DE10039928A1 - Vorrichtung zum automatisierten Testen, Kalibrieren und Charakterisieren von Testadaptern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatisierten Testen, Kalibrieren und Charakterisieren von Testadaptern (1) für Halbleitereinrichtungen, bei der eine definiert drehbare Halterung (4) für die Testadapter (1) und wenigstens ein radial in bezug auf die Halterung (4) verstellbarer Tastkopf (7) mit mindestens zwei Kontaktpins (11) vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum auto­ matisierten Testen, Kalibrieren und Charakterisieren von Testadaptern für Halbleitereinrichtungen. Bei den Halblei­ tereinrichtungen handelt es sich in bevorzugter Weise um in­ tegrierte Halbleiterschaltungen.

Bei diesem Testen, Kalibrieren und Charakterisieren werden insbesondere die Hochfrequenzeigenschaften der Testadapter untersucht. Es ist aber auch eine Untersuchung von Gleich­ stromeigenschaften möglich.

Bei einem Testadapter kann es sich beispielsweise um eine so­ genannte Prüfkarte handeln, mit der Halbleiterchips auf Wa­ ferebene getestet werden. Ein anderes Beispiel eines Testadapters ist ein Socketboard, in das einzelne Bausteine zum Testen eingebracht werden.

In Testsystemen zum Testen von beispielsweise Halbleiterchips auf Waferebene werden bekanntlich als Testadapter u. a. Prüf­ karten eingesetzt. Diese Prüfkarten stellen die elektrische Verbindung zwischen Kontaktstellen der zu testenden Halblei­ terchips in einem Wafer und wenigstens einem Testkanal des Testsystems her. Fig. 9 zeigt als Beispiel in Draufsicht eine mögliche Anordnung von Kontaktflächen 2 in einem Randbereich 3 einer Grundplatine einer Prüfkarte 1. Selbstverständlich sind aber auch andere Gestaltungen einer Prüfkarte als Beispiel eines Testadapters möglich. Die Kontaktflächen 2 stellen einen Kontakt zu den Testkanälen in dem Testsystem her und liegen in dem Randbereich 3 vorzugsweise auf mehreren Kreisen mit unterschiedlichen Radien. Auf der Unterseite der Prüfkarte 1 ist eine Vielzahl von Kontaktnadeln vorgesehen, die so angebracht sind, daß sie die Kontaktstellen der zu testenden Chips auf Waferebene sicher kontaktieren. Diese Kontaktnadeln liegen bevorzugt im Innenbereich der Prüfkarte. Dabei ist jeder Kontaktfläche 2 mindestens eine Kontaktnadel zugeordnet. Das heißt, die Kontaktnadeln stehen in genau definierter elektrischer Beziehung zu den zugehörigen Kontaktflächen 2.

Bei den eingangs erwähnten Socketboards liegt statt obiger kreisförmiger Gestaltung der Kontaktflächen 2 deren quadrati­ sche Anordnung vor.

Allgemein sind Testadapter, wie beispielsweise Prüfkarten, an die verschiedenen, zu testenden Halbleitereinrichtungen bzw. deren Kontaktstellen angepaßt. Für verschiedene Typen von Halbleitereinrichtungen werden so die entsprechenden, ver­ schiedenen Testadapter benötigt. Die Testadapter eröffnen also die Möglichkeit, das gleiche Testsystem auch für verschiedene Typen von Halbleitereinrichtungen einsetzen zu können.

Die Erfinder haben nun erkannt, daß die elektrischen Eigen­ schaften der zum Testen von Halbleitereinrichtungen verwende­ ten Testadapter einen beträchtlichen Einfluß auf die Tester­ gebnisse und somit auch auf die Ausbeute von Tests haben. Mit anderen Worten, die elektrische Kalibrierung und/oder Charak­ terisierung von Testadaptern ist ein nicht zu unterschätzender und wichtiger Bestandteil bei der Analyse eines gesamten Testsystems.

Bisher sind Testadapter hinsichtlich ihres Einflusses auf ver­ schiedene elektrische Parameter, wie beispielsweise Lei­ tungsimpedanz, Signallaufzeiten, Signalanstiegszeiten oder Übersprechen ihrer verschiedenen Kanäle bei unterschiedlichen Testsystemen kaum untersucht worden, was auf die hohe Anzahl der Kanäle, die bei Prüfkarten derzeit bei 1.600 liegt und in naher Zukunft 3.200 betragen soll, zurückzuführen ist. Mit anderen Worten, bisher wurde der Einfluß von Testadaptern auf Signalperformance und Signalintegrität in Testsystemen kaum beachtet.

