CN102654559A - 测试半导体封装堆叠晶片的测试系统及其半导体自动化测试机台 - Google Patents

Abstract

一种测试半导体封装堆叠晶片的测试系统及其半导体自动化测试机台，该用于测试一个置放在一组测试座上的待测晶片的测试系统，包括一组位于该测试座上方的测试臂及一组于该测试座上方位置以及远离该测试座上方位置之间来回移动的测试机构，其中该测试机构内部具有一检测晶片，自该检测晶片处电性导接并向该测试座方向延伸出多个测试探针；因此，当该测试机构移动至该组测试座上方位置与测试臂之间时，该测试臂向下压迫该测试机构，迫使该测试机构的多个测试探针迫紧抵触待测晶片，使该测试机构内部的检测晶片与待测晶片电性连接形成一组测试回路，以进行半导体封装堆叠晶片测试。于堆叠晶片封装前自动将底部晶片分类，提高测试效率，节省人力成本。

Description

测试半导体封装堆叠晶片的测试系统及其半导体自动化测试机台

技术领域

本发明关于一种测试机台，尤其是一种具有于一测试座上方位置之间来回移动并于内部具有一检测晶片的测试机构的测试机台。 

背景技术

由于现今智能手机、移动计算产品及各种消费型产品的携带型电子产品皆追求以最低成本在有限占据面积及最小厚度及重量下的较高半导体功能性及效能；故有厂商针对单独半导体晶片的整合进行研发，并发展出了藉由堆叠晶片或藉由堆叠晶粒封装而形成一堆叠多封装总成。 

而堆叠多封装总成一般分成两类，一种为Package-on-Package(PoP)，另一种为Package-in-Package(PiP)。以PoP总成结构来讲，目前业界在1cm²的单一晶片上遍布百余个接点，一般在两层结构下则包含了第一封装(顶部封装)及第二封装(底部封装)，而第一封装(顶部封装)堆叠于第二封装(底部封装)上，每一个封装表面都具有百余微小接点(锡球)以供焊接，最终通过精密焊接技术将第一封装与第二封装彼此之间的接点进行相连接。而目前均藉由人工方式对各待测晶片进行逐一目测、手动测试。 

在堆叠晶片封装中，顶部晶片与底部晶片相互堆叠整合时，必须要进行最终测试良率的测试程序，因此在习知堆叠晶片封装中，则必须以手动方式将个别的顶部晶片置放堆叠于个别的底部晶片之上，以进行最终测试；但一旦测试结果发生低良率或连续性错误发生时，将难以辨别是顶部晶片或底部晶片的问题，若无法辨别，寻求其他解决途径将造成处理步骤复杂化。 

因此，若能使用一正确无误的顶部晶片做为检测晶片，辅以自动化方式取放分类待检测的底部晶片，并使检测晶片与待检测的底部晶片进行电性连结进行测试，如此能够于堆叠晶片封装前，通过自动化的方式将底部晶片分类，将能够更明确的提高最终测试的效率，并节省人力成本，如此应为一最佳解决方案。 

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种测试半导体封装堆叠晶片的测试系统及其 半导体自动化测试机台，其中，测试堆叠晶片(Package-on-Package，PoP)的测试机构，搭配取放机构(Pick&Place Handler)达成封装前分类的功效。 

本发明的目的在于一种具有于一测试座上方位置之间来回移动并于内部具有一检测晶片的测试机构的测试系统，而该测试系统用以测试一个置放在一组测试座上的待测晶片，以达到自动化进行半导体封装堆叠晶片的测试。 

本发明的目的在于能够使用一固定顶部检测晶片，并以自动化搬运多个底部待测晶片至测试区，再将固定顶部检测晶片与底部晶片进行模拟堆叠并进行最终测试，如此将能够于堆叠晶片封装之前，先将有问题的底部待测晶片排除，以提升测试的效率，并节省多余的人力成本。 

可达成上述发明目的的一种测试半导体封装堆叠晶片的测试系统及其半导体自动化测试机台，其中该测试系统用于测试一个已由取放机构置放在一组测试座上的待测晶片，该测试系统包括一组位于该测试座上方、并用于垂直方向作动的测试臂、一组于该测试座上方位置以及远离该测试座上方位置之间来回移动的测试机构，该测试机构具有一探针测试装置，该测试机构内部具有一检测晶片，自该检测晶片处电性导接并向该测试座方向延伸出多个测试探针，该多个测试探针用于抵触该测试座上的待测晶片。 

