Устройство зондовой установки эм-6010

1,8 - механизмы загрузки и выгрузки, 2,3 и 23, 26 - датчики готовности меха­низмов загрузки и выгрузки и наличия в них пластин, 4,6 и 5,7 - датчики конеч­ного и исходного положений механизмов загрузки и выгрузки, 9, 27 - подающая и приемная кассеты, 10, 24 - датчики положения ЛШД на позициях загрузки и выгрузки, 11, 25 - пневмодорожки, 12 - хромель-копелевая термопара для уста­новок ЭМ-6020 и ЭМ-6020-1, 13, 15 - датчики вакуума предметного столика и на­личия на нем пластины, 14, 16 - датчики давления и края, 17, 18 - устройства контактирующее и визуального наблюдения, 19 - привод, 20 - ролики механиз­ма ориентации, 21 - предметный столик, 22 - датчик исходного положения ЛШД по высоте.

В исходном положении на механизме выгрузки 8 находится пода­ющая кассета 27 с контролируемыми полупроводниковыми пластина­ми, а на механизме загрузки — пустая приемная кассета 9. С помощью датчика 10 осуществляется поворот диска предметного столика 21 и его перемещения в положение загрузки. Кроме того, диск предметного сто­лика поднимается по вертикали под ролики механизма предварительной ориентации.

Работа установки начинается по сигналу датчика 24 положения ЛШД (в позиции загрузки), датчика готовности 2 и датчика 26 наличия полу­проводниковой пластины на пневмодорожке 25. Пластина из подающей кассеты 27 по пневмодорожке подается на предметный столик 21. Нахо­дясь во взвешенном состоянии, пластина предварительно ориентируется по базовому срезу и фиксируется на диске предметного столика ваку­умом, что контролируется датчиком 13. Затем закрепленная пластина опускается в исходное для измерения положение и перемещается вместе с координатным столом в рабочую зону контактирования. В рабочей зоне пластина поднимается вместе с предметным столиком до соприкос­новения с датчиками края 16 и опускается на некоторое расстояние вниз.

В этот момент координатный стол начинает перемещаться по коорди­нате X. Оператор ориентирует пластину по углу, останавливает перемеще­ние, совмещает контактные площадки структуры с зондами и нажатием соответствующей кнопки на пульте включает установку на автоматичес­кий режим контактирования по одному из следующих маршрутов: с места влево или вправо; обход с автоматическим поиском первой структуры; обход по заданным точкам с возможностью по сигналу из­мерителя перехода к выбранному заранее основному циклу.

Конструкцией установки ЭМ-6020-1 предусмотрена выдача на термопечатающее устройство в процессе автоматического обхода информации о расположении годных кристаллов на пластине, а также на термо- или цифропечатающее устройство — результатов контроля по 16 группам параметров.

При работе установки после нахождения датчиками края пластины происходит ее небольшой подъем с предметным столиком на расстояние, необходимое для натяга зондов до упора в контактную площадку, слу­жащую для измерения электрических параметров контролируемой структуры. Алгоритм подъема полупроводниковой пластины с предмет­ным столиком составлен так, что для любой контрольной структуры создается постоянный натяг зондов, необходимый для обеспечения на­дежного контактирования.

По окончании обхода пластины предметный столик опускается в нижнее положение (контролирует датчик 22) и привод при получении сигнала датчика 16 края перемещает координатный стол в положение выгрузки (контролирует датчик 10). По сигналам датчика 3 готовности проконтролированная пластина подается с предметного столика сжатым воздухом по пневмодорожке в приемную кассету 9, что контролируется датчиком 23. Затем предметный столик поворачивается и перемещается в положение загрузки.

При наладке механизма ориентации первоначально регулируют пода­чу воздуха так, чтобы полупроводниковая пластина находилась во взве­шенном состоянии над предметным столиком. Затем, вращая ручку переменного резистора, устанавливают такую частоту вращения вала электродвигателя, при которой полупроводниковая пластина имеет частоту вращения 0,5-1 об/с. Одновременно датчик, сигнализирующий о наличии полупроводниковой пластины на предметном столике, выстав­ляют, так, чтобы пластина устанавливалась своим базовым срезом по специальной планке, т.е. параллельно направлению X.

