TWI810967B - 電子元件檢測設備之溫度控制系統及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種電子元件檢測設備之溫度控制系統及其方法，主要包括測試座、溫控流體供給裝置及溫控流體回收裝置；其利用溫控流體供給裝置供給溫控流體至測試座之晶片容槽，並利用溫控流體回收裝置自晶片容槽內抽吸溫控流體。亦即，本發明將使溫控流體強制地流經裝載有電子元件之晶片容槽，以對電子元件及晶片容槽內的構件進行強制性的熱交換，達成恆溫檢測之目的，且測試完成後並可有效回收溫控流體，可避免汙染電子元件或檢測設備。另外，本發明也可單純作為電子元件和測試座的冷卻系統，可有效避免錫球因高溫所造成熔融之情形。

Description

電子元件檢測設備之溫度控制系統及其方法

本發明係關於一種電子元件檢測設備之溫度控制系統及其方法，尤指一種可對測試中的電子元件和檢測設備進行溫度控制之系統及其方法。

隨著晶片處理或運算功能越來越強大，晶片底面的接點數量越來越多，而檢測設備之測試座內的探針數量也必須隨之增多，且分布的密度也越來越密。再者，因為功能越趨複雜的關係，測試的時間越拉越長，且測試所需的功率也越來越大。據此，晶片進行測試時將產生高熱，且將直接傳導至晶片錫球和探針。

一般而言，錫球的熔點為180℃，不過當錫球溫度達到120℃時就開始逐漸軟化；另一方面，當測試時的功率達到900W至1000W時，錫球溫度也就會達到120℃。然而，根據現今的晶片測試規格，對於複雜功能的晶片而言，測試的功率常常會達到800W至2600W之間。因此，在測試過程中，時常發生錫球熔融而沾黏於探針上或錫球殘渣散佈於測試座內之情形；一段時間後，輕則導致測試失敗，嚴重者則會形成短路，造成晶片的毀損或設備故障。

此外，現有晶片檢測設備中常見的溫度控制系統係以壓測頭來調控晶片溫度的方式，也就是在壓測頭上設置一溫度控制器，而透過壓測頭接觸晶片，以讓溫度控制器來對晶片升溫或降溫。然而，由於晶片本身的材料具有熱阻的關係，而晶片於測試過程中所產生高溫將造成在厚度方向產生溫度梯度。以低溫測試為例，若晶片測試功率為1000W，而壓測頭之溫度控制器設定了-40℃的測試環境，而晶片的下表面有可能只會達到-5℃，形成相當大的溫度差，如此很容易影響測試的精確度。

由此可知，一種可有效、即時冷卻晶片、晶片錫球、測試座以及探針，並可用於營造半導體晶片測試設備全測試環境恆溫控制之溫度控制系統，實為產業界所殷殷期盼者。

本發明之主要目的係在提供一種電子元件檢測設備之溫度控制系統及其方法，俾能對電子元件、錫球、測試座以及探針進行溫度控制，除了可作為冷卻錫球和探針以避免發生錫球熔融的情形之外，亦可營造全測試環境之恆溫控制。

為達成上述目的，本發明一種電子元件檢測設備之溫度控制系統，主要包括測試座、溫控流體供給裝置及溫控流體回收裝置；測試座包括晶片容槽、至少一流體入口部及至少一流體出口部，流體入口部及流體出口部連通至晶片容槽；溫控流體供給裝置連通至測試座之流體入口部；溫控流體回收裝置連通至測試座之流體出口部。其中，當測試一電子元件時，電子元件容置於測試座之該晶片容槽，溫控流體供給裝置透過流體入口部而供給一溫控流體至晶片容槽，溫控流體回收裝置係透過流體出口部而自測試座之晶片容槽內抽吸溫控流體。

