TWI225156B - Apparatus and method for testing the quality of interconnections of electronic devices - Google Patents

Description

!225156 ΚΙ —-____：_ ___B7 _ 五、發明説明（丨） ~ ^~~— 1一' 本發明之背景 隨著不同類型之電子裝置上面的配線數目之增加，此 種配線之品質的測試任務，已逐漸地變得更加困難。舉例 而言，針柵陣列（PGA)、球柵陣列（BGA)、晶片尺产 卿和標準加引線之元件，係有規:則地採用大 一百條之配線，每一條對其裝置之正，性能均具重要性。 此外，·彼等用以測試印.刷電路板、.類·.似積體電路（ic)之電 子元件、和1C晶圓之探針，在被採用.於試驗環境中之前，· 亦必須就品質做測試。此等探針在數目上可:，能有數千隻之 多，而進一步加劇此等配線之測試問··題。由··於·手動視覺檢 驗此等配線和探針，必然會很慢及易於出錯，·已有一些自 動化裝置，被設計來執行此種檢驗'··. 目刖，大部伤1C配線之品質，·係使用一鲒構化光波或 雷射光波，來加以測試。舉例而言，一結構化光波，可被 用來照射一單一配線或一列成某一彳頃斜角度之配線，斶建 立該等配線之陰影。給定配線之預期尺寸和形狀，以及給 定之入射光波/角度，一預期之陰影尺寸和·_狀將可被決 定，以及可與該配線所投射之實際陰·影相比較，以決定此 配線之品質。或者，雷射光波係實:質·上自配線.之侧部投射 出，以致藉由所接收之雷射光波，k.等對立之光偵測器， 將可被採用來決定，是否有任何配線遺漏，或過短而無效 率。不幸地，此種裝置通常需要一複轉而昂貴之光學器件。 而且，由於此等裝置，典型地一次係測試一條配線或成列 之配線，每一電子裝置之檢驗時間，·号過長‘趨勢。此外， (請先«訪背面之注¾寧巧再λδ寫本頁)

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使用彼等以光波為基礎之檢驗裝置，係易受到因使用一結 構化光波，由於其四周配線所投射之陰影所致，天生存在 於/則5式彼專存在趨向於一配線陣列之中心的問題所致，殘 存未被偵測之不良配線的影嚮。 . .·： 由前文可知，一種新的用以測試.電子裝.置配線之裝置 和方法’能不需要特殊之光學器件，能降低每二裝置之測 試時間量，以及能降低破等未被偵測之配線·的缺點之可能 性，將會是有利的。 .； 本發明之概要 ··. 本發明下文要做詳細說明之實施例，係提供一種裝置 彳方去，其可藉由敏壓媒介，舉例兩言，類似一敏壓薄膜， 來測試電子裝置配線之品f。一電子裝置之配·線，在佈置 上可能係經由一遙控機械致動器:，使與該敏藶媒介相接 觸。有一機械力接著施加至該電子裝置，以致此電子裝置 • *· . · 之每一配線，實質上係施加相同之壓力至該敏壓媒·介上 面’假疋該4配線中並無缺陷存在。由於所施加之力的結 果’該敏壓器可產生每一配線所施加·之壓力的指示值。此 指示值接著可能會經由一照相機和枳關聯.之·電腦而被分 析，以決定該等配線之品質。 本發明之其他特徵和優點，將可由下文配合所附諸圖 之詳細說明，藉由範例來例示本發明之原理.，:而變為明確， 其中： · . 圖示之簡單說明 ·： 第1圖係一依據本發明之一實施例的電子裝置配線品 Ϊ225156

