TWI406346B - 半導體元件之預燒測試裝置 - Google Patents

Description

半導體元件之預燒測試裝置

本發明係有關於一種用半導體測試裝置，特別是有關於一種在預燒板上配置獨立電源轉換器之半導體元件預燒測試裝置。

隨著科技的進步以及工業上的需要，使得半導體設計公司(IC Design house)必須設計及製造更複雜的晶片，例如整合複數顆不同功能的晶片於一顆IC之SOC晶片(System on Chip)或是高運算及控制能力的可程式化邏輯閘陣列(FPGA)晶片等，這些高性能之晶片有共同的特色，就是須要供應大電流才能使其工作。由於大電流會產生大的功率消耗，因此這些晶片均會產生高熱，也因此使得這些晶片必須常常在高溫下工作。

為了確保上述高性能晶片能夠在製造過程中篩選出正常的晶片，所以在半導體廠完成晶片製造後，都會進行可靠度的測試，以目前所使用的方法而言，都是對這些晶片進行環境測試，例如晶片的操作壽命測試(Operational Life Tests；OLTs)，這種測試方法是將這些晶片放入一個高溫烤箱中，並以一些模 擬的控制訊號輸入晶片，以模擬晶片在高溫環境下執行這些控制訊號的狀況，其目的是希望在製造過程中經由這些測試過程來發現不良品，以確保每一顆製造出的晶片都能符合設計地正常工作。

如前所述，這些高性能晶片必須消耗大的功率，因此在測試時，每一顆晶片必須供應大的電流，例如一顆FPGA晶片需要供應20A的電流，因此當同時對多顆FPGA晶片進行預燒測試時，例如在一塊預燒測試板(Burn-in Board；BIB)同時對16顆晶片測試，電源供應器(Power Supply)就必須供應320A的電流，然而如此的大電流無法透過電路板(PCB)來傳遞，而必須使用很粗的輸送線(cable)，這會使得測試非常困難。為解決此一問題，美國專利第6140829即揭露一種使用烤箱來進行高性能晶片可靠度之預燒測試(Burn-in Testing)的結構，如第1圖所示。首先，是讓電源供應器(20)所供應的電壓及電流先經過一個直流至直流轉換器(DC to DC Converter)，將電源供應器所提供之較高的電壓降低並同時將電流升高，經過如此的轉換後，並不會改變提供給測試晶片的功率，然後再將經過DC to DC Converter轉換後的較低電壓及較高的電流送至位於烤箱內的預燒板。很明顯地，美國專利第6140829為了供應這些功率至位於烤箱內的預燒板，其電路系統(Circuitry)必須經過位於烤箱外的slot board 15以 及位於烤箱內的DUT board 13(也可稱為預燒板)，其間還經過複數個連接器(connector)。如此的架構，使得測試設備非常複雜且昂貴，同時經過多塊板子及連接器後，除了會使功率消耗外，也會使得模擬的控制訊號產生相位上的變化，而使其無法測試高速的晶片。

為此，本發明提出一種不需使用烤箱的預燒測試裝置，其可同時解決上述功率傳遞消耗、測試訊號以及無法供應大電流給晶片之問題。

鑒於上述之發明背景中，為了能有效時解決上述功率傳遞消耗以及測試訊號之問題，本發明主要目的在提供一種具有獨立直流電源轉換以及控制電路之預燒板，可用以解決先前技術在功率傳遞之問題。

此外，本發明之另一主要目的在提供一種不需使用烤箱就能進行預燒測試之裝置，其係因為本發明之預燒板不需在高溫中工作，因此可以在預燒板上配置獨立直流電源轉換以及控制電路，以解決先前技術在功率傳遞消耗以及測試訊號上之問題。

有鑑於此，本發明首先提供一種預燒板(Burn-In Board) 結構，包括一個基板，其上配置有一個控制單元及複數條金屬導線；複數個次控制單元，係配置於基板上並與控制單元電性連接；複數個插座裝置，係與複數個次控制單元相應配置於基板上，並與次控制單元電性連接；以及複數個直流至直流轉換器，係與複數個插座裝置相應配置於基板上並與插座裝置電性連接；其中直流至直流轉換器係將輸入預燒板的直流電壓降低並同時將輸入預燒板的電流升高，然後將降低的直流電壓及升高後的電流輸出至每一相應之測試座。

