CN112834910A - 一种芯片半自动测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例一种芯片半自动测试系统，涉及半导体封装测试技术领域，便于提高实验室中芯片测试效率，可满足小批量测试任务。包括：测试台，所述测试台包括：台架及沿水平方向可移动地设于所述台架上的第一导轨，在所述第一导轨上设有可横向及竖向移动的温控压头，在所述台架上、位于所述温控压头下方设有测试单板，所述测试单板具有芯片安装部。本发明适用于芯片性能测试。

Description

一种芯片半自动测试系统

技术领域

本发明涉及半导体封装测试技术领域，尤其涉及一种芯片半自动测试系统。

背景技术

在量产半导体封装测试厂，为了保证芯片大批量测试，95％以上采用大型的全自动测试Handler设备来进行测试，而在一些诸如实验室空间，电力，压缩空气，工艺冷却水等测试条件限制下，无法使用量产化Handler设备来满足产品系统测试开发需求。

目前，在实验室中，主流使用测试单板配合手测盖的方式进行手动测试。当有小批量特殊测试任务时，如果放在封测厂量产线测试，前期搭建硬件测试环境时间及流程比较长，并且测试成本较高。如果在实验室测试，使用测试单板与手测盖，每次需要手动调整手测盖与测试单板上芯片接触压力，以将芯片固定，影响测试效率。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种芯片半自动测试系统，至少可以解决上述技术问题之一，便于提高实验室中芯片测试效率，可满足小批量测试任务。

为达到上述目的，采用如下技术方案：

本发明实施例提供的芯片半自动测试系统，包括：测试台，所述测试台包括台架及沿水平方向可移动地设于所述台架上的第一导轨，在所述第一导轨上设有可横向及竖向移动的温控压头，在所述台架上、位于所述温控压头下方设有测试单板，所述测试单板具有芯片安装部。

可选地，所述第一导轨上安装有用于驱动温控压头竖向移动的第一气缸，所述第一气缸具有用于连接气源的进气口，所述第一气缸的上端滑动连接于所述第一导轨上，所述第一气缸的下端设有所述温控压头。

可选地，所述温控压头包括安装座，所述安装座的上端与所述第一气缸的下端连接，所述安装座的下端安装有第二气缸，所述第二气缸具有用于连接气源的进气口，所述第二气缸的下端设有用于接触待测芯片的触头。

可选地，所述第二气缸与所述第一气缸压力参数不同。

可选地，还包括动力组件，所述动力组件包括电机、空气压缩机与液压泵中的一种或多种。

可选地，还包括动力组件，所述动力组件为空气压缩机，所述空气压缩机出气口端设有双压力阀，所述双压力阀分别与所述第一气缸的进气口及第二气缸的进气口连接。

可选地，所述温控压头还包括温度调节模组，所述温度调节模组设于所述触头上表面。

可选地，所述温度调节模组包括媒介循环管路及加热片。

可选地，还包括温控组件，所述温控组件包括温度采集卡、控制器及冷却加热模块，所述温度采集卡一端用于连接芯片的温度采集接口，另一端与所述控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与所述冷却加热模块连接，所述冷却加热模块分别与所述媒介循环管路及加热片连接。

可选地，所述触头上表面还设有用于采集芯片表面温度的热电偶，所述热电偶的接线端与所述温度采集卡连接。

本发明实施例提供的芯片半自动测试系统，包括测试台，通过对其结构进行改进，在测试台的台架上设置沿水平方向可移动地设于所述台架上的第一导轨，在所述第一导轨上设有可横向及竖向移动的温控压头，在所述台架上、位于所述温控压头下方设有测试单板，所述测试单板具有芯片安装部。当需要进行芯片测试时，将芯片安装于所述测试单板上，通过自动控制温控压头的横向移动，可实现温控压头与下方的芯片自动对位，并在对准之后，控制温控压头竖向移动，向下施加恒定压力以压住芯片，自动实现芯片的恒压固定。相比于现有的实验室中手工固定芯片的方式，在一定程度上可以提高测试效率。因此，本发明实施例便于提高实验室中芯片测试效率，可以满足小批量测试任务。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明芯片半自动测试系统一实施例结构示意图；

