專利名稱：用于快速測試的半導體取送機的制作方法
相關申請本申請要求保護系列號為XXX的臨時申請的優(yōu)先權，該臨時申請的題目為“用于快速測試的半導體取送機”，作者為Andreas C.Pfahnl和John D.Moore，申請日為2000年4月25日。
自動測試設備通常用于測試。取送裝置用于以自動方式把芯片送往自動測試系統(tǒng)。取送封裝部件的取送裝置通常被稱為取送機。為全面測試芯片，通常以芯片額定運行范圍內(nèi)的多種溫度運行測試。例如，許多芯片的測試溫度在-55℃到+155℃范圍內(nèi)。取送機，除把芯片送往測試工作站和從測試工作站中取出，通常把部件加熱或冷卻到期望的測試溫度。
現(xiàn)有測試取送機加熱系統(tǒng)主要基于對流原理，其主要缺點在于變溫(slew time)時間長(20到60分鐘)和加熱時間(soak time)長(大于2分鐘)。“變溫時間”指的是取送機達到期望操作溫度所需的時間?！凹訜釙r間”指的是芯片在取送機中達到期望測試溫度所需的時間。
較短的變溫時間對于能夠快速從堵塞或機器故障中恢復非常重要，尤其在冷凍測試中，機器必須經(jīng)常通過再加熱去除霜凍和冷凝，較短的變溫時間特別重要。另外，變溫時間和加熱時間影響封裝改變時間——為測試新型器件而重新配置機器所需的時間。因為當需要封裝改變時，取送機必須恢復到環(huán)境水平溫度，其硬件和軟件配置也需要改動，然后產(chǎn)生期望的測試溫度，這就是變溫時間所起的一個作用。一旦機器達到溫度，若系統(tǒng)速度沒有被機械地限定，加熱時間定義了第一個器件達到測試位置的時間，這就是起的作用加熱時間。最終，若系統(tǒng)速度沒有被機械地限定，在裝載了許多新器件的情況下，加熱時間起主導作用，并定義第一個器件測試所需的時間。因為新批量的器件的出現(xiàn)和封裝改變的頻率總在經(jīng)常提高，變溫時間和加熱時間在描述機器的總效力或效率方面變得越來越加重要。
另外，許多基于傳導機制的加熱系統(tǒng)豎起來非常巨大，且用于嚴密控制溫度的裝置時有問題，尤其在高度并聯(lián)測試的情況下?；趥鲗У募訜嵯到y(tǒng)過去被認為是用于測試。然而，這種系統(tǒng)不能提供滿足高熱回旋速率設計的要求的裝置，不能滿足測試溫度范圍(-55℃到155℃)和誤差的要求(約±2℃)。如今，基于傳導的熱系統(tǒng)在測試中的最大用途在于探針應用(晶片測試)，其中的溫控卡盤(熱卡盤)對晶片上的IC進行支撐、傳輸、排列、溫度控制以及測試。
商用熱卡盤來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。該晶片卡盤在整個冷熱測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自一個溫度傳感器的反饋所調(diào)節(jié)。然而，由于測試晶片的時間遠遠大于測試一組封裝器件所需的時間，在探針應用中的回旋速率不象上邊那樣重要；一個晶片能擁有數(shù)百個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，不同卡盤設計的數(shù)量非常有限，且所需的僅有的典型改變在于改變測試接口，探針接口部件，或軟件/測試程序。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性，晶片的加熱時間一般遠快于封裝器件的加熱時間。因此，如果這樣，并且由于加熱時間影響力較小，探針不具有熱調(diào)節(jié)緩沖性能。
基于對流的熱系統(tǒng)已經(jīng)應用于封裝測試(取送機應用)，但主要用于在測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，見以前Jones(5,420,521)和Tustaniwskyi(5,821,505)的專利。許多IC，其功率相對較低(約小于10W)，不需要根據(jù)器件功率消耗進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雜性(每個器件都需要控制-反饋系統(tǒng))。而且，通常僅在微處理器的高端器件具有內(nèi)設的傳感器，其在測試過程中可能會用于溫度控制(5,821,505)。外部控制部件，如Jones(5,420,521)的專利，需要傳感器與每個測試中的器件排齊并接觸。由于器件類型繁多，達到溫度傳感器與每個器件類型/封裝類型的排齊很困難，成本高，也耗費時間。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)需要夾持動作來將器件夾在傳導系統(tǒng)和電測試插座之間，從而達到器件和傳導系統(tǒng)之間必須的壓力。自動設備中，通常需要并優(yōu)選使用真空來取放(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)。
