專利名稱：用于快速測(cè)試的半導(dǎo)體取送機(jī)的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)要求保護(hù)系列號(hào)為XXX的臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)申請(qǐng)的題目為“用于快速測(cè)試的半導(dǎo)體取送機(jī)”，作者為Andreas C.Pfahnl和John D.Moore，申請(qǐng)日為2000年4月25日。
自動(dòng)測(cè)試設(shè)備通常用于測(cè)試。取送裝置用于以自動(dòng)方式把芯片送往自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。取送封裝部件的取送裝置通常被稱為取送機(jī)。為全面測(cè)試芯片，通常以芯片額定運(yùn)行范圍內(nèi)的多種溫度運(yùn)行測(cè)試。例如，許多芯片的測(cè)試溫度在-55℃到+155℃范圍內(nèi)。取送機(jī)，除把芯片送往測(cè)試工作站和從測(cè)試工作站中取出，通常把部件加熱或冷卻到期望的測(cè)試溫度。
現(xiàn)有測(cè)試取送機(jī)加熱系統(tǒng)主要基于對(duì)流原理，其主要缺點(diǎn)在于變溫(slew time)時(shí)間長(zhǎng)(20到60分鐘)和加熱時(shí)間(soak time)長(zhǎng)(大于2分鐘)?！白儨貢r(shí)間”指的是取送機(jī)達(dá)到期望操作溫度所需的時(shí)間?！凹訜釙r(shí)間”指的是芯片在取送機(jī)中達(dá)到期望測(cè)試溫度所需的時(shí)間。
較短的變溫時(shí)間對(duì)于能夠快速?gòu)亩氯驒C(jī)器故障中恢復(fù)非常重要，尤其在冷凍測(cè)試中，機(jī)器必須經(jīng)常通過(guò)再加熱去除霜凍和冷凝，較短的變溫時(shí)間特別重要。另外，變溫時(shí)間和加熱時(shí)間影響封裝改變時(shí)間——為測(cè)試新型器件而重新配置機(jī)器所需的時(shí)間。因?yàn)楫?dāng)需要封裝改變時(shí)，取送機(jī)必須恢復(fù)到環(huán)境水平溫度，其硬件和軟件配置也需要改動(dòng)，然后產(chǎn)生期望的測(cè)試溫度，這就是變溫時(shí)間所起的一個(gè)作用。一旦機(jī)器達(dá)到溫度，若系統(tǒng)速度沒(méi)有被機(jī)械地限定，加熱時(shí)間定義了第一個(gè)器件達(dá)到測(cè)試位置的時(shí)間，這就是起的作用加熱時(shí)間。最終，若系統(tǒng)速度沒(méi)有被機(jī)械地限定，在裝載了許多新器件的情況下，加熱時(shí)間起主導(dǎo)作用，并定義第一個(gè)器件測(cè)試所需的時(shí)間。因?yàn)樾屡康钠骷某霈F(xiàn)和封裝改變的頻率總在經(jīng)常提高，變溫時(shí)間和加熱時(shí)間在描述機(jī)器的總效力或效率方面變得越來(lái)越加重要。
另外，許多基于傳導(dǎo)機(jī)制的加熱系統(tǒng)豎起來(lái)非常巨大，且用于嚴(yán)密控制溫度的裝置時(shí)有問(wèn)題，尤其在高度并聯(lián)測(cè)試的情況下?；趥鲗?dǎo)的加熱系統(tǒng)過(guò)去被認(rèn)為是用于測(cè)試。然而，這種系統(tǒng)不能提供滿足高熱回旋速率設(shè)計(jì)的要求的裝置，不能滿足測(cè)試溫度范圍(-55℃到155℃)和誤差的要求(約±2℃)。如今，基于傳導(dǎo)的熱系統(tǒng)在測(cè)試中的最大用途在于探針應(yīng)用(晶片測(cè)試)，其中的溫控卡盤(熱卡盤)對(duì)晶片上的IC進(jìn)行支撐、傳輸、排列、溫度控制以及測(cè)試。
商用熱卡盤來(lái)自如加利弗尼亞州圣克拉拉市的Thermonics公司和馬薩諸塞州牛頓市的Temptronic公司。該晶片卡盤在整個(gè)冷熱測(cè)試溫度范圍具有有限的性能。特別地，其回旋速率性能由于使用凈室操作所需的閉環(huán)機(jī)械冷卻系統(tǒng)而受到限制。其回旋速率性能由于熱卡盤的熱容量太大也受到限制。
閉環(huán)冷卻系統(tǒng)一般不能提供足夠快速和足夠大的冷卻和加熱源，從而在-55℃到155℃的全部溫度范圍內(nèi)達(dá)到期望的較短的斜坡速率(ramp rate)(約5分鐘)。另外，這種熱卡盤全都是單區(qū)熱系統(tǒng)，其中卡盤的加熱和冷卻由來(lái)自一個(gè)溫度傳感器的反饋所調(diào)節(jié)。然而，由于測(cè)試晶片的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于測(cè)試一組封裝器件所需的時(shí)間，在探針應(yīng)用中的回旋速率不象上邊那樣重要；一個(gè)晶片能擁有數(shù)百個(gè)IC。此外，所有IC都在數(shù)量非常有限的不同晶片上處理，不同之處僅在于直徑，如200mm，300mm。因此，不同卡盤設(shè)計(jì)的數(shù)量非常有限，且所需的僅有的典型改變?cè)谟诟淖儨y(cè)試接口，探針接口部件，或軟件/測(cè)試程序。最后，由于與傳統(tǒng)封裝器件的性能相比，晶片的表面光潔度和平面度極高以及硅的高熱傳導(dǎo)性，晶片的加熱時(shí)間一般遠(yuǎn)快于封裝器件的加熱時(shí)間。因此，如果這樣，并且由于加熱時(shí)間影響力較小，探針不具有熱調(diào)節(jié)緩沖性能。
