Kleinere und leistungsstärkere Taststifte für Halbleitertests

Taststifte für Halbleiter bewegen sich auf einen Knackpunkt zu. Siliziumgeometrien werden immer kleiner, gleichzeitig wächst die Packungsdichte von SMT-ICs, LCDs, Fine-Pitch-Glassubstraten und anderen elektronischen Komponenten rasant. Bauteile mit hoher Dichte sind in vielerlei Hinsicht zu prüfen. Dabei gilt es, mehrere Taststifte in sehr kleinen Abständen voneinander zu platzieren.

Der EFC-Fertigungsprozess ermöglicht viel kleinere Taststifte mit erheblich weniger Übergangswiderstand und höherer Leistung. Omron

Der Mitte-Mitte-Abstand von Bauteilanschlüssen einer Einzelverpackung aktueller Bauart beträgt nur 0,4 bis 0,5 mm und soll in einigen Jahren bei 0,3 mm oder weniger liegen. Dennoch werden die Taststifte zur Verbindung mit und zum Test dieser Bauelemente seit Jahren mit denselben Stanz- und Pressmethoden gefertigt. Hier kann Electroforming einen wichtigen Beitrag zu Halbleiterfertigung und -test leisten.

Die neu aufkommende EFC-Technologie überwindet viele Einschränkungen der Stanz- und Prägetechnik und erlaubt die Entwicklung deutlich kleinerer Taststifte mit erheblich weniger Übergangswiderstand und höherer Leistung. Diese Taststifte decken nicht nur viel kleinere Rastermaße ab, sondern eignen sich auch besser zum Prüfen mit hohen Frequenzen, sehr geringen Spannungen und hohen Strömen.

Was ist Galvanoformen?

Galvanoformen ist eine Metallumformtechnik, mit der sich durch einen Galvanikprozess sehr dünne Metallkomponenten herstellen lassen. Das geschieht durch Aufbringen einer Metallschicht auf eine Grundform (Master). Sobald der Metallüberzug die gewünschte Dicke aufweist, wird das neu geformte Teil vom Mastersubstrat entfernt.

Mit EFC hat sich die Herstellung von Taststiften für Halbleiter weiterentwickelt. Omron bietet 60 µm flache Prüfspritzen. Omron

Diese Mikrofabrikationstechnologie erlaubt eine beträchtliche Flexibilität beim Komponentendesign und eignet sich auch für anspruchsvollere Formen und Größen, da sie die Umsetzung einer Vorlage mit einer Genauigkeit der Oberflächenrauheit im Submikronbereich (0,0001 mm) gestattet. Anders als die Galvanotechnik baut Galvanoformen dickere, stärkere Schichten aus Metall auf, die die eigentliche Kontaktstruktur ausmachen, und ermöglicht so die hochpräzise Fertigung äußerst kleiner, dünner und fein strukturierter Kontakte.

Vorteile von EFC

Omron führte die Electroforming-Technologie bei der Herstellung von Halbleitertaststiften ein, die zuvor mithilfe von Stanztechnik entstanden. Dies ermöglichte die Fertigung schmaler Teile mit einem hohen Seitenverhältnis (Verhältnis von Dicke zu Breite) bis hin zu Kontakten mit einer Breite, die nur ein Drittel der Dicke beträgt. Bei stanzgeformten Kontakten dagegen gestaltet es sich schwierig, eine Breite schmaler als die Dicke herzustellen.

Härtere Nickellegierungen erlauben die Herstellung leistungsstärkerer und robusterer Taststifte in komplexen Ausformungen. Omron

Darüber hinaus lassen sich mit Electroforming die Kontakte viel stärker biegen. Bei der traditionellen dynamisch-mechanischen Bearbeitung kann die Platte bis zu einem Radius doppelt der Plattendicke gebogen werden. Beim Galvanoformen erreicht der Biegeradius 0,04 mm, indem das Vergleichsmuster mithilfe eines statisch-chemischen Verfahrens übertragen wird. Hierdurch ergibt sich viel mehr Gestaltungsfreiheit für runde Formen bei der Bauteilgestaltung. Im Gegensatz zu herkömmlicher Stanztechnik erlaubt EFC überdies die Herstellung von Mikroschlitzen (35 μm) und -löchern (50 μm).

