TWI606244B - 用於測試影像感測晶片之測試座 - Google Patents

Description

用於測試影像感測晶片之測試座

本發明有關於一種半導體元件之測試座，更詳而言之，其為一種適於高溫測試之半導體元件測試座。

隨著時代的進步，人類對科技產品的需求已越來越高，在產品保持輕薄短小的原則下，功能需求卻只增不減，在對於功能增強但體積縮小的情形下，電子電路已逐漸走向積體化，在製作有著強大功能的晶片時，所需的製作成本也隨之提高，對於這些昂貴的晶片而言，品質管制的要求也必須越來越高。

影像感測晶片，例如互補式金屬氧化層半導體影像感測晶片(CMOS image sensor)或電荷耦合元件(CCD)等，在經過封裝之後，仍須進行最終測試。

隨著數位相機、行動電話、平板電腦、筆記型電腦、車用攝像頭以及各式監視器等大量普及，造就了攝像裝置龐大的需求規模，也逐步地提升影像感測器測試領域的蓬勃發展。

在準備出廠的影像感測晶片中，都一定要經過產品的檢測。傳統方法上，為了測試這些精密的影像感測晶片元件，待測晶片將焊接於測試電路板之上。然而，待測晶片焊接於測試電路板之上，測試完成之後難以取下，易使該待測晶片變成耗材，產生多餘的成本。此外，待測晶片於焊接時，常造成接腳折損，亦造成不必要的浪費。

另一方面，封裝完成的積體電路必須作電性測試，方可確保晶片的品質。以半導體封裝廠來說，由於其生產量大，必須使用能快速測試之晶片測試系統。對於後續下游的電器製造商來說，由於晶片的使用數量相對來說明顯較少，在組裝前仍然必須先作測試以將可能的不良品篩選出來，藉以降低成品或製程中的半成品之不良率，而可降低整體的製造成本。

此外，一般傳統的半導體元件多晶片測試座配備有加熱裝置，以使得待測晶片可以於大約100℃的高溫之中來進行測試。意即，測試座結構之設計係適用於溫度100℃的測試環境。然而，當目標測試溫度提高到比100℃的溫度更高時，則傳統的多晶片測試座的結構設計無法達到所設定的目標溫度，如此即無法達到更高溫度的晶片測試之目的。這是由於傳統的多晶片測試座結構中，其金屬測試座框架(metal socket frame)具有較高的熱傳導率(例如：鋁的熱傳導率為237Wm^-1K^-1)與較大的體積(例如：0.0327m³)。因此，由於金屬測試座框架整體均為金屬材質，其熱傳導率高且體積大而散熱快，所以加熱效能不佳、溫度上升非常慢並且不穩定，熱能散失嚴重而較難達到高溫環境。

上述傳統的多晶片測試座結構具有加熱效能不佳與散熱嚴重而無法達到更高測試溫度以及溫度不穩定的問題。因此，為了改善上述缺點，本發明改進現有的測試座結構，進一步提出一具有產業利用之發明；其將詳述於後。

本發明之目的在於提供一種用於測試影像感測晶片之具有高溫測試功能之測試座。

為達上揭以及其他目的，本發明提供一種用於測試影像感測晶片之測試座，包含：一測試座框架，為具有低熱傳導率之塑膠材料所形成；一測試座框罩，為具有高熱傳導率之金屬材料所形成，配置於測試座框架之下；至少一浮置板，配置於測試座框罩之中，複數個探針配置於至少一浮置板之中；至少一加熱裝置，配置於測試座框罩之中；以及至少一探測針座，用以容納該些探針穿過其中。

其中塑膠材料為聚醚醯亞胺。其中金屬材料為鋁。

其中測試座框罩上設有一容置空間使得至少一浮置板配置於其中。

其中至少一浮置板之材料為鋁。

至少一探測針座包括一探測針上座與一探測針底座，其中探測針上座與探測針底座上分別設有複數個探針穿孔以使得該些探針穿過該些探針穿孔。其中探測針上座與探測針底座之材料為聚醚醯亞胺。