基于對(duì)流的熱系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于封裝測(cè)試(取送機(jī)應(yīng)用)，但主要用于在測(cè)試中大功率器件的有效溫度控制，因此需要器件或器件模具(接合部)的溫度反饋，見(jiàn)以前Jones(5,420,521)和Tustaniwskyi(5,821,505)的專利。許多IC，其功率相對(duì)較低(約小于10W)，不需要根據(jù)器件功率消耗進(jìn)行有效溫度控制這一功能，因此，這增加了不必要的成本和控制復(fù)雜性(每個(gè)器件都需要控制-反饋系統(tǒng))。而且，通常僅在微處理器的高端器件具有內(nèi)設(shè)的傳感器，其在測(cè)試過(guò)程中可能會(huì)用于溫度控制(5,821,505)。外部控制部件，如Jones(5,420,521)的專利，需要傳感器與每個(gè)測(cè)試中的器件排齊并接觸。由于器件類型繁多，達(dá)到溫度傳感器與每個(gè)器件類型/封裝類型的排齊很困難，成本高，也耗費(fèi)時(shí)間。最后，Jones(5,420,521)Tustaniwskyj(5,821,505)和Tustaniwskyj(5,844,208)的專利所描述的這些系統(tǒng)需要夾持動(dòng)作來(lái)將器件夾在傳導(dǎo)系統(tǒng)和電測(cè)試插座之間，從而達(dá)到器件和傳導(dǎo)系統(tǒng)之間必須的壓力。自動(dòng)設(shè)備中，通常需要并優(yōu)選使用真空來(lái)取放(拾起)并夾持這些器件。Tustaniwskyj(5,821,505)和Tustaniwskyj(5,844,208)的專利清楚表明了所述這些額外的質(zhì)量改變了其發(fā)明，性能以及他們的發(fā)明的本質(zhì)。
明尼蘇達(dá)州圣保羅市的Micro Component公司的基于對(duì)流的設(shè)計(jì)(5,966,940)需要使用熱-電部件。熱-電部件指的是一種按一定方向通電時(shí)產(chǎn)生熱量按相反方向通電制冷的裝置。該裝置提供局部冷和熱溫可調(diào)的裝置，但太昂貴，易碎，大量組裝困難(大冷/熱容量時(shí)需要)，需要過(guò)多電流和更大的控制系統(tǒng)復(fù)雜程度，其加熱/制冷容量有限。電熱元件在制冷操作期間還需要一個(gè)散熱器?，F(xiàn)有技術(shù)中這種情況已經(jīng)通過(guò)使用閉環(huán)加熱/制冷系統(tǒng)克服了，所述系統(tǒng)倒置以提供大范圍的溫度控制。閉環(huán)制冷系統(tǒng)在整個(gè)-55℃到155℃的溫度范圍內(nèi)一般達(dá)不到期望的5分鐘的斜坡速率。
先前的取送機(jī)操作單個(gè)芯片，芯片通過(guò)取送機(jī)在軌道上滑動(dòng)。隨著裝置越來(lái)越小，一些取送機(jī)開(kāi)始使用舟狀物來(lái)運(yùn)送單個(gè)部件或一小部分部件。還有一些取送機(jī)使用盤狀物運(yùn)送大量松散器件并同時(shí)把多個(gè)器件送往測(cè)試點(diǎn)。美國(guó)專利6,024,526顯示了盤型取送機(jī)的實(shí)例。
最近建議，取送機(jī)應(yīng)該在從普通引線框架或電路板基底實(shí)際切斷/分離器件之前就操作芯片。引線框架上組裝和封裝有限組的有引線的器件。典型的格柵陣列器件在柔性或剛性基底(電路板)上制造出來(lái)，稱為帶。引線框架和帶一起經(jīng)常被稱為板。

圖15顯示了引線框架116中的多個(gè)IC器件115。在芯片制造中提供引線框架或基底。引線框架或帶的某些部分用于電引線和連接，其余部分用于機(jī)械固定器件就位。制造過(guò)程中，有用于切斷電連接和機(jī)械連接的設(shè)備和處理。為測(cè)試仍然連接到引線框架或帶上的裝置，僅切斷電連接。
當(dāng)建議取送機(jī)在帶中的芯片上操作時(shí)，需要一種改進(jìn)的帶狀取送機(jī)。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種能夠在引線框架或帶上操作的取送機(jī)。
為了實(shí)現(xiàn)上述和其他目的，取送機(jī)配備具有多個(gè)與待測(cè)芯片緊密接觸的溫度控制區(qū)間的盤。
在一個(gè)實(shí)施例中，該盤包括真空端口，用于從引線框架或帶中取出芯片。
另一個(gè)實(shí)施例中，該盤具有多個(gè)加熱或冷卻區(qū)間。
圖9顯示了本發(fā)明的具有兩個(gè)流體源的實(shí)施方案的設(shè)計(jì)示意圖；圖10顯示了使用兩種混合但不混淆流體的熱板組件的流體分配組件的優(yōu)選實(shí)施例的分解立體圖；圖11顯示了具有兩種流體分配組件的優(yōu)選實(shí)施例的分解主體圖；圖12顯示了加熱器組件的三區(qū)加熱器的頂視圖；圖13顯示了熱板組件的真空分配組件的優(yōu)選實(shí)施例的分解主體圖；圖14顯示了本發(fā)明的具有用于制冷的液氮源，真空源，和兩個(gè)壓縮空氣流的實(shí)施方案的示意性設(shè)計(jì)；圖15顯示了現(xiàn)有技術(shù)的芯片的引線框架。
優(yōu)選實(shí)施例說(shuō)明圖1顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其結(jié)構(gòu)和操作將被詳細(xì)敘述。優(yōu)選實(shí)施例的主要部件包括流體分配組件11；加熱組件12；和基于真空的器件吸住組件13(這里的最后組件稱為真空組件)，這些組件全都依次安裝在另一個(gè)組件的頂部。組件11，12和13以任何方便的方式保持在一起，例如螺釘，但可以用其他方式保持在一起，例如釬焊或焊接。
