TWI595248B

TWI595248B - 使用開關切換單一訊號通道與複數個連接墊之連結的測試電路

Info

Publication number: TWI595248B
Application number: TW105122554A
Authority: TW
Inventors: 賴鴻尉
Original assignee: 新特系統股份有限公司
Priority date: 2016-01-20
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2017-08-11
Also published as: KR20170087383A; KR101912325B1; TW201727249A; JP6405346B2; JP2017129559A; CN106990346A

Description

使用開關切換單一訊號通道與複數個連接墊之連結的測試電路

本發明係指一種測試電路，尤指一種使用開關切換單一訊號通道與複數個連接墊之連結的測試電路。

現今半導體製程已發展成熟，且半導體製程的卓越技術使積體電路的應用越來越廣泛，民眾所使用的電子產品大多使用積體電路晶片做為核心元件，而用於控制電子產品。半導體製程的演進越來越精密，因此現今發展出許多種測試設備及測試方式，以針對積體電路晶片進行測試，例如：積體電路晶片的連接墊測試（PAD test），其係針對積體電路晶片中用於打線（wire-bonding）或金凸塊（gold bump）的連接墊進行測試，以避免連接墊無法運作的積體電路晶片進行封裝出貨，進而防止瑕疵品流於市面上。

針對新設計的積體電路晶片，測試設備廠商也相應地推出不同型號的測試設備，以符合應用需求。然而，由於測試設備的造價非常昂貴，對於測試廠商來說，若要隨著測試設備的推陳出新而汰換已購置的測試設備，將會導致測試廠商的測試成本大幅提高。

因此，為了降低測試成本，如何在不需完全汰換已購置測試設備的情況下，讓不同型號的測試設備間具有相容性，實為業界的重要課題之一。

因此，本發明的主要目的即在於提供使用開關切換單一訊號通道與複數個連接墊之連結的測試電路，以減少測試電路所需的硬體面積及節省製造成本，同時讓不同型號的測試設備之間具有相容性。

本發明揭露一種測試電路（其可為一探針卡），設置有複數個開關，用來透過複數個開關分別切換測試機之訊號通道與晶粒之複數個連接墊的連結（或單一訊號通道與複數個探針的連結），如此可在測試時間相同的情況下，減少測試電路所需的硬體面積，以節省製造成本。由於本發明透過單一訊號通道測試複數個連接墊，因此測試機可透過其餘訊號通道，同時對其他測試單位或晶粒進行測試，以提升測試機之同測數並增加測試吞吐量。

本發明之測試電路可安裝於不同型號的測試設備，透過更換測試電路以及更新對應測試流程，可讓不同型號的測試設備之間具有相容性，因此測試廠商可使用已購置的測試設備來實現另一型號測試設備的測試順序，以配合不同積體電路晶片設計。如此一來，即可有效降低測試廠商的測試成本。

第1圖為一測試設備1的功能方塊圖。測試設備1包含一探針卡10及一測試機（Tester）11，用以測試至少一待測元件（Device Under Test，DUT）12。探針卡10可為一測試電路，其乃是測試機11與待測元件12間的連接介面，使用於積體電路晶片的連接墊測試（PAD test），目的在連接測試機11之訊號通道與待測元件12包含之晶片或晶粒（Die）連接墊。測試機11可提供待測元件12所需的測試訊號，並接收待測元件12的回應訊號，以進一步根據回應訊號以及預設條件與結果，判斷待測元件12的電性測試結果指示為良品或瑕疵品。此外，操作人員也可透過測試機11執行特定測試程式，以控制待測元件12的測試流程。