五、發明說明（ 質測試裝置之方塊圖； 第2圖係一依據本發明之另一實施例的電子裝置配線 品質測試裝置之方塊圖； · 第3圖係一依據本發明之一實旅例的配綠:品質測試所 成之二元敏壓薄膜上面的視覺影像之範例；. 第4圖係一依據本發明之一實施例的g己線.品質測試所 成之灰階或色彩敏壓薄膜上.面的視覺影像之範例；而 * * 第5圖則係一依據本發明之一‘實嗨例的，子裝置之配 線的測試方法之流程圖。 較佳實施例之詳細說明 · ·:： 一依據本發明之一實施例的電子裝置缸線品質測試 裝置，係顯示在第i圖中。一電子裝置100，係具有多數自 此電子裝置100之主體延伸出的配線105。在第i圖中，此電 子裝置100 ’係一保有一積體電路(iCj(未示，出:)之球栅陣列 (BGA)封裝。許多其他類型之1(：封·裝〉可使用 > 發明·之實 施例，來加以測試，其中包括有：··標準加引線之通孔和表 面安裝封裝、晶片尺度封裝（CSP)、針柵陣列（PGA)封裝、 和其他區域陣列封裝。此外，彼等較·大電子裝置有關之配 線’類似印刷電路板有關之簧片接點·平臺測娬.器、1C、各 種電子組件、和IC晶圓，亦可使用^•一裝置，來加以測試。 在第1圖之實施例中，其電子裝置！ 〇〇在佈全上，係使 其配線105與一敏壓薄膜130相接觸。此外，此貪施例係利 用一實質上扁平之表面150,該薄膜13p係被配‘線1〇5壓制其 (¾先閲誚背面之注意寧巧再磺寫本頁)

1225156 修 kl B7 五、發明説明 上。上述版本由類似富士相片薄膜和感測器產品公司 Photo Fdm and Sensor products，Inc.)等公司所製作之薄膜 130,可在已施加壓力之區域中，顯，一預定之色彩，因而 可在該薄膜表示其上已超過一特定量:之壓力的區域上面， 顯示一視覺之影像。一般而言，其產·生之色赘·，最初係包 括在彼等位在該薄膜中之微囊體内.，其在一強加之外部壓 力業已過量時會爆裂。此珥覺影像十，稍後將.顯♦未，因而可 提供彼等配線105之品質的指示值。:.· ·· 本發明預期至少有三種類型气鲜壓薄^13()。在一二 元類型之薄膜中，所有之微囊體均在相同之壓力程度下爆 裂，因而可指不出其所強加之壓力係符合或*超過一特殊預 疋之壓力程度處的區域。一灰階類型之薄膜·，.係整合一些 在變化之壓力程度下爆裂之微囊體結果，：上特定區域之 * · . 色彩密度，係與其施加皇該區域之壓.·力的量.，相關聯。換言 之，一區域中之色彩愈密集，其直接施加至該區域之·壓力 便愈大，因而可提供較二元薄膜為大之敏壓解析度。彼等 灰階薄膜，係敏壓薄膜工業中目俞所·製作最常見之類型。 或者’本發明之實施例，預期使用·色彩敏壓·薄膜，藉以使 不同之壓力，係由該薄膜上面之色,%·來指示··，··以提供同等 於灰階薄膜之壓力解析度，而產生較二元薄&更為精確之 測試結果。 在第1圖中，一機械力係藉由一遙控機續敖動器12〇 , 施加至該電子裝置100，其正常係受到一測g控制器11〇之 控制。此測试控制器110 ’可為任一種演算法控制器，諸如 (請先wtjr背面之注意箏巧再垓寫本頁)

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^5156 f正替換頁 '、牟.ί2,潘9日 五、發明説明（5)

一多用途計算機，或一以微控制器為基礎之植入式控制 σ σ亥遙控機械致動器12 〇，能精確地施加一適用於該電子 裝置100和所涉及類型之薄膜13〇的預定量之壓力，至該電 •子裝置100。此種力係平均地施加至該電子裝置1〇〇 ,以致 所有之配線105，係施加實質上相向之_壓力至該薄膜13〇上 面，假定所有之配線105係屬可接收冬品質。，·此外，就一製 *造環境中之自動化而言·，該遙控機械致動器120,能在該電 子裝置100測試前，佈置此裝置100，使與該薄膜13〇相接 觸以及在其測试業已完成後，t該裝置1〇〇移除該薄膜 13〇。或者，該電子裝置100 ,可手動·地放置·在該薄膜13Q 上面或自其移除，或者，一分開之遙控機械致動器（未示 出），可就該目地而被使用。 · 由於該敏壓薄膜130在壓力已施.加後之視覺影像的永 久性質所致，每一被測試之電子裝.·置·1〇〇，將需要一新部份 的薄膜130。就每一新裝置來更換薄膜13〇而言，可手動地 來加以執行。為自動化該薄膜之更換程序，該薄膜13〇可塑 造成一長條帶，而如第1圖中所示，稜載入一對受馬達驅動 之捲軸140上面。此一機構將可容許該薄膜π〇被推進一充 分之量’以致一先前未被使用部份之薄膜13〇,.將可供每一 要被測試之電子裝置100使用。 一旦機械力業已施加至該電子裝置100·.,藉此建立彼 等配線105在該薄膜130上面所施加之壓力的視覺影像 160，此視覺影像160必須做分析，以決定彼等配線1〇5之品 質。一旦該電子裝置1 〇〇，業已自該薄膜.丨3〇移除，一照相 iV : ✓—\ a 先 Μ 背 ， 面 ； 之 ： >± ， 意 ： 寧 ； 再 % 本 頁

