TWI473201B - 用於電子器件的測試裝置 - Google Patents

Description

用於電子器件的測試裝置

本發明涉及一種用於電子器件具體如發光器件(LEDs)之類的半導體單元的測試裝置。

傳統的晶圓平臺被如此設計以便於其上裝配有晶圓的晶圓環在側向上被裝入在晶圓平臺上，以在固定於晶圓上的電子器件分離期間固定晶圓。晶圓平臺同樣也在晶圓環上延展有粘性膜，以便於由粘性膜所固定的晶圓被展開並且其半導體單元被分開。在這種傳統的結構中，這意味著晶圓環必須通過將晶圓環從晶圓平臺處側向拽出而被移離。然後，在新的晶圓連續地從下一個槽處移離以插置到晶圓平臺以前，該晶圓環滑入至料盒槽以進行卸載。因此，晶圓的裝載和卸載操作不能夠並行。

而且，在傳統的用於拾取和放置電子器件如LEDs的拾取臂中，拾取臂或者旋轉，或者線性移動如上和下，以定位電子器件。對於需要在超過一個以上的軸線上移動的拾取臂而言，驅動機構之一(如馬達)通常被安裝在移動部件的上方。所以，移動部件的重量是大的，並且拾取臂的重量和在僅僅一個軸線上的移動限制了機器的性能。

另外，位於測試平臺處的傳統的測試插座(test contactor)結構具有某些不足。傳統結構的一個示例是具有封裝件支撐座以支撐封裝件的集成式插座。當封裝件支撐座被定位到測試平臺時，驅動機構將器件連同封裝件支撐座和插座一起推至頂板以進行測試。這種結構的缺點是需要多個測試插座，每個插座具有不同的電氣特性以完成測試。所以，來自不同插座的測試結果可能變化。

另一種傳統的測試插座結構在測試平臺處具有帶開口的固定頂板。一轉盤平臺具有多個封裝件支撐座，該封裝件支撐座內置在轉盤平臺中以固定電子器件。這種結構允許旋轉轉盤平臺和頂板之間僅僅存在細小的間隙。當器件被定位到測試平臺時，插座將器件上推至頂板位置以進行測試。當測試完成之後，插座向下移動，轉盤平臺定位到下一個封裝件支撐座的位置。然而，這種結構不允許帶鏡片(lenses)的單元進行測試，因為頂板和轉盤平臺之間的細小間隙可能導致刮傷和損壞鏡片。

因此，本發明的目的在於提供一種測試裝置，其至少避免了現有技術前述的一些不足。

本發明一方面提供一種晶圓處理裝置，其包含有：第一夾持器和第二夾持器，其可移動地裝配於轉軸上，第一夾持器和第二夾持器中每一個被設置來固定其上裝配有晶圓的晶圓載體；以及夾持狹長部，其位於第一夾持器和第二夾持器中的每一個上，該夾持狹長部被用來夾持在晶圓載體上以固定晶圓載體；其中，第一夾持器和第二夾持器被用來在裝載位置和晶圓處理位置之間相互反方向地移動晶圓載體，以處理晶圓。

本發明另一方面提供一種用於電子器件的拾取臂元件，該拾取臂元件包含有：第一拾取臂和第二拾取臂；旋轉馬達，其設置在第一拾取臂和第二拾取臂的上方，該旋轉馬達被用來驅動第一拾取臂和第二拾取臂以圍繞旋轉軸線轉動；第一線性驅動器和第二線性驅動器，其設置在旋轉馬達的上方，以分別驅動第一拾取臂和第二拾取臂；第一連接機構和第二連接機構，該第一連接機構被用來將第一拾取臂耦接至第一線性驅動器，該第二連接機構被用來將第二拾取臂耦接至第二線性驅動器，第一連接機構和第二連接機構被用於引導第一拾取臂和第二拾取臂平行於旋轉軸線線性移動。

