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晶片级老化和测试盒及方法

基本信息

  • 申请号 CN00810281.3 
  • 公开号 CN1384922A 
  • 申请日 2000/07/13 
  • 公开日 2002/12/11 
  • 申请人 AEHR测试体系  
  • 优先权日期  
  • 发明人 F·O·乌赫尔 M·C·卡蓬 D·P·里士满二世 J·安德伯格  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 美国加利福尼亚州 
  • 分类号  
  • 专利代理机构 上海专利商标事务所 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 顾峻峰 
  • 有效性 期限届满 
  • 法律状态 审查中-公开
  •  

摘要

一种盒子(10),它包括用于容纳晶片(74)的一夹盘(12)以及用于与晶片电气接触的一探测板(14)。
在使用时,一机械连接装置(90)相互地锁定夹盘和探测板,以保持晶片与探测板的对准。
最好用一探测卡(50)与晶片电气接触,借助多个片簧(52)将该探测卡可移动地安装于探测板。
机械连接装置最好是一运动连接件,该运动连接件包括一阳连接件(94),以及第一和第二相对夹头(122、124)。
使每一夹头从回缩位置和啮合位置处可绕枢轴转动,在所述回缩位置的阳连接件可插在夹头之间,在所述啮合位置的夹头可防止阳连接件从夹头中退出。
阳连接件可在延伸和回缩位置之间移动,并向回缩位置被施偏压。
以使在啮合机械连接装置时提供一共同拉动夹盘和探测板的正夹紧力。
为将晶片装入盒子,将晶片放置在夹盘上,使晶片对准探测板以及将夹盘和探测板锁定在一起。
于是,可以从对准装置中卸下该盒,并将该盒放置在老化或测试室中,该老化或测试室自身不需要用于对准晶片或提供探测驱动力的装置。
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权利要求书


1.一种用于老化或测试的盒子,所述盒包括: 用来容纳一晶片的一夹盘; 与所述晶片电气接触的一探测板;以及 一机械连接装置,所述机械连接装置可将所述夹盘和所述探测板相互地锁定 起来。

2.如权利要求1所述的盒子,其特征在于,所述机械连接装置在使用时施加 一正夹紧力,以便共同地拉动所述夹盘和所述探测板。

3.如权利要求1所述的盒子,其特征在于,所述机械连接装置是一运动连接 件。

4.如权利要求1所述的盒子,其特征在于,当所述夹盘和所述探测板锁定在 一起时, 所述机械连接装置所施加的夹紧力可防止所述夹盘和所述探测板沿垂直于所 述晶片的方向分离,以及 借助所述夹盘和所述探测板之间的摩擦贴合,可防止所述夹盘和所述探测板 沿平行于所述晶片的方向相互地移动。

5.如权利要求1所述的盒子,其特征在于,所述机械连接装置包括安装于所 述板之一的可调节止动件。

6.如权利要求1所述的盒子,其特征在于,还包括安装于所述探测板的一探 测卡。

7.如权利要求6所述的盒子,其特征在于,所述探测卡可移动地安装于所述 探测板。

8.如权利要求7所述的盒子,其特征在于,当所述夹盘和所述探测板锁定在 一起时,所述探测卡可移动地抵靠于所述晶片。

9.如权利要求7所述的盒子,其特征在于,当所述夹盘和所述探测板锁定在 一起时,所述探测卡可缩回不与所述晶片接触。

10.如权利要求7所述的盒子,其特征在于,通过在锁定的所述探测板和所 述夹盘中形成一压力差,在使用时实现所述探测卡的运动。

11.如权利要求10所述的盒子,其特征在于,通过改变晶片附近的压力,在 使用时形成压力差。

12.如权利要求10所述的盒子,其特征在于,通过改变探测卡后面的压力, 在使用时形成压力差。

13.如权利要求10所述的盒子,其特征在于,还包括一阀,所述阀在使用时 可保持压力差。

14.如权利要求7所述的盒子,其特征在于,用至少一依从构件将所述探测 卡安装于所述探测板。

15.如权利要求14所述的盒子,其特征在于,至少一依从构件包括至少两片 簧。

16.如权利要求15所述的盒子,其特征在于,每一片簧具有一非直线轮廓。

17.如权利要求15所述的盒子,其特征在于,每一片簧包括一弯曲的中心部。

18.如权利要求15所述的盒子,其特征在于,每一片簧包括沿片簧宽度延伸 的一槽形中心部。

19.如权利要求15所述的盒子,其特征在于,所述诸片簧围绕所述探测卡的 周边分开,以便最大程度地阻止所述探测卡围绕垂直于晶片的轴线、相对于所述探 测板的旋转。

20.如权利要求19所述的盒子,其特征在于,所述探测卡为矩形,在所述探 测卡的四个转角的每一转角处有一片簧。

21.如权利要求7所述的盒子,其特征在于,还包括一活塞,所述活塞可滑 动地位于所述探测卡后面的所述探测板中形成的一凹部中。

22.如权利要求14所述的盒子,其特征在于,还包括一活塞,所述活塞可滑 动地位于所述探测卡后面的所述探测板中形成的一凹部中。

23.如权利要求6所述的盒子,其特征在于,还包括一印刷电路板,所述印 刷电路板安装于所述探测板并与所述探测卡电气连接。

24.如权利要求23所述的盒子,其特征在于,还包括若干安装于所述探测板 外部的电气连接件,所述电气连接件与所述印刷电路板电气连接。

25.如权利要求14所述的盒子,其特征在于,还包括一印刷电路板,所述印 刷电路板安装于所述探测板并与所述探测卡电力连接。

26.如权利要求25所述的盒子,其特征在于,还包括若干安装于所述探测板 外部的电气连接件,所述电气连接件与所述印刷电路板电气连接。

27.如权利要求22所述的盒子,其特征在于,还包括一印刷电路板,所述印 刷电路板安装于所述探测板并与所述探测卡电气连接。

28.如权利要求27所述的盒子,其特征在于,还包括若干安装于所述探测板 外部的电气连接件,所述电气连接件与所述印刷电路板电气连接。

29.一种用于晶片级老化或测试的探测装置,所述探测装置包括: 一探测板;以及 可移动地与所述探测板连接的一探测卡。

30.如权利要求29所述的探测装置,其特征在于,用至少一依从构件将所述 探测卡安装于所述探测板。

31.如权利要求30所述的探测装置,其特征在于,至少一依从构件包括至少 两片簧。

32.如权利要求31所述的探测装置,其特征在于,每一片簧具有一非直线轮 廓。

33.如权利要求32所述的探测装置,其特征在于,每一片簧包括一弯曲的中 心部。

34.如权利要求33所述的探测装置,其特征在于,每一片簧包括沿片簧宽度 延伸的一槽形中心部。

35.如权利要求36所述的探测装置,其特征在于,所述诸片簧围绕所述探测 卡的周边分开,以便最大程度地阻止所述探测卡围绕垂直于晶片的轴线、相对于所 述探测板的旋转。

36.如权利要求35所述的探测装置,其特征在于,所述探测卡为矩形,在所 述探测卡的四个转角的每一转角处有一片簧。

37.如权利要求31所述的探测装置,其特征在于,所述诸片簧围绕所述探测 卡的周边分开,以便最大程度地阻止所述探测卡围绕垂直于晶片的轴线、相对于所 述探测板的旋转。

38.如权利要求29所述的探测装置,其特征在于,还包括一活塞,所述活塞 可滑动地位于所述探测卡后面的所述探测板中形成的一凹部中。

39.如权利要求30所述的探测装置,其特征在于,还包括一活塞,所述活塞 可滑动地位于所述探测卡后面的所述探测板中形成的一凹部中。

40.如权利要求37所述的探测装置,其特征在于,还包括一活塞,所述活塞 可滑动地位于所述探测卡后面的所述探测板中形成的一凹部中。

41.如权利要求29所述的探测装置,其特征在于,还包括一印刷电路板,所 述印刷电路板安装于所述探测板并与所述探测卡电气连接。

42.如权利要求41所述的探测装置,其特征在于,还包括若干安装于所述探 测板外部的电气连接件,所述电气连接件与所述印刷电路板电气连接。

43.如权利要求30所述的探测装置,其特征在于,还包括一印刷电路板,所 述印刷电路板安装于所述探测板并与所述探测卡电气连接。

44.如权利要求41所述的探测装置,其特征在于,还包括若干安装于所述探 测板外部的电气连接件,所述电气连接件与所述印刷电路板电气连接。

45.如权利要求38所述的探测装置,其特征在于,还包括一印刷电路板,所 述印刷电路板安装于所述探测板并与所述探测卡电气连接。

46.如权利要求41所述的探测装置,其特征在于,还包括若干安装于所述探 测板外部的电气连接件,所述电气连接件与所述印刷电路板电气连接。

47.一种老化或测试盒,所述盒包括: 一第一板; 一第二板; 一安装于所述第一板的阳连接件,所述阳连接件包括一底切表面;以及 可移动地与所述第二板连接的至少一夹头,所述夹头可从一回缩位置和一啮 合位置处移动,在所述回缩位置的所述阳连接件可容纳于所述夹头,在所述啮合位 置的所述夹头与所述阳连接件的底切表面的啮合防止所述阳连接件从所述夹头中 退出。

