專利名稱：預模擬運行用的可反復使用的晶片承載件和預模擬運行方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及一種在評定集成電路和其他半導體器件時使用的夾具和方法，特別涉及一種在半導體器件進行試驗和/或預模擬運行時用于臨時夾持作為未封裝晶片或作為小片尺寸的封裝組件的半導體器件的可反復使用的承載件，以及涉及一種使用這種可反復使用的承載件的預模擬運行和/或電試驗方法。
在集成電路和其他半導體器件(如存儲器件和分離的功率晶體管)制造完成時，要對它們進行預模擬運行和電試驗，以便在發(fā)貨之前鑒別并清除有缺陷的半導體器件。術語“預模擬運行”是指半導體器件在一種可控溫度，典型地是在爐內高溫進行所使用的一個程序，并在這種高溫下對它們施加一定的電工作偏壓和/或信號。高溫促使這些器件在預模擬運行中承受應力，在使用后不久可能因其他原因失效的臨界器件在這種預模擬運行中就失效，并在發(fā)貨前被清除。在電試驗中，一組更完整的工作偏壓和信號加到器件上，全面評定其功能。
按慣例，只有當半導體器件已經組裝成封裝組件將插入電路板時才進行預模擬運行和全面的電試驗。為了預模擬運行，這種封裝組件臨時插入包括有電路線跡的專用預模擬運行板的插座中，以便連接上這種封裝組件上數(shù)量充足的連接銷或墊，在預模擬運行時加上工作電偏壓和/或信號。在某些預模擬運行中，只要求連接到封裝集成電路上的有限的銷或墊上。對于鑒定性能的電試驗，從預模擬運行板上卸下這種集成電路，并安裝到可允許與這種封裝集成電路的所有連接銷和墊電連接的試驗夾具中。
在預模擬運行或電試驗中發(fā)現(xiàn)一個封裝集成電路有缺陷時，必須把它報廢。除有缺陷晶片報廢外，這個集成電路封裝組件本身也須報廢。多年來，一直希望在封裝前在晶片級別上對集成電路進行試驗和預模擬運行。同時，多晶片組件(MCM)的出現(xiàn)對以用于組裝成MCM的晶片形式的發(fā)貨器件提出了新要求。由于MCM很難修理，修理成本高，晶片必須在組裝成MCM之前進行試驗和預模擬運行。雖然已為此提出許多建議，但都未普遍應用。妨礙在晶片級別進行預模擬運行和試驗的一個重要因素是在預模擬運行和試驗時缺乏必須滿足嚴格要求的裝載和保護晶片的夾具。
此外，這種晶片可以封裝為小片尺度的組件，這種組件只稍大于晶片。在這種情況，其接點仍然極小，其封裝組件仿照晶片的外形，因此，標準插座不可用于這樣小的器件。因此必須有一種用于預模擬運行和試驗小片尺寸封裝晶片的承載件。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種新穎的用于臨時夾持可以是小片尺寸封裝組件的半導體晶片的可反復使用的承載件。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于臨時夾持進行預模擬運行、同時也適于進行電試驗的半導體晶片的可反復使用的承載件。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種使用可反復使用承載件對半志體晶片進行預模擬運行評定的方法。
本發(fā)明的又一個目的是提供可進一步使用這種可反復用承載件于半導體晶片的電試驗這樣一種方法。
本發(fā)明進一步的一個目的是提供一種可在普通預模擬運行系統(tǒng)和這種程序的預模擬運行板中臨時夾持半導體晶片的可反復使用承載件。
本發(fā)明另一目的是提供一種可反復使用的臨時夾持不同尺寸晶片和不同數(shù)量連接銷的不同規(guī)格的半導體晶片的承載件。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種用于臨時夾持可進行環(huán)境保護半導體晶片的可反復使用的承載件。
可以通過使用這里公布的新穎的可反復使用的承載件和預模擬運行和/或電試驗方法實現(xiàn)本發(fā)明上述目的及相關目的。按照本發(fā)明提供了一種一個用于半導體晶片的可反復使用的承載件，包括一個具有多個承載件接點的基板，接點用于與這個可反復使用承載件外面的半導體晶片的電連接；在基板上的多個導電線跡，具有連接到承載件接點上的第一端，和與半導體晶片上的晶片接點嚙合的第二端；
在基板上的至少一個定位件，它有一個用于與半導體晶片一部分嚙合的定位表面，以便自動精確地定位晶片，使晶片接點與線跡的第二端嚙合；一個通過基板延伸的真空孔，用于在定位件嚙合半導體晶片時嚙合這個半導體晶片；一個可拆卸地設在基板上用于蓋住半導體晶片的蓋板；把這個蓋板定位到基板上的緊固裝置。
本發(fā)明的未封裝半導體晶片的預模擬運行和/或電試驗的方法包括設置一個夾持半導體晶片并且其上有許多接點的可反復使用的承載件。把半導體晶片插入這種承載件中，并加熱到高溫。預模擬運行輸入電偏壓和任選的信號由承載件外的一個電源至少通入一部分接點，并經過這種可反復使用的承載件輸入到半導體晶片。如果供電的話，可以接收到來自半導體晶片并通過至少一部接點的可反復使用的承載件的，與預模擬運行輸入信號響應的預模擬運行輸出電信號。這種預模擬運行輸出電信號可用于評價半導體晶片。例如，根據(jù)其信號可鑒別半導體晶片是良好的或有缺陷的。可以按相似的方式進行電試驗，即加上電試驗輸入信號和接收電試驗輸出信號，并用于評定半導體晶片。
