CN1319142C - 锡球剪力测试装置 - Google Patents

Abstract

一种用于剪力测试8英寸或是12英寸硅基板上凸块的装置。该装置包括一活动平台、一控制单元、一移动单元以及一真空夹具。活动平台用于固定8英寸晶片。真空夹具可固定12英寸晶片或是活动平台。控制单元控制一移动单元，可移动探针接触待测12英寸晶片上的锡球，或是当活动平台固定于真空夹具上时，使探针接触固定于活动平台的8英寸晶片上的锡球。移动单元将探针沿一既定方向移动以使锡球由晶片上移除。

Description

锡球剪力测试装置

技术领域

本发明有关于一种锡球剪力测试装置，特别是有关于一种具有一活动平台，适用于不同尺寸晶片的锡球剪力测试装置。

背景技术

为了要维持半导体产业的竞争力，工程师一直设法减少芯片的尺寸及其制造成本，因此，在此微小化的趋势之下，如何有效提高电路密度，并缩小芯片以及封装尺寸是一重要的课题。此外，为了增加集成电路封装的接脚密度，工程师发展出了各式的封装设计，以提升接脚密度，降低芯片的封装尺寸。

覆晶封装技术(Flip Chip Type Package)的封装设计具有相对高的接脚密度，典型的覆晶封装包括多个以数组方式排列的接合垫，可形成与晶粒中的其它电路组件连接的内联机，或用于与其它晶粒外的组件电性连接。相对于其它的封装技术，数组设计让工程师能充分的利用晶粒的封装面配置接合垫，而传统的表面封装技术(Surface Mount Ppackage)仅能将I/O接脚环绕于封装结构的周围。

芯片尺寸级封装(Chip Scale Package，CSP)为另一种高密度封装技术，典型的芯片尺寸级封装的整体封装尺寸约等于封装内部晶粒的大小。另一种先进技术是直接在晶片上进行数组封装，称为晶片级封装(WLCSP)，在晶片级封装中，I/O接脚以凸块的方式设置于晶粒驱动侧的表面。

图1A是显示传统覆晶封装的晶粒10，包括多个电路结构(未图标)，该等电路结构可包括晶体管或是内连结层(interconnect layer)。晶粒的上表面11形成有多个接合垫(未图示)。接触凸块12形成于晶粒上表面11的接合垫之上，以提供机械以及电性连结。在现有技术中，晶片的底面为裸露的硅材料。

图1B为晶片级封装的接触凸块的放大截面图。在图1B中，导电垫13形成于晶粒10的上表面，并与一芯片内部的电路结构(未图标)电性连接。一保护层14形成于晶粒10上为含导电垫13的部分，以覆盖晶粒10的上表面，保护内部的电路。接合垫15形成在导电垫13以及部分的保护层14之上，而接触凸块12再形成在接合垫15之上。

在传统的半导体制程之中，接触凸块利用再加热制程(re-flowingprocess)于硅基板之上形成一半圆形的凸块。因此，金或焊材等沉积材料与基板之间的机械强度需经过适当的测试，才能确保制程的良率。但是由于组件的尺寸非常小，所以测试装置需要能准确的定位，同时要能量测非常微小的作用力与偏移量。

在图2之中，传统的测试方法是在切割晶粒之前，以一精密、细小的平切剪力工具或探针22，测试沉积材料与晶片间的附着力。首先，晶片1被固定于测试装置的一平台21上，该探针22藉由一机械装置移到初始位置，而为了要避免工具与晶片表面摩擦，探针22需控制在晶片表面之上，而其高度需要准确的控制，才能进行精确的剪力量测。在一般状况之下，其控制精度约为正负1微米之间。

在探针22于一初始点与晶片1上的接触凸块12接触后，探针22沿箭头(a)的方向移动，并施力于接触凸块12的侧面，以测试接触凸块与晶片间的键结机械强度。最后，接触凸块12断裂，而将接触凸块12切离基板所需要的力量大小，可藉由传统的应力量测技术所得知。

此外，美国公告6,341530号专利，其利用改良的探针以测试将金或焊材等沉积材料移离晶片所需要的力量。这些沉积材料的直径范围介于50至100微米之间，可作为与电路组件之间的连结。该专利所提供的剪力测试装置具有一半圆柱形凹穴，其凹穴的主要直径趋近于沉积材料的直径。此剪力测试装置可将沉积材料重新塑形，当此凹内与沉积材料接触的圆周小于30％、接触高度小于沉积材料厚度10％时，此塑形效应即会发生，而得到最佳的测试结果。

上述的剪力测试是对整片晶片进行测试。因此，用于移动传统剪力测试装置的平台需依据6英寸、8英寸或是12英寸等不同晶片的尺寸作重新设计，而半导体厂必须要针对不同尺寸的晶片准备不同的剪力测试装置，因此，会增加大幅设备购置成本，故需要一种能解决上述问题的剪力测试方法以及装置。

