專利名稱：用于電子器件的晶片級老化試驗的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子器件的熱和電氣老化試驗。更具體地說，本發(fā)明涉及適用于半導(dǎo)體工業(yè)元件的按晶片老化試驗，它采用兩個與晶片相反兩面相接觸的電觸點。本發(fā)明還涉及垂直腔體表面發(fā)射激光器(VCSEL)的晶片級老化試驗。
背景技術(shù)：
當(dāng)今絕大多數(shù)元件中都有固態(tài)半導(dǎo)體器件。例如，半導(dǎo)體激光器就是用于光電子通信系統(tǒng)和高速印刷系統(tǒng)中的重要器件。雖然目前大多數(shù)應(yīng)用中是使用邊緣發(fā)射激光器，但對于垂直腔體表面發(fā)射激光(VCSEL)的關(guān)注已不斷增加。其原因是邊緣發(fā)射激光器產(chǎn)生的光束角度發(fā)散很大，以致很難有效地收集發(fā)出的束。另外，在晶片未分成單獨的器件(其邊緣構(gòu)成每個器件的鏡狀平面)之前無法對邊緣發(fā)射激光進(jìn)行測試。另一方面，VCSEL的束不僅角度發(fā)射小而且它發(fā)射的光垂直于晶片表面。同時，由于VCSEL把鏡面整體地做到其結(jié)構(gòu)內(nèi)，因而可以在晶片上測試并加工一維或二維激光器陣列。在一個晶片上加工出60,000個以上的半導(dǎo)體激光元件是很普通的事。
VCSEL一般是在一種襯底材料上生長幾層反射材料而制成。VCSEL包括一個第一鏡面堆疊體(用半導(dǎo)體制造技術(shù)作在襯底上)，一個活性區(qū)(形成于第一鏡面堆疊體的頂上)，和一個第二鏡面堆疊體(形成于活性區(qū)的頂上)。通過在第二鏡面堆疊體頂上提供一個第一觸點以及在襯底的背側(cè)上提供一個第二觸點就能使電流流過活性區(qū)，從而激發(fā)VCSEL。VCSEL可以用置于典型的GaAS襯底之內(nèi)或周圍的鎵、砷、氮、鋁、銻、磷和/或銦的組合而制成/生長。
在歷史上半導(dǎo)體的制造曾經(jīng)是一個很費工費錢的多步驟過程。元件的老化試驗通常是指對新加工半導(dǎo)體元件的熱和/或電氣測試過程。老化試驗可以單獨識別一堆或一批元件中的不合格品。目前元件老化試驗是在“組件”一級進(jìn)行的，即單獨封裝好的器件一般是在從晶片產(chǎn)生出來之后進(jìn)行測試的。由于所需勞動量很大，無論是芯片老化試驗或組件一級的老化試驗對制造商而言都是很費錢的。每個元件都要測試，就要求足夠的人員都參加。
盡管目前半導(dǎo)體工業(yè)已開發(fā)的晶片級老化試驗(WLBI)的方法和系統(tǒng)，但所提出的系統(tǒng)和方法一般要求有一些電探頭與晶片上的一些電觸點接觸。這類系統(tǒng)可能很復(fù)雜且需要對探頭與觸點的對準(zhǔn)額外小心。例如，授權(quán)給Nakata等人的美國專利6339329“同時測試多個半導(dǎo)體集成電路電氣特性的方法”，是半導(dǎo)體工業(yè)中WLBI的典型技術(shù)方向。Nakata等人的專利說明如何同時測試一些半導(dǎo)體集成電路元件，方法是將一些探頭端點與分別和晶片上多個半導(dǎo)體集成電路元件相連的測試電極相接觸，并通過一些正溫度系數(shù)元件把一個電壓從共用電壓源線加到每個測試電極上。
半導(dǎo)體制造工業(yè)需要能降低目前為器件老化試驗所要求的成本和相關(guān)的勞力的方法和系統(tǒng)。另外，半導(dǎo)體工業(yè)需要的晶片級老化試驗(WLBI)的方法和系統(tǒng)，它可用于具有前后觸點(如VCSEL，二極管，LED和其它半導(dǎo)體器件)的半導(dǎo)體器件的制造和測試。本發(fā)明人認(rèn)為，通過提供完成元件的晶片級老化試驗的方法和系統(tǒng)，會有利于改進(jìn)目前的老化試驗程序。因而，本發(fā)明將提供并描述一種能改進(jìn)目前此類技術(shù)中存在的缺點的新方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
下面的發(fā)明概要是為便于了解本發(fā)明特有的一些創(chuàng)新特征，而不是一個完整的描述。為全面了解本發(fā)明的各個方面應(yīng)整體參看全部說明、權(quán)利要求書、附圖和摘要。本專業(yè)的普通人員閱讀本說明后將會對本發(fā)明的其它目的和特征有更清楚的了解。
本發(fā)明一個特征是提供半導(dǎo)體器件的晶片級老化試驗的系統(tǒng)。
按照以前方法所加的限制，所提供的系統(tǒng)是用于晶片一級的老化試驗電子元件，即晶片級老化試驗(WLBI)。
本發(fā)明一個特征是提供一個WLBI系統(tǒng)，它包含頂和底接觸板，用來造成與具有前后觸點的半導(dǎo)體晶片的電接觸。
本發(fā)明另一個特征是提供一個WLBI系統(tǒng)，它包含一個熱交換器，用來幫助調(diào)節(jié)老化試驗過程中的晶片溫度。
本發(fā)明另一個特征是選擇性地提供一個石墨箔，以有利于接觸板和/或晶片觸點之間的接觸。
本發(fā)明另一個特征是提供一個電功率調(diào)節(jié)器，以提供通過經(jīng)受老化試驗過程的晶片上的元件的電流和電壓。
本發(fā)明另一個特征是提供為維持晶片級老化試驗系統(tǒng)過程中所需電流和溫度水平所必需的監(jiān)控和自動調(diào)節(jié)設(shè)備。
本發(fā)明另一個特征是提供一個晶片級老化試驗系統(tǒng)，它包含晶片支持硬件，用來提供正在經(jīng)受老化試驗過程的晶片的機(jī)械固定。
本發(fā)明另一個特征是提供一個晶片支座，它為正在經(jīng)受老化試驗過程的晶片提供可控的夾持力、電接觸和溫度界面。
本發(fā)明另一個特征是描述實現(xiàn)半導(dǎo)體器件的晶片級老化試驗的方法，其中一個包含半導(dǎo)體器件的晶片正在被加工并經(jīng)受晶片級老化試驗，各單個器件是在老化試驗后從晶片制成的，而可供使用的器件可以提供(發(fā)送)給用戶。
晶片級老化試驗可減少對封裝件級老化試驗的要求并降低元件生產(chǎn)成本。我們將描述一種具有特殊接觸板的WLBI系統(tǒng)，這些板用作電極，以便用于對由晶片制成的半導(dǎo)體器件的前后觸點的晶片的每個表面/側(cè)面加上電偏壓。另外，還將描述一種柔軟的導(dǎo)電層(如石墨)、氈制材料(可以是盤形)，它用來同時為帶電接觸的晶片的器件邊和/或襯底邊提供引線。此柔軟導(dǎo)電層可以讓每個由晶片制成的器件具有一個有效的串聯(lián)電阻R，從而協(xié)助保持偏壓電平始終如一。柔軟導(dǎo)電層還能防止由于容器接觸將壓力施于處在老化試驗操作下的晶片上時損壞晶片。因為這個柔軟導(dǎo)電層可能變形而吸住晶片器件一邊的引線接觸表面。我們還將描述一種冷卻系統(tǒng)，它可以將均勻溫度加到正經(jīng)受老化試驗的晶片上。


各附圖中相似的標(biāo)號表示相同或功能類似的元件，它們結(jié)合本說明的各部分進(jìn)一步說明本發(fā)明，并與本發(fā)明的詳細(xì)說明一起用來解析本發(fā)明的原理。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的在底層和頂層有電觸點的半導(dǎo)體器件的放大示意圖，及一個包含多個如該放大示意圖所示的器件的現(xiàn)有技術(shù)的晶片的示意圖；