通過下面結合附圖的更詳細敘述，本專業(yè)的技術人員可以更加明白本發(fā)明的上述及相關目的，優(yōu)點和特點，附圖中

圖1是本發(fā)明的用于臨時夾持半導體晶片的可反復使用的承載件的分解透視圖。
圖2是處于組裝形式待用的夾持半導體晶片的圖1的可反復使用承載件的橫截面視圖。
圖3是圖1～2的用于夾持半導體晶片的可反復使用的承載件的平面視圖。
圖4是類似于圖2的用于臨時夾持半導體晶片的可反復使用承載件的橫截面視圖，但承載件處于開啟位置。
圖5是類似于圖2的橫截面視圖，但它是本發(fā)明用于臨時夾持半導體晶片的可反復使用承載件的第二實施例。
圖6是類似于圖3的平面圖，但它是用于臨時夾持半導體晶片的可反復使用承載件的圖5所示的實施例。
圖6A是示于圖5的用于臨時夾持半導體晶片的可反復使用承載件襯底部分的平面圖。
圖6B是圖6A中的6B部分的橫截面圖。
圖7是本發(fā)明的用于夾持半導體晶片的可反復使用的晶片承載件第三實施例的平面圖。
圖8是用作試驗夾具的圖7的可反復使用承載件的平面圖。
圖9是沿圖8的9-9線的橫截面視圖。
圖10是本發(fā)明可反復使用承載件另一實施例的一部分的平面圖。
圖11是示于圖10的晶片承載件部分的側視圖。
圖12是具有兩片平衡壓力系統(tǒng)的可反復使用承載件的透視圖。
圖13是處于開啟狀態(tài)的圖12中的可反復使用承載件的透視圖。
圖14是圖12的可反復承載件處于閉合狀態(tài)，并沿圖12的14-14線的且晶片在位的橫截面視圖。
圖15是處于開啟位置的圖12中的可反復使用承載件的橫截面視圖。
圖16A是沿圖15的16A-16A線的，示于圖12的可反復使用承載件頂部橫截面視圖。
圖16B是沿圖15的16A-16A線的，示于圖12的可反復使用承載件的頂部橫截面視圖，示出平衡體的Z軸鉸接頭。
圖16C是沿圖15的16A-16A線的，示于圖12的可反復使用承載件頂部橫截面視圖，示出了平衡體繞X軸的鉸接頭。
圖16D是沿圖15的16A-16A線的，示于圖12的可反復使用承載件頂部的橫截面視圖，示出平衡體繞Y軸的鉸接頭。
圖17是具有四片平衡壓力系統(tǒng)的可反復使用承載件的透視圖。
圖18是圖17的可反復使用承載件處于開啟狀態(tài)時的透視圖。
圖19是沿圖17的19-19線的，示于圖17的可反復使用承載件處于閉合狀態(tài)且晶片在位時的橫截面視圖。
圖20是圖17的處于開啟狀態(tài)的可反復使用承載件的橫截面視圖。
圖21A是沿圖20的21A-21A線的，示于圖17的可反復使用承載件頂部的橫截面視圖，示出了平衡體Z軸鉸接頭。
圖21B是沿圖20的21B-21B線的，示于圖17可反復使用承載件頂部的橫截面視圖，示出了繞X軸的平衡體鉸接頭。
圖21C是沿圖20的21C-21C線的，示出圖17的可反復使用的承載件頂部的橫截面視圖，示出了繞Y軸的平衡體鉸接頭。
圖22是具有球軸承點接觸壓力系統(tǒng)的可反復使用承載件透視圖。
圖23是圖22的可反復使用承載件處于開啟狀態(tài)的透視圖。
圖24是圖22的可反復使用承載件處于閉合狀態(tài)的橫截面視圖。
圖25是圖22的可反復使用承載件處于開啟狀態(tài)的橫截面視圖。
圖26A是沿圖25的26A-26A線的，示于圖22的可反復使用承載件的頂部橫截面視圖。
圖26B是沿圖25的26A-26A線的，示于圖22的可反復使用承載件的頂部橫截面視圖，示出了平衡體Z軸鉸接頭。
圖26C是沿圖25的26A-26A線的，示于圖22的可反復使用承載件的頂部橫截面視圖，示出繞X軸的平衡體鉸接頭。
圖26D是沿圖25的26A-26A線的，示于圖22的可反復使用承載件的頂部橫截面視圖，示出繞Y軸的平衡體鉸接頭。
圖27是具有球軸承加載壓力板的可反復使用的承載件的蓋板透視圖。
圖27A是圖27的可反復使用承載件的蓋板透視圖，示出了改進的掣爪機構使用的掣爪表面。
圖27B是圖27可反復使用承載件的掣爪透視圖。
圖27C是這個改進的掣爪機構的放大橫截面視圖。
圖28是圖27的可反復使用的承載件處于開啟狀態(tài)的透視圖。
圖29是沿圖27的線29-29的，且晶片在位的，示于圖27的可反復使用承載件處于閉合狀態(tài)的橫截面視圖。
圖30是圖27的可反復使用承載件處于開啟狀態(tài)的橫截面視圖。
圖31A是沿圖30的31-31線的，示于圖27的可反復使用承載件的頂部橫截面圖。
圖31B是沿圖30的31-31線的，示于圖27的可反復使用承載件的頂部橫截面視圖，示出了平衡體的Z軸鉸接頭。
圖31C是沿圖30的31-31線的，示于圖27的可反復使用承載件的頂部橫截面視圖，示出了繞X軸的平衡體鉸接頭。
圖31D是圖27可反復使用承載件頂部橫截面視圖，示出了繞Y軸的平衡體鉸接頭。
圖32是一種可反復使用晶片承載件基板組件下部的分解透視圖。
圖33是圖32的組裝晶片組件的橫截面視圖。
圖34是本發(fā)明可反復使用承載件另一個實施例的一部分的橫截面視圖。
