TWI635282B - 半導體元件之測試設備及其搬運裝置 - Google Patents

Abstract

一種搬運裝置包含一裝置本體、一取放部、一熱交換模組及一氣室裝置。取放部連接裝置本體，用以拾取一半導體元件。熱交換模組位於裝置本體上。氣室裝置位於取放部與熱交換模組之間，內含一氣體，氣體用以傳遞半導體元件之熱能至熱交換模組，氣體之比熱容量介於5000~15000焦耳/仟克．開耳文(J/(kg．K)之間。

Description

半導體元件之測試設備及其搬運裝置

本發明有關於一種測試設備，尤指一種半導體元件之測試設備。

一般而言，半導體元件(例如半導體電路晶片)在製作完成後，會對半導體元件(後稱受驗元件，DUT)進行電性檢測，以確保受驗元件在出貨時的品質。在進行電性檢測時，受驗元件會被放置於一測試裝置之測試座(socket)上，測試裝置上方之一壓接頭可朝下壓迫受驗元件，以確保受驗元件能夠有效電連接測試座，藉此對受驗元件執行測試作業。

然而，由於在壓接頭朝下壓迫受驗元件時，在壓接頭上會快速的累積許多熱能，不僅使得受驗元件可能因熱堆積問題而造成過熱而燒毀，更可能導致試驗數據不夠精準，影響測試結果。

本發明之一實施例提供了一種搬運裝置。此種搬運裝置包含一裝置本體、一取放部、一熱交換模組及一氣室裝置。取放部連接裝置本體，用以拾取一半導體元件。熱交換模組位於裝置本體上。氣室裝置包含殼體與氣體，殼體位於該取放部與該熱交換模組之間。該殼體具有一封閉腔室，氣體位於封閉腔室內，用以傳遞半導體元件之熱能至熱交換模組，氣體之比熱容量介於5000~15000焦耳/仟克．開耳文(J/(kg．K)之間。

在本發明一或複數個實施例中，上述氣體為氫氣或氦氣。

在本發明一或複數個實施例中，上述裝置本體包含一移動臂及一壓接部。壓接部連接移動臂之一端。熱交換模組位於移動臂內，取放部位於壓接部相對移動臂之一端，且氣室裝置同時位於壓接部與移動臂內。

在本發明一或複數個實施例中，殼體相對取放部之一面更包含一散熱鰭片陣列。散熱鰭片陣列熱接觸熱交換模組。

在本發明一或複數個實施例中，散熱鰭片陣列包含複數個鰭片件，每個鰭片件呈實心狀。

在本發明一或複數個實施例中，每個鰭片件呈空心狀，內含接通氣體之子空間，每個子空間為封閉腔室之一部分。

在本發明一或複數個實施例中，移動臂面向壓接部之一端具有一嵌入槽。嵌入槽熱連接熱交換模組。散熱鰭片陣列可插拔地位於嵌入槽內。

在本發明一或複數個實施例中，熱交換模組包含一流體入口、一流體出口與一流道。流道位於裝置本體上，接通流體入口與流體出口。

在本發明一或複數個實施例中，流體通道具有一通道槽。通道槽接通流體入口與流體出口，散熱鰭片陣列位於通道槽內，且氣室裝置之殼體相對取放部之那面封閉地覆蓋通道槽。

在本發明一或複數個實施例中，取放部包含至少一真空裝置。殼體呈環狀，圍繞有一隔絕氣體之貫穿口。真空裝置位於裝置本體內，用以經由貫穿口而真空吸引半導體元件。

在本發明一或複數個實施例中，取放部包含複數個真空裝置。真空裝置間隔地位於裝置本體內，用以真空吸引半導體元件，這些真空裝置共同定義出一區域，且殼體完全位於區域內。

本發明之另一實施例提供了一種測試設備。測試設備包含一電路板、一測試座與一如上述之搬運裝置。測試座連接電路板。搬運裝置用以將半導體元件壓接至測試座，並使半導體元件透過測試座電連接電路板。

如此，由於以上實施例所述之搬運裝置之特定氣體具有相當高之比熱容量，搬運裝置之氣室裝置不致快速升溫，故，半導體元件之熱能自然無法快速的累積於裝置本體上，減緩裝置本體上之熱能衝擊受驗元件，進而降低受驗元件因過熱而燒毀之機會，以及避免試驗數據不夠精準而影響測試 結果。

