TWI775593B - 用於預燒測試之自動開蓋機構及預燒測試系統 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種用於預燒測試之自動開蓋機構及預燒測試系統，自動開蓋機構設置於一具有一半導體元件之針測座上，包括有一支撐架、一平移組件以及至少一下壓件。平移組件包括一驅動氣缸、一基座、一浮動壓座、一上蓋以及複數連接柱，驅動氣缸設置於支撐架，基座連接驅動氣缸之一驅動軸，浮動壓座穿設有複數連接柱，每一連接柱分別套設一彈簧，且每一連接柱之一端分別連接上蓋，浮動壓座穿設有複數滑柱，且每一滑柱之一端分別連接基座，驅動氣缸帶動基座、浮動壓座及上蓋產生線性位移。至少一下壓件設置於支撐架上，對應抵頂浮動壓座。

Description

用於預燒測試之自動開蓋機構及預燒測試系統

本發明係關於一種用於預燒測試之自動開蓋機構及預燒測試系統，尤指一種適用於半導體元件預燒測試之自動開蓋機構及預燒測試系統。

隨著科技的進步以及工業上的需要，使得半導體設計公司(IC Design house)必須設計及製造更複雜的晶片，例如整合複數顆不同功能的晶片於一顆IC之SOC晶片(System on Chip)或是高運算及控制能力的可程式化邏輯閘陣列(FPGA)晶片或5G通訊晶片等，這些高性能之晶片有共同的特色，就是須要供應大電流才能使其工作。由於大電流會產生大的功率消耗，因此這些晶片均會產生高熱，也因此使得這些晶片必須常常在高溫下工作。

為了確保上述高性能晶片能夠在製造過程中篩選出正常的晶片，所以在半導體廠完成晶片製造後，都會進行可靠度的測試，以目前所使用的方法而言，都是對這些晶片進行環境測試，例如晶片的操作壽命測試(Operational Life Tests；OLTs)，或稱之為預燒測試，這種測試方法是將這些晶片放入一個高溫爐體中，並以一些模擬的控制訊號輸入晶片，以模擬晶片在高溫環境下執行這些控制訊號的狀況，其目的是希望在製造過程中經由這些測試過程來發現不良品，以確保每一顆製造出的晶片都能符合設計地正常工作。

其中，在進行預燒測試時，會需要將晶片取放至一針測座上，並進行上蓋開啟或關閉之動作，過去曾利用單一機械手臂對於多個預燒測試座進行開關蓋的動作，但由於各個預燒測試座無法同步進行，機械手臂僅能接續動作，故影響測試效率，加上機械手臂的體積龐大，將影響無塵室空間使用效率。再者，過去也曾利用Z字形開蓋機構進行預燒測試之開關蓋動作，但因Z字形開蓋機構之施力點較不平均，故當與預燒測試座進行結合時，將造成受測晶片與上蓋結構之間單邊受力過大，而產生接觸壓力不均勻的問題。

發明人緣因於此，本於積極發明之精神，亟思一種可以解決上述問題之用於預燒測試之自動開蓋機構及預燒測試系統，幾經研究實驗終至完成本發明。

本發明之主要目的係在提供一種用於預燒測試之自動開蓋機構，藉由將下壓件改良為可充放氣之氣囊結構，並配合平移組件所產生之線性位移，俾能完成系統化之自動開蓋作業。再者，本發明可有效解決接觸壓力不均勻的問題及習知機械手臂缺乏效率之開關上蓋問題，優化測試流程。

為達成上述目的，本發明之用於預燒測試之自動開蓋機構設置於一具有一半導體元件之針測座上，包括有一支撐架、一平移組件以及至少一下壓件。平移組件包括一驅動氣缸、一基座、一浮動壓座、一上蓋以及複數連接柱，驅動氣缸設置於支撐架，基座連接驅動氣缸之一驅動軸，浮動壓座穿設有複數連接柱，每一連接柱分別套設一彈簧，且每一連接柱之一端分別連接上蓋，浮動壓座穿設有複數滑柱，且每一滑柱之一端分別連接基座，驅動氣缸帶動基座、浮動壓座及上蓋產生線性位移。至少一下壓件設置於支撐架上，對應抵頂浮動壓座。

藉由上述設計，本發明之自動開蓋機構可自動化地開啟或關閉上蓋，同時兼顧施力的均勻性及施作的重複性，且若要測試不同產品，僅需更換上蓋及針測座即可，不需重新製作自動開蓋機構，可減少零配件之開發成本及時間。