現(xiàn)在參看附圖，特別是圖1～4，示出了一個在預模擬運行和/或電試驗時臨時夾持集成電路12的可反復使用承載件10。這種可反復使用承載件10包括一個基板14和一個由鉸鏈18連接在基板14上的蓋板16。一個由合適的聚合物材料例如聚酰亞胺構成的柔性襯底19通過適當?shù)哪z粘劑或緊固件連接到基板14上。這種襯底19也可由硬質不變形材料如陶瓷或硅構成，用于某些類型的集成電路，如C4或供倒裝接合法使用的倒裝片。四個定位柱20具有與集成電路12的拐角24嚙合的楔形表面22，精確地把集成電路12定位在襯底19的上表面26上。一個彈簧作用的掣爪與基板14的孔32中的凸塊30嚙合，把蓋板16閉合到集成電路12上。作為起定位集成電路12的作用的定位柱的輔助和替代，可在襯底19上設置一種觀察集成電路12定位的觀察窗。
表面26上的導電線跡34可以有接觸塊(未示出)，它們與集成電路接觸墊(未示出)或C4或集成電路12的其他接觸塊(未示出)嚙合，把集成電路12連接到繞襯底19邊緣40的周向接觸墊38上。另一方面，也可在集成電路12上設置接觸塊，而不是在線跡34上設置。當蓋板16在集成電路12上處于閉合位置時，一個彈簧42#與集成電路12(包括集成電路12的背面)的上表面43嚙合，以提供一個偏壓力，促使接觸墊充分地壓靠在導電線跡34上，以保證可靠的電連接。
可以在柔性襯底19和基板14之間設置一薄層橡膠或其他合適的柔性材料，以補償接觸塊，晶片和基板之間的高度差。如果集成電路12設有釬焊接觸塊(未示出)，則可以省去這層柔性材料，發(fā)揮軟釬焊接塊柔性的優(yōu)點。這可以改進預模擬運行和試驗后這種釬焊接塊的變形性和共面性。
如圖32和33所示，可以剪裁這層柔性材料200，使它只存在于柔性襯底19下面的接觸塊(未示出)區(qū)域，而在201區(qū)域，即集成電路12定位到這個承載件上時集成電路12的中心區(qū)，沒有這層柔性材料(見圖1)。這導致力集中在接觸塊區(qū)域的集成電路12上，因此，只要較小的力可使集成電路接觸墊與接觸塊充分接觸。也希望由在每個接觸塊下面的單個柔性件(例如單個小圓塊硅橡膠)替代這層柔性材料200，以進一步集中柔性材料。這將進一步將力集中到接觸塊區(qū)域，降低集成電路12與接觸塊充分連接所必須施加的力，并避免推到晶片的其他區(qū)域上。
圖32和33也示出了一塊上板202，其上具有用于安裝集成電路12的孔洞204。這個上板202由適當?shù)牟牧先?2#合金(可從ComputerTechnology Corporation購得)制造，位于襯底19上面。當集成電路12裝入這種承載件時，上板202使集成電路接觸墊與襯底19上的接觸塊機械定位。如果使用柔性材料襯底，這塊上板202也使襯底19平齊。上板202用于定位集成電路12，替代圖1～4實施例中的定位柱。
根據(jù)熱膨脹系數(shù)(TCE)選擇上板材料，在本實施例中為42#合金。因為承載件和晶片被加熱，承載件熱膨脹系數(shù)必須非常精確地與晶片熱膨脹系數(shù)匹配。否則，在預模擬運行時，接觸墊和接觸塊將相互變得不一致，可能喪失彼此的電連接。用作柔性襯底19的聚酰亞胺的熱膨脹系數(shù)與硅的熱膨脹系數(shù)差異明顯。另一方面，42#合金熱膨脹系數(shù)與硅的熱膨脹系數(shù)非常接近。希望把柔性襯底19夾在兩個42#合金板或基板之間，或用適當膠粘劑把柔性襯底連接到42#合金基板或定位板上，因此，柔性襯底19由于熱膨脹的運動被限制到與半導體晶片熱膨脹非常匹配。
因此，用另一個42#合金板作為基板206，連同上板202夾住柔性襯底19，這就消除了由42#合金制造基板208的需要。基板208可由低膨脹材料如塑料制造。同樣，使用42#合金上板202就沒有必要由42#合金制造上基板或鉸鏈體210。而且42#合金夾層更堅固。
上述的包括使用適當材料如金屬(42#合金)或塑料的上基板或鉸鏈體210和基板208由螺釘212固定在一起。
參見圖2,4和5，通過基板14，襯底19和柔性材料設有一個真空孔46，應用真空把集成電路12保持在襯底19的位置上。實際上，襯底19最好是商用產品，可從使用不同制造工藝的幾個制造商獲取。例如，這種襯底可以是從Nitto Denko獲取的ASMAT襯底。
這種可反復使用承載件10合理地受到環(huán)境保護，由此，未封裝集成電路12不再要求在清潔房間的環(huán)境中進行處理?，F(xiàn)在，這種可反復使用承載件可用于標準的預模擬運行和試驗系統(tǒng)。
對于預模擬運行，包含集成電路晶片12的臨時組件10壓入預模擬運行板50的插座48中，這個板50然后插入預模擬運行系統(tǒng)，在這里進行標準的預模擬運行。襯底19的接觸墊38現(xiàn)在成了臨時組件10的一部分，與預模擬運行插座48的引線52接觸。按常規(guī)，預模擬運行可以這樣進行把不多于一個工作電位加到集成電路上，或把工作電位和工作信號加到集成電路12上，或者，加上工作電位和工作信號和讀出在預模擬運行時來自集成電路12的輸出信號。
圖5～6B示出另一種用于存儲集成電路62的可反復使用的承載件60。楔形定位柱64用于把不同形狀集成電路62安裝到精確位置，使它的接觸墊與襯底70上的接觸塊嚙合。與圖1～4實施例一樣，柔性聚酰亞胺襯底70上的導電銅線跡72具有接觸塊74，它們與集成電路62上的接觸墊嚙合，把這個集成電路62連接到繞襯底70的邊緣77的周邊接觸墊68上。除以上所述外，本發(fā)明圖5～6B的實施例的結構與工作與圖1～4實施例相同。