以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施例及相關圖式中詳細介紹。

10‧‧‧測試設備

100‧‧‧電路板

200‧‧‧測試座

210‧‧‧凹槽

211‧‧‧連接部

300、301、302、303、304‧‧‧搬運裝置

400‧‧‧裝置本體

410‧‧‧移動臂

411‧‧‧嵌入槽

412‧‧‧內壁面

420‧‧‧壓接部

430‧‧‧替換件

440‧‧‧取放部

441、442‧‧‧真空裝置

450‧‧‧熱交換模組

451‧‧‧流體入口

452‧‧‧流體出口

453、454‧‧‧流體通道

454A‧‧‧通道本體

454B‧‧‧流道槽

460‧‧‧組合槽

500、501、502‧‧‧氣室裝置

510‧‧‧殼體

511‧‧‧殼體之頂面

512‧‧‧殼體之底面

513‧‧‧貫穿口

514‧‧‧封閉腔室

520、520A‧‧‧散熱鰭片陣列

521‧‧‧鰭片件

522‧‧‧子空間

600‧‧‧氣體

700‧‧‧半導體元件

701‧‧‧半導體元件之頂面

AR‧‧‧常溫氣體

L‧‧‧虛線框

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖繪示本發明一實施例之測試設備的側視圖；第2圖繪示本發明一實施例之搬運裝置之分解圖；第3圖繪示本發明一實施例之搬運裝置的側視圖；第4A圖繪示本發明一實施例之搬運裝置的側視圖；第4B圖繪示第4A圖的氣室裝置之上視圖；以及第5圖繪示本發明一實施例之搬運裝置的氣室裝置之上視圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施例，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明中空體實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

第1圖繪示本發明一實施例之測試設備10的側視 圖。如第1圖所示，在本實施例中，測試設備10包含一電路板100、一測試座200與一搬運裝置300。測試座200位於電路板100上，測試座200相對電路板100之一面凹設有一凹槽210。凹槽210內安裝有導接電路板100之連接部211。搬運裝置300可相對測試座200移動，以便移至測試座200之凹槽210上方，或者，離開測試座200之凹槽210上方。

如第1圖所示，搬運裝置300包含一裝置本體400、一取放部440、至少一熱交換模組450及一氣室裝置500。取放部440連接裝置本體400之一端，用以可移除地拾取一半導體元件700。取放部440例如為置放槽、拾取手臂或拾取吸盤等用以拾取半導體元件700之技術手段。熱交換模組450位於裝置本體400上。氣室裝置500位於取放部440與熱交換模組450之間，且熱連接半導體元件700與熱交換模組450，以便幫助取放部440與熱交換模組450之熱交換。如此，當搬運裝置300移至測試座200之凹槽210上方，且將半導體元件700向下壓接至測試座200之凹槽210內，半導體元件700透過測試座200內的連接部211電連接電路板100。

進一步地，氣室裝置500包含殼體510與氣體600，殼體510位於裝置本體400內，且介於取放部440與熱交換模組450之間。殼體510熱接觸半導體元件700與熱交換模組450。例如殼體510之底面512平貼地直接接觸半導體元件700之頂面701。殼體510具有一封閉腔室514，氣體600位於封閉腔室514內，用以傳遞半導體元件700之熱能至熱交換模組450。舉例來說但不以此為限，氣體600之比熱容量介於 5000~15000焦耳/仟克．開耳文(J/(kg．K)之間。

須了解到，由於搬運裝置300之特定氣體600具有相當高之比熱容量，可以做為吸收熱能的緩衝區，而延遲達成熱平衡的時刻，故，氣室裝置500不致快速升溫，使得半導體元件700之熱能自然無法快速地累積於裝置本體400上，而減緩熱能傷害半導體元件700以及降低半導體元件700因過熱而燒毀之機會，以及避免試驗數據不夠精準而影響測試結果。

