DE102007015284A1

DE102007015284A1 - Testvorrichtung für Halbleiterbauelemente

Info

Publication number: DE102007015284A1
Application number: DE102007015284A
Authority: DE
Inventors: Udo Hartmann; Frank Pietzschmann
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2008-10-02
Also published as: US20090079450A1

Abstract

Offenbart wird eine Testvorrichtung für Halbleiterbauelemente, insbesondere Prüfkarte, mit mindestens einem Kontaktprüfkörper zum Kontaktieren eines Halbleiterbauelements, wobei der Kontaktprüfkörper eine Bohrspitze aufweist und die Testvorrichtung dazu eingerichtet ist, die Bohrspitze zumindest nach Aufsetzen auf das Halbleiterbauelement in eine Drehung zum Eindringen in das Halbleiterbauelement zu versetzen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Testvorrichtung für Halbleiterbauelemente und ein Verfahren zum Testen von Halbleiterbauelementen.
Halbleiterbauelemente, z. B. entsprechende, integrierte (z. B. analoge, digitale und/oder mixed-signal) Schaltkreise, Halbleiter-Speicherbauelemente wie z. B. Funktionsspeicher-Bauelemente (PLAs, PALs, etc.) und Tabellenspeicherbauelemente (z. B. ROMs und RAMs, insbesondere SRAMs und DRAMs), etc. werden – z. B. im halbfertigen, und/oder im fertigen Zustand – an mehreren Teststationen umfangreichen Tests unterzogen.
Zum Testen der Halbleiterbauelemente kann an der jeweiligen Teststation jeweils ein entsprechendes Halbleiterbauelement-Testgerät vorgesehen sein, welches die zum Testen der Halbleiterbauelemente erforderlichen Test-Signale erzeugt.
Beispielsweise können – an einer ersten Teststation – die zum Testen von noch auf dem entsprechenden Wafer befindlichen Halbleiterbauelemente erforderlichen Signale z. B. von einem mit einer entsprechenden Halbleiterbauelementtestkarte ("Nadelkarte", "Prüfkarte") verbundenen Testgerät erzeugt, und mittels entsprechenden, an der Testkarte vorgesehenen nadelförmigen Anschlüssen („Kontaktnadeln") in die jeweiligen Kontaktfelds der Halbleiterbauelemente eingegeben werden.
Die in Reaktion auf die eingegebenen Testsignale von den Halbleiterbauelementen an entsprechenden Kontaktfelds ausgegebenen Signale werden von entsprechenden, nadelförmigen Anschlüssen („Kontaktnadeln” oder "Prüfnadeln") der Prüfkarte abgegriffen, und (z. B. über eine entsprechende, die Prüfkarte mit dem Testgerät verbindende Signalleitung) an das Testgerät weitergeleitet, wo eine Auswertung der entsprechenden Signale stattfinden kann.
Nach dem Zersägen des Wafers können die – dann einzeln zur Verfügung stehenden – Bauelemente jeweils einzeln in sog. Carrier (d. h. eine entsprechende Umverpackung) geladen, und an eine weitere Test-Station weitertransportiert werden.
An der weiteren Teststation werden die Carriers in entsprechende – mit einem (weiteren) Testgerät verbundene – Adapter bzw. Sockel eingesteckt, und dann das in dem jeweiligen Carrier befindliche Bauelement entsprechenden (weiteren) Testverfahren unterzogen.
Zum Testen der in den Carriern befindlichen Halbleiterbauelemente werden die entsprechenden, vom Testgerät ausgegebenen Test-Signale über den Adapter, und den Carrier (bzw. entsprechende Anschlüsse des Carriers) an die entsprechenden Kontaktfelds des jeweiligen Halbleiterbauelements weitergeleitet.
Die in Reaktion auf die eingegebenen Test-Signale von den Halbleiterbauelementen an entsprechenden Kontaktfelds ausgegebenen Signale werden von entsprechenden Carrieranschlüssen abgegriffen, und über den Adapter (und eine entsprechende, den Adapter mit dem Testgerät verbindende Signalleitung) an das Testgerät weitergeleitet, wo eine Auswertung der entsprechenden Signale stattfinden kann.
Auf entsprechend ähnliche Weise können die Halbleiterbauelemente z. B. auch nach derem endgültigen Einbau in entsprechende Bauelement-Gehäuse (z. B. entsprechende steck- oder oberflächenmontierbare Gehäuse) getestet werden, und/oder nach dem Einbau der – mit entsprechenden Halbleiter-Bauelementen versehenen – Gehäuse in entsprechende, elektronische Module, etc.
