專利名稱：具有改善的熱控制的用于電氣/可靠性測試的集成單元的制作方法
具有改善的熱控制的用于電氣/可靠性測試的集成單元
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體可靠性測試需要在嚴(yán)格溫度控制下的精確的電應(yīng)力和測量。典型的測試溫度的范圍是從稍微高于室溫到大約350°C的Tmax，但是空間溫度變化常常由測試中的裝置 (DUT)之間的自熱(焦耳熱)中的差異而加劇。此外，對低于250°C溫度而言容易獲得的DUT 插座、印刷電路板(DUT板)、以及絕緣材料都難以制造成用于更高的溫度。被優(yōu)化用于所需溫度范圍的對流爐已經(jīng)由該產(chǎn)業(yè)界使用了多年。然而，這些爐具有兩個固有缺點(diǎn)，限制了它們的性能(i)與其加熱機(jī)理(熱空氣對流)相關(guān)聯(lián)的大體積使得它們在僅需要每溫度小數(shù)量(5-15)的DUT時是不實(shí)用的；(ii)通過限定，溫度控制是全局的，所以局部溫度變化和非均勻性常常是成問題的。一種不同的方法已經(jīng)獲得了小的爐單元，其與單個DUT板集成在一起(現(xiàn)有技術(shù) 美國專利No. 6097200)，其中測試的DUT被維持在所需范圍內(nèi)的受控溫度。所述構(gòu)思是基于電加熱的表面，其經(jīng)由若干金屬板將熱傳遞給散熱器，并且定位成非常靠近DUT。盡管該單元是緊湊的，并且不涉及空氣對流，但是對于整個單元而言加熱是全局的，并且在DUT板上具有單個溫度傳感器。另一個局限是，只要被封裝的DUT的引腳分配被改變，就需要對 DUT板進(jìn)行改變。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個方面，提供了一種熱可控的集成單元，其配置成保持測試中的裝置。該集成單元包括至少一個加熱器板，其由導(dǎo)熱材料構(gòu)成并且設(shè)置有至少一個全局加熱器，該至少一個全局加熱器配置成對DUT板進(jìn)行全局加熱。集成單元的DUT板包括與至少一個加熱器板熱接觸的DUT板，該DUT板包括多個插座，每個插座配置成保持至少一個DUT。DUT具有導(dǎo)體路徑以在測試設(shè)備和插座中的DUT接線端之間傳導(dǎo)電信號。每個插座包括相關(guān)聯(lián)的溫度傳感器和單獨(dú)可控的局部加熱器，該局部加熱器配置成基于來自溫度傳感器的溫度指示來加熱該插座內(nèi)的DUT。


圖1是根據(jù)一個方面的DUT板組件的分解視圖。圖2是在沒有緩沖板的情況下的DUT板組件的分解視圖。圖3是DUT插座的俯視透視圖。圖4是圖3的DUT插座的橫截面圖。圖5是在沒有溫度傳感器的情況下的插座底板的俯視圖。圖6是DUT插座及其溫度傳感器的分解視圖。
具體實(shí)施例方式發(fā)明人已經(jīng)意識到加熱和集成技術(shù)，其中專門設(shè)計(jì)的加熱器板(其上印制有全局和局部的電加熱器)能夠與DUT板集成在一起，使得DUT插座可以與局部加熱器處于直接的