第2圖為一測試設備2的局部示意圖。測試設備2包含一測試機（未繪於第2圖）及一探針卡20，用以測試待測元件12。探針卡20包含複數個開關201～208，耦接於複數個訊號通道CH1～CH8與複數個探針之間，每一開關用來切換單一訊號通道與N個探針之連結，每一探針對應於一連接墊。例如，開關201～208可為一單刀雙擲（Single Pole Double Throw）開關，其中開關201用來切換訊號通道CH1與二個探針及對應連接墊P1、P2之連結，開關202用來切換訊號通道CH2與二個探針及對應連接墊P3、P4之連結，以此類推。假設以M個連接墊P1～PM為一組測試單位，則每組測試單位需（M／N）個開關來進行連接墊測試。若M實質上為十六且N實質上為二的情況下，則每組測試單位需八個開關。

在進行連接墊測試時，測試機一次針對單一連接墊進行電性測試。舉例來說，測試機控制開關201～208將訊號通道CH1～CH8分別連接至連接墊P1、P3、…、P（M－1），並依序透過訊號通道CH1～CH8輸出測試訊號至連接墊P1、P3、…、P（M－1），以接收從連接墊P1、P3、…、P（M－1）回傳之回應訊號。接著，測試機改變開關之切換狀態，即控制開關201～208將訊號通道CH1～CH8連接至連接墊P2、P4、…、PM，並依序透過訊號通道CH1～CH8輸出測試訊號至連接墊P2、P4、…、PM，以接收從連接墊P2、P4、…、PM回傳之回應訊號。如此一來，測試機即完成一組測試單位的連接墊測試。當測試機收集到晶粒全部的連接墊所回傳之回應訊號時，測試機可根據回應訊號之電性測試結果，指示晶粒（即待測元件12）為良品或瑕疵品。

換言之，測試機首先固定開關之切換狀態，依序透過訊號通道輸出測試訊號至連接墊以及從該連接墊接收回應訊號；接著，測試機改變開關之切換狀態，再依序透過訊號通道輸出測試訊號至另一連接墊以及從該另一連接墊接收回應訊號。當測試機收集到晶粒全部的連接墊所回傳之回應訊號時，測試機可根據回應訊號之電性測試結果，指示晶粒（即待測元件12）為良品或瑕疵品。

第3圖為本發明實施例另一測試設備3的局部示意圖。測試設備3包含一測試機（未繪於第3圖）及一探針卡30，用以測試待測元件12。探針卡30包含複數個開關301、302，耦接於複數個訊號通道CH1、CH2與複數個探針之間，每一開關用來切換單一訊號通道與八個探針之連結。例如，開關301用來切換訊號通道CH1與八個探針及對應連接墊P1～P8之連結，而開關302用來切換訊號通道CH2與八個探針及對應連接墊P9～PM之連結。在此情況下，同樣對十六個連接墊P1～PM為一組測試單位進行測試時，相較於探針卡20需八個開關，探針卡30只需二個開關，即可在相同測試時間內完成一組測試單位之測試（由於測試機一次只針對單一連接墊進行電性測試，因此在每組測試單位之連接墊總數量相同的情況下，測試時間亦相同）。

如此一來，在測試時間相同的情況下，由於探針卡30使用較少數量之開關，因此所需的硬體面積也較小，其中探針卡30所需的硬體面積約為探針卡20所需的四分之一，如此可節省探針卡30之製造成本。值得注意的是，由於每組測試單位僅使用二訊號通道CH1、CH2，因此測試機可透過其餘訊號通道CH3～CH8，對另外三組測試單位進行測試，以提升測試機之同測數，即增加測試吞吐量（Throughput）。

於第3圖之實施例中，在進行連接墊測試時，測試機首先啟動訊號通道CH1及對應之開關301後，透過訊號通道CH1依序輸出測試訊號至連接墊P1～P8，以分別接收從連接墊P1～P8回傳之回應訊號。接著，測試機啟動訊號通道CH2對應之開關302後，透過訊號通道CH2依序輸出測試訊號至連接墊P2～PM，以分別接收從連接墊P2～PM回傳之回應訊號。如此一來，測試機即完成一組測試單位之連接墊測試，以針對下一組測試單位進行連接墊測試。當晶粒的所有測試單位皆完成連接墊測試時，測試機可根據回應訊號之電性測試結果，指示晶粒（即待測元件12）為良品或瑕疵品。