控制系統(tǒng)34通過(guò)控制閥33和來(lái)自熱板組件10的一個(gè)或多個(gè)傳感器(圖中沒(méi)表示出)的溫度反饋35調(diào)節(jié)冷卻流體從冷卻流體源35到流體組件11的流動(dòng)。類似地，控制系統(tǒng)34調(diào)節(jié)加熱組件12中產(chǎn)生的熱量。用于產(chǎn)生的控制方案的實(shí)例是加熱組件12中利用線性非開(kāi)關(guān)直流電源，交流電源或開(kāi)關(guān)直流電源110的加熱器的開(kāi)-關(guān)循環(huán)。
圖1顯示了冷卻流體的流向36?？刂崎y33調(diào)節(jié)熱傳導(dǎo)流體的流動(dòng)?？刂崎y33可以是可變控制閥或用于連續(xù)調(diào)節(jié)流速的螺線管閥。優(yōu)選類型是螺線管閥，例如康涅狄格州新不列顛市Precision Dynamics公司生產(chǎn)的螺線管閥，它可以脈動(dòng)調(diào)節(jié)流動(dòng)。螺線管閥成本底，相對(duì)較小，在冷熱溫度操作范圍內(nèi)具有足夠的可靠性。
圖2顯示了更詳細(xì)的熱板10。螺釘37把真空組件13的可互換的頂板38緊固到下邊的真空板39上?？梢园惭b在每個(gè)真空端口71的頂部的IC器件可通過(guò)真空被拉到頂部真空板38的上表面55。螺釘14(如圖3所示)把流體分配組件11和加熱組件12(在所示的實(shí)施例中它是很薄的多區(qū)電阻加熱器)緊固到真空組件的下板39上。為以最小能量消耗達(dá)到熱板10的快速溫度改變，熱板10的總熱容量必須很小。但是，大量的熱損失和熱獲取能夠?qū)е聼岚?0中產(chǎn)生不利的溫度梯度，其絕熱問(wèn)題還不能完全克服。因此，本發(fā)明使用分區(qū)加熱和冷卻來(lái)使熱板10達(dá)到較高的溫度均勻性(好于約2℃)。這樣做減少甚至消除了絕熱量，因此顯著減少了材料成本和系統(tǒng)尺寸(封裝)。分區(qū)加熱也使得改變溫度時(shí)溫度穩(wěn)定時(shí)間也更快。下面逐個(gè)詳細(xì)描述三種主要組件11，12和13。
圖3的分解圖中顯示了熱板10的流體分配組件11(也稱為流體組件)。流體分配組件內(nèi)部形成有通道。優(yōu)選實(shí)施例中，流體組件11包括由螺釘14夾在一起的兩個(gè)板18和21。這兩個(gè)板的功能在于為熱交換流體提供流動(dòng)路徑，圖中顯示了流向19a和19b，其冷卻整個(gè)熱板10，并是冷溫操作過(guò)程(亞環(huán)境)中溫度控制的主要來(lái)源。下邊的流體板18包括熱交換流體出入的入口端15和出口端16。下邊的板18也作為上板21中加工出的流體通道20的密封蓋。這兩個(gè)板18和21可以用螺釘14(如該實(shí)施例所示，它們擰到了下真空板39中)或根據(jù)選擇的材料和設(shè)計(jì)意圖而釬焊或粘接而裝配并保持在一起。若這些板需要緊固在一起，則可在兩者之間插入墊圈或密封圈，尤其是如果熱傳導(dǎo)流體的泄漏是個(gè)問(wèn)題的話更需如此。選擇的材料沒(méi)有限制，但優(yōu)選具有高熱傳導(dǎo)率和低熱容量(低密度和比熱)的材料。鋁由于成本低，易于生產(chǎn)，并具有理想的熱性能而屬于首選。流體組件11也是該熱板10的部件，支撐直立的結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)如機(jī)器人被裝配在該結(jié)構(gòu)上。特別地，裝配面26可以有凸臺(tái)或其他特征(圖中沒(méi)顯示)來(lái)幫助裝配。流體通道20的一般性設(shè)計(jì)遵循標(biāo)準(zhǔn)熱交換設(shè)計(jì)實(shí)踐，如熱傳導(dǎo)教科書(shū)中所述(例如Rohsenow等著的熱傳導(dǎo)手冊(cè)，此處作為參考資料引入)。下面還要敘述熱設(shè)計(jì)中允許的本發(fā)明結(jié)構(gòu)的靈活適應(yīng)性。
如圖3的實(shí)施例所示的流體通道20是單繞通道。流體組件11還可以具有多個(gè)通道，如圖4所示。在此實(shí)施例中，下邊的流體板23把上流體板22的通道60和61密封起來(lái)，并包括每個(gè)通道的入口端62a和62b，以及出口端63a和63b。然后，圖5顯示了具有多個(gè)通道64a，64b，64c，64d，64e，64f的流體組件11的另一個(gè)實(shí)施例，該通道都被加工成上板24，它們來(lái)源于相同供應(yīng)端口65并流到相同出口端66。
流體通道20可以具有任何截面形狀，但優(yōu)選形狀是矩形或正方形，因?yàn)檫@是使用典型端銑刀將通道加工到上流體板21，22或24里的結(jié)果。通道20也能具有葉片或延伸到流體通道的其它延伸物，以便通過(guò)加強(qiáng)或引發(fā)混合，或通過(guò)增大暴露的表面積來(lái)加強(qiáng)熱傳導(dǎo)。
圖6顯示了具有葉片增加熱傳導(dǎo)的實(shí)施例。圖6顯示了流體通道20的截面，該通道20被加工到上流體分配板21，22或24中，但還具備與流向28對(duì)齊的葉片27。這些葉片27通過(guò)增加通道20的暴露在流經(jīng)通道20的流體中的內(nèi)部表面積而加速熱傳導(dǎo)。