上述上蓋可內建有一加熱器及一冷卻通道。藉此，可調控上蓋的加熱溫度，同時避免高瓦數加熱溫度過高而適時降溫，以控制精準的預燒溫度。

上述下壓件可具有一可充放氣之氣囊結構，當氣囊結構充氣膨脹時，下壓浮動壓座，使上蓋閉合於針測座上，當氣囊結構放氣收縮時，遠離浮動壓座，使上蓋開啟於針測座上。

上述至少一下壓件可為二下壓件，分別設置於支撐架浮動壓座之兩側。藉此，讓充氣後之彈性氣囊以面接觸平均施力於浮動壓座，並帶動上蓋下壓於針測座，進而使上蓋可均勻下壓半導體元件。

上述下壓件抵頂浮動壓座，可致使浮動壓座滑移於複數連接柱，浮動壓座觸壓複數連接柱之每一彈簧壓縮，上蓋壓合針測座。

上述下壓件抵頂浮動壓座，可致使浮動壓座穿過複數滑柱浮動位移下降，引導上蓋壓合針測座。

上述基座可形成一中空開口，以容納部分上蓋。

上述自動開蓋機構可更包括一上升極限開關，設置於支撐架上，用以觸發上蓋之開蓋時機。藉此，當浮動壓座上升到一特定高度時，將抵觸上升極限開關，而使上蓋開啟。

上述自動開蓋機構可更包括一下降極限開關，設置於支撐架上，用以觸發上蓋之閉合時機。藉此，當浮動壓座與上蓋橫移回到針測座上方時，將抵觸下降極限開關，而使上蓋閉合。

上述驅動氣缸與支撐架分別設有一滑塊及一滑槽，該滑塊與該滑槽之間設有至少一滾珠，當下壓件抵頂浮動壓座時，滑塊、至少一滾珠與支撐架用以提供浮動壓座與基座一下壓支撐力。

本發明之另一目的係在提供一種預燒測試系統，包括有一預燒爐體、一控制器以及至少一預燒測試板。至少一預燒測試板與控制器電性連接，且至少一預燒測試板與控制器設置於預燒爐體中，其中至少一預燒測試板包括至少一自動開蓋機構，至少一自動開蓋機構設置於一具有一半導體元件之針測座上，至少一該自動開蓋機構包括有一支撐架、一平移組件以及至少一下壓件。平移組件包括一驅動氣缸、一基座、一浮動壓座、一上蓋以及複數連接柱，驅動氣缸設置於支撐架，基座連接驅動氣缸之一驅動軸，浮動壓座穿設有複數連接柱，每一連接柱分別套設一彈簧，且每一連接柱之一端分別連接上蓋，浮動壓座穿設有複數滑柱，且每一滑柱之一端分別連接基座，驅動氣缸帶動基座、浮動壓座及上蓋產生線性位移。至少一下壓件設置於支撐架上，對應抵頂浮動壓座。

藉由上述設計，本發明之預燒測試系統可適用於批次測試，將數個自動開蓋機構都配置於單一預燒測試板上，可同步進行開蓋、關蓋、取放半導體元件之作業流程，大幅減少開關上蓋及取放作業的時間，增進測試效率。

以上概述與接下來的詳細說明皆為示範性質是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。

請參閱圖1至圖5，其分別為本發明一較佳實施例之用於預燒測試之自動開蓋機構之立體圖、局部放大圖另一視角之立體圖、剖視圖以及下壓件及氣囊結構之立體圖。圖中出示一種用於預燒測試之自動開蓋機構1，設置於一具有一半導體元件11(可參考圖7)之針測座10上，包括有一支撐架2、一平移組件3以及二下壓件4，當自動開蓋機構1收到一控制器的控制訊號，用以控制平移組件3與下壓件4之作動時機。

