TW201347062A - 測試半導體封裝堆疊晶片之測試系統及其半導體自動化測試機台 - Google Patents

Abstract

一種測試半導體封裝堆疊晶片之測試系統及其半導體自動化測試機台，該用於測試一個置放在一組測試座上的待測晶片之測試系統，係包括一組位於該測試座上方的測試臂及一組於該測試座上方位置以及遠離該測試座上方位置之間來回移動的測試機構，其中該測試機構內部具有一檢測晶片，自該檢測晶片處電性導接並向該測試座方向延伸出複數個測試探針；因此，當該測試機構移動至該組測試座上方位置與測試臂之間時，該測試臂向下壓迫該測試機構，迫使該測試機構之複數個測試探針迫緊抵觸待測晶片，使該測試機構內部之檢測晶片與待測晶片電性連接形成一組測試迴路，以進行半導體封裝堆疊晶片測試。

Description

測試半導體封裝堆疊晶片之測試系統及其半導體自動化測試機台

本發明係關於一種測試機台，尤其是一種具有於一測試座上方位置之間來回移動並於內部具有一檢測晶片的測試機構之測試機台。

由於現今智慧型手機、行動計算產品及各種消費型產品之攜帶型電子產品皆追求以最低成本在有限佔據面積及最小厚度及重量下的較高半導體功能性及效能；故有廠商針對單獨半導體晶片之整合進行研發，並發展出了藉由堆疊晶片或藉由堆疊晶粒封裝而形成一堆疊多封裝總成。

而堆疊多封裝總成一般分成兩類，一種為Package-on-Package(PoP)，另一種為Package-in-Package(PiP)。以PoP總成結構來講，目前業界在1cm²的單一晶片上遍佈百餘個接點，一般在兩層結構下則包含了第一封裝(頂部封裝)及第二封裝(底部封裝)，而第一封裝(頂部封裝)係堆疊於第二封裝(底部封裝)上，每一個封裝表面都具有百餘微小接點(錫球)以供焊接，最終透過精密焊接技術將第一封裝與第二封裝彼此之間的接點進行相連接。而目前均藉由人工方式對各待測晶片進行逐一目測、手動測試。

在堆疊晶片封裝中，頂部晶片與底部晶片相互堆疊整合時，必須要進行最終測試良率的測試程序，因此在習知堆疊晶片封裝中，則必須以手動方式將個別的頂部晶片置放堆疊於個別的底部晶片之上，以進行最終測試；但一旦測試結果發生低良率或連續性錯誤發生時，將難以辨別是頂部晶片或底部晶片的問題，若無法辨別，尋求其他解決途徑將造成處理步驟複雜化。

因此，若能使用一正確無誤的頂部晶片做為檢測晶片，輔以自動化方式取放分類待檢測之底部晶片，並使檢測晶片與待檢測之底部晶片進行電性連結進行測試，如此能夠於堆疊晶片封裝前，透過自動化的方式將底部晶片分類，將能夠更明確的提高最終測試的效率，並節省人力成本，如此應為一最佳解決方案。

本發明之主要目的在於提供一種測試堆疊晶片(Package-on-Package，PoP)的測試機構，搭配取放機構(Pick & Place Handler)達成封裝前分類之功效。

本發明在於一種具有於一測試座上方位置之間來回移動並於內部具有一檢測晶片的測試機構之測試系統，而該測試系統用以測試一個置放在一組測試座上的待測晶片，以達到自動化進行半導體封裝堆疊晶片之測試。

本發明在於能夠使用一固定頂部檢測晶片，並以自動化搬運複數個底部待測晶片至測試區，再將固定頂部檢測晶片與底部晶片進行模擬堆疊並進行最終測試，如此將能夠於堆疊晶片封裝之前，先將有問題的底部待測晶片排除，以提升測試的效率，並節省多餘的人力成本。

可達成上述發明目的之一種測試半導體封裝堆疊晶片之測試系統及其半導體自動化測試機台，其中該測試系統用於測試一個已由取放機構置放在一組測試座上的待測晶片，該測試系統包括一組位於該測試座上方、並用於垂直方向作動之測試臂、一組於該測試座上方位置以及遠離該測試座上方位置之間來回移動的測試機構，該測試機構內部具有一檢測晶片，自該檢測晶片處電性導接並向該測試座方向延伸出複數個測試探針，該複數個測試探針用於抵觸該測試座上的待測晶片。

藉此，當該測試機構移動至該組測試座上方位置與測試臂之間時，該測試臂向下作垂直方向作動，該測試臂壓迫該測試機構，迫使該測試機構之複數個測試探針迫緊抵觸待測晶片，使該測試機構內部之檢測晶片與待測晶片電性連接形成一組測試迴路。