圖2是本發(fā)明一個實施例的示意圖，其中一個系統(tǒng)可提供與晶片的電和熱接觸，用一個自調(diào)節(jié)的上接觸部件控制所加的實際壓力，并用一個熱交換器調(diào)節(jié)溫度；圖3是本發(fā)明另一個實施例的示意圖，其中上下接觸組件與晶片的電接觸點相接觸，所示熱流經(jīng)過整個組件，同時通過一個熱交換器將熱調(diào)節(jié)到大約在所設(shè)定的溫度；圖4是一種柔軟晶片接觸材料的示意圖，它是導(dǎo)電的，構(gòu)成與晶片相似的形狀，以及用來為晶片上的半導(dǎo)體提供公共的電接觸點，圖中還畫出了復(fù)蓋晶片(明顯表示的晶片底面)的表面(器件一邊)的材料；圖5是本發(fā)明另一個實施例的示意圖，其中一個框架結(jié)構(gòu)支撐著晶片接觸組件，方法是在各正(+)負(fù)(-)電位組件之間提供電絕緣/阻擋裝置，以及熱交換器及正在經(jīng)受熱和電測試(或晶片級老化試驗)的晶片；圖6表示本發(fā)明另一個實施例，其中電功率源，熱功率源，熱電偶和測熱設(shè)備與系統(tǒng)的上下組件相接觸，還有通過熱交換器提供溫度控制的可選裝置；圖7表示本發(fā)明另一個實施例，其中顯示了一個降低和升高上接觸板的機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)可以是由液壓、氣缸、氣動或其它方式控制的；圖8為按本發(fā)明用于WLBI系統(tǒng)的機(jī)械、電氣和測量元件；圖9為按本發(fā)明完成WLBI的方法步驟流程圖；圖10為按本發(fā)明完成WLBI過程中的示范日志或記錄；圖11為一個散熱器的頂視圖和側(cè)視圖，它可用作熱交換器以幫助于接觸板，最終也是正經(jīng)受測試的任何晶片的冷卻；圖12為按本發(fā)明一個WLBI系統(tǒng)下面部件的透視圖，其中散熱器用電絕緣玻璃纖維裝置安裝在一個鋁底座上；圖13是本發(fā)明另一實施例的側(cè)視圖，其中可用液體來冷卻系統(tǒng)的下接觸部分；圖14是一個液體冷卻系統(tǒng)的另一個側(cè)面透視圖，其中可用一個預(yù)熱元件來控制液體溫度；圖15是本發(fā)明另一實施例的側(cè)視圖，其中底接觸板上開有一孔，以便用一個熱傳感器在最靠近由下接觸板支撐的晶片中心處對接觸板中心附近的板溫作精確測量，同時還顯示了一個新的提供液態(tài)冷卻劑的結(jié)構(gòu)，冷卻劑通過一根銅管直接導(dǎo)向下接觸板的底部；圖16是本發(fā)明另一實施例的側(cè)視圖，其中上接觸板裝在一個殼體內(nèi)，上板水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于上接觸板找平，且下接觸板被緊密地結(jié)合為熱交換器部件的一部分，液體冷卻劑可以在接觸板/熱交換器的下表面上噴灑；圖17是本發(fā)明另一實施例，其中上下兩個接觸板都利用冷卻劑裝置來維持晶片溫度；圖18表示與晶片和導(dǎo)電層接觸的上下接觸板的另一個側(cè)面透視圖，其中冷卻劑和加熱液體通過液體管道提供給上下接觸板部件，同時一個球狀觸點為上板用于相對于被老化試驗的晶片的找平。
具體實施例方式
本專業(yè)技術(shù)人員在考查本發(fā)明下面的詳細(xì)描述，或通過實踐本發(fā)明的學(xué)習(xí)后將對本發(fā)明的新特征有清楚的了解。但應(yīng)指出，對本發(fā)明的詳細(xì)描述和提供的具體實例只作為本發(fā)明的某些實施例用于說明的目的，因為本專業(yè)技術(shù)人員從本發(fā)明的詳細(xì)描述和后面的權(quán)利要求書中很容易在本發(fā)明的范疇內(nèi)作各種改變和修正。
本發(fā)明采用新的方法和系統(tǒng)替代元件或器件級的老化試驗，以低很多的成本實現(xiàn)老化試驗。本發(fā)明教導(dǎo)如何在各元件是晶片的整體部分的情況下同時對許多以晶片為基礎(chǔ)的元件進(jìn)行老化試驗，而不是采用本行業(yè)目前已知的一些方法，目前已知的方法一般要求一次處理一個芯片/元件?，F(xiàn)有的方法一般需要較大的勞動強(qiáng)度。另外，本發(fā)明大大降低了由晶片后老化試驗操作造成的器件報廢率。
參看圖1，這是一個現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件例子，將它在晶片100上的位置加以放大表示。這個以放大圖表示的器件一般例如是一個活性器件，如一個VCSEL或LED。器件(如VCSEL)的活性區(qū)120產(chǎn)生并放大光，它通過器件表面上的窗口或開口傳至出口115。電壓在公共觸點105處(一般位于器件和晶片的底部)加至器件上，且通常加的是負(fù)電壓。公共觸點105一般與晶片100的襯底相連。通常用來加正(+)電壓到器件上的第二觸點110典型地是處在器件的最上層。在器件加工過程中，示于放大圖中的部分從晶片100中切出。在本發(fā)明之前，一般的作法是在封裝之前或之后對單個晶片進(jìn)行老化試驗。根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在所有的器件都不需要與晶片100分開就能進(jìn)行老化試驗測試(熱和電)。
參看圖2，圖中畫出了本發(fā)明一個重要實施例的主要元件。在一個晶片級老化試驗(WLBI)系統(tǒng)200中，晶片100處于上接觸板210和下接觸板215之間。應(yīng)指出，此系統(tǒng)只需要包含兩個電接觸板，即接觸板210和215，雖然根據(jù)本發(fā)明也可以采用其它的電觸點。另外應(yīng)指出，可以把一個系統(tǒng)設(shè)計成垂直地接收半導(dǎo)體晶片，這時可把上接觸板稱作第一接觸板，下接觸板稱作第二接觸板。此外，對于本詳細(xì)說明而言，我們假定利用了重力而使它水平地工作。因此，現(xiàn)在是利用上下接觸板210、215來給晶片100提供正和負(fù)的電位。如原先在圖1中所示，公共觸點105(它可以是晶片的襯底)由下接觸板215提供電接觸。上接觸板210可以直接通過各器件各自的表面觸點110直接給形成于晶片100上的每個器件提供電接觸。
必須指出，在晶片的生產(chǎn)/處理過程中，晶片100的上表面(即器件一側(cè))可能有變化，或者也可能在上接觸板210的表面上產(chǎn)生變化，因而可能無法給晶片上所有器件加上電位。為保證所有器件都從上接觸板210加上電位，可以在上接觸板210和晶片100之間通過公共觸點110有選擇地引進(jìn)一個柔軟導(dǎo)電層220。柔軟層還可以減少晶片100在器件一側(cè)的機(jī)械壓力。另外，還可通過公共觸點105在下接觸板215和晶片100之間有選擇地引進(jìn)柔軟層220，以防止在晶片100上產(chǎn)生過大的機(jī)械壓力。上接觸板210可由控制器230控制。此控制器可讓上接觸板210的表面相對于器件觸點110或柔軟導(dǎo)電材料200(當(dāng)使用時)的表面最優(yōu)化地選定一個方位。這個控制器可提供上板210的X-Y-Z方位。
在老化試驗過程中，可通過上接觸板210將熱能直接提供給晶片100表面上的所有器件觸點110。如果選用了柔軟層220，熱能還必須足以通過它而進(jìn)入晶片100。為維持處理過程中晶片上的老化試驗溫度不變，可以采用熱交換器225。熱交換器225可通過下接觸板215為晶片100提供冷卻作用。熱交換器225可包含散熱材料，液體冷卻，空氣冷卻和其它業(yè)界熟知的熱傳導(dǎo)方法來穩(wěn)定晶片上的溫度不變。