Derzeit gibt es auf dem Markt lediglich ein einziges, bisher noch nicht näher beschriebenes Gerät, mit welchem eine halb­ automatische Vermessung der Leitungsimpedanz und der Signal­ laufzeiten bei Prüfkarten möglich ist. Dabei erfolgt ein elektrischer Kontakt zu der zu untersuchenden Prüfkarte über ein Interface-Board, das auch im normalen Betrieb der Prüf­ karte die Verbindung zwischen einem Testkopf eines Testsystems und der Prüfkarte übernimmt. Daher ist dieses Gerät nur bei mit diesem Interface-Board versehenen Testsystemen und nicht allgemein auch bei Prüfkarten für Testsysteme mit einem anders gearteten Interface-Board einsetzbar. Darüber hinaus kann mit dem bekannten Gerät auch nur eine relativ kleine Untermenge der Kanäle automatisch vermessen werden. Sollen die Kanäle einer anderen Untermenge ausgewertet werden, so muß manuell auf Kontaktstecker dieser Untermenge umgeschaltet werden. Die Vermessung von Übersprecheffekten zwischen den Kanälen ver­ schiedener Untermengen ist daher mit dem bekannten Gerät ebenfalls nicht möglich. Eine solche Vermessung ist somit bisher lediglich manuell durchführbar und infolge der großen Menge von Kanälen mit einem äußerst hohen Zeitaufwand verbun­ den.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vor­ richtung zum automatisierten Testen von verschiedenen Testadaptern für Halbleitereinrichtungen anzugeben, die es erlaubt, beliebige Kanäle des Testadapters automatisch zu vermessen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genann­ ten Art erfindungsgemäß durch eine Halterung für den Testadapter und wenigstens einen in bezug auf die Halterung verstellbaren Tastkopf mit wenigstens zwei Kontaktpins gelöst.

Die Halterung kann dabei Testadapter mit unterschiedlichem Durchmesser aufnehmen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist also insbesondere die drehbare Halterung zur Aufnahme von Testadaptern mit unter­ schiedlichem Durchmesser auf. Mit Hilfe dieser Halterung kann der Testadapter in der Vorrichtung definiert gedreht werden. Als Antrieb für diese Drehung der Halterung kann ein Schritt­ motor oder dergleichen eingesetzt werden.

Außerdem hat die erfindungsgemäße Vorrichtung einen oder meh­ rere Roboterarme, die sich in einer horizontalen, parallel zur Ebene des Testadapters verlaufenden Richtung und zusätzlich in der hierzu vertikalen Richtung bewegen lassen. Dabei ist an jedem Roboterarm ein Tastkopf angebracht.

Mit Hilfe dieser Roboterarme und der Drehung der Halterung lassen sich die Tastköpfe bzw. deren Kontaktpins auf den Kon­ taktflächen des Testadapters positionieren.

Durch entsprechende Steuerung der Position der Roboterarme kann die Vorrichtung ohne weiteres an unterschiedlichste Testadapter angepaßt werden.

Vorzugsweise kann der Abstand zwischen den wenigstens zwei Kontaktpins eines Tastkopfes an den bei verschiedenen zu ka­ librierenden bzw. charakterisierenden Testadaptern unter­ schiedlichen Abstand der Kontaktflächen für Signale und dazu­ gehörige Abschirmungen eingestellt werden.