第4圖為本發明實施例另一測試設備4的局部示意圖。測試設備4包含一測試機（未繪於第4圖）及一探針卡40，用以測試待測元件12。探針卡40之開關401用來切換單一訊號通道與十六個探針之連結，在此情況下，同樣對十六個連接墊P1～PM為一組測試單位進行測試時，探針卡40只需一個開關，即可在相同測試時間內完成一組測試單位之測試。

如此一來，在測試時間相同的情況下，由於探針卡40使用較少數量之開關，因此所需的硬體面積也較小，其中探針卡40所需的硬體面積約為探針卡30所需的二分之一（或探針卡20所需的八分之一），如此可節省探針卡40之製造成本。值得注意的是，由於每組測試單位僅使用一訊號通道CH1，因此測試機可透過其餘訊號通道CH2～CH8，對另外七組測試單位進行測試，以提升測試機之同測數，即增加測試吞吐量。

於第4圖之實施例中，在進行連接墊測試時，測試機首先啟動訊號通道CH1及對應之開關401後，透過訊號通道CH1依序輸出測試訊號至連接墊P1～PM，以分別接收從連接墊P1～PM回傳之回應訊號。如此一來，測試機即完成一組測試單位之連接墊測試，以針對下一組測試單位進行連接墊測試。當晶粒的所有測試單位皆完成連接墊測試時，測試機可根據回應訊號之電性測試結果，指示晶粒（即待測元件12）為良品或瑕疵品。

根據上述之實施例可知，若將單一晶粒之所有P個連接墊分成複數組測試單位，其中每組測試單位包含M個連接墊，且每個開關可切換單一訊號通道與N個探針之連結，則探針卡需（M／N）個開關來測試每組測試單位，此時測試機僅需（P／N）個訊號通道即可測試單一晶粒之所有連接墊。

舉例來說，假設測試機包含十六個訊號通道，在探針卡沒有設置開關的情況下，十六個訊號通道分別對應十六個連接墊。於本發明中，在探針卡設置有開關的情況下，以第3圖為例，若將單一晶粒的一二八個連接墊（P＝128）分成八組測試單位，每組測試單位包含十六個連接墊（Ｍ＝16），且每組測試單位需二個一對八之開關（N＝8）及二個訊號通道，則測試機可透過十六個訊號通道（即，P／N ＝128／8＝16；或2通道＊8組測試單位＝16通道），測試單一晶粒的所有連接墊。

以第4圖為例，假設測試機包含十六個訊號通道，若將單一晶粒的一二八個連接墊分成八組測試單位，每組測試單位包含十六個連接墊（Ｍ＝16），且每組測試單位需一個一對十六之開關（N＝16）及一個訊號通道，則測試機僅需八個訊號通道（即，P／N ＝128／16＝8；或1通道＊8組測試單位＝8通道），即可測試單一晶粒的所有連接墊。因此，測試機可透過其餘八個訊號通道，同時測試另一晶粒。

請注意，測試設備2、3及4分別包含不同型號之測試機及對應測試流程，因此所對應的連接墊測試順序不同，以配合不同積體電路晶片設計。例如，針對包含M個連接墊的一組測試單位，測試設備2的測試順序為：連接墊P1、P3、…、P（M－1）及P2、P4、…、PM；測試設備3的測試順序為：連接墊P1～P8及P9～PM；而測試設備4的測試順序為：連接墊P1～PM。據此，若要讓某一型號測試設備能夠實現另一型號測試設備的測試順序，假設要將測試設備2的測試順序實現在測試設備4上，操作人員可將測試設備4的探針卡40安裝在測試設備2中，並透過修改或更新測試設備4的測試流程（例如，更新自動控制軟體程式），即可使用測試設備4來實現測試設備2的測試順序。