在本實施例中，支撐架2包括有一下底座20、二側架201以及二上頂座202，二側架201固接於下底座20上，每一上頂座202分別固接於二側架201上。平移組件3包括二驅動氣缸31、一基座32、一浮動壓座33、一上蓋34、四連接柱36以及四滑柱37，二驅動氣缸31分別設置於下底座20，驅動氣缸31與下底座20分別設有一滑塊21及一滑槽22，滑塊21與滑槽22之間設有至少一滾珠23，滑塊21套設於驅動汽缸31，基座32固設於滑塊21上，故基座32可帶動滑塊21產生水平方向的線性位移，而滑塊21藉由滾珠23在下底座20之滑槽22內滑移，且滾珠23承載滑塊21並提供支撐力，可有效增加位移運動時之基座32維持穩定的水平狀態。當下壓件4抵頂浮動壓座33時，因浮動壓座33會將部分施力傳遞至基座32上，滑塊21、至少一滾珠23與下底座20用以提供浮動壓座33與基座32一下壓支撐力。基座32具有一中空開口321，以容納部分上蓋34，使上蓋34得以在基座32間進行開啟或閉合之動作。基座32係以一連接塊320連接驅動氣缸31之一驅動軸311，該驅動軸311可經由連接塊320帶動基座32產生水平方向的線性位移，浮動壓座33穿設有四連接柱36，該每一連接柱36分別套設一彈簧35，且每一連接柱36之一端分別連接上蓋34，另一端係以一連接柱止擋件361限制浮動壓座33之位移範圍。浮動壓座33另穿設有四滑柱37，且每一滑柱37之一端分別連接基座32，另一端係以一滑柱止擋件371限制浮動壓座33之位移範圍。驅動氣缸31可帶動基座32、浮動壓座33及上蓋34產生水平方向的線性位移，而浮動壓座33及上蓋34可相對基座32產生垂直方向的線性位移。

上蓋34內建有一加熱器341及一冷卻通道342，冷卻通道342在本實施例中係為一水流通道，可以管線外接一冷卻循環裝置(圖未示)，藉以調控上蓋34的加熱溫度，同時避免高瓦數(1000瓦)加熱溫度過高而適時降溫，以精準的控制預燒溫度。二下壓件4分別設置於浮動壓座33之兩側且位於上頂座202上，分別具有一可充放氣之氣囊結構41，對應抵頂浮動壓座33，讓充氣後之氣囊結構41以面接觸平均施力於浮動壓座33之兩側，使浮動壓座33水平的下降，進而壓縮套設於各連接柱36的彈簧35，使彈簧235施力於上蓋34，並帶動上蓋34下壓於針測座10，進而使上蓋34可均勻下壓半導體元件11，其中連接浮動壓座33及基座32之間的滑柱37進一步可以限制浮動壓座33的下壓時的水平度，避免浮動壓座33對上蓋34單側施力過大，造成半導體元件11的單邊受力過大。

請一併參閱圖6A及圖6B，其分別為本發明一較佳實施例之用於預燒測試之自動開蓋機構之閉合上蓋之側視圖以及開啟上蓋之側視圖。如圖6A所示，當氣囊結構41抵頂浮動壓座33時，將致使浮動壓座33向下滑移於複數連接柱36，浮動壓座33觸壓四連接柱36之每一彈簧35壓縮，使上蓋34壓合針測座10。在此同時，將致使浮動壓座33穿過四滑柱37浮動位移下降，引導上蓋34壓合針測座10。如圖6B所示，當氣囊結構41(可參考圖6A)未抵頂浮動壓座33時，將致使浮動壓座33向上滑移於複數連接柱36，浮動壓座33未觸壓四連接柱36之每一彈簧35放鬆，使上蓋34遠離針測座10。在此同時，將致使浮動壓座33穿過四滑柱37浮動位移上升，引導上蓋34遠離針測座10。

此外，本發明為了讓上蓋34可順利開啟與閉合，另於上頂座202上設置有一用以觸發該上蓋34之開蓋時機之上升極限開關51，以及一用以觸發該上蓋34之閉合時機之下降極限開關52。在本實施例中，所述上升極限開關51與下降極限開關52皆為一種極限開關，須分別對應配合一上升檔板511與一下降檔板521來使用，上升檔板511及下降檔板521係分別固設於浮動壓座33之兩側，但不以此為限，亦可為感測元件或電磁閥等開關元件。

請參閱圖7至圖9，其分別為本發明一較佳實施例之用於預燒測試之自動開蓋機構之閉合上蓋之作動圖。如圖7所示，將待測之半導體元件11置放於針測座10上。如圖8所示，當半導體元件11置放完成後，可透過預燒測試系統發出一控制訊號，使驅動氣缸31帶動浮動壓座33及上蓋34橫移回到針測座10之上方。如圖9所示，在此過程中，下降檔板521將抵觸下降極限開關52，即代表上蓋34已回到針測座10上方位置，而使二下壓件4開始充氣下壓浮動壓座33，帶動上蓋34閉合於針測座10上，進行後續預燒作業。