Konventionelle Prüfkörper, z. B. eine Kontaktnadel, führen eine lineare Ritzbewegung auf dem Kontaktfeld aus und kratzen bzw. ritzen sich somit in das Kontaktfeldmaterial ein, um einen guten Kontakt zu gewährleisten. Dabei können nachteiligerweise folgende Effekte auftreten:

a) Der Kontaktwiderstand hängt u. a. von der Eindringtiefe, der Ritzlänge, einer Verschmutzung der Nadel (und z. T. des Kontaktfelds) und dem Anpressdruck ab. Bei einem typischen Testvorgang wird werden Nadelfeld und Kontaktfeld aufeinandergefahren (z. B. dadurch dass ein Chuck einen darauf befestigten Wafer auf das Kontaktfeld fährt) und nach Aufsetzen der Nadeln auf dem Kontaktfeld weiter angenähert häufig ca. 20 μm bis 100 μm), damit sich die Nadel in das Kontaktfeld eingraben kann ("Overdrive"). Eine guter, weil geringer, Kontaktwiderstand kann dann in der Praxis nur bei hohem Anpressdruck, langer Ritzlänge und hoher Eindringtiefe bei sauberen Nadel realisiert werden.
b) Die Ritzlänge ist von Anpressdruck und der Nadelkinematik während des Overdrives abhängig.
c) Aufgrund von nicht idealer Planarität des Nadelfelds setzen manche Nadeln früher auf als andere und erzeugen dadurch einen längeren Ritz machen, da sie mehr Overdrive erfahren.
d) Durch den Ritzvorgang nehmen die Nadeln Kontaktfeldmaterial auf, das sich an der Nadelspitze ansammelt und diese 'verklebt'. Dies kann eine Selbstverstärkung ergeben: die Verschmutzung bewirkt einen höheren Übergangswiderstand, der wiederum einen höheren Spannungsabfall an der Nadel erzeugt, was mehr Wärme bewirkt, wodurch noch mehr Kontaktfeldmaterial 'verbrennt' bzw. 'verklebt', was einen noch höheren Übergangswiderstand bewirkt usw.
e) Der Anpressdruck ist eine Funktion des Overdrives. Bei den meisten Prüfkarten ist dieser Zusammenhang linear: viel Overdrive erzeugt einen hohen Anpressdruck.

Durch diese Effekte wird der Kontakt weniger definiert und kann dadurch das Testergebnis verfälschen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zum Sicherstellen eines definierten Kontakts zwischen Prüfkörper und Kontaktfeld beim Halbleitertest bereitzustellen, insbesondere unter den Randbedingungen: Geringer Kontaktwiderstand, kleiner Abdruck, geringe Eindringtiefe, Selbstreinigung des Prüfkörpers und/oder Overdrive-Unabhängigkeit des Anpressdrucks.
Erreicht werden diese und weitere Ziele durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 9. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind insbesondere in den Unteransprüchen angegeben.
Unter einem Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Testvorrichtung für Halbleiterbauelemente, insbesondere eine Prüfkarte, verwendet mit mindestens einem Kontaktprüfkörper zum Kontaktieren eines Halbleiterbauelements (z. B. einem Wafer oder einem vereinzelten Bauelement). Dabei weist der Kontaktprüfkörper eine Bohrspitze auf, und die Testvorrichtung ist dazu eingerichtet, die Bohrspitze zumindest nach Aufsetzen auf das Halbleiterbauelement in eine Drehung zum Eindringen in das Halbleiterbauelement zu versetzen.
Vorzugsweise ist die Bohrspitze mit mindestens einer Schneide ausgestattet ist.
Vorzugsweise ist Bohrspitze mit mindestens einer Drehfeder verbunden, die bei Dehnung in einer Verschiebungsrichtung (z. B. z-Richtung) des Kontaktprüfkörpers eine Drehung um die Verschiebungsrichtung erzeugt.
Vorzugsweise weist die Drehfeder zwei durch schraubenförmig angeordnete Streben verbundene Trägerelemente aufweist.
Vorzugsweise ist die Bohrspitze mit mindestens einer Feder mit nichtproportionaler Federcharakteristik dergestalt verbunden ist, dass deren Federkonstante nach Erreichen eines vorbestimmten Verschiebungswegs des Kontaktprüfkörpers für den weiteren Verschiebungsweg signifikant abnimmt.
Vorzugsweise fällt die Federkonstante der Feder mit nichtproportionaler Federcharakteristik nach Erreichen des vorbestimmten Verschiebungswegs ab dann im wesentlichen auf Null ab.
Vorzugsweise ist der Kontaktprüfkörper ein Prüfstift, der zur linearen Verschiebung in einer Führung der Testvorrichtung gelagert ist und welche so eingerichtet ist, dass bei Verschiebung in der Führung der Prüfstift zumindest über einen vorbestimmten Verschiebungsweg in Längsrichtung zu einer Drehung um seine Längsachse aufgezwungen wird. Vorzugsweise weist dieser Prüfstift eine Längsnut in seinem Umfang auf, die zumindest teilweise um die Längsrichtung schraubenförmig ausgeprägt ist, und durch in der Längsnut laufende Kugeln in der Führung gelagert wird.
