зондовая головка
Классы МПК: | H05K1/18 конструктивно сопряженные с обычными (непечатными) электрическими деталями G01R11/06 магнитные цепи индукционных счетчиков |
Автор(ы): | Баринов Константин Иванович, Васильев Геннадий Федорович, Власов Владимир Евгеньевич |
Патентообладатель(и): | Баринов Константин Иванович, Васильев Геннадий Федорович, Власов Владимир Евгеньевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1990-02-22 публикация патента:
10.05.1995 |
Сущность изобретения: зондовая головка содержит основание, выполненное из монокристаллического полупроводника со сквозными отверстиями в виде усеченных пирамид. Основание выполнено не менее, чем из двух пластин, усеченные пирамиды совмещены большими основаниями, а полости заполнены токопроводящей жидкостью. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. ЗОНДОВАЯ ГОЛОВКА, содержащая основание, выполненное из монокристаллического полупроводникового материала, со сквозными отверстиями в виде усеченных пирамид, боковые грани которых выполнены в виде равнобочных трапеций, образованных кристаллографическими плоскостями монокристаллического материала основания, и размещенными в отверстиях зондами и токопроводящей жидкостью, отличающаяся тем, что, с целью повышения плотности размещения контактных элементов и увеличения надежности контактирования, основание зондовой головки выполнено составным, содержащим не менее двух пластин монокристаллического полупроводникового материала, усеченные пирамиды сквозных отверстий которых совмещены большими основаниями, а меньшие по площади основания усеченных пирамид образуют горловины сквозных отверстий, при этом зонды образованы токопроводящей жидкостью. 2. Зондовая головка по п.1, отличающаяся тем, что, с целью упрощения технологического цикла изготовления, в основания между двумя пластинами монокристаллического полупроводникового материала со сквозными отверстиями, выполненными в форме усеченных пирамид, введены дополнительные пластины из монокристаллического полупроводникового материала со сквозными отверстиями, размещенные соосно со сквозными отверстиями внешних пластин основания зондовой головки.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в устройствах контроля и измерения электрофизических параметров микросхем, микросборок и других устройств радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и изделий электронной техники (ИЭТ) повышенной группы сложности и высокой плотности компоновки элементов при проведении испытаний и проверок вышеперечисленных устройств и узлов на функционирование, контроле статических и динамических параметров, а также при межоперационном контроле в ходе промышленного изготовления последних. Целью изобретения является обеспечение надежности контактирования, уменьшение геометрических размеров контактов при одновременном уменьшении расстояния между ними. Это достигается тем, что в зондовой головке для устройств контроля, содержащей основание, на поверхности которого размещены контакты и проводники, основание зондовой головки выполнено из механически прочного материала, обеспечивающего возможность формирования контактов и проводников с точностью фотолитографической обработки, в объеме основания сформированы полости, электрически изолированные от объема последнего и сообщающиеся с поверхностями основания зондовой головки каналами, при этом внутренний объем полостей и каналов заполнен электропроводящим материалом, образующим при выходе на поверхность основания контакты. Конструкций зондовой головки для устройств контроля с признаками, аналогичными совокупности отличительных признаков предлагаемой конструкции и проявляющими те же свойства, не выявлено. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия". На фиг.1 представлен вертикальный разрез зондовой головки для устройств контроля предлагаемой коснтрукции, выполненной из полупроводникового материала, в объеме которого сформированы полости, оси которых совпадают с перпендикулярами восстановленными из центров контактных площадок измеряемых образцов (в качестве электропроводящего материала, заполняющего полости и каналы основания и образующего при выходе на поверхность основания контакты зондовой головки, используется жидкий металл, например ртуть или легкоплавкий металл, например индий, галлий и др. при этом основание подложки нагревается посредством ИК-излучателя, устанавливаемого в непосредственной близости над поверхностью зондовой головки); на фиг.2 то же, но полости и каналы заполнены электропроводящей жидкостью, в которой для обеспечения надежности контактирования кристаллографические плоскости ограничивающие полости и каналы покрыты слоями проводящего материала, например молибдена; на фиг.3 то же, но в качестве электропроводящего материала, заполняющего полости и служащего для формирования контактов зондовой головки, используются слои электропроводящей резины со специальными наполнителями или композивные материалы на основе углеродных волокон, а также другие токопроводящие высокомолекулярные соединения и смолы. Ниже приводятся примеры практической реализации предлагаемой конструкции зондовой головки для устройств контроля и случаи конкретного применения. Головка содержит пластины 1 и 2 монокристаллического кремния, выполняющие функции основания, семейства 3 кристаллографических плоскостей III, ограничивающие внутренний объем полостей, полости 4, сформированные в объеме материала основания, каналы 5 и 6, соединяющие внутренние объемы полостей 4 с поверхностями основания, слои 7 диэлектрического материала, сформированные на поверхностях семейства кристаллографических плоскостей III и 100, ограничивающих внутренние объемы как полостей 4, так и каналов 5 и 6, слои 8 диэлектрического материала, сформированные на верхней и нижней поверхностях основания, окно 9, посредством которого канал 6 выходит на верхнюю поверхность