圖7示出一種在襯底84上有附加接觸墊82的用于電試驗的可反復使用承載件80。對于常比預模擬運行要求更多接點的電試驗，這種可反復使用承載件80壓入電試驗器(未示出)的一個探針板86(圖8～9)中。這種探針板86在其環(huán)氧或聚酰亞胺板89上有多個導電線跡88，每個都與探針尖90連接及與試驗器連接點92連接，探針尖90用于與附加接觸墊82接觸進行試驗。為清楚起見，只示出十二個線跡88。實際上，一個有效的探針板可以包含數(shù)百個導電線跡88和探針尖90。附加接觸墊82由襯底84上的導電線跡93連接到試驗的集成電路上，并用于試驗所必須的附加連接點。由于要求預模擬運行插座比探針板多數(shù)千倍，襯底84的這種結構使得用于預模擬運行的插座48(圖1)具有的連接銷明顯少于電試驗所要求的數(shù)量。因此節(jié)省了預模擬運行的成本。電試驗在預模擬運行之前或之后進行。
圖10和11示出一種晶片承載件的局部，其中的固定柱102和彈簧104為這種晶片承載件提供了一種定位機構。柱102和彈簧104連接到基板106上，并通過柔性襯底108伸出。這種固定柱102固定晶片114兩個相鄰側面110和112的位置，保證這個晶片正確定位在襯底108上。當晶片114壓靠在柱102上時，在柱102基板上的楔形面116保持相鄰的兩個側面110和112向下。保持晶片114靠在柱102上的壓力由兩個彈簧104提供，它的形狀也提供一個對晶片兩個側面的稍微向下的壓力使晶片與彈簧104接觸。對晶片114的這種向下的壓力，在晶片定位機構(未示出)松開晶片并推開這個晶片114時，能夠保持晶片114的定位，克服晶片和定位機構之間的任何靜電和分子吸引力。在預模擬運行或電試驗后打開蓋板(未示出)時，這個壓力也同樣有保持晶片114的功能。除所述和所示的以外，本發(fā)明圖10～11實施例的結構與工作和圖1～6B實施例的相同。
與集成電路12的上表面43嚙合而施加一個偏壓力的圖4中的彈簧42#，可以由一個以平衡而均勻方式把力施加到表面43上的交替?zhèn)髁C構取代。這類傳力系統(tǒng)可以是面積接觸壓力系統(tǒng)形式，下面將敘述有關的幾個實施例。
圖12～16D說明的是一種具有兩片平衡壓力系統(tǒng)的可反復使用的晶片承載件220，這個系統(tǒng)使力均勻地沿Z軸和X軸分布。如所示，這種兩片平衡壓力系統(tǒng)包含一個平衡體222和一個用于安裝這個平衡體222的轉動銷224。轉動銷224沿Y軸可樞軸轉動地安裝在從蓋板228側面延伸的安裝凸緣226內，并且在垂直于蓋板228主面的方向(圖12Z軸方向)也可移動。起壓力板作用直接把力施加到半導體晶片230上的平衡體222能夠繞Y軸作樞軸轉動使力沿X軸均勻分布。一個壓縮彈簧232控制轉動銷224和平衡體222沿垂直于蓋板228主面的軸向移動。這種彈簧232通過轉動銷224把偏壓力施加到平衡體222上，因此傳遞到半導體晶片230上。一塊用于連接半導體晶片230的單獨壓力板可以固定到平衡體222的底面，或者，平衡體222本身就可用作一種壓力板。
如圖16A和16B所示，彈簧232壓縮可使平衡體222沿Z軸移動。轉動銷224可在孔234內滑動，以適應平衡體222的移動。圖16D示出平衡體222繞Y軸樞轉運動，因此沿X軸均勻地分布力。在圖16C中，由于彈簧232的偏轉，它也會有某些運動，因而使平衡體繞X軸作樞轉運動。
在工作中，半導體晶片230安裝到承載件220中。按圖15和14所示，蓋板228從開啟位置運動。當關閉蓋板228時，平衡體222與半導體晶片230接觸。因為平衡體222可樞轉地安裝把力沿X軸分配，因此由這個平衡體222加到半導體晶片230上的力沿半導體晶片230的X軸更均勻地分布。這就降低了把過大壓力加到晶片230一端的可能性，如最靠近蓋板228鉸鏈的一端。這類過大的局部壓力可能直接導致半導體晶片230的損傷。過大的壓力也可引起晶片230倒轉(鄰近鉸鏈236的一端向下，而另一端向上)，當蓋板228被帶入到完全閉合狀態(tài)時，這種過大壓力將導致晶片230在承載件220中的不適當定位，造成損傷。彈簧232也壓縮，控制作用在平衡體222的力的量，因而也控制了作用在晶片230上的力，產生對更均勻地分布力的適應。當蓋板228接近閉合時，由于掣爪238有斜角表面240，蓋板228的拐角嚙合掣爪238，并對這個掣爪238施加一個側向力。當蓋板228閉合時，基本達到平行于基板的一個位置，借助一個扭轉彈簧242#的彈力作用，掣爪238向蓋板228后面移動。掣爪238與蓋板228上的相應掣爪表面244嚙合，蓋板228被固定。
圖17-21C所示的可反復使用承載件250具有一個可以把力沿Z、Y、X軸均勻分布的四件平衡壓力系統(tǒng)。這個四件平衡壓力系統(tǒng)包括一個平衡體252，一個轉動銷254和兩個壓力板256。轉動銷254可樞軸地安裝在從蓋板258伸出的安裝凸緣257內，并可以在垂直于蓋板258主面的方向(圖17Z軸方向)移動。平衡體252安裝在轉動銷254上，可繞轉動銷254軸向(即相應于圖17Y軸方向)繞樞軸轉動。一個壓縮彈簧262置于蓋板258和轉動銷254之間，以控制它的運動，并提供一個偏壓力作用到半導體晶片260上。兩個接觸墊261連接到平衡體252的底面。兩塊壓力板256可繞樞軸轉動地安裝在兩個接觸墊261中，以便繞與轉動銷254成橫向關系的一個軸向(相應于圖17的X軸)運動。平衡體252繞Y軸的樞軸運動使力沿X軸分布，而壓力板256繞X軸的樞軸運動使它們把力沿Y軸分布。