48.一种老化或测试晶片的方法,所述方法包括以下步骤: 将晶片放置在一夹盘上; 使一探测板对准所述晶片;以及 将所述夹盘和所述探测板锁定在一起。

49.如权利要求48所述的方法,其特征在于, 将所述晶片放置在所述夹盘上的步骤包括在第一公差的范围中将所述晶片对 准所述夹盘的步骤; 在第二公差的范围中使所述探测板对准所述晶片的步骤;以及 所述第一公差大于所述第二公差。

50.如权利要求49所述的方法,其特征在于,用一机械连接装置来完成锁定 所述夹盘和所述探测板的步骤。

51.如权利要求49所述的方法,其特征在于,将所述夹盘与所述探测板锁定 在一起的步骤包括以下步骤: 用一安装于所述夹盘和所述探测板的机械连接件来共同地拉动所述夹盘和所 述探测板。

52.如权利要求51所述的方法,其特征在于,在将所述板锁定在一起的步骤 之后, 用所述机械连接件来施加一夹紧力,以防止所述夹盘和所述探测板沿垂直于 所述晶片的方向分离;以及 借助所述夹盘和所述探测板之间的摩擦贴合,以防止所述夹盘和所述探测板 沿平行于所述晶片的方向相互移动。

53.如权利要求51所述的方法,其特征在于,共同地拉动所述夹盘和所述探 测板,并使它们抵靠在安装于所述板之一的至少一个可调节的止动件上。

54.如权利要求48所述的方法,其特征在于,在一对准装置中实施对准和锁 定步骤,该方法还包括以下步骤: 从所述对准装置上卸下锁定的夹盘和探测板;以及 将锁定的夹盘和探测板放置在老化或测试装置中;以及 实施晶片的老化或测试。

55.如权利要求48所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤: 用安装于所述探测板的一探测卡进行与所述晶片的电气接触。

56.如权利要求55所述的方法,其特征在于,将所述探测卡可移动地安装于 所述探测板。

57.如权利要求56所述的方法,其特征在于,电气接触的步骤还包括以下步 骤: 当所述夹盘和所述探测板被锁定在一起之后,将所述探测卡压在所述晶片上。

58.如权利要求57所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤: 在所述夹盘和所述探测板被锁定在一起的步骤之前,回缩所述探测卡。

59.如权利要求57所述的方法,其特征在于,在锁定的夹盘和探测板中形成 一压力差,以完成将所述探测卡压在所述晶片上的步骤。

60.如权利要求59所述的方法,其特征在于,降低所述晶片附近的压力以形 成压力差。

61.如权利要求59所述的方法,其特征在于,增加所述探测卡后面的压力以 形成压力差。

62.如权利要求59所述的方法,其特征在于,在压力差形成之后,用所述探 测板或所述夹盘上的一阀来保持该压力差。

63.如权利要求56所述的方法,其特征在于,用至少两片簧将所述探测卡安 装于所述探测板。

64.如权利要求57所述的方法,其特征在于,借助所述探测卡后面的活塞将 完成所述探测卡压在所述晶片上的步骤。

65.如权利要求55所述的方法,其特征在于,所述探测卡与一印刷电路板以 及所述探测板电气连接。

66.如权利要求55所述的方法,其特征在于,印刷电路板与从锁定的探测板 和夹盘外部可接近的电气连接件电气连接。

67.如权利要求51所述的方法,其特征在于,还包括下列步骤: 用一安装于所述探测板的所述探测卡进行与所述晶片的电气接触。

68.如权利要求67所述的方法,其特征在于,将所述探测卡可移动地安装于 所述探测板。

69.如权利要求68所述的方法,其特征在于,电气接触的步骤还包括以下步 骤: 当所述夹盘和所述探测板被锁定在一起之后,将所述探测卡压在所述晶片上。

70.如权利要求69所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤: 在所述夹盘和所述探测板被锁定在一起的步骤之前,回缩所述探测卡。

71.如权利要求69所述的方法,其特征在于,在锁定的夹盘和探测板中形成 一压力差,以完成将所述探测卡压在所述晶片上的步骤。

72.如权利要求71所述的方法,其特征在于,降低所述晶片附近的压力以形 成压力差。

73.如权利要求71所述的方法,其特征在于,增加所述探测卡后面的压力以 形成压力差。

74.如权利要求71所述的方法,其特征在于,在压力差形成之后,用所述探 测板或所述夹盘上的一阀来保持该压力差。

75.如权利要求68所述的方法,其特征在于,用至少两片簧将所述探测卡安 装于所述探测板。

76.如权利要求69所述的方法,其特征在于,移动所述探测卡后面的活塞将 所述探测卡压在所述晶片上。

77.如权利要求67所述的方法,其特征在于,所述探测卡与一印刷电路板以 及所述探测板电气连接。

78.如权利要求67所述的方法,其特征在于,印刷电路板与从锁定的探测板 和夹盘外部可接近的电气连接件电气连接。

79.如权利要求54所述的方法,其特征在于,还包括下列步骤: 用一安装于所述探测板的所述探测卡进行与所述晶片的电气接触。

80.如权利要求79所述的方法,其特征在于,将所述探测卡可移动地安装于 所述探测板。

81.如权利要求80所述的方法,其特征在于,电气接触的步骤还包括以下步 骤: 当所述夹盘和所述探测板被锁定在一起之后,将所述探测卡压在所述晶片上。

82.如权利要求81所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤: 在所述夹盘和所述探测板被锁定在一起的步骤之前,回缩所述探测卡。

83.如权利要求81所述的方法,其特征在于,在锁定的夹盘和探测板中形成 一压力差,以完成将所述探测卡压在所述晶片上的步骤。

84.如权利要求83所述的方法,其特征在于,降低所述晶片附近的压力以形 成压力差。

85.如权利要求83所述的方法,其特征在于,增加所述探测卡后面的压力以 形成压力差。

86.如权利要求83所述的方法,其特征在于,在压力差形成之后,用所述探 测板或所述夹盘上的一阀来保持该压力差。

87.如权利要求80所述的方法,其特征在于,用至少两片簧将所述探测卡安 装于所述探测板。

88.如权利要求81所述的方法,其特征在于,借助所述探测卡后面的活塞将 所述探测卡压在所述晶片上。

89.如权利要求79所述的方法,其特征在于,所述探测卡与一印刷电路板以 及所述探测板电气连接。

90.如权利要求79所述的方法,其特征在于,印刷电路板与从锁定的探测板 和夹盘外部可接近的电气连接件电气连接。

91.如权利要求48所述的方法,其特征在于,通过将所述晶片置于所述夹盘 上使所述晶片对准所述探测板的位置,同时完成放置和对准晶片的步骤。

92.如权利要求91所述的方法,其特征在于,可通过以下步骤来完成放置和 对准晶片的步骤: 将所述晶片保持在一自动装置臂中; 捕获所述晶片的图像; 从捕获的图像中确定所述晶片的对准位置;以及 将所述晶片放在对准位置中。

93.如权利要求55所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤: 共同地移动所述夹盘和所述探测板, 其中,在所述夹盘和所述探测板接触之前,使所述探测卡与所述夹盘上的一 晶片接触。

94.如权利要求93所述的方法,其特征在于,用一外部装置使所述夹盘和所 述探测板至少是部分地共同移动。

95.如权利要求94所述的方法,其特征在于,用包括夹盘及探测板的组合件 的机械连接装置来共同地移动所述夹盘和所述探测板。

96.如权利要求94所述的方法,其特征在于,所述外部装置共同地移动所述 夹盘和所述探测板,以提供一初始的探测驱动力。

97.如权利要求96所述的方法,其特征在于,一包括夹盘及探测板的组合件 的机械连接装置可提供又一探测驱动力。

98.如权利要求96所述的方法,其特征在于,一位于所述探测卡后面的活塞 可提供又一探测驱动力。
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说明书