據此，在測試狀態中，本發明電子元件檢測設備之溫度控制系統可透過溫控流體供給裝置供應溫控流體至晶片容槽內，該溫控流體將可同時對電子元件、錫球、測試座以及探針進行溫度控制；例如對該等元件進行冷卻，進而可避免在測試過程中因高溫所造成錫球熔融之情形；另一方面，透過溫控流體可對電子元件進行溫度調節作用，即可進行高溫或低溫測試。更重要的是，本發明更透過溫控流體回收裝置抽吸而回收該溫控流體，可使溫控流體強制流動甚至強制循環，可有效控制晶片容槽內的溫控流體和電子元件的溫度，以實現恆溫調控。

為達成上述目的，本發明一種電子元件檢測設備之溫度控制方法，其包括以下步驟：一溫控流體供給裝置供給一溫控流體至一測試座之一晶片容槽；而晶片容槽內容置有一電子元件，且電子元件之下表面與晶片容槽界定出一容流空間；又，溫控流體流經容流空間；以及，溫控流體回收裝置自晶片容槽內抽吸溫控流體。

換言之，本發明所提供的方法將為電子元件檢測設備帶來一個全新型態的溫度控制方法，其利用溫控流體供給裝置供給溫控流體至測試座之晶片容槽，並利用溫控流體回收裝置自該晶片容槽內抽吸溫控流體；亦即，本發明之方法將使溫控流體強制地流經裝載有電子元件之晶片容槽，以對電子元件及晶片容槽內的構件進行強制性的熱交換，達成恆溫檢測之目的，且測試完成後並可有效回收該溫控流體，可避免異物汙染電子元件或檢測設備。

[用以實施發明的形態]

本發明電子元件檢測設備之溫度控制系統及其方法在本實施例中被詳細描述之前，要特別注意的是，以下的說明中，類似的元件將以相同的元件符號來表示。再者，本發明之圖式僅作為示意說明，其未必按比例繪製，且所有細節也未必全部呈現於圖式中。

請先參閱圖1及圖2，圖1係本發明系統一較佳實施例之配置示意圖，圖2係本發明系統一較佳實施例之架構示意圖；如圖中所示，本實施例之溫度控制系統主要包括一測試座2、一溫控流體供給裝置3、一溫控流體回收裝置4、一清掃氣體供給裝置5、一控制器6、一過濾模組7、一熱交換器8、一溫控流體槽9、一液氣電磁閥30以及一流體循環通道90；其中，測試座2、溫控流體供給裝置3、溫控流體回收裝置4、清掃氣體供給裝置5及液氣電磁閥30電性連接於控制器6。

再者，流體循環通道90連通於溫控流體供給裝置3與溫控流體回收裝置4之間，且過濾模組7、熱交換器8以及溫控流體槽9係連通至流體循環通道90。換言之，如圖1所示，整體設備構成一溫控流體的循環系統，即由溫控流體供給裝置3供給溫控流體至測試座2後，透過溫控流體回收裝置4自測試座2回收溫控流體，接著溫控流體沿流體循環通道90流經過濾模組7以過濾錫球熔融殘渣或其他異物後，進入熱交換器8以進一步降溫或升溫該溫控流體，最後進入溫控流體槽9，以便溫控流體供給裝置3汲取溫控流體。另外一提，本實施例之溫控流體為不導電的熱傳導液體，例如3M™ Novec™ 電子工程液。

另外，液氣電磁閥30包括二入口端301及一出口端302；而溫控流體供給裝置3與清掃氣體供給裝置5分別連通至該二入口端301，該出口端302連通至測試座2。亦即，液氣電磁閥30適於受控制器6之控制作動切換，使流體供給裝置3或清掃氣體供給裝置5連通至測試座2。