4物理接觸。另外，專門的溫度傳感器被物理集成在每個DUT插座中。在實(shí)踐中，該結(jié)果是在各個以及每個DUT處的優(yōu)異的溫度控制，而不必考慮DUT彼此間空間非均勻性和焦耳熱方面的差異。最后，該單元可以包括容易接近的、處于加熱區(qū)域外的印刷電路板，其中所必需的結(jié)合可以通過插入式的跳線來手動“編排”，使得其適于寬廣范圍的結(jié)合配置?，F(xiàn)在參照圖1，在一個方面中，本文稱為“DUT板組件”的主要部件包括兩個相同的加熱器板、兩個相同的緩沖板、DUT板、以及插座。圖1中示出了 DUT板組件的一個示例的透視分解圖。每個加熱器板(THB 頂部加熱器板；以及BHB 底部加熱器板)可以由金屬(例如不銹鋼)制成，其上印制有用于絕緣的薄的絕緣膜。加熱元件定位在絕緣層的頂部(例如，通過印制)，而印制的金跡線提供了至外部激勵的穩(wěn)定可靠且低阻抗的連接，以及需要的情況下的加熱元件之間的互連。緩沖板可以由電絕緣但導(dǎo)熱的材料(例如云母)制成，并且可位于加熱器板和DUT板之間，以避免作用在DUT板的印制層上的過量的機(jī)械應(yīng)力。在一個示例中，這些緩沖板本身沒有功能性目的，因此在圖1中僅為了參考而示出。以下的說明基于圖2，其類似于圖1，但沒有緩沖板。在所示的實(shí)施例中，組件是“雙側(cè)的”，也就是說，在DUT 板的兩側(cè)上都具有DUT。現(xiàn)在參照圖2，THB (頂部加熱器板)被機(jī)械附接到DUT板DUTB的“頂部”，而BHB (底部加熱器板)被機(jī)械附接到DUT板的底部。相對于圖2，術(shù)語“頂部”和“底部”是任意的，這是因?yàn)楸旧聿⒉淮嬖陧敳炕虻撞浚莾H僅存在具有對稱結(jié)構(gòu)和布局的兩側(cè)。在圖 2中，各加熱器板總共具有八個加熱元件，但是該數(shù)量在特定的實(shí)施例之間可以根據(jù)需要而改變。四個加熱元件LH1、LH2、LH3和LH4是“局部的”，也就是說，各局部加熱元件位于單個插座之下。全局加熱元件GHL和GHR分別定位在加熱器板的左側(cè)和右側(cè)，這樣它們對整個DUT板進(jìn)行加熱，而不是對特定的插座進(jìn)行加熱。兩個余下的元件BH和TH分別定位在加熱器板的底部和頂部。這些加熱器控制頂部插座和底部插座的局部溫度，并且還對頂部邊緣和底部邊緣處的熱損失進(jìn)行補(bǔ)償。要注意的是，這些加熱元件中的每一個都能夠被獨(dú)立啟用至適合的水平或者關(guān)掉，而不會影響其它加熱元件的狀態(tài)。在一個示例中，對加熱元件的獨(dú)立控制是使用彈簧加載的引腳(彈簧引腳(pogo Pins))來實(shí)現(xiàn)的，以便經(jīng)由鍍金的焊點(diǎn)(圖2中的PCS)來輸送電激勵。一般地，大多數(shù)熱可由全局加熱器輸送，而局部加熱器主要用于微調(diào)DUT溫度。全局加熱器和DUT板之間的強(qiáng)熱聯(lián)接，以及每個DUT封裝、其插座和下面的局部加熱器之間的強(qiáng)熱聯(lián)接導(dǎo)致了對DUT的精確、穩(wěn)定和快速的溫度控制。圖3、圖4和圖5用于更加詳細(xì)地對DUT周圍的熱作用進(jìn)行圖示。要注意的是，特定的插座(如美國專利6798228中公開的)以及該申請中示出的DUT封裝代表了一個示例， 并且一般可以使用帶有與局部加熱元件處于緊密熱接觸的集成溫度傳感器的任意高溫插座；合適的DUT板和加熱器板可以被制成對其進(jìn)行容納。圖示的示例中的DUT插座由兩個板制成底板Sb和頂板M。溫度傳感器SENT被插入到底板內(nèi)的凹槽中，且其引線由傳導(dǎo)彈簧(SPR)和接收器(PIN)連接。類似地，被封裝的DUT的接線端被插入到頂板和接收器內(nèi)的孔中，并且接觸在下面的、位于DUT板DUTB上的焊點(diǎn)(SPAD)。