本發明接著提供一種半導體元件之預燒測試裝置，包括：一個與直流電源板連接之驅動板；一個預燒板，其上配置一控制單元及複數個測試單元，且每一該測試單元均由一插座裝置、一次控制單元及一直流至直流轉換器所組成；一個延伸板，其上配置複數條金屬導線用以連接驅動板及預燒板，且具有一適當寬度；一個加熱板，其上配置複數個加熱器，且複數個加熱器之位置與複數個測試單元中的插座裝置相對應；及一個電源供應裝置，其提供一第一直流電壓、一第一電流、一第二直流電壓以及一第二電流，第一直流電壓及第一電流經由延伸板與直流至直流轉換器連接，而第二直流電壓及第二電流則經由延伸板與加熱板連接；其中直流至直流轉換器係將第一直流電壓降低並同時將第一電流升高，然後再將降低的直流電壓及升高後的電流輸出至每一相應之測試座。

本發明在此所探討的方向為一種預燒測試裝置(Burn-in Test Apparatus)。為了能徹底地瞭解本發明，將在下列的描述中提出詳盡的架構。顯然地，本發明的施行並未限定於預燒測試裝置之技藝者所熟習的特殊細節。另一方面，眾所周知的預燒測試裝置之組成或步驟並未描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。本發明的較佳實施例會詳細描述如下，然而除了這些詳細描述之外，本發明還可以廣泛地施行在其他的實施例中，且本發明的範圍不受限定，其以之後的專利範圍為準。

首先，請參考第2圖，係本發明之一預燒板(Burn-In Board)結構之上視圖。如第2圖所示，預燒板包括一個基板37，其上配置有一個控制單元31及複數條金屬導線(未顯示於圖中)；複數個次控制單元322，係配置於基板37上，並藉由複數條金屬導線與控制單元31電性連接；複數個插座裝置35，其係分別包括有一測試座321及一連接座325，且各個插座裝置35係與各個次控制單元322電性連接而設於該基板37上；以及複數個直流至直流轉換器323，係與複數個測試座321相應配置於基板37上，並與測試座321電性連接。同時，基板37的前端還配置連接線區34，其上配置複數條金屬導線342(也稱金手指)。

為了詳細說明本發明之預燒板的工作方式，請同時參考第3圖，其中第3圖係本發明之半導體元件預燒測試裝置之上視圖。如第3圖所示，本發明之預燒板30上的每一個測試單元32均由一個插座裝置35、一個次控制單元322以及一個直流至直流轉換器323所組成，其中插座裝置35包括一測試座321及一個連接座325，直流至直流轉換器323之輸入端經由延伸板40與電源供應器50之第一電源52所提供之第一直流電壓及第一電流連接。當電源供應器50之第一直流電壓及第一電流經過直流至直流轉換器323之轉換後，其可將第一直流電壓降低並同時將第一電流升高，然後，經由直流至直流轉換器323之輸出端將降低後的直流電壓及升高後的電流供應給測試座321。例如，在測試SOC晶片時，若每一顆SOC晶片之額定電壓為1V而額定電流為20A，此時本發明之電源供應器50對於每一顆待測SOC晶片而言，所提供之第一直流電壓可以為12V而第一電流可以為2A。由於本發明所使用的直流至直流轉換器323具有將電壓降低並同時將電流升高之功能，因此當電源供應器50對於每一顆待測SOC晶片所提供之第一直流電壓12V及第一電流2A經由直流至直流轉換器323轉換後，直流至直流轉換器323的輸出可以將第一直流電壓降低至1V並同時將第一電流升高至20A，然後再將轉換後的第一直流電壓及第一電流送到測試座321上，當測試座321與一 SOC晶片連接後，就可以提供SOC晶片所需之額定電壓為及額定電流。