明尼蘇達州圣保羅市的Micro Component公司的基于對流的設計(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/熱容量時需要)，需要過多電流和更大的控制系統(tǒng)復雜程度，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散熱器。現(xiàn)有技術中這種情況已經(jīng)通過使用閉環(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-55℃到155℃的溫度范圍內(nèi)一般達不到期望的5分鐘的斜坡速率。
先前的取送機操作單個芯片，芯片通過取送機在軌道上滑動。隨著裝置越來越小，一些取送機開始使用舟狀物來運送單個部件或一小部分部件。還有一些取送機使用盤狀物運送大量松散器件并同時把多個器件送往測試點。美國專利6,024,526顯示了盤型取送機的實例。
最近建議，取送機應該在從普通引線框架或電路板基底實際切斷/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，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，其余部分用于機械固定器件就位。制造過程中，有用于切斷電連接和機械連接的設備和處理。為測試仍然連接到引線框架或帶上的裝置，僅切斷電連接。
當建議取送機在帶中的芯片上操作時，需要一種改進的帶狀取送機。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種能夠在引線框架或帶上操作的取送機。
為了實現(xiàn)上述和其他目的，取送機配備具有多個與待測芯片緊密接觸的溫度控制區(qū)間的盤。
在一個實施例中，該盤包括真空端口，用于從引線框架或帶中取出芯片。
另一個實施例中，該盤具有多個加熱或冷卻區(qū)間。
圖9顯示了本發(fā)明的具有兩個流體源的實施方案的設計示意圖；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，和兩個壓縮空氣流的實施方案的示意性設計；圖15顯示了現(xiàn)有技術的芯片的引線框架。
優(yōu)選實施例說明圖1顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其結構和操作將被詳細敘述。優(yōu)選實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通過控制閥33和來自熱板組件10的一個或多個傳感器(圖中沒表示出)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。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)生的控制方案的實例是加熱組件12中利用線性非開關直流電源，交流電源或開關直流電源110的加熱器的開-關循環(huán)。
圖1顯示了冷卻流體的流向36?？刂崎y33調(diào)節(jié)熱傳導流體的流動?？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，它可以脈動調(diào)節(jié)流動。螺線管閥成本底，相對較小，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在每個真空端口71的頂部的IC器件可通過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)加熱和冷卻來使熱板10達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溫度穩(wěn)定時間也更快。下面逐個詳細描述三種主要組件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)選實施例中，流體組件11包括由螺釘14夾在一起的兩個板18和21。這兩個板的功能在于為熱交換流體提供流動路徑，圖中顯示了流向19a和19b，其冷卻整個熱板10，并是冷溫操作過程(亞環(huán)境)中溫度控制的主要來源。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。這兩個板18和21可以用螺釘14(如該實施例所示，它們擰到了下真空板39中)或根據(jù)選擇的材料和設計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，尤其是如果熱傳導流體的泄漏是個問題的話更需如此。選擇的材料沒有限制，但優(yōu)選具有高熱傳導率和低熱容量(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，支撐直立的結構或其他結構如機器人被裝配在該結構上。特別地，裝配面26可以有凸臺或其他特征(圖中沒顯示)來幫助裝配。流體通道20的一般性設計遵循標準熱交換設計實踐，如熱傳導教科書中所述(例如Rohsenow等著的熱傳導手冊，此處作為參考資料引入)。下面還要敘述熱設計中允許的本發(fā)明結構的靈活適應性。