Далее регулируют, вращая винты, по верхнему и нижнему зеркалам диска предметного стола положения датчиков, обслуживающих механиз­мы загрузки и выгрузки. Выполнив эти регулировки, проводят ком­плексную проверку правильности настройки механизма ориентации при выполнении полного цикла работы установки в автоматическом режиме.

Установку зондов в одной плоскости начинают с выполнения подго­товительных работ, состоящих в протирке предметного столика салфет­кой и обработке зондов кисточкой. Предварительно салфетку и кисточ­ку смачивают спиртом. Затем перемещают на (1 ±0,5) мм диск предмет­ного столика до соприкосновения с датчиками края. После этого уста­навливают зонды до соприкосновения с диском предметного столика и с помощью регулировочных винтов добиваются такого положения зон­дов, при котором, когда диск предметного столика перемещается по вертикали (координате Z) на 0,005 мм, на табло высвечиваются поряд­ковые номера зондов.

Ежедневно перед началом работы следует контролировать размеры отпечатков зондов на контактных площадках структур микросхем. При натяге зондов 0,06 мм эти отпечатки должны быть не более 0,04 мм (без прокола контактной площадки). Проверку обычно выполняют на серийно выпускаемых микросхемах с размерами контактных площадок не менее 0,08X0,08 мм и толщиной напыленного алюминия не менее 0,0008 мм.

Размеры отпечатков контролируют, устанавливая на диск предмет­ного столика три рабочих зонда или два зонда-датчика, закрепляемых на манипуляторах винтами, и одновременно включают нагреватель, установив его задатчик на температуру 150 °С (на установках ЭМ-6020 и ЭМ-6020-1), а также два осветителя. Запускают установку на работу в автоматическом режиме с одной пластиной по полному циклу: от вы­грузки из кассеты и контактирования до загрузки в другую кассету. Извлекают пластину из приемной кассеты, рассматривают под микро­скопом и при отсутствии проколов измеряют с помощью микроскопа УИМ-200 отпечатки зондов на поверхностях контактных площадок, сравнивая результаты с заданными.

УСТАНОВКИ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ИС

Испытания ИС проводятся для выявления дефектных и потенциально ненадежных приборов, а также для подтверждения способности годных приборов функционировать в условиях воз­действия окружающей среды, механических нагрузок.

Оборудование для механических испытаний. Стандартом уста­новлены следующие виды механических испытаний ИС:

на отсутствие внутри корпуса частиц, способных вызвать нарушение работы прибора, например короткое замыкание вы­водов ИС;

на отсутствие кратковременных коротких замыканий и обры­вов в цепях электродов приборов;

на устойчивость к воздействию ударных и вибрационных на­грузок;

на устойчивость к воздействию линейного ускорения.

Оборудование для механических испытаний включает устрой­ство для создания различного вида нагрузок (вибрационных, ударных, линейных), узел закрепления приборов, а также уст­ройство для подключения приборов и создания требуемого электрического режима. При выявлении коротких замыканий и обры­вов используется соответствующая регистрирующая аппаратура.

Для создания ударных нагрузок на испытуемые приборы применяется стенд СУ-1.

Кинематическая схема ударного стенда СУ-1

Привод стенда включает электродвигатель 10, который через ременную передачу 9 и зубчатые передачи 1 и 7 вращает кулачок 6. Кулачок через ро­лик 5 поднимает стол 4 в крайнее верхнее положение, после чего стол падает вниз на упоры 2, перемещаясь на штоках 3. Зубчатые шестерни 1 и 7 получают смазку за счет разбрыз­гивания масла из ванны 8 при вращении кулачка 6. Приборы закрепляются на столе 4 в кассетах, при необходимости они могут подключаться к системе электропитания. Число ударов в единицу времени регулируется в диапазоне 10 ... 100 мин^-1 изменением числа оборотов электродвигателя постоянного то­ка 10. Ударная нагрузка изменяется подбором сменных про­кладок на упорах 2.