其中至少一加熱裝置為一溫度過熱保護裝置。其中該測試座框架 上設有一開口使得至少一浮置板裸露於其中。其中測試座框架整體包覆測試座框罩。

本發明提供一種用於測試影像感測晶片之測試座，包含：一上蓋構件，包括一上蓋框架、至少一透鏡架與至少一工作壓件，其中至少一透鏡架與至少一工作壓件配置於上蓋框架之中；以及一測試座構件，用以樞接上蓋構件；其中測試座構件包括一測試座框架、一測試座框罩、至少一浮置板、至少一加熱裝置、一溫度過熱保護裝置與至少一探測針座；其中測試座框架，為具有低熱傳導率之塑膠材料所形成；其中測試座框罩，為具有高熱傳導率之金屬材料所形成，配置於測試座框架之下；其中至少一浮置板，配置於測試座框罩之中，複數個探針配置於至少一浮置板之中；其中至少一加熱裝置與溫度過熱保護裝置，配置於測試座框罩之中；以及其中至少一探測針座，用以容納該些探針穿過其中。

其中上蓋構件更包括一上蓋，樞接上蓋框架。

此些優點及其他優點從以下較佳實施例之敘述及申請專利範圍將使讀者得以清楚了解本發明。

10‧‧‧上蓋構件

20‧‧‧測試座構件

100‧‧‧上蓋框架

101‧‧‧開口

102、103‧‧‧卡接凸部

110‧‧‧上蓋

111‧‧‧開口

112‧‧‧卡接凹部

120、121‧‧‧透鏡架

130、131‧‧‧工作壓件

140‧‧‧測試座框架

141‧‧‧開口

142‧‧‧前端開口

143‧‧‧卡接凹部

150‧‧‧測試座框罩

151、152‧‧‧開口

160、161‧‧‧過熱保護裝置

165、166‧‧‧加熱裝置

170、171‧‧‧浮置板

172、173‧‧‧探針

180、181‧‧‧探測針上座

182、183、192、193‧‧‧探針穿孔

190、191‧‧‧探測針底座

200‧‧‧測試晶片

如下所述之對本發明的詳細描述與實施例之示意圖，應使本發明更被充分地理解；然而，應可理解此僅限於作為理解本發明應用之參考，而非限制本發明於一特定實施例之中。

第一圖係顯示本發明之用於測試影像感測晶片之測試機構之分解示意圖。

第二圖係顯示本發明之用於測試影像感測晶片之測試機構之示意圖。

第三圖係顯示本發明之用於測試影像感測晶片之測試機構之截面示意圖。

第四圖係顯示本發明之一實施例之用於測試影像感測晶片之測試座溫度監控實驗之示意圖。

此處本發明將針對發明具體實施例及其觀點加以詳細描述，此類描述為解釋本發明之結構或步驟流程，其係供以說明之用而非用以限制本發明 之申請專利範圍。因此，除說明書中之具體實施例與較佳實施例外，本發明亦可廣泛施行於其他不同的實施例中。以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可藉由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之功效性與其優點。且本發明亦可藉由其他具體實施例加以運用及實施，本說明書所闡述之各項細節亦可基於不同需求而應用，且在不悖離本發明之精神下進行各種不同的修飾或變更。

說明書中所述一實施例指的是一特定被敘述與此實施例有關之特徵、方法或者特性被包含在至少一些實施例中。因此，一實施例或多個實施例之各態樣之實施不一定為相同實施例。此外，本發明有關之特徵、方法或者特性可以適當地結合於一或多個實施例之中。

