专利名称：晶片上的半导体集成电路热探测用的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及按照权利要求1的前序部分所述的晶片上的半导体集成电路热探测用的装置。
半导体集成电路，例如往往可以应用在汽车的发动机和传动装置领域中。那里它们暴露于经常变化的温度范围，其中达到300℃高温。早在半导体集成电路的制造和测试时，就必须考虑热负载。半导体集成电路制成之后，在功能控制的第一测试步骤，当它们仍旧集成在晶片上分割成单片之前，就要进行这一测试。
该测试方法的目的是，在真实环境下以及在高达300℃的温度下测试电子元件电路的电气功能。在这些温度下称作晶片热探测。
晶片热探测用的装置包括可移动的晶片支承装置；所谓热卡盘，晶片置于其上，并加热至要求的温度。此外该热探测装置还包括测量电路卡，其上设有电子电路，借助于该电子电路测试晶片上半导体集成电路的功能。在该测量电路卡下侧并通过支承机构与其附着地设置各自的带有触针的测试头，称为十字叉。该触针在该测量电路卡和晶片上待测试的半导体集成电路之间建立电触点。当该晶片借助于可移动的支承装置正确地定位在测试头之下(x和y位置)时，该支承装置在向上移动(z位置)时触针顶入优选做成铝层的晶片接触层。这里在接触下，特别是在含铝接触面，要克服该表面上的绝缘的金属氧化物层。检查半导体集成电路之后，只要还有电路要测量，就进一步移到下一个组件并重新接触。接触时测量电路卡上的电子电路发出测试信号，并利用从安排在晶片上各个半导体集成电路返回的响应信号。
根据该高的测试温度，测量电路卡和附属的电子电路暴露于非常高的负载，这可能使测试装置的寿命显著缩短，特别是可能导致电测量结果变得不真实。此外，在热作用下测量电路卡进一步变形，使得测试电路卡中部被压弯，而且该触针从接触面脱出。因此装置必须再次调校，这造成时间损失和成本上升。
从德国专利100 60 437 A1已知一种触针卡装置，用以平行测试晶片上的多数集成电路，该装置具有导电卡和测量电路卡，其有多个电子电路，所谓BOST(部件外自检)功能块，用于在晶片上安排的半导体集成电路的功能控制。借助于测试样品发生器，BOST功能块在触针上给出测试信号，该触针在该测量电路卡和半导体集成电路之间形成电触点。在导电卡和测量电路卡之间设置把热量引走的装置，或导电卡和测量电路卡之间设置中间层或者导电卡中引入冷却液的开孔。然而，所采用的装置只用来把BOST功能块运行时产生的损失热量引走，它们并不适用于把晶片热探测时通过该热卡盘出现的大量热量引走，并以此保护测量电路卡免受热量影响。
此外，专利WO 00/19215中公开了检测晶片上半导体集成电路用的检测装置，该检测装置包括晶片用的支承装置，带有加热装置，用以加热支承装置和晶片。当晶片用的支承装置水平可移动地布置时，在该检测装置上固定了性能板和测量电路卡，带有晶片上安排的半导体集成电路功能控制用的电子电路装置为了防止该测量电路卡在热作用下变形，借助于包围该装置同时带有测量电路卡的环形元件，包括带有触针的测试头，用螺丝拧紧热保护板。此外，该环形元件还通过机械连接件与该检测装置的一部分固定连接，包括该测量电路卡和数据整理单元的供电单元。该热保护板主要由含铝的复合材料形成。此外该热保护板具有两个不同的表面，其中一个呈现低吸收，另一个呈现低辐射能力。因为铝的热膨胀系数高，然而它可以承受板介质中的相当高的温度变形或者当该板非常硬时，承受高应力。这种电路的缺点是，改变晶片上半导体电路的安排时要求的更换测量电路卡，非常费时间，并因此费用非常巨大，因为必须解决该热保护板与测量电路卡或者与检测装置螺丝连接。
在美国专利2004/0119463 A1中，公开了一种带有测试头和触针的测量电路卡用的电路，其中设置流体流路。为此该测量电路卡的下侧固定一块盖板，在测量电路卡和触针之间围出一个空间。该流体根据压力差通过测量电路卡布置的上侧的开孔流动，流过该流路，在测量电路卡和盖板之间的空间流动，通过触针和盖板之间存在的裂缝离开。作为流体使用压缩空气或者干燥的氮气。这里根据需要把热量带进该测量电路卡布置并引走。然而这种布置只适用于加热或者冷却紧靠流路的触针的范围或者该测量电路卡的范围。无法达到整个测量电路卡的冷却，这通常对电子电路非常敏感。