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-.8 1225156 五、發明説明 機Π0將會在該薄膜13吐面，產生—電子記錄影像之視覺 影像160。該照相機170接著會將此電子記錄.影像，傳送至 該測試控制器UG，其接著會分析此1子記_像，以決定 彼等配線105之品質。 、 某些實施例中之照相機170 ’係—典型之區域陣列照 相機。或者，該照相機170可為一線性掃描照.相機，其典型 地可造成一較高解析度之電子記錄‘影像的產生、此額外之 解析度，依據正被測試之電子裝置·100和正铍採用之薄膜 U0的類型，可能是所需要或所希望吟。.’ ·） 本發明如第2圖中所描繪之第二實施例，·可容許該照 相機170,在該電子裝置100,仍與該薄膜13〇相接觸之際， 產生該電子記錄影像。在此一案例中·，該照相機17〇，係位 於該薄膜130上面，而在該電子裝·置1〇〇之之..對·立側。一透 明壓盤200,係被用做一更特殊類型之扁平表面15〇(來自第 1圖），以致該照相機Π0，可在自該轉··膜no摩除上述★電子 裝置100之前，具有對該薄膜130之直接瞄準線.。此一實施 例之利益是，該薄膜130上面之視覺影像的若干電子記錄影 像，可在一加增程度之力量施加至該電子裝置1 〇〇上面下被 產生。此在不同之施加壓力下，收.隼自多重龟子記錄影像 之額外資訊，可進一步幫助決定彼等配線105<品質。 •« 第3圖係顯示該電子裝置100乏配線在上述薄膜 130上面所產生之二元視覺影像300的•一個範例·，該配線1 〇5 在此一情況中，係一 256-配線BGA。由於該薄膜130在此特 殊情況中係二元的，並無灰階會被描繪。所以，彼等配線 • * * 請先MijT背s之注意寧巧再¾寫本頁) -裝丨 •訂· > ? ! n vi · ：：ΑΠ ·> { Γ\ A ^ f ? 1 f) v Ί 〇 -7 y.\ \ -9 1225156

hi B7 -----------------------—- __ 五、發明説明（7) . 105之品質’係藉由該影像300之暗區域的存.在、位置、和 尺寸，來加以決定。.舉例而言，一在一 BGA焊料球或將被 預期之位置中的遺漏之黑點310,係指:示一不良的或不存在 之配線。其他之問題’諸如共面性.，亦可被债測到。舉例 而言，一翹曲之BGA封裝，此係一共·面性問題之範例，可 能造成一些相較於比起該BGA封裝之配線1〇5所產生之其 * · 他者為小的小黑點320此種小黑點320，因而將可指示出， 該封裝之角落處的相關聯之配線正施加的，係·一較小之壓 力，而可能於該封裝安裝在其意欲之電子裝置中時，造成 不良的連接性。 · ··，. 一使用相同之BGA封裝的相關視覺影像4〇〇 ,係顯示 在第4圖中。此影像4〇〇，係得自一灰階或色彩·敏壓薄膜， 而在性質上為灰階或彩色。在其理想之情況中，一高品質 配線之每一黑點，可藉由一具變化·強度之單一色彩的一組 同心環，或藉由一些具變化色彩之同心環，而加以抵示， 因而可指示該等焊料球之球形性質。·一遺漏的或短的球， 仍將會以一运漏之黑點4〗〇來加以指示，如同二元影像川〇 之情況。該BGA封裝之共面性問題.，亦會在該影像4〇〇中 被偵測到，其係以較小而較淺之黑點42〇，來指示該等焊料 球並未存在於其與大多數裝附至該封裝相同之平面中。此 外由於該薄膜之灰階或彩色性質所致，一淺黑點43〇可見 到，係指示其相關聯之焊料球，可能係較談封裝上面之其 他者為扁平，因而可能會造成一配:線冬問題:。· 該灰階或色彩敏壓薄膜之使用.'亦將奸增強彼等 (封先閒讀背面之注意葶巧再磺«本頁) 訂· ·'"衷___