更具體的說，所述測試機構包括有一組框架及彈性構件，該彈性構件係跨接該探針測試裝置，該彈性構件用於測試後使該探針測試裝置復歸。

更具體的說，所述測試機構係透過一組架設於測試系統的軌道，於該測試座上方位置以及遠離該測試座上方位置之間來回移動。

更具體的說，所述測試機構更包括一承載面及一探針介面板，該承載面係用以插置該檢測晶片，而該承載面所插置之檢測晶片藉由導體與該探針介面板電性連接。

另外，本發明之半導體自動化測試機台，係提供一個具有測試座之測試板搭配、於一測試區進行測試，置放在該測試座的待測晶片表面及相對於該表面之另一面均具有複數個接點，該半導體自動化測試機台包括有一用以提供擺放具有複數待測晶片之載盤的進料區、一用以提供擺放具有複數完測待測電子元件之載盤的出料區、一組用以搬移待測電子元件於進料區之載盤、出料區之載盤及測試區域間之X-Y軸拾取臂、複數複數組位於該測試座上方的測試臂、並用於垂直方向作動之測試臂、複數組於該測試座上方位置以及遠離該測試座上方位置之間來回移動的測試機構，該測試機構內部具有一檢測晶片，自該檢測晶片處電性導接並向該測試座方向延伸出複數個測試探針，該複數個測試探針用於抵觸該測試座上的待測晶片；藉此，該拾取臂搬移待測晶片由進料區之載盤至任一測試區時，由該組測試臂將待測晶片搬運至該組測試板之測試座，該測試機構移動至該組測試座上方位置與測試臂之間時，該測試臂向下作垂直方向作動，該測試臂壓迫該測試機構，迫使該測試機構之複數個測試探針迫緊抵觸待測晶片，使該測試機構內部之檢測晶片與待測晶片電性連接形成一組測試迴路，測試完畢再由拾取臂搬移該完測晶片送離該測試區，並分類於出料區之載盤上。

更具體的說，半導體自動化測試機台更包括相對應每一個測試臂設置的一個供待測晶片放置往返於測試臂下方位置之承載座。

更具體的說，所述測試機構包括有一組框架及彈性構件，該彈性構件係跨接該探針測試裝置，該彈性構件用於測試後使該探針測試裝置復歸。

更具體的說，所述測試機構係透過一組架設於測試系統的軌道，於該測試座上方位置以及遠離該測試座上方位置之間來回移動。

更具體的說，所述測試機構更包括一承載面及一探針介面板，該承載面係用以插置該檢測晶片，而該承載面所插置之檢測晶片藉由導體與該探針介面板電性連接。

有關於本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

請參閱圖一，為本發明一種測試半導體封裝堆疊晶片之測試系統及其半導體自動化測試機台之測試系統結構圖，如圖一所示，該測試系統包括一組位於該測試座411上方、並用於垂直方向作動之測試臂42、一組於該測試座411上方位置以及遠離該測試座411上方位置之間來回移動的測試機構43，而該測試機構43包括有一組框架431、彈性構件432及探針測試裝置433，測試座411設置於一測試板41上；如圖二所示，該探針測試裝置433之內部係具有一承載面4331及一探針介面板4332，該承載面4331係用以容置該檢測晶片5，而該承載面4331所容置之檢測晶片5能夠電性導接並向該測試座411方向延伸出複數個測試探針4333，因此該測試探針4333一端則是與檢測晶片5電性導接，而測試探針4333另一端則能夠用於抵觸該測試座411上的待測晶片61上的微小電極接點。

於本較佳實施例中之一範例，該測試臂42係可透過螺桿、皮帶輪組的傳動，讓測試臂42限於測試座411之上方位置作垂直升降的作動，該下壓時可推動就位之測試機構43迫緊彈性構件432而令測試探針4333下沉至預定位置；測試臂42的下方部位也具備有吸附待測物的功能，熟悉本創作領域人士所知悉以吸嘴、負壓方式等皆可達成。

該測試機構43內部複數個測試探針4333可由其它方式替代，譬如：透過線材、電性導體的一端導接至檢測晶片5，並於另一端向該待測晶片61方向形成一組用於接觸測試待測晶片61之測試接點，或者具有彈性的探針做為連結檢測晶片5及待測晶片61之導體；相同的目的主要用以達成檢測晶片5、待測晶片61電性相接形成一測試迴路。

透過自動化取放、測試、分類一氣呵成用於測試堆疊晶片(Package-on-Package，PoP)手段並未見於業界，如同本發明探針測試裝置433以及檢測晶片5一併設置於測試機構43上，除了受測試臂42垂直下壓同動，讓待測晶片上微米級的導電端能夠準對的被測試探針4333對準接觸之外，此種暫態導接形成一組完整的晶片測試迴路可以將資料傳輸速率提升至10 GHz，並且也讓信號穩定度提升。