為了提供超高溫的影像晶片測試環境，本發明之多晶片測試座包括測試座框架(socket frame)與測試座框罩(frame cover)，其為二個熱傳導之差異較大的材料組成且具有不同結構，以確保可以達到高溫的測試環境。在本發明之中，當晶片配置於測試座構件(socket assembly)之上，會使用工作壓件(work press)來固定晶片。加熱裝置(heater)配置於測試座構件之中。透鏡架(lens holder)配置於工作壓件之中。工作壓件可以置於上蓋構件(lid assembly)之中。上蓋構件結合測試座構件之後，可以進行高溫的影像晶片測試。

如第一圖所示，其顯示本發明之用於測試影像感測晶片之測試機構之元件分解示意圖。測試機構包括一上蓋框架(lid frame)100、上蓋(lid cover)110、透鏡架120/121、工作壓件130/131、一測試座框架140、一測試座框罩150、過熱保護裝置(thermal switch)160/161、加熱裝置(heater)165/166、浮置板(floating plate)170/171、探測針上座180/181與探測針底座190/191，其他部分元件未顯示於圖中。測試機構之組合結構請參考第二圖。上蓋110配置於上蓋框架100之上。透鏡架120、121分別配置於工作壓件130、131之中或之上。在一實施例之中，透鏡架120、121與工作壓件130、131配置於上蓋框架100之開口101之中。

本發明提供浮置板170、171分別配置於測試座框罩150與探測針上座180、181之間。在一實施例中，測試座框罩150之中間設有開口151、152，以提供一空間使得浮置板171、170分別穿過該開口151、152。換言之，測試座框罩150之開口151、152的尺寸約略大於浮置板171、170的尺寸，使 浮置板171、170得以穿過開口151、152。開口151相鄰於開口152使得浮置板171與170可以相鄰配置。開口151、152的形狀可以為矩形或其他形狀。在本實施例之中，開口151、152的形狀為矩形，而浮置板171、170的形狀亦為矩形。此外，測試座框罩150之左右兩側各設有凹槽，以提供一空間使得過熱保護裝置160、161分別配置於測試座框罩150之凹槽之下。換言之，測試座框罩150上之凹槽的尺寸約略大於過熱保護裝置160、161的尺寸，使過熱保護裝置160、161得以配置於凹槽之下。凹槽的形狀可以為矩形或其他形狀。

測試座框架140為一種低熱傳導率的材料所構成之元件。舉例而言，測試座框架140之材料為一塑膠材料。在塑膠材料之中，聚醚醯亞胺(Polyetherimide,PEI)材料之熱傳導率約為0.3Wm^-1K^-1，且具有優異的機械强度、剛性、電器性能及卓越的耐熱性(可達温度170℃)，其為一種熱可塑性非結晶型塑膠材料。長時間的耐潛變(creep)性使得PEI材料在很多結構強度之應用能取代金屬及其他材料，並且其在經常變化的溫度、濕度和頻率條件之下，還可維持優異穩定的電氣特性。因此，本發明可以選用PEI作為之測試座框架140之材料。測試座框架140之低的熱傳導率可以避免加熱裝置165、166所發出的熱能過度散失，並維持穩定的測試溫度。

相較於測試座框架140為一種低熱傳導率的材料，測試座框罩150為一種高熱傳導率的材料所構成之元件。舉例而言，測試座框罩150之材料為一金屬材料。在金屬材料之中，鋁之熱傳導率約為237Wm^-1K^-1。因此，本發明選用鋁作為之測試座框罩150之材料。測試座框罩150之高熱傳導率可以讓測試的溫度可以較快速上升，以有效率的縮短測試時間。加熱裝置165、166分別配置於浮置板171、170之下，因此可以將其發出的熱能直接傳導至浮置板171、170。在一實施例中，測試座框架140的尺寸大於測試座框罩150，因此測試座框架140可以將測試座框罩150整個包覆住，以避免加熱裝置165、166所發出的熱能過度散失。在一實施例中，測試座框架140之中間設有開口141，以提供一空間使得浮置板171、170分別穿過測試座框罩150之開口151、152之後仍然裸露於開口141之中。換言之，測試座框架140之開口141的尺寸大於測試座框罩150之開口151、152二者相加的尺寸，使得開口151、152裸露。