图2为本发明芯片半自动测试系统另一实施例结构示意图；

图3为本发明一实施例中温度采集卡结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，为了更加清楚说明本发明，在以下的具体实施例中描述了众多技术细节，本领域技术人员应当理解，没有其中的某些细节，本发明同样可以实施。另外，为了凸显本发明的发明主旨，涉及的一些本领域技术人员所熟知的方法、手段、零部件及其应用等未作详细描述，但是，这并不影响本发明的实施。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1为本发明芯片半自动测试系统一实施例结构示意图；参看图1所示，本发明实施例提供的芯片半自动测试系统，可包括：测试台100，所述测试台100整体可以为长方体或正方体结构。

所述测试台100包括：台架110及沿水平方向可移动地设于所述台架110上的第一导轨111，在所述第一导轨111上设有可横向及竖向移动的温控压头120，在所述台架110上、位于所述温控压头120下方设有测试单板130，所述测试单板130具有芯片安装部131。

其中，所述台架110为长方体或正方体框架结构；具体可采用普通钢、不锈钢等型材制作，也可以采用铝合金等型材制作。为了保证测试时，测试台100的稳定性，在一些实施例中，所述台架110底部设有防滑结构，例如可以为磨砂橡胶垫，也可以为吸盘，用于吸附于实验桌上或其它放置平台上，增强测试台100的稳定性。

在又一些实施例中，所述台架110的尺寸为500mm*500mm*400mm，可以匹配普通的实验桌尺寸，应用时，通过所述台架110使测试台100放置于实验桌上固定。

作为一可选的实施例，所述台架110的顶梁内侧具有或设有固定导轨结构112，至少在一对相对应设置的顶梁之间设有横梁，图1中示意出了一种横梁的设置方式，还可以在另外一对对应设置的顶梁之间设置，所述横梁两端设有滑槽113，所述横梁通过所述滑槽113安装于所述顶梁内侧的固定导轨结构112上，使所述横梁沿台架110顶部所在平面可移动，所述横梁形成所述第一导轨111。

所述温控压头120，在业内俗称温控头，其主要作用是在芯片测试时，用于抵压在芯片上表面，向芯片施加温度及压力，使芯片的管脚(Ball)可靠地连接于测试单板130上。具体地，所述温控压头可以通过中间部件130连接于所述第一导轨111上，例如，通过机械臂连接于第一导轨111上。如图1所示，在一些温控压头120实现横向移动的实施例中，所述温控压头120的上端可滑动地连接于第一导轨111上，使温控压头120可沿第一导轨111滑动，以实现横向移动。

在一些实施例中，所述第一导轨111为电动直线导轨，或者所述第一导轨111上连接有驱动电机(图中未示意出)，用于驱动第一导轨111移动。

可以理解的是，所述温控压头120的横向及竖向移动也需要有动力元件驱动，具体的动力元件可以为气压泵、液压泵或电机等。

所述测试单板130可理解成一种模拟主板并用于测试芯片的电路板，其上几乎集成了主板的接口及功能模块，在测试单板130上设有芯片安装部131，所述芯片安装部131一般为芯片插槽，目前较为常用的芯片插槽类型为Socket插槽。

测试时，将Tray盘料取出安装在所述测试单板130上，启动测试系统，第一导轨111沿水平方向移动和/或温控压头沿横向移动，使温控压头120与所述测试单板130上的待测芯片上下对准，对准之后，驱动温控压头120竖向移动，向下抵压在芯片上表面上，自动实现芯片的恒压固定，即完成芯片测试所需的硬件环境搭建任务，可以减少芯片硬件测试环境搭建时间，提高测试效率。

本发明实施例提供的芯片半自动测试系统，当需要进行芯片测试时，将芯片安装于所述测试单板130上，通过自动控制温控压头120的横向移动，可实现温控压头120与下方的芯片自动对位，并在对准之后，控制温控压头120竖向移动，向下压住芯片，自动实现芯片的恒压固定。相比于现有的实验室中手工固定芯片的方式，无需每次手动调节手测盖与测试单板之间的压力，在一定程度上可以提高测试效率。

因此，本发明实施例便于提高实验室中芯片测试效率，可以满足小批量测试任务。

进一步地，通过提供的上述结构及组成的测试台，温控压头120可以实现X和Y轴双向移动，以对温控压头120的位置进行调整，从而可以满足不同尺寸的测试单板130需求。

在一些实施例中，所述台架110上、位于所述温控压头120下方设有测试单板130安装部，当需要对不同规格主板的性能进行测试时，通过所述测试单板130安装部，便于更换测试单板130，将芯片安装在测试单板130上，可以实现对不同规格主板的性能测试。而且针对不同封装的芯片，无需专门设计手测盖，节约了开发成本。