如圖21A所示，彈簧262壓縮可使轉動銷254和平衡體252沿Z軸移動。轉動銷254能夠在安裝凸緣257中滑動，以適應平衡體252的移動。在圖21B中，示出壓力板256繞X軸作樞轉，使力沿Y軸分布圖21C示出平衡體252繞Y軸作樞轉，因此使力沿X軸分布。
在半導體晶片260安裝在承載件250上以后，蓋板258從開啟位置移向關閉位置，如圖20和19所示。隨著蓋板258的閉合，壓力板256與半導體晶片260接觸。如上所述，壓力板256可繞X軸作樞轉，保持壓力板256的平衡體252可繞Y軸作樞轉。因此，平衡體252和壓力板256的鉸接頭使力沿Y軸和X軸均勻分布，降低了由于力的不均勻分布造成的晶片260倒轉及損傷的可能性。彈簧262也壓縮，控制作用在晶片260上的力值，在平衡壓力系統(tǒng)和晶片260之間產生一個柔性層。當蓋板258到達閉合狀態(tài)時，掣爪264與蓋板258上的掣爪表面266嚙合而固定這個蓋板258。在用于大面積晶片時，這種四件系統(tǒng)特別優(yōu)異，能完全接觸，防止上述的晶片260倒翻。
圖22～26示出一種具有點接觸壓力系統(tǒng)的可反復使用的晶片270，示出的包含一塊在其表面273形成一個孔271的壓力板272，板272借助于樞軸銷274連接到蓋板278上。孔271是在內側的一個埋頭孔，用以安裝球軸承276，球軸承276伸出超過壓力板272的表面273。埋頭孔271的傾斜特點用于約束球軸承276相對于壓力板272的表面273做橫向運動。球軸承的橫向運動也可由其他機構控制，如壓力板272壁的伸出塊(未示出)。一個置于球軸承276和蓋板278之間的壓縮彈簧迫使球軸承276靠在壓力板272上。
在這種點接觸壓力系統(tǒng)中，球軸承276用于把力施加到半導體晶片282上。如圖23和24所示，壓力板272的表面273呈錐形特征。這降低了壓力板272自身把不均勻的力施加到晶片282的可能性。壓力板272的錐形表面273保證球軸承276將是這種力傳遞系統(tǒng)和半導體晶片282之間的第一個接觸點。
在工作中，半導體晶片282裝于承載件270中，蓋板278從開啟位置運動到閉合位置。因為壓力板272的偏置樞軸和錐形表面273，球軸承276首先連接半導體晶片282。球軸承276的曲面273使它可以適應任何角度，壓縮彈簧280沿Z軸提供柔性。雖然壓力板272可以繞球軸承276作樞轉，由于壓力板272一般不與半導體晶片282接觸，所要求的鉸接頭也應小于接點設計面積。
這種點接觸壓力系統(tǒng)可用于釬焊接觸塊的晶片或其他集成電路，以改進跨半導體晶片整個面積的力的分布對稱性，即沿X軸和Y軸分布。此外，降低了半導體晶片和壓力板之間的接觸表面積，這也就降低了晶片和壓力板之間的表面吸引力和真空度。這種“吸附”是不希望的，因為當蓋板開啟不加載時它可引起晶片粘附到壓力板表面，造成晶片的不適當定位。
此外，上述的以及后面將要公開的面接觸壓力系統(tǒng)可以有為降低表面接觸面積而成形的壓力板，這可由具有尖點、溝槽、網線或其他波形特征的壓力板表面實現(xiàn)。
圖27～31D示出另一種面接觸壓力系統(tǒng)，一種可反復使用的承載件290的形式包含一個球軸承加載壓力板292。壓力板292可移動地安裝在由蓋板298伸出的安裝凸緣中。連接在壓力板292上的是兩個螺釘形式的樞軸銷294。這些銷294也可以成形或壓配合在適當位置。銷294延伸通過安裝凸緣291的槽293，并可以借助于安裝凸緣291內側的螺母或其他緊固件(未示出)固定。槽293的成形可使銷294樞轉，并在與壓力板292的表面295成橫交的方向(沿Z軸)運動。壓力板292上形成一個凹處296，圖29示出是埋頭孔形式。一個球軸承300在凹處296附近與壓力板292鄰接，這個凹處296用于控制球軸承300平行于壓力板292表面的運動。壓力板292能在任何方向繞球軸承300作樞軸轉動。球軸承300借助于置于軸承300和蓋板298之間的一個壓縮彈簧302而受彈力作用，因此被壓靠在壓力板292上。
在這個實施例中，樞軸銷294向著蓋板298方向偏置。如圖30和31D所示，由于壓縮彈簧302通過一根與樞軸點離開一距離的軸線把力加在球軸承300和壓力板292上，這就使壓力板292向基板306傾斜。因此，當蓋板298閉合時，壓力板292相對于半導體晶片308的傾角降低，壓力板292的表面基本上平行于半導體晶片308的表面。傾角的這種降低可以使施加到晶片308的力更均勻，因而降低了晶片倒轉運動的可能性。樞軸銷294也可以位于壓力板292的中心線上，因此沒有偏移，這樣，壓力板292相對于半導體晶片308的傾角的影響將增大。
當半導體晶片308裝于承載件290時，把蓋板298閉合，壓力板292以接近平行的方式取向接近于晶片308的表面。壓力板292繞球軸承300作樞軸轉動把力均勻地分布到晶片308上，彈簧302壓縮而把一個可控的力加到晶片308上。當蓋板298達到閉合位置時，掣爪310致動使蓋板298固定。
