TWI764398B - 具有細間距的設備的對準裝置及其方法 - Google Patents

具有細間距的設備的對準裝置及其方法

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Abstract

本發明涉及一種具有細間距的設備的對準裝置及其方法，就是生產出凸塊的尺寸小、間距窄的球柵陣列或薄型小外形封裝等設備之後，將多個設備自動準確對準，以便能夠在處理器中進行性能測試。 為此，本發明的具有細間距的設備的對準裝置由以下部件構成：底座(10)，其帶有立柱(11)；Y軸板(20)，其設置在所述底座(10)的上面，能夠沿Y軸方向按照1個間距移動；基板(40)，其設置在所述Y軸板(20)的上面，在設備(30)的安放點分別形成有真空孔，在載入有設備(30)的狀態下，隨著施加真空壓力，以能夠微移的真空壓力對載入的設備(30)進行抽吸；基板位置調節單元(50)，其設置在所述Y軸板(20)的上面，根據載入於基板(40)上的設備(30)的位置，使基板(40)沿X-Y-θ方向微移；X軸板(60)，其設置在所述底座(10)的立柱(11)上，沿X軸方向按照1個間距水準移動；Z軸板(71)，其設置在所述X軸板(60)上，沿Z軸升降；視窗塊(72)，其設置在所述Z軸板(71)上，形成有通孔(72a)；對準塊(73)，其設置在所述視窗塊(72)的下部，形成有開口部(73a)，以將抽吸在基板(40)上的設備(30)裹住；以及視窗(74)，其設置在所述Z軸板(71)的上部，通過視窗塊(72)的通孔(72a)及開口部(73a)確認被抽吸在基板(40)上的設備(30)的位置並將座標值通報給控制部，根據被抽吸到基板(40)上的設備(30)的座標值，在對準塊(73)下降而將設備(30)裹住的狀態下，通過基板位置調節單元(50)使基板(40)沿X-Y-θ方向微移，從而使設備(30)對準。

Description

具有細間距的設備的對準裝置及其方法
本發明涉及一種具有細間距的設備的對準裝置及其方法，更具體地，就是生產出凸塊(bump)的尺寸小、間距窄的球柵陣列(Ball Grid Array，BGA)或薄型小外形封裝(Thin Small Outline Package，TSOP)等設備之後，將多個設備自動準確對準(align)，以便能夠在處理器(handler)中進行性能測試。
一般來說，積體電路(IC)等半導體設備在其製造程序中都會通過檢查電學特性以確定是否存在不良情況，所述半導體設備的電學特性檢查就是將半導體設備的球形端子與包括印刷電路板(PCB)的測試板接點進行電連接，並在設定的時間內實施測試，將合格產品出廠，將不合格品進行重複測試(retest)或者進行廢棄處理。
依據現有技術，在將要測試的設備插入載體(carrier)內的狀態下，分別向測試儀(tester)一側移送，對設備的電學特性進行測試。
即，設備的電學測試是通過搭載於載體上的設備的球形端子與依靠插座組件(Socket Assembly)支撐的探針(probe pin)的電接觸來完成的。在這種情況下，由於尺寸極小的球形端子與探針按照窄的間距配置，因此在進行測試時，就要求非常高精度的對準，但是球形端子與探針的排列通過載體的對準孔與插座導件(socket guide)對準銷(align pin)的相互排列完成。 [先前技術文獻]
專利文獻1：韓國註冊專利公報10-1464990，註冊日：2014年11月19日 專利文獻2：韓國註冊專利公報10-1779172，註冊日：2017年9月11日
(發明所欲解決之問題)
但是，依據現有技術的這種對準裝置存在以下多個問題。
第一，載入拾取器(loading picker)吸附位於載入部的設備，將其放在載體上，接著使裝有設備的載體按次序向測試儀側移送，從而在設定的時間內實施測試，然後，使完成設備測試的載體向卸載部移送，卸載拾取器(unloading picker)根據測試結果將設備按照合格產品與不合格品進行篩選並卸載，因此不可能實現設備的緊湊化。
第二，測試時，需要重複進行使載體與插座導件(socket guide)結合及分離的作業，因此對準銷與對準孔通過反覆的結合與分離其餘裕度(margin)就會增加，因此會導致球形端子與探針的錯配或偏移(offset)。
