CN108459255B - 用于细间距封装测试的测试座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于细间距封装测试的测试座，包含：测试针套件，包括测试针上部套件、测试针中间套件以及测试针底部套件，其中试针上部套件具有第一穿孔，测试针中间套件具有第二穿孔，而测试针底部套件具有第三穿孔；以及测试针，包含前端部分、弯曲部分与后端部分，该弯曲部分连接前端部分与后端部分；其中该前端部分穿过第一穿孔以利于电性耦合影像感测晶片，而该后端部分穿过第二穿孔与第三穿孔。

Description

用于细间距封装测试的测试座

技术领域

本发明关于一半导体元件的测试座，特别涉及一种用于细间距封装测试的测试座。

背景技术

随着时代的进步，人类对科技产品的需求已越来越高，在产品保持轻薄短小的原则下，功能需求却只增不减，在对于功能增强但体积缩小的情形下，电子电路已逐渐走向积体化，在制作有着强大功能的晶片时，所需的制作成本也随之提高，对于这些昂贵的晶片而言，品质管制的要求也必须越来越高。

影像感测晶片，例如互补式金属氧化层半导体影像感测晶片(CMOS imagesensor)或电荷耦合元件(CCD)等，在经过封装之后，仍须进行最终测试。

随着数码相机、移动电话、平板电脑、笔记型电脑、车用摄像头以及各式监视器等大量普及，造就了摄像装置庞大的需求规模，也逐步地提升影像感测器测试领域的蓬勃发展。

在准备出厂的影像感测晶片中，都一定要经过产品的检测。传统方法上，为了测试这些精密的影像感测晶片元件，待测晶片将焊接于测试电路板之上。然而，待测晶片焊接于测试电路板之上，测试完成之后难以取下，易使该待测晶片变成耗材，产生多余的成本。此外，待测晶片于焊接时，常造成接脚折损，亦造成不必要的浪费。

另一方面，封装完成的积体电路必须作电性测试，方可确保晶片的品质。以半导体封装厂来说，由于其生产量大，必须使用能快速测试之晶片测试系统。对于后续下游的电器制造商来说，由于晶片的使用数量相对来说明显较少，在组装前仍然必须先作测试以将可能的不良品筛选出来，借以降低成品或制程中的半成品的不良率，而可降低整体的制造成本。

一般传统的半导体元件测试座配备有测试针以电性连接封装元件以及测试电路板，使得待测晶片可以进行测试。目前半导体元件的测试针大部分都采用所谓的弹簧探针(pogo pin测试针)，其又称为弹簧连接器(spring-loaded connector)。意即，一般的测试座结构的设计是适用于弹簧探针的测试结构，并且弹簧探针是用以讯号连接封装元件以及测试电路板。弹簧探针是一种由针轴(plunger)、弹簧(spring)、针管(tube)三个基本部件通过精密仪器铆压之后所形成的弹簧式探针，其内部有一个精密的弹簧结构。由于弹簧探针是一个很精细的探针，所以应用在精密连接器中可以降低连接器的重量以及外观的体积。对于细间距封装结构的测试，测试的弹簧探针结构大小取决于封装的锡球(solderball)或测试垫间距(test pad pitch)的大小而定。对于医学用的晶片而言，晶片封装结构的焊接球间距大约为205微米，则需要使用微间距的弹簧探针以用于测试座。根据焊接球间距与测试座机械空间，适当的弹簧探针的桶直径(barrel diameter)仅约为150微米，而针轴直径(plunger diameter)仅约为80微米。因此，微间距弹簧探针具有成本高、使用期短的缺点。所以于封装测试之中采用微间距弹簧探针会使整体的测试成本提高。并且，相对的测试板也要随着封装结构的间距而调整其测试垫布局。由于较低的制造良率，测试板的成本将变得更高。

发明内容

上述传统的多晶片测试座结构具有诸多缺点与问题。因此，为了改善上述缺点，本发明改进现有的测试座结构，进一步提出一具有产业利用的发明；其将详述于后。

本发明的主要目的在于提供一种用于细间距封装测试的测试座。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供一种用于细间距封装测试的测试座，包含：测试针套件，包括测试针上部套件、测试针中间套件以及测试针底部套件，其中试针上部套件具有第一穿孔，测试针中间套件具有第二穿孔，而测试针底部套件具有第三穿孔；以及测试针，包含前端部分、弯曲部分与后端部分，该弯曲部分连接前端部分与后端部分；其中该前端部分穿过第一穿孔以利于电性耦合影像感测晶片，而该后端部分穿过第二穿孔与第三穿孔。