藉此，当该测试机构移动至该组测试座上方位置与测试臂之间时，该测试臂向下作垂直方向作动，该测试臂压迫该测试机构，迫使该测试机构的多个测试探针迫紧抵触待测晶片，使该测试机构内部的检测晶片与待测晶片电性连接形成一组测试回路。 

更具体的说，所述测试机构包括有一组框架及弹性构件，该弹性构件跨接该探针测试装置，该弹性构件用于测试后使该探针测试装置复归。 

更具体的说，所述测试机构通过一组架设于测试系统的轨道，于该测试座上方位置以及远离该测试座上方位置之间来回移动。 

更具体的说，所述测试机构更包括一承载面及一探针介面板，该承载面系用以插置该检测晶片，而该承载面所插置的检测晶片藉由导体与该探针介面板电性连接。 

另外，本发明的测试封装堆叠装置的半导体自动化测试机台，提供一个具有测试座的测试板搭配、于一测试区进行测试，置放在该测试座的待测晶片表面及相对于该表面的另一面均具有多个接点，该半导体自动化测试机台包括有一用以提供摆放具有多个待测晶片的载盘的进料区、一用以提供摆放具有多个完测待测电子元件的载盘的出料区、一组用以搬移待测电子元件于进料区的载盘、出料区的载盘及测试区域间的X-Y轴拾取臂、多个组位于该测试座上方的测试臂、并用于垂直方向作动的测试臂、多个组于该测试座上方位置以及远离该测试座上方位置之间来回移动 的测试机构，该测试机构具有一探针测试装置，该探针测试装置内部具有一检测晶片，自该检测晶片处电性导接并向该测试座方向延伸出多个测试探针，该多个测试探针用于抵触该测试座上的待测晶片； 

藉此，该拾取臂搬移待测晶片由进料区的载盘至任一测试区时，由该组测试臂将待测晶片搬运至该组测试板的测试座，该测试机构移动至该组测试座上方位置与测试臂之间时，该测试臂向下作垂直方向作动，该测试臂压迫该测试机构，迫使该测试机构的多个测试探针迫紧抵触待测晶片，使该测试机构内部的检测晶片与待测晶片电性连接形成一组测试回路，测试完毕再由拾取臂搬移该完测晶片送离该测试区，并分类于出料区的载盘上。 

更具体的说，半导体自动化测试机台更包括相对应每一个测试臂设置的一个供待测晶片放置往返于测试臂下方位置的承载座。 

更具体的说，所述测试机构包括有一组框架及弹性构件，该弹性构件跨接该探针测试装置，该弹性构件用于测试后使该探针测试装置复归。 

更具体的说，所述测试机构通过一组架设于测试系统的轨道，于该测试座上方位置以及远离该测试座上方位置之间来回移动。 

更具体的说，所述测试机构更包括一承载面及一探针介面板，该承载面系用以插置该检测晶片，而该承载面所插置的检测晶片藉由导体与该探针介面板电性连接。 

本发明所提供的一种测试半导体封装堆叠晶片的测试系统及其半导体自动化测试机台，与其他习用技术相互比较时，更具备下列优点： 

1.本发明提出了结合取放机构(Handler)的测试堆叠晶片(Package-on-Package，PoP)自动化测试系统及其机台。 

2.本发明提出能够于测试座上方位置之间来回移动、及内建有检测晶片的测试机构，并将测试机构下压迫紧于测试座所置放的待测晶片上，以自动化进行半导体封装堆叠晶片的测试。 

3.本发明能够以自动化方式搬运多个半PoP待测晶片至测试区，于封装前将有问题的半PoP待测晶片先行排除，以提高测试的效率，并节省成本。 

附图说明

图1为本发明一种测试半导体封装堆叠晶片的测试系统及其半导体自动化测试机台的测试系统结构图； 

图2为本发明一种测试半导体封装堆叠晶片的测试系统及其半导体自动化测试机台的测试系统部份结构剖面图； 

图3A至图3J为本发明一种测试半导体封装堆叠晶片的测试系统及其半导体 自动化测试机台的测试运作示意图；以及 

图4A至图4B为本发明一种测试半导体封装堆叠晶片的测试系统及其半导体自动化测试机台的下压测试结构剖面图。 

具体实施方式

有关于本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。 

请参阅图1，为本发明一种测试半导体封装堆叠晶片的测试系统及其半导体自动化测试机台的测试系统结构图，如图1所示，该测试系统包括一组位于该测试座411上方、并用于垂直方向作动的测试臂42、一组于该测试座411上方位置以及远离该测试座411上方位置之间来回移动的测试机构43，而该测试机构43包括有一组框架431、弹性构件432及探针测试装置433，测试座411设置于一测试板41上；如图2所示，该探针测试装置433的内部具有一承载面4331及一探针介面板4332，该承载面4331用以容置该检测晶片5，而该承载面4331所容置的检测晶片5能够电性导接并向该测试座411方向延伸出多个测试探针4333，因此该测试探针4333一端则是与检测晶片5电性导接，而测试探针4333另一端则能够用于抵触该测试座411上的待测晶片61上的微小电极接点。 