圖7顯示了可選擇的實(shí)施例，其中流體通道20被加工到上流體分配板21，22或24中，具有垂直于流向28的肋部件30。這些肋通過(guò)前述兩種加強(qiáng)方法也增加熱傳導(dǎo)。當(dāng)然還存在其他熱傳導(dǎo)加強(qiáng)方法，但此處不進(jìn)行深入討論。對(duì)于熱交換領(lǐng)域的技術(shù)人員(如見(jiàn)Rohsenow等著的熱傳導(dǎo)手冊(cè))，葉片或其他深入到流體通道以加速熱傳導(dǎo)的突出物的設(shè)計(jì)是一般性實(shí)踐知識(shí)。作為本發(fā)明的一部分的流體分配組件13的板型結(jié)構(gòu)提供包含了上述優(yōu)良特征的裝置。
通道20可以設(shè)計(jì)為單相流動(dòng)(強(qiáng)制對(duì)流)或多相流動(dòng)(強(qiáng)制對(duì)流及其中液體，例如水、制冷劑、或冷凍劑的沸騰)。若使用制冷劑，舉例來(lái)說(shuō)，則流體通道可以使用多種類型的流體，如圖9所示。本發(fā)明的這種特征使熱板10容易適應(yīng)不同用戶愛(ài)好和系統(tǒng)及工廠的要求。
不要求流體分配系統(tǒng)中使用的流體必須是液體?？諝饣蚱渌麣怏w也可以是用于本發(fā)明的目的的流體。圖9的實(shí)施例中，流體分配組件使用壓縮空氣源101提供的由閥133控制的和在室溫到160℃使用的室溫空氣132(下面將提到的嵌入的加熱器提供高溫操作的能力)。壓縮空氣通常在許多生產(chǎn)操作中提供，并能以任何已知方式提供，例如把壓縮機(jī)建在取送機(jī)中或來(lái)自連接著取送機(jī)的設(shè)備內(nèi)的系統(tǒng)。
液氮源LN2如真空瓶136提供的液氮(LN2)流134為亞室溫操作被激活，并由閥135控制。LN2也用在許多工業(yè)裝置中，并可來(lái)自任何方便來(lái)源。
熱板10類似于前一實(shí)施例，具有真空組件13加熱器組件12、和流體分配組件11。利用控制器34使用來(lái)自熱板10的溫度反饋35以和先前描述的相似的機(jī)制控制閥133和135。這種安排有助于最少使用昂貴的液氮。商業(yè)可以得到的開(kāi)關(guān)(螺線管型)或與控制系統(tǒng)相連的比例控制閥133和135根據(jù)來(lái)自熱板10的溫度反饋調(diào)節(jié)流體流動(dòng)。需要注意的是，不可能根據(jù)熱傳導(dǎo)性能，壓力下降性能，通道幾何學(xué)和長(zhǎng)度來(lái)設(shè)計(jì)最優(yōu)的通道，但這種系統(tǒng)仍然可以運(yùn)行良好。
當(dāng)需要或期望使用第二個(gè)流體源進(jìn)行補(bǔ)充冷卻時(shí)，但在流體不能混合的情況下，可以改進(jìn)熱板10，使其具有混合流分配組件或堆疊的流體分配系統(tǒng)?！盎旌稀敝傅氖峭ǖ老嗷タ拷\(yùn)行，并不必須意味著每個(gè)通道的流體混合起來(lái)。
需要多種流體源的一種情況是在不同溫度范圍內(nèi)使用不同類型的流體來(lái)實(shí)現(xiàn)冷卻。例如，當(dāng)熱板10處于高溫時(shí)，可以使用壓縮空氣作為冷卻流體，以便把熱板10快速冷卻到室溫。也可以反過(guò)來(lái)使用壓縮空氣，迅速升高熱板10的溫度。然而，若需要冷卻到亞室溫，可能使用LN2。或者若需要稍微降低溫度，則可以使用冷卻劑。
也可以使用不同流體來(lái)提供較少的操作成本或提供快速回旋速率。例如，用開(kāi)環(huán)方式快速把熱板10冷卻到亞室溫溫度時(shí)，可以使用LN2或一些其他制冷劑。然而，一旦達(dá)到期望的溫度，可以使用閉環(huán)制冷劑來(lái)維持期望的溫度?；旌贤ǖ涝试S使用不同類型的流體控制溫度。
圖10顯示了在具有加工到上板45內(nèi)的混合流體通道40和41的實(shí)施例中的流體分配組件11。入口端46a和46b出口端47a和47b是下板48的一部分，用螺釘14把其與上板45和熱板10的其余組件夾在一起。如圖10所示，閉環(huán)制冷系統(tǒng)(圖中未顯示)能夠提供第一個(gè)冷卻流體，其流向如圖中42所示。該冷卻流體是一種能夠承受冷和熱溫度的典型熱傳導(dǎo)油，如特拉華州新方舟市的Dow化學(xué)公司生產(chǎn)的Syltherm。某些應(yīng)用中也可以是普通制冷劑。第二個(gè)流體通道41與第一個(gè)通道40處于同一高度，并因此被稱為混合。第二個(gè)通道41提供了極冷流體，其流向如圖中43所示，該低溫流體首選流經(jīng)流體分配組件11的象液氮類型的制冷劑。第二個(gè)流體43的溫度比第一個(gè)流體42要低的多，最好約100℃或更多。僅當(dāng)用來(lái)輔助冷卻主要流體42時(shí)才激活第二個(gè)流體43。必要原因在于大多數(shù)閉環(huán)機(jī)械冷卻系統(tǒng)一般不能把流體冷卻到足夠低的溫度，并傳遞足夠高的流速，以便在期望的5分鐘之內(nèi)快速改變熱板10的溫度。這種類型的系統(tǒng)一般被限定在約-40℃的流體溫度，其中制冷劑能夠低于-195℃。因此，通過(guò)熱板10的溫度極低的第二個(gè)流體43(例如液氮，其可由壓縮真空瓶中供應(yīng))能夠把熱板10更迅速地冷卻并轉(zhuǎn)變到更低的溫度。