上述测试座更包括一浮置板，以利于晶片封装结构位于其中。

上述测试座更包括一弹性件，其中该弹性件配置于浮置板的下凹槽与测试针上部套件的上凹槽之间。

上述测试座更包括一测试板，其中该测试针的后端部分穿过第二穿孔与第三穿孔以电性连接该测试板的焊接垫。

其中该测试针底部套件配置于测试板之上。

上述测试座还包括一测试座基座框架配置于该测试板之上。

上述测试座还包括一测试座基座上盖配置于该测试座基座框架之上。

其中相邻的测试针之该前端部分具有第一间距，而相邻的该测试针的后端部分具有第二间距。其中第二间距大于第一间距。

其中第二穿孔对准第三穿孔。

附图说明

图1显示本发明的用于测试影像感测晶片的测试机构的示意图。

图2显示本发明的用于测试影像感测晶片的测试机构的示意图。

图3A显示本发明的用于测试影像感测晶片的初始状态的测试座的截面示意图。

图3B显示本发明的用于测试影像感测晶片的测试(接触)状态的测试座的截面示意图。

主要部件附图标记：

测试座基座构件 10；

测试座盖件 20；

透镜架 22；

透镜 24；

工作压件 26；

晶片封装结构 30；

影像感测晶片 32；

焊接球 34；

弹性体探针 100；

弹性体探针的垂直长度 101；

弹性件 110；

测试板 120；

焊接垫 122；

测试针上部套件 130；

穿孔 130a、132a、134a；

上凹槽 130b、134b；

下凹槽 130c；

测试针中间套件 132；

测试针底部套件 134；

测试座基座框架 140；

浮置板 150；

上凹槽 152；

下凹槽 154；

测试座基座上盖 160；

圆虚线 180；

圆虚线 182。

具体实施方式

此处本发明将针对发明具体实施例及其观点加以详细描述，此类描述为解释本发明的结构或步骤流程，其供以说明之用而非用以限制本发明的权利要求。因此，除说明书中的具体实施例与较佳实施例外，本发明亦可广泛施行于其它不同的实施例中。以下借由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可借由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的技术效果与其优点。且本发明亦可借由其它具体实施例加以运用及实施，本说明书所阐述的各项细节亦可基于不同需求而应用，且在不悖离本发明的精神下进行各种不同的修饰或变更。

说明书中所述一实施例指的是一特定被叙述与此实施例有关的特征、方法或者特性被包含在至少一些实施例中。因此，一实施例或多个实施例的各态样的实施不一定为相同实施例。此外，本发明有关的特征、方法或者特性可以适当地结合于一或多个实施例之中。

为了提供超影像感测晶片测试，本发明的多晶片测试座包括测试座盖件(socketlid)与测试座基座构件(socket base assembly)，其二个构件互相结合以利于晶片的测试。在本发明之中，当晶片封装结构(device package)配置于测试座盖件之上时，会使用工作压件(work press)来固定晶片封装结构。透镜架(lens holder)配置于工作压件之中。工作压件可以置于测试座盖件之中。测试座盖件结合测试座基座之后，晶片封装结构之中的影像感测晶片可以接触测试针以进行晶片的测试。

如图1所示，其显示本发明的用于测试影像感测晶片的测试机构的示意图。在本实施例之中，测试机构包括测试座基座构件10与测试座盖件20。测试座盖件20之上具有透镜架22、透镜24、工作压件26，其他部分元件未显示于图中。透镜架22配置于工作压件26之中或之上。在一实施例之中，当测试座盖件结合测试座基座之后，透镜架22与工作压件26即位于测试座基座构件10的开口之中。晶片封装结构30置放于测试座盖件20之上时，工作压件26即用以固定晶片封装结构30。而晶片封装结构30上的影像感测晶片32即延伸至测试座基座构件10的浮置板(floating plate)150的上凹槽152之中，如图2所示。

本发明提供浮置板150，可以配置于测试座基座构件10或测试座盖件20之中。在一实施例中，浮置板150配置于测试座盖件20之上，以提供一空间使得晶片封装结构30可以延伸于其中的上凹槽152。换言之，浮置板150的上凹槽152的尺寸约略大于晶片封装结构30的尺寸，使晶片封装结构30得以容纳于其上凹槽152之中。上凹槽152的形状可以为矩形或其他形状。在本实施例之中，浮置板150的形状为矩形，而浮置板150的上凹槽152的形状亦为矩形。换言之，本发明的浮置板150的上下两侧各设有凹槽，即上凹槽152与下凹槽154，上凹槽152的开口向上，而下凹槽154的开口向下；其中上凹槽152提供一空间使得晶片封装结构30配置于浮置板150的上凹槽152之中，而下凹槽154则提供一空间使得弹性件110的前端部分接触至浮置板150的下凹槽154。弹性件110例如为弹簧(spring)。上凹槽152之中设置有数个穿孔(via hole)156，使得晶片封装结构30的焊接球(solder ball)34穿过该穿孔156以裸露出来。下凹槽154的尺寸约略大于弹性件110的尺寸，使弹性件110得以接触下凹槽154。下凹槽154的形状可以为圆形或其他形状。浮置板150的上凹槽152与下凹槽154的形状与大小可以分别依照晶片封装结构30与弹性件110的形状与大小来设计。