參看圖3，它顯示了圖2所述系統(tǒng)的元件在工作過程中所觀察到的位置。在老化試驗測試中，系統(tǒng)的上接觸部分310處在與晶片100或柔軟層220的上表面(例如，各單個器件觸點110)相接觸的位置。為實現(xiàn)上接觸部分310對晶片110表面的最優(yōu)化定位，即使裝上了柔軟層220，也可用上調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)330來使上接觸板210相對于晶片表面移動或“找平”。柔軟層220不僅便于與晶片100上的器件觸點作電接觸，而且還有助于防止從上接觸部分310所加的機(jī)械壓力，這種壓力可能毀壞晶片或晶片上的單個器件。由于柔軟層220的柔軟性可減少或防止在晶片上或晶片上的單個器件上產(chǎn)生斷裂等損壞。可以通過下接觸部分320實現(xiàn)熱調(diào)節(jié)350，而熱能340是通過上接觸部分310施加的。
參看圖4所示的柔軟層220和晶片100。承受老化試驗過程的晶片置于圖2所示的下接觸板215的頂端，而晶片表面410面向上朝著圖2的上接觸板210。然后把柔軟層220放在晶片410的頂端。最好把柔軟層切成或做成一個“圓盤”形，其直徑稍大于晶片100的外徑。圖4顯示了柔軟層220和晶片底420的組合，其中柔軟層220的直徑大于晶片100的直徑。
使用時柔軟層220應(yīng)象一種中間接觸材料那樣工作，它能導(dǎo)電，導(dǎo)熱，而且可以機(jī)械壓縮。柔軟層應(yīng)給老化試驗電路增加足夠的電阻，以便流過晶片100上各芯片之間的電流變化最小。柔軟層還必須是導(dǎo)熱的，以將熱流傳給/傳出半導(dǎo)體晶片。柔軟層220必須是可機(jī)械壓縮的，以保證在不均勻的晶片和電極表面上有均勻的接觸，并防止半導(dǎo)體晶片表面(上和/或下表面)受損?？梢圆捎玫牟牧习?但不限于)Z-軸合成橡膠，導(dǎo)電合成橡膠，導(dǎo)電橡膠，金屬薄膜，金屬浸漬聚合物薄膜，石墨片，和犧牲圖形化金屬。例如，由美國Oregon州Trontdale市的Toyo Transo USA公司制造和發(fā)售的名為PERMA FOIL的石墨膜片，可以從高純度石墨片切成。PERMA FOIL的特性如下溫度范圍-200℃至+3,300℃壓縮度(垂直于表面)45％導(dǎo)熱系數(shù)(平行于表面)120Kcal/m.Hr℃導(dǎo)熱系數(shù)(垂直于表面)4Kcal/m.Hr℃特定電阻率(平行于表面)900μΩ-cm特定電阻率(垂直于表面)250,000μΩ-cm熱膨脹系數(shù)(平行于表面)5×10-6/℃
熱膨脹系數(shù)(垂直于表面)2×10-4/℃參看圖5，這是一個按本發(fā)明的用于晶片級老化試驗的系統(tǒng)500的示意圖。圖中顯示處于老化試驗位置的晶片100和可任選的柔軟層220。對圖3所示的上接觸部分310的控制可通過一個手動控制器510來實現(xiàn)。例如，將機(jī)械調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)順時針或反時針旋轉(zhuǎn)可分別讓上接觸部分310降低或抬高。系統(tǒng)500上部540和下部550電位可通過置于540和510之間的電絕緣體530實現(xiàn)。當(dāng)然，本專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)明白，電絕緣可以設(shè)在系統(tǒng)500的其它位置。如圖5所示，下組件550可以包括熱交換器520。
圖6為按本發(fā)明的WLBI系統(tǒng)600的示意圖，各元件協(xié)同提供晶片級老化試驗過程中的電功率，熱功率，以及測量和控制部件。電功率可通過電功率發(fā)生器610提供給上(615)和下(620)接觸組件。熱功率可通過一個置于與上接觸板615正上方(見圖6)相接觸處的熱耦合器640來提供。溫度可由熱電偶650監(jiān)測。熱電偶650可與熱功率發(fā)生器630和熱交換器660協(xié)同工作，以通過熱耦合器640和熱交換器660的協(xié)調(diào)維持晶片上的溫度不變。電功率可通過電功率發(fā)生器610或其它本領(lǐng)域熟知的電氣設(shè)備來維持。如圖6所示，熱交換器660可通過液體，空氣，散熱材料，或控?zé)嵫b置的任何組合及其等效物來提供熱控制。
圖7為本發(fā)明另一個實施例，其中的WLBI系統(tǒng)700包括一個降低或升高上接觸板705的機(jī)構(gòu)710。此機(jī)構(gòu)710可以是液壓的，氣缸式的，氣動的，或其它形式控制的。圖7還顯示了電接觸點720和730，上面可以固定從發(fā)電機(jī)來的電纜線。圖中還表示可把電絕緣子740安置在系統(tǒng)700的底座760附近的熱交換器750下面。
圖8是按本發(fā)明的用于WLBI系統(tǒng)800的機(jī)械810，電氣820，控制830和測試元件840。該系統(tǒng)800已在VCSEL晶片老化試驗中成功地測試過。
現(xiàn)在描述按本發(fā)明進(jìn)行WLBI的方法。必須指出，對于不同的半導(dǎo)體晶片，可以改變步驟，時間長短，電/熱量和其它參數(shù)上有所變化。在下面例子中用到的VCSEL，它的確切方法，步驟，時間長度和電/熱量，不應(yīng)看著是對本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的限制。
參看圖9，這是一個按本發(fā)明為接收到的一批晶片進(jìn)行晶片級老化試驗處理的流程圖。在老化試驗處理之前，應(yīng)在步驟905對晶片，石墨片，和接觸板進(jìn)行清潔。晶片的編號(一般刻在晶片外頂面邊緣上)應(yīng)在把VCSEL晶片和石墨片(熱交換器220)裝到底接觸板(步驟910)之前檢查并記錄下來。晶片的底面應(yīng)置于下接觸板上，使它面對/接觸底接觸板和柔軟層220(如用了的話)，然后可置于晶片的頂(器件邊)面上。接著在步驟915以小的接觸力(為防止晶片被損)將接觸板小心關(guān)閉。然后把與接觸板電接觸的電源偏置電流設(shè)置在一個選定的老化試驗設(shè)置上，并讓偏置電流漸增至工作值(步驟920)。接著把熱交換器(如冷卻風(fēng)扇)和熱源(如加熱器)開啟(步驟925)，達(dá)到其適當(dāng)?shù)睦匣囼炓?guī)范。
一旦老化試驗過程開始，老化試驗開始信息和設(shè)置的紀(jì)錄，可以紀(jì)錄在一個老化試驗日志/表格上(步驟930)。在老化試驗過程中，對每個晶片的晶片級老化試驗電流和溫度進(jìn)行監(jiān)控，這可能要用幾個小時或幾天，依器件或應(yīng)用不同而定。
在老化試驗過程完成之后，加到晶片上的偏置電流降低并最終被關(guān)掉(步驟940)，同時加熱器也被關(guān)掉(步驟940)。老化試驗停止時間和其它可觀察的信息可紀(jì)錄在信息日志上(步驟945)。晶片一般在步驟950冷卻至30℃以下。在冷卻以后，熱交換器(冷卻裝置，可能包含一個由電源驅(qū)動的風(fēng)扇)被關(guān)掉(步驟955)，而且出于安全和防靜電放電的原因，應(yīng)把其它任何設(shè)備關(guān)掉。然后在步驟960將接觸板打開。接著在步驟965把晶片和柔軟片材料取走。再在步驟970將晶片清洗以去掉石墨(或其它柔軟層220)顆粒，并將晶片送回處理組(步驟975)。然后將另一個VCSEL晶片從該批裝入系統(tǒng)，或者若該批已處理完，則可將其送至下一工序(例如，進(jìn)行確認(rèn)測試或器件組裝)。
眾所周知，處理半導(dǎo)體晶片時必須考慮到靜電放電(ESD)。在處理半導(dǎo)體晶片和器件時，任何時候都應(yīng)該作恰當(dāng)?shù)那逑床⒉捎梅庆o電設(shè)備，程序和材料。
