CN1288735C - 半导体器件的测试系统 - Google Patents

Abstract

一种集成电路芯片的测试系统，用于在低温测试的过程中防止电路板结霜。所述测试系统包括能可拆卸地与测试电路板的第二表面接合的密封装置，其用于将第二表面的一部分密封，从而使第二表面的所述部分与周围空气隔绝。用这种方法，密封单元防止霜在测试电路的焊接结部分产生，霜的产生会导致在测试中的漏电故障。

Description

半导体器件的测试系统

技术领域

本发明涉及集成电路芯片的测试系统，更具体地说，涉及保护电路板在检测时不受低温影响的、用于集成电路芯片的测试系统。

背景技术

由于芯片上系统(SOC，System On Chip)的产品越来越高度集成化，测试的重要性也倍受重视。特别是由于SOC产品的应用越来越多样化，必须保证产品即使是在极端环境下也能正确地工作。为了保证这点，产品要经高温测试、低温测试、高电压应力(HVS)测试等测试。特别是在接近-45℃至-90℃的温度下进行的极低温测试，是产品最难通过的测试。在高温测试中显示有很少的漏电故障，而在低温测试中的漏电故障非常普遍。这是因为，在低温下，电路板(也被称为“测试电路板、底板或操作板”)下的超冷空气被凝结成固态，即霜，它会引起漏电故障。大部分用于半导体封装的测试装置包括为了冷却测试头而使外部空气连续流入测试头的结构。在这种情况下，连接到半导体封装的插头的端子由金属制成，从而以比电路板快的速度传递热量。因此，先在电路板的底部产生霜，特别是在含焊料的插座区域。而且，当流过测试头的外部空气继续流过电路板的底部时，会导致短路作用和漏电故障的霜的量增加。

这样的漏电故障增加了测试产品特性所需的时间。更为严重的，测试本身不能进行。尤其是，由于漏电故障通常是在-90℃下进行的测试的开始时间出现，所以没有在-90℃下测试产品的特性的先例。

漏电故障的出现如下。根据描述了饱和蒸气压力(es)和温度(T)之间的关系的Clausius-Clapeyron方程，当压力不变而含湿量恒定的空气降到露点以下时，在空气中的水蒸气变得过饱和。这时在低温的测试板的底部产生霜或水滴，并且这在产品的测试过程中导致漏电故障。当测试半导体产品时，漏电故障可能在包括功能测试和模拟测试在内的所有项目的测量中导致严重的误差。因此，为了完成极低温测试，必须去除漏电的源头。

在传统的解决这一问题的尝试中，使用了一种用于替代有湿气的空气的材料，即加热过的干燥气体，来防止在低温下结露等现象(日本公开专利No.12-35459，下文标记为“参考文献1”)。在备选方法中，在预计有结露的电路板上涂敷隔离液体或隔离固体(日本公开专利No.6-118136，下文标记为“参考文献2”)

但是，在使用了加热过的干燥气体的参考文献1中，因为不同结构的每个半导体测试装置需要密封空间、干燥气体、干燥通道、加热板或插座向导，每个装置模型的成本增加。此外，由于它们占据了大量的空间，多个测试装置需要相当大的成本和空间。另外，由于干燥气体需要送风装置，所以它的实际应用有许多限制。

同时，在参考文献2中，将隔离液体或隔离固体与电路板接合是最重要的。在使用隔离液体的情况下，当极低的温度(-90℃)的液体凝固成固体时，隔离体的体积改变。在使用隔离固体的情况下，由于电路板和隔离体之间的热膨胀不同，在其间的空隙中可能产生结露。因此，可能损坏电路板和与电路板的底部接合的电子部件。而且，在该方法中，在每个电路板上涂敷隔离液体和隔离固体很不方便，并且由于隔离液体和隔离固体的涂层不能被再利用，该过程包括了持续的花费。此外，在将隔离体与电路板接合之后，不容易除去接合后的隔离体。这使交换或测试电子部件很困难。