在本實施例中，整個循環系統中又設置有第一流量計F1、第二流量計F2、第一流體壓力計P1、第二流體壓力計P2以及第三流體壓力計P3；第一流量計F1設置於溫控流體供給裝置3與液氣電磁閥30之間，用於量測溫控流體供給裝置3所供給的溫控流體流量；第二流量計F2設置於熱交換器8與溫控流體槽9之間，用於量測實際回收的溫控流體流量，且透過比對第一流量計F1和第二流量計F2的量測結果便可得知有無發生溫控流體漏洩或阻塞流體循環通道90的情形。第一流體壓力計P1與第二流體壓力計P2分設於測試座2二側，用於分別監控進出測試座2之流體壓力；而第三流體壓力計P3則用於監測清掃氣體供給裝置5所供給之清掃氣體的氣體壓力。

請同時參閱圖3A、圖3B以及圖3C，圖3A係本發明測試座一較佳實施例之立體圖，圖3B係本發明測試座一較佳實施例之分解圖，圖3C係本發明測試座一較佳實施例之剖視圖。

本實施例之測試座2包括晶片容槽21、流體入口部22及流體出口部23；其中，流體入口部22包括二流體入口槽221與一第一通道223，流體出口部23包括二流體出口槽231與一第二通道233；二流體入口槽221與二流體出口槽231分設於晶片容槽21之相對應二側，並連通至晶片容槽21。此外，詳如圖3C所示，流體入口槽之槽底面222係與晶片容槽之槽底面210齊平，而流體出口槽之槽底面232在測試座2之厚度方向上係低於晶片容槽之槽底面210；亦即，流體出口槽231設置的略低於晶片容槽21，此將有助於排空晶片容槽21內的溫控流體。

此外，測試座2上又設置一對接板(docking plate)20，其由一定位片24、一流體入口架25及一流體出口架26所組成；定位片24為一方框金屬板，其開口正對位於晶片容槽21；定位片24之二對應側各設置一定位銷241，其供一壓測頭(圖中未示)對位。據此，當有製程轉換時，也就是變換待測物件時，只需要更換測試座2，對接板20將可適配於所有測試座2，相當有利於設備的改裝和維護。

又如圖中所示，流體入口架25及流體出口架26分設於測試座2之二相對應側，流體入口架25包括一流體入口通道201，流體出口架26包括一流體出口通道202，流體入口通道201又藉由流體入口部22的第一通道223連通至流體入口槽221，流體出口通道202又藉由流體出口部23的第二通道233連通至流體出口槽231。據此，溫控流體供給裝置3與清掃氣體供給裝置5可藉由流體入口通道201、第一通道223以及流體入口槽221連通至該晶片容槽21；同樣地，溫控流體回收裝置4可藉由流體出口通道202、第二通道233以及流體出口槽231連通至該晶片容槽21

以下說明本實施例之運作方式，請同時參閱圖1至圖3C，首先電子元件C被置於晶片容槽21內，而電子元件C之下表面與晶片容槽21界定出一容流空間LC，請見圖3C；接著，控制器6控制液氣電磁閥30使溫控流體供給裝置3導通至出口端302，並控制溫控流體供給裝置3供給溫控流體至容流空間LC；同時，控制器6並控制溫控流體回收裝置4自容流空間LC內抽吸溫控流體。當完成電子元件C之測試後，控制器6控制溫控流體供給裝置3停止供給溫控流體至容流空間LC，控制器6接著控制液氣電磁閥30使清掃氣體供給裝置5導通至出口端302，然而此時溫控流體回收裝置4自容流空間LC內持續抽吸溫控流體。

由此可知，在電子元件的測試過程中，一方面透過溫控流體供給裝置3持續推送溫控流體至容流空間LC，一方面透過溫控流體回收裝置4持續自容流空間LC抽吸溫控流體，藉此形成溫控流體的強制循環，而溫控流體在容流空間LC內對電子元件C之下表面、錫球、測試座以及探針進行熱交換。另一方面，由於容流空間LC內的溫控流體是不斷地被強制流動，故即便電子元件C的四環周側壁與晶片容槽21的四環周內側壁間未設置密封機制，溫控流體也不至於從電子元件C和晶片容槽21的側壁間隙外洩。