以上範例僅示例為一組測試臂42以及測試座411，於實務運作上檢測機台將因客戶端需求有所不同配置，有些機種系列同時具有四組、甚至六組測試區。

本發明所述之半導體自動化測試機台如圖三A所示，更包括有用以提供擺放具有複數待測晶片61之載盤11的進料區1、用以提供擺放具有複數完測晶片62之複數載盤21的出料區2、一組用以搬移待測晶片61於進料區1之載盤11、出料區2之載盤21及測試區4間之受X-Y機構控制的拾取臂3；當進行測試時，能夠藉由受X-Y機構控制之該拾取臂3搬移待測晶片61由進料區1之載盤11至測試區4，如圖三A及圖三B所示，該拾取臂3將一待測晶片61搬移至承載座441上，如圖三C至圖三E所示，承載待測晶片61之承載座441則會滑移至測試臂42位置下方，而該組測試臂42則將待測晶片61搬運至該組測試板41之測試座411上。熟知本項技藝人士可知，該拾取臂3在搬移待測晶片61時將依據客戶的需求進行流程的調整，譬如：該前述之承載座441為可調整省略的程序，部分測試機台之拾取臂能直接準確將待測物放置在測試座411。

承上，該測試臂42將待測晶片61搬運至該組測試板41上的測試座411後會復歸向上，如圖三F至圖三G所示，下一步測試機構43透過軌道45(如圖一所示)使該測試機構43能夠於接近或遠離該測試座411上方位置之間滑移，因此，該測試機構43受控制之下能透過軌道45滑移至該組測試座411上方位置與測試臂42之間。待測試臂42再次垂直向下方作動，並向下壓迫該測試機構43，由於該測試機構43之彈性構件432係跨接該探針測試裝置433，因此該測試臂42向下壓迫該測試機構43時，該框架431則會被壓向下移動，並使整組探針測試裝置433接近該測試座411上的待測晶片61。

該探針測試裝置433之複數個測試探針4333迫緊抵觸待測晶片61後，如圖二、圖四A及圖四B所示，該測試探針4333一端與檢測晶片5處電性導接，另一端則與待測晶片61抵觸導通，因此使檢測晶片5與待測晶片61形成堆疊晶片的結構，而該測試機構43內部之檢測晶片5與待測晶片61電性連接與測試板41形成一組測試迴路，進行測試之程序，測試機台各測試埠將進行相同的搬運測試流程。

當該待測晶片測試完畢後，該測試臂42向上離開測試機構43，該測試機構43之彈性構件432則能夠使該框架431及該探針測試裝置433復歸原位置，受控制的測試機構43遠離該測試座411上方位置；最後，該測試臂42將吸取測試座411上的完測晶片62，如圖三H至圖三J所示，該承載座442則向前移動至測試臂42下方位置後，該測試臂42則將完測晶片62搬運至承載座442上，最後拾取臂3則會將完測晶片62送離該測試區4，並分類於出料區2之載盤21上。在測試臂42將完測晶片62搬運至承載座442的同時，承載座441也將運送下一個待測晶片61繼續測試動作。

本發明所提供之一種測試半導體封裝堆疊晶片之測試系統及其半導體自動化測試機台，與其他習用技術相互比較時，更具備下列優點：

1.　本發明提出了結合取放機構(Handler)的測試堆疊晶片(Package-on-Package，PoP)自動化測試系統及其機台。

2.　本發明提出能夠於測試座上方位置之間來回移動、及內建有檢測晶片之測試機構，並將測試機構下壓迫緊於測試座所置放的待測晶片上，以自動化進行半導體封裝堆疊晶片之測試。

3.　本發明能夠以自動化方式搬運複數個半PoP待測晶片至測試區，於封裝前將有問題之半PoP待測晶片先行排除，以提高測試的效率，並節省成本。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

1．．．進料區

11．．．載盤

2．．．出料區

21．．．載盤

3．．．拾取臂

4．．．測試區

41．．．測試板

411．．．測試座

42．．．測試臂

43．．．測試機構

431．．．框架

432．．．彈性構件

433．．．探針測試裝置

4331．．．承載面

4332．．．探針介面板

4333．．．測試探針

441．．．承載座

442．．．承載座

45．．．軌道

5．．．檢測晶片

61．．．待測晶片

62．．．完測晶片

圖一為本發明一種測試半導體封裝堆疊晶片之測試系統及其半導體自動化測試機台之測試系統結構圖；

圖二為本發明一種測試半導體封裝堆疊晶片之測試系統及其半導體自動化測試機台之測試系統部份結構剖面圖；

圖三A至圖三J為本發明一種測試半導體封裝堆疊晶片之測試系統及其半導體自動化測試機台之測試運作示意圖；以及

圖四A至圖四B為本發明一種測試半導體封裝堆疊晶片之測試系統及其半導體自動化測試機台之下壓測試結構剖面圖。

41．．．測試板

411．．．測試座

42．．．測試臂

43．．．測試機構

431．．．框架

432．．．彈性構件

45．．．軌道

Claims (9)