Die Steuerung der Drehung der Halterung und die Steuerung der Stellung der Roboterarme sowie der Tastköpfe kann von einem zentralen Rechner aus erfolgen. Damit ist eine vollautomati­ sierte Kontaktierung aller Kanäle und eine entsprechende vollautomatisierte Untersuchung des Testadapters auf die ver­ schiedenen elektrischen Parameter möglich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so an unterschiedliche Testadapter und Meßaufgaben ohne weiteres anpaßbar. Da sie zu­ dem in vollautomatisierter Weise arbeitet, kann sie jede ge­ wünschte elektrische Kalibrierung und Charakterisierung von Testadaptern der unterschiedlichsten Art vornehmen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Robo­ terarm mit mindestens einem Tastkopf,

Fig. 2 eine schematische Seitensicht der Vorrichtung von Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei Roboter­ armen mit jeweils mindestens einem Tastkopf,

Fig. 4 eine schematische Seitensicht der Vorrichtung von Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Gestaltung von Kontaktpins zur Kontaktierung von Kontaktflächen,

Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Gestaltung von Kontaktpins zur Kontaktierung von Kontaktnadeln,

Fig. 7 eine Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 8 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung von Fig. 7 und

Fig. 9 eine Draufsicht auf Kontaktflächen im Randbereich einer üblichen Prüfkarte.

Die Fig. 9 ist bereits eingangs erläutert worden.

In den Figuren werden für einander entsprechende Bauteile je­ weils die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Wie aus den Fig. 1 und 2 zu ersehen ist, liegt eine Prüf­ karte 1 als Beispiel eines Testadapters mit Kontaktflächen 2 auf ihrer Oberseite und Kontaktnadeln 5 auf ihrer Unterseite auf einer entsprechend einem Doppelpfeil 6 drehbaren Halterung 4 der Vorrichtung. Die Vorrichtung hat außerdem einen Roboterarm 7, der entsprechend einem Doppelpfeil 8 in seiner Höhe bzw. in seinem Abstand zur Prüfkarte 1 verstellt werden kann. Auf diesem Roboterarm 7 ist ein Tastkopf 9 in zwei Richtungen entsprechend dem Doppelpfeil 10 verfahrbar. Dieser Tastkopf 9 hat zwei Kontaktpins 11, die die Kontaktflächen 2 der Prüfkarte 1 zu kontaktieren vermögen. Der Abstand zwischen diesen Kontaktpins 11 kann verstellt werden, so daß die Vorrichtung an verschiedene Typen von Prüfkarten mit unter­ schiedlichen Abständen zwischen den Kontaktflächen 2 angepaßt werden kann. Gegebenenfalls kann auf dem Roboterarm 7 noch ein weiterer Tastkopf vorgesehen werden.

Der Tastkopf 9 kann gegebenenfalls auch mehr als zwei Kon­ taktpins 11 aufweisen. So kann er beispielsweise mit vier Kontaktpins 11 versehen werden. Es ist sogar möglich, den Kontaktkopf 11 mit soviel Kontaktpins 11 auszustatten, daß er alle in Radialrichtung hintereinanderliegenden Kontaktflächen 2 gleichzeitig berühren kann. Im Beispiel von Fig. 1 wären dies sechs Kontaktpins 11.

Die Halterung 4 kann über einen Schrittmotor 12 angetrieben werden. Dieser Schrittmotor 12 wird von einer zentralen Steu­ ereinheit 13 gesteuert, die auch die Bewegung des Roboterarmes 7 und die Stellung des Tastkopfes 9 sowie den Abstand zwischen den Kontaktpins 11 zu steuern bzw. einzustellen vermag.

Die Halterung 4 hat einen in seitlicher Richtung verstellbaren Rand 14, so daß sie zur Aufnahme von Prüfkarten mit un­ terschiedlichem Durchmesser oder auch anderen Testadaptern geeignet ist.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Vorrichtung ist insbeson­ dere zur Messung von Signallaufzeiten und von Leitungsimpe­ danzen geeignet: hier wird nämlich nur der eine Roboterarm 7 benötigt. Die für diese Messungen verwendeten Meßgeräte, wie insbesondere Netzwerk-Analysegeräte, Oszilloskope mit TDR- Funktion (TDR = Time Domain Reflexion) und dergleichen, haben in der Regel zwei Kanäle mit jeweils Signal und Schirmung. Der Tastkopf 9 mit den beiden Kontaktpins 11, der an dem Robo­ terarm 7 angebracht ist, erlaubt ein automatisches Durchmessen aller Kanäle der Prüfkarte 1, indem der eine Kontaktpin 11 für ein Testsignal mit einer Kontaktfläche 2 in Berührung gebracht wird, während der andere als Erdung dienende Kontaktpin 11 beispielsweise an einer benachbarten Kontaktfläche 11 anliegt. Aus der Laufzeit des am Kanalende reflektierten Testsignals und der Höhe des Rücklaufsignals kann auf gewünschte elektrische Parameter, wie z. B. elektrische Verluste, geschlossen werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem ein zweiter Roboterarm 7' mit einem zweiten Tastkopf 9' und zwei weiteren Kontaktpins 11' vorgesehen ist. Dieser zweite Roboterarm 7' ist wie der Roboterarm 7 in seiner Höhe verstellbar (vgl. Doppelpfeil 8') und ebenfalls von der zentralen Steuereinheit 13 angesteuert.

