TWI452310B - Test device for stacked wafers - Google Patents

Description

堆疊式晶片之測試裝置

本發明係關於一種堆疊式晶片之測試裝置，更進一步說，係關於一種包含內部具有堆疊式晶片之頂部晶片之測試頭，用以測試堆疊式晶片之底頂部晶片之測試裝置。

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有更高的功能及效能，故有廠商針對單獨半導體晶片之整合進行研發，並發展出藉由堆疊式晶片或藉由堆疊晶粒封裝而形成堆疊多封裝總成。

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，目前業界在一平方公分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(頂部晶片)及第二封裝(底部晶片)，而第一封裝係堆疊於第二封裝上，每一個封裝表面都具有百餘微小焊接點(solder)以供連接，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焊接點進行相連接。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。在堆疊式晶片封裝中，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，因此在習知堆疊式晶片封裝中，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，再將測試頭下壓接觸於已堆疊於底部晶片上之頂部晶片的表面，以進行最終測試。然而，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，本發明係提供一種包含內部具有堆疊式晶片之頂部晶 片之測試頭，用以測試堆疊式晶片之底頂部晶片之測試裝置，以解決先前技術之問題。

本發明實施例提供一種測試裝置，用以測試一堆疊式晶片之一底部晶片，該底部晶片之上表面具有複數焊接點用以電性連接該堆疊式晶片之一頂部晶片之複數相對焊接點。該測試裝置包含一測試頭以及複數測試接點。該測試頭內部具有該頂部晶片。該些測試接點設置於該測試頭之下表面，電性連接於該測試頭內部之頂部晶片之該些相對焊接點，其中，當該測試頭之下表面接觸該底部晶片之上表面時，該些測試接點電性連接該些焊接點，以對該底部晶片進行測試。

本發明實施例更提供一種測試裝置，用以測試一堆疊式晶片之一底部晶片，該底部晶片之上表面具有複數焊接點用以電性連接該堆疊式晶片之一頂部晶片之複數相對焊接點。該測試裝置包含一測試頭、複數測試探針、一吸嘴以及一氣流通道。該測試頭內部具有該頂部晶片。該些測試探針之第一端電性連接於該測試頭內部之頂部晶片之該些相對焊接點，該些測試探針之第二端自該測試頭之下表面向外伸出。該吸嘴設置於該測試頭之下表面之中間附近，用以吸附該底部晶片。該氣流通道貫穿該測試頭並連通該吸嘴，用以排出氣流以產生吸力。

1‧‧‧進料區

11‧‧‧載盤

2‧‧‧測試區

21‧‧‧測試臂

22‧‧‧測試頭

221‧‧‧頂部晶片

222‧‧‧相對焊接點

223‧‧‧測試探針

224‧‧‧測試接點

225‧‧‧測試頭之下表面

23‧‧‧測試座

3‧‧‧出料區

31‧‧‧載盤

4‧‧‧搬運臂

5‧‧‧底部晶片

51‧‧‧底部晶片之上表面

511‧‧‧焊接點

52‧‧‧底部晶片之下表面

521‧‧‧信號接點

61‧‧‧吸嘴

62‧‧‧氣流通道

71‧‧‧吸嘴

72‧‧‧通氣管

73‧‧‧旋轉臂

圖一A及圖一B為本發明之測試裝置之第一實施例之示意圖。

圖二為本發明之測試裝置之第二實施例之示意圖。

圖三A至圖三G為本發明第一實施例中之測試裝置之運作示意圖。

圖四為本發明之測試裝置之第三實施例之示意圖。

圖五A至圖五B為本發明之測試裝置之第四實施例之示意圖。

圖六A至圖六C為本發明第三實施例中之測試裝置之運作示意圖。

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A及圖一B，說明本發明之測試裝置之第一實施例。測試裝置包含一測試臂21、一測試頭22、複數測試接點224以及一測試座23。測試裝置用以測試堆疊式晶片之一底部晶片5，底部晶片5之上表面51具有複數焊接點511用以電性連接堆疊式晶片之一頂部晶片221之複數相對焊接點222。測試臂21可沿垂直方向移動，測試頭22安裝於測試臂21之下端，測試頭22內部具有堆疊式晶片之頂部晶片221。複數測試接點224設置於測試頭22之下表面225，且複數測試接點224電性連接於測試頭22內部之頂部晶片221之複數相對焊接點222。當測試頭22之下表面225接觸底部晶片5之上表面51時，複數測試接點224電性連接複數焊接點511，以對底部晶片5進行測試。測試頭22內部之頂部晶片221係為一正常(Golden Sample)的頂部晶片，因此當測試結果有誤時，可判定是底部晶片出了問題，藉此於堆疊式晶片封裝前，能夠先將底部晶片分類，將能夠提高堆疊式晶片的良率，並節省成本。