在這個實施例中，如圖27A～27C所示，蓋板298的掣爪310和掣爪表面311具有一個改進的形狀。當通過掣爪310使其掣爪表面311嚙合時，這個掣爪表面311有一個伸出在掣爪310上部的角形段312。和其他實施例中的掣爪結構一樣，如像圖4中的實施例，作用在蓋板298上的一個向上的力有導致掣爪310轉動離開的趨勢，使蓋板298被彈力開啟。這是不希望的，因為它提高了由于振動晶片承載件而意外開啟蓋板的可能性。在所示的改進形狀中，作用到蓋板298上的一個向上的力使它被稍微提起，直至角形段312與掣爪310的上表面314嚙合。在這一點，角形段312在掣爪310上施加一個向下的力，防止它繼續(xù)通過其弧線，從而保持蓋板298在關閉狀態(tài)。而且，蓋板298的下掣表面316成一角度，與掣爪310的掣爪表面318相適應。這將導致由蓋板298升起產生的任何力離開掣爪310的弧線。其優(yōu)點是使承載件更能抗由于振動或降落造成的意外開啟，可用于任何可反復使用的承載件，包括這里所述的承載件。
圖34示出一種圖27～31的面積接觸壓力系統(tǒng)的替代結構，它設計用于降低封裝組件高度。在其上部有軸352的槽350位于壓力座354中，而不是在蓋板356中。彈簧358處于軸352和壓力座354底部360之間，在軸352之下。除上面所示和所述之外，圖34實施例的結構和工作與圖27～31D實施例的相同。
上述的傳力系統(tǒng)可以設計為散熱片形式，以利于晶片散熱。例如，壓力板，球軸承和其他構件可由金屬(如鋅和鋁)制造，使得具有較好熱導率和背面偏壓，這就可以加一個偏壓到晶片背面。另外，雖然這些系統(tǒng)是按X,Y,Z軸敘述的，但應明白這些系統(tǒng)可以不必沿相互正交的軸工作而實施。
現(xiàn)在已很清楚，已經提供了可以實現(xiàn)本發(fā)明上述目的的用于預模擬運行和電試驗的一種可反復使用的承載件。這種可反復使用承載件臨時夾持一個半導體晶片。在一種形式中，這種可反復使用的承載件臨時夾持一個用于預模擬運行的半導體晶片，也適用于這種半導體晶片的電試驗。本發(fā)明的這種形式使預模擬運行插座有重大節(jié)省，僅要求有限數(shù)量的連接銷用于預模擬運行插座，因為在這種可反復使用的承載件中可提供很多的接觸墊與承載件中的集成電路接觸進行試驗。這種方法使用可反復使用的承載件對半導體晶片進行預模擬評定，也可隨意進行半導體晶片的電試驗?？煞磸褪褂贸休d件可與普通的預模擬運行系統(tǒng)和預模擬板一起用。這種可反復使用承載件可按不同規(guī)格提供以適應不同尺寸晶片和不同數(shù)量連接銷。在預模擬運行板中，通過襯底的再設計，可以在晶片承載件中使用各種集成電路晶片。在晶片承載件中使用不同的襯底，可以實現(xiàn)信號對不同集成電路晶片的適當方向。這種能力意味著可能出現(xiàn)一種通用預模擬板。在這種可反復使用的承載件中，從環(huán)境上保護了半導體晶片。
還應明確，所示和所述的本發(fā)明的這些技術的形式和細節(jié)可以有各種變化。例如，與晶片表面連接的平衡體和壓力板可以有不規(guī)則的表面，以減少板與晶片之間的粘附。這些變化包括在所附的權利要求書的精神和范圍內。
權利要求
1．一個用于半導體晶片的可反復使用的承載件，包括一個具有多個承載件接點的基板，接點用于與這個可反復使用承載件外面的半導體晶片的電連接；在基板上的多個導電線跡，具有連接到承載件接點上的第一端，和與半導體晶片上的晶片接點嚙合的第二端；在基板上的至少一個定位件，它有一個用于與半導體晶片一部分嚙合的定位表面，以便自動精確地定位晶片，使晶片接點與線跡的第二端嚙合；一個通過基板延伸的真空孔，用于在定位件嚙合半導體晶片時嚙合這個半導體晶片；一個可拆卸地設在基板上用于蓋住半導體晶片的蓋板；把這個蓋板定位到基板上的緊固裝置。
2．按照權利要求1所述的可反復使用承載件，其特征在于，這個基板包括一個具有上表面的剛性件和一個把半導體晶片置于這個上表面的柔性襯底。
3．按照權利要求2所述的可反復使用承載件，其特征在于，這個可反復使用承載件還包括一層置于柔性襯底和基板之間彈性適應材料。
4．按照權利要求3所述的可反復使用承載件，其特征在于，這層彈性適應材料包括多個單個的柔性件。
5．按照權利要求1所述的可反復使用承載件，其特征在于，所述的蓋板至少由一個鉸鏈連接到基板上。
6．按照權利要求5所述的可反復使用承載件，其特征在于，把蓋板定位在基板上的緊固裝置包括一個保持與基板嚙合的掣爪。
7．按照權利要求1所述的可反復使用承載件，其特征在于，還包括在蓋板上用于把半導體晶片壓靠在線跡的第二端上的一個裝置。
8．按照權利要求7所述的可反復使用承載件，其特征在于，這個蓋板有一個內表面，把半導體晶片壓靠到多個導電線跡的第二端的裝置包括一個推頂著蓋板的內表面的彈簧。
9．按照權利要求1所述的可反復使用承載件，其特征在于，所述的多個導電線跡可與作為半導體晶片的集成電路的晶片接點嚙合。
10．按照權利要求1所述的可反復使用承載件，其特征在于，所述的定位件使晶片定位，因此，晶片接點在蓋板定位到基板上之前與第二端嚙合。
11．按照權利要求10所述的可反復使用承載件，其特征在于，所述的定位件包括多個從基板伸出的柱，每個柱都有一個表面與晶片嚙合。
12．按照權利要求10所述的可反復使用承載件，其特征在于，所述的定位件包括一個板，板上有一個其尺寸與結構都宜于嚙合晶片側面的孔。
13．按照權利要求12所述的可反復使用承載件，其特征在于，所述的板包含一種其熱膨脹系數(shù)與晶片熱膨脹系數(shù)非常匹配的材料。