另外，當完成測試時，改由清掃氣體供給裝置5提供清掃氣體至容流空間LC，本實施例之清掃氣體供給裝置5可為廠區的統一供應的氣壓源，亦可為獨立空氣壓縮機。然而，透過將高壓的清掃氣體供給進入流體管路及晶片容槽21後，可將殘留的溫控流體驅趕進入回收管路，且溫控流體回收裝置4也將持續抽吸，以強制回收溫控流體。

進一步說明，在本實施例中，溫控流體回收裝置4被設定為常開，其中當溫控流體供給裝置3供給溫控流體至容流空間LC時，將可確保溫控流體的強制流動、循環。然而，當完成測試後，清掃氣體供給裝置5供給清掃氣體至容流空間LC的同時，溫控流體回收裝置4仍然維持運作狀態，如此將可確保容流空間LC內的所有溫控流體都能被完整回收。此外，由於本實施例之溫控流體回收裝置4採用膜片泵(Diaphragm pump)，因其具備良好自吸能力之特性，將可自然地持續吸走溫控流體，不論電子元件C或晶片容槽21都不會發生殘留液體的情況。

另一方面，由於電子元件C完成測試後與替換新的待測電子元件C間的時間相當短暫，甚至可能不到1秒；為此本發明提供另一變形實施例，亦即也可等待整批次的電子元件C測試完成之後，才啟動清掃氣體供給裝置5，讓清掃氣體從容流空間LC中強制地驅離溫控流體，並由溫控流體回收裝置4所回收。因此，在整批次電子元件的測試過程中，溫控流體供給裝置3和溫控流體回收裝置4是維持常開。

另外，在此一變形實施例中，由於溫控流體回收裝置4是不斷地持續抽吸溫控流體，故即便在完測電子元件C與待測電子元件C的替換取放過程中，仍可有效避免溫控流體從晶片容槽21溢出。更進而言之，如果為了完全避免溫控流體自晶片容槽21濺出，也可以當電子元件C測試完畢時，也就是取放完測電子元件C前，先使溫控流體供給裝置3暫停供給溫控流體，而當下一個待測電子元件C置入晶片容槽21後才使溫控流體供給裝置3重新啟動供給溫控流體；然而，在此一實施態樣中，溫控流體回收裝置4仍然是持續抽吸溫控流體。

以下說明本實施例實際運作之相關數據；在不經測試座2(By-pass socket)的情況下，溫控流體於晶片容槽21之入口溫度為22.9℃，出口溫度為23.1℃，溫度差只有0.2℃，故整個溫度控制系統帶走了2W的熱量；晶片容槽21入口的液體壓力為9kPa，出口的液體壓力為-32kPa。當裝載測試座2後，溫控流體以0.17 LPM流量進行循環時，溫控流體於晶片容槽21之入口溫度為23.1℃，出口溫度為26.6℃，溫度差有3.5℃；因此，於裝載測試座2，但尚未有測試負載的情況下，整個溫度控制系統帶走了7.8W的熱量；而晶片容槽21入口的液體壓力為3kPa，出口的液體壓力為-10kPa。

請同時參閱圖4A、圖4B、圖5A及圖5B，該等圖式分別以400W和600W兩種不同的測試負載，而在0.1LPM、0.2LPM及0.25LPM三種不同流量的情形下，分別呈現時間與晶片容槽入、出口溫度差的關係以及時間與熱負載之關係。由該等圖式可得知，流量越小，溫差越大，而系統帶走的熱量也越小；以400W的測試負載為例，溫控流體之流量為0.1LPM，入、出口的溫度差接近8℃，但只帶走了約25W的熱量；惟若溫控流體之流量提高至0.25PM，入、出口的溫度差降到了約6℃，但卻帶走了約50W的熱量。事實上，流量越大，入、出口的溫度差愈小，系統帶走的熱量越多，越有利於維持恆溫的測試環境。