底部晶片5容置於測試座23中，測試座23並與底部晶片5之下表面52之信號接點521電性連接。複數測試接點224可透過不同方式電性連接於測試頭22內部之頂部晶片221之複數相對焊接點222，例如透過線材或探針等電性導體，一端電性連接至頂部晶片221之複數相對焊接點222，另一端通過測試頭22電性連接複數測試接點224。測試臂21係裝配於半導體測試機台，測試臂21係透過螺桿、皮帶輪組的傳動，讓測試臂21於測試座23之上方位置作垂直升降的移動。當測試臂21向下移動靠近測試座23，使測試頭22之下表面225接觸底部晶片5之上表面51時，測試頭22內部之頂部晶片221與測試座23之底部晶片5形成測試迴路。

請參閱圖二，說明本發明之測試裝置之第二實施例。在本實施例中，複數測試接點224可透過複數測試探針223電性連接於測試頭22內部之頂部晶片221之複數相對焊接點222。複數測試接點224包含複數測 試探針223，複數測試探針223之第一端電性連接於測試頭22內部之頂部晶片221之複數相對焊接點222，複數測試探針223之第二端自測試頭22之下表面225向外伸出。當測試臂21沿垂直方向向下移動時，測試頭22將靠近測試座23使複數測試探針223接觸底部晶片5之上表面51之焊接點511，而底部晶片5之下表面52之信號接點521係與測試座23電性連接，因此測試頭22內部之頂部晶片221、底部晶片5及測試座23電性連接形成測試迴路。

請參閱圖三A至圖三G，說明本發明第一實施例中之測試裝置之運作，本發明主要係用於自動化測試機台，在此從進料、測試到出料的測試運作一併說明。如圖三A至三C所示，搬運臂4由進料區1載有複數底部晶片5的載盤11上將底部晶片5搬運至測試區2，由測試裝置於測試區2中對底部晶片5進行測試。如圖三D所示，測試臂21沿垂直方向向下移動將測試頭22靠近測試座23，使測試頭22之複數測試探針223接觸測試座23上之底部晶片5之上表面51之焊接點511，此時測試頭22內部之頂部晶片221與測試座23之底部晶片5形成測試迴路，對底部晶片5進行測試。測試區2的數目可依據需求有不同的配置，可以同時具有四個、甚至六個測試區，也可以僅具有單一測試區，故搬運臂4能以程式編輯，逐次逐批或逐次逐一將底部晶片5放在不同的測試區2，以達成最佳的測試效能。如圖三E至圖三F所示，測試完成後，測試臂21則會上升，完成測試的底部晶片5由搬運臂4送離測試區2。最後，如圖三G所示，搬運臂4將完成測試的底部晶片5搬運至出料區3後，並能夠將底部晶片5分類於出料區3之載盤31上。

請參閱圖四，說明本發明之測試裝置之第三實施例。在本實施例中，測試裝置更包含一吸嘴61以及一氣流通道62，如此測試裝置可吸附底部晶片5，配合測試臂21的移動，使測試裝置具有搬運臂4的功能。吸嘴61設置於測試頭22之下表面225之中間附近，氣流通道62貫穿測試頭22，一端連通吸嘴61，另一端連接空氣壓縮機(圖末示)，用以排出氣流以產生吸力。因為複數測試探針223之第一端電性連接於測試頭22內部之頂部晶片5之複數相對焊接點222，複數測試探針223之第二端自測試頭22 之下表面225向外伸出，所以氣流通道62與複數測試探針223交會的部分可能會有些微的氣流洩漏，但對吸嘴61的吸力不會造成影響。一般來說，吸嘴61的材質為具有彈性的橡膠，所以吸嘴61的高度可與複數測試探針223相同或略突出於複數測試探針223，當測試頭22之下表面225接觸底部晶片5之上表面51時，吸嘴61會自然被壓縮。更進一步的設計為複數測試探針223可伸縮動作，當測試裝置吸附底部晶片5時，複數測試探針223之第二端向測試頭22之下表面225退縮，使吸嘴61突出複數測試探針223；當測試裝置測試底部晶片5時，複數測試探針223之第二端外伸突出吸嘴61，以電性連接複數焊接點511。