與彈簧作用、接收器的機(jī)械附接、以及該接觸方案的優(yōu)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的細(xì)節(jié)是已知的(參見例如美國專利67982 ),并且在此將不再進(jìn)一步論述。底板插座板Sb成形為使得接收器引腳的區(qū)域凸出，從而配合加熱器板THB (或BHB)中的切口⑶TO。具有溫度傳感器的Sb的中心部分實(shí)際地觸及加熱器板的相關(guān)局部加熱器?？傮w來說，插座、其局部加熱元件、其溫度傳感器、DUT封裝、以及DUT板形成了良好聯(lián)接的、緊密的組件，具有有效的熱、電、以及機(jī)械特征，如通過圖6特別示出的那樣。當(dāng)?shù)湫偷母邷販y試開始時，所有單獨(dú)傳感器的溫度由專門的、基于微控制器的單元來讀取。在多數(shù)情形中，這些溫度遠(yuǎn)低于預(yù)期的測試溫度，所以全部加熱器都開啟。控制單元連續(xù)地讀取溫度，并且基于通常稱作PID (比例積分微分)的溫度控制算法來動態(tài)地關(guān)閉或開啟各個加熱器。“全局”加熱器和每插座(“局部”)加熱器的獨(dú)特組合對各個和每個被測試的封裝提供了精確的、迅速響應(yīng)的、且能量高效的溫度控制。因而，能夠看到，利用全局電加熱器和局部電加熱器，可以對每個DUT提供優(yōu)異的溫度控制，而不必考慮DUT之間的空間不均勻性和焦耳熱方面的差異。此外，可以實(shí)施提供了個體化連接的設(shè)計(jì)。一般而言，DUT以對于該DUT而言是獨(dú)特的方式結(jié)合到其封裝。例如，在典型的20引腳封裝中，引腳1可以連接電流源(current force) (+)，引腳5可以連接電流沉(一)，且引腳11和17可以是相關(guān)的感測引腳。然而， 不同的20引腳DUT可以使其相同的引腳以不同方式配置，用于連接到相同的信號。在一些示例中，可以提供引腳或跳線，用于重新配置如何將引腳連接到測試信號，使得相同的硬件 (例如，插座)可以用于大量不同的硬件配置。
權(quán)利要求
1.一種配置成保持至少一個測試中的裝置DUT的熱可控的集成單元，包括至少一個加熱器板，由導(dǎo)熱材料構(gòu)成，并且設(shè)置有至少一個全局加熱器，所述至少一個全局加熱器配置成對所述DUT板進(jìn)行全局加熱；以及與所述至少一個加熱器板熱接觸的DUT板，所述DUT板包括多個插座，每個插座配置成保持至少一個DUT，并且所述DUT板具有在測試設(shè)備和所述插座中的DUT的接線端之間傳導(dǎo)電信號的導(dǎo)體路徑，每個插座包括相關(guān)聯(lián)的溫度傳感器和單獨(dú)可控的局部加熱器，所述單獨(dú)可控的局部加熱器配置成基于來自所述溫度傳感器的溫度指示而啟用用于所述插座的局部加熱器，以便對所述插座中的至少一個DUT進(jìn)行加熱。
2.如權(quán)利要求1所述的單元，其中所述至少一個加熱器板是兩個加熱器板；以及所述DUT板被夾在所述兩個加熱器板之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的單元，進(jìn)一步包括由電絕緣但導(dǎo)熱的材料構(gòu)成的、且位于所述至少一個加熱器板和所述DUT板之間的緩沖板，所述緩沖板對所述DUT板提供機(jī)械支撐，以避免所述DUT板的印制層上的過量的機(jī)械應(yīng)力。