本發明第三方面提供一種用於電子器件的自動測試系統，該自動測試系統包括：多個載體，其被配置來運送待測試的電子器件；旋轉轉盤，其上安裝有多個載體，以將載體連同電子器件一起移動至測試位置；頂板，其位於測試位置處，測試工具裝配在該頂板上以測試電子器件；插座，其設置在測試位置；以及上推馬達，其被用來和插座相耦接，以將插座連同電子器件一起朝向頂板推動，而測試電子器件的特性。

參閱後附的描述本發明實施例的附圖，隨後來詳細描述本發明是很方便的。附圖和相關的描述不能理解成是對本發明的限制，本發明的特點限定在申請專利範圍中。

圖1所示為根據本發明較佳實施例所述的用於在裝載位置和位於晶圓處理位置處的晶圓平臺26之間的晶圓交換臂元件的俯視立體示意圖。晶圓被裝配在晶圓載體16、18上。圖2所示為晶圓交換臂組件的仰視立體示意圖，而圖3所示為晶圓交換臂組件的前視示意圖。

正時皮帶(timing belt)44上通過夾具(clamps)42、40固定有兩個夾持器(clampers)12、14。通過正時皮帶輪(timing pulleys)46、48，該夾持器與單獨的馬達24相耦接和被其驅動來移動，正時皮帶44被連接至該正時皮帶輪46、48上。夾持器12、14可沿著線性移動導軌20、22移動以引導它們的線性移動。每個夾持器12、14被裝配有高度驅動機構，如雙作用氣動缸(double-acting pneumatic cylinder)28、30，以提升或降低夾持器12、14。所有上述設備均安裝在托架轉軸(carriage shaft)19上。

夾持器12、14被操作來在裝載位置和晶圓平臺26所處的晶圓處理位置之間相互反方向(reciprocally)地移動晶圓載體16、18。換句話說，在一個夾持器14正在傳送一個晶圓載體18到裝載位置的同時，另一個夾持器12可以傳送另一個晶圓載體16到晶圓平臺26上。

晶圓夾持設計的構造更詳細地可以參見圖4、圖5A和圖5B。圖4所示為晶圓交換臂組件的夾持狹長部50的側視放大示意圖。圖5A和圖5B所示為晶圓夾持子元件的平面示意圖，其表明了分別位於開放和閉合位置的其夾持狹長部50、52、54、56。

存在兩對夾持狹長部50、52和54、56。一V型凹槽被內置在每個夾持狹長部50、52、54、56的夾持區域，其中之一請參見圖4的特寫所示。當夾持位置不精確時，這種結構對於晶圓的自我定位而言是有用的。當夾持狹長部夾持在晶圓載體16、18上時，V型凹槽的這種幾何結構能夠引導晶圓至穩定位置以被傳送。

夾持狹長部50、52、54、56通過軸承62、64相對於每個夾持器12、14在樞軸上旋轉。這兩對夾持狹長部50、52、54、56的開口被以可延伸的氣動活塞70、72形式存在的偏轉驅動機構(deflection actuators)驅動，該偏轉驅動機構圍繞軸承62、64產生旋轉力矩(turning moments)。在使用平衡銷58、60固定晶圓載體16、18的同時，夾持狹長部閉合以夾持晶圓載體16、18是通過釋放來自氣動活塞70、72的壓力和使用彈簧回復機構66、68以閉合夾持狹長部的方式而得以完成的。

由氣動活塞70、72所驅動的帶有晶圓鎖具74的特定設計的晶圓平臺26被使用來固定晶圓。其同樣也裝配有延展聚酯薄膜的功能，在該聚酯薄膜上安裝有晶圓襯底。當鎖具74被皮帶驅動機構80和推進器(screw)82通過傳動裝置(gear)78驅動時，該鎖具在延展方向84上移動(參見圖7)。