第三，在對幾千個以上設備的導電性進行測試時，如果因設備與探針之間的碰撞而誘發昂貴的設備出現破損或者破損的設備的球形端子殘存在設備上，就應當在中斷導電性測試的狀態下進行更換乃至修理，因此就會導致昂貴設備的運轉率下降。
本發明就是為解決現有技術存在的上述問題而研發的，本發明的一個目的在於，將待測試的設備載入到帶有真空壓力的基板上面之後，隨著視窗(vision)識別被載入的設備的座標並將其通報給控制部，在對準塊裹住設備的狀態下，使其沿X-Y-θ軸方向移動，以能夠自動將設備的位置對準。
本發明的另一個目的在於，在將多個設備的位置對準並借助真空壓力吸附在基板上的狀態下，使基板(base plate)向測試儀一側移動，然後使吸附在基板上的多個設備的球形端子同時與測試儀的端子連接，從而能夠進行電學測試。 (解決問題之技術手段)
為了實現上述目的，依據本發明的一個形態，本發明提供的具有細間距的設備的對準裝置，其特徵在於，由以下部件構成：底座(base)，其帶有立柱；Y軸板(plate)，其設置在所述底座的上面，能夠沿Y軸方向按照1個間距移動；基板，其設置在所述Y軸板的上面，在設備的安放點分別形成有真空孔，在載入有設備的狀態下，隨著施加真空壓力，以能夠微移的真空壓力對載入的設備進行抽吸；基板位置調節單元，其設置在所述Y軸板的上面，根據載入於基板上的設備的位置，使基板沿X-Y-θ方向微移；X軸板，其設置在所述底座的立柱上，沿X軸方向按照1個間距水準移動；Z軸板，其設置在所述X軸板上，沿Z軸升降；視窗塊(vision block)，其設置在所述Z軸板上，形成有通孔；對準塊，其設置在所述視窗塊的下部，形成有開口部，以將抽吸(suction)在基板上的設備裹住；以及視窗，其設置在所述Z軸板的上部，通過視窗塊的通孔及開口部確認被抽吸在基板上的設備的位置並將座標值通報給控制部。根據被抽吸到基板上的設備的座標值，在對準塊(align block)下降而將設備裹住的狀態下，通過基板位置調節單元使基板沿X-Y-θ方向微移，從而使設備對準。
依據本發明的另一個形態，本發明提供的具有細間距的設備的對準方法，其特徵在於：將設備按次序載入到具有多個真空孔的基板的上面的步驟；在設備被載入到所述基板上的狀態下，隨著施加真空壓力，以能夠微移的真空壓力對載入設備進行抽吸的步驟；位於所述基板的上部的對準視窗組件(align vision assay)向想要對準的設備的上部移動的步驟；所述對準視窗組件下降，而對準塊將設備裹住，然後通過通孔及開口部利用視窗確認設備的位置並將座標值通報給控制部的步驟；以及根據所述設備的座標值，使基板沿X-Y-θ方向微移，設備由開口部的兩面引導並對準的步驟。將上述所有步驟，每當設備被載入到基板上面時，使基板沿X-Y軸方向按照1個間距移動的同時實施設備的對準。 (對照先前技術之功效)
與現有技術相比，本發明具有以下幾個優點。
第一，將設備依次載入到基板上之後，在被能夠微移的真空壓抽吸的狀態下，通過視窗確認被載入到基板上的設備的位置，並將座標值通報給控制部。然後，在設備被對準塊裹住的狀態下，通過基板位置調節單元將設備對準，因此能夠實現設備的緊湊化。
第二，無需使用另外的載體，可以使多個設備同時與測試儀進行電連接並進行測試。因此，不僅能夠預防導致設備的球形端子與探針發生錯配或偏移(offset)的現象，而且還能夠使昂貴設備的測試效率達到最大化。
第三，因基板位置調節單元的高定位能力及摩擦力的減小，從而可以使對準精度達到最大化。
下面，將參照附圖對本發明的實施例進行詳細說明，以確保具有本發明所屬技術領域一般知識的技術人員能夠容易地實施。本發明可以通過多種不同的形態實現，並非僅限於這裡列舉的實施例。需要注意的是，附圖僅是概略顯示，並非完全按照比例繪製。為了確保附圖的明確性及便利性，附圖中顯示部分的相對尺寸及比例對其大小進行了誇大或縮小顯示，任意一個尺寸均只是示例性的，並非限定性的。另外，為了顯示類似的特徵，在兩個以上附圖中顯示的相同結構、要素或部件上使用了相同的參照符號。
圖1是本發明結構的立體圖，圖2及圖3是圖1所示結構的前視圖及側視圖。依據本發明，在具有立柱11的底座10上面設置有Y軸板20，其可沿Y軸方向按照1個間距(pitch)(載入到基板上的設備的間隔)移動。在所述Y軸板20上面設置有基板40，基板40在設備30的安放點上分別形成有真空孔，在載入有設備30的狀態下，隨著施加真空壓力，以所載入的設備30能夠微移的真空壓力(約5～50mm Hg)抽吸。