請參閱圖10至圖13，其分別為本發明一較佳實施例之用於預燒測試之自動開蓋機構之開啟上蓋之作動圖。如圖10所示，當預燒測試完成後，預燒測試系統發出一控制訊號，通知二下壓件4停止充氣下壓。如圖11所示，浮動壓座33連同上蓋34及上升檔板511上升，在此過程中，上升檔板511上升至一特定高度時將抵觸上升極限開關51，即代表此高度下可將上蓋34開啟。如圖12所示，驅動氣缸31帶動浮動壓座33及上蓋34橫移。如圖13所示，可配合取放機構將已測試之半導體元件11取出。

藉由上述設計，本發明之自動開蓋機構1可自動化地開啟或關閉上蓋34，同時兼顧施力的均勻性及施作的重複性，且若要測試不同產品，僅需更換上蓋34及針測座10即可，不需重新製作自動開蓋機構1，可減少零配件之開發成本及時間。

請參閱圖14及圖15，其分別為本發明一較佳實施例之預燒測試系統之立體圖以及方塊示意圖。圖中出示一種預燒測試系統6，其使用前述之用於預燒測試之自動開蓋機構1，預燒測試系統6主要包括有一預燒爐體61、一預燒測試板60、四組自動開蓋機構1及一控制器62，自動開蓋機構1設置於預燒測試板60上，預燒測試板60與控制器62電性連接，且預燒測試板60與控制器62設置於預燒爐體61中，並由控制器62發出訊號以同時控制各個自動開蓋機構1之開蓋及關蓋之作業時機。其中，當預燒測試系統6預燒完成時，對應的四組自動開蓋機構1將全部呈開啟狀態，從預燒爐體61取出預燒測試板60後，即可將預燒測試板60置入於取放裝置(圖未示)，用以取放針測座10上之半導體元件11。換言之，上述實施例可透過自動開蓋機構1將完成預燒作業的預燒測試板60，在預燒爐體61內完成四組自動開蓋機構1，在同一時間內完成全自動開啟的步驟，以加速後續半導體元件11的取放作業。藉由上述設計，本發明之預燒測試系統6可適用於批次測試，將數個自動開蓋機構1都配置於單一預燒測試板60上，可加速進行開蓋、關蓋及後續取放半導體元件11之作業流程，大幅減少開關上蓋34及取放作業的時間，增進測試效率。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

1:自動開蓋機構

10:針測座

11:半導體元件

2:支撐架

20:下底座

201:側架

202:上頂座

21:滑塊

22:滑槽

23:滾珠

3:平移組件

31:驅動氣缸

311:驅動軸

32:基座

320:連接塊

321:中空開口

33:浮動壓座

34:上蓋

341:加熱器

342:冷卻通道

35:彈簧

36:連接柱

361:連接柱止擋件

37:滑柱

371:滑柱止擋件

4:下壓件

41:氣囊結構

51:上升極限開關

511:上升檔板

52:下降極限開關

521:下降檔板

6:預燒測試系統

60:預燒測試板

61:預燒爐體

62:控制器

圖1係本發明一較佳實施例之用於預燒測試之自動開蓋機構之立體圖。 圖2係本發明一較佳實施例之用於預燒測試之自動開蓋機構之局部放大圖。 圖3係本發明一較佳實施例之用於預燒測試之自動開蓋機構之另一視角之立體圖。 圖4係本發明一較佳實施例之用於預燒測試之自動開蓋機構之剖視圖。 圖5係本發明一較佳實施例之用於預燒測試之自動開蓋機構之下壓件及氣囊結構之立體圖。 圖6A係本發明一較佳實施例之用於預燒測試之自動開蓋機構之閉合上蓋之側視圖。 圖6B係本發明一較佳實施例之用於預燒測試之自動開蓋機構之開啟上蓋之側視圖。 圖7至圖9係本發明一較佳實施例之用於預燒測試之自動開蓋機構之閉合上蓋之作動圖。 圖10至圖13係本發明一較佳實施例之用於預燒測試之自動開蓋機構之開啟上蓋之作動圖。 圖14係本發明一較佳實施例之預燒測試系統之立體圖。 圖15係本發明一較佳實施例之預燒測試系統之方塊示意圖。