以下是這些機構在操作過程中的描述。當需要晶圓進行交換處理時，交換臂被觸發來完成這個處理。在開始處理時，假定夾持器12、14沒有固定晶圓。馬達24開始驅動旋轉正時皮帶44的正時皮帶輪48。當兩個夾持器12、14固定在同一個同步皮帶上時，夾持器12、14同時地移動32、34至其目標位置。一旦夾持器12、14位於其目標位置，即分別位於晶圓平臺26上一個晶圓載體16的已處理晶圓和另一個晶圓載體18的未處理晶圓的上方，那麼夾持狹長部50、52、54、56機構處於開啟位置(圖5A)。

為了在固定有已處理晶圓的晶圓載體16上和固定有未處理晶圓的晶圓載體18上握緊，氣動缸(pneumatic cylinders)28、30被觸發以將夾持器12、14向下推動36、38。在此時，夾持狹長部50、52、54、56機構被驅動至閉合位置(圖5B)以固定晶圓，如圖1所示。平衡銷58、60被使用來平衡晶圓，以防萬一夾持狹長部的位置沒有夾持在晶圓的重心位置。這可以避免引起可能導致晶圓跌落的傾斜力矩。

圖6所示為晶圓平臺26的立體示意圖，其表明了用於固定晶圓環和延展晶圓環的粘性膜的裝置。圖7所示為晶圓平臺26的側視示意圖。當未處理晶圓18到達晶圓平臺26的頂部時，晶圓鎖具74被開啟以允許固定有晶圓18的夾持器14向下移動。一旦通過雙作用氣動缸30將晶圓18向下移動36，鎖具74被閉合76以固定晶圓18，而夾具的夾持狹長部54、56開啟以釋放晶圓18。然後夾具向上移動36、38，而延展機構84被觸發以展開晶圓18而從晶圓18處拾取半導體單元。

本裝置還提供了一種雙拾取臂元件100。圖8所示為根據本發明較佳實施例所述的雙拾取臂組件100的立體示意圖。托架110被安裝在旋轉馬達120的下方。線性移動導軌112、114固定在托架110的相對兩端。第一和第二拾取臂102、104被安裝在線性移動導軌112、114上，該線性移動導軌112、114引導拾取臂102、104的垂直移動。帶有旋轉球軸(ball bearings)128、130的兩個槳型軸套(paddle-like bearing housings)116、118被安裝到兩個拾取臂102、104上。

圖9所示為雙拾取臂組件的前視示意圖。圖10所示為雙拾取臂組件從圖9中的A方向所視的側視示意圖。這兩個軸承128、130和旋轉馬達120的中心同軸，但是它們不在同一個高度水準上，如圖9所示。

圖11所示為雙拾取臂組件100的前視剖面示意圖。兩個連接機構(linkages)，其可以是具有不同直徑的薄壁的圓柱體132、134的形式，穿過旋轉馬達120的中心，固定在兩個軸承系統128、130的內環上。由於它們的外徑不同，所以較小的圓柱體132插置並設置在較大的圓柱體134的內部。這兩個圓柱體132、134的另外一端相應地固定在安裝在旋轉馬達120頂部的線性馬達106、108上。薄壁的圓柱體132、134將每個拾取臂102、104耦接在各自的線性馬達106、108上，以引導拾取臂102、104在平行於旋轉馬達120的旋轉軸線的對應方向上線性移動。該旋轉軸線設置在兩個拾取臂102、104之間。

當兩個拾取臂102、104需要將半導體單元從一個位置傳送到另一個位置時，旋轉馬達120被用來轉動托架110。旋轉馬達120可操作來驅動拾取臂102、104以圍繞旋轉軸線轉動。拾取和放置半導體單元的功能通過單獨的第一拾取臂和第二拾取臂102、104得以實現，第一拾取臂和第二拾取臂102、104被兩個線性馬達106、108通過薄壁的圓柱體132、134在垂直方向上驅動。軸承系統128、130用於將旋轉功能126和垂直方向上的驅動功能122分離以及引導拾取臂102、104旋轉。