為在流體分配組件11中使用不同類型的流體，混合通道不需要在同一板中形成。圖11顯示了另一個(gè)實(shí)施例，其中有兩個(gè)流體分配組件，它們是整個(gè)熱板10的一部分，前邊被稱為堆疊方案。這種情況下，第一個(gè)流體分配組件80僅僅是具有機(jī)器加工的流體通道81的板。第二個(gè)流體分配組件82包括上板83和機(jī)器加工的流體通道85和下板84。下板84具有入口端86a和87a，出口端86b和87b。兩個(gè)流體的每個(gè)流向如圖中88和89所示。螺釘14把所有三個(gè)板和全部熱板10的其他組件(圖中沒(méi)給出)夾在一起。由于沒(méi)有混合流體88和89，由另外的熱分配組件80引入額外容量，其能夠降低系統(tǒng)改變溫度的速度，但因?yàn)槿菀字圃炜赡苁瞧谕摹?br> 圖11顯示了第一個(gè)分配組件80下面的第二個(gè)流體分配組件82。這兩個(gè)流體組件80和82連接的順序不固定，其中一個(gè)可以在另一個(gè)的上邊。
圖3中熱板10的加熱器組件12是柔性加熱器型，圖12單獨(dú)地顯示了該部件。首選類型是Kapton蝕刻箔型加熱器，由于該加熱器熱容量小，僅0.01英寸厚，生產(chǎn)成本低，并且商業(yè)上可以得到。該加熱器可以是單片單元并仍然具有多種電路，可為熱板10提供分區(qū)加熱。另一個(gè)能使用的加熱器類型具有蝕刻薄膜電路或線繞電路，被稱為“柔性硅”。首選Kapton型是因?yàn)槠渚哂凶罡叩牟僮鳒囟?高達(dá)200℃-并提供最大功率密度水平。另一種能使用的加熱器類型是基于厚膜技術(shù)的加熱器，如密蘇里州圣路易斯市的Watlow公司的產(chǎn)品。最后，加熱器可以在晶片上制造，這是半導(dǎo)體芯片可以作為加熱源使用的方式。
圖12顯示了3區(qū)或3電路加熱器。兩末端區(qū)50和51的溫度控制熱板組件10的末端，因?yàn)橛休^大的表面積以及裝置和連接的位置，組件10遭受了較大的熱損失和熱獲取。第三區(qū)52位于中間。每個(gè)加熱器具有電連接53?？?4使得螺釘14(例如圖3所示)能夠穿過(guò)而到達(dá)真空分配部件。可以通過(guò)線性非開(kāi)關(guān)直流電源，交流電源，或開(kāi)關(guān)直流電源110控制加熱器，而這些電源由控制器34(見(jiàn)圖1)或任何其他方便方式調(diào)節(jié)。溫度傳感器優(yōu)先集成在熱板10中，用于向控制系統(tǒng)34提供反饋信號(hào)，這是本領(lǐng)域中的習(xí)慣作法。熱板10的每個(gè)區(qū)域最好配備至少一個(gè)溫度傳感器。
為達(dá)到理想性能并避免加熱器燒壞，加熱器必須與流體部件11和真空板部件13都處于良好熱接觸之中(如圖3所示)。因此，優(yōu)選的連接方式是把加熱器卡在真空部件13和流體分配部件11之間。加熱器也可以放在流體分配部件11之下，并與單獨(dú)的加熱器卡盤卡在一起。
加熱器也可以配備集成的溫度傳感器，例如熱電偶。使用上述類型加熱器時(shí)常這樣做。但是，本發(fā)明中，優(yōu)先把溫度傳感器放置在緊靠上表面55(見(jiàn)圖2)的地方，這也是測(cè)試中器件緊密接觸的地方。理想的位置是嵌入下面的真空板39中。其他加熱部件類型，如放熱元件型加熱器可以鑄造在一個(gè)板中，并卡在真空分配部件13和流體分配部件11之間。然而，由于這種類型的加熱器具有相當(dāng)大的熱容量，且增加了將其鑄入的板的質(zhì)量，這種加熱器不是本申請(qǐng)的優(yōu)先選擇。
加熱器(一個(gè)或多個(gè))能夠以兩種方式運(yùn)行，從而防止全部加熱器的峰值功率消耗超出已經(jīng)在許多生產(chǎn)裝置中方便使用的功率源。關(guān)于圖2所描述的熱板10，整體的幾何尺寸大約是254mm×63.5mm×12.7mm。典型取送機(jī)最多含有10個(gè)這種熱板10。由于這種幾何尺寸，在不到5分鐘之內(nèi)加熱板所需的加熱容量大約是600w。但其穩(wěn)態(tài)最大運(yùn)行負(fù)載僅大約是250w。因此，為減少或限制峰值功率消耗(許多生產(chǎn)機(jī)器被限制在208V和30A，或大約6kW)，加熱器可以使用電開(kāi)關(guān)單元運(yùn)行。開(kāi)關(guān)單元111，作為加熱器功率源110的可選擇部件(如圖12所示)，能夠改變到加熱器的電壓源。在兩種電壓源的情況下，第一種可以是208V，第二種是120V，如圖12所示。因此，當(dāng)機(jī)器空閑時(shí)(如電機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于靜止?fàn)顟B(tài))，提供給機(jī)器的近似全部功率可以被加熱器使用，因此，熱板10的溫度能夠快速改變。系統(tǒng)工作時(shí)(如電機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)行)，系統(tǒng)為加熱器提供較低的電壓，加熱器以較低功率容量運(yùn)行，并以較低速率保持或改變溫度。這種技術(shù)使加熱器和其他系統(tǒng)能夠一起運(yùn)行，而不超出典型峰值功率限制。
也可以使用其他方式達(dá)到功率控制，例如，通過(guò)把第二個(gè)加熱器組件連接到熱板10的流體分配組件13上。當(dāng)需要快速改變溫度時(shí)(當(dāng)系統(tǒng)空閑時(shí)-電機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)不運(yùn)行)，激勵(lì)大功率加熱器組件。常規(guī)操作中運(yùn)行小功率加熱器。本方法(非首選實(shí)施方案)的發(fā)展趨勢(shì)必然是，第二個(gè)加熱器組件增加了整個(gè)熱板部件10的熱容量，并提高了所需的總加熱器功率和冷卻容量。