发明内容

本发明涉及一种针对上述传统方法的局限性的系统。为此，本发明的一个特征是提供一种集成电路芯片的测试系统，其包括测试板并用于在极端环境的测试过程中防止电路板的下面结霜。

本发明的另一特征是提供一种集成电路芯片的测试系统，该测试系统可以灵活地用于所有类型的半导体测试装置并易于安装和拆卸，以便与测试下的产品范围相对应。

根据本发明的第一方面，集成电路芯片的测试系统包括：测试电路板；温度控制器，用于将安装在测试电路板的第一表面上的一个或多个集成电路芯片置于预定的温度工况下；密封单元，能可拆卸地与测试电路板的第二表面接合，用于密封至少所述第二表面的一部分，从而使第二表面的所述部分与周围空气隔绝；以及检测器，用于与测试电路板电连接，从而测试一个或多个集成电路芯片的特性；其中，用于测试一个或多个集成电路芯片的电路部分安装到测试电路板的第二表面上，其中，第二表面被隔离的部分包括电路部分。

密封单元包括不可渗透的盖，该盖子能覆盖所述被隔离的部分，还包括粘胶带，用于将测试电路板的盖子密封和粘合到第二表面上。

所述盖子可由从包括合成树脂、橡胶、金属和陶瓷的集合中选取的材料构成，该盖子可有透明的视窗或吸湿材料。

一个或多个集成电路芯片的安装区域可位于安装有电路部件的区域。

在一个实施例中，密封单元包括能覆盖电路部分的不可渗透的盖，通过螺钉将该盖密封并接合到测试电路板的第二表面上。

温度控制器将温度受控的空气供给一个或多个集成电路芯片，从而将所述一个或多个电路芯片置于预定温度的工况下。而且，所述测试系统包括用于将空气从温度控制装置供到测试电路板的第二表面与盖子之间的空间的装置。所述测试系统包括用于排放供到测试电路板的第二表面与盖子之间的空间的空气的装置。

在本发明的所述优选实施例中，集成电路芯片的测试系统可包括一个或多个通孔，用于将供到一个或多个集成电路芯片的空气送到第二表面与盖子之间的空间。

本发明可体现为不同的形式，并且不需要局限于所述的实施例而构建。提供所述实施例以使说明更彻底和完全，并且完整地将本发明的范围传达给本领域的技术人员。在附图中，为了清楚而放大了所述层和区域的厚度。

本发明的所述集成电路芯片的测试系统包括安装在测试电路板的底部上的密封装置。该密封装置将测试电路板与周围的空气流隔绝。因为将预定量的水蒸气含量限制在密封装置的内部空间中，该内部空间与空气流隔离，所以在该区域中在一定程度上不产生霜，这对引起漏电故障足够的重要。

附图说明

结合附图，从对本发明的优选实施例的下述详细说明中，本发明的其它目的和优点将会更易于理解，其中：

图1示出根据本发明一优选实施例的测试系统的透视图；

图2示出如图1所述的测试电路板和密封装置的透视图；

图3示出装有密封装置的测试电路板的底视图；

图4示出沿图3的线4-4截取的腰部横截面图；

图5示出根据本发明的优选实施例的半导体器件测试系统进行极低温测试的示图；

图6和7分别示出根据传统装置和本发明的极低温测试的测试结果曲线；

图8和9是根据本发明的密封装置的备选实施例的示图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个优选实施例的半导体器件测试系统。

参照图1，所述半导体器件测试系统包括测试电路板130、温度控制装置120、检测器110和密封装置140。

温度控制装置120将温度非常低或温度非常高的空气提供给被测试的半导体集成电路芯片10(此后称为“半导体器件”)，从而将半导体器件置于预定温度的工况下(-90℃至125℃)。如图5所示，温度控制装置120具有空气喷嘴122和围绕空气喷嘴122的透明圆筒124。可从Temptronic ofINTEST公司购得合适的温度控制装置。