如圖3的實施例所示的流體通道20是單繞通道。流體組件11還可以具有多個通道，如圖4所示。在此實施例中，下邊的流體板23把上流體板22的通道60和61密封起來，并包括每個通道的入口端62a和62b，以及出口端63a和63b。然后，圖5顯示了具有多個通道64a，64b，64c，64d，64e，64f的流體組件11的另一個實施例，該通道都被加工成上板24，它們來源于相同供應端口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，因為這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，以便通過加強或引發(fā)混合，或通過增大暴露的表面積來加強熱傳導。
圖6顯示了具有葉片增加熱傳導的實施例。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對齊的葉片27。這些葉片27通過增加通道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。
圖7顯示了可選擇的實施例，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。這些肋通過前述兩種加強方法也增加熱傳導。當然還存在其他熱傳導加強方法，但此處不進行深入討論。對于熱交換領域的技術人員(如見Rohsenow等著的熱傳導手冊)，葉片或其他深入到流體通道以加速熱傳導的突出物的設計是一般性實踐知識。作為本發(fā)明的一部分的流體分配組件13的板型結構提供包含了上述優(yōu)良特征的裝置。
通道20可以設計為單相流動(強制對流)或多相流動(強制對流及其中液體，例如水、制冷劑、或冷凍劑的沸騰)。若使用制冷劑，舉例來說，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容易適應不同用戶愛好和系統(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，例如把壓縮機建在取送機中或來自連接著取送機的設備內(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，并可來自任何方便來源。
熱板10類似于前一實施例，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使用來自熱板10的溫度反饋35以和先前描述的相似的機制控制閥133和135。這種安排有助于最少使用昂貴的液氮。商業(yè)可以得到的開關(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)來自熱板10的溫度反饋調(diào)節(jié)流體流動。需要注意的是，不可能根據(jù)熱傳導性能，壓力下降性能，通道幾何學和長度來設計最優(yōu)的通道，但這種系統(tǒng)仍然可以運行良好。
當需要或期望使用第二個流體源進行補充冷卻時，但在流體不能混合的情況下，可以改進熱板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\行，并不必須意味著每個通道的流體混合起來。
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實現(xiàn)冷卻。例如，當熱板10處于高溫時，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。也可以反過來使用壓縮空氣，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?；蛘呷粜枰晕⒔档蜏囟?，則可以使用冷卻劑。
也可以使用不同流體來提供較少的操作成本或提供快速回旋速率。例如，用開環(huán)方式快速把熱板10冷卻到亞室溫溫度時，可以使用LN2或一些其他制冷劑。然而，一旦達到期望的溫度，可以使用閉環(huán)制冷劑來維持期望的溫度。混合通道允許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油，如特拉華州新方舟市的Dow化學公司生產(chǎn)的Syltherm。某些應用中也可以是普通制冷劑。第二個流體通道41與第一個通道40處于同一高度，并因此被稱為混合。第二個通道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。第二個流體43的溫度比第一個流體42要低的多，最好約100℃或更多。僅當用來輔助冷卻主要流體42時才激活第二個流體43。必要原因在于大多數(shù)閉環(huán)機械冷卻系統(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，通過熱板10的溫度極低的第二個流體43(例如液氮，其可由壓縮真空瓶中供應)能夠把熱板10更迅速地冷卻并轉變到更低的溫度。