继续参看图1所示，在一些实施例中，所述第一导轨111上安装有用于驱动温控压头120竖向移动的第一气缸121，所述第一气缸121具有用于连接气源的进气口，所述第一气缸121的上端滑动连接于所述第一导轨111上，所述第一气缸的下端设有所述温控压头120。

在测试前，将所述第一气缸121通过所述进气口连接于气源上，以驱动第一气缸121运动，通过温控压头120给待测芯片提供预定压力。

所述第一气缸121上还设有气缸开关，用于开启和关闭所述第一气缸121。

为了可以满足不同测试需求，例如芯片在不同压力下的测试。具体地，所述温控压头120包括安装座，所述安装座的上端与所述第一气缸121下端连接，所述安装座的下端安装有第二气缸，所述第二气缸具有用于连接气源的进气口，所述第二气缸的下端设有用于接触待测芯片的触头。所述触头可以理解成温控压头的下端面，用于接触待测芯片，其一般为平面。

这样，通过在温控压头120内设置第二气缸(图中未能示意出)，可以根据芯片测试压力条件要求，第一气缸121与第二气缸之间设置相同或不同的压力参数，以达到芯片表面不同位置承受相同或者不同压力的目的，以适应多种测试环境要求。

如前所述，第一导轨111及温控压头120的移动需要有动力组件200驱动(图中未示意)，因此，一些实施例中，还包括动力组件，所述动力组件包括电机、空气压缩机与液压泵中的一种或多种。

参看图2所示，一些实施例中，所述动力组件200为空气压缩机，所述空气压缩机出气口端设有双压力阀210，所述双压力阀210分别与所述第一气缸121的进气口及第二气缸的进气口连接。

这样，通过采用双压力阀分别与所述第一气缸121的进气口及第二气缸的进气口连接，可以仅采用一台空气压缩机，即可实现两种测试压力模式向芯片施压。

其中，所述空气压缩机可以为小型静音空气压缩机。所述第一气缸121为长行程滑台气缸，所述长行程滑台气缸也可以称为无杆气缸。

可以理解的是，当使用行程较长时，传统的有杆气缸占安装空间较大，且有较大挠度，影响气缸位置精度及稳定性，从而影响温控压头120的位置精度。本实施例通过采用长行程滑台气缸，可以提高温控压头120的位置对准精度。

所述触头一般为铜块，其热传导性能较好，可以较快地给待测芯片施加至预定温度。

在又一些可选实施例中，所述温控压头120还包括温度调节模组，所述温度调节模组设于所述触头上表面。

所述温度调节模组包括一些用于调节温度的终端执行机构或元件，例如风扇、冷却管路、加热器等。

一些实施例中，所述温度调节模组包括媒介循环管路及加热片。

其中，所述温度调节模组为主动散热，能满足较高功率集成电路(integratedcircuit，IC，有时也称为芯片)的测试需求，能够同时支持多个测试单板130的温度精确控制。

本发明实施例提供的测试系统，可以满足带封装外壳(LID)、无封装外壳(LIDNESS，也称为裸芯)等多种封装的芯片测试需求。

继续参看图2所示，还包括温控组件300，所述温控组件300包括温度采集卡310、控制器320及冷却加热模块330，所述温度采集卡310一端用于连接芯片的温度采集接口，另一端与所述控制器320输入端连接，所述控制器320输出端与所述冷却加热模块330连接，所述冷却加热模块330分别与所述媒介循环管路及加热片连接。

参看图3所示，所述温度采集卡310包括主控芯片、ADC芯片(用于将模拟信号转变为数字信号的电子器件)、运算放大电路、IIC(Inter-Integrated Circuit，其实是IIC Bus简称)接口、SB-TSI(一种通信协议)接口、串口、ETH网络接口(ETH是一种局域网通讯方式，同时也是一种协议)等。

所述主控芯片为微处理器MCU，通过ADC芯片、运算放大电路、温度采集芯片、IIC接口、SB-TSI接口等，读取IC芯片表面温度(Package Case Temperature)和芯片内部温度Tdie(Die Junction Temperature)，并通过串口将温度值传输给控制器，以使控制器根据所述温度值进行温度精确控制。

目前主流芯片一般会设有热电偶，用于采集芯片表面温度；一些芯片内部还会设有温敏传感器Sensor，用于采集芯片内部温度Tdie。在芯片上还具有与之相应的温度采样接口(即俗称的引脚或管脚)。通过数据线与该采样接口连接，通过所述核温度采样接口就可以获取温敏传感器采样的核温度。