检测器110与测试电路板130电连接，以便测试半导体器件10的性能。检测器110具有测试头112或测量部分，该测量部分与测试电路板130电连接，并且进行测试。测试头112在测试头112的上部有安装部分114，测试电路板130安装在该处。通道销117(通常称作弹簧单高跷销Pogo pins)设置在安装部分114上，该通道销117与测试电路板130电连接。通道销117包括在通道片116中，并且通道片116安装在测试头112中。虽然在附图未示出，但检测器110还包括操作部分和控制测试用的计算机。

图2至图4示出了测试电路板和密封装置，这是本发明中最有特点的组件。

参照图2至图4，测试电路板130(通常称作“测试下的器件(DUT)板”)包括插座132，半导体器件10安装在该插座上；电路部件134，用于测试半导体器件10；以及接触垫片136，与位于测试头112的安装部分114处的通道销117连接。插座132与测试电路板130焊接连接。电路部件134可以包括如电阻器、电容器、电感器的有源器件，以及如继电器的开关器件。它们优选靠近插座132被焊接的区域安装。

测试电路板130包括用于将低温低湿的空气从温度控制装置120导向到测试电路板130的底部130b与密封装置140之间的空间(a)(此后称作“内部空间”)的装置。该空气导向装置包括在插座132附近形成的第一和第二通孔139a和139b。如图5所示，温度控制装置提供的低温低湿的空气通过第一通孔139a流入内部空间(a)，并通过第二通孔139b流出。可选择地，第二通孔139b可以形成在密封装置140的盖子，而不是形成在测试电路板130上。第一和第二通孔的位置和作用将在下文详细加以描述。

密封装置140可拆卸地安装到测试电路板130的底部130b上，并且密封围绕测试下芯片的测试电路板130的底部130b。密封装置140安装到测试电路板130的底部130b上，从而使插座132被焊接的区域与周围的空气隔离或隔绝。

密封装置140包括能覆盖电路部件134的不可渗透的盖142和粘合部件144，用于将盖142粘合到测试电路板130的底部130b上。可将粘胶带、双面粘胶带和粘合剂用作粘合部件。例如，盖142优选制成足够大，以封住围绕测试下的电路的测试电路板130的底部130b区域。

盖142可由如合成树脂制成，具有弹性以保证与测试电路板130的可靠粘合。盖142具有与外围空气隔绝的内部空间(a)，所述电路部分134以及确认窗(confirmatory window)142a位于该空间(a)的中心处，该确认窗允许对内部空间(a)进行外部检查。通过这种方式，用户可以通过确认窗142a观察是否有霜在内部空间(a)中产生。例如，除了合成树脂以外，盖142可以由橡胶、金属和陶瓷中的一种制成。同时，为了从所述内部空间中去除湿气，盖142可以由吸湿材料制成(未示出)。

本发明的结构特征在于半导体器件的测试系统包括用于从测试电路板底部的空气隔绝的密封装置，并且密封装置能可拆卸地与测试电路板地底部接合。另外，密封装置的结构简单，该结构可灵活应用于多种测试电路板，并且可针对产品的频繁变化进行改动。根据所述的结构特征，当插座的电路部分和焊接区域与过冷或加热的空气接触时，可将含湿气的空气流隔绝。由此，除去通常造成漏电故障的起因。由于所述密封装置可灵活地应用于所有类型的半导体器件测试系统，并且有一些密封装置可用于多种装置，所以不需要额外的器件或装置用于在非常低的温度下进行测试，很大程度地限制了所需地存放空间和成本。例如，测试下的半导体器件10可包括晶片芯片或封装装置，并且可使用相同的密封装置。