:CB、IC、和Ic晶圓所常使用之平臺簧片接點測試器的彈 ^承之配線接腳的測試。此等接腳之壓力，通常對該測 心精確地測試該等測試下裝置中之誤差的能力，係具有 重要f生g]為彼等施加過少壓力之:接腳，可能.不會與該裝 置做適當接觸，同時彼等施加過Λ：·壓:力之接腳.，可能會防 止四周接腳不與該裝置做適當接觸·。因此，二指示有多少 ，更壓力與每-線相關聯之值，$該平臺·簧片接點測試 裔，破置於服務中之前，係有助於〆貞·測彼等.可測試性之問 題。 、· · · * . 聲 本發明亦可被具現為一用以積由機械麈力之測量來 測試彼等電子裝置配線之品質的方·法。首先，一要被測試 之電子裝置的配線，在佈置上係與厂敏壓媒介，舉例而言， 類似敏壓薄膜，相接觸（第5〇〇步驟）。一機械力·奋接著施加. . ·. · .. · 至該電子裝置’以致每一配線係施:、實質上相同之壓力至 該敏壓媒介上面，假定該等配線中無缺陷·存在（第W0步 驟）。由·於此力之結果，每一配線所施加之壓力.的指示值， 係在該敏壓媒介上面被產生。最後，.該媒介上面之壓力的 指示值，將會做分析，以決定該電子裝置上面之每一配線 之品質。（第520步驟） .· 、 由前文可知，本發明之實施例：.，已顯示可·提供一有效 .之電子裝置配線品質測試裝置和方·法，其可·利用機械壓力 來發覺該裝置配線中之缺陷。由於·一電子裝置之每一配線 係同時地被測試，其測試時間係有·限。而且，·由於其並不 ·· * ·. 需要特殊光照技術，彼等特殊光學:·|Γ件之費用.，和其就此 1225156 it ff - 年 E] hi B7 五、發明説明 種配線之測試使用結構化之光波中'天生有之困難’將可被 消除。其他具現本發明之特殊裝置和*方法，亦屬可能。所 以，本發明並不局限於該等所說明及.例示之特殊形式’本 發明僅受限於申請專利範圍。 ·. · ·. (請先閒讀背面之注意寧巧再«寫本頁)

12 1225156 100···電子裝置 10 5…配線 110···測試控制‘器 12 0…遙控機械致動器 Π0···敏壓薄辑 14 0…捲轴 150···扁平表面 160···視覺影像 170···照相機 {嘯I 一 年月日 A7 ----------- B7 五、發明説明（1〇) 元件標號對照 200··..ίΐ明壓盤 :*Λ. 300.···二元視覺影像 3 10.·:·遺漏之黑點 320··· ί]、黑點 400」視覺影像· 9 # * , ·· 410〖"蓬漏之黑點 * * . 420::·較小.而較淺之黑點 43〇…與黑點· (請先閒筇背面之注意箏巧再坱寫本頁)

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Claims (1)

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六、申請專利範圍 '' ~-- 第091 101680遽專利申請案申請專利範圍修正本 修正日期：93年8月 丨· -種測試電子元件配線品質的裝置，其包括： 敏壓構件，其用以感測機械壓力； 佈置構件，其用以佈置一電子元件之配線使與該敏 壓構件相接觸； 施加構件，其用以施加一機械力至該電子元件以使 忒電子7L件之每一配線，在該配線不存在缺陷下，能施 加實質上相同之壓力於該敏壓構件，該敏壓構件可產生 母一配線所施加壓力的指示值；和 分析構件，其用以分析該敏壓構件指示的電子元件 每一配線所施加之壓力，以決定該等配線之品質。 2·如申請專利範圍第丨項之裝置，其中該施加構件能施加 不同大小之力至該電子元件上面，以致該電子元件配 線的品質，可藉由該分析構件在多重大小之力下被分 析。 3·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該敏壓構件係一敏 壓薄膜，藉由該薄膜上面之視覺影像，該敏壓構件可指 示該電子元件之配線所施加之壓力。 4·如申請專利範圍第3項之裝置，其中該敏壓薄膜係一二 元敏壓薄膜。 5.如申請專利範圍第3項之裝置，其中該敏壓薄膜係一灰 階敏壓薄膜，藉由一單一色彩之不同強度，該敏壓薄 膜可指示不同之接觸壓力。