Außerdem ist der zweite Roboterarm 7' in seiner Stellung be­ züglich der Halterung 4 drehbar, wie dies durch einen Doppel­ pfeil 6' angedeutet ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 steuert also die Steuereinrichtung 13 den Schrittmotor 12, die Roboterarme 7 und 7' in ihrer Auf- und Abwärtsbewegung (vgl. Doppelpfeile 8 und 8'), die Drehstellung des Roboterarmes 7' (vgl. Doppelpfeil 6' in Fig. 3) und die Radialstellung der Tastköpfe 9 und 9' (vgl. Doppelpfeile 10 und 10').

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 ist insbesondere zur Messung von Übersprecheffekten zwischen verschiedenen Ka­ nälen der Prüfkarte 1 geeignet. Bei dieser Messung soll näm­ lich der Einfluß der Signale zweier verschiedener Kanäle auf­ einander untersucht werden, wobei jeder Kanal zusammen mit jedem anderen Kanal betrachtet werden soll, was bei der großen Anzahl von Kanälen zu weit über einer Million Messungen führt. Der nicht drehbare Roboterarm 7 mit dem Tastkopf 9 wird in einem solchen Fall mit mindestens einem zu untersuchenden Kanal über die Kontaktpins 11 verbunden. Der drehbare Roboterarm 7' mit dem Tastkopf 9' wird dann über die Kontakt­ pins 11' mit allen übrigen Kanälen in Verbindung gebracht, so daß mit einem Durchlauf der Einfluß von allen Kanälen auf die oben genannten Kanäle am Roboterarm 7 untersucht werden kann. Anschließend wird sodann der Tastkopf 9 über seine Kontaktpins 11 mit den nächsten Kanälen verbunden, und der Tastkopf 9' mit den Kontaktpins 10' wird in Berührung mit allen übrigen anderen Kanälen gebracht. Auf diese Weise lassen sich sukzessive Übersprecheffekte zwischen jedem einzelnen Kanal und allen anderen Kanälen vermessen.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 ist die Prüfkarte 1 unabhängig von der Drehstellung des Roboterarmes 7' drehbar. Es ist gegebenenfalls auch möglich, die Drehbewegung des Tastkopfes 7' mit der Drehbewegung der Halterung 4 zu koppeln.

Die Halterung 4 ist in bevorzugter Weise so gestaltet, daß sie zur Aufnahme von unterschiedlichen Testadaptern bzw. Prüfkarten geeignet ist. Hierzu kann die Halterung 4 bei­ spielsweise verstellbare Außenränder 14 haben, so daß Testadapter bzw. Prüfkarten von unterschiedlichem Durchmesser in die Halterung 4 eingelegt werden können.

Die Fig. 5 und 6 zeigen Beispiele für mögliche Gestaltungen der Kontaktpins 11: diese können, wie in der Fig. 5 dar­ gestellt ist, spitze Enden haben und gefedert gestaltet sein, so daß sie mit diesen Enden auf die Kontaktflächen 2 auftref­ fen. Es ist aber auch möglich, Kontaktpins 11a, 11b mit flä­ chigen Enden zu versehen (vgl. Fig. 6), so daß diese flächigen Enden mit den Kontaktnadeln 5 der dann "umgekehrt" in die Halterung 4 eingelegten Prüfkarte 1 in Berührung gebracht werden können. Die Kontaktpins 11a, 11b können zur Abfederung einen bogenförmigen Verlauf (vgl. Bezugszeichen 11 und 11a in Fig. 5 und 6) oder mit einer gesonderten "Feder" (vgl. Be­ zugszeichen 11b in Fig. 6) versehen sein.