Кинематическая схема вибрационного стенда ВС-68

Вибрационный стенд ВС-68 позволяет создавать вибрационные нагрузки с частотой 10 ... 80 Гц и амплитудой колебаний 0,1 ... 0,5 мм. Имея грузоподъемность до 15 кг, стенд обеспечивает линейные вибрационные ускорения в преде­лах 0,49 ... 246 м/с² (0,05...25 g). Кассеты с приборами за­крепляются на рабочем столе 1, связанном через шток 2, шай­бу 3, амортизационную пружину 4 и сферическую шайбу 5 с вибратором 6. Для создания вибраций электродвигатель 11 через ременную передачу 10 и пару зубчатых колес 9 вращает валы 7 и 8. Закрепленные на валах подвижные 13 и неподвижные 12 секторы вращаются с одинаковой угловой скоростью в противоположных направлениях. Подвижные секторы размеща­ются ассимметрично относительно неподвижных, поэтому при их вращении вертикальные составляющие неуравновешенных инерционных сил суммируются, приводя к вертикальным пере­мещением вибратора 6 и стола 1. Амплитуду колебаний регу­лируют перемещением подвижных секторов относительно непо­движных, частота колебаний регулируется изменением частоты вращения электродвигателя.

При необходимости испытаний ИС при повышенных часто­тах вибрации (500 ... 1000 Гц) используют электродинамиче­ские вибрационные стенды. В таких стендах стол с приборами получает вибрации от сердечника, помещенного в переменное электромагнитное поле.

Испытания на отсутствие кратковременных обрывов и ко­ротких замыканий проводятся соответственно на ударных и вибрационных стендах. Приборы подключаются к индикаторным устройствам, регистрирующим импульсные сигналы в случае кратковременных коротких замыканий или обрывов.

При испытаниях ИС на устойчивость к воздействию линей­ных ускорений, проводимых на центрифугах, проверяется спо­собность приборов выполнять свои функции при инерционных нагрузках. Контролируются также прочность присоединения кри­сталла прибора к корпусу и выводов к контактным площадкам, качество герметизации прибора.

Приборы считаются выдержавшими механические испытания, если у них не было обнаружено нарушений контактов, коротких замыканий и обрывов в цепях электродов, а также их электри­ческие параметры не вышли за пределы, установленные техни­ческими условиями.

Оборудование для климатических испытаний. Климатическое испытательное оборудование предназначено для проведения ис­пытаний ИС на тепло-, холодо- и влагоустойчивость, на устой­чивость к циклическому воздействию температур, пониженного и повышенного давления, морского тумана, на грибоустойчивость.

Для испытаний на устойчивость к воздействию климатиче­ских факторов применяется специализированное и универсальное оборудование различной степени автоматизации.

Рассмотрим на примере установок для испытаний на влаго­устойчивость и на циклическое воздействие температур особен­ности оборудования для климатических испытаний ИС.

Камера тепла и влаги КТВ-0,16-155, предназначенная для испытаний на влагоустойчивость, показана на рисунке ниже.

Схема камеры тепла и влаги КТВ-0,16-155

Авто­матические системы регулируют влажность в пределах (50 ... ... 100) ±3 % и температуру в диапазоне 298 ... 428 К (25 ...155°С) с погрешностью ±(2 ... 5)К. Нагрев воздуха и его циркуляция внутри камеры осуществляются нагревателем 3 и вентилятором 9. Для контроля и поддержания температуры используются датчик 4 и регулятор температуры 5, оснащенный самопишущим прибором. В случае превышения заданной тем­пературы через заслонку 10 из камеры выпускается горячий воздух, а через заслонку 2 подается холодный воздух. Аварий­ный термометр 8 отключает нагреватель и включает систему сигнализации при резком повышении температуры в случае неисправностей нагревателя или системы регулирования темпе­ратуры.