4.如權(quán)利要求1或2所述的單元，其中與每個DUT插座相關(guān)聯(lián)的溫度傳感器位于與所述DUT插座相關(guān)聯(lián)的凹槽內(nèi)，并且所述溫度傳感器的每個引線經(jīng)由彈簧聯(lián)接到所述至少一個加熱器板上的電路徑，其中所述引線通過引腳被施力以抵靠著所述彈簧。
5.如權(quán)利要求1或2所述的單元，其中所述加熱器中的至少一些被各自聯(lián)接到所述至少一個加熱器板上的電路徑，其中所述電路徑是到外部連接器的路徑，由此可以控制所述加熱器的啟用和停用。
6.如權(quán)利要求1或2所述的單元，其中所述加熱器中的至少一些被各自聯(lián)接到所述至少一個加熱器板上的電路徑，其中所述電路徑是到引腳接觸件的路徑，所述引腳接觸件具有彈簧加載的、插入到其中的引腳，所述引腳接觸件提供了外部連接，由此可以控制所述加熱器的啟用和停用。
7.如權(quán)利要求1或2所述的單元，其中在測試設(shè)備和所述插座內(nèi)的DUT的接線端之間傳導(dǎo)電信號的導(dǎo)體路徑是可重新配置的。
8.如權(quán)利要求7所述的單元，其中，所述可重新配置的導(dǎo)體路徑包括被提供用于重新配置如何將所述插座內(nèi)的DUT的引腳連接到所述測試信號的引腳或跳線。
9.一種控制集成單元的加熱器的方法，所述集成單元配置成保持至少一個測試中的裝置DUT，所述集成單元包括至少一個加熱器板，所述至少一個加熱器板由導(dǎo)熱材料構(gòu)成并且設(shè)置有至少一個全局加熱器，所述至少一個全局加熱器配置成對所述DUT板進(jìn)行全局加熱；以及，與所述至少一個加熱器板熱接觸的DUT板，所述DUT板包括多個插座，每個插座配置成保持所述至少一個DUT中的一個，并且所述DUT板具有在測試設(shè)備和所述插座中的DUT 的接線端之間傳導(dǎo)電信號的導(dǎo)體路徑，每個插座包括相關(guān)聯(lián)的溫度傳感器和單獨(dú)可控的局部加熱器，所述局部加熱器配置成基于來自所述溫度傳感器的溫度指示而啟用用于所述插座的局部加熱器，以便對所述插座中的DUT進(jìn)行局部加熱，所述方法包括控制所述至少一個全局加熱器以便對所述DUT板進(jìn)行全局加熱；以及接收來自所述溫度傳感器的信號，并且基于所述信號選擇性地啟用所述局部加熱器， 以在每個插座處維持期望的溫度。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中選擇性地啟用所述局部加熱器包括根據(jù)比例積分微分算法來處理所接收到的溫度傳感器信號。
全文摘要
根據(jù)一個方面，提供了一種熱可控的集成單元，其配置成保持測試中的裝置。該集成單元包括至少一個加熱器板，其由導(dǎo)熱材料構(gòu)成并且設(shè)置有至少一個全局加熱器，該至少一個全局加熱器配置成對DUT板進(jìn)行全局加熱。集成單元的DUT板包括與至少一個加熱器板熱接觸的DUT板，該DUT板包括多個插座，每個插座配置成保持至少一個DUT。DUT具有導(dǎo)體路徑以在測試設(shè)備和插座中的DUT接線端之間傳導(dǎo)電信號。每個插座包括相關(guān)聯(lián)的溫度傳感器和單獨(dú)可控的局部加熱器，該局部加熱器配置成基于來自溫度傳感器的溫度指示而加熱插座內(nèi)的DUT。
文檔編號G05D23/00GK102317802SQ201080007227
公開日2012年1月11日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月10日
發(fā)明者克里格 G., 赫施曼 J., 盧帕什庫 M. 申請人:夸利陶公司