1. 一種測試半導體封裝堆疊晶片之測試系統，該測試系統用於測試一個已由取放機構置放在一組測試座上的待測晶片，包括：一組位於該測試座上方的測試臂，用於垂直方向作動；一組於該測試座上方位置以及遠離該測試座上方位置之間來回移動的測試機構，該測試機構具有一探針測試裝置，該探針測試裝置內部具有一檢測晶片，自該檢測晶片處電性導接並向該測試座方向延伸出複數個測試探針，該複數個測試探針用於抵觸該測試座上的待測晶片；藉此，當該測試機構移動至該組測試座上方位置與測試臂之間時，該測試臂向下作垂直方向作動，該測試臂壓迫該測試機構，迫使該測試機構之複數個測試探針迫緊抵觸待測晶片，使該測試機構內部之檢測晶片與待測晶片電性連接形成一組測試迴路。
2. 如申請專利範圍第1項所述之一種測試半導體封裝堆疊晶片之測試系統，其中該測試機構包括有一組框架及彈性構件，該彈性構件係跨接該探針測試裝置，該彈性構件用於測試後使該探針測試裝置復歸。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之一種測試半導體封裝堆疊晶片之測試系統，其中該測試機構係透過一組架設於測試系統的軌道，於該測試座上方位置以及遠離該測試座上方位置之間來回移動。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之一種測試半導體封裝堆疊晶片之測試系統，其中該測試機構之探針測試裝置更包括一承載面及一探針介面板，該承載面係用以插置該檢測晶片，而該承載面所插置之檢測晶片藉由導體與該探針介面板電性連接。
5. 一種測試封裝堆疊裝置之半導體自動化測試機台，提供一個具有測試座之測試板搭配、於一測試區進行測試，置放在該測試座的待測晶片表面及相對於該表面之另一面均具有複數個接點，包括有：一進料區，係用以提供擺放具有複數待測晶片之載盤；一出料區，係用以提供擺放具有複數完測晶片之載盤；一組X-Y軸拾取臂，係用以搬移所述晶片於進料區之載盤、出料區之載盤及測試區域間；複數組位於該測試座上方的測試臂，用於垂直方向作動；複數組於該測試座上方位置以及遠離該測試座上方位置之間來回移動的測試機構，該測試機構具有一探針測試裝置，該探針測試裝置內部具有一檢測晶片，自該檢測晶片處電性導接並向該測試座方向延伸出複數個測試探針，該複數個測試探針用於抵觸該測試座上的待測晶片；藉此，該拾取臂搬移待測晶片由進料區之載盤至任一測試區時，由該組測試臂將待測晶片搬運至該組測試板之測試座，該測試機構移動至該組測試座上方位置與測試臂之間時，該測試臂向下作垂直方向作動，該測試臂壓迫該測試機構，迫使該測試機構之複數個測試探針迫緊抵觸待測晶片，使該測試機構內部之檢測晶片與待測晶片電性連接形成一組測試迴路，測試完畢再由拾取臂搬移該完測晶片送離該測試區，並分類於出料區之載盤上。
6. 如申請專利範圍第5項所述之一種測試封裝堆疊裝置之半導體自動化測試機台，更包括相對應每一個測試臂設置的一個供待測晶片放置往返於測試臂下方位置之承載座。
7. 如申請專利範圍第5項或第6項所述之一種測試封裝堆疊裝置之半導體自動化測試機台，其中該測試機構包括有一組框架及彈性構件，該彈性構件係跨接該探針測試裝置，該彈性構件用於測試後使該探針測試裝置復歸。
8. 如申請專利範圍第5項或第6項所述之一種測試半導體封裝堆疊晶片之測試系統，其中該測試機構係透過一組架設於測試系統的軌道，於該測試座上方位置以及遠離該測試座上方位置之間來回移動。
9. 如申請專利範圍第5項或第6項所述之一種測試半導體封裝堆疊晶片之測試系統，其中該測試機構之探針測試裝置更包括一承載面及一探針介面板，該承載面係用以插置該檢測晶片，而該承載面所插置之檢測晶片藉由導體與該探針介面板電性連接。