国防先进工程研究机构准予部分地支持本发明。
美国政府可具有本发明的权 利。
技术领域 本发明尤其涉及在将晶片切成小片前,在半导体晶片上形成的电路的老化和/ 或测试中使用的盒子。
然而,本发明也可适用于其它电气装置的老化或测试。
本发 明也涉及装载盒中的一探测卡并将其对准盒中的一半导体晶片的方法。
本发明也涉 及在盒中使用的连接装置。
本发明涉及Barraclough等人于1995年7月5日授权 的题为“高密度互联技术”的共同所有的美国专利5,429,510以及Brehm等人于 1997年10月28日授权的题为“用于测试内存编程装置的方法和系统”的共同所 有的美国专利5,682,472中的发明,本文将援引这些专利的揭示作为参考。
本发 明也涉及同时提交、共同待批、共同所有的题为“晶片级老化和电气测试系统和方 法”(1999年7月14日提交的美国No.09/353,121)的申请中的发明,本文也将 援引该专利的揭示作为参考。
背景技术 众所周知,如果集成电路(IC’s)将要失效的话,它们会在其预计寿命的早 期失效。
为了识别并消除这种易坏的IC’s,IC制造商通常将其集成电路暴露在可 导致过早失效的条件下。
该过程被称为老化,集成电路在老化期间受到的典型条件 是升高的温度以及电信号同时施加于集成电路。
升高的温度和施加的信号可以超过 正常的操作参数。
一旦集成电路在老化期间或老化后通过测试,它在其整个预定使 用寿命中起作用的机会将大为增加。
可在不同时期进行老化。
在许多情况下,当IC处于其最终的封装状态时进行 老化。
在这种情况下,将IC插入将所需电信号施加于IC的电路板。
老化已封装的 IC’s的优点是:已封装的IC对物理损坏或污染不很敏感;以及可方便地将其插入 老化电路板,进行所需的连接。
老化已封装的IC’s的缺点是:如果IC在老化期间 失效,将损失封装IC所增加的费用;需要处理非常多的单个构件;需要不同的固 定件来完成以多种不同封装类型的同类小片的老化。
另一种可选择的老化过程是将单个小片放入可重复使用的密封装置,然后以 类似于被封装IC’s的老化方式对在可重复使用的密封装置中的小片进行老化。
该 方法的优点是此时IC中的投资较少,但其缺点是很难方便地控制单个小片,所述 小片很容易被破坏或污染。
本发明的盒子可用于晶片级的老化。
也就是说,在集成电路晶片分离成单个 小片和传统的密封装置之前使其经受老化。
晶片级老化的优点是:较早地识别有失 效倾向的IC,对某些芯片类型(例如DRAM)来说,可能要用激光来修补老化的缺 陷;以及很容易产生老化失效的晶片映像。
晶片映像有助于识别并矫正晶片加工的 瑕疵。
晶片级老化的缺点是:需要小心地处理晶片;以及与晶片电气接触更加困难。
在Wood等人的美国专利No.5,859,539中示出了一种用于晶片级老化的固定件 的示例。
IC’s通常还要经受某些点的功能测试。
这些测试可证实IC在预期的速度和准 确度下具有所需的功能。
可用功能测试来彻底地剔除IC’s或者将IC’s分为不同的 等级。
本发明的盒子可用于晶片级的老化和/或测试。
发明内容 本发明提供了老化或测试晶片的方法,该方法包括以下步骤:将晶片放置在 夹盘上;使探测板对准晶片;以及将夹盘和探测板锁定在一起。
将晶片放置在夹盘 上的过程最好包括在第一公差的范围中使晶片对准夹盘的步骤,以及在第二公差的 范围中使探测板对准晶片的步骤,第一公差大于第二公差。
本发明还提供了一种用于晶片级老化或测试的盒子,该盒包括容纳一晶片的 一夹盘;与晶片电气接触的一探测板;以及一机械连接装置,该机械连接装置可将 夹盘和探测板相互地固定起来。
探测板最好包括可移动地连接于探测板的一探测 卡。
更佳地是,用至少两片簧将探测卡安装于探测板,在探测卡后面的探测板中形 成的凹部中有一可滑动的活塞。
本发明又提供了一种运动连接件,该连接件包括一阳连接件,该阳连接件包 括一底切表面;以及第一和第二相对夹头。
每一夹头从回缩位置和啮合位置处移动, 在所述回缩位置的阳连接件可插在夹头之间,在所述啮合位置的夹头与阳连接件的 底切表面的啮合可防止阳连接件从夹头中退出。
最好向其相应的啮合位置对第一和 第二夹头施加偏压,每一第一和第二夹头包括一斜面,一键对该斜面起作用,以使 第一和第二夹头移入其相应的回缩位置。
较佳的是,将阳连接件可移动地连接于一 基片,因而在阳连接件被插入第一和第二夹头之间以及第一和第二夹头都处于其啮 合位置时,阳连接件相对于延伸位置和回缩位置之间的基片移动,在所述延伸位置 的阳连接件的啮合面不与第一和第二夹头接触,在所述回缩位置的阳连接件的啮合 面与第一和第二夹头接触。
更佳的是,向其回缩位置对阳连接件施加偏压,藉此提 供一正夹紧力。
本发明又提供了一种晶片级老化或测试盒,该盒包括: 一第一板; 一第二板; 安装于第一板的一阳连接件,该阳连接件包括一底切表面;以及 至少一块可移动地连接于第二板的夹头,所述夹头从回缩位置和啮合位置处 移动,在所述回缩位置的阳连接件可容纳于夹头,在所述啮合位置的夹头与阳连接 件的底切表面的啮合可防止阳连接件从夹头中退出。
在题为“具体实施方式”的部分中进一步地阐述了本发明的细节。
附图说明 图1是本发明的晶片级老化和测试盒的立体图; 图2是图1所示的盒的探测板的局部剖开和分解的立体图; 图3和图4是图1的盒使用的片簧的两示意图; 图5是沿图1的盒截取的局部剖视图; 图6是图1的盒的机械连接装置的剖视图; 图7是图6的连接装置的下部的俯视图; 图8A至8D示出了图6和7的机械连接装置的驱动; 图9是阳连接件与图6的机械连接装置的夹头之间的关系的示意图; 图10至12是图6的机械连接装置的夹头的可替代结构的平面图; 图13是图1的盒的探测板的连接件端部的剖视图; 图14是图1的盒的探测板下侧的示意图; 图15至17是图1-3的盒的夹盘基座的顶面上的等温线的平面图; 图18是图1的盒的夹盘、活塞、探测卡和相关构件的放大的局部剖视图; 图19是图18的对准插头的底面的平面图,该图示出了探测卡和对准插头之 间的环氧粘结剂的形状和大小; 图20是图1的盒的一转角的立体图; 图21和22是图1和20的盒使用的凸轮板的立体图; 图23是一剖视图,该图示出了图21和22的凸轮板和一气压缸之间的连接; 图24是使图1的盒的电气连接件与老化室中的对应电气连接件连接及脱开的 机构的立体图。
具体实施方式 图1示出了本发明的晶片级老化和测试盒。
总的用标号10来表示该盒,该盒 包括一夹盘12和一探测板14。
夹盘12和探测板14可由任何适当的材料制成。
在 图示的实施例中,夹盘12和探测板14由6061铝制成。
夹盘12的形状大致呈矩形,它包括一中心位置升高的基座16。
使用时,将一 半导体晶片放置在基座16的顶面18上。
将三个机械连接装置的下半部20安装于 夹盘12的顶面,所述机械连接装置在使用时可将夹盘12和探测板14锁定在一起。
在图示的实施例中,诸机械连接装置是运动连接器,下面将结合图6至12对所述 机械连接装置进行更详细的讨论。
多条槽22横向地穿过夹盘12,空气或另一流体 在使用时循环地通过这些槽以冷却或加热夹盘12。
夹盘12的边缘周围形成多个促 使操作者将夹盘拾离基座16或机械连接装置的下半部20的握持凹部24。
夹盘12 也可设有在基座的顶面和夹盘12的底面之间延伸的垂直孔(通常是三个)。
这种孔 可用于晶片提升销的插入,所述晶片提升销可用在一些晶片对准系统中。
探测板14的形状大致也可呈矩形,它也具有多个形成在其顶面28中的握持 凹部26,以使操作者将探测板14拾离探测板的敏感区域。
探测板的顶面上还示出 了进出口盖30,可借助这些进出口盖通向机械连接装置的上半部(图中未示出)。
探测板14上还示出了多个管接头31、33,借此与盒10气动连接。
下面将更 详细地叙述在盒的多个部分的操作中使用的气动和/或真空驱动。
虽然空气压力的 变化将影响下述的驱动,但应予理解的是也可在本发明中使用其它流体。
一轨道32(图中示出了一侧)位于探测板14的每一侧。
将多只垂直定向的轮 34和多只水平定向的轮36安装在每一轨道中。
将轮34、36安装在轴38上,在较 佳实施例中,所述轮是较小的滚珠轴承。
使用时,轨道32滑入老化室中的相应成 形槽中,垂直定向轮34支承诸槽底面上的盒10,水平定向轮防止轨道32抵靠于 诸槽的侧壁的滑动。
老化室中的槽可延伸至靠近插入盒的诸端部以外,进一步地便 于将盒子插入老化室中。
一垂直凸缘40位于探测板14的一端部。
一连接件体44附连于凸缘40,该连 接件体具有多个安装于其上的电气连接件46。
使用时,电气连接件46被用来与晶 片电气连接。
将一密封件42安装于连接件体44周围的凸缘40。
在使用时,盒10 首先从连接件的侧面滑入老化室的一高温部分,直至连接件体44从高温部分伸出, 并通过老化室后壁中的一孔伸入一低温部分。