另外，在半導體單元能夠被測試的地方存在測試系統200。圖12所示為根據本發明較佳實施例所述的包含有轉盤平臺204的測試系統200的立體示意圖。其為自動的測試系統，並包含有兩個主要模組。該主要模組包含有轉盤平臺204和設置在測試位置處的於垂直方向上移動的插座214、216，該轉盤平臺204具有安裝於其上的多個載體206以運送如半導體單元之類的電子器件。當半導體單元放置在轉盤平臺204的載體206上時，轉盤馬達208驅動轉盤平臺204將載體206旋轉至位於插座214頂部的位置處。

圖13所示為包含在轉盤平臺204中的單元載體206的放大平面示意圖。存在幾個槽孔，包括用於插置接觸片(contact strips)234的接觸片槽孔220、用於插置夾持狹長部236的夾持槽孔218、和用於插置真空夾持器240穿過載體206以和放置其上的半導體單元相通的真空槽孔224。

圖14所示為用於安裝測試半導體單元的測試工具的頂板212的放大平面示意圖。頂板212通過台體210被固定，並在球形安裝位置232處裝配有積分球(integrated sphere)(圖中未示)。在球形安裝位置232處還居中設置有上推槽孔226、228、230，以將半導體單元進一步上推252而利用積分球進行測試。

圖15所示為根據本發明較佳實施例所述的插座214的側視示意圖。插座214具有兩個主要部件。針對半導體單元的穩定性和精密定位(preciseing)存在夾持組件236。針對在朝向或背離頂板212的方向上驅動插座214，尤其是針對將帶有半導體單元的插座214上推252進行測試還設置有和插座214有效耦接的線性馬達250。

圖16所示為插座214的夾持元件236的側視示意圖。插座214的夾持元件236被更詳細地展示。夾持元件236由兩個垂直夾持狹長部組成。每個垂直夾持狹長部固定在容置於托架240中的帶有線性移動導軌242、244的塊體上。垂直夾持狹長部所允許的移動方向256垂直於夾持組件236的夾持狹長部的長度方向。兩個連杆條(linkage bars)246相應地連接到兩個線性移動導軌242、244上。在V型配置中，連杆條246的另外一端被一倂連接至單獨的杆條248。

單獨的杆條248被固定在一平臺上，並通過線性音圈馬達250驅動。當線性音圈馬達250向下拉拽杆條248時，其驅動V型連杆條246朝向彼此移動256。那樣使得夾持元件236在半導體單元上閉合並將其夾持。另一方面，當線性音圈馬達250上推杆條254時，其使得夾持組件236開啟。而且，在夾具236的中心設置有真空夾持器238，以有助於將半導體單元鎖固在插座214上。

圖17所示為插座214的平面示意圖。一旦半導體單元放置在載體206的支撐表面222上，那麼轉盤馬達208轉動。當帶有半導體單元的載體206到達插座214的頂部時，線性馬達250將插座214向上移動以使得插座214接觸半導體單元的底部。由於存在來自真空夾持器238的真空吸附力，所以半導體單元被牢牢地吸附在載體206上。然後線性音圈馬達250向下拉拽254單獨的杆條248，以觸發V型杆條機構246而使用插座234使得夾具236固定半導體單元和精確定位其位置。

在牢牢固定半導體單元之後，線性馬達250更進一步地上推插座214以將載體206穿越通過載體206的不同的槽孔218、220、224和頂板212的上推槽孔226、228、230，而使用積分球進行測試。

此處描述的本發明在所具體描述的內容基礎上很容易產生變化、修正和/或補充，可以理解的是所有這些變化、修正和/或補充都包括在本發明的上述描述的精神和範圍內。

20、22．．．導軌

12、14．．．夾持器(clampers)

16、18．．．晶圓載體

19．．．托架轉軸(carriage shaft)

24．．．馬達

26．．．晶圓平臺

28、30．．．雙作用氣動缸(double-acting pneumatic cylinder)

36、38．．．向下推動、向上移動

32、34．．．移動

42、40．．．夾具(clamps)

44．．．正時皮帶(timing belt)

