DE19630316A1

DE19630316A1 - Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung eines Bauelements

Info

Publication number: DE19630316A1
Application number: DE19630316A
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 1998-01-29

Description

1. Einleitung und Stand der Technik

Die Messung der Kenndaten (Durchbruchspannung, Leckstrom) von Hochvolt-Leistungshalbleiter-Bauelementen (IGBT und Diode) wird heute während der laufenden Produktion auf Waferebene mit Hilfe sogenannter Wafer-Prober und zugeordneter Tester weitgehend vollautomatisch durchgeführt. Erfolgt die Messung an Luft, kommt es regelmäßig zu elektrischen Überschlägen zwischen dem auf einem hohen Potential von bis zu 3500 Volt liegenden Säge- oder Ritzrahmen und den auf Masse gehaltenen Emitter- bzw. Gate-Pads. Um die zur Beschädigung oder Zerstö rung des Bauelements führenden Überschläge zu vermeiden, pas siviert man den Sägerahmen durch Spülung mit einem schweren inerten Gas. In der Fertigung kommt üblicherweise SF₆ als Schutzgas zum Einsatz. Es ist vergleichsweise teuer in der Anschaffung und erfordert einen geschlossenen Kreislauf, da im Falle von Überschlägen toxische Komponenten entstehen.

Das im Labor praktizierte Eintauchen des Wafers in eine pas sivierende Flüssigkeit (beispielsweise Flurinert FC 43) bzw. das Überziehen der Waferoberfläche mit einer solchen Flüssig keit eignet sich wegen des den Durchsatz an Wafern begrenzen den Aufwandes nicht für das fertigungsnahe Hochspannungste sten von Leistungshalbleiter-Bauelementen. Darüber hinaus würde der Einsatz dieser Passivierungstechnik durch den Ver brauch des gesundheitsschädlichen Flurinert relativ hohe Ko sten verursachen (Preis ca. 300,- DM/Liter, Bedarf ≈ 2 Liter pro 50 Wafer).

2. Gegenstand, Ziele und Vorteile der Erfindung

Die Erfindung hat eine Vorrichtung zur elektrischen Kontak tierung eines Bauelements zum Gegenstand. Die Vorrichtung soll elektrische Überschläge beim Testen von Hochvolt-Lei stungshalbleiter-Bauelementen auch ohne Verwendung von Schutzgasen und Passivierungsflüssigkeiten sicher verhindern. Angestrebt wird ein einfacher Aufbau, der es ermöglicht, be stehende Prüfanlagen kostengünstig nachzurüsten. Eine Vor richtung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen besitzt diese Eigenschaften. Die abhängigen Ansprüche betref fen Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Vor richtung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ersetzt die in konventionel len Prüfanlagen verwendeten Nadeladapter, so daß man auf den Einsatz des teuren und gesundheitsschädlichen Schutzgases SF₆ verzichten kann. Die Kosten für den Betrieb der Anlagen sin ken dadurch erheblich. Je nach Anzahl der in der Produktion vorhandenen Prüfanlagen liegt das Einsparvolumen bei bis zu mehreren 100.000 DM pro Jahr. Dem stehen Zusatzkosten für die Umrüstung einer Prüfanlage von etwa DM 80,- gegenüber. In neuen Prüfanlagen können die den Schutzgasbetrieb betreffen den Komponenten und Einrichtungen entfallen, was sich günstig auf den Anschaffungspreis auswirkt.

3. Zeichnungen

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 erläutert. Dargestellt ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kontaktierungsvorrichtung im Querschnitt.

4. Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Die in der Figur im Querschnitt dargestellte und gemäß der Erfindung modifizierte Nadelkarte 1 wird als mechanische Kon taktiereinheit in den sog. Wafer-Prober (Modell 2001 CK der Fa. Elektroglas, Santa Clara, CA/USA) eingebaut. Der Prober hat die Aufgabe, den zu überprüfenden Wafer 2 aus einem Vor ratsbehälter zu entnehmen, ihn anhand optischer Marken bezüg lich der Nadelkarte 1 auszurichten, die elektrischen An schlüsse 2 (Pads) der auf dem Wafer 1 vorhandenen Bauelemente 4/4′/4′′ nacheinander mit den Nadeln 5 in Kontakt zu bringen, fehlerhafte Bauelemente 4/4′/4′′ zu markieren und den Wafer 2 schließlich wieder im Vorratsbehälter abzulegen. Eine als DUT-Board bezeichnete Einheit speist die erforderlichen Be triebs- und Testspannungen in das jeweils kontaktierte Bau element 4 ein. Die Auswertung der gemessenen Bauelementpara meter erfolgt in einem Rechner, der auch das DUT-Board an steuert. Entsprechende Tester liefert die Fa. Hewlett Pack ard, Santa Clara, USA. Mit Hilfe der aus der Nadelkarte 1, dem Waferprober und dem Tester bestehenden Anlage läßt sich beispielsweise innerhalb von nur etwa 1-1½ Minuten über prüfen, ob die auf einem 5-Zoll-Wafer 2 derzeit vorhandenen 40-50 IGBT-Bauelemente 4/4′/4′′ (3500 Volt, 50 A) den ge stellten Anforderungen hinsichtlich Sperrspannung, Sätti gungsspannung, Leckstrom, Qualität des Gateoxids usw. genü gen.