然后用密封件42来密封抵靠在该孔 周围的侧壁,因而使连接件体与老化室的高温部分的状态隔绝。
连接件体44由诸 如Ultem之类的高温聚合物制成,该聚合物是一隔热材料,它可在使用时使电气连 接件46与凸缘40所受的高温隔绝。
最后,将两根对准销48安装于连接件体44, 当盒10滑入老化室时,所述对准销可使连接件46与相应的电气连接件对准。
图2示出了探测板14下侧的探测卡50,该探测卡是盒子的又一构件。
探测卡 50是盒子的零件,在晶片级老化和/或测试过程中,它实际上直接与晶片电气接触, 对于每种不同类型的经受老化和/或测试的晶片而言,探测卡50是各不相同的。
探 测卡50借助印刷电路板与电气连接件46电气相连,这在同时提交、共同待批、共 同所有的题为“晶片级老化和电气测试系统和方法”(1999年7月14日提交的 美国No.09/353,121)的专利申请中有更详细的叙述,本文将援引该专利的揭示 作为参考。
制成探测卡50的材料最好与制成晶片的半导体材料以热力方式配合。
也就是 说,在加热时,测试中的探测卡50和晶片将有类似数量的延伸。
这将确保测试中 的探测卡50和晶片之间的电气接触不会随着加热老化室中的盒子而受到干扰。
这 允许在受到升高的老化温度之前,在晶片处于室内温度时使探测卡50对准晶片。
例如,探测卡50可由碳化硅制成,该材料可与硅晶片良好地热力配合。
然而,应 当注意的是探测卡50的特殊细节不形成本发明的一部分,目前可获得的以及将来 研制的探测卡50可有利地用在本发明的盒及方法中。
例如,可从特拉华州的W.L. Gore & Associates公司的电子部购买到适合用在本发明的盒及方法中的探测卡。
借助四块片簧52将探测卡50安装于探测板14,所述片簧分布在探测卡50 的周边附近。
片簧52允许探测板14和沿Z轴(即垂直于基座16上的晶片表面) 安装的探测卡50之间的相对运动。
片簧50还可允许探测卡相对于探测板14围绕 X轴或Y轴(即围绕平行于晶片表面的垂直轴旋转)旋转一定程度。
然而,片簧52 可防止探测卡50相对于探测板14沿X或Y轴的显著运动,还可防止探测卡50相 对于探测板14围绕Z轴的显著旋转。
最好将诸片簧52围绕探测卡50的周边分开, 以使探测卡相对于探测板围绕Z轴旋转的阻力最小。
当如图所示的探测卡呈矩形 时,将片簧52置于探测卡50的四个转角的每个转角处或附近,来实现上述情况。
该片簧的安装设置允许移动探测卡50,使其与位于基座16上的晶片接触及脱 离,如果探测卡50的一边或区域首先与晶片接触时,该片簧允许探测卡均匀地“安 置”在晶片上。
然而,由于片簧52阻止探测卡50越过晶片表面的移动,也阻止围 绕垂直于晶片表面轴线的探测卡50的旋转,因此在将探测卡应用于晶片的过程中, 可使探测卡50和晶片的未对准降至最小。
图3和4中更详细地示出了片簧52中的一个。
从图4中可以看到,片簧52 具有一非直线的轮廓。
更具体地说,片簧52包括一弯曲的中心部分54,该中心部 分呈延伸横过片簧52的宽度的槽形。
中心部分54使片簧在压力F下可预见地变形, 否则该压力引起片簧52无法预见的弯曲。
中心部分54还可确保不同的片簧52在 张力或压力下表现出基本均匀的状态,在探测卡50的周围提供均匀的依从性。
片 簧在压力或张力下可预见的依从性还允许安装设置可预见地补偿探测卡和探测板 材料的热膨胀系数的任何配合不当所产生的任何尺寸变化。
片簧52包括其中形成 的四个孔,从而可以用螺钉将片簧固定在探测卡和探测板上。
仅作为示例,在本发明的盒中使用的片簧的宽度为0.8″(20.3毫米)、长度 为1.23″(31.2毫米)、厚度为0.010″(0.254毫米)以及中心部分54的半径约为 0.31″(7.87毫米)。
片簧52由铜铍合金制成,但可由任何适当的弹簧材料制成。
现在请返回至图2,可以看到探测板14形成用于容纳探测卡50的一凹部58。
凹部58包括四条用于容纳片簧52的槽。
凹部58的中心形成一圆柱形凹部62,该凹部62可容纳一较薄的圆柱形活塞 64。
凹部58的中心形成另一圆柱形凹部65,一套筒66安装在该凹部65中。
在使 用容纳于凹部62中的活塞64将探测卡安装于探测板14时,一安装在探测板50 的背面上的导向插头68位于套筒66中。
当导向插头68向晶片移动以及远离晶片 时,它可用来提供附近的对准和引导探测卡50。
图5和18中更详细地示出了探测卡50、活塞64和探测板14之间的关系。
图 5还示出了这些构件与其上放置有一晶片74的夹盘12之间使用时的关系,图18 和19示出了如何将探测卡50安装于导向插头68。
借助一环氧粘合剂83将探测卡50安装于导向插头68。
使用的环氧通常是 LoctiteTM有氧的粘合剂。
通过在其中心处使用一面积较小的环氧83来安装探测卡 50,由于探测卡50可自由地相对于盒的其余部分延伸或收缩,因此在探测卡50 与盒的其余部分之间的热力的配合不当将降至最小。
在对准插头68的下圆周的周 围设置一条TeflonTM带81,以便在粘结的过程中相对于对准销68来居中放置探测 卡50,并在对准销68和探测卡50之间提供依从度。
从附图中可以看到,套筒66具有可容纳导向插头68的一圆筒形内孔。
套筒 66中形成三条凹槽——钻孔70中有一凹槽78、套筒66的顶面中有一凹槽80以及 套筒66的阶梯形外表面中有一凹槽82。
如图所示,这三条槽中容纳有O形圈。
类 似地,活塞64的边缘(周边)中形成一凹槽84,其底面中形成一凹槽85。
这些活 塞中的凹槽也容纳有O形圈。
所述五个O形圈可用来在活塞后面的空间72和晶片 的附近之间提供一气密封。
因此,增加活塞64后面的空间72中的空气压力可使活 塞(并因而使探测卡50)向晶片74前进。
类似地,降低空间72中的压力可使活 塞64(并因而使探测卡50)从晶片74处回缩。
上述情况可借助一导管得以实现, 该导管形成于空间72和位于探测板14外部的管接头中的一个之间的探测板中。
或者,如果空间72中的压力保持不变,改变晶片74附近的压力可使活塞移 动,因而除了相反的运行以外,会在如前所述的活塞64的不同侧之间形成一压力 差。
也就是说,降低晶片74附近的空气压力可使活塞(并因而使探测卡50)向晶 片74前进。
类似地,增加晶片74附近的压力可使活塞64(并因而使探测卡50) 部分地从晶片74处回缩。
借助探测板14中形成的一导管来控制晶片74附近的空 气压力,该导管可使管接头31中的一个和导向插头68(见图18)后面的区域79 之间流体连通。
区域79借助一轴向钻孔87和导向插头68中形成的一或多个横向 钻孔88与活塞64和探测卡50之间的区域流体连通。
探测卡50和活塞64之间的 区域借助探测卡50中形成的一孔89与晶片74附近流体连通。
因而,在降低区域 79中的压力时,晶片74附近的压力也相应降低。
如果通过降低晶片74附近的空 气压力来移动活塞64,则将一O形圈75设置在基座16的顶面18中形成的一环形 槽76中。
探测卡50邻接于槽76中的O形圈75,以密封晶片74附近的区域。
槽 76中的O形圈75的使用也将有助于保持晶片74的清洁度。
作为一种可替代先前段落中所述的用来降低晶片74附近的压力的方法,在借 助一气动密封装置使真空通道传送到夹盘12之前,该真空通道从管接头31处在探 测板14中行进一较短距离。
然后借助夹盘12中形成的一通道通过夹盘12向晶片 74附近传送真空。
当连接管接头31的气动管线被去除时,用来控制活塞64的运动的管接头31 为关闭类型。
这意味着在用所需探测驱动力使探测卡50相对晶片74前进之后,盒 子可以与气动管线分离,然后盒10单独地保持所需的探测驱动力。
该方法的优点 是:将进行晶片的老化与对准晶片与探测卡所需的昂贵装备分离开来,并且不再需 要提供探测驱动力的分离机构。
然而,应当注意的是与盒10相连的气动连接装置 通常重建在老化室中。
在加热或冷却盒子时,这允许保持变化的压力差(在渗漏的 情况下),也允许压力差保持不变。
盒子还包括三个机械连接装置90,图6中更详细地示出了该装置。
可用连接 装置90将夹盘12和探测板14夹在一起。
连接装置90包括一下部20和一上部92, 它们的位置如图1、2和14所示。
为方便起见,虽然这里使用了术语“上”和“下”, 但应予理解的是连接装置的两部分可用于任何功能的定向。
连接装置的上部92包括一阳连接件94。
阳连接件94包括一头部96和一颈部 98。
在颈部98的基部处,阳连接件形成一圆柱形活塞100,藉此将阳连接件可移 动地安装于基片102。
在图示的实施例中,基片102是探测板14。
一密封件106 位于活塞100的边缘中形成的凹槽104中,该密封件可用来密封活塞100和基片 102之间的交界面。
几个Belleville弹簧110位于阳连接件的颈部98周围的一环 形凹槽108中。
头部96形成一底切表面114,并借助一螺栓112安装于颈部98。