使用已知技術(shù)的控制系統(tǒng)34，能夠控制峰值功率的使用。控制系統(tǒng)，例如，可能降低當(dāng)電機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)正在吸取功率時(shí)加熱器專用的功率。另一方面，當(dāng)加熱器單元吸取峰值功率時(shí)，控制系統(tǒng)34可以禁止電機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)操作。
圖13顯示了真空分配組件13。該實(shí)施例中，真空組件13包括兩個(gè)板，上真空板38和下真空板39，它們分別地向夾持就位的每個(gè)器件分配流體。上板38優(yōu)先通過(guò)方便拆卸的方式緊固在下板39上。在所示的實(shí)施例中，使用一系列螺釘37達(dá)到可拆卸的連接。下真空板39作為集合營(yíng)起作用，并提供主要真空區(qū)70。這允許不同的上真空板38與一個(gè)共用的下真空板39結(jié)合起來(lái)使用。上真空板38具有機(jī)器加工的孔71的陣列，這些孔由較小通道72連接，這些通道72也加工到上真空板中。真空端口71與樣品引線框架116的每個(gè)器件115對(duì)齊(如圖15所示)，因此，器件的引線框架被拉出并緊靠在上真空板38上。當(dāng)真空板38和39被堆疊起來(lái)并緊固在一起時(shí)，然后，這些通道72把孔71連接到主真空區(qū)70上。通過(guò)這種方式，可以輕易移動(dòng)拆除上板38，并將其與具有不同孔71配置的另一個(gè)板交換。上真空板38也可以是一塊多孔材料，例如由俄亥俄州湖木市的先進(jìn)陶瓷公司生產(chǎn)的泡沫鋁，這使得其與器件形狀或器件陣列的配置無(wú)關(guān)。某些情況下，無(wú)論帶孔或作為多孔材料的上板38都具有完整表面特征，或作為獨(dú)立實(shí)體提供定位器件或支撐例如帶有引線的器件的部件。
最后，圖14中顯示了熱板10的優(yōu)選實(shí)施例，用于把制冷劑的用量減少到最低限度。真空部件13用真空源103提供的由螺線管閥控制的真空96進(jìn)行操作。優(yōu)先的情況是，熱板10的流體分配部件11的設(shè)計(jì)意圖在于利用在低于室溫操作中通過(guò)LN2源(例如真空瓶104)提供的并由螺線管閥91控制的液氮90運(yùn)行。為在室溫到160℃范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，一般不希望使用任何液氮。但是，為能夠在室溫到160℃范圍內(nèi)快速冷卻以及加熱熱板10，希望使用液氮。從高溫冷卻到室溫并達(dá)到非常短的冷卻傾斜時(shí)間(約5分鐘)，一般采用的方法是使用壓縮空氣。壓縮空氣在許多工廠都可得到。當(dāng)?shù)貌坏綍r(shí)，可以在取送機(jī)中使用例如低成本的HVLP(大體積低壓力)單元，例如馬薩諸賽州阿靈頓市的Lexaire公司生產(chǎn)的URBODRYER，安裝壓縮空氣源。在低溫操作中，液氮90和加熱器組件12控制熱板10的溫度。氣流92和93由壓縮空氣源105和106提供，并由閥94和95分別控制。這種情況下，閥94和95沒(méi)有激勵(lì)。在室溫到熱的操作中，若希望提高溫度控制性能，氣流92可以被激勵(lì)。在冷卻過(guò)程中，加熱器組件12的加熱器被關(guān)閉，同時(shí)，真空96，氣流92和93都被激勵(lì)。對(duì)于熱交換設(shè)計(jì)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，熱板10的響應(yīng)將依賴正在供應(yīng)的壓縮空氣93和93的溫度和通過(guò)板的凈流速是眾所周知的。
按照上述內(nèi)容制造的取送機(jī)具有幾種重要優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其能夠提供快速的變溫時(shí)間，快速的加熱時(shí)間，即使對(duì)于相對(duì)較小的占地面積(footprint)亦是如此。因?yàn)榘雽?dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備的占地面積成本(squarefoot cost)較高，較小的占地面積對(duì)于半導(dǎo)體取送機(jī)非常重要。對(duì)流熱傳導(dǎo)系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)容量能夠?yàn)槠骷峁?0秒數(shù)量級(jí)的加熱時(shí)間，與此相比，傳統(tǒng)取送機(jī)類型的系統(tǒng)是大約120秒。還期望能夠提供小于5分鐘的變溫時(shí)間，與此相比，傳統(tǒng)系統(tǒng)的時(shí)間為約20到60分鐘。通過(guò)多區(qū)加熱/冷卻安排(該安排允許很低的熱容量)和能夠控制往系統(tǒng)增加或從系統(tǒng)去除熱量的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)。
雖然可以使用熱-電元件加熱和冷卻，但即使不使用它們，前述系統(tǒng)能夠非常方便有效地運(yùn)行。
而且，當(dāng)取送機(jī)的機(jī)械部件在吸取功率或有其他功率控制機(jī)構(gòu)時(shí)，這種系統(tǒng)通過(guò)向加熱部件提供低電壓電平而降低了峰值功率。