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顯示了另一個實施例，其中有兩個流體分配組件，它們是整個熱板10的一部分，前邊被稱為堆疊方案。這種情況下，第一個流體分配組件80僅僅是具有機器加工的流體通道81的板。第二個流體分配組件82包括上板83和機器加工的流體通道85和下板84。下板84具有入口端86a和87a，出口端86b和87b。兩個流體的每個流向如圖中88和89所示。螺釘14把所有三個板和全部熱板10的其他組件(圖中沒給出)夾在一起。由于沒有混合流體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，但因為容易制造可能是期望的。
圖11顯示了第一個分配組件80下面的第二個流體分配組件82。這兩個流體組件80和82連接的順序不固定，其中一個可以在另一個的上邊。
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型是因為其具有最高的操作溫度-高達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，因為有較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)能夠穿過而到達真空分配部件?？梢酝ㄟ^線性非開關直流電源，交流電源，或開關直流電源110控制加熱器，而這些電源由控制器34(見圖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，這是本領域中的習慣作法。熱板10的每個區(qū)域最好配備至少一個溫度傳感器。
為達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(見圖2)的地方，這也是測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的優(yōu)先選擇。
加熱器(一個或多個)能夠以兩種方式運行，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。典型取送機最多含有10個這種熱板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)最大運行負載僅大約是250w。因此，為減少或限制峰值功率消耗(許多生產(chǎn)機器被限制在208V和30A，或大約6kW)，加熱器可以使用電開關單元運行。開關單元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，當機器空閑時(如電機或執(zhí)行機構處于靜止狀態(tài))，提供給機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(如電機和執(zhí)行機構在運行)，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行，并以較低速率保持或改變溫度。這種技術使加熱器和其他系統(tǒng)能夠一起運行，而不超出典型峰值功率限制。
也可以使用其他方式達到功率控制，例如，通過把第二個加熱器組件連接到熱板10的流體分配組件13上。當需要快速改變溫度時(當系統(tǒng)空閑時-電機或執(zhí)行機構不運行)，激勵大功率加熱器組件。常規(guī)操作中運行小功率加熱器。本方法(非首選實施方案)的發(fā)展趨勢必然是，第二個加熱器組件增加了整個熱板部件10的熱容量，并提高了所需的總加熱器功率和冷卻容量。
使用已知技術的控制系統(tǒng)34，能夠控制峰值功率的使用?？刂葡到y(tǒng)，例如，可能降低當電機或執(zhí)行機構正在吸取功率時加熱器專用的功率。另一方面，當加熱器單元吸取峰值功率時，控制系統(tǒng)34可以禁止電機或執(zhí)行機構操作。
圖13顯示了真空分配組件13。該實施例中，真空組件13包括兩個板，上真空板38和下真空板39，它們分別地向夾持就位的每個器件分配流體。上板38優(yōu)先通過方便拆卸的方式緊固在下板39上。在所示的實施例中，使用一系列螺釘37達到可拆卸的連接。下真空板39作為集合營起作用，并提供主要真空區(qū)70。這允許不同的上真空板38與一個共用的下真空板39結合起來使用。上真空板38具有機器加工的孔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的每個器件115對齊(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。當真空板38和39被堆疊起來并緊固在一起時，然后，這些通道72把孔71連接到主真空區(qū)70上。通過這種方式，可以輕易移動拆除上板38，并將其與具有不同孔71配置的另一個板交換。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關。