在本發明的一個實施例中，雖然以正方形示出基板40，但是，也可以根據需要採用長方形或圓形等多種形態。
在所述基板40的內部設置有加熱器及冷卻管(省略圖示)，在將設備30載入(loading)到基板40的上面之前，根據設備30的測試條件，保持常溫或者加熱至約50～170 ℃左右或者冷卻至0～-55 ℃左右。
其目的在於，即使基板40使用具有最小膨脹係數的材質(例如：陶瓷等)，假設基板40的一邊為300mm，隨著加熱及冷卻，其會在約0.3mm的範圍內膨脹或者收縮。因此，在將設備30載入到基板40的上面之前，根據測試條件調節基板40的溫度，從而可以使基板40膨脹或者收縮導致的誤差達到最小化。
在所述Y軸板20的上面設置有基板位置調節單元50，該基板位置調節單元50隨著載入到基板40上的設備30的位置使基板40沿X-Y-θ方向微移。
如圖5a及圖5b所示，在本發明的一個實施例中，所述基板位置調節單元50由以下部件構成：安裝板51，其固定在所述Y軸板20上；一對X軸電機52a、52b，其對向設置在所述安裝板51上；Y軸電機53，其以與所述X軸電機正交的方式設置在安裝板51上；可動板54，其可以通過所述X軸電機52a、52b及Y軸電機53沿X-Y-θ方向微移；4個交叉滾子(cross roller)55，其設置在所述安裝板51與可動板54之間，使可動板54能夠沿X-Y軸方向移動；以及轉軸(shaft)56，其使所述可動板54按照可旋轉的方式與各個交叉滾子55結合。
所述交叉滾子55由帶有X軸、Y軸線性馬達(Linear Motor，LM)導件(guide)(省略圖示)的多級盤構成。
但是，作為本發明一個實施例所表示的所述基板位置調節單元50是MISUMI公司(型號：AA-300-3S)生產的公知成品。
該領域專家可以將所述基板位置調節單元50按照多種形態進行變換適用。
在所述底座10的立柱11上設置有能夠沿X軸方向按照1個間距水準移動的X軸板60，在所述X軸板60上配備有對準視窗組件70，該對準視窗組件70讀取載入到基板40上的設備30座標值並在將該座標值通報給控制部(省略圖示)的同時將設備30對準。
所述對準視窗組件70構成為，在X軸板60上設置有能夠沿Z軸升降的Z軸板71，在所述Z軸板71上設置了帶有通孔72a的視窗塊72，在所述視窗塊72的下部設置有將被抽吸到基板40上的設備30裹住的對準塊73。
在這種情況下，如圖6a所示，在所述對準塊73上形成有比設備30更大的開口部73a，如果對準塊73下降至下死點，就可以使設備30保持容納於對準塊73的開口部73a內的狀態。
所述Y軸板20及X軸板60分別被LM導件20a、60a引導從而做直線運動，當Y軸板20及X軸板60移動時，就可以使摩擦力減小，因此具有能夠使對準精度達到最大化的優點。
另外，在所述Z軸板71的上部設置有視窗74，該視窗74通過視窗塊72的通孔72a確認被抽吸到基板40上的設備30的位置，並將座標值通報給控制部。隨著視窗74通過通孔72a及開口部73a將被抽吸到基板40上的設備30的座標值通報給控制部，在對準塊73將設備30裹住的狀態下，可以通過基板位置調節單元50使基板40沿X-Y-θ方向微移，從而使設備30對準。
下面，將對本發明的作用進行說明。
首先，在將待測試的設備30載入到基板40的上面之前，根據設備30的測試條件保持常溫或者加熱至約50～170 ℃左右或者冷卻至0～-55 ℃左右。
如上所述，在將基板40保持與設備30的測試條件相符溫度的狀態下，如果選取(picking)位於載入部(省略圖示)的1個設備30放置於基板40的真空孔，就可以通過與真空孔連接設置的真空裝置(省略圖示)以能夠微移設備30的約5～50mm Hg的真空壓力進行抽吸(suction)(S100、S200)。
將所述設備30載入到形成於基板40上的任意一個真空孔內、而設備被可微移的真空壓力抽吸後，使X軸板60沿LM導件60a移送由此可以使位於基板40上部的對準視窗組件70位於想要對準的設備30的正上方(S300)。