Система создания влажности включает увлажнитель 13 с нагревателем 14, контрольным термометром 12 и бачком 11 для поддержания уровня воды в увлажнителе. Центробежный вентилятор 1 обеспечивает циркуляцию увлажненного воздуха в замкнутой системе камера — вентилятор-испаритель — камера. Для контроля и поддержания требуемой влажности используется психрометр 6, датчик 7 которого устанавливается в камере.

Установка термоциклирования ТО-5081 содержит одну рабо­чую камеру проточного типа, в которой испытываемые приборы находятся в течении всего периода испытаний. При этом приборы попеременно подвергаются воздействию газа высокой до 398 К (+125С) и низкой до 213 К (-60C) температур.

Рабочая камера 10 (рисунок ниже) выполнена, в виде тонко­стенной оболочки толщиной 0,8 мм из нержавеющей стали, усиленной швеллерообразным профилем из той же стали. Ка­мера связана с верхним 1 и нижним 11 переключателями по­тока газов, представляющими собой тонкостенные стаканы, вращающиеся в текстолитовом корпусе на насыпных шарико­подшипниках большого диаметра.

Схема полуавтомата термоциклирования ТО-5081

Контур тепла установки содержит основной канал 7 и вспо­могательный 5, контур холода — основной канал 12 и вспомога­тельный 13. Во вспомогательных каналах размещены поворотные устройства 2 и 14.

После загрузки испытуемых изделий в рабочую камеру пе­реключатели потока газов устанавливаются в такое положение, при котором камера сообщается с контуром тепла. При этом поворотные запирающие устройства 2 и 14 закрывают вход во вспомогательный канал 5. Создаваемый центробежным венти­лятором 9 поток газа, нагретый до заданной температуры элек­трическим нагревателем, циркулирует через камеру в основной канал, образуя рабочий замкнутый контур. В это время испы­туемые изделия будут нагреваться до заданной температуры. Одновременно создаваемый вторым центробежным вентилятором поток газа, охлажденный испаряющимся жидким азотом, цирку­лирует по основному каналу 12 и вспомогательному каналу 13, образуя холостой замкнутый контур. Таким образом, в уста­новке одновременно циркулируют два потока газа: рабочий — через камеру с изделиями и один из основных каналов (тепла или холода) и холостой в контуре с противоположной темпе­ратурой для поддержания ее на заданном уровне. В канале тепла установлен нагреватель 8 модульной конструкции, со­стоящий из шести одинаковых нагревательных элементов. Каж­дый из элементов выполнен из двух отдельных открытых спи­ралей, закрепленных на керамических трубках, расположенных в шахматном порядке в каркасе из нержавеющей стали.

В центре камеры 10 расположен блок термоэлементов 6, служащий датчиком в системе регулирования температуры. В патрубке 3 дополнительно установлено термореле 4 для аварийного отключения полуавтомата в случае превышения нормы температуры в рабочем канале. Температура в рабочем и холостом контурах поддерживается системой терморегулиро­вания. По истечении времени выдержки изделий при повышен­ной температуре переключатели каналов автоматически подклю­чают канал холодного воздуха к рабочей камере, а канал теп­лого— в режим холостого хода.

В полуавтомате ТО-5081 количество циклов задается зара­нее специальным устройством на пульте управления, и по исте­чении времени всех циклов полуавтомат отключается и сигна­лизирует об окончании испытаний.

Основные технические данные полуавтомата термоциклирования ТО-5081:

Полезный объем камеры....... 80 дм³

Удельный расход жидкого азота на 1кг испы­туемых изделий в 1 ч........ 4 кг

Расход сжатого воздуха....... 5 м³/ч

Максимальная масса испытуемых изделий, одно­временно загружаемых в камеру..... 43 кг

Диапазон рабочих температур......208 ... 473 К(—65...+200°С)

Колебания температуры в точке.....±2 К

р