很明顯地，經由直流至直流轉換器323的配置，電源供應器50對於16顆待測SOC晶片只需提供正常電壓12V及正常電流32A(2A x 16)至延伸板40上，再經由延伸板40上的金屬導線將電壓及電流送到每一個直流至直流轉換器323，然後再將轉換後的直流電壓及電流送到每一個測試座321上，因此解決習用技術為同時測試16顆SOC而必須提供320A之電流的困擾。

在此要強調，本發明所使用之直流至直流轉換器323是可以達到的，因為在美國專利6936999及7000125中均已揭露一種稱為負載點(point-of-load；POL)的元件可以達到此轉換之目的，由於POL的結構並非本發明之請求特徵，本發明係使用此一先前技術POL來達到本發明預燒測試之目的，故不對POL之結構及其工作方式詳細敘述。

繼續請參考第3圖，預燒板30是藉由前端的連接線區34與延伸板40連接，而延伸板40的另一端則與驅動板10連接，其中驅動板10與直流電源板20連接，並且在其上還配置複數個控制卡，用以提供測試所需之訊號；預燒板30測試晶片所需要之電源主要由電源供應器50的第一電源52經由延伸板40提供，同時預燒板30上還配置複數個測試單元32及一個 控制單元31；此外，本發明還提供一加熱板60，其上配置複數個加熱器62，如第4圖所示，且這複數個加熱器62之位置與複數個測試單元32中的測試座321相對應(加熱器之數量與測試單元之數量不符)。此外，加熱板60上的每一個加熱器62與測試單元32中的次控制單元322連接，藉由此次控制單元322控制每一加熱器62之啟動與溫度狀況；而加熱板60所需之電源由電源供應器50的第二電源54所提供之第二直流電壓及第二電流經過延伸板40供應至加熱板60之上。藉由此加熱板60的配置，故本發明之預燒測試裝置就不需要使用烤箱，而是直接將加熱器62與位於測試座321上的晶片背面接觸並加熱，使得晶片也可以在高溫環境下進行模擬測試。

當本發明的預燒測試裝置要進行測試時，係將複數個完成封裝之待測晶片(未顯示於圖中)固接於每一測試座321上，然後將加熱板60蓋在預燒板30之上，並經由連接器327將加熱器62與次控制單元322連接；此外，每一加熱器62與每一待測晶片之背面接觸。當測試開始時，驅動板10會驅動預燒板30上的控制單元31，並經由控制單元31與每一個次控制單元322進行訊號傳遞，藉由次控制單元322來將每一加熱器62加熱至一設定之溫度；同時，也藉由次控制單元322來控制直流至直流轉換器323的啟動與關閉，當直流至直流轉換器323被啟動時，可使電源供應器50所提供之第一直流電 壓及第一電流，能夠經由直流至直流轉換器323將轉換後的適當直流電壓及電流送至測試座321中，以提供待測晶片於測試時所需之電源。

此外，為了有效阻隔加熱板60所產生的高溫，以防止此高溫影響驅動板上的操作訊號，本發明之延伸板40可以製作成具有一適當之寬度，而可以在此一寬度的空間中加入一隔熱裝置70，以隔離加熱板60所產生的熱。另外，當預燒測試結束後，為使加熱器62能夠快速降溫，因此，本發明之預燒測試裝置可以再上一散熱板(未顯示於圖中)，散熱板上配置複數個散熱器，例如使用風扇，且複數個散熱器之位置與複數個測試單元中的加熱器相對應，其也可藉由驅動板來控制，而散熱板所需之電源可以由電源供應器50或其他電源提供，本發明並不加以限制。

很明顯地，本發明所揭露之預燒測試裝置不需使用傳統之烤箱，也因此可以在預燒板30上配置所需之電路元件，例如次控制單元322及直流至直流轉換器323，也因此可以解決先前技術在功率傳遞消耗以及測試訊號之問題。

接著，請同時參考第5圖及第6圖，其係分別為本發明之預燒板的另一具體實施例之上視示意圖及插座裝置之示意圖。如第5圖所示，本實施例之預燒板包括一個基板37，其上配置有一個控制單元31及複數條金屬導線(未顯示於圖 中)；複數個次控制單元322配置於基板37上，並與控制單元31電性連接；複數個插座裝置320與複數個次控制單元322相應配置於基板37上，故插座裝置320可與次控制單元322電性連接；複數個直流至直流轉換器323與複數個插座裝置320相應配置於基板37上，並與插座裝置320電性連接。同時，基板37的前端還配置連接線區34，其上配置複數條金屬導線342(也稱金手指)。