1:自動開蓋機構

2:支撐架

20:下底座

201:側架

202:上頂座

3:平移組件

31:驅動氣缸

311:驅動軸

32:基座

320:連接塊

33:浮動壓座

34:上蓋

35:彈簧

36:連接柱

37:滑柱

4:下壓件

51:上升極限開關

511:上升檔板

52:下降極限開關

521:下降檔板

Claims (10)

1. 一種用於預燒測試之自動開蓋機構，設置於一具有一半導體元件之針測座上，包括有：一支撐架；一平移組件，包括一驅動氣缸、一基座、一浮動壓座、一上蓋以及複數連接柱，該驅動氣缸設置於該支撐架，該基座連接該驅動氣缸之一驅動軸，該浮動壓座穿設有該複數連接柱，該每一連接柱分別套設一彈簧，且該每一連接柱之一端分別連接該上蓋，該浮動壓座穿設有該複數滑柱，且該每一滑柱之一端分別連接該基座，該驅動氣缸帶動該基座、該浮動壓座及該上蓋產生線性位移；以及至少一下壓件，設置於該支撐架上，對應抵頂該浮動壓座，該至少一下壓件具有至少一可充放氣之氣囊結構，當該至少一氣囊結構充氣膨脹時，下壓該浮動壓座，使該上蓋閉合於該針測座上，當該至少一氣囊結構放氣收縮時，遠離該浮動壓座，使該上蓋開啟於該針測座上。
2. 如請求項1所述之用於預燒測試之自動開蓋機構，其中，該上蓋內建有一加熱器及一冷卻通道。
3. 如請求項1所述之用於預燒測試之自動開蓋機構，其中，該至少一下壓件係為二下壓件，分別設置於該浮動壓座之兩側。
4. 如請求項1所述之用於預燒測試之自動開蓋機構，其中，該下壓件抵頂該浮動壓座，致使該浮動壓座滑移於該複數連接柱，該浮動壓座觸壓該複數連接柱之該每一彈簧壓縮，該上蓋壓合該針測座。
5. 如請求項1所述之用於預燒測試之自動開蓋機構，其中，該下壓件抵頂該浮動壓座，致使該浮動壓座穿過該複數滑柱浮動位移下降，引導該上蓋壓合該針測座。
6. 如請求項1所述之用於預燒測試之自動開蓋機構，其中，該基座形成一中空開口，以容納部分該上蓋。
7. 如請求項1所述之用於預燒測試之自動開蓋機構，其更包括一上升極限開關，設置於該支撐架上，用以觸發該上蓋之開蓋時機。
8. 如請求項1所述之用於預燒測試之自動開蓋機構，其更包括一下降極限開關，設置於該支撐架上，用以觸發該上蓋之閉合時機。
9. 如請求項1所述之用於預燒測試之自動開蓋機構，其中，該驅動氣缸與該支撐架分別設有一滑塊及一滑槽，該滑塊與該滑槽之間設有至少一滾珠，當該下壓件抵頂該浮動壓座時，該滑塊、該至少一滾珠與該支撐架用以提供該浮動壓座與該基座一下壓支撐力。
10. 一種預燒測試系統，包括有：一預燒爐體；一控制器；以及至少一預燒測試板，至少一該預燒測試板與該控制器電性連接，且至少一該預燒測試板與該控制器設置於該預燒爐體中，其中至少一該預燒測試板包括至少一自動開蓋機構，至少一該自動開蓋機構設置於一具有一半導體元件之針測座上，至少一該自動開蓋機構包括有：一支撐架； 一平移組件，包括一驅動氣缸、一基座、一浮動壓座、一上蓋以及複數連接柱，該驅動氣缸設置於該支撐架，該基座連接該驅動氣缸之一驅動軸，該浮動壓座穿設有該複數連接柱，該每一連接柱分別套設一彈簧，且該每一連接柱之一端分別連接該上蓋，該浮動壓座穿設有該複數滑柱，且該每一滑柱之一端分別連接該基座，該驅動氣缸帶動該基座、該浮動壓座及該上蓋產生線性位移；以及至少一下壓件，設置於該支撐架上，對應抵頂該浮動壓座，該至少一下壓件具有至少一可充放氣之氣囊結構，當該至少一氣囊結構充氣膨脹時，下壓該浮動壓座，使該上蓋閉合於該針測座上，當該至少一氣囊結構放氣收縮時，遠離該浮動壓座，使該上蓋開啟於該針測座上。

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