其中，温度采集卡310的微处理器MCU(Microcontroller Unit)的IIC接口通过IIC总线、SB-TSI接口通过SB-TSI总线分别与芯片相应的温度采样接口连接，读取sensor采集的芯片内部温度Tdie。MCU通过RS232总线，与控制器通信连接，将读取到的芯片表面与内部温度信息传送给控制器，以使控制器根据芯片的温度信息发送控制信息给冷却加热模块，冷却加热模块根据所述控制信息配合温度调节模组进行控温。

在一些实施例中，冷却加热模块330包括冷却模块及加热模块，冷却模块采用液体冷却，例如水冷方式，包括水箱及水流控制模块，所述水箱出水口通过管路与所述触头上表面的冷循环模块连接。本实施例中，通过设置水流控制模块，当需要对芯片进行散热时，可以根据当前芯片的温度，控制水流大小，可以调节芯片冷却至预定温度的时间。

所述冷却模块还可以采用风冷方式，例如设置风扇，向芯片表面吹风，以实现降温。

所述加热模块可以采用加热器加热方式实现。

温度采集卡310还包括电源模块，主要用于将外部24V电源转换成MCU，sensor电路需要的3.3V，1.8V等进行供电。

LCD，主要用来显示读取的温度，以及现在选择的控制模式；温度采集卡310的MCU通过SPI(Serial Peripheral Interface)总线，控制LCD屏幕的显示。

在一些实施例中，如果芯片自身没有设置温度传感器，则需要外部温度采样方式实现。具体地，所述温度采集卡310还包括温度传感器，所述温度传感器用于采集IC内部温度。

另外，所述触头上表面还设有用于采集芯片表面温度的热电偶，所述热电偶的接线端与所述温度采集卡310连接。

可以理解的是，目前在实验室测试，使用测试单板与手测盖，不仅测试效率低，测试时间长，还无法满足芯片恒温测试需求。

而一些全自动的温控方案中，一般是基于芯片表面温度进行温度控制的。

本实施例提供的芯片半自动测试系统，可以在测试过程中，自动对芯片内部及表面温度进行检测，并基于芯片内部及表面温度对芯片进行温度自动控制，从而可实现恒温测试目的。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。另外，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种芯片半自动测试系统，其特征在于，包括：测试台，所述测试台包括台架及沿水平方向可移动地设于所述台架上的第一导轨，在所述第一导轨上设有可横向及竖向移动的温控压头，在所述台架上、位于所述温控压头下方设有测试单板，所述测试单板具有芯片安装部。

2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述第一导轨上安装有用于驱动温控压头竖向移动的第一气缸，所述第一气缸具有用于连接气源的进气口，所述第一气缸的上端滑动连接于所述第一导轨上，所述第一气缸的下端设有所述温控压头。

3.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述温控压头包括安装座，所述安装座的上端与所述第一气缸的下端连接，所述安装座的下端安装有第二气缸，所述第二气缸具有用于连接气源的进气口，所述第二气缸的下端设有用于接触待测芯片的触头。

4.根据权利要求3所述的测试系统，其特征在于，所述第二气缸与所述第一气缸压力参数不同。

5.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，还包括动力组件，所述动力组件包括电机、空气压缩机与液压泵中的一种或多种。

6.根据权利要求3所述的测试系统，其特征在于，还包括动力组件，所述动力组件为空气压缩机，所述空气压缩机出气口端设有双压力阀，所述双压力阀分别与所述第一气缸的进气口及第二气缸的进气口连接。

7.根据权利要求3所述的测试系统，其特征在于，所述温控压头还包括温度调节模组，所述温度调节模组设于所述触头上表面。

8.根据权利要求7所述的测试系统，其特征在于，所述温度调节模组包括媒介循环管路及加热片。

9.根据权利要求8所述的测试系统，其特征在于，还包括温控组件，所述温控组件包括温度采集卡、控制器及冷却加热模块，所述温度采集卡一端用于连接芯片的温度采集接口，另一端与所述控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与所述冷却加热模块连接，所述冷却加热模块分别与所述媒介循环管路及加热片连接。

10.根据权利要求9所述的测试系统，其特征在于，所述触头上表面还设有用于采集芯片表面温度的热电偶，所述热电偶的接线端与所述温度采集卡连接。

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