請參閱圖五A至圖五B，說明本發明之測試裝置之第四實施例。有別於上述實施例之測試頭22本身可具有吸附底部晶片5的功能，在本實施例中，提供了一種外掛吸附模組的測試頭22。吸附模組安裝於測試臂21之側邊，可移動至測試臂21之下端遮蓋測試頭22，用以吸附底部晶片5。吸附模組包含一吸嘴71、一通氣管72以及一旋轉臂73。旋轉臂73安裝於測試臂21之側邊，具有一L型末端，吸嘴71設置於L型末端。通氣管72之一端連通吸嘴61，另一端連接空氣壓縮機(圖末示)，用以排出氣流以產生吸力。旋轉臂73可相對測試臂21沿垂直方向移動，當旋轉臂73移動至測試臂21之下端時，可旋轉使L型末端遮蓋測試頭22。如此，吸嘴71可被定位於測試臂21的側邊或是測試頭22的下方，當測試裝置要搬運底部晶片5時，如圖五A所示，吸嘴71藉由旋轉臂73移動至測試頭22的下方，配合測試臂21的移動，達到搬運臂4的功能。另一方面，當測試裝置測試底部晶片5時，如圖五B所示，吸嘴71被移動至測試臂21的側邊，測試頭22藉由測試臂21向下移動靠近測試座23，以對底部晶片5進行測試。

請參閱圖六A至圖六C，說明本發明第三實施例中之測試裝置之運作。在第三實施例中，測試裝置具有吸嘴61可吸附底部晶片5，再配合測試臂21的移動，使測試裝置具有搬運臂4的功能。如圖六A所示，測試臂21移動至進料區1，利用測試頭22上的吸嘴61由載有複數底部晶片5的載盤11上吸附底部晶片5，再移動測試臂21將底部晶片5搬運至測 試區2，並於測試區2中進行測試，圖六A相當於圖三A至三C的運作。如圖六B所示，由於測試臂21將底部晶片5搬運至測試座23時，測試頭22即靠近測試座23，此時只需停止吸附底部晶片5，使測試頭22之複數測試探針223接觸測試座23上之底部晶片5之上表面51之焊接點511，測試頭22內部之頂部晶片221與測試座23之底部晶片5即形成測試迴路，可對底部晶片5進行測試。如圖六C所示，測試完成後，再次利用測試頭22上的吸嘴61吸附底部晶片5，測試臂21上升，移動至出料區3，將完成測試的底部晶片5搬運至出料區3，並將底部晶片5分類於出料區3之載盤31上，圖六C相當於圖三E至三G的運作。從上述的運作說明可以很明顯的看出測試裝置具有吸附功能的好處，相較於第一實施例之測試裝置之運作，第三實施例之測試裝置之運作簡易許多，除了大幅縮短測試時間，測試頭22直接搬運底部晶片5，也可避免測試頭22與測試座23定位的問題。

綜上所述，本發明提供之一種堆疊式晶片之測試裝置，測試裝置包含內部具有堆疊式晶片之頂部晶片之測試頭，因此本發明之測試裝置能夠於堆疊式晶片之底部晶片與頂部晶片結合前對底部晶片先行測試，將有問題的底部晶片排除，以提高堆疊式晶片的良率。再者，本發明之測試裝置更可以吸附底部晶片，不需透過搬運臂，而直接利用測試頭吸附底部晶片，再移動測試臂搬運底部晶片，對於生產作業產出效能大大提升。