在上述處理過程中提到了“偏置電流的漸升/降”和接觸板關(guān)閉過程中的機(jī)械壓力?，F(xiàn)在根據(jù)這些重要的處理考慮對本W(wǎng)LBI處理方法提供更詳細(xì)的信息。
在晶片老化試驗之前開始清洗的過程中，可以把不起毛的紙放在工作面上?？梢杂谜河斜牟黄鹈埥砜翆?dǎo)電石墨片(柔軟層220)以去掉顆粒。可以用空氣去塵(air-dusting)產(chǎn)品吹噴晶片的兩面以緩慢地把松散的灰塵去掉。還可用不起毛紙巾揩擦老化試驗系統(tǒng)的頂和底接觸板以去掉顆粒，特別是前面的晶片老化試驗中可能留下的石墨或其它顆粒。系統(tǒng)的接觸板和晶片板也可以用空氣去塵產(chǎn)品吹噴。
觀察需要進(jìn)行晶片級老化試驗的新晶片的批號和晶片號，然后記在日志中。圖10為日志一頁的例子。晶片號一般刻在晶片頂面邊緣上。
然后把晶片80和柔軟層220(即導(dǎo)電片材料，如采用了的話)裝載到如圖2所示的系統(tǒng)內(nèi)。裝載時一般用鑷子把晶片夾住并放到底接觸板上，晶片平面面朝上。接著用鑷子將柔軟層220夾住放到VCSEL晶片頂上，柔軟層220的平面邊緣與晶片平面邊緣相匹配，如圖4所示。
然后把接觸板關(guān)合在晶片和盤上。系統(tǒng)可以裝上手動或自動接觸關(guān)合裝置。這里所說是一個關(guān)合自動化系統(tǒng)的過程。在準(zhǔn)備關(guān)合自動化觸點關(guān)合裝置時，可把上接觸板氣缸空氣壓力計設(shè)在10*5psi。然后按下與接觸板相連的“向下”按鈕將接觸板關(guān)合。在接觸板關(guān)合過程中對晶片和/或石墨片進(jìn)行監(jiān)測，以確保它們不產(chǎn)生移動/滑動。若有移動，則要有一個操作員把板打開并重復(fù)這些步驟。
在接觸板關(guān)合之后，操作員應(yīng)等候一分鐘左右使系統(tǒng)和晶片穩(wěn)定下來，然后壓力(可由氣缸產(chǎn)生)將增加，而按下面的順序監(jiān)控空氣壓力計205*psi 一分鐘305*psi 一分鐘405*psi 一分鐘505*psi 一分鐘我們發(fā)現(xiàn)，在VCSEL測試過程中的最終工作條件在汽缸壓力計的讀數(shù)為505*psi時達(dá)到最佳，這相當(dāng)于在晶片上的夾緊力為90psi。
接下來的過程中可以把電接觸上的偏置電流逐漸升高。首先，操作員應(yīng)把電壓傳感器/電壓表的引線短路在一起(以防止電源升高過程中供給電流過大)。操作員可將一個500安培的電源打開。在開始的名義讀數(shù)可以是低于3.0伏的開路電壓和0安的短路電流。當(dāng)把電壓測量引線短路時，電源的讀數(shù)應(yīng)為約0V電壓輸出和0A輸出電流。開始可把電源偏置電流設(shè)在10A。操作員然后把電壓測量表的短路引線取走。這時電源輸出電壓應(yīng)增至1-2V。操作員按下面的時間表手動緩慢地逐漸升高偏置電流(采用電源裝置中通用的電流調(diào)節(jié)旋鈕)對于120A晶片10A2分鐘(在測量短路線取走以后)20A3分鐘40A4分鐘80A5分鐘120A 對最終的老化試驗讀數(shù)。
對于170A晶片10A1分鐘(在測量短路線取走以后)20A2分鐘40A2分鐘80A3分鐘120A 3分鐘170A 對最終的老化試驗讀數(shù)。
對于480A晶片20A1分鐘(在測量短路線取走以后)40A2分鐘80A3分鐘160A 4分鐘240A 5分鐘320A 5分鐘360A 5分鐘400A 5分鐘440A 5分鐘480A 對最終的老化試驗讀數(shù)。
為避免過大的溫度變化造成晶片震動和破裂，緩慢地升高偏置電流很重要。這時電流升高率將限制熱變化小于5℃/分鐘。對于常用的各種類型晶片的老化試驗電流可參見表1。
表1

接下來，操作員應(yīng)從熱電偶讀數(shù)上校驗晶片襯底的溫度。例如，用于VCSEL晶片的晶片溫度應(yīng)從25℃穩(wěn)定地增至125℃的老化試驗溫度。然后把熱交換器啟動。如果熱交換器是一個帶冷卻風(fēng)扇的散熱器，則應(yīng)把冷卻風(fēng)扇的開關(guān)接通(如果還沒有工作的話)，并把熱監(jiān)控溫度設(shè)置成將冷卻風(fēng)扇控制在與如表1所示的器件指標(biāo)相符(例如85℃或125℃)。這樣帶自動控制的風(fēng)扇就可以循環(huán)開/停，使襯底溫度超過設(shè)定控制溫度時讓晶片冷卻。
可以用熱電偶讀數(shù)來校驗晶片/晶片襯底的溫度。晶片溫度可以以不到5℃/分鐘的速率穩(wěn)定地增至所規(guī)定的老化試驗溫度。對于120A和170A那類晶片，操作員應(yīng)在晶片襯底溫度超過50℃時將頂板加熱器電源開啟。480A那類晶片一般不要求頂板加熱來達(dá)到老化試驗溫度。對于VCSEL晶片，當(dāng)晶片襯底溫度達(dá)到100℃(對125℃老化試驗條件那類晶片)和60℃(對85℃老化試驗條件那類晶片)，就認(rèn)為晶片老化試驗“開始了”。開始時間和其它信息的記錄可記在如圖10所示的老化試驗日志的適當(dāng)位置。
操作員從老化試驗一開始直到晶片襯底溫度穩(wěn)定在規(guī)定的老化試驗溫度(例如，對VCSEL為85℃或125±5℃)，并在整個老化試驗過程中(例如，對VCSEL為20小時)定期地校驗晶片襯底溫度。冷卻風(fēng)扇應(yīng)在±5℃的溫度范圍內(nèi)循環(huán)啟/停。120A和170A的晶片很少要循環(huán)開風(fēng)扇。480A的晶片大約每隔2分鐘開/停一次風(fēng)扇。在老化試驗過程中還應(yīng)對電源電流定期監(jiān)控，以驗證還維持的額定的偏置電流。還應(yīng)定期檢驗夾持(接觸)壓力，以保證維持適當(dāng)?shù)淖x數(shù)(例如對VCSEL為50*5psi)，使晶片上保持合適的熱和電接觸。還可定期地監(jiān)控頂接觸板加熱器，以保證維持適當(dāng)?shù)淖x數(shù)。若晶片襯底溫度超過最大許可值(例如，對VCSEL為135℃)則應(yīng)立即采取措施把冷卻風(fēng)扇設(shè)在“接通”位置，或者如需要的話，降低/切斷電源偏置電流。
完成老化試驗周期后，把電流逐漸減小并將加熱器關(guān)掉。對于SCSEL操作員應(yīng)按下述仔細(xì)緩慢降低電源偏置電流(以避免溫度變化引起晶片震動和破損)，并將頂板加熱器關(guān)掉120A晶片120A是在頂板加熱器接通時的老化試驗狀態(tài)設(shè)置。將頂板加熱器如下地關(guān)掉80A3分鐘40A3分鐘20A3分鐘10A3分鐘0A 將偏置完全關(guān)掉。
170A晶片170A是在頂板加熱器接通時的老化試驗狀態(tài)設(shè)置。將頂板加熱器如下地關(guān)掉120A 3分鐘80A3分鐘40A3分鐘20A3分鐘10A3分鐘0A 將偏置完全關(guān)掉。
480A晶片480A是在頂板加熱器斷開時的老化試驗狀態(tài)設(shè)置。
400A3分鐘360A3分鐘320A3分鐘240A3分鐘160A3分鐘80A 3分鐘40A 3分鐘20A 3分鐘10A 3分鐘0A 將偏置完全關(guān)掉。
偏置關(guān)掉時把各電壓測量線短路在一起。
這種操作應(yīng)防止電源在晶片和接觸板上變成-1.0V。然后將電源關(guān)掉。接著把停止時間和日期記錄在老化試驗日志上。停止時間可以是操作員開始做老化試驗電流漸降循環(huán)的時間。然后晶片將冷卻至＜80℃的襯底溫度，此時夾持力被加上，沒有偏流，且冷卻風(fēng)扇設(shè)置在老化試驗狀態(tài)。對于120A的晶片，在冷卻風(fēng)扇設(shè)置在老化試驗狀態(tài)下將晶片冷至70℃以下。這個冷卻周期一般花費不到20分鐘。當(dāng)襯底溫度降至＜80℃(或?qū)?20A晶片＜70℃)時，可將冷卻風(fēng)扇置于“接通”位置。風(fēng)扇將以全速連續(xù)運轉(zhuǎn)。這將使冷卻速度加快(但晶片熱變化仍為＜50℃/分鐘)。當(dāng)晶片襯底溫度降至30℃以下時，可將冷卻風(fēng)扇接到“自動”位置。一般當(dāng)風(fēng)扇一直接通的冷卻周期應(yīng)花費不到20分鐘。