請參閱圖6，其係本發明溫度控制系統另一較佳實施例之配置示意圖；本實施例額外搭配一壓測頭PH，其設置於測試座2上方，而且壓測頭PH還包括一熱控制單元(Thermal Control Unit)TCU，而熱控制單元TCU可為致冷裝置、電熱裝置、內部設有溫控流體循環管路之熱交換器、或其他可加熱或冷卻之等效裝置。當欲測試電子元件C時，壓測頭PH趨近測試座2並壓抵電子元件C，而熱控制單元TCU調控電子元件C之溫度至一特定溫度，例如-40℃。另一方面，在測試座2內之管道和容流空間LC內流通之溫控流體的溫度同樣設定為該特定溫度，也就是-40℃；據此，本實施例將可營造完全恆溫的測試環境，使電子元件C維持在恆定的測試溫度下進行測試，故將可獲得精準的測試結果。

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。

2:測試座

3:溫控流體供給裝置

4:溫控流體回收裝置

5:清掃氣體供給裝置

6:控制器

7:過濾模組

8:熱交換器

9:溫控流體槽

20:對接板

21:晶片容槽

22:流體入口部

23:流體出口部

24:定位片

25:流體入口架

26:流體出口架

30:液氣電磁閥

90:流體循環通道

201:流體入口通道

202:流體出口通道

210:晶片容槽之槽底面

221:流體入口槽

222:流體入口槽之槽底面

223:第一通道

231:流體出口槽

232:流體出口槽之槽底面

233:第二通道

301:入口端

302:出口端

C:電子元件

F1:第一流量計

F2:第二流量計

LC:容流空間

P1:第一流體壓力計

P2:第二流體壓力計

P3:第三流體壓力計

PH:壓測頭

TCU:熱控制單元

圖1係本發明溫度控制系統一較佳實施例之配置示意圖。 圖2係本發明溫度控制系統一較佳實施例之架構示意圖。 圖3A係本發明測試座一較佳實施例之立體圖。 圖3B係本發明測試座一較佳實施例之分解圖。 圖3C係本發明測試座一較佳實施例之剖視圖。 圖4A係顯示測試負載為400W的情況下三種不同溫控流體流量之時間與入、出口溫度差關係圖。 圖4B係顯示測試負載為600W的情況下三種不同溫控流體流量之時間與入、出口溫度差關係圖。 圖5A係顯示測試負載為400W的情況下三種不同溫控流體流量之時間與熱負載關係圖。 圖5B係顯示測試負載為600W的情況下三種不同溫控流體流量之時間與熱負載關係圖。 圖6係本發明溫度控制系統另一較佳實施例之配置示意圖。

2:測試座

3:溫控流體供給裝置

4:溫控流體回收裝置

5:清掃氣體供給裝置

7:過濾模組

8:熱交換器

9:溫控流體槽

22:流體入口部

23:流體出口部

30:液氣電磁閥

90:流體循環通道

301:入口端

302:出口端

F1:第一流量計

F2:第二流量計

P1:第一流體壓力計

P2:第二流體壓力計

P3:第三流體壓力計

Claims (10)