основания зондовой головки, контактную площадку 10 коммутационной системы. Кроме того, головка содержит шины 11 коммутационной системы, контактные площадки 12 коммутационной системы измеряемого образца, подложку 13 измеряемого образца, слои 14 электрического материала, сформированные на поверхности подложки измеряемого образца, электропроводящий материал 15, заполняющий внутренние объемы полостей 4 и образующий при выходе на поверхность зондовой головки контакты, контакты 16 из ртути или легкоплавкого металла, слои 17 проводящего материала, сформированные на поверхностях диэлектрического материала, ограничивающего внутренний объем полости 4 и каналов 5 и 6, кольцевой контакт 18, образованный слоями металла 17 при выходе на поверхности основания, материал 19, заполняющий полости 4 и каналы 5 и 6 и образующий при выходе на поверхность контакты зондовой головки, в качестве которого используются высокомолекулярные соединения с электропроводящими наполнителями. П р и м е р 1. С целью облегчения практической реализации предлагаемой конструкции зондовой головки для устройств контроля и полного использования достижений современной микроэлектронной технологии и конструирования основание зондовой головки выполнено из полупроводникового материала, например из пластин монокристаллического кремния. Для практической реализации данной конструкции использовались в качестве основания зондовой головки пластины монокристаллического кремния: верхняя 1 и нижняя 2. Пластины монокристаллического кремния использовались как n-, так и р-типа проводимости и отвечали требованиям ЕТО.035.206 ТУ или любого другого технического требования диаметром 100 мм и более. В данном конкретном случае использовался кремний с ориентацией рабочей поверхности (100) 100 КЭФ 4,5 (100)-480 ЕТО.035.206 ТУ. Используя методы фотолитографической обработки и анизотропного травления в местах, оси которых совпадали с соответствующими перпендикулярами, восстановленными из центров контактных площадок измеряемого образца, в каждой из пластин 1 и 2 основания зондовой головки формировали системы углублений, ограниченных семействами кристаллографических плоскостей III по периметру (см. фиг.1). При этом сформированные системы углублений при наложении пластин 1 и 2 одна на другую основаниями большой площади должны образовывать полости 4, сформированные в объеме монокристаллического кремния основания зондовой головки. Использование процессов фотолитографической обработки гарантирует точность воспроизведения геометрических размеров в плоскости пластины не хуже![зондовая головка, патент № 2035131](/images/patents/438/2035056/177.gif)
наличие в объеме основания полостей и каналов, соединяющих внутренние объемы полостей с поверхностями основания, причем осевые линии сформированных полостей и каналов совпадают с перпендикулярами, восстановленными из центров контактных площадок измерямых образцов;
в качестве материала основания используются механически прочные материалы, позволяющие проводить фотолитографическую обработку поверхностей;
внутренний объем полостей и каналов, сформированных в объеме основания, изолирован от объема основания слоями диэлектрического материала;
внутренний объем полостей и каналов, сформированных в объеме основания, заполнен либо жидким металлом, либо легкоплавким металлом, которые при выходе на нижнюю поверхность основания образуют контакты, представляющие собой жидкие зонды, а за счет сил межмолекулярного сцепления со слоями диэлектрика или металла, покрывающего внутренние поверхности полостей, создает надежный электрический контакт с металлом контактных площадок коммутационной системы зондовой головки;
с целью обеспечения надежного контактирования внутренний объем полостей покрыт слоями проводящего металла, например алюминия;
в качестве электропроводящего материала, заполняющего полости, сформированные в объеме основания и служащего для формирования контактов, используются высокомолекулярные соединения и смолы со специальными электропроводящими наполнителями, резины со специальными наполнителями, высокомолекулярные соединения, армированные углеродными волокнами;
геометрические размеры сформированных контактов лежат в диапазоне 10-40 мкм при величине расстояния между центрами двух соседних контактов 40-100 мкм. Использование конструкции зондовой головки позволяет устранить наметившиеся тенденции отставания средств контроля от достижений современных технологий микроэлектроники, обеcпечить качество и надежность измерительных систем и средств контроля за счет использования в технологическом цикле изготовления последних достижений микроэлектроники, повысить технико-экономическую эффективность производства средств контроля и измерительных систем за счет увеличения доли групповых операций обработки в процессе изготовления последних и резкого снижения доли механических прецизионных операций, требующих использования труда высококвалифицированных рабочих. Так, создание зондовых головок для измерения и контроля параметров полупроводниковых интегральных схем в составе пластин, причем количество зондов зондовой головки равно количеству контактных площадок всех интегральных схем, размещенных на поверхности рабочей полупроводниковой подложке, обеспечивает последовательное измерение параметров каждого отдельного кристалла с использованием мультиплексоров без перемещения зондовой головки. Кроме того, повышается надежность контактирования за счет более эффективного использования объема основания путем создания в последнем специальных полостей, заполненных электропроводящим материалом, а также повышается надежность контактирования с контактной площадкой измеряемого образца за счет использования "жидкого" зонда, сформированного на нижней стороне основания зондовой головки и предотвращающего механические повреждения контактной площадки, так как практически