安装于基片102上的盖板116和118位于活塞100的任何一侧。
弹簧110分别靠在 槽108的底面和盖板116上,藉此将阳连接件94压入一回缩位置。
活塞100、盖 板118和基片102之间形成一空间118。
如图1所示,空间118借助一导管120与 乳头突起状33相连。
借助导管120将高压空气引入空间118可使阳连接件94向前 抵靠于压入延伸位置的弹簧110。
现在请参见图6和7,可以看到机械连接装置90的下部20包括第一和第二相 对的夹头122、124。
借助枢销126将夹头122、124枢轴地安装于夹盘。
这种安装 设置可使夹头122、124从回缩位置(如图6所示)和啮合位置(如图8C所示)处 绕枢轴转动,在所述回缩位置的阳连接件94可插在夹头122、124之间,在所述啮 合位置的夹头122、124与阳连接件94的底切表面114的啮合可防止阳连接件94 从其中退出。
借助两弹簧柱塞125向其啮合位置对夹头施加偏压,所述弹簧柱塞位 于斜楔142中形成的螺纹钻孔127。
每一弹簧柱塞具有一带螺纹的外表面,该外表 面可有选择地将弹簧柱塞置于钻孔127中。
第一和第二夹头122、124各包括一斜面128,一键或探针130可对该斜面起 作用,使夹头122、124从其啮合位置移入其回缩位置。
探针或键130包括一球形 头部132,并将其插入夹盘12形成的孔中。
每一夹头122、124包括具有一底切表 面138的一突伸凸缘136,该底切表面在使用时与阳连接件94的底切表面114啮 合。
从图7中可以看到,凸缘的正表面中形成一可容纳头部96的圆形凹槽,而且 夹头122、124不会发生不适当的回缩。
夹头122、124的周围有一可调节的止动件140。
借助四个螺钉144将可调节 的止动件140安装在斜楔142的顶部。
螺钉144穿过从止动件140的底边伸出的两 凸缘148中形成的狭槽146。
借助四个螺栓152将楔142安装于夹盘12。
止动件的 顶边包括中心升高部154,当连接装置90啮合时,顶盖116的相应升高部156邻 接于所述中心升高部154,下面将进行更详细的叙述。
将一调节机构158安装在楔154的一端。
调节机构158包括一内部加工有螺 纹的套管160和一外部加工有螺纹的杆162。
杆162具有一其中形成的六边形凹部, 可使用一内六角扳手借助该凹部来旋转所述杆,借此使杆前进或回缩。
杆162具有 一其中形成的槽164,该槽可使杆的一端容纳在止动件140的T形垂直槽166中。
为了调节夹盘12上方的升高部156的高度,松开螺钉144并旋转杆160,使止动 件140沿斜楔142前进或回缩。
在已完成所需调节时,螺钉144被重新固定。
通过 调节机械连接装置90的所有三个下部20的止动件140,可改变夹盘12和探测板 14(当它们夹在一起时)之间的距离。
请参见图5,应予理解的是该调节可使盒子 适合不同尺寸的探测卡和晶片,还能细调晶片74和探测卡50之间的关系。
虽然已经叙述的机械连接装置90具有通常是回缩的阳连接件94,以及通常是 关闭的夹头122、124的结构,但应予理解的是可改变该设置以使阳连接件通常是 伸出的,夹头122、124通常是打开的。
图8A至8D示出了机械连接装置90的连续操作过程。
如图8A所示,键或探 针130在第一和第二夹头122、124之间向前地抵靠于斜面128,从而使夹头122、 124从其啮合位置进入其回缩位置。
对空间118加压,使活塞100(并因而使阳连 接件94)沿夹盘12的方向前进。
如图8B所示,然后共同移动夹盘12和探测板14, 以使阳连接件的头部96定位在夹头122、124之间。
头部96和回缩的夹头122、 124之间的间隙足以允许夹盘12与探测板14的侧向未对准(即沿平行于晶片74 表面的方向)大于夹盘12上的晶片的定位精度的预期变化。
在图示的实施例中, 可在+/-0.05″(+/-1.27毫米)的夹盘12和探测板14的相对侧向移动范围内啮合连 接机构90。
如下面将更详细地讨论的,这允许相对粗略地将晶片74放置在基座16上。
然后直接进行探测卡50与晶片的精确对准——通过对准探测板14与晶片74—— 而且无需担心如何使探测板14与夹盘相互配合。
然后将探测板14和夹盘12锁定 在一起,以保持探测板14和晶片74之间的对准。
如果首先使晶片对准夹盘12, 然后使探测板14对准夹盘12,以使晶片间接地对准探测板14的方法会产生误差, 以该方式使探测板14直接对准晶片74可避免所述误差的累积。
在示范性附图中,晶片74和探测卡50之间的对准所需的公差与可替代的晶 片级老化和测试方法的公差相同,例如+/-0.001″(+/-25微米)(基于Gore探测卡 对准垫的几何形状)、+/-0.0005″(+/-12.5微米)(用于NHK pogo销适配器板销的 布置)。
然而,应予理解的是探测卡50和晶片74之间的对准所需的公差取决于晶 片上形成的集成电路的特定类型、晶片上的接触垫的尺寸和节距以及使用的特定探 测卡。
随着半导体装置制造中的特征尺寸的减小,所需对准公差以相应的方式减小。
因此,应当注意的是上面引用的数值只是用来示出夹盘12上的晶片的粗略对准和 探测卡50和晶片74之间的精确对准之间的大致关系的示例。
从图8B中可以看到,随后从夹头122、124之间退出插针或键130,藉此使夹 头122、124返回其啮合位置。
如图8D所示,然后对活塞100后面的空间118进行 减压,在弹簧110的施压作用下使阳连接件94回缩。
随着阳连接件94的回缩,阳 连接件94的底切表面114与夹头122、124的底切表面138啮合。
这将共同拉动夹 盘12和探测板14,直至止动件140的中心升高部154邻接于盖板116的升高部156。
应当注意的是在图8D所示的机械连接装置90的啮合位置中,弹簧110仍被压缩, 该弹簧可在夹盘12和探测板14之间提供一正夹紧力。
如图8D所示,在图示的实 施例中,完全啮合时的每一机械连接装置的夹紧力在165和230磅(735至1020 牛顿)之间,以便为盒10提供合计为500至700磅(2.2至3.1千牛顿)的夹紧 力。
该夹紧力可在探测板14和夹盘12完全夹紧时防止它们的分离,表面154和 156的摩擦啮合可防止探测板和夹盘相互地平移。
探测卡50和晶片74之间的摩擦 啮合还有助于防止探测板14和夹盘12相互地平移。
应当注意的是弹簧110还有助于防止被夹紧的盒中不合需要的热应力的增加, 这是由于弹簧100允许阳连接件94响应于任何热量产生的沿阳连接件94的纵轴线 变化的尺寸而移动。
为使机械连接装置脱开,可相反地执行上面结合图8A至8D所述的过程。
图9是当夹头122、124与阳连接件94如图8D所示地啮合时,夹头与阳连接 件之间的关系的示意图。
当它们啮合时,可以看到颈部98和凸缘136的边缘之间 的间隙“a”和“b”,以及头部96的最外缘和夹头122、124的内表面之间的间隙 “c”和“d”。
即使在夹头122、124之间的阳连接件94的左-右(图9中)定位发 生变化时,这些间隙也允许夹头122、124与头部96不受干扰地啮合起来。
类似地, 应予理解的是可使阳连接件沿垂直于图9平面的方向适度地未对准,而且不会影响 夹头122、124与头部96的啮合。
如同上面和下面所讨论的那样,这允许在夹盘 12和探测板14的相对侧向运动的范围中啮合连接机构90。
在图示的实施例中,连 接机构90可容许的夹盘12和探测板14的侧向总未对准度合计为+/-0.05″(+/- 1.27毫米)。
夹头122、124的凸缘136可以是多种不同轮廓中的任何一种,例如图10至 12所示的示例。
如图12所示,凸缘136的轮廓可形成一相对尖锐的边缘170,该 尖锐边缘可沿一单根直线与阳连接件94的底切表面114接触。
或者,凸缘136可 具有图11所示的半圆柱形轮廓172,该轮廓也可在凸缘136和阳连接件94的底切 表面114之间提供线接触。
另外,凸缘136可包括图12所示的一球形突起174, 该球形突起可提供与阳连接件94的底切表面114的点接触。
虽然这些特征和形状 已被显示在夹头122、124上,但是应予理解的是阳连接件94的底切表面113上可 设置这些或类似的特征或轮廓。
申请人相信:在夹头122、124和阳连接件94的底 切表面114之间设置的线或点接触有助于防止在上面结合图8A至8D叙述的啮合过 程中形成侧向力。
侧向力将引起探测板14和夹盘12的侧向运动,该运动有可能导 致本应避免的探测板14和晶片74的未对准。
应当注意的是虽然夹头122、124枢轴地安装于夹盘12,但还有可替代该设置 的方案。
例如,夹头可包括滑动构件,该滑动构件可分别在能回缩阳连接件和不能 回缩阳连接件的两位置之间移动。
夹头也可采用其中具有一钥匙孔状小孔的形式, 阳连接件可插入该孔的较大部分,并可在板相对于阳连接件94移动时防止该阳连 接件退出,以使阳连接件的颈部98定位在该孔的较小部分中。