在這種狀態下，如圖6a所示，當對準視窗組件70的Z軸板71下降、從而對準塊73將設備30裹住後，視窗74就通過形成於視窗塊72上的通孔72a及對準塊73的開口部73a確認設備30的位置，並將座標值通報給控制部(省略圖示)(S400)。
如上所述，關於設置在Z軸板71上部的視窗74識別設備30的位置並通報給控制部的過程，由於在對準塊73上形成有開口部73a，因此可以通過視窗塊72的通孔72a及開口部73a識別被抽吸到基板40上的設備30的位置，從而可以完成上述過程。
將所述設備30的座標值通報給控制部，且根據被抽吸到真空孔的設備30的座標值，如果基板位置調節單元50即2個X軸電機52a、52b沿相同方向驅動，則可動板54就沿X軸方向移動、如果Y軸電機53進行正向及逆向驅動，可動板54就沿Y軸方向移動、如果2個X軸電機52a、52b相互逆向驅動，則可動板54就沿著θ方向微移。因此，如圖6b所示，對準塊73推動設備30對位置進行修正，從而使其對準(S500)。
這是因為，在可動板54通過交叉滾子55沿X-Y軸方向微移的同時，還通過轉軸56沿θ方向輕微旋轉，從而可以實現。
如上所述，當設備30通過基板位置調節單元50沿X-Y-θ方向微移而對準時，更佳的是，在所述對準塊73的底面與基板40的上面隔開的狀態下，對設備30的位置進行修正。
其目的在於，預防當對準塊73的底面保持與基板40的上面連接的狀態移動並將設備30的位置對準時、因摩擦而產生顆粒(particle)。
通過上述操作，在對準塊73將設備30裹住的狀態下，使設備沿X-Y-θ方向微移，當完成被抽吸到基板40上的設備30的對準之後，在Z軸板71回歸到初始位置之前，如果視窗74通過視窗塊72的通孔72a及對準塊73的開口部73a再次確認已對準的設備30的位置並將結果通報給控制部，如果已經準確對準，就會使對準塊73的開口部73a內面從設備30隔開，然後Z軸板71上升並回歸到初始位置。如果沒有對準，就會通過上述操作實施設備30的再對準作業(S600、S700)。
可以理解的是，上述設備30的對準作業，每當設備30被載入到基板40上時就會使Y軸板20及X軸板60按照1個間距移動並相同地完成。
更佳地，如果通過上述操作對被抽吸到基板40的所有真空孔的設備30的位置進行修正而完成了對準，為了防止向測試儀(省略圖示)一側移動時因振動等而導致設備30的位置發生變化，就利用約50～100mm Hg的真空壓力對設備進行抽吸。
為了防止設備30在所述基板40上移動，而利用約50～100mm Hg的真空壓力對設備進行抽吸後，在使設備移動到測試儀一側之後，就會使被抽吸到基板40上的設備30的球形端子同時與測試儀的端子接觸，從而可以實施電學測試。
以上，參照附圖對本發明的實施例進行了說明。但是，具有本發明所屬技術領域一般知識的技術人員完全可以在不變更技術思想或者必要特徵的前提下通過其它的具體形態實施。
因此，以上列舉的實施例在所用層面都是示例性的，並非限定性的。在上述詳細說明中闡述的本發明範圍通過後述申請專利範圍體現，從申請專利範圍的意義、範圍以及其等價概念匯出的所有變更或變形的形態均包含在本發明的範圍之內。
10:底座 11:立柱 20:Y軸板 20a:LM導件 30:設備 40:基板 50:基板位置調節單元 51:安裝板 52a:X軸電機 52b:X軸電機 53:Y軸電機 54:可動板 55:交叉滾子 56:轉軸 60:X軸板 60a:LM導件 70:對準視窗組件 71:Z軸板 72:視窗塊 72a:通孔 73:對準塊 73a:開口部 74:視窗
圖1是本發明結構的立體圖。 圖2及圖3是圖1所示結構的前視圖及側視圖。 圖4是本發明基板位置調節單元的一個實施例的立體圖。 圖5a及圖5b是圖4所示結構的平面圖。 圖6a是本發明的對準塊將設備裹住狀態的平面圖。 圖6b是設備兩面與本發明的對準塊內周面接觸並對設備位置進行修正的狀態圖。 圖7是對本發明的對準方法進行說明的流程圖。
10:底座
11:立柱
20:Y軸板
20a:LM導件
30:設備
40:基板
50:基板位置調節單元
51:安裝板
52a:X軸電機
53:Y軸電機
54:可動板
55:交叉滾子
60:X軸板
60a:LM導件
70:對準視窗組件
71:Z軸板
72:視窗塊
72a:通孔
73:對準塊