在本實施例中，舉例來說但不以此為限，氣體600之導熱係數為0.1~1.14瓦/(米．度)(w/(m．℃))之間，意即，此氣體600與一大氣空氣之導熱係數比值為5~7之間。舉例來說但不以此為限，氣體600為氫氣或氦氣。氫氣之導熱係數為0.13580瓦/(米．度)(w/(m．℃))，意即，此氫氣與一大氣空氣之導熱係數比值為7.08。此外，氫氣之比熱容量為14000焦耳/仟克．開耳文(J/(kg．K)。氦氣之導熱係數為0.11680瓦/(米．度)(w/(m．℃))，意即，此氦氣與一大氣空氣之導熱係數比值為6.18。此外，氦氣之比熱容量為5190焦耳/仟克．開耳文(J/(kg．K)。須了解到，本發明技術領域具有通常知識者可以考量選擇採用氫氣或氦氣作為氣室裝置500內之氣體600。

此實施例中，殼體510之材質為金屬或合金，例如銅或鋁。然而，本發明不限於此，其他實施方式中，殼體510之材質亦可能為具有高導熱材質之非金屬。如此，殼體510能夠快速地將半導體元件700之熱能傳導至熱交換模組450，以便熱交換模組450將熱能快速帶離裝置本體400。

更具體地，在本實施例中，舉例來說，但不依此為限，熱交換模組450為一氣冷式冷卻模組，包含一流體入口451、一流體出口452與一流體通道453。流體通道453位於裝置本體400上，接通流體入口451與流體出口452，且流體通道453熱連接氣室裝置500。流體通道453具有單一口徑。流體通道453例如為直接形成於裝置本體400內之貫穿通道，或者，為配置於貫穿通道內之金屬管路。如此，當對流體入口451注入高壓常溫氣體AR，使得高壓常溫氣體AR快速地沿著流體通道453流動，最後從流體出口452離開裝置本體400，此時，高壓常溫氣體AR能夠快速地將流體通道453的熱能帶離裝置本體400。此外，由於流體入口451位於裝置本體400之高度大於高於流體出口452位於裝置本體400之高度，故，當高壓常溫氣體AR為朝下流動，可提高高壓常溫氣體AR之流速。然而，本發明不限於此，其他實施例中，熱交換模組450亦可以為一液冷式冷卻模組。

在本實施例中，更具體地，裝置本體400包含一移動臂410與一壓接部420。熱交換模組450安裝於移動臂410內。壓接部420固接於移動臂410面向凹槽210之一端，連接移動臂410與取放部440。換句話說，取放部440位於壓接部420相對移動臂410之一端，且氣室裝置500同時位於壓接部420與移動臂410內。然而，本發明不限於此，其他實施例中，壓接部420亦可能可插拔地連接於移動臂410。

在本實施例中，氣室裝置500之殼體510更包含二散熱鰭片陣列520，散熱鰭片陣列520位於殼體510相對取放部 440之一面(即頂面511)，且熱連接熱交換模組450之流體通道453的外壁。如此，得以增加更多與熱交換模組450熱連接之接觸面積。

更具體地，每個散熱鰭片陣列520包含複數個互相平行且間隔設置之鰭片件521。本實施例中，每個散熱鰭片為金屬材質，且與殼體510共同為一體成型結構。每個鰭片件521呈空心狀，內含可以接通氣體600之子空間522，每個子空間522為封閉腔室514之一部分，意即氣體600可位於每個子空間522內接觸每個鰭片件521，以提供更多與熱交換模組450熱連接之接觸面積，舉例來說，但不以此為限，流體通道453同時熱連接殼體510之頂面511與散熱鰭片陣列520之鰭片件521，以提供氣室裝置500與熱交換模組450熱連接之更多接觸面積。此外，這些鰭片件521間隔地分布於殼體510相對取放部440之一面(即頂面511)，舉例來說，這些鰭片件521依據一陣列方式排列於殼體510相對取放部440之一面(即頂面511)，且這些鰭片件521分別為圓柱形或方柱形。

此外，本發明亦不限於熱交換模組450之數量，舉例來說，此實施例中，搬運裝置300具有二個熱交換模組450，此二熱交換模組450對稱地位於裝置本體400上，且分別熱連接部211分之鰭片件521。