此外，本實施例之插座裝置320係由一個底座3201與一個上蓋3202所組成，底座3201的底部固接於基板37之上，其另一端上則配置一個測試座321；而上蓋3202在與下座3201相對的一側上，設有一加熱塊3203，而此加熱塊3203之內部則安裝一加熱器(未顯示於圖中)，故當插座裝置320底座3201上的測試座321與一完成封裝之待測晶片接合，並將上蓋3202蓋下時，則加熱塊3203會與待測晶片接觸，由於加熱塊3203內的加熱器是經由上蓋側端之電源接頭3204經由外接導線324與次控制單元322電性連接，故可藉由次控制單元322來控制加熱器的溫度，使得待測晶片能夠在一設定的溫度下進行測試。

很明顯地，本實施例的插座裝置320之上蓋3202上已配置一加熱器及加熱塊3203，因此，可以直接取代第4圖中的加熱板60，來執行待測晶片的測試。由於插座裝置320的電 路連接及控制方式與第4圖相同，故其進行預燒測試的過程與第3圖的方式相同，故不再贅述其加熱及測試之過程。

顯然地，依照上面實施例中的描述，本發明可能有許多的修正與差異。因此需要在其附加的權利要求項之範圍內加以理解，除了上述詳細的描述外，本發明還可以廣泛地在其他的實施例中施行。上述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在下述申請專利範圍內。

10‧‧‧驅動板

20‧‧‧直流電源板

30‧‧‧預燒板

31‧‧‧控制單元

32‧‧‧測試單元

320‧‧‧插座裝置

3201‧‧‧下座

3202‧‧‧上蓋

3203‧‧‧加熱塊

3204‧‧‧加熱器電源接點

321‧‧‧測試座

322‧‧‧次控制單元

323‧‧‧直流至直流轉換器

324‧‧‧外接導線

325‧‧‧連接座

327‧‧‧連接器

34‧‧‧連接線區

35‧‧‧插座裝置

37‧‧‧基板

342‧‧‧金屬導線

40‧‧‧延伸板

50‧‧‧電源供應器

52‧‧‧第一電源

54‧‧‧第二電源

60‧‧‧加熱板

62‧‧‧加熱器

64‧‧‧感應控制器

70‧‧‧隔熱裝置

第1圖係一先前技術之示意圖；第2圖係本發明之預燒板上視示意圖；第3圖係本發明之半導體元件預燒測試裝置上視示意圖；第4圖係本發明之加熱板示意圖；第5圖係本發明之預燒板之另一實施例之上視示意圖；以及第6圖係本發明之插座裝置之示意圖。

30‧‧‧預燒板

31‧‧‧控制單元

32‧‧‧測試單元

320‧‧‧插座裝置

322‧‧‧次控制單元

323‧‧‧直流至直流轉換器

324‧‧‧外接導線

34‧‧‧連接線區

342‧‧‧金屬導線

37‧‧‧基板

Claims (19)