因此，本发明的任务是，排除在晶片上半导体集成电路测量和热探测的上述问题。
本发明通过制备一种带有权利要求1的特征的装置解决这个任务。
据此，本发明的本质在于，在晶片上的半导体集成电路热探测用的装置下，为了对安排在晶片上的半导体集成电路进行功能控制，包括接纳晶片支承装置和带有电子电路装置的测量电路卡，和一个带有连接的带有触针测试头的测量电路卡，在该测量电路卡和该半导体集成电路之间形成一个电触点，在测量电路卡和晶片之间配置一块可拆卸可冷却的屏蔽板。
该热探测装置内该晶片放置在支承装置上，借助于此可以在x-，y-和z-方向移动，使得晶片上的所有半导体集成电路都可以达到测试头上触针的范围。测试头厚度只等于几毫米，该测量头的触针在晶片上的接触面插入深度只有几微米。因此，测量电路卡和晶片之间的距离相应的小。以此在对安排在测量电路卡和晶片之间的该屏蔽板的材料性能提出高的要求。这种屏蔽板的优点在于，避免该测量电路卡受到晶片表面或者待测电路的电磁辐射的直接辐照。借此在该测量电路卡中产生小得多的应力并延长该测量电路卡和该触针的寿命。该屏蔽板的另一个优点在于，它可拆卸地固定在该热探测装置上。假如，例如带有触针的测试头或者检测一定的半导体集成电路用的测量电路卡要更换为另一种，因为要测试另一产品系列的电路，既可以迅速地更换屏蔽板又可以迅速地其他元件，因为它们容易接近，不必松开螺丝或者其他机械连接。在经常更换产品的情况下和触针寿命短的情况下，对于该检测装置的经济性有较大意义。
在一个有利的改进方案中，屏蔽板为了借助于该触针接触该半导体电路的接触面，设有开孔。本申请人的研究表明，该开孔尽可能呈圆形并应该呈现最小尺寸，使得下面的晶片仍旧可以被该十字叉刚好接触。
在另一个改进方案中，屏蔽板可以，特别是优选作为热防护使用，为了以此屏蔽对该测量电路卡的热辐射，而且根据变化的温度下的热膨胀在变形方面保护该测量电路卡和该触针。
在一个改进方案中，有利的是该屏蔽板优选附着地与该测量电路卡或者该检测装置的框架连接。本申请人的研究表明，磁力吸附被证实是有利的，特别是当屏蔽板借助于侧面固定装置时，例如以导轨的形式固定。这里可以借助于侧面导轨的强度，同样调整该屏蔽板到测量电路卡或接纳装置的距离。另外可以借助于该导轨和放入该装置框架内的多个磁铁，达到侧面的沿着该屏蔽板的纵向全面的附着连接。
在另一个改进方案中，表明该可更换的屏蔽板具有小的热膨胀系数，优选小于等于11*10-61/K是有利的。以此避免根据该屏蔽板较高的变形进行装置的再调整。另外该屏蔽板优选呈现各向同性的热膨胀系数。
另外，为了加固和稳定，屏蔽板具有从该屏蔽板表面突出的带肋条的结构是有利的，它优选安排在面向该测量电路卡的表面上。本申请人的研究还表明，它优选在该可更换的屏蔽板和该测量电路卡之间设置冷却介质用的风道。这里符合目的地利用电子控制电路优选根据温度调节冷却介质的流速，使得并非整个测试时间过程中都引入冷却介质，而只当达到关键的温度范围时才引入。另外，优选借助于该测量电路卡以下的喷嘴，亦即，在由屏蔽板和测量电路卡形成的中间空间中引入冷却介质。已经表明，热探测时引入冷却介质，优选是惰性气体例如氮气或者稀有气体特别好。
在一个该装置的改进方案中，规定该测量电路卡以下的喷嘴以均匀的距离安排。为此在可更换的屏蔽板的高度设置一个装置，将在两个进孔进入该装置的该气体分布在具有同样的几何形状的多个喷嘴上。
这里借助于该屏蔽板上的肋条形成该冷却介质用的引导沟道，有目的地把冷却气体引入该屏蔽板上热负载最高的地方。
在另一个改进方案中，在该屏蔽板热负载最高的范围内，有利的是设置温度传感器，优选是铂元件，并借助于测针支架将其与电子冷却剂控制装置连接。只要该可更换的屏蔽板上热负载最高的位置上的温度传感器测量温度，达到一个关键的范围，使得预期该屏蔽板的变形或测量电路卡或者该装置损坏时，调整冷却剂引入控制电路。这时该冷却介质可以借助于由测量电路卡和屏蔽板的中间空间形成的作为风道形成的范围引入，其中借助于该屏蔽板上侧的肋条优选把该冷却介质引导到关键的温度区域(热点)。