46、48．．．正時皮帶輪

50、52、54、56．．．夾持狹長部

58、60．．．平衡銷

62、64．．．軸承

66、68．．．使用彈簧回復機構

70、72．．．氣動活塞

74．．．晶圓鎖具

78．．．傳動裝置(gear)

80．．．皮帶驅動機構

82．．．推進器(screw)

84．．．延展方向

100．．．雙拾取臂元件

102、104．．．第一和第二拾取臂

106、108．．．線性馬達

110．．．托架

112、114．．．線性移動導軌

116、118．．．槳型軸套(paddle-like bearing housings)

120．．．旋轉馬達

122．．．驅動功能

126．．．旋轉功能

128、130．．．旋轉球軸(ball bearings)

132、134．．．圓柱體

200．．．測試系統

204．．．轉盤平臺

206．．．載體

208．．．轉盤馬達

210．．．台體

212．．．頂板

214、216．．．插座

218．．．夾持槽孔

220．．．接觸片槽孔

222．．．支撐表面

226、228、230．．．上推槽孔

232．．．球形安裝位置

234．．．插置接觸片(contact strips)

236．．．夾持元件

238．．．夾持器

242、244．．．線性移動導軌

246．．．連杆條(linkage bars)

248．．．杆條

250．．．線性馬達

254．．．杆條

256．．．移動方向

圖1所示為根據本發明較佳實施例所述的用於將晶圓傳送至晶圓平臺和從晶圓平臺處傳送晶圓的晶圓交換臂組件的俯視立體示意圖；

圖2所示為晶圓交換臂組件的仰視立體示意圖；

圖3所示為晶圓交換臂組件的前視示意圖；

圖4所示為晶圓交換臂組件的夾持狹長部(clamping finger)的側視放大示意圖；

圖5A和圖5B所示為晶圓夾持子元件的平面示意圖，其表明了分別位於開啟和閉合位置的夾持狹長部；

圖6所示為晶圓平臺的立體示意圖，其表明了用於固定晶圓環和延展晶

20、22．．．導軌

12、14．．．夾持器(clampers)

16、18．．．晶圓載體

19．．．托架轉軸(carriage shaft)

24．．．馬達

26．．．晶圓平臺

28、30．．．雙作用氣動缸(double-acting pneumatic cylinder)

36、38．．．向下推動、向上移動

32、34．．．移動

Claims (20)