Kein Strom durch die Feder

Dank EFC entstand eine neuartige Prüfspitze, die vier Bestandteile (oberer und unterer Stößel, Feder und Leiterbahn) in einem kombiniert. Die flache Struktur erlaubt die Platzierung und somit das Testen in jeden beliebigen Winkel. Damit lassen sich die Rasterabstände im Vergleich zu herkömmlichen zylindrischen Prüfspitzen vereinfachen.

Außerdem kann eine einzige Komponente über einen Federbereich für Kontaktkraft und Lebensdauer sowie über einen separaten Schiebekontaktbereich verfügen, der beim Andruck der Prüfspitze die Stromführung übernimmt. Durch den miniaturisierten Federbereich fließt kein Strom. Damit erübrigen sich Probleme wie übermäßige Erhitzung, elektrische Trennung oder instabiler Widerstand.

EFC-Prüfspitzen eignen sich für die Massenproduktion und kundenspezifische Endprofile lassen sich schnell umsetzen. Omron

Massenproduktion und Sonderspezifikationen

Da kostspielige Investitionen in Presswerkzeuge und sonstige Ausrüstung sowie auch der zeitaufwendige Formbauprozess für das Prototyping wegfallen und die Massenproduktion der Prüfspitzen möglich ist, lassen sich kundenspezifische Wünsche schnell umsetzen.

EFC-Prüfstifte sind außerdem sehr robust. Die größere äußere Feder mit einem Durchmesser von 0,6 mm verkraftet bis zu 2 A. Zur Montage dieser winzigen Kontakte gibt es eine eigens entwickelte Luftpinzette. Omron bietet 60 μm flache Prüfspitzen, die mit Halterungen in einem Raster von 150 µm montierbar sind.

Hindernisse beseitigen

Ein grundsätzlicher Vorteil des Galvanoformens ist, dass härtere Materialien zum Einsatz kommen können. So lassen sich Beschädigungen der Komponenten durch Pressen verhindern, während es mit der bisher eingesetzten, weicheren Kupferlegierung unter Druck während der Tests zu größeren Verformungen kam. Dagegen ist mit Electroforming die Fertigung selbst komplexer Ausformungen mit härteren Nickellegierungen möglich, die Verarbeitungsschäden unter Druckbelastung und Bruchrisiken verringern.

Ein weiteres Problem sind Kontaktfehler beziehungsweise Kontaktausfall infolge von Verunreinigungen auf dem Pad des zu testenden Bauteils. Da mit Electroforming komplexere Ausformungen möglich sind, gibt es hier eine Reihe von Lösungen. Eine Reib-Struktur am Ende des Taststifts kann die Verunreinigungen zum Beispiel entfernen. Alternativ erhalten Taststifte mit mehreren Stößeln den Kontakt aufrecht, selbst wenn einer der Stößel durch Verunreinigung blockiert ist.

Ohne Grate und Verwerfungen

Ein weiteres Thema ist die Induktivität der Stifte, die sich negativ auf die Anstiegszeit auswirken kann. Die verbesserten Eigenschaften der Materialien wie die höhere Härte eröffnen hier die Möglichkeit, die Induktivität mithilfe einer kürzeren Spulenfeder zu reduzieren. Falls notwendig, kann auch eine Tellerfeder entwickelt werden, die dann für minimale Induktivität sorgt.

Prüfspitze XP3B von Omron: Die größere äußere Feder mit einem Durchmesser von 0,6 mm verkraftet bis zu 2 A. Omron

Die Oberflächenbeschaffenheit electrogeformter Kontakte ist von Vorteil, wenn HF-Halbleiter mit sehr hohen Frequenzen von 100 GHz oder mehr zu testen sind. Hochfrequente Ströme tendieren dazu, sich auf der Oberseite des Leiters zu bewegen (Skin-Effekt). Die Oberflächenrauigkeit verlängert den Strompfad und erhöht so die Verluste. Die beim Stanzen unvermeidlichen Grate an den Schnittkanten sowie Verwerfungen treten bei der EFC-Technologie indes nicht auf. So lässt sich ein Mittenrauwert (Ra) von nur 0,1 µm erzielen – im Vergleich zu den typischen 2 µm bei gestanzten Kontakten.

(mou)