这里该屏蔽板除了优选利用侧面固定装置以外可以借助于测针支架另外固定在该装置上。为能快速和简单地更换屏蔽板，在另一个实施例中，测针支架设有磁铁，其可用螺丝固定地装入测针支架内，并且特别是由钴钐合金形成的。
在另一个改进方案中，该屏蔽板呈现为金属层，优选由无机金属形成，优选在红外线波长范围呈现特别高的反射率。这里本申请人的研究已经表明，该层厚度几微米就已经足以达到相当的反射。另外表明，通过该反射刚刚在晶片热量持续变化下，在该装置上达到较快的加热，并从而缩短测量时间。
本申请人的另一个研究表明，当该屏蔽板由浸渍硅酮树脂的玻璃织物制成时，特别有利。这里施加一个后加的聚四氟乙烯覆层形成光滑表面。以此特别抗污染的表面对净化室条件下应用该装置特别有利。
现将根据附图更详细地描述本发明。
图1表示晶片上集成电路热探测用的装置的纵剖面；图2是测量电路卡和带有触针的测试头的剖面；图3表示零件的透视图；图4表示测针支架和测量电路卡的视图；图1表示晶片上集成电路热探测用的装置1的纵剖面。带有待测试集成电路的晶片2处于热卡盘3上。热卡盘3是一个支承装置，借助于真空泵吸住晶片2，在测试过程中固定并将其加热至要求的测试温度。此外热卡盘3可以在x-，y-和z-方向上移到，使得晶片3上各个元件可以定位在带有多个触针5的测试头4之下。测试头4固定在测量电路卡6的下侧。在测量电路卡6上安排电路元件，借助于它们可以测试晶片2上集成电路的功能。
为了保护测量电路卡6和整个装置1的其他元件，在晶片2和测量电路卡6之间设置按照本发明的屏蔽板7。另外，该装置1安排导管20，在测试过程中通过它引入气态冷却介质，优选在测量电路卡6和屏蔽板7之间的风道21中引入氮气。
在图2中，测量电路卡6和带有触针5的测试头4的剖面明显地表示该热探测装置1上可以固定屏蔽板7的情况。在其上也固定了测量电路卡6的该装置1的框架8上放入磁铁9。通过这些磁铁将屏蔽板7固定在框架8中，屏蔽板7面向测量电路卡6的一侧上从侧面上各设置一个金属导轨9。以此保证非常短的更换时间，因为该屏蔽板7各自带有手柄固定在该装置1上或者可以取下。尽管有附加的部件，测量电路卡6仍旧能够很容易地接近。
屏蔽板7由玻璃织物形成，浸渍了硅酮树脂，热膨胀系数为11*10-61/K，其接近于钢的热膨胀系数12*10-61/K。因此，在热负载和与此相联系的膨胀下，在导轨10和屏蔽板7之间不会产生应力。
图3表示按照本发明的装置零件的透视图。前端可见晶片2用的支承装置3。其上方设置屏蔽板7，两侧具有金属导轨10。在该屏蔽板7的中间，设置带有触针的测试头用的开孔11，然而在该图中测试头没有示出。
在功能控制下已经表明，首先在开孔11的后面在屏蔽板7上形成温度特别高的范围即所谓热点。但为了防止出现这样的热点，其也反映了测量电路卡6上温度负载较高的范围，这样做成屏蔽板7，在测量电路卡6和屏蔽板7之间形成风道21。
为此屏蔽板7面向测量电路卡的一侧安排肋条12，后者这样地形成沟道，让气态冷却介质，优选是氮气通过，优选到达热负载最高的范围。
因此，肋条12处于不同的长度、不同的取向和厚度。根据屏蔽板7的材料增强，同时用来加固和稳定。它们负责使该屏蔽板7在热作用下不被压弯，这种压弯会由于测量电路卡和晶片之间的小距离可能使半导体电路损坏。
为了防止冷却介质在测试头或者触针的范围形成可能导致测试过程受干扰的涡流，风道21中的冷却介质应该尽可能是层流。为此该冷却介质通过两个进孔13引入一个装置14，该装置在多个彼此平行安排的出口喷嘴15上使冷却介质分散开。带有出口喷嘴15的装置14这样地安排，它们把该冷却介质刚好引入两个肋条12之间的中间空间和测量电路卡6和屏蔽板7之间的中间。
按照本发明一个有利的改进方案，在热负载最高的范围内设置温度传感器16。该温度传感器16，在本例中由铂元件形成，借助于测针支架17与电子控制电路(没有示出)连接，在达到热点范围内的关键温度时，控制冷却介质的注入。