14 1225156 工::::1 8¾，r 、申請專利範圍 6.如申請專利範圍第3項之裝置，其中該敏壓薄膜係一色 ¥敏壓薄膜，藉由不同色彩，該敏壓薄膜可指示不同 之接觸壓力。 7·如申請專利範圍第3項之裝置，其中進一步包括一對馬 達驅動之捲軸，於該捲軸上存在有一卷敏壓薄膜，藉 由推進該等馬達驅動之捲軸而使用一先前未使用過之 部份敏壓薄膜，來測試後繼之電子元件。 8·如申請專利範圍第3項之裝置，其中該分析構件係進一 步包括·一照相機，其可基於該敏壓薄膜上面所指示 之視覺影像，來產生一電子記錄影像；和一測試控制 益，其可解譯來自該照相機之電子記錄影像，以決定 該等配線之品質。 9·如申請專利範圍第8項之裝置，其中該照相機係一區域 陣列照相機。 ι〇·如申明專利範圍第8項之裝置，其t該照相機係一線性 掃描照相機。 11 ·如申μ專利範圍第3項之裝置，其中該施加構件係進一 步包括一遙控機械致動器和一扁平表面，且該遙控機 械致動器可施加一壓力至該電子元件，而該敏壓薄膜 係被制壓在該電子元件配線與該扁平表面之間。 I2·如申請專利範圍第⑽之裝置，其中該扁平表面係一 透明壓盤。 13·如申μ專利圍第3項之裝置，其中該佈置構件係一遙 控機械致動器。 15 1225156 替換J : ^ari3a iJ 1L-···, 一“»**·* ·、χ^· 〜fc，•〜，.一一一.Λ. .:" _ . 六、申請專利範圍 14· 一種測試電子元件配線之品質的裝置，其包括： 一敏壓薄膜； 一扁平表面 ; 一遙控機械致動器，其可佈置一電子元件之配線使 與該敏壓薄膜相接觸，該遙控機械致動器亦可施加一機 械力至垓電子元件，以使該電子元件之每一配線，在該 荨配線無缺陷存在下，能施加一實質相同之魔力至該敏 壓薄膜上面，該敏壓薄膜係被壓制在該等配線與該扁平 表面之間，該敏壓薄膜可藉由該薄獏上面之一視覺影像 產生每一配線所施加之壓力的指示值； 一照相機，其可基於該敏壓薄膜上面所指示之視覺 影像來產生一電子記錄影像；和 一測試控制器，其可解譯來自該照相機之電子記錄 影像以決定該等配線之品質。 15·如申請專利範圍第14項之裝置，其中該敏壓薄膜係一 一元敏壓薄膜。 16·如申請專利範圍第14項之裝置，.其中該敏壓薄膜係一 灰階敏壓薄膜，藉由一單一色彩之不同強度，該敏壓 薄膜可指示不同之接觸壓力。 Π·如申請專利範圍第14項之裝置，其中該敏壓薄膜係一 色彩敏壓薄膜，藉由不同色彩，該敏壓薄膜可指示不 同之接觸壓力。 18·如申請專利範圍第14項之裝置，其中進一步包括一對 馬達驅動之捲軸，於該捲軸上存在有一卷敏壓薄膜， 1225156

藉由推進該等馬達驅動之捲軸，而使用一先前未使用 過之部份敏壓薄膜，來測試後繼之電子元件。 19·如申請專利範圍第14項之裝置，其中該照相機係一區 域陣列照相機。 20.如申請專利範圍第14項之裝置，其中該照相機係一線 性掃描照相機。 21·如申請專利範圍第14項之裝置，其中該遙控機械致動 器可施加不同大小之力至該電子元件上面，以致該電 子元件之配線品質，可藉由該測試控制器在多重大小 之力下被分析。 22· —種測試電子元件配線品質之方法，其包括之步驟有： 佈置一電子元件之配線，使與一敏壓媒介相接觸； 施加一機械力至該電子元件，以致該電子元件之每 一配線，在該等配線無缺陷存在下，施加一實質相同之 壓力至該敏壓媒介上面，該敏壓媒介可產生每一配線所 施加壓力的指示值；和 分析該敏壓媒介指示的該電子元件每一配線所施 加之壓力，以決定該等配線之品質。

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