于本较佳实施例中的一范例，该测试臂42可通过螺杆、皮带轮组的传动，让测试臂42限于测试座411的上方位置作垂直升降的作动，该下压时可推动就位的测试机构43迫紧弹性构件432而令测试探针4333下沉至预定位置；测试臂42的下方部位也具备有吸附待测物的功能，熟悉本创作领域人士所知悉以吸嘴、负压方式等皆可达成。 

该测试机构43内部多个测试探针4333可由其它方式替代，譬如：通过线材、电性导体的一端导接至检测晶片5，并于另一端向该待测晶片61方向形成一组用于接触测试待测晶片61的测试接点，或者具有弹性的探针做为连结检测晶片5及待测晶片61的导体；相同的目的主要用以达成检测晶片5、待测晶片61电性相接形成一测试回路。 

通过自动化取放、测试、分类一气呵成用于测试堆叠晶片(Package-on-Package，PoP)手段并未见于业界，如同本发明探针测试装置433以及检测晶片5一并设置于测试机构43上，除了受测试臂42垂直下压同动，让待测晶片上微米级的导电端能够准对的被测试探针4333对准接触之外，此种暂态导接形成一组完整的晶片测试回路可以将数据传输速率提升至10GHz，并且也让信号稳定度提升。 

以上范例仅示例为一组测试臂42以及测试座411，于实务运作上检测机台将 因客户端需求有所不同配置，有些机种系列同时具有四组、甚至六组测试区。 

本发明所述的半导体自动化测试机台如图3A所示，更包括有用以提供摆放具有多个待测晶片61的载盘11的进料区1、用以提供摆放具有多个完测晶片62的多个载盘21的出料区2、一组用以搬移待测晶片61于进料区1的载盘11、出料区2的载盘21及测试区4间的受X-Y机构控制的拾取臂3；当进行测试时，能够藉由受X-Y机构控制的该拾取臂3搬移待测晶片61由进料区1的载盘11至测试区4，如图3A及图3B所示，该拾取臂3将一待测晶片61搬移至承载座441上，如图3C至图3E所示，承载待测晶片61的承载座441则会滑移至测试臂42位置下方，而该组测试臂42则将待测晶片61搬运至该组测试板41的测试座411上。熟知本项技艺人士可知，该拾取臂3在搬移待测晶片61时将依据客户的需求进行流程的调整，譬如：该前述的承载座441为可调整省略的程序，部分测试机台的拾取臂能直接准确将待测物放置在测试座411。 

承上，该测试臂42将待测晶片61搬运至该组测试板41上的测试座411后会复归向上，如图3F至图3G所示，下一步测试机构43通过轨道45(如图1所示)使该测试机构43能够于接近或远离该测试座411上方位置之间滑移，因此，该测试机构43受控制之下能通过轨道45滑移至该组测试座411上方位置与测试臂42之间。待测试臂42再次垂直向下方作动，并向下压迫该测试机构43，由于该测试机构43的弹性构件432跨接该探针测试装置433，因此该测试臂42向下压迫该测试机构43时，该框架431则会被压向下移动，并使整组探针测试装置433接近该测试座411上的待测晶片61。 

该探针测试装置433的多个测试探针4333迫紧抵触待测晶片61后，如图2、图4A及图4B所示，该测试探针4333一端与检测晶片5处电性导接，另一端则与待测晶片61抵触导通，因此使检测晶片5与待测晶片61形成堆叠晶片的结构，而该测试机构43内部的检测晶片5与待测晶片61电性连接与测试板41形成一组测试回路，进行测试的程序，测试机台各测试埠将进行相同的搬运测试流程。 