某些情況下，無論帶孔或作為多孔材料的上板38都具有完整表面特征，或作為獨立實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進行操作。優(yōu)先的情況是，熱板10的流體分配部件11的設計意圖在于利用在低于室溫操作中通過LN2源(例如真空瓶104)提供的并由螺線管閥91控制的液氮90運行。為在室溫到160℃范圍內(nèi)進行測試，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到非常短的冷卻傾斜時間(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?shù)貌坏綍r，可以在取送機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沒有激勵。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。在冷卻過程中，加熱器組件12的加熱器被關閉，同時，真空96，氣流92和93都被激勵。對于熱交換設計的技術人員來說，熱板10的響應將依賴正在供應的壓縮空氣93和93的溫度和通過板的凈流速是眾所周知的。
按照上述內(nèi)容制造的取送機具有幾種重要優(yōu)點。一個優(yōu)點是其能夠提供快速的變溫時間，快速的加熱時間，即使對于相對較小的占地面積(footprint)亦是如此。因為半導體生產(chǎn)設備的占地面積成本(squarefoot cost)較高，較小的占地面積對于半導體取送機非常重要。對流熱傳導系統(tǒng)的熱傳導容量能夠為器件提供30秒數(shù)量級的加熱時間，與此相比，傳統(tǒng)取送機類型的系統(tǒng)是大約120秒。還期望能夠提供小于5分鐘的變溫時間，與此相比，傳統(tǒng)系統(tǒng)的時間為約20到60分鐘。通過多區(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)可以實現(xiàn)這些優(yōu)點。
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行。
而且，當取送機的機械部件在吸取功率或有其他功率控制機構時，這種系統(tǒng)通過向加熱部件提供低電壓電平而降低了峰值功率。
已經(jīng)描述了一個實施例，還可以對其進行許多代替或改變。例如，沒有描述控制器34所使用的特定控制機構。然而，這種控制系統(tǒng)眾所周知。雖然，一般來說，當熱板10的溫度小于期望的溫度設定點附近的某些“界限”時，將啟動加熱器來提供熱量。相反，當溫度高于預設點附近的界限時，將增加冷卻流體的流動。優(yōu)選實施例中，界限大約是4℃或更小，這表示測試中部件的溫度將被控制在期望的溫度的±2℃內(nèi)。當熱板10處于界限中時，理想情況是不進行任何加熱或冷卻。
通過減少冷卻流體的流動，而不是增加熱量，或減少熱量，而不是增加冷卻流體，都可以實現(xiàn)溫度控制。
同樣，優(yōu)選實施例描述了流體流動被用于冷卻的情況。還可以使用流體流動來加熱板10?？梢蕴峁┘訜崃黧w的獨立通道。另一方面，可以使用單個通道，使通道中的流體根據(jù)適當情況交替地加熱或冷卻。通過熱或冷流體的獨立執(zhí)庫可以提供快速溫度改變。
同樣，沒有明確表明使用熱板10的取送系統(tǒng)的細節(jié)。本發(fā)明希望熱板10能夠用于所有種類的取送機。希望熱板10能夠裝配在活塞部件上，它將熱板10的上表面的半導體部件壓到用于測試的接觸器上。
當前的優(yōu)選實施例是帶狀或引線框架類型取送機，也稱為平板取送機。在熱板10的上表面定位半導體部件帶需要機械機構。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。
在一個取送機中可以使用多種熱板。例如，一些板可以用作浸泡區(qū)。在達到期望的測試溫度之前，部件可以放在浸泡板上。然后，將加溫部件傳輸?shù)綔y試點下面的活塞上的板上?；钊系陌鍖⒈３植考臏囟?。然后，把部件轉移到非加熱區(qū)(de-soak area)中另一組熱板中的一個熱板上。在達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，使用真空來把部件保持在熱板101上?？墒褂脵C械方式來強制部件與熱板10處于良好熱接觸之中。例如，可以在兩個熱板10之間壓住部件。
因此，本發(fā)明僅可由所附的權利要求書的精神和范圍所限定。
權利要求
1.一種具有熱板的半導體取送系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)上表面，其中具有多個孔；(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)權利要求1所述的半導體取送系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于控制帶中多個半導體器件的溫度，其中多個孔與帶中的半導體裝置對齊。