由於探針卡乃是測試機與待測元件間的連接介面（其為可拆卸元件），且探針卡的造價相對低於測試機的造價，因此對於測試廠商來說，更換探針卡所需的費用應低於新購置測試設備所需的費用。簡言之，本發明透過更換探針卡以及更新測試流程，可讓不同型號的測試設備之間具有相容性，因此測試廠商可使用已購置的測試設備來實現另一型號測試設備的測試順序，以配合不同積體電路晶片設計。如此一來，即可有效降低測試廠商的測試成本。

本發明於探針卡設置複數個開關，用來透過複數個開關分別切換測試機之訊號通道與晶粒之複數個連接墊的連結（或訊號通道與複數個探針的連結），如此可在測試時間相同的情況下，減少探針卡所需的硬體面積，以節省探針卡的製造成本。值得注意的是，由於本發明透過單一訊號通道測試複數個連接墊，因此測試機可透過其餘訊號通道，同時對其他測試單位或晶粒進行測試，以提升測試機之同測數並增加測試吞吐量。

舉凡符合上述架構之探針卡皆屬本發明範疇，而不限於上述實施例。舉例來說，開關可為一對二、一對四、一對八、一對十六切換開關或其他可行的單刀多擲開關或一對多固態繼電器（Solid-State Relay，SSR），即N可為大於二之任意正整數。此外，本領域具通常知識者可針對探針卡的硬體架構、電路設計、形狀、尺寸，根據上述架構進行修飾及變化，而未有所限。

舉例來說，第5圖為本發明實施例一探針卡50的剖面結構範例圖。探針卡50包含一基板51、複數個開關52、複數個探針以及複數個保持架。開關52設置於基板51的一表面上（如，下表面），耦接於複數個探針及測試機（未繪於第5圖）之間，用來切換測試機的單一訊號通道與N個探針之間的連結。保持架設置於基板51的同一表面上（如，下表面），用來固定探針，以利進行連接墊測試。換言之，開關52與探針設置於基板51的相同表面上。

第6圖為本發明實施例另一探針卡60的剖面結構範例圖。探針卡60包含一基板61、複數個開關62、複數個探針以及複數個保持架。開關62設置於基板61的一表面上（如，上表面），耦接於複數個探針及測試機（未繪於第6圖）之間，用來切換測試機的單一訊號通道與N個探針之間的連結。保持架設置於基板61的另一表面上（如，下表面），用來固定探針，以利進行連接墊測試。換言之，開關62與探針設置於基板61的相異表面上。基板61中形成有複數個貫孔63（via），用來連接設置於相異表面的開關62與探針，讓開關62可透過貫孔63連接至探針，以利測試訊號及回應訊號的傳遞與接收。

第7圖為本發明實施例另一探針卡70的剖面結構範例圖。探針卡70包含一基板71、複數個開關72、複數個探針以及對應保持架。開關72設置於基板71的一表面上（如，上表面），耦接於複數個探針及測試機（未繪於第7圖）之間，用來切換測試機的單一訊號通道與N個探針之間的連結。保持架設置於基板71的另一表面上（如，下表面），用來固定探針，以利進行連接墊測試。換言之，開關72與探針設置於基板71的相異表面上。基板71中形成有貫孔73、74及印刷線路75，探針可透過貫孔73連接至印刷線路75，再透過貫孔74連接至開關72，以構成開關72與探針間的訊號傳遞路徑。於一實施例中，印刷線路75的長實質上可為10～15釐米，以符合探針卡70的尺寸規範。