Unter einem anderen Gesichtpunkt der Erfindung wird ein Verfahren zum Testen von Halbleiterbauelementen mittels mindestens eines Kontaktprüfkörpers einer Testvorrichtung zum Kontaktieren eines Kontaktfelds eines Halbleiterbauelements mit steigendem Anpressdruck verwendet, wobei das Verfahren mindestens den folgenden Schritt aufweist: Drehen des Kontaktprüfkörpers auf dem Kontaktfeld, wobei der Kontaktprüfkörper eine Bohrspitze aufweist.
Vorzugsweise ist die Bohrspitze mit mindestens einer Schneide ausgestattet ist.
Vorzugsweise wird das Drehen des Kontaktprüfkörpers durch eine Drehfeder erzeugt, die unter einem Anpressdruck des Kontaktprüfkörpers gestaucht wird und die Stauchung zumindest teilweise in eine Drehung umsetzt. Vorzugsweise weist die Drehfeder zwei durch schraubenförmig angeordnete Streben verbundene Trägerelemente auf.
Vorzugsweise ist die Bohrspitze mit mindestens einer Feder mit nichtproportionaler Federcharakteristik verbunden ist, wobei die Feder nach Erreichen eines vorbestimmten Anpressdrucks auf eine geringere Federkonstante umgeschaltet wird. Vorzugsweise wird nach Umschalten der Feder mit nichtproportionaler Federcharakteristik auf eine geringere Federkonstante eine weitere Verschiebung des Kontaktprüfkörpers mit im wesentlichen konstanter Kraft durchgeführt wird.
Vorzugsweise ist der Kontaktprüfkörper ein Prüfstift, der zur linearen Verschiebung in einer Führung der Testvorrichtung gelagert ist wobei bei einer Verschiebung in der Führung dem Prüfstift zumindest über einen vorbestimmten Verschiebungsweg in Längsrichtung eine Drehung um seine Längsachse aufgezwungen wird. Vorzugsweise ist der Prüfstift eine Längsnut in seinem Umfang aufweist, die zumindest teilweise um die Längsrichtung schraubenförmig ausgeprägt ist, und welcher durch in der Längsnut laufende Kugeln in der Führung gelagert wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei werden gleiche oder ähnlich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen bedacht. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung des prinzipiellen Aufbaus eines zum Testen von auf einem Wafer angeordneten Halbleiterbauelementen verwendeten Halbleiterbauelement-Test-Systems mit einer Prüfkarte und einem daran angeschlossenen Testgerät;
2 eine weitere schematische Darstellung eines herkömmlichen Testsystems;
3 ein schematisches Kraft-Weg-Diagramm der herkömmlichen Anordnung aus 2;
4 eine Schrägansicht auf eine Kratzspur in einem Kontaktfeld, welche mittel einer Anordnung nach 2 eingebracht worden ist;
5 eine Seitenansicht auf eine Prüfkörperspitze nach einer ersten Ausführungsform;
6 eine Sicht auf die Prüfkörperspitze nach 5;
7 eine Seitenansicht auf eine Prüfkörperspitze nach einer zweiten Ausführungsform und eine Sicht auf die entsprechende Prüfkörperspitze;
8 eine Seitenansicht auf eine Prüfkörperspitze nach einer dritten Ausführungsform und eine Sicht auf die entsprechende Prüfkörperspitze;
9 eine Seitenansicht auf ein Federelement eines Prüfkörpers nach einer ersten Ausführungsform in einer ersten Stellung;
10 eine Seitenansicht auf das Federelement von 9 in einer zweiten Stellung;
11 eine Seitenansicht auf ein Federelement eines Prüfkörpers nach einer zweiten Ausführungsform in einer ersten Stellung;
12 eine Seitenansicht auf das Federelement von 11 in einer zweiten Stellung;
13 eine Seitenansicht auf einen Prüfkörper mit einem Federelement nach einer dritten Ausführungsform;
14 ein schematisches Kraft-Weg-Diagramm des Federelement nach der dritten Ausführungsform;
15 eine skizzenhafte Seitenansicht auf einen Prüfkörper;
16 eine Seitenansicht auf einen weiteren Prüfkörper in einer Führung;
17 eine Ansicht auf einen Umfang des Prüfkörpers aus 16 in ausgerollter Form.
In 1 ist – gemäß dem Stand der Technik – eine schematische Darstellung des prinzipiellen Aufbaus einer Teststation 2 zum Testen von auf einem Wafer 8 angeordneten bzw. gefertigten Halbleiterbauelementen gezeigt.