因此,可将术语“夹 头”应用于任何有选择地允许接收和保留阳连接件的设置。
还应当注意的是机械连接装置90是一运动连接器。
一运动连接器可沿受控制 以及可预料的方向提供力或运动。
将连接装置90设计成在啮合过程中只沿Z方向 (垂直于晶片)提供运动和夹紧力。
只沿Z方向提供力和运动将使探测板14和晶 片74之间的未对准由于夹紧装置的驱动而降低。
机械连接装置90有利于其运动性 质方面的事实是:夹头122、124枢轴地安装于夹盘12、头部96和夹头122、124 之间的线或点接触、阳连接件94只沿Z方向移动以及垂直于Z方向的两平直表面 154、156之间的摩擦啮合可阻止探测板14和夹盘12之间的横向运动。
如同前面结合图1和2所提到的那样,探测卡50借助两印刷电路板与电气连 接件46电气相连。
图13和14示出了印刷电路板的构造以及如果将它们与连接件 46和探测卡50相连。
图13是沿探测板14截取的局部纵剖视图,该图示出了连接件体44、连接件 46、凸缘40和密封件42。
从图13中可以看到,连接件46包括上连接件180和下 连接件182。
在同时提交、共同待批、共同所有的题为“晶片级老化和电气测试系 统和方法”(1999年7月14日提交的美国No.09/353,121)的专利申请中更详细 地叙述了连接件180、182,本文将援引该专利的揭示作为参考。
连接件180、182是高插针密度的连接件。
连接件具有绝缘插针和信号插针, 这些插针固定在电磁干扰(EMI)防护罩中。
这种适当的高插针密度的连接件可从 宾夕法尼亚州,哈里斯堡的AMP股份公司购得,本文将不再进一步地叙述。
借助一隔块184和一对准销186将上连接件180安装于连接件体44。
对准销 186用来使上连接件180对准下连接件182。
单根对准销186位于沿隔块184的中 心,其方向垂直于图13的平面,以容纳连接件体44和隔块184之间的热力的配合 不当。
设置辅助紧固件(图中未示出)将连接件体44和隔块184固定在一起。
将 这些辅助紧固件侧向地与对准销186隔开,最好考虑到在隔块184和连接件体之间 因温度波动而产生的某些移动。
可使用的辅助紧固件的示例是一较小的螺母及螺栓 结合件,该结合件的每一端具有弹簧或波形垫圈,以啮合待紧固的构件表面。
在连 接件体44和隔块184之间的热力的配合不当所导致相对运动的过程中,弹簧或波 形垫圈在提供一夹紧力的同时允许一些移动。
将每一连接件180与一刚性印刷电路板188机械及电气地相连,该印刷电路 板通过凸缘40中形成的一槽190到达探测板14的下侧。
将每一连接件182安装于 连接件体44,并与可弯曲的印刷电路板192机械及电气地连接。
可弯曲的印刷电 路板192通过隔块186和连接件体44之间形成的一槽(图中未示出),然后通过— —与刚性印刷电路板188一起——槽190到达探测板14的下侧。
使用刚性印刷电 路板188向测试中的晶片来回地提供信号,使用可弯曲的印刷电路板向测试中的晶 片提供电源。
图14是探测板14的下侧的示意图。
从该图中可以看到,可弯曲的印刷电路 板192在通过凸缘40之后,它在探测卡50的任何一侧上延伸的结构通常呈L形。
以类似的方式在探测卡50周围延伸的刚性印刷电路板188位于每一可弯曲的印刷 电路板192的下方。
借助多个适当布置的螺钉将所述印刷电路板固定在探测板14 上。
多个可弯曲的互连装置196可使探测卡50电气相连。
足够柔软的互连装置196 可在使用时适应探测卡50的移动。
在同时提交、共同待批、共同所有的题为“晶片级老化和电气测试系统和方 法”(1999年7月14日提交的美国No.09/353,121)的申请中更详细地叙述了用 本发明的盒子构成电气连接的方式,本文将援引该专利的揭示作为参考。
请再次参见图1和5,可以看到夹盘12的特殊作用是在老化或测试的过程中 设置一晶片以及提供晶片的热力管理。
夹盘12中形成多条槽22。
当使用中的盒10 位于老化室时,可通过这些槽22来输送流体,以去除在老化的过程中晶片散发的 热量。
可中断并交错排列诸槽22,进一步促进热量的传递,也可中断该诸槽以便 利用盒操作所需的多种机械特征。
作为一种在夹盘12中形成槽22的替代方案,可 将夹盘12与老化室中的分离板接触放置,该分离板具有其中形成的流动槽。
在现有的老化室结构中,夹盘12的总体尺寸和形状取决于晶片的尺寸以及空 间的考虑。
在使用时,将一晶片放置在基座16的顶面18上。
高度光滑及平整地磨 光和研磨顶面18。
所述顶面还包括用于约束晶片的真空槽19。
该顶面18接受适合 测试中的晶片类型的电镀和涂覆。
多个可容纳加热筒21的钻孔伸入基座16的侧面 (径向地)。
它们可以为一些操作模式提供热量,以便实现温度的控制。
将一温度 传感器23安装在靠近其顶面的夹盘中,间接地检测晶片的温度。
除了这些特征以 外,下面将讨论实现温度均匀的特定附加特征。
以下是完成晶片的温度控制。
来自老化室的空气是通过夹盘12的槽22输送 的,探测卡50则将动力驱动的晶片压在顶面上。
将该室设定为使用夹盘系统和晶 片功率耗散的特征计算的一温度。
用上述加热筒21的另外供热可良好地控制温度。
使用一标准温度控制器向这些加热器提供电源,并通过接收来自温度传感器23的 输入使温度控制器为基座16的温度提供主动、闭环的反馈控制。
通向加热器21的电力以及温度传感器23发出的信号也通过连接件46发送。
电气连接借助安装在探测板14上的pogo销从连接件46向夹盘12上的接触垫传递。
借助一或多个卷绕在基座16周围的可弯曲印刷电路板,使接触垫与加热器21和温 度传感器电气连接。
应予理解的是在使用时,热流以及夹盘12中生成的温度分布图差于理想情况。
尤其是,最好有一均匀平整的温度分布图横跨夹盘12的基座16的顶面18。
夹盘 12是铝。
热量可非常良好地通过金属物体进行传导,但根据机械约束所设计的物 体在指定表面上(很可能)具有不适当的温度分布。
通过空气传导(和对流)的热 量的数量级远小于通过金属传导的热量。
本文叙述的夹盘12的实施例引入了精确 测量尺寸的金属去除区域,这些金属去除区域改变了某些区域中和/或沿某些方向 的金属物体的有效传导率,从而使温度分布与夹盘的外部实际尺寸和热边界条件分 离。
其结果是使给定表面上的温度分布适应范围更宽的函数和/或数值。
如图5所示,将如前所述的晶片74放置在基座16的顶面18上。
由于放置在 所述顶面上的晶片74将耗散功率,因此该表面受到一热通量。
即使考虑机械的原 因来选择夹盘12的外形尺寸,其结构也可使该表面更接近于等温。
使用一或多条精确测量尺寸的、平行于顶面18并在基座16的周边附近延伸 的槽来协助夹盘12的热量管理。
如图5所示,在本发明的图示实施例中,设置了 一条所述槽——一下沟槽198。
应当注意的是夹盘12中还形成一上沟槽200,但该 槽只是用于在加热筒和温度传感器之间来回地电气布线,无法帮助夹盘的热量管 理。
槽198迫使流入顶面18的外部区域的热量径向地向内传送,从而升高边缘的 温度(自然低于中心的温度)。
对于一适当尺寸和形状的槽198而言,可实现一温 度几乎不变的顶面18。
图15-17示出了基座16的顶面18上的等温线,这些附图对更完整地理解本 发明的盒子的热量管理特征的操作十分有用。
图15示出了在缺少热量管理特征的 情况下,基座16的顶面18中形成的椭圆形等温线238。
每一等温线240的温度用 ℃表示。
由于夹盘12的长度(沿槽22)与夹盘的宽度(横跨槽22)的长宽比的作 用,通常将产生椭圆形的等温线。
为使椭圆形等温线变成圆形等温线,槽198的深 度将在其通过基座周围时发生变化。
根据特定夹盘的几何形状,等温线不再是椭圆 形的。
图16示出了等温线基本呈圆形的情况。
在这种情况下,不再需要改变槽198 的深度。
如图17所示,在设置适当的槽198时,等温线242基本呈圆形,通过升 高靠近基座16的外缘的温度可基本上使顶面变为等温。
实际上,通常在125-150℃时完成集成电路的老化。
在一典型周期中,对集成 电路进行6小时、125-150℃的加热,随后在70℃的温度下对其进行半小时的电气 测试。
在一典型的动态随机存取存储器(DRAM)的集成电路晶片的老化过程中,向 晶片提供功率约为500瓦特的电信号。
如果不在热量夹盘上设置槽198,基座16 的表面上的温度变化约为3度。
在夹盘12上设置合适的槽198,基座16的表面上 的温度变化不到一度。
在较高的功率级中,基座16的表面上的温度变化将更为明显。
例如,一些逻 辑装置需要向晶片施加电信号,所述电信号产生的功率输入超过1千瓦。
某些逻辑 装置所需的功率输入高达1.5千瓦。
在向晶片施加1.5千瓦的功率时,如果夹盘 12上没有设置槽198,在这些条件下的基座16的表面上的温度变化约为10℃。