已經(jīng)描述了一個(gè)實(shí)施例，還可以對(duì)其進(jìn)行許多代替或改變。例如，沒(méi)有描述控制器34所使用的特定控制機(jī)構(gòu)。然而，這種控制系統(tǒng)眾所周知。雖然，一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)熱板10的溫度小于期望的溫度設(shè)定點(diǎn)附近的某些“界限”時(shí)，將啟動(dòng)加熱器來(lái)提供熱量。相反，當(dāng)溫度高于預(yù)設(shè)點(diǎn)附近的界限時(shí)，將增加冷卻流體的流動(dòng)。優(yōu)選實(shí)施例中，界限大約是4℃或更小，這表示測(cè)試中部件的溫度將被控制在期望的溫度的±2℃內(nèi)。當(dāng)熱板10處于界限中時(shí)，理想情況是不進(jìn)行任何加熱或冷卻。
通過(guò)減少冷卻流體的流動(dòng)，而不是增加熱量，或減少熱量，而不是增加冷卻流體，都可以實(shí)現(xiàn)溫度控制。
同樣，優(yōu)選實(shí)施例描述了流體流動(dòng)被用于冷卻的情況。還可以使用流體流動(dòng)來(lái)加熱板10?？梢蕴峁┘訜崃黧w的獨(dú)立通道。另一方面，可以使用單個(gè)通道，使通道中的流體根據(jù)適當(dāng)情況交替地加熱或冷卻。通過(guò)熱或冷流體的獨(dú)立執(zhí)庫(kù)可以提供快速溫度改變。
同樣，沒(méi)有明確表明使用熱板10的取送系統(tǒng)的細(xì)節(jié)。本發(fā)明希望熱板10能夠用于所有種類的取送機(jī)。希望熱板10能夠裝配在活塞部件上，它將熱板10的上表面的半導(dǎo)體部件壓到用于測(cè)試的接觸器上。
當(dāng)前的優(yōu)選實(shí)施例是帶狀或引線框架類型取送機(jī)，也稱為平板取送機(jī)。在熱板10的上表面定位半導(dǎo)體部件帶需要機(jī)械機(jī)構(gòu)。利用真空部件13抽吸真空將確保部件和熱板之間的良好接觸，并保證部件處于需要的溫度。搬運(yùn)器中的有孔并把器件的下表面暴露在熱板10中的部件可以使用類似安排。
在一個(gè)取送機(jī)中可以使用多種熱板。例如，一些板可以用作浸泡區(qū)。在達(dá)到期望的測(cè)試溫度之前，部件可以放在浸泡板上。然后，將加溫部件傳輸?shù)綔y(cè)試點(diǎn)下面的活塞上的板上?；钊系陌鍖⒈３植考臏囟取Ｈ缓?，把部件轉(zhuǎn)移到非加熱區(qū)(de-soak area)中另一組熱板中的一個(gè)熱板上。在達(dá)到安全處理溫度之前，部件將呆在非浸泡區(qū)域的板上。
同樣，使用真空來(lái)把部件保持在熱板101上?？墒褂脵C(jī)械方式來(lái)強(qiáng)制部件與熱板10處于良好熱接觸之中。例如，可以在兩個(gè)熱板10之間壓住部件。
因此，本發(fā)明僅可由所附的權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍所限定。
權(quán)利要求
1.一種具有熱板的半導(dǎo)體取送系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)上表面，其中具有多個(gè)孔；(b)內(nèi)部區(qū)域，其具有i)其中形成的真空通道，該真空通道連與孔連接；ii)嵌在內(nèi)部區(qū)域的電阻加熱器；以及iii)一個(gè)通道，它具有流體入口和流體出口，所述通道嵌在內(nèi)部區(qū)域中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體取送系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于控制帶中多個(gè)半導(dǎo)體器件的溫度，其中多個(gè)孔與帶中的半導(dǎo)體裝置對(duì)齊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體取送系統(tǒng)，該系統(tǒng)另外包括冷卻流體源，所述流體源可開(kāi)關(guān)地結(jié)合在通道的流體入口上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體取送系統(tǒng)，其中，冷卻流體源是液氮。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體取送系統(tǒng)，其中，冷卻流體源是空氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體取送系統(tǒng)，該系統(tǒng)另外包括第二個(gè)通道，該通道具有嵌在內(nèi)部區(qū)域中的流體入口和流體出口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體取送系統(tǒng)，該系統(tǒng)另外包括與所述的一個(gè)通道連接的冷卻流體源和與第二個(gè)通道連接的第二個(gè)冷卻流體源。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體取送系統(tǒng)，其中，冷卻流體源提供閉環(huán)制冷劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體取送系統(tǒng)，其中，第二個(gè)冷卻流體源提供的冷卻流體是制冷流體。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體取送系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括a)流體控制閥，它連接在冷卻流體源和所述通道之間；b)第二個(gè)流控制閥，其與第二個(gè)冷卻流體源和第二個(gè)通道相連；c)控制器，它與第一個(gè)流體控制閥和第二個(gè)流體控制閥相連，該控制器操作以開(kāi)啟第二個(gè)流體控制閥，以把熱板的溫度降低到低溫操作所需的溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體取送系統(tǒng)，其中，第二個(gè)冷卻流體源提供液氮。