3.根據(jù)權利要求1所述的半導體取送系統(tǒng)，該系統(tǒng)另外包括冷卻流體源，所述流體源可開關地結合在通道的流體入口上。
4.根據(jù)權利要求3所述的半導體取送系統(tǒng)，其中，冷卻流體源是液氮。
5.根據(jù)權利要求3所述的半導體取送系統(tǒng)，其中，冷卻流體源是空氣。
6.根據(jù)權利要求3所述的半導體取送系統(tǒng)，該系統(tǒng)另外包括第二個通道，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)權利要求6所述的半導體取送系統(tǒng)，該系統(tǒng)另外包括與所述的一個通道連接的冷卻流體源和與第二個通道連接的第二個冷卻流體源。
8.根據(jù)權利要求7所述的半導體取送系統(tǒng)，其中，冷卻流體源提供閉環(huán)制冷劑。
9.根據(jù)權利要求8所述的半導體取送系統(tǒng)，其中，第二個冷卻流體源提供的冷卻流體是制冷流體。
10.根據(jù)權利要求7所述的半導體取送系統(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)第二個流控制閥，其與第二個冷卻流體源和第二個通道相連；c)控制器，它與第一個流體控制閥和第二個流體控制閥相連，該控制器操作以開啟第二個流體控制閥，以把熱板的溫度降低到低溫操作所需的溫度。
11.根據(jù)權利要求10所述的半導體取送系統(tǒng)，其中，第二個冷卻流體源提供液氮。
12.根據(jù)權利要求11所述的半導體取送系統(tǒng)，其中，冷卻流體源提供閉環(huán)制冷劑。
13.根據(jù)權利要求10所述的半導體取送系統(tǒng)，其中，冷卻流體源提供壓縮空氣。
14.根據(jù)權利要求1所述的半導體取送系統(tǒng)，該系統(tǒng)還另外包括多個伸出到通道中的突出物。
15.一種半導體取送系統(tǒng)，該系統(tǒng)的熱板擁有至少兩個與其產(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)中移動半導體；b)開關單元，它連接在至少兩個電阻加熱器的功率輸入端和電-機械部件的功率輸入端上，該開關單元用于為電-機械部件開關功率，使半導體能夠在取送系統(tǒng)中移動，以及以至少較高水平和較低水平為電阻加熱器切換功率，其中當功率切換到電-機械部件以實現(xiàn)移動時，禁止較高水平操作。
16.根據(jù)權利要求15所述的半導體取送系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)如下方式運行a)操作取送系統(tǒng)，包括以第一個溫度來操作電-機械部件，關閉一部分電阻加熱器；b)當禁止電-機械部件操作來把熱板的溫度提高到第二個溫度時，開啟另外的電阻加熱器；以及c)運行取送系統(tǒng)，包括以第二個溫度來操作電-機械部件，關閉一部分電阻加熱器。
17.一種使用其中具有熱板的半導體取送系統(tǒng)制造半導體芯片的方法，該方法包括以下步驟a)通過所述板中抽取真空，以便吸引半導體芯片靠近板；b)通過以下方法，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定點；ii)利用通過至少一個熱板中形成的通道的流體流動把溫度降低到期望的設定點。
18.根據(jù)權利要求17所述的半導體芯片的生產(chǎn)方法，該方法另外還包括步驟在取送系統(tǒng)中使用電-機械裝置移動半導體或芯片；并且其中提高所述板溫度的步驟包括當期望的溫升超出期望的溫度閾值時，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，以及當電阻性加熱器吸收的功率超出功率閾值時，不運行電-機械裝置。
19.根據(jù)權利要求17所述的生產(chǎn)半導體芯片的方法，其中降低溫度的步驟包括a)當期望的設定點小于當前溫度一個期望的溫度閾值時，通過所述板中的通道以第一流速流動第一種類型的流體，通過所述板中的通道以第二流速流動第二種類型的流體；以及b)當期望的設定點小于當前溫度第二個期望的溫度閾值時，把第一種類型的流體的速度降為第三種流速。
20.根據(jù)權利要求19所述的方法，其中，第三種流速約為0。
全文摘要
公開了一種帶狀，引線框架的，或板型的用于測試半導體部件的取送裝置。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)單獨控制，用來在高溫測試時為整個板提供均勻溫度。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。在測試中用真空通道使半導體部件與熱板緊密接觸。
文檔編號H01L21/00GK1426595SQ01808613
公開日2003年6月25日 申請日期2001年4月13日 優(yōu)先權日2000年4月25日
發(fā)明者安德烈亞斯·C·普法恩爾, 約翰·D·穆爾 申請人:泰拉丁公司