下面将参照图1至5说明极低温测试，该测试使用了根据本发明优选实施例的半导体器件的测试系统。

首先，借助于双面胶带将密封装置140的盖142接合并固定到测试电路板130的底部130b上。盖142安装在测试电路板的底部上，从而使装有电路部分134的焊接区域(如图3所示：w)隔离，以使焊接区域w只暴露于容纳在内部空间(a)中的测试环境空气。测试电路板130安装在检测器110的测试头112的安装部分114处，从而使装有半导体器件10的插座132面朝向上的方向。插座132被插座盖132a所覆盖，温度控制装置120的透明圆筒124作用在测试电路板130的上表面130a上。空气喷嘴122如图所示在插座盖132a的上方。由温度控制装置120提供的低温、低湿测试环境空气穿过空气喷嘴122施加在位于插座盖132a中的半导体器件10上。当半导体器件10被冷却时，插座132的焊接部分和邻近的电路部分134缓慢地冷却。然而，在内部空间(a)中的水蒸气含量非常少，并且受控制。因此，即使在测试环境中的所有水蒸气都凝结成霜，霜的生成量与传统装置的非常低的温度测试相比非常少。在本发明中，因为大大减少了绝对水蒸气含量，所以产生的霜不会达到引发漏电故障的程度。

同时，提供给半导体器件10的空气的一部分通过孔132b流出进入到透明圆筒124和插座盖132a之间的圆柱区域，该孔132b在插座盖132a的侧面形成，所述空气的另一部分通过第一通孔139a流入内部空间(a)。流入内部空间(a)的空气通过第二通孔139b流出进入到透明圆筒124和插座盖132a之间的圆柱区域124a。在圆柱区域124a中的空气通过排放孔125排出，该排放孔125位于透明圆筒124的上部。用这种方法，将低温、低湿的空气提供给内部空间(a)，从而防止在内部空间(a)中产生甚至很少的霜。上述空气的流动如图5所示。

图6和7是比较曲线，分别示出了根据传统装置和本发明装置的极低温测试的结果。

首先，图6是测试结果曲线，其中，没有任何密封装置140，分别测量了作为温度的函数的无缺陷单元的持续时间和最小冷却时间，并且计算了二者的平均值。在图6中，最小冷却时间是使测试电路板冷却到预定温度的最少时间。因为测试电路板被冷却，而且还被除湿以防止在测试电路板上产生霜，所以需要有最小冷却时间。

该无缺陷单元(Binl)代表在测试电路板中不出现漏电的状态。无缺陷单元的参数持续时间代表在将测试电路板冷却到预定温度并保持该预定温度时，直至在测试电路板的底部因霜产生漏电所经过的时间。

因此，为了进行所述测试电路板的极低温测试，当将测试电路板冷却到预定的温度并且在该温度下检测半导体器件的特性时，该测试电路板应该在极低温测试的过程中保持无缺陷单元的状态。

然而，在图6中示出的传统装置的极低温测试结果中，如果预定温度是-45℃，最小冷却时间是17分钟，而无缺陷单元的持续时间为7分钟。因为外部空气的流动没有从测试电路板的底部隔离，在将测试电路板冷却到-45℃之前，霜通过外部空气在测试电路板的底部上产生。这导致漏电。因此，无法在-45℃进行测试电路板的极低温测试。参照图6，可在比-40℃高的温度下测试所述测试电路板的极低温特性，-40℃是对应于表示无缺陷单元的持续时间的曲线与表示最小冷却时间的曲线的交叉点的温度。但是，在-40℃或-40℃以下不可能进行所述极低温测试。

图7的示出的结果中，使用根据本发明优选实施例的测试系统，分别测量了随温度变化的无缺陷单元和最小冷却时间，并且计算了二者的平均值。

如图7所示，根据本发明，可见无缺陷单元的持续时间大大增加。在-70℃或-70℃以上，根本不产生漏电故障。在低温-90℃下，除去最小冷却时间的低温测试的真实时间为28分钟。测试时间取决于产品的类型和测量的项目，考虑到平均的测试时间为20分钟，本发明的测试系统能在极低温下有充足的时间周期测试大部分的产品。

如上所述，在本发明中，可在非常低的温度-90℃下测试半导体器件，-90℃是在传统装置中不可能达到的温度。即，除了工业产品以外，能在非常低的温度下测试用于军事和卫星的产品。