Die Fig. 1 zeigt die auf dem Wafer 2 aufsitzende Nadelkarte 1. Der Kontakt zwischen den Nadeln 5 der Karte 1 und den An schlüssen 3 des jeweiligen Bauelements 4 wird dadurch herbei geführt, daß der auf einem Positioniertisch angeordnete Wafer 2 von unten an die Nadelkarte 1 heranfährt. Da insbesondere Hochvolt-IGBTs neben dem Gate-Anschluß häufig mehrere Emit terpads besitzen, muß die Karte 1 über eine entsprechende An zahl von Nadeln 5 verfügen. Um den in einer Nadel 5 fließen den Strom auf maximal etwa 2 A zu begrenzen, ist es häufig notwendig, die einzelnen Pads 3/3′ jeweils mit mehreren Na deln 5 zu kontaktieren.

Die Nadeln 5 sind an einer Leiterplatte 6 befestigt und je weils über einen Metallring 7/7′ mit einer als Leiterbahn ausgebildeten Metallisierung 8/8′ verbunden. Eine einen Ab standshalter 9/10 und einen federbelasteten Hohlkörper 11 aufweisende elektrische Abschirmung umschließt die Kontaktna deln 5 ring- oder rahmenförmig, wobei der in einer wafersei tigen Öffnung des Abstandhalters 9/10 axial verschiebbar ge lagerte und mit einer Auskragung 12 versehene Hohlkörper 11 vorzugsweise aus Teflon besteht. Da der insbesondere zylin der- oder ringförmige Hohlkörper 11 (Höhe: h = 10 mm, Innen radius: r_i = 5 mm, Außenradius: r_a = 7 mm ) innerhalb des dem jeweiligen Bauelement 4 zugeordneten Ritz- oder Sägerahmens 13 aufliegt, kann das im Bereich des Rahmens 13 austretende elektrische Streufeld keinen Überschlag zwischen dem Rahmen 13 und den Nadeln 5, bzw. zwischen benachbarten Bauelementen 4/4′ auslösen. Eine abschirmende Wirkung entfaltet auch der wie die Leiterplatte 6 aus einem Epoxidharz gefertigte ring förmige Teil 9 des Abstandshalters, den kreisförmig angeord nete Metallstege 10 mechanisch starr mit der Leiterplatte 6 verbinden. Die am ringförmigen Teil 9 befestigten Federele mente 14/14′ erzeugen den den Hohlkörper 11 auf der Wafer oberfläche fixierenden Anpreßdruck, wobei der in einer wa ferseitigen Nut angeordnete O-Ring 15 eine ganzflächige Auf lage des Hohlkörpers 11 gewährleistet. Als Federelemente 14/14′ finden im einfachsten Fall bis zu vier axialsymme trisch angeordnete, die Auskragung 12 belastende Stahlfedern Verwendung. Sie verschieben den Hohlkörper 11 nach dem Lösen des Kontaktes so weit nach unten, bis die Auskragung 12 auf dem ringförmigen Teil 9 aufliegt. Da die waferseitige Beran dung des Hohlkörpers 11 in dieser Stellung unterhalb der durch die Nadelspitzen definierten Ebene liegt, setzt er stets vor den Kontaktnadeln 5 auf.

5. Ausgestaltungen und Weiterbildungen

Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel. So ist es ohne weiteres möglich,

- den Hohlkörper 11 nicht aus Teflon, sondern aus Gummi, ei nem Elastomer oder einem anderen, dielektrisch isolieren den, mechanisch stabilen Material zu fertigen,
- den Querschnitt des Hohlkörpers 11 quadratisch oder recht eckförmig auszubilden,
- die Metallstege 10 durch einen mit dem ringförmigen Teil 9 und der Leiterplatte 6 verklebten/verschweißten und aus ei nem elektrisch nichtleitenden Material bestehenden Ring zu ersetzen,
- den ringförmigen Teil 9 und die Auskragung 12 des Hohlkör pers 11 durch ein Federelement zu verbinden, wobei das ge dehnte Federelement eine in Richtung des Wafers 1 wirkende Rückstellkraft erzeugt und
- das jeweilige Bauelement 4 durch Absenken der Nadelkarte 1 auf den Wafer 2 zu kontaktieren, wobei der Hohlkörper 11 immer zwischen den Emitter-/Gate-Pads 3 und dem jeweiligen Sägerahmen 13 aufsetzen muß.

Claims

1. Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung eines Bauele ments (4) mit einer an einer Halterung (6) befestigten mecha nischen Kontaktiereinheit (5) und einer bauelementseitig of fenen, die mechanische Kontaktiereinheit (5) ring- oder rahmen förmig umschließenden elektrischen Abschirmung (9, 10, 11).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung einen an der Halterung (6) befestigten Abstandhalter (9, 10) und einen in einer bauelementseitigen Führung des Abstandhalters (9, 10) axialverschiebbar angeord neten, aus einem elektrisch nicht leitenden Material beste henden Hohlkörper (11) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mindestens ein auf den Hohlkörper (11) wirkendes Federelement (14, 14′).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (14, 14′) einer Verschiebung des Hohl körpers (11) in Richtung der Halterung (6) entgegenwirkt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag (12) die Verschiebung des Hohlkörpers (11) in Richtung des Bauelements (4) begrenzt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auskragung (12) des Hohlkörpers (11) als Anschlag dient.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lateralen Abmessungen des Hohlkörpers (11) in einer senkrecht zu seiner Symmetrieachse orientierten Ebene kleiner oder höchstens gleich groß sind wie die entsprechenden Abmes sungen des Bauelements (4).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch einen Hohlkörper (11) mit kreisförmigen oder rechteckförmigen Querschnitt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (11) aus einem dielektrisch isolierenden Material besteht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Bauelement (4) aufsitzende Berandung des Hohlkörpers (11) eine mit einem elastischen, elektrisch iso lierenden Material (15) gefüllte Nut aufweist.