74:視窗

Claims (9)

  1. 一種具有細間距的設備的對準裝置，其特徵在於，由以下部件構成： 底座(10)，其帶有立柱(11)； Y軸板(20)，其設置在所述底座(10)的上面，能夠沿Y軸方向按照1個間距移動； 基板(40)，其設置在所述Y軸板(20)的上面，在設備(30)的安放點分別形成有真空孔，在載入有設備(30)的狀態下，隨著施加真空壓力，以能夠微移的真空壓力對載入的設備(30)進行抽吸； 基板位置調節單元(50)，其設置在所述Y軸板(20)的上面，根據載入於基板(40)上的設備(30)的位置，使基板(40)沿X-Y-θ方向微移； X軸板(60)，其設置在所述底座(10)的立柱(11)上，沿X軸方向按照1個間距水準移動； Z軸板(71)，其設置在所述X軸板(60)上，沿Z軸升降； 視窗塊(72)，其設置在所述Z軸板(71)上，形成有通孔(72a)； 對準塊(73)，其設置在所述視窗塊(72)的下部，形成有開口部(73a)，以將抽吸在基板(40)上的設備(30)裹住；以及 視窗(74)，其設置在所述Z軸板(71)的上部，通過視窗塊(72)的通孔(72a)及開口部(73a)確認被抽吸在基板(40)上的設備(30)的位置並將座標值通報給控制部， 根據被抽吸到基板(40)上的設備(30)的座標值，在對準塊(73)下降而將設備(30)裹住的狀態下，通過基板位置調節單元(50)使基板(40)沿X-Y-θ方向微移，從而使設備(30)對準。
  2. 如請求項1之具有細間距的設備的對準裝置，其中， 所述基板位置調節單元(50)，由以下部件構成： 安裝板(51)，其固定在所述Y軸板(20)上； 一對X軸電機(52a)(52b)，其對向設置在所述安裝板(51)上； Y軸電機(53)，其以與所述X軸電機正交的方式設置在安裝板(51)上； 可動板(54)，其設置成通過所述X軸電機(52a)(52b)及Y軸電機(53)能夠沿X-Y-θ方向微移； 4個交叉滾子(55)，其設置在所述安裝板(51)與可動板(54)之間，使可動板(54)沿X-Y軸方向移動；以及 轉軸(56)，其使所述可動板(54)以能夠旋轉的方式與各個交叉滾子(55)結合。
  3. 如請求項1之具有細間距的設備的對準裝置，其中， 所述Y軸板(20)及X軸板(60)被線性馬達(Linear Motor，LM)導件(20a)(60a)引導從而做直線運動。
  4. 如請求項1之具有細間距的設備的對準裝置，其中， 在所述基板(40)內部設置有加熱器及冷卻管。
  5. 一種具有細間距的設備的對準方法，其特徵在於： 將設備(30)按次序載入到具有多個真空孔的基板(40)的上面的步驟； 在設備(30)被載入到所述基板(40)上的狀態下，隨著施加真空壓力，以能夠微移的真空壓力對載入的設備(30)進行抽吸的步驟； 位於所述基板(40)的上部的對準視窗組件(70)移動到想要對準的設備(30)的上部後下降的步驟； 在對準塊(73)將設備(30)裹住的狀態下，通過通孔(72a)及開口部(73a)利用視窗(74)確認設備(30)的位置並將座標值通報給控制部的步驟；以及 根據所述設備(30)的座標值，使基板(40)沿X-Y-θ方向微移，從而設備(30)被開口部(73a)的兩面引導並對準的步驟， 每當設備(30)被載入到基板(40)的上面時，使基板(40)沿X-Y軸方向按照1個間距移動，同時實施設備的對準。
  6. 如請求項5之具有細間距的設備的對準方法，其中， 在利用5～50mm Hg的壓力對所述設備(30)進行抽吸的狀態下，對準塊(73)對設備(30)的位置進行修正。
  7. 如請求項5之具有細間距的設備的對準方法，其中，進一步實施： 在完成所述設備(30)的對準之後，為防止設備(30)移動，再利用2次壓力進行抽吸的步驟。
  8. 如請求項7之具有細間距的設備的對準方法，其中， 所述2次壓力為50～100mm Hg。
  9. 如請求項5之具有細間距的設備的對準方法，其中， 當所述對準塊(73)對設備(30)的位置進行修正並完成對準之後，使開口部(73a)的內面從設備(30)隔開，然後對準塊(73)上升。
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