这 种温度变化是一严重问题。
夹盘12上设置了槽198,在这些条件下的基座16的表 面上的温度变化只有2℃。
在一特定示例中,8英寸(200毫米)半导体晶片所使用的夹盘的长度(沿槽 22)和宽度(横跨槽22)分别为18.72英寸(475毫米)和16.5英寸(419毫米)、 基座的高度为0.865英寸(22.0毫米)、槽198为0.062英寸(1.57毫米)高和 1.043英寸(26.49毫米)深。
对于图示的盒子,申请人发现等温线事实上不是椭 圆形的,因而不必在其通过基座16周围时改变槽198的深度。
然而,槽的特征变化可以是一种可使等温线的形状适合特殊的盒系统的热特 性的有用技术。
例如,当槽22中的流体沿槽22流动时,由于热量向流体传递,因 此其温度开始升高。
由于温度的升高,向流体传递的热量沿槽22的长度而减少。
产生了沿槽22的长度、形成在基座上的不合需要的温度梯度。
在槽的入口侧加深 所述槽或设置另外的槽或用其它方式来加工槽,以抵消上述情况。
槽198的特定特性将根据老化系统的特定特征和操作而改变。
为了确定以特 定方式运行的特定老化系统的槽的参数,产生了一基于计算机的夹盘的热传递模 型,并模拟了夹盘的热传递特性。
然后对热传递模型中的夹盘的适当特性进行调节 (例如槽的深度以及槽深的变化),直至模型显示了可接受的热特性。
那时,将在 实验室中建立并测试一原型来证实基于计算机的模型。
如果原型显示了可接受的热 特性,将采用原型的几何形状。
如果不可接受,将进一步地调节热模型和原型,或 只调节原型,直至原型显示了可接受的热特性。
夹盘12由热传导性较高的材料制成,例如铝或其它适当的金属或其它材料。
切削加工一单件材料来一体地构成所述夹盘,或将分离的材料件紧固在一起来组装 以形成所示的结构。
由于子构件之间不存在界面可增加夹盘12的顶面18与槽22 中的流体之间的传热效率,因此最好是一体地构成夹盘12。
尤其是,这允许在需 要使用液态制冷剂之前,在晶片的功率耗损级别高于其它可能情况时将空气作为槽 22中的传热流体。
使用气态制冷剂比使用液态制冷剂更方便。
现在叙述将一晶片装入盒10的过程。
首先,将夹盘12和探测板14放入一对 准系统。
对准系统包括适当的气动或真空连接,所述连接可提供压缩空气或吸力以 使活塞64和100移动,并使晶片74保持在基座16上。
一旦夹盘12已被插入对准系统,将晶片74放置在基座的顶面。
由于机械连 接装置90具有适应探测板14与夹盘12之间的未对准的能力,因此可相对粗略地 将晶片定位在基座上(例如,在+/-0.005″(+/-0.127毫米)的公差之内),这允 许探测板50较好地与晶片直接对准,而且不必担心探测板14与夹盘12的精确对 准。
用一已有的晶片自动预先对准装置将晶片74定位在基座16上,该装置通常包 括若干自动装置臂和一中心和凹槽或平面的探测器。
预先对准装置沿X和Y方向对 准基座16上的晶片74,并用晶片中的凹槽或平面进行旋转(θ)。
或者,使用一 已有的手工对准固定件来对准夹盘上的晶片。
一旦将晶片74放置在基座16的顶面18上,向晶片74下面的槽19提供一真 空,藉此使晶片牢固地保持在基座16上。
活塞64后面的空间72中的空气压力也 将降低,使活塞64和探测卡50回缩并远离晶片74。
然后,一视觉捕获系统将捕获晶片和探测卡的图像,并由对准系统来完成计 算以确定需要何种移动来对准探测卡50和晶片74。
然后将探测卡50和晶片74精 确地对准。
可以移动探测板14或夹盘12,或使用通过从夹盘中形成的孔中伸出的 晶片提升销来重新定位晶片,以便完成该精确对准。
作为一可替代方案,可以在晶片处理机器人固定晶片74时捕获该晶片的图像, 然后将晶片74定位在正确对准探测卡50的基座16上。
在该情况下,晶片74的对 准和放置发生在同一步骤中。
然而,在该情况下仍然应当根据探测卡50/探测板14、 而不是根据夹盘12来精确地对准晶片。
在探测卡50(并因而使探测板50)与晶片74对准之后,探针和键130在上 面结合图8所述的夹头122、124之间前进可使机械连接装置90的夹头122、124 移入其回缩位置。
对空间118进行加压,使活塞100(并因而使阳连接件94)沿夹 盘12的方向前进。
然后,对准装置使夹盘12与探测板14共同地移动。
该移动将 尽可能地仅沿Z方向进行,因而不会干扰探测板50和晶片的对准。
探测板14和夹 盘12将共同地移动,直至三个机械连接装置90的阳连接件94的头部96位于图 8B所示的夹头122、124之间。
然后,从夹头122、124之间收回插针或键130,藉此使夹头122、124返回其 啮合位置。
然后对活塞100后面的空间118进行减压,并在弹簧110的施压作用下 回缩阳连接件94。
随着阳连接件94的回缩,它与夹头122、124啮合,从而拉动 夹盘12与探测板14,并将它们牢固地锁定在一起,而且止动件140的中心升高部 154邻接于盖板116的升高部156。
在机械连接装置90驱动之后,使活塞64前进而将探测卡50压在晶片74上。
或者,使活塞64前进或后退(或者更确切地说,改变跨越活塞64的压力差)可调 节初始的探测驱动力。
在盒10中形成一压力差可完成活塞64的驱动,可用两种方 法之一来完成所述过程。
第一,可稳定地增加空间72中的压力,从而使探测卡50向前地抵靠于晶片 74。
空间74中选定的最大压力可提供所需的探测驱动力。
所需的探测驱动力是晶 片和探测卡特定的,但用于8英寸(200毫米)晶片的探测驱动力通常约为500磅 (2.2千牛)。
第二,在降低晶片附近的空气压力之前或同时,可将空间74中的空气压力标 准化成环境压力。
在这种情况下,如以上所述在槽76中设置一密封件。
降低晶片 74附近的压力可使活塞64和探测卡50吸在晶片上。
再次选定晶片附近的压降数 量(或者更确切地说,横跨活塞64的压力差),以提供所需的探测驱动力。
虽然降低晶片74附近的压力以及增加空间72中的压力是可接受的、用来驱 动活塞64的替代方案。
但申请人相信:降低晶片附近的压力是提供探测驱动力的 最佳方式,这是因为在晶片、探测卡50和基台16处产生的反作用力是独立的。
与 空间72中增加的压力相反,当探测卡50靠在晶片74上时,空间72中升高的压力 会将探测板14和夹盘12推开。
这将引起探测板和夹盘的一些偏转。
有多种将夹盘12和探测板14锁定在一起以及提供探测驱动力的特定方法, 这将在下面进行讨论。
为简明起见,现在将止动件140(以及其中心升高部154) 和盖板116的升高部156共同地称为“止动件”,该“止动件”具有一组合的“止 动件高度”。
方法1:对准装置共同地移动夹盘12和探测板14,直至探测卡50接触到晶 片以及止动件到达底部,而且对止动件高度进行调节,以便在止动件到达底部时用 全部探测驱动力将探测卡50压在晶片74上。
这样对准装置将提供完全的探测驱动 力。
由于需要对准装置来提供探测驱动力——该探测驱动力处于100至1000磅的 范围中,通常约为500磅——因此这种“单纯机械”的驱动形式并非最佳。
方法2:对准装置共同地移动夹盘12和探测板14,直至探测卡50接触到晶 片,并在止动件到达底部之前停止对准装置的运动。
再次对止动件高度进行调节, 以便在止动件到达底部时,用全部探测驱动力将探测卡50压在晶片74上。
然后驱 动机械连接装置90来完成盒的驱动以及提供完全的探测驱动力。
在该方法中,对 准装置只需提供一定百分比的探测驱动力(例如,但不限于,1至10%),以便在 夹盘12和探测板14最终沿Z轴运动的过程中锁定探测卡50与晶片之间的X和Y 关系。
锁定这些关系可以在最终的驱动过程中降低未对准的概率。
方法1和2是“单纯机械”的驱动方法,这些驱动方法的优点是:a)不需要 将探测卡50可移动地安装于探测板以及b)不需要气动/真空来提供探测驱动力。
因而,实施这些“单纯机械”的驱动方法将比其它方法更为廉价。
方法3:对准装置共同地移动夹盘12和探测板14,直至探测卡50接触到晶 片,并在止动件到达底部之前停止对准装置的运动。
然后驱动机械连接装置90, 使止动件到达底部。
然后对活塞64后面的空间72进行加压以提供探测驱动力。
在 该方法中,对准装置又只需提供一定百分比的探测驱动力(例如,但不限于,1至 10%),以便在夹盘12和探测板14最终沿Z轴运动的过程中锁定探测卡50与晶片 之间的X和Y关系。
方法4:对准装置共同地移动夹盘12和探测板14,直至探测卡50接触到晶 片以及止动件到达底部。
然后驱动机械连接装置90,将夹盘12和探测板14锁定 在一起。
然后对活塞64后面的区域72进行加压以提供探测驱动力。
在该方法中, 对准装置又只需提供一定百分比的探测驱动力(例如,但不限于,1至10%),以便 在夹盘12和探测板14最终沿Z轴运动的过程中锁定探测卡50与晶片之间的X和 Y关系。