第2圖繪示本發明一實施例之搬運裝置301之分解圖。如第1圖與第2圖所示，第2圖之搬運裝置301搬運裝置大致相同搬運裝置第1圖之搬運裝置300，相同的部件沿用相同的符號。然而，第2圖之搬運裝置301搬運裝置與搬運裝置第1 圖之搬運裝置300之差別在於：移動臂410面向壓接部420之一端面具有至少一嵌入槽411。每個流體通道454並非全然單一口徑，具有一通道本體454A與一流道槽454B。流道槽454B之口徑大於通道本體454A之口徑。通道本體454A位於移動臂410內。流道槽454B位於通道本體454A之間，且同時接通其兩側之通道本體454A與嵌入槽411。嵌入槽411與流道槽454B共同形成一組合槽460。氣室裝置500固定於壓接部420面向嵌入槽411之一側，使得氣室裝置500與壓接部420共同組裝為一替換件430。替換件430之部分外型匹配組合槽460之外型，故，替換件430可插拔地位於組合槽460內。在替換件430尚未插入組合槽460內時，流道槽454B為開放式之開槽；反之，當替換件430插入組合槽460內，每個散熱鰭片陣列520伸入其中一流道槽454B，且熱連接殼體510之頂面511緊閉抵靠嵌入槽411之內壁面412，以密封地蓋合流道槽454B。故，常溫氣體AR不致從流道槽454B滲漏至嵌入槽411。如此，由於不同頂面面積的半導體元件可以選擇與匹配尺寸之殼體510進行熱連接，故，當任一尺寸之替換件430欲組合至移動臂410時，透過替換件430之散熱鰭片陣列520插入移動臂410之嵌入槽411內，替換件430得以可更換地組裝於移動臂410上。

須了解到，本發明具有通常知識者因應任何需求與限制也可以於嵌入槽411內加入導熱媒介(例如導熱膠，圖中未示)，使得導熱媒介位於散熱鰭片陣列520與流體通道454之間，以提高散熱鰭片陣列520與熱交換模組450之流體通道454之接觸面積。

第3圖繪示本發明一實施例之搬運裝置302的側視圖。如第1圖與第3圖所示，第3圖之搬運裝置302搬運裝置大致相同第1圖之搬運裝置300搬運裝置，相同的部件沿用相同的符號。然而，第3圖之搬運裝置302搬運裝置與第1圖之搬運裝置300搬運裝置之差別在於：氣室裝置501之散熱鰭片陣列520A之每個鰭片件521呈實心狀，故，每個鰭片件521為一實心體。相較於空心體，實心體可以堆積更多的熱能，以供熱交換模組450帶走。舉例來說，但不以此為限，流體通道453同時熱連接殼體510之頂面511與每個鰭片件521之至少三側邊，以提供氣室裝置500與熱交換模組450熱連接之更多接觸面積。

此外，在本實施例中，散熱鰭片陣列520A為可移除地連接於殼體510上，然而，本發明不限於此，其他實施例中，散熱鰭片陣列亦可以與殼體一體成形。

第4A圖繪示本發明一實施例之搬運裝置303的側視圖。第4B圖繪示第4A圖的氣室裝置502之上視圖。如第4A圖與第4B圖所示，搬運裝置第4A圖之搬運裝置303大致相同第1圖之搬運裝置300搬運裝置，相同的部件沿用相同的符號。然而，搬運裝置第4A圖之搬運裝置303與第1圖之搬運裝置300搬運裝置之差別在於：殼體510呈環狀，圍繞有一隔絕氣體600之貫穿口513，意即，封閉腔室514圍繞貫穿口513。取放部440包含至少一真空裝置441，真空裝置441包含吸嘴與管線。真空裝置441位於裝置本體400內。真空裝置441之一端連接抽真空設備(圖中未示)，且真空裝置441之另端經由貫 穿口513而延伸至殼體510之底面512，用以真空吸引半導體元件700。