Bei den noch auf dem Wafer 8 (z. B. aus Silizium oder einem anderen geeigneten Halbleitermaterial wie GaAs) befindlichen, zu testenden Halbleiterbauelementen kann es sich z. B. um integrierte (analoge, digitale und/oder mixed-signal) Schaltkreise oder Einzelhalbleiter handeln, und/oder um Halbleiter-Speicher-bau-elemente, wie z. B. Funktionsspeicherbauelemen-te (PLAs, PALs, etc.) oder Tabellenspeicherbauelemente (z. B. ROMs oder RAMS), insbesondere um SRAMs oder DRAMs, z. B. um – eine Taktfrequenz größer als 500 MHz, insbesondere größer als 1 GHz verwendende – Halbleiterbauelemente (hier z. B. um DRAMs (Dynamic Random Access Memories bzw. dynamische Schreib-Lese-Speicher) mit doppelter Datenrate (DDR-DRAMs = Double Data Rate-DRAMs)). Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine be-stimmte Art von Halbleitern eingeschränkt.
Die zum Testen der noch auf der auf dem Wafer 8 befindlichen Halbleiterbauelemente benötigten Testsignale werden von einem Testgerät 3 (hier: ein digitales ATE-Testgerät) über eine oder mehrere entsprechende Signalleitungen („Treiberkanäle" 6a, 6b, 6c) an eine Halbleiterbauelement-Testkarte bzw. -Prüfkarte ("probecard") 1 weitergeleitet, und über entsprechende, an der Prüfkarte vorgesehene Kontaktnadeln 5a, 5b, 5c, 5d, 5e an entsprechende auf den Halbleiterbauelementen vorgesehene Kontaktfelder ("pads").
Wie aus 1 hervorgeht, erstrecken sich die Kontaktnadeln 5a, 5b, 5c, 5d, 5e von der Unterseite der Prüfkarte 1 aus nach unten in Richtung des Wafers 8.
Die in Reaktion auf die eingegebenen Testsignale an entsprechenden Halbleiterbauelementanschlüssen bzw. Kontaktfeldern ausgegebenen Signale werden – entsprechend umgekehrt wie oben beschrieben – von entsprechenden Kontaktnadeln 5a, 5b, 5c, 5d, 5e der Prüfkarte 2 abgegriffen und über eine oder mehrere Signalleitungen („Komparatorkanäle” 7a, 7b, 7c) dem Testgerät 3 zugeführt, wo dann eine Auswertung der entsprechenden Signale stattfinden kann. Die Treiberkanäle und Komparatorkanäle können auch in gemeinsamen Eingabe/Ausgabe-Kanälen zusammengefasst sein.
Wie aus 1 hervorgeht, sind die o. g. Prüfkarte 1, die zu testenden Halbleiterbauelemente (bzw. der Wafer 8 oder auf dem Wafer 8), sowie ggf. auch das o. g. Testgerät 3, an der Teststation 2 in einem von der Umwelt abgeschlossenen Subsystem (z. B. einem entsprechenden Mikroreinraumsystem) angeordnet.
2 zeigt eine bekannte Prüfkarte 10 mit einem an deren Unterseite befestigten exemplarischen Prüfkörper 11 zum Kontaktieren eines Kontaktfelds 12 eines Halbleiterbauelements 9. Der Prüfkörper 11 ist hier in Form einer Prüfnadel 13 ausgeführt, welche zur Kontaktierung mit dem Kontaktfeld ("pad") 12 eine Prüfkörperspitze bzw. Prüfnadelspitze 14 aufweist. Die Prüfnadel 13 ist an einem Federelement 15 aufgehängt.
Zum Testen des Bauelements wird das Halbleiterbauelement oder der Wafer der Prüfkarte 10 mit der Prüfnadel 13 in z-Richtung so angenähert, z. B. mittels Bewegens des den Wafer haltenden Chucks, so dass die Prüfnadelspitze 14 auf dem Kontaktfeld 12 aufsetzt. Auch nach dem Aufsetzen wird die Annäherung von Prüfkarte 10 und Kontaktfeld 12 bzw. Halbleiterbauelement fortgeführt ("Overdrive"). Dabei wird der Prüfkörper 11 in z-Richtung gegen die restliche Prüfkarte 10 relativ verschoben, wodurch das Federelement 15 zusammengedrückt wird, welches dadurch einen Anpressdruck zwischen Prüfkörper 11 bzw. Prüfnadel 13 und Kontaktfeld 12 erzeugt. Bei weiterlaufender Annäherung wird sich auch der Anpressdruck weiter erhöhen. Gleichzeitig werden die Prüfkarte 10 und das Halbleiterbauelement und damit das Kontaktfeld 12 in entlang der y-Richtung seitlich relativ zueinander verschoben. Dadurch erzeugt die Prüfnadelspitze 14 auf dem Kontaktfeld 12 eine typische Ritzspur mit steigendem Anpressdruck über den Verschiebungsweg y.