отсутствует приложение механических усилий. В значительной мере уменьшаются геометрические размеры как самих контактов до 10-40 мкм, так и расстояние между центрами двух соседних контактов (до 40-100 мкм) за счет использования приемов и методов микроэлектронной технологии. Улучшаются технико-экономические показатели производства узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и изделий электронной техники (ИЭТ) повышенной группы сложности и повышенной плотности размещения элементов за счет уменьшения геометрических размеров контактных площадок измеряемых образцов вследствие уменьшения геометрических размеров контактов зондовой головки и к тому же величины расстояния между последними, что позволяет увеличить число кристаллов на рабочей пластине и как следствие повысить съем годных кристаллов при тех же трудозатратах. Кроме того, впервые созданы измерительные системы, обладающие высокой степенью надежности и обеспечивающие высокую степень получения достоверной информации по результатам измерения электрофизических параметров полупроводниковых интегральных схем с большой (БИС), сверхбольшой (СБИС) и ультрабольшой (УБИС) степенью интеграции, количество контактных площадок (выводов) зачастую превышает 134 за счет использования в конструкции зондовой головки достижений технологии микроэлектроники и уменьшения геометрических размеров как самих контактов, посредством которых проводится контактирование, так и расстояния между последними. Расширяются функциональные возможности зондовой головки как для проведения межоперационного контроля электрофизических параметров непосредственно на рабочих пластинах в технологическом цикле изготовления полупроводниковых ИС в составе пластин, так и для выявления причин брака при контроле гибридных интегральных схем (ГИС) и микросборок. При этом впервые создано большое количество контактов (свыше 2,5 тыс. контактов) с шагом 200 мкм на площади в 1 см2, что позволяет с большой точностью проводить контроль гибридных интегральных схем на гибких носителях и проводить контроль электрических парамеров полупроводниковых ИС, не имеющих защитного слоя с целью выявления причин отказов и на этапе отработки технологии. Впервые появилась возможность проведения измерений динамических параметров полупроводниковых ИС в составе пластин за счет значительного сокращения как длины проводников коммутационной системы, сформированной на поверхности основания зондовой головки, количества паянных соединений, а также за счет использования иерархического принципа проведения измерений с использованием мультиплексоров. В значительной мере снижается материалоемкость измерительных устройств и устройств контроля за счет использования принципиально нового подхода к измерениям электрофизических параметров ИС, ГИС и микросборок на основе последних. Использование сформированных на нижней поверхности основания зондовой головки "жидких" зондов и контактов из полимерных соединений с электропроводящими наполнителями позволяет в значительной мере повысить надежность контактирования как за счет большей эластичности контактов зондовой головки, что способствует снижению требований к точности совмещения контактных площадок измеряемого образца с контактами зондовой головки, так и за счет особенностей формирования контактов жидкого зонда с поверхностью контактной площадки измеряемого образца, при этом не происходит механического повреждения поверхности контактной площадки измеряемого образца. Появилась возможность создания специализированной зондовой головки, предназначенной для измерения удельного поверхностного сопротивления четырехзондовым методов повышенной точности измерений за счет существенного уменьшения расстояния между зондами, а также за счет более точного выставления расстояния между последними, которые обеспечиваются применением методом микроэлектронной технологии. Количество контактирований, приходящихся на одну головку, удалось снизить за счет увеличения количества зондовых головок, располагаемых на одном основании зондовой головки. Кроме того, увеличился эксплуатационный ресурс зондовой головки за счет сокращения количества контактирований, отпала необходимость использования высококвалифицированного персонала для обслуживания зондовой головки, т.е. для выставления зондов и величин давления на последние для обеспечения качества контактирования, снизились в значительной мере эксплуатационные расходы за счет простоты обслуживания, полного отсутствия сложной механической части зондового манипулятора. Изобретение позволяет повысить производительность выполнения операций контроля электрофизических параметров полупроводниковых приборов за счет совмещения в одном технологическом цикле операций измерения статических параметров и контроля динамических параметров полупроводниковых ИС в составе пластин без проведения сборочных операций, в значительной мере снижающих общий процент выхода годных ИС и повышающих за счет использования корпусов стоимость ИС.
Класс H05K1/18 конструктивно сопряженные с обычными (непечатными) электрическими деталями
гибкий модульный узел - патент 2529488 (27.09.2014) | ![]() |
радиоэлектронный блок - патент 2513121 (20.04.2014) | ![]() |
мощная гибридная интегральная схема свч-диапазона - патент 2498455 (10.11.2013) | ![]() |
авиационное электронное оборудование - патент 2487506 (10.07.2013) | ![]() |
системная плата, включающая модуль над кристаллом, непосредственно закрепленным на системной плате - патент 2480862 (27.04.2013) | ![]() |
специализированное контактирующее устройство - патент 2446643 (27.03.2012) | ![]() |
электронный модуль - патент 2438209 (27.12.2011) | ![]() |
устройство контактное - патент 2426283 (10.08.2011) | ![]() |
монтажная панель для электронного компонента - патент 2423803 (10.07.2011) | ![]() |
радиоэлектронный блок - патент 2421951 (20.06.2011) | ![]() |