14．按照權利要求10所述的可反復使用承載件，其特征在于，所述的基板包括一個具有上板的剛性件或一個把半導體晶片置于這個上板上面的柔性襯底。
15．按照權利要求14所述的可反復使用承載件，其特征在于，所述的可反復使用承載件還包括一層置于這個柔性襯底和基板之間的彈性適應材料。
16．按照權利要求10所述的可反復使用承載件，其特征在于，所述的蓋板至少由一個鉸鏈連接到基板上。
17．按照權利要求16所述的可反復使用承載件，其特征在于，把蓋板定位到基板上的緊固裝置包括一個其形狀宜于保持與基板嚙合的掣爪。
18．按照權利要求10所述的可反復使用承載件，其特征在于，還包括在蓋板上的一個用于把半導體晶片壓靠到線跡的第二端上的裝置。
19．按照權利要求18所述的可反復使用承載件，其特征在于，所述的蓋板有一個內表面，和一個把半導體晶片壓靠在線跡第二端上的裝置。
20．按照權利要求10所述的可反復使用承載件，其特征在于，所述的多個導電線跡可以嚙合作為半導體晶片的集成電路晶片接點。
21．按照權利要求1所述的承載件，其特征在于，所述的蓋板包括其上具有波動特征的晶片接觸表面的一個壓力板。
22．一種夾持半導體晶片的承載件，包括一個基板；一個可拆卸地設在基板上蓋住晶片的蓋板；力的均勻傳遞裝置，至少沿裝在承載件內晶片一個主面的一個軸向把力傳遞到晶片上。
23．按照權利要求22所述的承載件，其特征在于，這個基板包括用于進行承載件外晶片電連接的多個承載件接點；多個導電線跡，其第一端連接到承載件接點上，其第二端嚙合到晶片上的晶片接點上。
24．按照權利要求23所述的承載件，其特征在于，至少包括一個定位件，自動而精確地定位晶片，使晶片接點嚙合線跡的第二端子。
25．按照權利要求24所述的承載件，其特征在于，所述的定位件包括從基板伸出的多個柱，每個柱都有一個與晶片嚙合的表面。
26．按照權利要求24所述的承載件，其特征在于，所述的定位件包括一個有孔的板，孔的尺寸和構形適于嚙合晶片的幾個側面。
27．按照權利要求26所述的承載件，其特征在于，這個板包括一種其熱膨脹系數(shù)與晶片熱膨脹系數(shù)非常接近的材料。
28．按照權利要求23所述的承載件，其特征在于，還包括通過基板延伸的一個真空孔，用于在晶片裝到基板上時緊固所述的晶片，以及在蓋板開啟時定位所述的晶片。
29．按照權利要求23所述的承載件，其特征在于，還包括使蓋板在基板定位的緊固裝置。
30．按照權利要求22所述的承載件，其特征在于，所述的傳力裝置連接到蓋板上，并當所述的蓋板運動到基板上的閉合位置時，所述的裝置與晶片嚙合。
31．按照權利要求22所述的承載件，其特征在于，所述的力傳遞裝置包括一安裝在轉動銷上的平衡體，轉動銷可樞轉地安裝在蓋板上，當所述的平衡體與晶片嚙合時，可以繞轉動銷軸作樞轉。
32．按照權利要求31所述的承載件，其特征在于，所述的轉動銷可滑動地安裝在蓋板上；傳力裝置還包括一個使所述的轉動銷偏離蓋板的彈簧，因此，當蓋板運動到蓋住基板的閉合位置時，所述的平衡體施加一個力到晶片上。
33．按照權利要求32所述的承載件，其特征在于，當蓋板運動到基板上的閉合位置時，所述的轉動銷的軸線平行于晶片的一個主面。
34．按照權利要求33所述的承載件，其特征在于，還包括一個把蓋板固定在基板上的緊固裝置。
35．按照權利要求31所述的承載件，其特征在于，所述的平衡體包括一個與晶片連接的壓力板。
36．按照權利要求35所述的承載件，其特征在于，所述的壓力板有一個具備波紋特征的與晶片接觸的表面。
37．按照權利要求31所述的承載件，其特征在于，所述的力傳遞裝置還包括至少一個可樞轉地安裝到平衡體上的壓力板。
38．按照權利要求37所述的承載件，其特征在于，當蓋板運動到基板上閉合位置時，至少一個壓力板繞平行于晶片主面的一個壓力板的軸線作樞軸轉動。
39．按照權利要求37所述的承載件，其特征在于，所述的壓力板的軸線與轉動銷的軸線橫交。
40．按照權利要求39所述的承載件，其特征在于，所述的力傳遞裝置至少包括兩壓力板，而且它們可相互單獨鉸接。
41．按照權利要求40所述的裝置，其特征在于，所述的轉動銷可滑動地安裝在蓋板上；所述的力傳遞裝置包括偏壓轉動銷離開蓋板的一個彈簧，因此，當蓋板運動到基板上的閉合位置時，所述的壓力板施加一個力到晶片上。
42．按照權利要求41所述的承載件，其特征在于，當蓋板運動到基板上的閉合位置時，所述的轉動銷平行于晶片一個主平面。
43．按照權利要求42所述的承載件，其特征在于，還包括把蓋板定位在基板上的緊固裝置。
44．按照權利要求37所述的承載件，其特征在于，所述的壓力板有一個具有波紋特征的與晶片接觸的表面。
45．按照權利要求22所述的承載件，其特征在于，所述的力傳遞裝置包括一個可樞轉地安裝在蓋板上的壓力板，以便至少在一個方向運動。
46．按照權利要求45所述的承載件，其特征在于，所述的壓力板借助一個軸承作可樞轉的安裝，所述的壓力板可繞軸承轉動。
47．按照權利要求46所述的承載件，其特征在于，所述的軸承是球軸承。
48．按照權利要求46所述的裝置，其特征在于，所述的力傳遞裝置還包括偏壓軸承離開蓋板的一個彈簧，因此，當這個蓋板轉動到基板上的閉合位置時，所述的壓力板施加一個力到晶片上。
49．按照權利要求48所述的裝置，其特征在于，所述的壓力板至少由一個樞軸銷可滑動和可轉動地連接到蓋板上。