浮置板150的材料可以为一塑胶材料。在塑胶材料之中，聚醚酰亚胺(Polyetherimide, PEI)材料的热传导率约为0.3 Wm^-1K^-1，且具有优异的机械强度、刚性、电器性能及卓越的耐热性(可达温度170°C)，其为一种热可塑性非结晶型塑胶材料。长时间的耐潜变(creep)性使得PEI材料在很多结构强度的应用能取代金属及其他材料，并且其在经常变化的温度、湿度和频率条件之下，还可维持优异稳定的电气特性。因此，本发明可以选用PEI作为浮置板150的材料。

如图2所示，其显示本发明的用于测试影像感测晶片的测试座基座示意图。测试座基座构件(socket base assembly)10包括测试座基座框架(socket base frame)140、浮置板150、测试座基座上盖(socket base cover)160与测试针套件(pin housing)。其中测试针套件可以使得本发明的测试针固定或配置于其中。在一实施例之中，测试针套件包括测试针上部套件(pin housing-top)130、测试针中间套件(pin housing-middle)132以及测试针底部套件(pin housing-bottom)134。

为了改善传统的细间距弹簧探针的缺点，本发明采用一种具有弯曲结构的新形式的弹性体探针(cobra pin测试针)100以取代传统的弹簧探针。因此，测试座基座构件10的结构也随着弹性体探针100的结构而有不同的设计。弹性体探针100的结构包含三部分：第一部分为前端部分，第二部分为弯曲部分，而第三部分为后端部分，弯曲部分为中间段并连接前端部分与后端部分。弯曲部分的曲率与长度可以依照实际需求而设定。前端部分与后端部分均为直条状，前端部分的长度小于后端部分的长度。举例而言，后端部分的长度大于或等于前端部分的长度的3倍。举一实施例而言，弹性体探针的垂直长度101约为5~6毫米(millimeter: mm)，如图3A所示。测试针100的前端部分用于测试时接触(电性连接)晶片封装结构30的焊接球34。因此，相邻的测试针100之前端部分的间距约略等于焊接球34的间距。测试针100是后端部分用于测试时接触(电性连接)测试板120的焊接垫122。相邻的测试针100的后端部分的间距可以依照设计而调整。在本实施例之中，由于相邻的测试针100以镜像的方式平行地配置，所以相邻的测试针100的后端部分的间距大于相邻的测试针100的前端部分的间距(或焊接球34的间距)。在一例子中，相邻的测试针100亦可以镜像的方式以一个夹角相对配置。

在本实施例之中，测试座基座构件10的测试针套件设计为包括测试针上部套件130、测试针中间套件132以及测试针底部套件134的三件式测试针套件。测试针上部套件130与测试针底部套件134可以利用粘着材料或紧固件(螺丝)以分别固定于测试针中间套件132的上下两侧。在一实施例之中，测试针上部套件130的上侧设有数个穿孔(via hole)130a与上凹槽130b，而其下侧则有下凹槽130c。其中穿孔130a可以让测试针100的前端部分穿过，以利于测试时测试针100的前端部分可以电性连接晶片封装结构30的焊接球34。测试针100的数目对应晶片封装结构30的焊接球34的数目。其中上凹槽130b则提供一空间使得弹性件110的后端部分接触至测试针上部套件130的上凹槽130b。因此，在浮置板150与测试针上部套件130组装之后，弹性件110即配置于浮置板150的下凹槽154与测试针上部套件130的上凹槽130b之间。测试针上部套件130之下凹槽130c提供一空间以容纳测试针100。