為打開接觸板，接觸板夾持空氣壓力計讀數(shù)應(yīng)按下面的順序從50psi降至10psi50*5psi老化試驗設(shè)置40*5psi1分鐘30*5psi1分鐘20*5psi1分鐘10*5psi1分鐘為打開觸點，操作員將接通觸點“向上”開關(guān)。頂接觸板應(yīng)緩慢開啟。操作員應(yīng)觀察開啟過程中晶片和盤的吸持和滑動。需要的話，操作員要用鉗子夾住晶片，以防止它滑落底板。當(dāng)頂接觸板停止向上移動時，就可以把晶片和盤取下。晶片和盤應(yīng)在底板上粘在一起。從下接觸板取下后，應(yīng)檢查晶片是否有破損或任何其它眼睛可看出的損傷。此過程通常在將晶片的全部信息和觀察結(jié)果記錄在老化試驗過程日志上之后結(jié)束。
此處描述的接觸方法是對于具有與前與后接觸點的電子器件。它包括，例如VCSCL型激光器、其它激光器、LED、半導(dǎo)體；二極管，及其它型式的電子器件。該接觸方法最后包括兩個不同的電極，置于晶片的每一側(cè)以施加偏壓。柔軟層220的使用能接觸到整個晶片表面以及它上面的所有器件。
此處所描述的以柔軟的和/或石墨材料構(gòu)成為符合晶片尺寸與形狀的盤片的柔軟層220可以加到電極(接觸板)和晶片之間的晶片一側(cè)、二側(cè)或沒有一側(cè)之上。如以上圖4所說明的有關(guān)詳細(xì)的某些描述，該中間接觸層220是導(dǎo)電、導(dǎo)熱和機(jī)械可壓縮的。
目前的WLBI系統(tǒng)可以包括在電子、電氣、機(jī)械、測量和控制技術(shù)中現(xiàn)在可得到的裝備和設(shè)計。這些包括但不限于兩個或多個電極，它們與晶片二側(cè)的整個表面面積接觸以施加偏壓和機(jī)械接觸。
兩個或多個高導(dǎo)電和導(dǎo)熱電極，它們提供跨越晶片的均勻偏壓和溫度。
一個機(jī)械地可以壓縮電極以便施加或除去接觸所需的可控制和測量的機(jī)械力。
一個溫度控制的熱交換器結(jié)構(gòu)，它模擬在元件封裝中的應(yīng)用，使用經(jīng)過晶片襯底的接觸的熱通道并按要求從每個電極注入/排除熱以重復(fù)元件封裝應(yīng)用。
一個溫度控制的熱交換器結(jié)構(gòu)，它能夠通過空氣或液體冷卻從一個電子器件晶片一側(cè)去除熱。
一種溫度控制熱交換器結(jié)構(gòu)，它可通過空氣或液體冷卻從電子器件晶片任一面或兩面去掉或?qū)霟崃俊?br> 一個溫度控制系統(tǒng)，用來將熱電偶插入電子器件晶片的每一邊，以測量電極板的溫度并利用此信號來控制熱注入到電子器件晶片或從電子器件晶片去掉。
一個模塊式，兩段，自找平電極接觸板，它為整個晶片表面造成初始低力接觸，為電子器件晶片表面作位置找平，然后一個第二接觸板在第一接觸板中心造成高力接觸。樞轉(zhuǎn)的界面本身校正接觸板和電子器件晶片的不平度。
一個模塊式，兩段，自找平電極接觸板，在兩段間有一個球面觸點(或其它類似的幾何表面)，以在平面接觸下獲得大的接觸面積和低的接觸電阻。
一個熱交換器結(jié)構(gòu)，通過將熱量導(dǎo)向帶散熱片的大面積，和將高速空氣流導(dǎo)向中心散熱片區(qū)域，把熱從電極上散出，然后從散熱片導(dǎo)向一個出口表面，并從那兒將已加熱的空氣散掉。
一個可移去的支座電極接觸區(qū)，它可以定期更換電極而不必更換全部電極/熱交換器元件。
在電極上作表面涂覆(如鍍金和/或鎳)，以防止金屬擴(kuò)散至電子器件晶片內(nèi)，防止電極氧化，并為晶片和/或中間接觸材料提供低電阻接觸。
一種熱交換器結(jié)構(gòu)，用以保持接觸電極的溫度不變，這是通過將熱量從接觸電極導(dǎo)向一個常溫表面，比如(但不限于)將熱量從接觸電極導(dǎo)向一個100℃的沸水容器而實現(xiàn)的。對于一個由電子器件晶片產(chǎn)生的給定熱流和給定的導(dǎo)熱尺寸，可相對于恒定溫度表面保持恒定的溫度增量。
一種熱交換器結(jié)構(gòu)，它通過液體(包括，但不限于，沸水)的蒸發(fā)熱用自動液面監(jiān)控器補(bǔ)給液體而將熱量從電極上散走。
一種熱交換器結(jié)構(gòu)，它通過調(diào)節(jié)導(dǎo)熱尺寸而調(diào)節(jié)熱電阻，從而調(diào)節(jié)接觸電極的溫度。這種調(diào)節(jié)包括(但不限于)可調(diào)節(jié)的螺釘插入導(dǎo)熱通路內(nèi)螺紋孔的深度，以改變導(dǎo)熱橫截面積和有效熱阻。
一種在接觸電極和偏壓電源之間的電偏壓連接，它提供具有足夠電和熱特性的電接觸，以避免由于電損耗而產(chǎn)生過多的熱量，而且能防止由于電極至偏壓電源的熱流而毀壞偏壓電源。這種連接包括(但不限于)低電阻的金屬總線條或電纜，并帶有對條/電纜的空氣或液體冷卻，以散掉流到條/電纜的熱量。
以及/或者以上各項的任意組合。
以下的描述將集中在對VCSEL晶片老化試驗的考慮，但其原理適用于其它的半導(dǎo)體晶片。VCSEL晶片產(chǎn)品通常是3英寸直徑圓(平口直徑2.9英寸)的砷化鎵(GaAs)半導(dǎo)體晶片，典型厚度0.008-0.014英寸。晶片的頂面加工有金屬化圓形，底面是全表面金屬化。的晶片級老化試驗是一個帶電的老化試驗，一般為20mA直流(有些產(chǎn)品是5-20mA直流)，電流限制，晶片上每個器件約為2V，典型的溫度125℃(有些產(chǎn)品是85-150℃)，控制在+/-5℃，典型地在空氣環(huán)境下進(jìn)行20小時。每個晶片(與器件類型有關(guān))有24K-58K器件，總老化試驗電流要求120-1200A，電壓在0-5V的范圍。
典型的VCSEL晶片功率耗散在200W-2000W的范圍，依每個晶片的器件數(shù)和偏置電流不同而異。本發(fā)明的老化試驗系統(tǒng)提供金屬電極，它以可控壓力(可在10-100psi調(diào)節(jié)，可控制在+/-5psi)夾到晶片的兩面，在裝/卸時打開。一個形狀與VCSEL晶片表面基本匹配，目前使用厚度為0.015英寸左右的石墨箔(即柔軟層220)裝在VCSEL晶片有圖形的頂面，以提供一個導(dǎo)電導(dǎo)熱的減震層。對老化試驗過程中由石墨和晶片組合產(chǎn)生的大量熱量必須在老化試驗系統(tǒng)中作熱控制，以維持目標(biāo)晶片底面的溫度。為控制熱負(fù)荷可利用空氣和/或液體冷卻。
本發(fā)明人開發(fā)的晶片級老化試驗系統(tǒng)是空氣冷卻的，在1200W以下能維持125℃的晶片溫度，并可控制到1400W以下為140℃的晶片溫度。最大的功率損耗所追求的性能是在1600W的功耗下保持125℃的晶片溫度。此WLBI系統(tǒng)采用一個氣缸夾具在晶片上施加達(dá)700磅以下的力。熱電偶把晶片襯底溫度傳到一個控制盒，后者將冷卻風(fēng)扇接通/關(guān)閉，以維持底接觸板中心的目標(biāo)溫度+/-5℃。銅底板上的溫度分布邊緣比中心讀數(shù)下降10℃左右。熱通路通常經(jīng)底部銅接觸板向下流至一個大的銅散熱器，后者帶冷卻散熱片，空氣被強(qiáng)迫流過散熱片。所采用的是一個容量600cfm的軸流式風(fēng)扇。對于低電流晶片產(chǎn)品，有一個輔助的加熱器與頂接觸板相連，以將熱量注入。