1. 一種晶圓處理裝置，其包含有：第一夾持器和第二夾持器，其可移動地裝配於轉軸上，第一夾持器和第二夾持器中每一個被設置來固定其上裝配有晶圓的晶圓載體；以及夾持狹長部，其位於第一夾持器和第二夾持器中的每一個上，該夾持狹長部被用來夾持在晶圓載體上以固定晶圓載體；其中，第一夾持器和第二夾持器被用來在裝載位置和晶圓處理位置之間相互反方向地移動晶圓載體，以處理晶圓。
2. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓處理裝置，其中，第一夾持器和第二夾持器中的一個被用來傳送一晶圓載體到晶圓處理位置，而第一夾持器和第二夾持器中的另一個傳送另一晶圓載體到裝載位置。
3. 如申請專利範圍第2項所述的晶圓處理裝置，該裝置還包含有：馬達，其與第一夾持器和第二夾持器相耦接，該馬達被用來驅動第一夾持器和第二夾持器在相反的方向上移動。
4. 如申請專利範圍第3項所述的晶圓處理裝置，該裝置還包含有：正時皮帶，其上固定有第一夾持器和第二夾持器，其中該正時皮帶通過正時皮帶輪耦接至馬達。
5. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓處理裝置，其中該轉軸包含有線性導軌，第一夾持器和第二夾持器裝配於該線性導軌上，以用於引導第一夾持器和第二夾持器的線性移動。
6. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓處理裝置，其中，每個夾持狹長部具有V型凹槽，以夾持在晶圓載體上和引導晶圓載體至穩定位置而被運送。
7. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓處理裝置，該裝置還包含有：高度驅動機構，其用於驅動夾持器相對於轉軸提升或者降低。
8. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓處理裝置，其中夾持狹長部相對於夾持器在樞軸上轉動，該夾持器包含有偏轉驅動機構以相對於夾持器移動夾持狹長部而夾持或者釋放晶圓載體。
9. 一種用於電子器件的拾取臂元件，該拾取臂元件包含有：第一拾取臂和第二拾取臂；旋轉馬達，其設置在第一拾取臂和第二拾取臂的上方，該旋轉馬達被用來驅動第一拾取臂和第二拾取臂以圍繞單一的旋轉軸線轉動；第一線性驅動器和第二線性驅動器，其設置在旋轉馬達的上方，以分別驅動第一拾取臂和第二拾取臂；第一連接機構和第二連接機構，該第一連接機構被用來將第一拾取臂耦接至第一線性驅動器，該第二連接機構被用來將第二拾取臂耦接至第二線性驅動器，第一連接機構和第二連接機構被用於引導第一拾取臂和第二拾取臂平行於旋轉軸線線性移動。
10. 如申請專利範圍第9項所述的拾取臂元件，其中第一拾取臂和第二拾取臂設置在旋轉馬達的相對兩側以便於旋轉軸線位於第一拾取臂和第二拾取臂之間。
11. 如申請專利範圍第9項所述的拾取臂元件，該拾取臂元件還包含有：托架，其安裝在旋轉馬達的下方，支撐有第一拾取臂和第二拾取臂的線性移動導軌裝配在該托架上。
12. 如申請專利範圍第11項所述的拾取臂元件，該拾取臂元件還包含有：第一旋轉軸承系統和第二旋轉軸承系統，其設置在托架中，第一旋轉軸承系統和第二旋轉軸承系統安裝在第一拾取臂和第二拾取臂上以引導第一拾取臂和第二拾取臂旋轉。
13. 如申請專利範圍第9項所述的拾取臂元件，其中第一連接機構和第二連接機構包括穿過旋轉馬達中心的薄壁圓柱體，該薄壁圓柱體被固定至各自的第一線性驅動器和第二線性驅動器。
14. 如申請專利範圍第13項所述的拾取臂元件，其中第一連接機構包括圓柱體，該圓柱體的直徑小於第二連接機構的圓柱體的直徑，第一連接機構設置在第二連接機構的內部。
15. 一種用於電子器件的自動測試系統，該自動測試系統包括：多個載體，其被配置來運送待測試的電子器件；旋轉轉盤，其上安裝有多個載體，以將載體連同電子器件一起移動至測試位置；頂板，其位於測試位置處，測試工具裝配在該頂板上以測試電子器件；插座，其設置在測試位置；以及上推馬達，其被用來和插座相耦接，以將插座連同電子器件一起朝向頂板推動，而測試電子器件的特性。
16. 如申請專利範圍第15項所述的自動測試系統，其中頂板還包含有上推槽孔，該上推槽孔被成形和被配置來在電子器件被插座推抵時通過上推槽孔接收電子器件。
17. 如申請專利範圍第15項所述的自動測試系統，其中插座包括：夾持組件，其包含有夾持狹長部，該夾持狹長部被用來延伸穿越頂板中的夾持槽孔，以夾持在電子器件上而使得電子器件穩定和精確定位。
18. 如申請專利範圍第17項所述的自動測試系統，該自動測試系統還包含有：連杆條，其將夾持狹長部耦接至線性驅動機構上，其中線性馬達的驅動使得夾持狹長部在垂直於每個夾持狹長部的長度方向上移動。
19. 如申請專利範圍第15項所述的自動測試系統，其中上推馬達包含有線性馬達，該線性馬達被用於耦接至插座上，以在朝向或者背離頂板的方向上提升或者降低插座。
20. 如申請專利範圍第15項所述的自動測試系統，其中載體包含有：分別通過接觸片槽孔和夾持槽孔用於插置插座的導電接觸片的接觸片槽孔和用於插置夾持元件的夾持狹長部的夾持槽孔，該夾持元件被用來在測試過程中夾持在電子器件上。