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。

21‧‧‧測試臂

22‧‧‧測試頭

221‧‧‧頂部晶片

222‧‧‧相對焊接點

223‧‧‧測試探針

224‧‧‧測試接點

225‧‧‧測試頭之下表面

23‧‧‧測試座

5‧‧‧底部晶片

51‧‧‧底部晶片之上表面

511‧‧‧焊接點

52‧‧‧底部晶片之下表面

521‧‧‧信號接點

61‧‧‧吸嘴

62‧‧‧氣流通道

Claims (11)

1. 一種測試裝置，用以測試一堆疊式晶片之一底部晶片，該底部晶片之上表面具有複數焊接點用以電性連接該堆疊式晶片之一頂部晶片之複數相對焊接點，該測試裝置包含：一測試頭，該測試頭內部具有該頂部晶片；以及複數測試接點，設置於該測試頭之下表面，電性連接於該測試頭內部之頂部晶片之該些相對焊接點；其中，當該測試頭之下表面接觸該底部晶片之上表面時，該些測試接點電性連接該些焊接點，以對該底部晶片進行測試。
2. 如申請專利範圍第1項所述之測試裝置，更包含：一測試臂，可沿一垂直方向移動，該測試臂之下端用以安裝該測試頭。
3. 如申請專利範圍第2項所述之測試裝置，更包含：一測試座，用以容置該底部晶片，並與該底部晶片之下表面之信號接點電性連接；其中，當該測試臂向下移動靠近該測試座，使該測試頭之下表面接觸該底部晶片之上表面時，該測試頭內部之頂部晶片與該測試座之底部晶片形成一測試迴路。
4. 如申請專利範圍第1項所述之測試裝置，其中該些測試接點包含複數測試探針，該些測試探針之第一端電性連接於該測試頭內部之頂部晶片之該些相對焊接點，該些測試探針之第二端自該測試頭之下表面向外伸出。
5. 如申請專利範圍第1項所述之測試裝置，更包含： 一吸嘴，設置於該測試頭之下表面之中間附近，用以吸附該底部晶片；以及一氣流通道，貫穿該測試頭並連通該吸嘴，用以排出氣流以產生吸力。
6. 如申請專利範圍第2項所述之測試裝置，更包含：一吸附模組，安裝於該測試臂之側邊，並可移動至該測試臂之下端遮蓋該測試頭，用以吸附該底部晶片。
7. 如申請專利範圍第6項所述之測試裝置，其中該吸附模組包含：一旋轉臂，安裝於該測試臂之側邊，具有一L型末端，可相對該測試臂沿該垂直方向移動，當該旋轉臂移動至該測試臂之下端時，可旋轉使該L型末端遮蓋該測試頭；一吸嘴，設置於該L型末端；以及一通氣管，連通該吸嘴，用以排出氣流以產生吸力。
8. 一種測試裝置，用以測試一堆疊式晶片之一底部晶片，該底部晶片之上表面具有複數焊接點用以電性連接該堆疊式晶片之一頂部晶片之複數相對焊接點，該測試裝置包含：一測試頭，該測試頭內部具有該頂部晶片；複數測試探針，該些測試探針之第一端電性連接於該測試頭內部之頂部晶片之該些相對焊接點，該些測試探針之第二端自該測試頭之下表面向外伸出；一吸嘴，設置於該測試頭之下表面之中間附近，用以吸附該底部晶片；以及一氣流通道，貫穿該測試頭並連通該吸嘴，用以排出氣流以產生吸力。
9. 如申請專利範圍第8項所述之測試裝置，其中當該測試裝置吸附該底部晶片時，該些測試探針之第二端向該測試頭之下表面退縮，使該吸嘴突出該些測試探針；當該測試裝置測試該底部晶片時，該些測試探針之第二端外伸突出該吸嘴，以電性連接該些焊接點。
10. 如申請專利範圍第8項所述之測試裝置，更包含：一測試臂，可沿一垂直方向移動，該測試臂之下端用以安裝該測試頭。
11. 如申請專利範圍第10項所述之測試裝置，更包含：一測試座，用以容置該底部晶片，並與該底部晶片之下表面之信號接點電性連接；其中，當該測試臂向下移動靠近該測試座，使該測試頭之下表面接觸該底部晶片之上表面時，該測試頭內部之頂部晶片與該測試座之底部晶片形成一測試迴路。