发明内容

本发明即为了欲解决上述现有技术的问题而提供的一种锡球剪力测试装置。

本发明的另一目的在于提供一种锡球剪力测试装置，其具有活动平台，可同时适用于8英寸或是12英寸等不同尺寸的晶片，避免因不同尺寸的晶片而购置多余的锡球剪力测试装置。

本发明提供一种用于测试8英寸或12英寸硅基板上凸块强度的装置。装置包括一活动平台、一控制单元、一移动单元、一传感器以及一真空夹具。活动平台用于固定8英寸晶片。真空夹具可选择性的固定12英寸晶片或是活动平台。控制单元控制一移动单元移动探针，接触固定于真空夹具上的12英寸晶片上的锡球，或是当活动平台固定于真空夹具上时，移动探针，接触固定于活动平台上的8英寸晶片上的锡球，之后，探针沿一既定方向移动以使锡球由晶片上移除。当探针沿既定方向移动，并使锡球由8英寸晶片或是12英寸晶片上移除时，传感器用于量测探针所承受的一推力。

在一较佳实施例中，锡球剪力测试装置更具有一加热单元，可探针加热到一预定温度。

在一较佳实施例中，活动平台具有多个调准插拴，真空夹具具有多个调准孔洞，用于容纳调准插拴，以固定活动平台。又，活动平台具有多个第一插拴，用于定位8英寸晶片。真空夹具具有多个第二插拴，用于定位12英寸晶片或是活动平台。

在一较佳实施例之中，锡球剪力测试装置更包括一真空泵。真空夹具具有多个环状凹陷以及排气孔，其与真空泵连通，可将环状凹陷及排气孔中抽至真空，以固定12英寸晶片或是活动平台。

此外，活动平台包括一底座以及一可动部，可动部以枢接的方式设置于底座之上。可动部具有一中央凹穴以及一中央孔洞。当活动平台设置于真空夹具之上时，中央凹穴以及中央孔洞经由环状凹陷以及排气孔与真空泵连通，以固定8英寸晶片。又，底座具有一锁固凹陷以及一通道，其与真空泵接通，以固定可动部的位置。

附图说明

图1A是显示传统晶片级芯片封装的侧视图；

图1B为晶片级封装的接触凸块的放大截面图

图2是显示传统锡球剪力测试装置的示意图。

图3是显示本发明锡球剪力测试装置的方块图。

图4是显示本发明的真空夹具以及活动平台的立体图。

图5A是显示12英寸晶片设置于真空夹具之上，以进行剪力测试的截面图。

图5B是显示8英寸晶片设置于活动平台之上，以进行剪力测试的截面图。

图6是显示本发明的探针对于晶片上的锡球进行剪力测试时的示意图。

符号说明：

1～晶片

2～晶片

10～晶粒

11～上表面

12～接触凸块

13～导电垫

14～保护层

15～接合垫

21～平台

21～晶片

22～探针

27～锡球

30～锡球剪力测试装置

31～控制单元

32～力量传感器

33～移动单元

34～加热单元

35～真空泵

36～探针

40～活动平台

41～可动部

412～中央凹穴

413～凹口

413～中央孔洞

42～底座

421～通道

422～环状凹陷

423～轴承

50～真空夹具

51～排气孔

52～环状凹陷

53a、53b、53c～调准插拴

54a、54b～调准孔洞

55～凹口

具体实施方式

图3是显示本发明的锡球剪力测试装置的方块图。在图3中，锡球剪力测试装置30包括一真空夹具50、一探针36以及一加热单元34。真空夹具50与一真空泵35连接，以固定一大尺寸晶片。探针36由一移动单元驱动。加热单元34用于将探针36加热至一预定温度，以进行剪力测试。力量传感器32可以为传统的应力计，设置于探针36之上，以量测对晶片上的接触凸块所施加的剪力。控制单元31用于控制移动单元33、加热单元34以及真空泵35，并将由力量传感器32得到的一模拟讯号转换为一数字剪力数据。此外，锡球剪力测试装置30亦包括一设置于真空夹具50之上的活动平台40，其与真空泵35连接，以固定一小尺寸的晶片，如此，本发明的锡球剪力测试装置30可测试两种不同尺寸的晶片而节省成本。

图4是显示本发明的真空夹具以及活动平台。在图4中，真空夹具50用于支撑一大尺寸的晶片，例如12英寸晶片或活动平台40。真空夹具50具有多个调准插拴53a～53c以及两个调准孔洞54a，54b。调准插拴53a～53c设置于真空夹具50的上表面，以定位大尺寸晶片以及活动平台40。调准孔洞54a，54b用于锁固活动平台40。真空夹具50具有多个环状凹陷52以及排气孔51。环状凹穴52经由直线排列的排气孔51与真空泵接通，藉以形成真空，固定一大尺寸的晶片或活动平台40。真空夹具50更具有一凹口55，当晶片完成剪力测试后，可供一凿子伸入以破除真空。