用來完成VCSEL晶片老化試驗的系統(tǒng)應(yīng)均勻地將一個壓力接觸加到晶片上，它可以調(diào)節(jié)至10-100psi(對3英寸直徑晶片)。這相當(dāng)于在3英寸晶片上有70-700磅的夾緊力。此壓力應(yīng)控制在+/-5psi。在20小時的老化試驗過程中，應(yīng)將0-5V范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)的120-1200A的直流加到晶片及形成于晶片上的器件。電壓應(yīng)控制在+/-1％以內(nèi)。
在20小時的老化試驗過程中，應(yīng)在例如3英寸直徑晶片上耗散2000W以下的熱量，以控制晶片溫度至85-150℃范圍，溫度誤差+/-5℃。接觸壓力，偏置電流/電壓，及晶片溫度加熱/冷卻在老化試驗開始/完成過程中應(yīng)以可控和可調(diào)方式逐漸升/降。對晶片接觸板上的接觸壓力，偏流，偏壓及老化試驗和漸升，漸降過程中的晶片(底接觸板)溫度應(yīng)作監(jiān)控并將數(shù)據(jù)記錄在案。
選作WLBI系統(tǒng)機(jī)器零件的材料類型可包括鋁，銅及其它材料類型。支撐機(jī)器零件的材料建議用鋁，且所有大電流通路材料最好是鍍金/鎳觸點的銅，以阻止銅滲入砷化鎵VCSEL晶片并防止銅氧化和產(chǎn)生寄生電阻/熱。
頂/底接觸板(210和215)希望能找平至0.003英寸左右。石墨片(柔軟層220)可壓縮至0.003英寸左右，以補(bǔ)償某些晶片/板的平行度變化。此系統(tǒng)在VCSEL 20小時的老化試驗過程中應(yīng)能連續(xù)運行。假定系統(tǒng)每周運行6天以上，包括4小時裝/拆時間。
VCSEL晶片最好以可控的壓力接觸，可控的偏流，和可控的溫度在可控的時間長度內(nèi)進(jìn)行老化試驗而無晶片破損。漸升和漸降過程應(yīng)該可控。接觸板表面最好是平的、光滑的和潔凈的，以防止不規(guī)則表面造成晶片破損?？刹捎脦鞲袃x器的以PC為基礎(chǔ)的記錄系統(tǒng)來自動監(jiān)控并定期提供讀數(shù)。PC為基礎(chǔ)的系統(tǒng)可監(jiān)控接觸壓力，偏流，接觸板偏壓，底接觸板溫度，頂接觸板溫度，并且在20小時的老化試驗中在漸升和漸降的過程中每隔一分鐘記錄數(shù)據(jù)，然后每5分鐘記錄數(shù)據(jù)，可以把每個系統(tǒng)/接觸老化試驗組的數(shù)據(jù)日志提供給一個數(shù)據(jù)文件，后者可下載到一個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的位置。
為了監(jiān)控，可對電源作校準(zhǔn)并把信號加到偏流上?？捎秒妷罕頊y量接觸板的偏壓?？蓪犭娕疾迦肷?下接觸板內(nèi)以測量溫度。
過熱警報觸發(fā)偏置電源使之關(guān)閉，這將終止熱發(fā)生源。若系統(tǒng)的空氣壓力跌落，晶片接觸力將消失，這將觸發(fā)一個系統(tǒng)報警器。應(yīng)采用不間斷電源(UPS)支持輔助的110V交流控制電路，以在110V交流電源掉電時保護(hù)系統(tǒng)。如果3相電源斷電，系統(tǒng)警報器將被觸發(fā)，以進(jìn)行補(bǔ)救性測量，從而保護(hù)晶片和系統(tǒng)。
用于PC控制和自動錄入系統(tǒng)的軟件可以同時控制和監(jiān)測幾個WLBI系統(tǒng)，最好可把數(shù)據(jù)記錄文件輸出下載到一個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器位置。并用Microsoft(商標(biāo))兼容軟件(例如Excel等)來觀看?？捎靡蕴W(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)界面來提供必要的網(wǎng)絡(luò)連接及儀器遙控。
每個WLBI系統(tǒng)最好用三相208V交流20A電源，控制器電路用單相110V交流20A電源。
操作員在晶片處理過程中應(yīng)給系統(tǒng)提供靜電放電(ESD)保護(hù)連接。晶片接觸板與電源終端電氣連接以防止ESD。
本老化試驗過程在試驗中已經(jīng)證明，讓以晶片為基礎(chǔ)的器件工作在較高的溫度和直流電流一個固定時間可“穩(wěn)定”VCSEL性能。元件老化試驗已在125℃，20mA電流和20小時長度內(nèi)成功地檢測過。以晶片為基礎(chǔ)的測試元件已經(jīng)證明，在從老化試驗過的晶片中取出并單獨制成元件之后是“穩(wěn)定的”，而且要在14小時的“運行”老化試驗過程中對每個器件的光學(xué)功率輸出變化進(jìn)行跟蹤。
在測試過程中，要求WLBI系統(tǒng)以“芯片縮小”的晶片工作，即每個晶片有50K芯片，在20mA/芯片下支取1000A/晶片，對于1600W的總功率耗散有1.6V前向電壓降。此晶片功率耗散VF×IF作為熱發(fā)生器將晶片加熱至125℃。然后，此系統(tǒng)應(yīng)以可控方式將熱散掉以維持125℃。已證明本發(fā)明可在1000A的總?cè)萘肯逻\行，耗損量達(dá)2100W。對整個晶片所作的確認(rèn)PO(光學(xué)功率輸出)增量穩(wěn)定性的WLBI測試確定了幾個有趣的效應(yīng)。質(zhì)子和氧化物VCSEL的性能各不相同，這使我們對電流流過晶片的方式有更深的了解。業(yè)已顯示W(wǎng)LBI大致接近元件老化試驗過程所達(dá)到的穩(wěn)定性。按照本發(fā)明的方法，WLBI可做成870A陣列的VCSEL產(chǎn)品，而且可以適用于在晶片正面、背面或其它表面有電接觸點的其它半導(dǎo)體產(chǎn)品(如LED)。
可以采用幾種熱交換器結(jié)構(gòu)為按本發(fā)明作老化試驗的晶片提供熱控制?，F(xiàn)在將討論這些可供選用的不同熱控制措施。
圖11為一個散熱器的頂視圖和側(cè)視圖，此散熱器可用作熱交換器225來幫助冷卻下接觸板215以及最終經(jīng)受測試的晶片100。參照圖11，它表示一個可用來從系統(tǒng)的下接觸板215吸熱的散熱器900的頂視圖(1110)和側(cè)視圖(1120)。散熱器900將放在大部分圖中(特別是圖2(標(biāo)號225)，3，5(標(biāo)號520))中顯示的熱交換器的位置。散熱器可用銅制成并用安裝孔機(jī)械固定在接觸板和系統(tǒng)框架上。散熱器應(yīng)做成使其散熱片部分提供適當(dāng)?shù)谋砻娣e并通風(fēng)，使它冷卻并最終冷卻接觸板?？砂岩粋€風(fēng)扇(未示)放在散熱器下面對著散熱片部分以利冷卻。也可以讓液體(未示)循環(huán)流過散熱器部分以幫助冷卻。
圖12表示按本發(fā)明一個WLBI系統(tǒng)下面部件1200的透視圖，其中散熱器900用電絕緣玻璃纖維座安裝在鋁底座1210上。本專業(yè)技術(shù)人員知道，也可以采用其它的材料。
圖13為本發(fā)明另一實施例的側(cè)視圖，其中可用液體來冷卻系統(tǒng)的下接觸部分。參考圖13，它總體表示一個WLBI系統(tǒng)1300，帶一個液體冷卻熱交換器1305用以冷卻銅吸盤1310。在此系統(tǒng)1300中，從遠(yuǎn)處的水源1315把水(或其它冷卻劑)供給液體冷卻容器1305。銅吸盤1310通過長型銅熱導(dǎo)體1325與冷卻液作熱交換。冷卻過程中冷卻液通過口1330蒸發(fā)。當(dāng)需要更多冷卻液冷卻銅吸盤1310時，可通過液體管道1335把新冷卻液加入容器1305。