如第二圖所示，其顯示本發明之用於測試影像感測晶片之測試機構之元件示意圖。測試機構包括上蓋構件(lid assembly)10與測試座構件20。 上蓋構件10係由上蓋框架100、上蓋110、透鏡架120/121與工作壓件130/131所組合而成，其中透鏡架120/121與工作壓件130/131可以固定或配置於上蓋框架100之開口101、上蓋110之開口111之中(如第一圖所示)。舉例而言，上蓋110的兩側之上設有卡接凹部112，而上蓋框架100的兩側之上設有卡接凸部103、之下設有卡接凸部102。利用位於上方的上蓋框架100之卡接凸部103對應(準)卡接位於上方的上蓋110上之卡接凹部112(如第一圖所示)，以達到上蓋110樞接上蓋框架100之目的。測試座構件20係由測試座框架140、測試座框罩150、過熱保護裝置160/161、加熱裝置165/166、浮置板170/171、探針172/173、探測針上座180/181與探測針底座190/191所組合而成，其中過熱保護裝置160/161、加熱裝置165/166分別配置於測試座框罩150之凹槽之下，且過熱保護裝置160/161、加熱裝置165/166之導線則透過測試座框架140之前端開口142與測試座框罩150之前端開口而延伸至外部。浮置板170、171分別嵌入於測試座框罩150之開口151、152之中。浮置板170、171之上分別設置有複數個探針(pogo pins)172、173配置於其中。該些探針172、173之長度足夠可以分別穿過浮置板170、171之上表面至下表面、探測針上座180、181之上表面至下表面、以及探測針底座190、191之上表面至下表面，使得於上述元件組合完成測試座構件20之後，該些探針172、173之上表面與下表面可以裸露出來，如第三圖所示。該些探針172、173之上表面電性連接測試晶片200之焊接墊，而該些探針172、173之下表面則電性連接外部電路，以達到測試晶片200電性之目的。探測針上座180、181之上分別設置有複數個探針穿孔182、183，而探測針底座190、191之上分別設置有複數個探針穿孔192、193，以利於浮置板170、171組合探測針上座180、181以及探測針底座190、191時，其中的複數個探針172、173得以穿過該些探針穿孔182、183、192、193。

舉例而言，測試座框架140的兩側之上設有卡接凹部143。利用位於上方的上蓋框架100之卡接凸部102對應(準)卡接位於下方的測試座框架140之卡接凹部143，以達到上蓋框架100樞接測試座框架140之目的，如第二圖所示。

在一實施例之中，本發明之測試座可用於測試一影像感測晶片，例如互補式金屬氧化層半導體(CMOS)影像感測晶片或電荷耦合元件(CCD)。影像感測晶片具有一感光區域，感光區域面向一光源所發出的光線。感光區域 主要由畫素陣列構成，畫素陣列面向光源處可覆蓋一微透鏡(micro lens)使得光線可以照射到畫素陣列之每一畫素。微透鏡具有一定的透光度，其材質可為矽、石英、玻璃、高分子透光材料及其他光學材料等其中之一或其組合。

舉例而言，測試座框罩150之上具有數個固定孔，以利於相對應的固定元件(例如：螺絲)得以固定測試座框罩150於工作台之上。固定孔可以為螺孔。

在一實施例之中，浮置板170、171之材料為金屬，例如鋁。在一實施例之中，探測針上座180、181之材料為塑膠材料，例如PEI材料。在一實施例之中，探測針底座190、191之材料為塑膠材料，例如PEI材料。在一實施例之中，上蓋構件10可以包含防漏光、防光折射或散射、防導電之結構設計或材料，例如為經由一陽極處理之鋁金屬板，或者為耐高溫的塑膠件。