如此，在第4A圖之搬運裝置303中，省略貫穿口513之部分，殼體510之底面512能夠盡可能地接觸大部分半導體元件700之頂面701，進而維持一定之散熱性能。

第5圖繪示本發明一實施例之搬運裝置304的氣室裝置503之上視圖。如第4B圖與第5圖所示，第5圖之搬運裝置304搬運裝置大致相同第4B圖之搬運裝置303搬運裝置，相同的部件沿用相同的符號。然而，搬運裝置第5圖之搬運裝置304與第4B圖之搬運裝置303搬運裝置之差別在於：第5圖之氣室裝置503之殼體510不必開設貫穿口，且取放部440包含複數個真空裝置442。這些真空裝置442間隔地位於裝置本體內，用以真空吸引半導體元件700之頂面701之多個位置，以確保對此半導體元件700之拾取強度。每個真空裝置442包含吸嘴與管線。真空裝置442之一端連接抽真空設備(圖中未示)，且真空裝置441之另端真空吸引半導體元件700。舉例來說，四個真空裝置442皆不連接殼體510，且分別與殼體510分離，位於鄰近殼體510之各角落之位置，換句話說，這些真空裝置442共同定義出一區域(如第5圖之虛線框L)，且殼體510完全位於此區域內。

如此，由於氣室裝置503之殼體510不必開設為貫穿口，不僅能夠降低製作成本，也可以提供無分隔之封閉腔室。

需定義的是，以上所描述之熱連接是指一元件直接或間接接觸另一元件，使得此元件能夠有效地傳遞熱能至另 一元件，以達到熱交換的目的。

最後，上述所揭露之各實施例中，並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，皆可被保護於本發明中。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (11)

1. 一種搬運裝置，包含：一裝置本體；一取放部，連接該裝置本體，用以拾取並搬運一半導體元件；一熱交換模組，位於該裝置本體上；以及一氣室裝置，包含：一殼體，位於該取放部與該熱交換模組之間，該殼體具有一封閉腔室；以及一氣體，位於該封閉腔室內，用以傳遞該半導體元件之熱能至該熱交換模組，其中該氣體之比熱容量介於5000~15000焦耳/仟克．開耳文(J/(kg．K)之間。
2. 如請求項1所述之搬運裝置，其中該氣體為氫氣與氦氣其中之一。
3. 如請求項1所述之搬運裝置，其中該裝置本體包含：一移動臂；以及一壓接部，連接該移動臂之一端，其中該熱交換模組位於該移動臂內，該取放部位於該壓接部相對該移動臂之一端，且該氣室裝置同時位於該壓接部與該移動臂內。
4. 如請求項3所述之搬運裝置，其中該殼體 相對該取放部之一面更包含一散熱鰭片陣列，該散熱鰭片陣列熱接觸該熱交換模組。
5. 如請求項4所述之搬運裝置，其中該散熱鰭片陣列包含複數個鰭片件，每一該些鰭片件呈實心狀，或者每一該些鰭片件呈空心狀，內含接通該氣體之子空間，每一該些子空間為該封閉腔室之一部分。
6. 如請求項4所述之搬運裝置，其中該移動臂面向該壓接部之一端具有一嵌入槽，該嵌入槽熱連接該熱交換模組，其中該散熱鰭片陣列可插拔地位於該嵌入槽內。
7. 如請求項4所述之搬運裝置，其中該熱交換模組包含一流體入口、一流體出口與一流體通道，該流體通道位於該裝置本體上，接通該流體入口與該流體出口。
8. 如請求項7所述之搬運裝置，其中該流體通道具有一通道槽，該通道槽接通該流體入口與該流體出口，該散熱鰭片陣列位於該通道槽內，且該氣室裝置之該殼體相對該取放部之該面封閉地覆蓋該通道槽。
9. 如請求項1所述之搬運裝置，其中該取放部包含：至少一真空裝置，其中該殼體呈環狀，圍繞有一隔絕該 氣體之貫穿口，該真空裝置位於該裝置本體內，用以經由該貫穿口而真空吸引該半導體元件。
10. 如請求項1所述之搬運裝置，其中該取放部包含：複數個真空裝置，間隔地位於該裝置本體內，用以真空吸引該半導體元件，其中該些真空裝置共同定義出一區域，該殼體完全位於該區域內。
11. 一種半導體元件之測試設備，包含：一電路板；一測試座，位於該電路板上，且連接該電路板；以及一如請求項1至10其中之一所述之搬運裝置，用以將該半導體元件壓接至該測試座，並使該半導體元件透過該測試座電連接該電路板。