1. 一種預燒板(Burn-In Board)結構，包括：一基板，其上配置一控制單元及複數條金屬導線；複數個次控制單元，係配置於該基板上並與該控制單元連接；複數個插座裝置，係與該複數個次控制單元相應配置於該基板上並與該次控制單元連接；及複數個直流至直流轉換器(DC to DC Converter)，係與該複數個插座裝置相應配置於該基板上，並與該插座裝置及該次控制單元連接；其中該直流至直流轉換器係將輸入預燒板的直流電壓降低並同時將輸入預燒板的電流升高，然後將該降低的直流電壓及該升高後的電流輸出至每一相應之插座裝置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之預燒板結構，其中該插座裝置可與一完成封裝之晶片連接。
3. 如申請專利範圍第1項所述之預燒板結構，其中該直流至直流轉換器係為一負載點(POL)模組。
4. 如申請專利範圍第1項所述之預燒板結構，其中該插座裝置係包括有一連接座與一測試座，而該連接座與該基板固接。
5. 如申請專利範圍第4項所述之預燒板結構，其中該連接座上配置有複數個連接器。
6. 如申請專利範圍第1項所述之預燒板結構，其中該插座裝置之結構包括：一下座，與該基板固接且配置一測試座；一上蓋，其一側與該下座連接，而相對該測試座之位置配置加熱塊以及一加熱器電源接頭。
7. 如申請專利範圍第6項所述之預燒板結構，其中該加熱器電源接頭藉由一外接導線與該次控制單元連接。
8. 一種半導體元件之預燒測試裝置，包括：一驅動板，與一直流電源板連接；一預燒板，其上配置一控制單元及複數個測試單元，且每一該測試單元均由一測試座、一連接座、一次控制單元及一直流至直流轉換器所組成；一延伸板，其上配置複數條金屬導線用以連接該驅動板及該預燒板，且具有一適當寬度；一加熱板，其上配置複數個加熱器，且該複數個加熱器之位置與該複數個測試單元中的插座裝置相對應，並可經由該連接座與該次控制單元連接；及一電源供應裝置，提供一第一直流電壓、一第一電流、一第二直流電壓及一第二電流，該第一直流電壓及該第一電流經由該延伸板與該直流至直流轉換器連接，而該第二直流電壓及該第二電流則經由該延伸板與該次控制單元連接； 其中該直流至直流轉換器係將該第一直流電壓降低並同時將該第一電流升高，然後再將該降低的直流電壓及該升高後的電流輸出至每一相應之測試座。
9. 如申請專利範圍第8項所述之半導體元件之預燒測試裝置，其中該插座裝置可與一完成封裝之晶片連接。
10. 如申請專利範圍第8項所述之半導體元件之預燒測試裝置，其中該直流至直流轉換器係為一負載點(POL)模組。
11. 如申請專利範圍第8項所述之半導體元件之預燒測試裝置，其中該連接座上配置有複數個連接器，該複數個連接器可與該次控制單元連接。
12. 如申請專利範圍第8項所述之半導體元件之預燒測試裝置，其可進一步包括一散熱板，該散熱板上配置複數個散熱器，且該複數個散熱器之位置與該複數個測試單元中的加熱器相對應。
13. 如申請專利範圍第12項所述之半導體元件之預燒測試裝置，其中該散熱器為一風扇。
14. 如申請專利範圍第8項所述之半導體元件之預燒測試裝置，其可進一步包括一隔熱裝置，配置於該延伸板之適當寬度之位置。
15. 如申請專利範圍第8項所述之半導體元件之預燒測試裝置，其中該加熱板係經由該插座裝置與該次控制單元連接。
16. 一種半導體元件之預燒測試裝置，包括：一驅動板，與一直流電源板連接； 一預燒板，其上配置一控制單元及複數個測試單元，且每一該測試單元均包括有一插座裝置、一次控制單元及一直流至直流轉換器；一延伸板，其上配置複數條金屬導線用以連接該驅動板及該預燒板，且具有一適當寬度；及一電源供應裝置，提供一第一直流電壓、一第二直流電壓、一第一電流及一第二電流，該第一直流電壓及該第一電流經由該延伸板與該直流至直流轉換器連接，而該第二直流電壓及該第二電流經由該延伸板與該預燒板上的次控制單元連接；其中該直流至直流轉換器係將該第一直流電壓降低並同時將第一電流升高，然後再將該降低的直流電壓及該升高後的電流輸出至每一相應之插座裝置；該插座裝置係包括有一下座及一上蓋，而該下座與該基板固接且其上配置一測試座，該上蓋之一側與該下座連接，且相對該測試座之位置上配置一加熱塊以及一加熱器電源接頭。
17. 如申請專利範圍第16項所述之半導體元件之預燒測試裝置，其中該測試座可與一完成封裝之晶片連接。
18. 如申請專利範圍第16項所述之半導體元件之預燒測試裝置，其中該直流至直流轉換器係為一負載點(POL)模組。
19. 如申請專利範圍第16項所述之半導體元件之預燒測試裝置，其中該加熱器電源接頭藉由一外接導線與該次控制單元連 接。