在一實施例之中，透鏡架120、121分別配置有透鏡，其可視張角可以達到130度。

此外，測試座亦可以設置一擴散片(diffuser)，配置於透鏡之上。光藉由擴散片可以擴散及散射光。擴散片可以讓通過的光線降低亮度。舉例而言，擴散片可以藉由擠壓聚苯乙烯(polystyrene,PS)或聚碳酸酯(polycarbonate,PC)所製成。擴散片之材料包括工程塑膠。另外，具有與擴散片材質不同折射率的空隙或擴散劑分布於光擴散片內。擴散片內部之空隙或擴散劑折射或反射進入擴散片的光。特別是，當足夠數量之空隙或擴散劑呈現於擴散片內時，進入擴散片的光在其內部折射或反射足夠次數後散射。所以，當進入擴散片的光離開擴散片時，光的強度是一致且其發散角度增加。然而，部分進入擴散片的光在藉由擴散片內部的空隙或擴散劑折射或反射後被吸收。所以，當光通過擴散片時會發生光損耗，亦即會產生光衰減。

在一實施例之中，測試座亦設有一固定環(ring)，用以固定擴散片。舉例而言，固定環設有一開口得以容納擴散片，並且壓住、固定該擴散片，以避免擴散片上下移動。

如上所述，在本發明之中，提出二件式的測試座結構(包括測試座框架140與測試座框罩150)，取代傳統的金屬測試座框架；其中測試座框罩150容納加熱裝置165、166，以接收加熱裝置165、166所提供的熱能。其中主要的測試座框罩150之材料為金屬，屬於高熱傳導率材料以快速吸收熱能；然 而，本發明之測試座框罩150的體積比傳統的金屬測試座框架的體積小約64%(大約0.0116m³)，即可以獲得更佳的熱傳導效率。並且，由於低熱傳導率的測試座框架140整體包覆高熱傳導率的測試座框罩150，所以熱能不會過度散失，並且溫度可以穩定的維持。因此，本發明可以克服習知技術之測試座結構，加熱裝置165、166所發出的熱能傳導至金屬測試座框架之後，熱能快速散失而無法持續提高測試溫度的問題。換言之，本發明之測試座，無須大體積的測試座框罩150即可以達到一個溫度穩定、適於高溫測試之有效率的設計。

本發明可以有效地解决高溫晶片測試的問題，並獲得穩定的測試環境溫度。

根據本發明之二件式的測試座結構，亦即低熱傳導率的測試座框架140整體包覆高熱傳導率的測試座框罩150之二件式測試座結構，取代傳統的金屬測試座框架，可以很容易地達到150℃的測試溫度，並且測試溫度可以穩定地維持，如第四圖所示。如第四圖所示，其係有關於測試座溫度監控的實驗，其中A測試區域與B測試區域分別為測試座框罩150之開口151與152所在的區域。由第四圖顯示加熱裝置165、166大約加熱10分鐘即達到目標測試溫度150℃。10分鐘之後，過熱保護裝置160/161可以於溫度150℃之上下溫度而切換開關，例如可以設定於溫度小於150℃之一定數值(例如145℃)時啟動加熱，溫度大於150℃之一定數值(例如155℃)時關閉加熱，以維持溫度於150℃。

從上述可知，本發明之二件式的測試座結構可以提供一個測試溫度150℃或甚至更高的測試環境。本發明之二件式的測試座結構可以應用於汽車感測器晶片或其他需要高溫測試環境之晶片。換言之，相較於傳統的具有金屬測試座框架之多晶片測試座僅能提供約100℃的測試環境，本發明則提供了傳統的多晶片測試座所無法達到的超高溫測試環境。本發明具有習知技術所無法預期之功效。