值得注意的是，根據第2圖至第4圖可知，若固定每組測試單位的連接墊數量，則探針卡20所需硬體面積（如：八個開關）約為探針卡30所需硬體面積（如：二個開關）的四倍，或約為探針卡40所需硬體面積（如：一個開關）的八倍。因此，當測試機的形狀尺寸固定時，探針卡30及40之基板有較多可利用面積，如此可讓設計者根據實際需求，調整開關在基板上的位置及印刷線路的長度，以增加設計彈性。

綜上所述，本發明揭露一種測試電路（其可為一探針卡），設置有複數個開關，用來透過複數個開關分別切換測試機之訊號通道與晶粒之複數個連接墊的連結（或單一訊號通道與複數個探針的連結），如此可在測試時間相同的情況下，減少測試電路所需的硬體面積，以節省製造成本。由於本發明透過單一訊號通道測試複數個連接墊，因此測試機可透過其餘訊號通道，同時對其他測試單位或晶粒進行測試，以提升測試機之同測數並增加測試吞吐量。本發明之測試電路可安裝於不同型號的測試設備，透過更換測試電路以及更新對應測試流程，可讓不同型號的測試設備之間具有相容性，因此測試廠商可使用已購置的測試設備來實現另一型號測試設備的測試順序，以配合不同積體電路晶片設計。如此一來，即可有效降低測試廠商的測試成本。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

第1圖為一測試設備的功能方塊圖。第2圖為一測試設備的局部示意圖。第3圖為本發明實施例一測試設備的局部示意圖。第4圖為本發明實施例一測試設備的局部示意圖。第5圖為本發明實施例一探針卡的剖面結構範例圖。第6圖為本發明實施例另一探針卡的剖面結構範例圖。第7圖為本發明實施例另一探針卡的剖面結構範例圖。

Claims

一種測試電路，用於進行一晶粒的連接墊測試，其中該晶粒包含至少一組測試單位，每組測試單位包含複數個連接墊，且該測試電路包含：複數個探針，分別對應於該複數個連接墊；至少一訊號通道；以及至少一開關，耦接於該至少一訊號通道與該複數個探針之間，用來切換該至少一訊號通道與該複數個探針的連結。
如請求項1所述的測試電路，另包含一基板，用來設置該至少一開關以及該複數個探針。
如請求項2所述的測試電路，其中該至少一開關以及該複數個探針設置於該基板的相同表面上。
如請求項2所述的測試電路，其中該至少一開關以及該複數個探針設置於該基板的相異表面上。
如請求項4所述的測試電路，其中該基板中形成有複數個貫孔，用來連接該至少一開關以及該複數個探針。
如請求項4所述的測試電路，其中該基板中形成有：複數個第一貫孔；複數個第二貫孔；以及複數個印刷線路，耦接於該複數個第一貫孔與該複數個第二貫孔之間，其中該複數個探針透過該複數個第一貫孔連接至該複數個印刷線路，且該複數個印刷線路透過該複數個第二貫孔連接至該至少一開關；其中該複數個印刷線路的長度實質上為10至15釐米。
如請求項1所述的測試電路，其係用於一測試設備，其中該測試設備包含有：一測試機，耦接於該測試電路，用來透過該至少一訊號通道，輸出一測試訊號至該測試電路以及從該測試電路接收一回應訊號；以及一待測元件，包含該晶粒，其中該待測元件透過該測試電路連接該至少一訊號通道與該晶粒的複數個連接墊之一者。
如請求項7所述的測試電路，其中於進行該連接墊測試時，該測試機啟動該至少一訊號通道之一者以及該至少一開關後，透過該至少一訊號通道之一者依序輸出該測試訊號至該複數個連接墊，以分別接收從該複數個連接墊回傳之該回應訊號。
如請求項1所述的測試電路，其中該測試單位包含M個連接墊，該至少一開關之一者用來切換該至少一訊號通道之一者與N個探針的連結，且該測試電路透過（M／N）個開關測試該測試單位。
如請求項1所述的測試電路，其中該至少一開關為一對二、一對四、一對八或一對十六切換開關。