用銅加熱導(dǎo)體1325作為熱導(dǎo)體(例如，直徑為3.17英寸)時，當(dāng)熱負(fù)荷為1000W時，沸水水面需低于銅塊1310表面2英寸，對2000W的熱負(fù)荷，沸水水面需低于銅塊1310表面1英寸。若沸水水面與塊1310頂面非常接近，則可采用更低導(dǎo)熱系數(shù)的材料。
銅熱導(dǎo)體1325在任何時候都必須插入沸水中。最好可能是采用直徑8.04cm(3.17英寸)高度10cm(4英寸)的熱導(dǎo)體/吸盤柱體。熱導(dǎo)體1325和塊面兩者的直徑可以都是8.04cm(3.17英寸)。
圖14為與圖13類似的一個液體冷卻系統(tǒng)的另一個側(cè)面透視圖，此系統(tǒng)采用一個預(yù)熱元件1410來控制液體溫度。
圖15為本發(fā)明另一實施例的側(cè)視圖，其中底接觸板組件1510上有一個孔1520或別的入口，用于讓熱傳感器精確測量靠近接觸板1510中心附近的板溫度，此中心最靠近由下接觸板1510支撐的晶片的中心。圖15還顯示了一個通過銅管1530或別的入口將液體冷卻劑供給下接觸板1510底部1540的機(jī)構(gòu)。
圖16為本發(fā)明另一個實施例的側(cè)視圖，其中上接觸板1610被容納在一個殼體1620內(nèi)。上板水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)1630用于找平上接觸板1610。下接觸板不再作為一個分開的部件畫出，而是作為熱交換器部件1640的一部分畫在一起。工作時供給熱交換器部件1640的液體冷卻劑是通過入口1650提供的，并可以噴灑在接觸板/熱交換器1660的下表面上，如圖16所示。
圖17表示上(1720)和下(1720)接觸板的另一個側(cè)面透視圖，這些板與一個晶片和導(dǎo)電層(如果用了的話，它與柔軟層220類似)相接觸，其中冷卻劑和/或加熱液體供給上、下接觸板部件內(nèi)的室/容器1730。
圖18表示系統(tǒng)1800的另一個側(cè)面透視圖，其中上(1810)和下(1820)接觸板與一個晶片和導(dǎo)電層1805(如果用了的話，它與柔軟層220類似)相接觸。在這種場合下，冷卻液和/或加熱液體供給繞在與上、下接觸板1810，1820相連的軸上的圈/管1830，并通過后者供給其它元件。上、下板1810，1820為鍍Ni-Au的銅。圖18中還表示了半球形觸點1840，它為上板1810提供找平作用和相對于被老化試驗的晶片1805的均勻壓力。
上面提供的實施例和例子是為了說明本發(fā)明和它的實際應(yīng)用，以使本專業(yè)技術(shù)人員能利用本發(fā)明。但本專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)明白，上面的描述和例子只是為了說明和舉例的目的。本專業(yè)技術(shù)人員可對本發(fā)明作其它的改變和修正，我們打算用后面的權(quán)利要求書來涵蓋這些改變和修改。上面的說明并不意味著本發(fā)明的極限或?qū)λ姆秶南拗?。對上面所述可以作許多改變和修正而不偏離后面的權(quán)利要求書的范圍。我們預(yù)計利用本發(fā)明可能包含具有不同特征的元件。我們打算用后面的權(quán)利要求書來界定本發(fā)明的范疇，以對各方面的等效物有一個全面認(rèn)識。
權(quán)利要求
1.一種晶片級老化試驗的系統(tǒng)，包括一第一電極板(210)，用來同時為做在半導(dǎo)體晶片(100)上的一個以上半導(dǎo)體器件的觸點(110)提供電接觸，它處在該半導(dǎo)體晶片的一個器件表面上；一第二電極板(215)，用來為該半導(dǎo)體晶片(100)的襯底表面(105)提供電接觸；及通過觸點(110)為一個以上的半導(dǎo)體器件和通過第一(210)和第二(215)電極板為半導(dǎo)體晶片(100)的襯底(105)提供電源(610)裝置。
2.如權(quán)利要求1的晶片級老化試驗系統(tǒng)，其中提供電源(610)的裝置包含一個穩(wěn)壓器，用來通過第一(210)和第二(215)電極板提供和監(jiān)控用于一個以上的半導(dǎo)體器件的電源。
3.如權(quán)利要求1的晶片級老化試驗系統(tǒng)，還包含通過第一(210)和第二(215)電極板中至少一個向半導(dǎo)體晶片(100)提供可控?zé)崮?640)的裝置。
4.如權(quán)利要求3的晶片級老化試驗系統(tǒng)，還包含一個溫度調(diào)節(jié)器(630)，以便將均勻的溫度加到半導(dǎo)體晶片(100)上。
5.如權(quán)利要求4的晶片級老化試驗系統(tǒng)，其中溫度調(diào)節(jié)器(630)還包含一熱電偶(650)，它與第一(210)和第二(215)電極板中至少一個處在一起，以將均勻溫度加到半導(dǎo)體晶片(100)上。
6.如權(quán)利要求1的晶片級老化試驗系統(tǒng)，還包含一熱交換器(660)，用來通過第一(210)和第二(215)電極板中至少一個來控制半導(dǎo)體晶片(100)上的熱能。
7.如權(quán)利要求6的晶片級老化試驗系統(tǒng)，其中熱交換器(660)還包含一散熱器(900)，它與第一(210)和第二(215)電極板中至少一個相接觸。
8.如權(quán)利要求6的晶片級老化試驗系統(tǒng)，還包含一個晶片表面接觸材料(220)，它放在所述一個以上半導(dǎo)體器件(110)和第一電極接觸板(210)之間，以幫助半導(dǎo)體晶片(100)和做在它上面的一個以上半導(dǎo)體器件(110)的熱和電傳導(dǎo)，并使由第一(210)和第二(215)接觸板所加壓力造成的晶片和至少一個半導(dǎo)體器件(110)的損壞最小。
9.如權(quán)利要求6的晶片級老化試驗系統(tǒng)，還包括一第一晶片表面接觸材料(220)，它放在半導(dǎo)體晶片(100)的器件(110)表面和第一電極接觸板(210)之間；及一第二晶片表面接觸材料(220)，它放在半導(dǎo)體晶片(100)的襯底表面(105)和第一電極接觸板(210)之間；其中第一和第二晶片表面材料(220)可幫助半導(dǎo)體晶片(100)通過襯底表面(105)和做在它上面的一個以上半導(dǎo)體器件(110)的熱和電傳導(dǎo)，該第一和第二晶片表面接觸材料(220)能使半導(dǎo)體晶片和一個以上的半導(dǎo)體器件由于第一(210)和第二(215)接觸板分別加在器件表面和襯底表面的壓力所造成的損壞最小。
10.如權(quán)利要求6的晶片級老化試驗系統(tǒng)，還包含一個晶片接觸壓力控制部件(330)，用來對第一和第二接觸板中至少一個提供自調(diào)節(jié)的接觸和壓力控制。
11.如權(quán)利要求10的晶片級老化試驗系統(tǒng)，晶片接觸壓力控制組件(330)還包含一手動控制系統(tǒng)(710)。
12.如權(quán)利要求10的晶片級老化試驗系統(tǒng)，晶片接觸壓力控制部件(330)還包含一液壓系統(tǒng)(710)。
13.如權(quán)利要求10的晶片級老化試驗系統(tǒng)，晶片接觸壓力控制部件(330)還包含一氣動系統(tǒng)(710)。
14.一種晶片級老化試驗系統(tǒng)，包括上接觸板(210)，用來提供半導(dǎo)體晶片(100)正面(110)的物理和電接觸；下接觸板(215)，用來提供半導(dǎo)體晶片(100)背面(105)的物理和電接觸；及與上(210)和下(215)接觸板相連的電壓源(610)，用來提供流過半導(dǎo)體晶片(100)的電流；其中半導(dǎo)體晶片(100)的正面(110)包含做在該晶片上一個以上半導(dǎo)體器件的觸點，半導(dǎo)體晶片的背面(105)包含一個襯底，它用作一個以上半導(dǎo)體器件的公共觸點。