这时，测针支架17这样形成，它带有可用螺丝拧紧的磁铁18，固定在温度传感器16上，以此保证温度传感器的接触面19和测针支架17的接触面20的连接。
图4中，表示该装置前端的视图，很清楚，测针支架17如何固定在该装置1的另一个框架19上，其建立到冷却剂引入用的电子控制电路的连接，此时同时作为屏蔽板7的附加的固定。
权利要求
1.晶片上的半导体集成电路热探测用的装置(1)包括支承装置(3)，其用以接纳晶片(2)，测量电路卡(6)，其带有电子电路装置，用于安排在晶片(2)上的半导体集成电路的功能控制，带有触针(5)的测试头(4)，其与测量电路卡(6)连接，其在测量电路卡(6)和半导体集成电路之间形成电触点，其特征在于，在测量电路卡(6)和晶片(2)之间设置可拆卸和可冷却的屏蔽板(7)。
2.按照权利要求1的装置，其特征在于，屏蔽板(7)设置一个开孔(11)，用以借助于触针(5)与该半导体电路的接触面接触。
3.按照权利要求1或权利要求2的装置，其特征在于，该屏蔽板(7)是作为热防护设置的。
4.按照上列权项中之一的装置，其特征在于，屏蔽板(7)与测量电路卡(6)或者热探测装置的框架(1)附着地、特别是借助于磁力吸附连接。
5.按照上列权项中之一的装置，其特征在于，屏蔽板(7)设有侧面的固定装置(10)、特别是导轨，并借助于侧面固定装置，确定屏蔽板(7)到测量电路卡(6)的距离。
6.按照上列权项中之一的装置，其特征在于，该可更换的屏蔽板(7)具有小的热膨胀系数，优选小于等于11*10-61/K。
7.按照上列权项中之一的装置，其特征在于，屏蔽板(7)呈现各向同性的热膨胀系数。
8.按照上列权项中之一的装置，其特征在于，为了加固和稳定该屏蔽板(7)，该屏蔽板(7)设有从该屏蔽板(7)表面突出的带肋条的结构(12)。
9.按照上列权项中之一的装置，其特征在于，在可拆卸的屏蔽板(7)和该测量电路卡(6)之间设置冷却介质用的风道(21)。
10.按照按照权利要求9的装置，其特征在于，冷却介质的流速借助于电子控制电路调节，优选根据温度调节。
11.按照权利要求9或权利要求10的装置，其特征在于，测量电路卡(6)下面安排至少一个喷嘴(15)，用以引入冷却介质。
12.按照权利要求11的装置，其特征在于，该测量电路卡下面的这些喷嘴以均匀的距离安排。
13.按照权项9至12的装置，其特征在于，为了符合目的地把冷却介质输入该屏蔽板(7)上热负载最高的地方，设置肋条(12)，其形成该冷却介质用的引导沟道。
14.按照上列权项中之一的装置，其特征在于，在屏蔽板(7)热负载最高的范围安排一个温度传感器(16)，优选是铂元件。
15.按照权利要求14的装置，其特征在于，该温度传感器(16)借助于测针支架(17)与电子冷却剂控制装置连接。
16.按照权利要求15的装置，其特征在于，该屏蔽板(7)借助于测针支架(17)固定在该装置(1)的框架上。
17.按照权利要求16的装置，其特征在于，固定该屏蔽板(7)用的测针支架(17)设有磁铁(18)。
18.按照权利要求17的装置，其特征在于，该磁铁(18)由钴钐合金形成，并可用螺丝固定地安排在测针支架内。
19.按照上列权项中之一的装置，其特征在于，该屏蔽板(7)设有金属层，对在红外线波长范围中呈现特别高的反射率。
20.按照权利要求19的装置，其特征在于，该金属层的厚度至少等于1微米。
全文摘要
晶片上的半导体集成电路热探测用的装置，包括接纳晶片用的支承装置、带有电子电路装置的测量电路卡，其用于安排在晶片上的半导体集成电路的功能控制和带有触针的测试头，其在该测量电路卡和半导体集成电路之间形成电触点，其中为了保护测量电路卡和晶片之间的装置，设置一个可拆卸和可冷却的屏蔽板。
文档编号G01R31/28GK1896748SQ20061010013
公开日2007年1月17日 申请日期2006年6月28日 优先权日2005年7月9日
发明者赫曼·斯特德勒 申请人:爱特梅尔(德国)有限公司