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體取送系統(tǒng)，其中，冷卻流體源提供閉環(huán)制冷劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體取送系統(tǒng)，其中，冷卻流體源提供壓縮空氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體取送系統(tǒng)，該系統(tǒng)還另外包括多個(gè)伸出到通道中的突出物。
15.一種半導(dǎo)體取送系統(tǒng)，該系統(tǒng)的熱板擁有至少兩個(gè)與其產(chǎn)生熱接觸的電阻加熱器，其中電阻加熱器具有功率輸入端和取送系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括a)電-機(jī)械部件，它具有功率輸入端，該部件用于在取送系統(tǒng)中移動(dòng)半導(dǎo)體；b)開(kāi)關(guān)單元，它連接在至少兩個(gè)電阻加熱器的功率輸入端和電-機(jī)械部件的功率輸入端上，該開(kāi)關(guān)單元用于為電-機(jī)械部件開(kāi)關(guān)功率，使半導(dǎo)體能夠在取送系統(tǒng)中移動(dòng)，以及以至少較高水平和較低水平為電阻加熱器切換功率，其中當(dāng)功率切換到電-機(jī)械部件以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)時(shí)，禁止較高水平操作。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體取送系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)如下方式運(yùn)行a)操作取送系統(tǒng)，包括以第一個(gè)溫度來(lái)操作電-機(jī)械部件，關(guān)閉一部分電阻加熱器；b)當(dāng)禁止電-機(jī)械部件操作來(lái)把熱板的溫度提高到第二個(gè)溫度時(shí)，開(kāi)啟另外的電阻加熱器；以及c)運(yùn)行取送系統(tǒng)，包括以第二個(gè)溫度來(lái)操作電-機(jī)械部件，關(guān)閉一部分電阻加熱器。
17.一種使用其中具有熱板的半導(dǎo)體取送系統(tǒng)制造半導(dǎo)體芯片的方法，該方法包括以下步驟a)通過(guò)所述板中抽取真空，以便吸引半導(dǎo)體芯片靠近板；b)通過(guò)以下方法，控制板的溫度，這些方法包括i)利用與熱板的熱接觸的電阻性加熱器把溫度提高到期望的設(shè)定點(diǎn)；ii)利用通過(guò)至少一個(gè)熱板中形成的通道的流體流動(dòng)把溫度降低到期望的設(shè)定點(diǎn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體芯片的生產(chǎn)方法，該方法另外還包括步驟在取送系統(tǒng)中使用電-機(jī)械裝置移動(dòng)半導(dǎo)體或芯片；并且其中提高所述板溫度的步驟包括當(dāng)期望的溫升超出期望的溫度閾值時(shí)，把電阻性加熱器吸收的功率提高到超出其功率閾值從而提高板溫度，以及當(dāng)電阻性加熱器吸收的功率超出功率閾值時(shí)，不運(yùn)行電-機(jī)械裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的生產(chǎn)半導(dǎo)體芯片的方法，其中降低溫度的步驟包括a)當(dāng)期望的設(shè)定點(diǎn)小于當(dāng)前溫度一個(gè)期望的溫度閾值時(shí)，通過(guò)所述板中的通道以第一流速流動(dòng)第一種類型的流體，通過(guò)所述板中的通道以第二流速流動(dòng)第二種類型的流體；以及b)當(dāng)期望的設(shè)定點(diǎn)小于當(dāng)前溫度第二個(gè)期望的溫度閾值時(shí)，把第一種類型的流體的速度降為第三種流速。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，第三種流速約為0。
全文摘要
公開(kāi)了一種帶狀，引線框架的，或板型的用于測(cè)試半導(dǎo)體部件的取送裝置。該取送裝置具有嵌入的電阻加熱器的熱板組件。這些加熱器分區(qū)單獨(dú)控制，用來(lái)在高溫測(cè)試時(shí)為整個(gè)板提供均勻溫度。板中形成有冷卻通道。該板還提供混合通道，以便使用不同類型的冷卻流體以不同速率冷卻，或以不同水平保持低溫。該冷卻通道也分區(qū)配備，以提高溫度均勻性。在測(cè)試中用真空通道使半導(dǎo)體部件與熱板緊密接觸。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1426595SQ01808613
公開(kāi)日2003年6月25日 申請(qǐng)日期2001年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月25日
發(fā)明者安德烈亞斯·C·普法恩爾, 約翰·D·穆?tīng)?申請(qǐng)人:泰拉丁公司