在一实施例之中，测试针中间套件132之上设有数个穿孔132a，以利于让测试针100的后端部分穿过。测试针中间套件132用于测试针100的后端部分穿过该穿孔132a之后固定、不旋转。测试针底部套件134之上亦设有数个穿孔134a，以利于让测试针100的后端部分穿过。换言之，测试针100的后端部分可以穿过测试针中间套件132的穿孔132a以及测试针底部套件134的穿孔134a。因此，在测试针底部套件134与测试板120组装之后，测试针100的后端部分即配置于测试板120之上，以电性连接测试板120上的焊接垫122。由于测试针100的后端部分为直条状，测试针中间套件132的穿孔132a的位置需对齐测试针底部套件134的穿孔134a的位置。测试针底部套件134的上凹槽134b提供一空间以容纳测试针100。

在一实施例之中，测试针底部套件134固定于测试板120之上，例如利用一紧固件(螺丝)而固定之。在一实施例之中，测试座基座框架140是固定于测试板120之上，例如利用一紧固件(螺丝)而固定之。测试座基座上盖160设置于测试座基座框架140之上。

在一实施例之中，本发明的测试座可用于测试一影像感测晶片，例如互补式金属氧化层半导体(CMOS)影像感测晶片或电荷耦合元件(CCD)。影像感测晶片具有一感光区域，感光区域面向一光源所发出的光线。感光区域主要由画素阵列构成，画素阵列面向光源处可覆盖一微透镜(micro lens)使得光线可以照射到画素阵列的每一画素。微透镜具有一定的透光度，其材质可为硅、石英、玻璃、高分子透光材料及其他光学材料等其中之一或其组合。

举例而言，弹性体探针100的材质可以为铍铜合金或不锈钢。在测试针100表面可以镀一层金或镍。其作动原理为：当测试座盖件20的工作压件26往下压，而其中的浮置板150以及晶片封装结构30均随之往下移动，浮置板150的下凹槽154内的弹簧110即压缩，而测试针100的两端即分别与晶片封装结构30的焊接球(锡球)34及测试板(test board)120的焊接垫122接触而电性连接，如图3B的圆虚线182所示，探测针100的前端部分接触焊接球(锡球)34。如图3A的圆虚线180所示，此为测试座的初始状态，探测针100的前端部分与焊接球(锡球)34有一段距离，亦即二者尚未接触。当测试针100用于测试时，测试针上部套件130、测试针中间套件132以及测试针底部套件134即用以限制测试针100的位置，并使测试针100于测试期间仅能于垂直方向(z-direction)移动。从上述可知，当晶片封装结构30置于浮置板150的上凹槽152之中并且借由工作压件26而接触时，晶片封装结构30与浮置板150可以往下移动，然后晶片封装结构30与测试针100接触，使得测试针100电性连接测试板120与晶片封装结构30，以利于晶片的测试。

在一实施例之中，浮置板150的材料为金属，例如铝。在一实施例之中，测试针上部套件130、测试针中间套件132、测试针底部套件之材料为塑胶材料，例如PEI材料。在一实施例之中，试座基座框架140的材料为塑胶材料，例如PEI材料。在一实施例之中，上盖测试座基座构件10可以包含防漏光、防光折射或散射、防导电的结构设计或材料(例如测试座基座上盖160)，例如为经由一阳极处理的铝金属板，或者为耐高温的塑胶件。

在一实施例之中，透镜架22配置有透镜，其可视张角可以达到130度。

此外，测试座亦可以设置一扩散片(diffuser)，配置于透镜之上。光借由扩散片可以扩散及散射光。扩散片可以让通过的光线降低亮度。举例而言，扩散片可以借由挤压聚苯乙烯(polystyrene, PS)或聚碳酸酯(polycarbonate, PC)所制成。扩散片的材料包括工程塑胶。另外，具有与扩散片材质不同折射率的空隙或扩散剂分布于光扩散片内。扩散片内部的空隙或扩散剂折射或反射进入扩散片的光。特别是，当足够数量的空隙或扩散剂呈现于扩散片内时，进入扩散片的光在其内部折射或反射足够次数后散射。所以，当进入扩散片的光离开扩散片时，光的强度是一致且其发散角度增加。然而，部分进入扩散片的光在借由扩散片内部的空隙或扩散剂折射或反射后被吸收。所以，当光通过扩散片时会发生光损耗，亦即会产生光衰减。