3 zeigt ein schematisches Kraft-Weg-Diagramm des der Anordnung aus 2. Dabei wäre idealerweise auch beim Ritzvorgang ein lineares Verhältnis zwischen Kraft und Verschiebung bzw. Weg (in z-Richtung) gegeben, wie durch die durchgezogene Gerade dargestellt. In der Wirklichkeit können jedoch beispielsweise aufgrund von veränderlichen Reibungskräften, Wulstbildung, Verschmutzungen, mangelnder Ebenheit des Kontaktfelds, Nichtlinearität der Feder usw. die Kraft-Weg-Kurven von der Ideallinie erheblich abweichen, wie durch die gestichelten Linien angedeutet.
4 zeigt eine Schrägansicht auf eine Ritzspur 16 in einem Kontaktfeld 12, bei der die Prüfnadelspitze 14 unter steigendem Anpressdruck bzw. fortgeführter Annäherung von links nach rechts gezogen wurde, wie durch den Pfeil angedeu tet. Die Ritz- oder Kratzspur 16 verbreitert und vertieft sich mit steigender Ritzlänge.
5 zeigt eine Seitenansicht auf einen Prüfkörpers 17 nach einer ersten Ausführungsform. Der Prüfkörper 17 ist dazu im Bereich der Prüfkörperspitze 18 als Bohrer ausgestaltet; der Prüfkörper 17 weist in anderen Worten also eine Bohrspitze 18 als Prüfkörperspitze auf. In der gezeigten Ausführungsform ist die zugehörige Stirnfläche mit Schneiden 19 ausgestattet, um ein Eindringen des Prüfkörpers 17 in das Kontaktfeld 12 zu ermöglichen oder zu erleichtern. Durch die Dreh-/Bohrbewegung wird ein geringer Kontaktwiderstand durch guten Kontakt der Prüfkörperspitze 18 mit dem Material des Kontaktfelds 12 erreicht. Es gibt kein „Abrutschen" auf Schmutz des Kontaktfelds 12 und auch keine Verschmutzung der Prüfkörperspitze 18.
6 zeigt eine Sicht von unten auf die Stirnfläche der Prüfkörperspitze 18 des der Prüfkörpers 17 von 5, bei der die Lage der Schneiden 19 weiter verdeutlicht wird.
7 zeigt eine Seitenansicht auf eine Prüfkörperspitze 20 nach einer zweiten Ausführungsform (linkes Teilbild) und eine Sicht von unten auf die entsprechende Stirnfläche der Prüfkörperspitze 20 (rechtes Teilbild). Die einzige Schneidkante bzw. Schneide 21 ist linear und mittig über die Breite der Stirnfläche angeordnet.
8 zeigt eine Seitenansicht auf eine Prüfkörperspitze 22 nach einer dritten Ausführungsform (linkes Teilbild) und eine Sicht von unten auf die entsprechende Stirnfläche der Prüfkörperspitze 22 (rechtes Teilbild). Die einzige Schneidkante 23 ist gebogen an der Stirnfläche angeordnet.
9 zeigt eine Seitenansicht auf ein Federelement 24 eines Prüfkörpers zur Aufhängung einer Prüfkörperspitze nach einer ersten Ausführungsform in einer ersten Stellung. Das Federelement 24 weist in z-Richtung nach oben und unten versetzte, vergleichsweise steife Trägerelemente 25 auf, die durch gebogene elastische Streben 26 verbunden sind. Die Kontaktpunkte der Streben 26 mit dem unteren Trägerelement 25 sind durch a und b gekennzeichnet. Am unteren Trägerelement 25 (in z-Richtung) schließt die Prüfkörperspitze an. Die Streben 26 sind zudem um die z-Achse gedreht, so das bei Zusammendrücken des Federelements in z-Richtung die in z-Richtung aufgegebene Kraft zumindest teilweise in eine in eine dazu senkrechte Kraft umlenkt. Dadurch werden die beiden Trägerelemente 25 um die z-Achse gegeneinander verdreht. In dem in 9 gezeigten entspannten Zustand liegt das Drehfederelement 24 im wesentlichen auf einer Außenkontur eines Zylinders.
10 zeigt das Drehfederelement 24 aus 9 in einer in z-Richtung um Δh zusammengedrückten, zweiten Stellung bei festgehaltener oberer Trägerfläche 25. Die Kontraktion um Δh erzeugt durch eine Verbiegung der Streben 26 eine entsprechende Drehung φ um die z-Achse durch das Federelement 24, wie durch den Pfeil angedeutet (siehe auch Position der Kontaktpunkte a, b im Vergleich zu 9).