当该待测晶片测试完毕后，该测试臂42向上离开测试机构43，该测试机构43的弹性构件432则能够使该框架431及该探针测试装置433复归原位置，受控制的测试机构43远离该测试座411上方位置；最后，该测试臂42将吸取测试座411上的完测晶片62，如图3H至图3J所示，该承载座442则向前移动至测试臂42下方位置后，该测试臂42则将完测晶片62搬运至承载座442上，最后拾取臂3则会将完测晶片62送离该测试区4，并分类于出料区2的载盘21上。在测试臂42将完测晶片62搬运至承载座442的同时，承载座441也将运送下一个待测晶片61继续测试动作。 

藉由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神， 而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。 

Claims (9)

1.一种测试半导体封装堆叠晶片的测试系统，该测试系统用于测试一个已由取放机构置放在一组测试座上的待测晶片，其特征在于，包括：

一组位于该测试座上方的测试臂，用于垂直方向作动；

一组于该测试座上方位置以及远离该测试座上方位置之间来回移动的测试机构，该测试机构具有一探针测试装置，该探针测试装置内部具有一检测晶片，自该检测晶片处电性导接并向该测试座方向延伸出多个测试探针，该多个测试探针用于抵触该测试座上的待测晶片；

藉此，当该测试机构移动至该组测试座上方位置与测试臂之间时，该测试臂向下作垂直方向作动，该测试臂压迫该测试机构，迫使该测试机构的多个测试探针迫紧抵触待测晶片，使该测试机构内部的检测晶片与待测晶片电性连接形成一组测试回路。

2.如权利要求1所述的一种测试半导体封装堆叠晶片的测试系统，其特征在于，该测试机构包括有一组框架及弹性构件，该弹性构件跨接该探针测试装置，该弹性构件用于测试后使该探针测试装置复归。

3.如权利要求1或2所述的一种测试半导体封装堆叠晶片的测试系统，其特征在于，该测试机构通过一组架设于测试系统的轨道，于该测试座上方位置以及远离该测试座上方位置之间来回移动。

4.如权利要求1或2所述的一种测试半导体封装堆叠晶片的测试系统，其特征在于，该测试机构的探针测试装置更包括一承载面及一探针介面板，该承载面用以插置该检测晶片，而该承载面所插置的检测晶片藉由导体与该探针介面板电性连接。

5.一种测试封装堆叠装置的半导体自动化测试机台，其特征在于，提供一个具有测试座的测试板搭配、于一测试区进行测试，置放在该测试座的待测晶片表面及相对于该表面的另一面均具有多个接点，包括有：

一进料区，用以提供摆放具有多个待测晶片的载盘；

一出料区，用以提供摆放具有多个完测晶片的载盘；

一组X-Y轴拾取臂，用以搬移所述晶片于进料区的载盘、出料区的载盘及测试区域间；

多个组位于该测试座上方的测试臂，用于垂直方向作动；

多个组于该测试座上方位置以及远离该测试座上方位置之间来回移动的测试机构，该测试机构具有一探针测试装置，该探针测试装置内部具有一检测晶片，自该检测晶片处电性导接并向该测试座方向延伸出多个测试探针，该多个测试探针用于抵触该测试座上的待测晶片；

藉此，该拾取臂搬移待测晶片由进料区的载盘至任一测试区时，由该组测试臂将待测晶片搬运至该组测试板的测试座，该测试机构移动至该组测试座上方位置与测试臂之间时，该测试臂向下作垂直方向作动，该测试臂压迫该测试机构，迫使该测试机构的多个测试探针迫紧抵触待测晶片，使该测试机构内部的检测晶片与待测晶片电性连接形成一组测试回路，测试完毕再由拾取臂搬移该完测晶片送离该测试区，并分类于出料区的载盘上。

6.如权利要求5所述的一种测试封装堆叠装置的半导体自动化测试机台，其特征在于，更包括相对应每一个测试臂设置的一个供待测晶片放置往返于测试臂下方位置的承载座。

7.如权利要求5或6所述的一种测试封装堆叠装置的半导体自动化测试机台，其特征在于，该测试机构包括有一组框架及弹性构件，该弹性构件跨接该探针测试装置，该弹性构件用于测试后使该探针测试装置复归。

8.如权利要求5或6所述的一种测试封装堆叠装置的半导体自动化测试机台，其特征在于，该测试机构通过一组架设于测试系统的轨道，于该测试座上方位置以及远离该测试座上方位置之间来回移动。

9.如权利要求5或6所述的一种测试封装堆叠装置的半导体自动化测试机台，其特征在于，该测试机构的探针测试装置更包括一承载面及一探针介面板，该承载面用以插置该检测晶片，而该承载面所插置的检测晶片藉由导体与该探针介面板电性连接。

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