50．按照權利要求49所述的承載件，其特征在于，所述的力傳遞裝置還包括一個使壓力板傾斜的裝置，以在蓋板轉動到基板上的閉合位置時，以降低壓力板對晶片的進入角。
51．按照權利要求49所述的承載件，其特征在于，所述的樞軸銷的一個軸與彈簧施加到軸承上的力的矢量保持橫向關系而不相交。
52．按照權利要求45所述的承載件，其特征在于，所述的壓力板有一個具波紋特征的與晶片接觸的表面。
53．按照權利要求22所述的承載件，其特征在于，所述的承載件還包括一層置于蓋板和基板之間的彈性適應材料。
54．按照權利要求53所述的承載件，其特征在于，所述的彈性適應材料包括多個單個柔性件。
55．一個用于夾持半導體的承載件，包括一個基板；一個可轉動地安裝在基板并蓋住晶片的蓋板；把力傳遞到晶片的對稱傳力裝置。
56．按照權利要求55所述的承載件，其特征在于，所述的對稱傳力裝置包括一個安裝在蓋板中的軸承，當蓋板轉動到基板上的閉合位置時，所述的軸承與晶片嚙合。
57．按照權利要求56所述的承載件，其特征在于，所述的對稱傳力裝置還包括一個緊固在蓋板上的，并形成一個用于安裝軸承的壓力板。
58．按照權利要求57所述的承載件，其特征在于，所述的軸承穿過這個孔突起而與晶片接觸。
59．按照權利要求58所述的承載件，其特征在于，所述的壓力板有一個錐形的面向晶片的表面，因此壓力板不接觸晶片。
60．按照權利要求58所述的承載件，其特征在于，所述的對稱傳力裝置還包括一個使軸承壓靠到壓力板的彈簧，因此，當蓋板轉動到基板上的閉合位置時，所述的軸承施加一個力在晶片上。
61．按照權利要求60所述的裝置，其特征在于，所述的壓力板至少由一個樞軸銷可滑動和可轉動地連接到蓋板上。
62．按照權利要求61所述的承載件，其特征在于，所述的對稱傳力裝置還包括一種使壓力板傾斜的裝置，用以在蓋板轉動到基板閉合位置時減少這種壓力板的進入角。
63．按照權利要求62所述的承載件，其特征在于，所述的樞軸銷的軸與彈簧施加到軸承上的力矢量成橫向關系，而不相交。
64．一種未封裝半導體晶片的預模擬運行方法，包括提供一種用于夾持半導體晶片的可反復使用承載件，這種承載件有一塊蓋板，和多個接點；把半導體晶片插入這種可反復使用承載件；在可反復使用承載件上自動定位半導體晶片；把蓋板轉向閉合位置，蓋住晶片；使半導體晶片達到所希望的溫度；從可反復使用承載件以外的電源供給預模擬運行的電輸入供到至少一部分接點，并通過可反復使用承載件供到半導體晶片上；在預模擬運行期間保持半導體晶片在所希望的溫度，預模擬運行后，從這種可反復使用承載件卸下半導體晶片。
65．按照權利要求64所述的方法，其特征在于，所述的預模擬運行電輸入包括半導體晶片的工作輸入信號。
66．按照權利要求65所述的方法，其特征在于，還包括接收來自半導體晶片并通過至少一部分接點的可反復使用承載件的，與預模擬運行輸入電信號響應的預模擬運行輸出電信號，并評定這個預模擬運行輸出電信號，把半導體晶片區(qū)分為良好或有缺陷的。
67．按照權利要求66所述的方法，其特征在于，還包括從可反復使用承載件卸下鑒定為良好的半導體晶片，并把這種半導體晶片封裝為半導體晶片組件的步驟。
68．按照權利要求64所述的方法，其特征在于，還包括下面的步驟接收來自半導體晶片并通過至少一部分接點的可反復使用承載件的，與電試驗輸入電信號響應的電試驗輸出電信號，并評定這個電試驗輸出電信號，把半導體晶片區(qū)分為良好的或有缺陷的。
69．按照權利要求68所述的方法，其特征在于，還包括從這種可反復使用承載件卸下鑒別為良好的半導體晶片并把它封裝為半導體晶片組件的步驟。
70．按照權利要求68所述的方法，其特征在于，提供電試驗輸入信號，接收電試驗輸出信號，和評定電試驗輸出信號的步驟在把半導體晶片插入可反復使用承載件以后并在預模擬運行之前進行。
71．按照權利要求70所述的方法，其特征在于，提供電試驗輸入信號，接收電試驗輸出信號和評定電試驗輸出信號的步驟在預模擬運行后進行。
72．按照權利要求68所述的方法，其特征在于，提供電試驗輸入信號，接收電試驗輸出信號和評定電試驗輸出電信號在預模擬運行以后進行。
全文摘要
一種用于在預模擬運行和電試驗時臨時夾持集成電路(12)的可反復使用的承載件(10),包括一個基板(14)和由鉸鏈(18)鉸接在這個基板(14)上的一個蓋板(16)。定位柱(20)有用于嚙合集成電路(12)的拐角(24)的楔形表面(22),以便把這個集成電路(12)精確定位在襯底(19)的上表面(26)上。一個受彈簧作用的掣爪(28)與基板(14)的孔(32)中的凸塊(30)嚙合,把蓋板(16)閉合在集成電路(12)上。表面(26)上的導電線跡(34)有多個與集成電路(12)底面上的接觸墊嚙合的接觸塊,以便把集成電路(12)連接到繞襯底(19)邊緣(40)的周邊接觸墊(38)上。當蓋板(16)處于其在集成電路(12)上的閉合位置時,一個彈簧(42)與集成電路(12)的上表面嚙合,加上一個偏壓力,使接觸墊壓靠在導電線跡(34)上。
文檔編號H01L21/673GK1222976SQ97194646
公開日1999年7月14日 申請日期1997年5月12日 優(yōu)先權日1996年5月13日
發(fā)明者符詩錫, 雷亞·波斯德爾, 拉里·萊普, 詹姆斯·雷恩, 王亞寧, 保羅·伯克, 卡爾·布克 申請人:艾爾實驗設備公司