ERS electronic Das Geheimnis der Debonder und Thermo-Chucks

Der neuste Wafer-Chuck AirCool PRIME von ERS. Er ist luftgekühlt und verringert die Testzeit gegenüber seinen Vorgängern noch einmal erheblich. Zudem erreicht er eine Temperatur von – 10 °C ohne zusätzlichen Kühler, was Platz und Kosten spart.
Der neuste Wafer-Chuck AirCool PRIME von ERS. Er ist luftgekühlt und verringert die Testzeit gegenüber seinen Vorgängern noch einmal erheblich. Zudem erreicht er eine Temperatur von – 10 °C ohne zusätzlichen Kühler, was Platz und Kosten spart.

Mit zwei speziellen Techniken, in denen Elektronik, Thermodynamik und Feinmechanik zusammenspielen, hat sich ERS globale Spitzenpositionen erobert. Jetzt rechnet CEO Dr. Klemens Reitinger mit kräftigem Wachstum.

Der Test von Wafern unter wechselnden Temperaturen und Fan-Out-Packging-Techniken: Gemeinsam ist ihnen, dass tiefes Wissen in den Elektronik, Thermodynamik und Feinmechanik kombiniert werden müssen, um Systeme entwickeln zu können, die zuverlässig arbeiten und für die Anwender erschwinglich sind. Genau die sind die Spezialitäten von ERS electronic mit Sitz im Germering bei München. 

»Der Test auf den Wafer-Probern ist der letzte Test, der noch auf Wafer-Ebene durchgeführt wird. Danach werden die Wafer vereinzelt und dann wird es teuer«, sagt Dr. Klemens Reitinger, Geschäftsführer von ERS. Deshalb kommt es darauf an, dass die Hersteller diesen Test zuverlässig und vor allem unter realistischen Bedingungen durchführen können – solange sich die ICs noch im Waver-Verbund befinden und sich damit relativ kostengünstig testen lassen.  

Realistische Bedingungen bedeutet vor allem: Der Wafer und damit die zu testenden ICs müssen unter wechselnden Temperaturverhältnissen geprüft werden. Sollen die ICs etwa in Autos Einsatz finden, so müssen sie im Temperaturbereich von –40 °C bis zu 140 °C einwandfrei arbeiten. Teilweise werden die Chips auf Wafer-Ebene sogar bis zu einer Temperatur  200 °C getestet. Damit die die während des Tests in den Probern diese Temperaturen erreichen, müssen die Chucks möglichst schnell auf Temperaturen zwischen –60 °C und +300 °C gebracht werden. 
Deshalb bilden diese  Wafer-Aufnahmen, die sogenannten Wafer-Chucks, das Herz eines Probers. Vor allem wenn es darum geht, die ICs bei wechselnden Temperaturverläufen auf Herz und Nieren zu prüfen. Genau darauf hat sich die in Germering bei München ansässige ERS spezialisiert: Sie entwickelt Wafer-Chucks, die die Wafer erhitzen und abkühlen. 

Das ist keine triviale Aufgabe. Denn der Test soll so wenig Zeit wie möglich in Anspruch nehmen, Testzeit ist teuer. Doch die Wafer auf hohe Temperaturen zu fahren und dann wieder auf 40 Grad unter 0 °C abzukühlen – und das vor allem sehr schnell zu tun, erfordert ausgeklügelte Technik. Dazu ist tiefes Wissen auf den Gebieten Elektronik, Thermodynamik sowie Mechanik erforderlich, um es in den Thermo-Chucks und auch in den Debondern für das Fan-Out-Wafer-Level-Packaging zu kombinieren. »Diese Kombination macht aber auch den Reiz aus«, erklärt Klemens Reitinger. Und vor allem findet man sie selten: So konnte eine kleine deutsche Firma mit 30 Mitarbeitern zu einem Weltmarktführer auf gleich zwei Gebieten aufsteigen: den Thermo-Chucks und den Debondern. 

Zunächst zu den Chucks: Von außen sieht ein solcher Wafer-Chuck ähnlich wie eine Kochplatte aus. Das  Innenleben ist aber sehr viel komplizierter. Denn es kommt darauf an, den Chuck, der über eine elektrische Widerstandsheizung auf hohe Temperaturen gebracht wird, so zu erwärmen, dass die Ströme, die in den ICs fließen, nicht gestört werden und den Test verfälschen. Weil auf den ICs sehr kleine Ströme – häufig im Bereich von wenigen fA – fließen, muss die Erwärmung des Wafers auf ausgeklügelte Weise stattfinden. »Die Chucks für Wafer mit Durchmessern von bis zu 300 mm wiegt zwischen 5 und 10 kg. Wir müssen genügend Leistung durchschicken, um sie über eine Temperaturspanne von 300 bis 400 °C erwärmen zu können – ohne die winzigen Ströme zu  beeinflussen, die während des Tests durch die Schaltkreise fließen«, so beschreibt Klemens Reitinger die heikle Aufgabe. Genauso heikel ist es, die Genauigkeit der Temperatur einzuhalten. Die neuen AirCool-PRIME-Chucks kommen auf eine beachtliche Uniformität: An keiner Stelle auf einem 300-mm-Wafer weicht die Temperatur um mehr als 0,1 °C von ihrem Sollwert ab.