15.如權(quán)利要求14的晶片級老化試驗系統(tǒng)，還包含一穩(wěn)壓器(610)，用來對一個以上半導(dǎo)體器件提供可控電源。
16.如權(quán)利要求14的晶片級老化試驗系統(tǒng)，還包含一熱交換器(660)，用來通過上(210)或下(215)中的至少一個接觸板對半導(dǎo)體晶片(100)提供熱能控制。
17.如權(quán)利要求14的晶片級老化試驗系統(tǒng)，還包含一個溫度調(diào)節(jié)器(630)，它能使的晶片級老化試驗過程中對半導(dǎo)體晶片(110)加上均勻溫度。
18.如權(quán)利要求17的晶片級老化試驗系統(tǒng)，其中溫度調(diào)節(jié)器(630)還包含一熱電偶(650)，它與上(210)和下(215)接觸板中至少一個處在一起，以使溫度調(diào)節(jié)器(630)能為半導(dǎo)體晶片(100)提供均勻和可控的溫度。
19.如權(quán)利要求14的晶片級老化試驗系統(tǒng)，還包含一熱交換器(660)，用來通過上(210)或下(215)接觸板中至少一個控制半導(dǎo)體晶片(100)上的熱能。
20.如權(quán)利要求19的晶片級老化試驗系統(tǒng)，其中熱交換器(660)還包含一散熱器，它與上(210)或下(215)接觸板中至少一個熱接觸。
21.如權(quán)利要求14的晶片級老化試驗系統(tǒng)，還包含一個晶片表面接觸材料(220)，它被放在下面各項中至少一個之間正面(410)和上接觸板(210)，和背面(420)和下接觸板(215)；其中晶片表面接觸材料(220)有助于對半導(dǎo)體晶片(100)和做在它上面的一個以上半導(dǎo)體器件(110)的導(dǎo)熱和導(dǎo)電的控制，該晶片表面接觸材料(220)還能最大限度減少由上(210)和下(215)接觸板所加壓力造成的晶片(100)和器件的破損。
22.如權(quán)利要求14的晶片級老化試驗系統(tǒng)，還包含一個晶片接觸壓力控制部件(230)，它能對第一(210)和第二(215)接觸板中至少一個做自調(diào)節(jié)的接觸和壓力控制。
23.如權(quán)利要求22的晶片級老化試驗系統(tǒng)，晶片接觸壓力控制部件(230)還包含一個手動控制系統(tǒng)。
24.如權(quán)利要求22的晶片級老化試驗系統(tǒng)，晶片接觸壓力控制部件(230)還包含一個液壓系統(tǒng)(710)。
25.如權(quán)利要求22的晶片級老化試驗系統(tǒng)，晶片接觸壓力控制部件(230)還包含一個氣動系統(tǒng)(710)。
26.一種晶片級老化試驗系統(tǒng)，包括一第一電極板(210)，用來為半導(dǎo)體晶片(100)的襯底表面(105)提供物理和電接觸；一第二電極板(215)，用來為做在半導(dǎo)體晶片(100)的一個以上半導(dǎo)體器件(110)的觸點同時提供物理和電接觸；通過第一(210)和第二(215)電極板為一個以上半導(dǎo)體器件提供電源的裝置；及通過第一(210)和第二(215)電極板為半導(dǎo)體晶片提供可控?zé)崮?630)的裝置。
27.如權(quán)利要求26的晶片級老化試驗系統(tǒng)，其中提供電源(610)的裝置還包含一穩(wěn)壓器，以通過第一(210)和第二(215)電極板提供和監(jiān)控給一個以上半導(dǎo)體器件的電源。
28.如權(quán)利要求26的晶片級老化試驗系統(tǒng)，其中提供可控?zé)崮艿难b置還包含一溫度調(diào)節(jié)器，用來給半導(dǎo)體晶片加上均勻的溫度。
29.如權(quán)利要求28的晶片級老化試驗系統(tǒng)，其中溫度調(diào)節(jié)器還包含一熱電偶(640)，它與第一(210)和第二(215)電極板中至少一個做在一起，以便能給正在受老化試驗的半導(dǎo)體晶片加上均勻的溫度。
30.如權(quán)利要求26的晶片級老化試驗系統(tǒng)，其中提供可控?zé)崮?630)的裝置還包含一熱交換器(660)，用來通過第一和第二電極板中至少一個控制半導(dǎo)體晶片上的熱能。
31.如權(quán)利要求30的晶片級老化試驗系統(tǒng)，熱交換器(660)還包含一散熱器，它與第一(210)和第二(215)電極板中至少一個熱接觸。
32.如權(quán)利要求26的晶片級老化試驗系統(tǒng)，還包含一晶片表面接觸材料(220)，它放在半導(dǎo)體器件和第二電極板(215)之間，以方便半導(dǎo)體晶片和做在它上面的半導(dǎo)體器件的導(dǎo)熱和導(dǎo)電，并最大限度地減少由第一(210)和第二接觸板(215)所加壓力造成的晶片和器件的破損。
33.如權(quán)利要求32的晶片級老化試驗系統(tǒng)，其中晶片表面接觸材料(220)做成半導(dǎo)體晶片的形狀，該材料與至少一個半導(dǎo)體器件產(chǎn)生物理、熱和電接觸，而且這種晶片表面材料(220)有助于做在半導(dǎo)體晶片上的一個以上半導(dǎo)體器件達(dá)到一致的偏壓水平，該接觸材料可最大限度減少由第二電極板(215)加到一個以上半導(dǎo)體器件的壓力造成的一個以上器件的破損。
34.如權(quán)利要求26的晶片級老化試驗系統(tǒng)，還包含一個晶片接觸壓力控制部件，用來對第一(210)和第二(215)電極板中至少一個提供自調(diào)節(jié)的接觸和壓力控制。
35.如權(quán)利要求34的晶片級老化試驗系統(tǒng)，晶片接觸壓力控制部件(710)包含一手動控制系統(tǒng)。
36.如權(quán)利要求34的晶片級老化試驗系統(tǒng)，晶片接觸壓力控制部件(710)包含一液壓系統(tǒng)。
37.如權(quán)利要求34的晶片級老化試驗系統(tǒng)，晶片接觸壓力控制部件(710)包含一氣動系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一些對半導(dǎo)體器件(210、215)的晶片級老化試驗(WLBI)的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)至少有兩個電極，用來將電偏壓和/或熱功率加到晶片(100)的每一面，此晶片具有用于做在它上面的半導(dǎo)體器件的后(105)和前(110)電觸點。還描述了利用此系統(tǒng)進(jìn)行的晶片級老化試驗的方法。另外，還描述了一種在器件帶電觸點的晶片一面提供管腳或觸點(100)的柔軟導(dǎo)電層(220)。此柔軟導(dǎo)電層(220)可以在做在晶片(100)上的每一個器件內(nèi)產(chǎn)生有效串聯(lián)電阻R，從而幫助維持電壓偏置水平一致。這個柔軟導(dǎo)電層還可防止由容器觸點(210、215)加到晶片上的壓力和在老化試驗過程中晶片(100)表面上的壓力對晶片的損傷。還描述了一種冷卻系統(tǒng)(660)，它能把均勻的溫度加到晶片(100)上。
文檔編號H01S5/00GK1568431SQ02820293
公開日2005年1月19日 申請日期2002年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月13日
發(fā)明者M·J·哈吉-謝克, J·R·比亞爾, R·M·豪金斯, S·拉比諾維奇, J·K·岡特 申請人:霍尼韋爾國際公司