在一实施例之中，测试座亦设有一固定环(ring)，用以固定扩散片。举例而言，固定环设有一开口得以容纳扩散片，并且压住、固定该扩散片，以避免扩散片上下移动。

如上所述，在本发明之中，提出三件式测试针套件结构(包括测试针上部套件130、测试针中间套件132以及测试针底部套件134)，另外利用弯曲结构的弹性体探针取代传统的弹簧探针，弹性体探针无论在外观、结构与垂直长度方面均不同于传统的弹簧探针(太长，阻抗大影响测试)；其中弹簧110为独立构件而配置于浮置板150与测试针上部套件130之间。其中主要的弹性体探针的结构可以使得相邻的测试针的两端具有不同的间距，其中第一端的间距约略等于晶片封装结构30的焊接球34的间距，而第二端的间距则大于第一端的间距、也大于焊接球34的间距。因此，本发明可以克服习知技术的测试座结构，弹簧探针对位不正时所产生针体歪掉、或进一步坏掉，以及卡针而压不下去、取不出来的问题。换言之，本发明的测试座，弹性体探针结构与三件式测试针套件结构的设计，非常有利于细间距封装测试。

从上述可知，本发明具有习知技术所无法预期的功效。

根据上述，本发明具有如下优点：

一、新的测试座设计概念提供了一个弹性体探针，其长度约为传统的弹簧探针的一半；

二、弹性体探针的长度缩短，阻抗变小而使得晶片的测试效果得到提升；

三、弹性体探针具有较长的使用期限(life time)，并且对于测试硬体的维护较为简易；

四、本发明具有弹性体探针的测试座比传统的具有弹簧探针的测试座于整体成本上较低；

五、本发明的相邻的弹性体探针的第二端的间距较大，因此，。测试板上焊接垫的间距也加大了，所以测试板的布局与制造也更为容易了；

六、本发明的弹性体探针的探针标记(probe mark)比具有皇冠型针轴的弹簧探针来得更佳。

上述叙述为本发明的较佳实施例。本领域技术人员应得以领会其用以说明本发明而非用以限定本发明所主张的权利要求。其专利保护范围当视前附的权利要求及其等同领域而定。凡本领域技术人员，在不脱离本专利精神或范围内，所作的更动或润饰，均属于本发明所揭示精神下所完成的等效改变或设计，且应包含在前述的权利要求内。

Claims (10)

1.一种用于测试影像感测晶片的测试座，其特征在于，包含：

测试针套件，包括测试针上部套件、测试针中间套件以及测试针底部套件，其中该测试针上部套件具有多个第一穿孔，该测试针中间套件具有多个第二穿孔，该测试针底部套件具有多个第三穿孔；

多个测试针，每一测试针具有前端直条状部分、弯曲部分与后端直条状部分，该弯曲部分为中间段连接该前端直条状部分与该后端直条状部分；

其中该多个第一穿孔具有第一穿孔间距，该多个第二穿孔与该多个第三穿孔具有第二穿孔间距，该第二穿孔间距大于该第一穿孔间距，而相邻的二个该测试针以镜像的方式相对配置，使得相邻的二个该测试针的该弯曲部分镜像相对、该前端直条状部分互相平行和该后端直条状部分互相平行，每一测试针的该前端直条状部分穿过该第一穿孔以利于电性耦合影像感测晶片，而每一测试针的该后端直条状部分穿过该第二穿孔与该第三穿孔；以及

当该多个测试针用于测试时，该测试针上部套件、该测试针中间套件以及该测试针底部套件用以限制该多个测试针的位置，并使该多个测试针于测试期间仅能于垂直方向移动。

2.如权利要求1所述的用于测试影像感测晶片的测试座，其特征在于，还包括一浮置板，以利于晶片封装结构位于其中。

3.如权利要求2所述的用于测试影像感测晶片的测试座，其特征在于，还包括一弹性件，其中该弹性件配置于该浮置板的下凹槽与该测试针上部套件的上凹槽之间。

4.如权利要求1所述的用于测试影像感测晶片的测试座，其特征在于，还包括一测试板，其中该测试针的该后端部分穿过该第二穿孔与该第三穿孔以电性连接该测试板的焊接垫。

5.如权利要求4所述的用于测试影像感测晶片的测试座，其特征在于，该测试针底部套件配置于该测试板之上。

6.如权利要求4所述的用于测试影像感测晶片的测试座，其特征在于，还包括一测试座基座框架配置于该测试板之上。

7.如权利要求6所述的用于测试影像感测晶片的测试座，其特征在于，还包括一测试座基座上盖配置于该测试座基座框架之上。

8.如权利要求1所述的用于测试影像感测晶片的测试座，其特征在于，相邻的该测试针的该前端部分具有第一穿孔间距，而相邻的该测试针的该后端部分具有第二穿孔间距。

9.如权利要求8所述的用于测试影像感测晶片的测试座，其特征在于，相邻的二个该测试针以镜像的方式平行地配置或以镜像的方式以一个夹角相对配置。

10.如权利要求1所述的用于测试影像感测晶片的测试座，其特征在于，该第二穿孔对准该第三穿孔。

Images