Die 11 und 12 zeigen eine zu den 9 und 10 analoge Darstellung eines Drehfederelements 27, das im Vergleich zum Federelement 24 aus den 9 und 10 zusätzlich ein Begrenzungselement in Form eines Anschlags 28, das nach unten gerichtetes "T" im Federelement 27 ausgebildet ist, z. B. fest am oberen Trägerelement 25 befestigt. Beim Zusammendrücken des Federelements 27 wird bei einem bestimmten Kontraktionsweg Δh eine zugehörige Drehung φ erreicht, bei der die Streben 26 an den Anschlag 28 anschlagen und dadurch eine weitere Verdrehung verhindert wird. Ohne Verdrehung wird im wesentlichen auch ein weiteres Eindringen des Prüfkörpers verhindert. Durch diese Begrenzung kann ein definierter, gleichbleibender Abdruck des Prüfkörpers bzw. der Prüfkörperspitze erreicht werden, der immer im Bereich der Prüfkörper spitze bleibt. Auch kann durch die Begrenzung der Dreh-/Bohrbewegung erreicht werden, dass diese deutlich unter der Spanlänge des Kontaktfeldmaterials liegt.
13 zeigt eine Seitenansicht auf einen an einer Prüfkarte 29 über ein Federelement 30 nach einer dritten Ausführungsform befestigten Prüfkörper 31 mit zugehöriger Prüfkörperspitze 32. Das Federelement 30 weist eine nichtproportionale Federcharakteristik auf, wie beispielsweise anhand des in 14 skizzierten Kraft-Weg-Diagramms gezeigt. Bei Verschieben des nichtproportionalen Federelements 30 in -z-Richtung – wie beispielsweise beim Eindrücken des Prüfkörpers 31 in das Kontaktfeld – ist die dazu nötige Kraft im wesentlichen linear zum Verschiebungsweg Δh2, bis ein Umschaltwert g der Kraft (beziehungsweise ein entsprechender Umschaltpunkt) des (Verschiebungs-)Wegs seit Aufsetzen erreicht wird. Bei oder nach Erreichen des Umschaltwerts g gibt das Federelement für weitere Kraftinkremente im wesentlichen nach. In anderen Worten braucht nach Erreichen des Umschaltwerts für eine weitere Verschiebung in -z-Richtung kaum eine weitere Kraft aufgewendet zu werden. Durch diese Ausführungsform kann eine Kraft bzw. Last auf die Prüfkörperspitze bzw. auf die Kontaktfläche von Prüfkörperspitze und Kontaktfeld und damit effektiv die Eindringtiefe definiert begrenzt werden, was die Gefahr einer Beschädigung des Kontaktfelds weiter vermindert.
15 zeigt eine skizzenhafte Seitenansicht auf einen an einer Nadelkarte 33 angebrachten Prüfkörper 34. Der Prüfkörper 34 ist so aufgebaut, dass er an seiner Spitze eine Bohrspitze 18 nach den 5 und 6 aufweist, darüber, in Richtung der Aufhängung, ein Drehfederelement 27 nach den 11 und 12 und darüber wiederum ein nichtproportionales Federelement ("Knackfroschfeder") 31 nach den 13 und 14. Dabei ist die Aufhängung der Bohrspitze 18 an der Drehfeder 27 ist dabei ausreichend steif ausgelegt, um die Verdrehung der Drehfeder 27 an die Bohrspitze 18 weitergeben zu können. Die Federkonstante in z-Richtung der Drehfeder 27 ist kleiner als die Federkonstante der Knackfroschfeder 31. Der Lastpfad der Nadelkarte 33 läuft somit durch diese in Reihe verbundenen Einzelkomponenten. Da diese Einzelkomponenten bereits oben beschrieben worden sind, wird auf ihre jeweilige Funktionsweise als solches hier nicht weiter eingegangen.
Nach Kontakt mit dem Kontaktfeld 12 wird der Prüfkörper 34 zunächst mit steigendem Anpressdruck weiter auf das Kontaktfeld 12 gepresst ("Overdrive"). Dadurch wird zunächst durch das Drehfederelement 27 zusammengedrückt und gibt dadurch eine Drehung auf die Bohrspitze 18 auf, die sich folglich in das Kontaktfeld 12 hineinbohrt. Nach Erreichen des Anschlags des Drehfederelements 27 wird die Drehbewegung der Bohrspitze 18 gestoppt. In weiteren verhält sich die Drehfeder 27 in z-Richtung wie ein im wesentliches steifes Element; der Anpressdruck wird dadurch im wesentlichen durch die Knackfroschfeder 31 bestimmt. Bei weiterer Verschiebung bzw. weiter erhöhtem Anpressdruck wird der Umschaltwert der Knackfroschfeder 31 erreicht, so dass ab dann keine wesentliche zusätzliche Last mehr auf die Bohrspitze 18 übertragen wird. Dadurch kann ein maximaler Anpressdruck eingestellt werden, um beispielsweise den Abdruck der Bohrspitze 18 im Kontaktfeld 12 reproduzierbar einzustellen. Der Umschaltwert ("Knackpunkt") des Knackfroschfeder 31 kann auch so eingestellt sein, dass er vor Anschlag der Drehfeder 27 auslöst. Der Prüfkörper 34 ist somit in der Lage, das Kontaktfeld 12 definiert und verlässlich unter weitgehender Vermeidung von Beschädigungen zu kontaktieren.