1. 一種電子元件檢測設備之溫度控制系統，其係包括： 一測試座，其包括一晶片容槽、至少一流體入口部及至少一流體出口部；該至少一流體入口部及該至少一流體出口部連通至該晶片容槽； 一溫控流體供給裝置，其係連通至該測試座之該至少一流體入口部；以及 一溫控流體回收裝置，其係連通至該測試座之該至少一流體出口部； 其中，當測試一電子元件時，該電子元件容置於該測試座之該晶片容槽，該溫控流體供給裝置透過該至少一流體入口部而供給一溫控流體至該晶片容槽，該溫控流體回收裝置係透過該至少一流體出口部而自該測試座之該晶片容槽內抽吸該溫控流體。
2. 如請求項1之溫度控制系統，其更包括一控制器，其電性連接該測試座、該溫控流體供給裝置及該溫控流體回收裝置；其中，當測試該電子元件時，該控制器控制該溫控流體供給裝置供給該溫控流體至該晶片容槽，並控制該溫控流體回收裝置自該測試座之該晶片容槽內抽吸該溫控流體；當完成該電子元件之測試後，該控制器控制該溫控流體供給裝置停止供給該溫控流體至該晶片容槽，並控制該溫控流體回收裝置自該測試座之該晶片容槽內持續抽吸該溫控流體。
3. 如請求項2之溫度控制系統，其更包括一清掃氣體供給裝置，其電性連接該控制器並連通至該測試座之該至少一流體入口部；當完成該電子元件之測試後，該控制器控制該溫控流體供給裝置停止供給該溫控流體至該晶片容槽，該控制器控制該清掃氣體供給裝置供給一清掃氣體至該晶片容槽，並控制該溫控流體回收裝置自該測試座之該晶片容槽內持續抽吸該溫控流體。
4. 如請求項3之溫度控制系統，其更包括一過濾模組、一熱交換器、一溫控流體槽以及一流體循環通道；該流體循環通道連通於該溫控流體供給裝置與該溫控流體回收裝置之間，該過濾模組、該熱交換器以及該溫控流體槽係連通至該流體循環通道。
5. 如請求項3之溫度控制系統，其更包括一液氣電磁閥，該液氣電磁閥包括二入口端及一出口端，並電性連接於該控制器；該溫控流體供給裝置與該清掃氣體供給裝置分別連通至該二入口端，該出口端連通至該測試座之該至少一流體入口部；其中，當測試該電子元件時，該控制器控制該液氣電磁閥使該溫控流體供給裝置導通至該出口端；當完成該電子元件之測試後，該控制器控制該液氣電磁閥使該清掃氣體供給裝置導通至該出口端。
6. 如請求項1之溫度控制系統，其更包括一對接板；該對接板組設於該測試座之上表面，並包括一流體入口通道及一流體出口通道，該溫控流體供給裝置與該至少一流體入口部分別連通至該流體入口通道之二端，該溫控流體回收裝置與該至少一流體出口部分別連通至該流體出口通道之二端。
7. 如請求項1之溫度控制系統，其中，該至少一流體入口部包括至少一流體入口槽，該至少一流體出口部包括至少一流體出口槽；該至少一流體入口槽之一槽底面係與該晶片容槽之一槽底面齊平，該至少一流體出口槽之一槽底面在該測試座之厚度方向上係低於該晶片容槽之該槽底面。
8. 如請求項1之溫度控制系統，其更包括一壓測頭，設置於該測試座上方，該壓測頭包括一熱控制單元；其中，當測試該電子元件時，該壓測頭趨近該測試座並壓抵該電子元件，該熱控制單元調控該電子元件之溫度至一特定溫度，該溫控流體之溫度為該特定溫度；當完成該電子元件之測試後，該壓測頭遠離該測試座。
9. 一種電子元件檢測設備之溫度控制方法，其包括以下步驟： (A)   一溫控流體供給裝置供給一溫控流體至一測試座之一晶片容槽；該晶片容槽內容置有一電子元件，該電子元件之下表面與該晶片容槽界定出一容流空間； (B)   該溫控流體流經該容流空間；以及 (C)   一溫控流體回收裝置自該晶片容槽內抽吸該溫控流體。
10. 如請求項9之溫度控制方法，其中，於步驟(C)之後更包括一步驟(D)，該溫控流體供給裝置停止供給該溫控流體至該晶片容槽，且一清掃氣體供給裝置供給一清掃氣體至該晶片容槽，而該溫控流體回收裝置自該晶片容槽內持續抽吸該溫控流體。