图8和9示出密封装置的备选实例。

图8和9示出的密封装置160和测试电路板150与图2示出的密封装置140和测试电路板130履行相同的功能。根据该实例的密封装置160包括硬盖162和密封部件164。测试电路板150具有插座152、电路部件154和接触垫156，如上文所述。盖162包括一侧开口的盒形硬塑料部件，并且该盖162具有用于观测的确认窗162a。盖162由多个螺钉190密封固定在测试电路板150的底部。密封部件164，例如以单环或多重同心环的形式，如图所示，接合到测试电路板150和盖162的接触表面163上并与其保持一致。

图9示出变形后的图8所示的密封装置的空气引导装置。在图9中示出的空气引导装置包括供给管167，用于直接将低温低湿空气直接从温度控制装置120供到内部空间(a)；流入孔168a，与供给管167相连；以及流出孔168b，用于将供给内部空间(a)的空气排出。虽然在附图中未示出，但连接供给管167以便从温度控制装置120接收空气。在该实施例中，不需要穿过测试电路板的孔139a和139b。

虽然参照优选事实例对本发明加以详细的图示和说明，但本领域的技术人员应明白在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的设计思想和范围的同时，可在此做出各种形式和细节上的改变。

如上文所说明的，与成本高且复杂的传统方法不同，本发明能通过将测试下的电路与周围空气隔绝而防止产生霜，霜是在测试中反过来造成漏电故障的原因。另外，没有必要为了非常低的温度测试而改变硬件或测试装置。因此，本发明可不附加额外的成本或空间地应用于现有的测试系统。另外，本发明可灵活地用于现有的测试系统，而且能简便地连接或拆卸，从而立即适应于任何测试下的产品的即时变化。这使能减少开发产品的时间。最后，本发明适用于各种测试系统。

Claims (14)

1、一种集成电路芯片的测试系统，包括：

测试电路板；

温度控制器，其用于将安装在测试电路板的第一表面上的一个或多个集成电路芯片置于预定的温度工况下；

密封单元，可拆卸地与测试电路板的第二表面接合，其用于密封至少所述第二表面的一部分，从而使第二表面的所述部分与周围空气隔绝；以及

检测器，其与测试电路板电连接，测试一个或多个集成电路芯片的特性；

其中，用于测试一个或多个集成电路芯片的电路部件安装到测试电路板的第二表面上，其中，第二表面的被隔离部分包括所述电路部件。

2、如权利要求1所述的测试系统，其中，密封装置包括：

不可渗透的盖，其能覆盖第二表面的所述被隔离部分；

粘合部件，其用于将所述盖密封和接合到测试电路板的所述第二表面上。

3、如权利要求2所述的测试系统，其中，所述盖由从包括合成树脂、橡胶、金属和陶瓷的集合选取的材料构成。

4、如权利要求2所述的测试系统，其中，所述盖具有透明的视窗。

5、如权利要求2所述的测试系统，其中，所述盖还包括设置在第二表面和所述盖之间的吸湿材料。

6、如权利要求2所述的测试系统，其中，所述粘合部件是胶带。

7、如权利要求2所述的测试系统，其中，所述粘合部件是双面胶带。

8、如权利要求1所述的测试系统，其中，所述电路部分安装在与装有一个或多个集成电路芯片的位置对应的区域中。

9、如权利要求1所述的测试系统，其中，预定的温度工况的范围从-90℃到125℃。

10、如权利要求1所述的测试系统，其中，密封单元包括能覆盖所述第二表面的被隔离部分的不可渗透盖，其中，该盖通过螺钉与测试电路板的第二表面连接。

11、如权利要求1所述的测试系统，其中，温度控制器将温度受控的空气提供给所述一个或多个集成电路芯片，从而将所述一个或多个集成电路芯片置于预定温度的工况下。

12、如权利要求11所述的测试系统，其特征在于，还包括空气供给装置，用于将温度受控的空气从温度控制装置供到第二表面的被隔离部分。

13、如权利要求12所述的测试系统，其特征在于，还包括用于将供到在第二表面的所述被隔离部分中的空间的空气排出的装置。

14、如权利要求12所述的测试系统，其中，所述空气供给装置包括在测试电路板上形成的一个或多个通孔，从而使供给一个或多个集成电路芯片的空气流向第二表面的所述被隔离部分中的空间。

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