16 zeigt eine Seitenansicht eines weiteren Prüfkörpers in Form eines Prüfstifts 35 mit einem im wesentlichen zylinderförmigen Körper und einer nach unten in Kontaktrichtung zum Kontaktfeld 12 zulaufenden Prüfkörperspitze 36. Der Prüfstift 35 läuft in einer Führung 37 in Form eines Längslochs bzw. Gewindekanals in der Prüfkarte 38. Der Prüfstift 35 wird in der Führung 37 mittels Kugeln 39 gelagert, die einerseits in einer Vertiefung 40 in der Führung 37 drehbar, aber nicht wesentlich verschiebbar gehalten werden. Andererseits laufen die Kugeln 39 in einer Längsnut 41, die um Umfang des Prüfstifts 35 eingebracht ist. Die Längsnut 41 ist wie in 17 gezeigt geformt, welche den aufgerollten Umfang des Prüfstifts 35 ausschnittsweise darstellt. Der Prüfstift 35 wird durch eine Rückhaltefeder 42 gehalten und durch eine durchbrochene Blende 43 geführt und ggf. geschützt.
17 zeigt, dass die Nut 41 in Z-Richtung über eine Höhe s schraubenförmig verläuft, wobei die Höhe s und die Umfangslänge r das Steigungsverhältnis definieren. an den schraubenförmigen Abschnitt der Nut 41 schließt sich nach unten hin ein gerades Stück der Höhe t als Dreh- und Verschiebeanschlag an, wie weiter unten genauer beschrieben wird. Durch das Steigungsverhältnis r/s bzw. s/r wird eine definierte erzwungene Drehung des Prüfstifts 35 um seine Längsachse (die in z-Richtung ausgerichtet ist) abhängig von seiner relativen Verschiebung in z-Richtung in der Führung 37 erzeugt. Wenn diese relative Verschiebung durch das Anfahren der Prüfkarte 38 nach Kontaktierung des Kontaktfelds 12 durch die Prüfspitze 36 erfolgt ("Overdrive"), kann sich die Prüfspitze 36 in das Kontaktfeld einbohren. Dazu kann die Prüfspitze 36 beispielsweise wie in den 5 bis 8 gezeigt ausgestaltet sein. Nach Erreichen des in z-Richtung geraden Abschnitts t der Längsnut 41 durch die Kugeln 39 wird eine weitere Drehung unterbunden. Nach einer weiteren Verschiebung des Prüfkörpers 35 in -z-Richtung um den Betrag t gelangen die Kugeln 39 an ihren Anschlag, und der Prüfstift 35 bewegt sich nicht weiter relativ zur Führung 37, also weder linear noch drehend.
Die Begrenzung der Dreh-/Bohrbewegung ermöglicht, dass diese deutlich unter der Spanlänge des Kontaktfeldmaterials liegt. Zudem können am Prüfstift 35 haftende(r) Schmutz oder Späne in der Führung abgestreift werden. Durch ein Zurückdrehen während des Kontaktes wird für ein weiteres 'Abstreifen' des Kontaktfeldmaterials gesorgt.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann beispielsweise verschiedene Modifikationen und Kombinationen umfassen.

1: Prüfkarte
2: Teststation
3: Testgerät
4: Halbleiterbauelement-Testsystems
5a, 5b, 5c, 5d, 5e: Kontaktnadeln
7a, 7b, 7c: Komparatorkanäle
8: Wafer
10: Prüfkarte
11: Prüfkörper
12: Kontaktfeld
13: Prüfnadel
14: Prüfnadelspitze
15: Federelement
16: Ritzspur
17: Prüfkörper
18: Prüfkörperspitze
19: Schneide
20: Prüfkörperspitze
21: Schneide
22: Prüfkörperspitze
23: Schneide
24: Federelement
25: Trägerelemente
26: Strebe
27: Drehfederelement
φ: Drehung
28: Anschlag
29: Prüfkarte
30: Federelement
31: Prüfkörper
32: Prüfkörperspitze
33: Nadelkarte
g: Umschaltwert
Δh: Verschiebungsweg
Δh2: Verschiebungsweg
34: Prüfkörper
35: Prüfstift
36: Prüfkörperspitze
37: Führung
38: Prüfkarte
39: Kugel
40: Vertiefung
41: Längsnut
42: Rückhaltefeder
43: Blende

Claims

Testvorrichtung für Halbleiterbauelemente, insbesondere Prüfkarte (10, 29, 33, 38), mit mindestens einem Kontaktprüfkörper (17, 31, 34, 35) zum Kontaktieren eines Halbleiterbauelements (8, 9, 12), dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktprüfkörper (17, 31, 34, 35) eine Bohrspitze (18, 20, 22, 32) aufweist und die Testvorrichtung dazu eingerichtet ist, die Bohrspitze (18, 20, 22, 32) zumindest nach Aufsetzen auf das Halbleiterbauelement (8, 9, 12) in eine Drehung zum Eindringen in das Halbleiterbauelement (8, 9, 12) zu versetzen.
Testvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Bohrspitze (18, 20, 22) mit mindestens einer Schneide (19, 21, 23) ausgestattet ist.
Testvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Bohrspitze (18, 20, 22) mit mindestens einer Drehfeder (27) verbunden ist, die bei Dehnung in einer Verschiebungsrichtung (z) des Kontaktprüfkörpers (17, 31, 34, 35) eine Drehung um die Verschiebungsrichtung (z) erzeugt.
Testvorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Drehfeder (27) zwei durch schraubenförmig angeordnete Streben (26) verbundene Trägerelemente (25) aufweist.
Testvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Bohrspitze (18, 20, 22, 32) mit mindestens einer Feder (30) mit nichtproportionaler Federcharakteristik dergestalt verbunden ist, dass deren Federkonstante nach Erreichen eines vorbestimmten Verschiebungswegs des Kontaktprüfkörpers (34) für den weiteren Verschiebungsweg signifikant abnimmt.
Testvorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die Federkonstante der Feder (30) mit nichtproportionaler Federcharak teristik nach Erreichen des vorbestimmten Verschiebungswegs im wesentlichen auf Null absinkt.
Testvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Kontaktprüfkörper ein Prüfstift (35) ist, der zur linearen Verschiebung in einer Führung (37) der Testvorrichtung gelagert ist und welche so eingerichtet ist, dass bei Verschiebung in der Führung (37) der Prüfstift (35) zumindest über einen vorbestimmten Verschiebungsweg in Längsrichtung zu einer Drehung um seine Längsachse aufgezwungen wird.
Testvorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher der Prüfstift (35) eine Längsnut (41) in seinem Umfang aufweist, die zumindest teilweise um die Längsrichtung schraubenförmig ausgeprägt ist, und durch in der Längsnut (41) laufende Kugeln (39) in der Führung (37) gelagert wird.
Verfahren zum Testen von Halbleiterbauelementen mittels mindestens eines Kontaktprüfkörpers (17, 31, 34, 35) einer Testvorrichtung zum Kontaktieren eines Kontaktfelds (12) eines Halbleiterbauelements mit steigendem Anpressdruck, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mindestens den folgenden Schritt aufweist: – Drehen des Kontaktprüfkörpers (17, 31, 34, 35) auf dem Kontaktfeld (12), wobei der Kontaktprüfkörper (17, 31, 34, 35) eine Bohrspitze (18, 20, 22) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die Bohrspitze (18, 20, 22) mit mindestens einer Schneide (19, 21, 23) ausgestattet ist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei welchem das Drehen des Kontaktprüfkörpers (17, 31, 34, 35) durch eine Drehfeder (27) erzeugt wird, die unter einem Anpressdruck des Kontaktprüfkörpers (17, 31, 34, 35) gestaucht wird und die Stauchung zumindest teilweise in eine Drehung umsetzt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Drehfeder (27) zwei durch schraubenförmig angeordnete Streben (26) verbundene Trägerelemente (25) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei welchem die Bohrspitze (18, 20, 22) mit mindestens einer Feder (30) mit nichtproportionaler Federcharakteristik verbunden ist, wobei die Feder nach Erreichen eines vorbestimmten Anpressdrucks auf eine geringere Federkonstante umgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem nach Umschalten der Feder (30) mit nichtproportionaler Federcharakteristik auf eine geringere Federkonstante eine weitere Verschiebung des Kontaktprüfkörpers (17, 31, 34, 35) mit im wesentlichen konstanter Kraft durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei welchem der Kontaktprüfkörper ein Prüfstift (35) ist, der zur linearen Verschiebung in einer Führung (37) der Testvorrichtung gelagert ist wobei bei einer Verschiebung in der Führung (37) dem Prüfstift (35) zumindest über einen vorbestimmten Verschiebungsweg in Längsrichtung eine Drehung um seine Längsachse aufgezwungen wird.
Testvorrichtung nach Anspruch 15, bei welcher der Prüfstift eine Längsnut (41) in seinem Umfang aufweist, die zumindest teilweise um die Längsrichtung (z) schraubenförmig ausgeprägt ist, und welcher durch in der Längsnut (41) laufende Kugeln (39) in der Führung (37) gelagert wird.