge connector | |
| EP0213575A2 (en) | Method of manufacturing a semiconductor device employing a film carrier tape | |
| US8323991B2 (en) | Method for detecting stress migration properties | |
| JPH10111315A (en) | Probe card and testing device using the same | |
| US6750534B2 (en) | Heat spreader hole pin 1 identifier | |
| JPH08264615A (en) | Integrated circuit test substrate that has limited thermal expansion property | |
| RU2035131C1 (en) | Probe head | |
| CN108630562A (en) | Equipment and building method for minimum pitch integrated circuit testing | |
| KR100751068B1 (en) | Wafer level burn-in and electrical test system and method | |
| Laskar et al. | Epoxy multichip modules: a solution to the problem of packaging and interconnection of sensors and signal-processing chips | |
| RU2511054C2 (en) | Method of making semiconductor devices | |
| WO2004019668A1 (en) | Perforated substrate, method for manufacturing same and full wafer contact board | |
| US6340604B1 (en) | Contactor and semiconductor device inspecting method | |
| JP2002151558A (en) | Semiconductor inspection apparatus and manufacturing method therefor as well as inspection method for semiconductor device | |
| JP2592524B2 (en) | Aging method for semiconductor device, aging power supply board, and aging device | |
| CN217879499U (en) | Be suitable for experimental board of smelting always of FCX458 triode | |
| Shambrook et al. | High-density multichip interconnect (HDMI) | |
| CN113155313B (en) | Fan-out type packaging temperature distribution in-situ simulation structure and method | |
| US20050116328A1 (en) | Substrate and method of manufacture thereof | |
| US7214961B2 (en) | Semiconductor testing device and semiconductor testing method | |
| JPH02297993A (en) | Manufacture of film circuit device | |
| KR20010093811A (en) | IC chip carrier |