根據上述，本發明具有底下之優點：一、新的測試座設計概念提供了一個超高溫度的測試環境；二、測試環境的溫度穩定度得到提升；三、測試硬體之升溫效率得到提升。

上述敘述係為本發明之較佳實施例。此領域之技藝者應得以領會其係用以說明本發明而非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護 範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域之技藝者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。

100‧‧‧上蓋框架

101‧‧‧開口

102、103‧‧‧卡接凸部

110‧‧‧上蓋

111‧‧‧開口

112‧‧‧卡接凹部

120、121‧‧‧透鏡架

130、131‧‧‧工作壓件

140‧‧‧測試座框架

141‧‧‧開口

142‧‧‧前端開口

143‧‧‧卡接凹部

150‧‧‧測試座框罩

151、152‧‧‧開口

160、161‧‧‧過熱保護裝置

165、166‧‧‧加熱裝置

170、171‧‧‧浮置板

172、173‧‧‧探針

180、181‧‧‧探測針上座

182、183、192、193‧‧‧探針穿孔

190、191‧‧‧探測針底座

Claims (10)

1. 一種用於測試影像感測晶片之測試座，包含：一測試座框架，為具有低熱傳導率之塑膠材料所形成；一測試座框罩，為具有高熱傳導率之金屬材料所形成，配置於該測試座框架之下；至少一浮置板，配置於該測試座框罩之中，複數個探針配置於該至少一浮置板之中；以及至少一探測針座，用以容納該些探針穿過其中；其中該測試座框罩設有至少一第一開口以利於該至少一浮置板穿過其中；其中該測試座框架設有一第二開口，使得該至少一浮置板穿過該測試座框罩之該至少一第一開口而裸露於該第二開口之中；其中該測試座框架包覆該測試座框罩，以避免熱能過度散失。
2. 如請求項第1項所述之用於測試影像感測晶片之測試座，其中該塑膠材料為聚醚醯亞胺，其中該金屬材料為鋁。
3. 如請求項第1項所述之用於測試影像感測晶片之測試座，其中該至少一探測針座包括一探測針上座與一探測針底座，其中該探測針上座與該探測針底座上分別設有複數個探針穿孔以使得該些探針穿過該些探針穿孔。
4. 如請求項第1項所述之用於測試影像感測晶片之測試座，更包括一加熱裝置與一過熱保護裝置，配置於該測試座框罩之中。
5. 如請求項第1項所述之用於測試影像感測晶片之測試座，其中該測試座框架整體包覆該測試座框罩。
6. 一種用於測試影像感測晶片之測試座，包含：一上蓋構件，包括一上蓋框架、至少一透鏡架與至少一工作壓件，其中該至少一透鏡架與該至少一工作壓件配置於該上蓋框架之中；以及一測試座構件，用以樞接該上蓋構件； 其中該測試座構件包括一測試座框架、一測試座框罩、至少一浮置板、至少一加熱裝置與至少一探測針座；其中該測試座框架，為具有低熱傳導率之塑膠材料所形成；其中該測試座框罩，為具有高熱傳導率之金屬材料所形成，配置於該測試座框架之下；其中該至少一浮置板，配置於該測試座框罩之中，複數個探針配置於該至少一浮置板之中；以及其中該至少一探測針座，用以容納該些探針穿過其中。
7. 如請求項第6項所述之用於測試影像感測晶片之測試座，其中該上蓋構件更包括一上蓋，樞接該上蓋框架。
8. 如請求項第6項所述之用於測試影像感測晶片之測試座，其中該至少一探測針座包括一探測針上座與一探測針底座，其中該探測針上座與該探測針底座上分別設有複數個探針穿孔以使得該些探針穿過該些探針穿孔。
9. 如請求項第6項所述之用於測試影像感測晶片之測試座，更包括一過熱保護裝置，配置於該測試座框罩之中。
10. 如請求項第6項所述之用於測試影像感測晶片之測試座，其中該測試座框架整體包覆該測試座框罩。