活动平台40包括一底座42以及一可动部41，可动部41以枢接的方式设置于底座42之上。可动部41具有一中央凹穴412以及一中央孔洞413。底座42具有两个调准插拴(未图示)，调准插拴插入调准孔洞54a、54b，以将活动平台40定位于真空夹具50之上。当活动平台40固定于真空夹具50之上时，中央凹穴412以及中央孔洞413经由环状凹陷512以及排气孔51与真空泵连通，形成真空，可固定一小尺寸晶片，例如6英寸或8英寸晶片。活动平台40亦具有复数插拴411A～411c及一凹口413，插拴411A～411c设置于活动平台40的上表面，可定位小尺寸晶片，凹口413可供一凿子伸入以破除真空。

图5A是显示一12英寸晶片2，藉由插拴53a～53c设置于真空夹具50之上，以进行剪力测试。在图5A中，真空泵抽除环状凹陷52以及排气孔51中的空气，而使得12英寸晶片2吸附于真空夹具50之上。移动单元33由控制单元控制，接着将探针36移动至一初始位置，进行剪力测试。

此外，如图5B所示，当在一小尺寸晶片1上进行测试时，活动平台40先利用调准插拴424a、424b，插入真空夹具50的调准孔洞54a、54b中，设置于真空夹具50之上。可动部41透过一轴承423，以枢接的方式连接至底座42，如此，小尺寸的晶片2可于活动平台40之上旋转。底座42具有一通道421以及一环状凹陷422，其透过一软管(未图示)与真空泵连接。在小尺寸晶片2固定在活动平台40上之后，可动部41可由真空泵所提供的真空吸附所锁固。接着，移动单元33移动探针36至一初始位置以进行剪力测试。

图6为本发明的探针36对硅基板(晶片)21上的锡球27进行剪力测试时的示意图。在图6中，控制单元控制移动单元以移动探针36至一初始位置，使其接触或几乎接触锡球27。锡球27位于真空夹具上的大尺寸晶片之上，或是当活动平台设置于真空夹具之上时，位于活动平台之上的小尺寸晶片之上。移动单元将探针36沿一方向(b)移动，将锡球27移离晶片21。探针36具有可感测应力的力量传感器，可量测当探针36沿既定方向移动，并将锡球27从晶片21上移除时，施加于探针36之上的推力。最后，控制单元31可将从一力量传感器32得到的一模拟讯号转换为可显示于屏幕之上的一数字剪力数据，而工程师便可据以判断，锡球的机械强度是否符合要求，以提升晶片级封装的制程良率。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (8)

1、一种锡球剪力测试装置，用于检测第一尺寸基板或第二尺寸基板上的电极与锡球之间的结合强度，包括：

一活动平台，用于固定该第一尺寸基板；

一真空夹具，可选择性固定该第二尺寸基板或该活动平台；

一移动单元；

一探针，固定于该移动单元之上；

一控制单元，控制该移动单元，用于移动该探针，接触该锡球，并以该探针沿一既定方向移动，使该锡球由固定于该真空夹具上的该第二尺寸基板分离，或是当该活动平台固定于该真空夹具上时，使该锡球由该活动平台上的该第一尺寸基板分离；以及

一传感器，当该探针沿该既定方向移动，并使该锡球由该第一尺寸基板或该第二尺寸基板上移除时，该传感器用于检测该探针所承受的一推力。

2、根据权利要求1所述的锡球剪力测试装置，其中该活动平台具有多个调准插拴，而该真空夹具具有多个调准孔洞，用于容纳所述的调准插拴插入，以定位该活动平台于该真空夹具之上。

3、根据权利要求1所述的锡球剪力测试装置，更包括一真空泵。

4、根据权利要求3所述的锡球剪力测试装置，其中该真空夹具具有多个环状凹陷以及排气孔，所述的排气孔与该真空泵接通，该真空泵提供真空，使该真空夹具固定该第二尺寸基板或该活动平台。

5、根据权利要求3所述的锡球剪力测试装置，其中该活动平台包括一底座以及一可动部，该可动部以枢接的方式设置于该底座之上。

6、根据权利要求5所述的锡球剪力测试装置，其中该可动部具有一中央凹穴以及一中央孔洞，当该活动平台设置于该真空夹具之上时，该中央凹穴以及该中央孔洞经由所述的环状凹陷以及排气孔与该真空泵连通，该真空泵提供真空，使该活动平台固定该第一尺寸基板。

7、根据权利要求6所述的锡球剪力测试装置，其中该活动平台的该底座包括一锁固凹陷以及一通道，其与该真空泵连通，以固定该可动部的位置。

8、根据权利要求1所述的锡球剪力测试装置，其中第一晶片为8英寸晶片，第二晶片为12英寸晶片。

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