Die Fig. 7 und 8 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem Si­ gnale von einem Testsystem mit einem Interface-Board 17 über Kontaktstifte 16 den Kontaktflächen 2 der nun "umgekehrt" eingelegten Prüfkarte 1 zugeführt und zu den Kontaktnadeln 5 getrieben sind. An diesen Kontaktnadeln 5 werden mittels der in Fig. 6 dargestellten Federn die sonst am Chip liegenden Signale zur Analyse abgegriffen. Bei dem vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel sind die radialen Polarkoordinaten-Roboterarme 7 durch ein kartesisches (xyz)-Robotersystem mit Verstellmög­ lichkeiten entsprechend den Pfeilen 10, 15 und 18 ersetzt. Eine solche Gestaltung kommt einer quadratischen Anordnung der Kontaktnadeln 5 entgegen. Auf diese Weise kann das Ge­ samtsystem in sich analysiert werden.

Bezugszeichenliste

1

Prüfkarte

2

Kontaktfläche

3

Randbereich der Prüfkarte

4

Halterung

5

Kontaktnadeln

6

Doppelpfeil für Drehung der Halterung

6

' Doppelpfeil für Drehstellung von zweitem Ro­ boterarm

7

Roboterarm

7

' zweiter Roboterarm

8

Doppelpfeil für Vertikalstellung von Roboter­ arm

7

8

' Doppelpfeil für Vertikalstellung von Roboter­ arm

7

'

9

Tastkopf

9

' weiterer Tastkopf

10

Doppelpfeil für Radialstellung von Tastkopf

9

10

' Doppelpfeil für Radialstellung von Tastkopf

9

'

11

,

11

a,

11

b Kontaktpins von Tastkopf

9

11

' Kontaktpins von Tastkopf

9

'

12

Schrittmotor

13

Steuereinrichtung

14

verstellbarer Rand von Halterung

4

15

Pfeil für Horizontalverstellung von Roboterarm

16

Kontaktstifte

17

Interface-Board

18

Pfeil für Vertikalverstellung von Tastkopf

Claims (20)

1. Vorrichtung zum automatisierten Testen, Kalibrieren und Charakterisieren von Testadaptern (1) für Halbleitereinrich­ tungen, gekennzeichnet durch eine Halterung (4) für den Testadapter (1) und wenigstens einen in bezug auf die Halterung (4) durch die Verstellein­ richtung (7) verstellbaren Tastkopf (9; 9') mit wenigstens zwei Kontaktpins (11; 11').

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Tastköpfe (9; 9') vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (9; 9') in der Höhe senkrecht zur Oberfläche der Halterung (4) bewegbar ist (vgl. Doppelpfeile 8; 8').

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden Kontaktpins (11; 11') einstellbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (9; 9') an einem Roboterarm (7; 7') als Ver­ stelleinrichtung angebracht ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des Tastkopfes (9; 9') und die Drehung der Halterung (4) durch eine Steuereinrichtung (13) steuerbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (4) zur Aufnahme von Testadaptern (1) mit unterschiedlichen Durchmessern ausgestaltet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (4) durch einen Schrittmotor (12) antreibbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Kontaktpins (11; 11') durch die Steuereinrichtung (13) steuerbar ist.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrittmotor (12) durch die Steuereinrichtung (13) steuerbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Testadapter eine Prüfkarte (1) vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Kontaktpins (11; 11') eines Tastkopfes (9; 9') der Anzahl von Kontaktflächen (2) entspricht, die auf einem Testadapter (1) in Radialrichtung hintereinanderliegen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktpins (11; 11') mit spitzen Enden versehen sind (vgl. Fig. 5).

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktpins (11a, 11b) mit flächigen Enden versehen sind, so daß sie Kontaktnadeln (5) eines Testadapters (1) zu kontaktieren vermögen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktpins (11; 11'; 11a, 11b) federnd gestaltet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Gestaltung der Kontaktpins (11; 11a) durch deren Verlauf bestimmt ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktpins (11b) eine gesonderte Feder aufweisen.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (4) definiert zu der Verstelleinrichtung (7) drehbar (6, 6') oder verschiebbar (15) ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (9; 9') in einem Polar- oder kartesischen Koordinatensystem verstellbar ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch ein Interface-Board (17) und Kontaktstifte (16) zur Kontak­ tierung von Kontaktflächen (2) des Testadapters (1).