方法5:对准装置共同地移动夹盘12和探测板14,直至探测卡50接触到晶 片,并在止动件到达底部之前停止对准装置的运动。
然后驱动机械连接装置90, 使止动件到达底部。
降低晶片74附近的压力以提供探测驱动力。
在该方法中,对 准装置又只需提供一定百分比的探测驱动力(例如,但不限于,1至10%),以便 在夹盘12和探测板14最终沿Z轴运动的过程中锁定探测卡50和晶片之间的X和 Y关系。
方法6:对准装置共同地移动晶片12和探测板14,直至探测卡50接触到晶 片以及止动件到达底部。
然后驱动机械连接装置90,将夹盘12和探测板14锁定 在一起。
降低晶片74附近的压力以提供探测驱动力。
在该方法中,对准装置又只 需提供一定百分比探测驱动力(例如,但不限于,1至10%),以便在夹盘12和探 测板14最终沿Z轴运动的过程中锁定探测卡50与晶片之间的X和Y关系。
申请人相信:方法5和6是两种将夹盘12和探测板14锁定在一起并且提供 探测驱动力的最好方法,这两种方法同样地良好。
方法7:对准装置共同地移动夹盘12和探测板14,直至止动件到达底部,但 探测卡50不与晶片接触。
然后驱动机械连接装置90,将夹盘12和探测板14锁定 在一起。
然后对活塞64后面的区域72进行加压以提供探测驱动力。
方法8:对准装置共同地移动夹盘12和探测板14,直至止动件到达底部,但 探测卡50不与晶片接触。
然后驱动机械连接装置90,将夹盘12和探测板14锁定 在一起。
降低晶片74附近的压力,使探测卡50前进并提供探测驱动力。
当机械连接装置90共同地将夹盘12和探测板14拉动使止动件到达底部时, 可使用适当的控制元件来降低夹紧速率。
例如,控制元件可以是在气动管线上增加 的小孔,以降低排放速率。
同样,对于利用压力差来提供或保持探测驱动力的方法而言,盒10包括在适 当管接头31中的一自动阀,该阀可用来在分离时保持压力差,从而保持探测驱动 力。
在执行上述方法之一以后,盒子是一独立的、已对准的探测及夹紧装置。
由 于跨越活塞64的压力差和/或机械连接装置90的夹紧力可保持晶片和探测卡的对 准,因此不再需要外部对准装置,也不再需要用来提供在老化过程中的夹紧力或探 测驱动力的外部机构。
然而,一旦插入老化室,通常会恢复与管接头31的连接以 保持跨越活塞64的压力差。
由于盒10中的压力差随着盒10温度的变化而变化, 因此完成上述过程可补偿任何可能发生的渗漏,还可提供用来控制探测驱动力的装 置。
为了提供晶片的老化和/或测试,将盒10放置在老化室中。
老化室通常包括 多个水平分布的位置,所述位置可用来容纳重叠间隔分布的盒子。
以使多块晶片同 时进行老化。
为了提供晶片的老化和测试,有必要使连接件46、180、182与老化室中相应 的连接件连接。
为了完成该连接,可能需要显著的插入力。
盒10和老化室包括一 插入机构,藉此可以自动地完成相应电气连接件的连接,下面将结合附图20至24 进行讨论。
插入机构包括一凸轮随动件结构250,如图20所示,其中之一设置在盒10 的每一侧上。
凸轮随动件结构包括一安装台架252,安装于探测板14的所述安装 台架靠近凸缘40。
安装台架252包括一横向突伸部254和一短轴256。
将一滚珠轴 承258压入配合于轴256。
在使用时,一凸轮板260与滚珠轴承258的外表面啮合,图21和22中更详 细地示出了该凸轮板。
凸轮板260包括相互垂直的两壁262和264。
在两壁262、264之间、凸轮板 258的一端处有一套圈266,从而使凸轮板与气缸相连,这将在下面进行更详细的 讨论。
壁262中形成了四个孔268,借助所述孔将凸轮板安装于一直线滑座,例如 一横向的滚柱轴承滑座或一直线滚珠滑座,这也将在下面进行更详细地讨论。
壁 264的外表面中形成至少一条槽270,该槽的尺寸可容纳盒10的滚珠轴承258。
在图示的实施例中有两条槽270,但是当然应予理解的是可改变凸轮板260 中的槽270的数量以适应盒10的不同数量。
申请人相信:可在单块凸轮板260充 裕地设置七条槽,使七个盒子同时与其老化室中相应的电气连接件连接。
每条槽270由两凸轮面272、274形成。
凸轮面272可使盒10进入老化室, 从而使盒子的电气连接件与老化室中相应的连接件连接。
凸轮面274可缩回盒10 以便与连接件脱开。
对于凸轮板260沿Z方向的2.5英寸(64毫米)的最大运动 而言,槽中的一滚珠轴承(被限制于沿Y方向移动)将移动约0.35英寸(9毫米), 以提供约为7的机械效益。
也就是说,沿Z方向施加于凸轮板264的作用力将造成 沿Y方向施加于滚珠轴承的作用力的七倍。
现在请参见图23和24,在使用时,凸轮板260在老化室中借助套圈266与气 缸276相连。
借助一连接块280将气缸276安装于老化室中的一垂直杆278。
气缸 的冲程约为2.5″,它可用来沿Z方向移动凸轮板。
借助一直线滑座282将凸轮板 260可滑动地安装于杆278,该直线滑座将凸轮板260所受的侧向力向杆278传递, 同时允许凸轮板沿着Z方向的杆278滑动。
将至少一条用来容纳盒10的轨道32 的槽281安装于杆278。
图23中更详细地示出了凸轮板260的套圈266与气缸276之间的连接。
将一 柱螺栓284拧入气缸276的活塞中。
柱螺栓284的一端形成螺纹286,该螺纹用来 与气缸276的活塞中形成的一孔螺纹啮合。
柱螺栓284的另一端有一斜切头288。
套圈266包括用来容纳一挡圈292的槽290。
套圈266还包括一内环294。
在装配 状态中,套圈还可容纳一垫圈296、两相对的斜切垫圈298和300以及一弹簧垫圈 302。
在使用时,当气缸的活塞前进时,柱螺栓284的头部288靠在斜切垫圈298 上。
斜切垫圈298则靠在垫圈296上,垫圈296靠在弹簧垫圈302上,弹簧垫圈 302靠在挡圈292上,挡圈292将气缸的驱动力向套圈266传递。
当气缸的活塞后 退时,斜切头288靠在斜切垫圈300上,斜切垫圈300将气缸276的驱动力向套圈 266传递。
图23所示的诸构件合理、整齐地配合在一起,而且弹簧垫圈提供充分 的间隙允许柱螺栓284和套圈266之间有某些垂直的未对准,垫圈298、300的外 表面之间的间隙提供充分的间隙允许柱螺栓286与套圈266的某些横向的未对准。
应予理解的是图24仅示出了结构与构件的一半,所述结构与构件用来支承并 连接老化室中的盒10的两侧。
老化室中设置了相同但镜像对称的第二套构件,该 套构件用来容纳并连接盒10的其它侧面。
在使用时,将盒10首先从电气连接件的端部水平地滑入老化室,并将轨道32 装入老化室中的槽281。
随着盒子接近其完全插入的位置,对准销48进入老化室 中相应的对准孔。
这可使连接件46对准设置在老化室中的互补的电气连接件。
此 时,滚珠轴承258容纳在两相对的凸轮板260的槽的开口端中。
然后使气缸276 的活塞前进,以提供必要的作用力(借助凸轮板260),该作用力使盒上的电气连 接件46与老化室中的对应电气连接件连接。
如上所述,在连接时,连接件46通过 老化室的一壁中形成一小孔伸入老化室的较冷部分。
当盒子被完全插入老化室时, 凸缘40和密封件42可用来关闭小孔,并将较冷部分(并因而使连接件46)与老 化室中的较热部分隔开。
此外,当盒子被完全插入老化室时,盒10的槽22对准用 于提供冷却空气的气孔,可借助连接件46将外部电源和测试信号施加于晶片74。
在同时提交、共同待批、共同所有的题为“晶片级老化和电气测试系统和方法” (1999年7月14日提交的美国No.09/353,121)的申请中更详细地叙述了晶片 的老化和测试过程,本文将援引该专利的揭示作为参考。
一般地说,将老化室中的温度提升至所需温度,并在所需的老化期间将电力 和定时、逻辑或其它测试信号施加于晶片。
然而,应予注意的是,可以在其它晶片 级测试或老化方法中使用该盒子。
在老化和/或测试过程的末尾,回缩气缸276的 活塞,使电气连接件46与老化室中的电气连接件脱开。
然后将盒10从老化室中卸 下,并放置在对准装置中(或一定制的固定件),然后通过从晶片处回缩活塞(并 因而使探测卡50)来去除晶片,然后使机械连接装置90脱开,以及然后用对准装 置使探测板14提升脱离夹盘12。
然后用一晶片处理自动装置来去除晶片。
在探测 卡50不可移动的情况下,对于对准装置或固定件而言,需要在机械连接装置脱开 之前将一压力施加于盒10。
如果明确并单独地指出每一单独出版物或专利申请以被援引作为参考的话, 本文将以相同的程度援引本说明书中提及的所有出版物和专利申请作为参考。
现在本发明已被完整地叙述,本技术领域中的熟练人士应予理解的是:在不 违背附加权利要求的精神或范围的情况下,可以对本发明进行多种变化和修改。
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