TWI827329B - 探針冷卻系統、冷卻方法及具備該系統之電子元件測試設備 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種探針冷卻系統、冷卻方法及具備該系統之電子元件測試設備，主要利用冷卻流體供應模組來實現探針的冷卻。當晶片插槽容置電子元件時，冷卻流體供應模組透過冷卻流體供給通道與槽入口供應冷卻流體至晶片插槽內，而冷卻流體流經探針後透過槽出口回流至冷卻流體排出通道。換言之，本發明利用冷卻流體對晶片插槽內探針進行冷卻，同時也將冷卻電子元件的底面及錫球接點，以避免錫球因高溫軟化或甚至熔融來汙染探針和晶片插槽。

Description

探針冷卻系統、冷卻方法及具備該系統之電子元件測試設備

本發明係關於一種適用在檢測電子元件時，對測試設備之探針進行冷卻之系統和方法，以及具備該系統之電子元件測試設備。

電子元件在出廠之前都必須經過測試，以確保該電子元件的品質。以晶片檢測為例，是先將晶片置入測試座，其中測試座底部設置有複數探針(pogo pings)，而晶片底面的錫球電性接觸該複數探針後即開始進行測試。

然而，隨著晶片功能越來越多，處理或運算作業越來越複雜，晶片底面的接點數量越來越多，而測試座內的探針數量也必須隨之增多。而且，隨著半導體製程的進步，晶片體積也越來越小，而測試座內的探針設置的密度也越來越密。再者，因為功能越趨複雜的關係，測試的時間越拉越長，且提供的功率也越來越大。據此，晶片進行測試時所產生的高熱，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。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。

[發明欲解決之課題]

本發明之主要目的係在提供一種探針冷卻系統、冷卻方法及具備該系統之電子元件測試設備，俾能降低測試座內之探針和電子元件之錫球接點的溫度，避免錫球熔融之情形發生。

為達成上述目的，本發明提供一種探針冷卻系統，其係用於冷卻晶片插槽內之探針，晶片插槽包括至少一槽入口及至少一槽出口，而該系統主要包括至少一冷卻流體供給通道、至少一冷卻流體排出通道以及一冷卻流體供應模組；而冷卻流體供給通道及冷卻流體排出通道係分別連通槽入口及槽出口；冷卻流體供應模組連通至冷卻流體供給通道。其中，當晶片插槽內容置電子元件時，冷卻流體供應模組透過冷卻流體供給通道與槽入口供應冷卻流體至晶片插槽內，而冷卻流體流經探針後透過槽出口流至冷卻流體排出通道。

換言之，本發明主要利用冷卻氣體或冷卻液作為冷卻流體，來對晶片插槽內探針進行冷卻，同時也將對電子元件的底面、以及底面側的錫球接點進行冷卻，藉此可於測試過程中冷卻處於高溫狀態的探針和錫球，以避免錫球因高溫軟化或甚至熔融來汙染探針和晶片插槽；甚至，也可藉此冷卻電子元件來維持測試溫度。

除此之外，本發明可更包括一清掃氣體供應模組，其連通槽入口；當停止供應冷卻流體後，清掃氣體供應模組透過槽入口向晶片插槽內供給清掃氣體以驅使冷卻流體流到至少一冷卻流體排出通道。換言之，當測試完成並停止供應冷卻流體至晶片插槽內時，本發明又利用清掃氣體供應模組來清除殘留於晶片插槽內或電子元件上的冷卻流體，以使電子元件和晶片插槽維持潔淨、乾燥，同時也將該殘留冷卻流體回收再利用。

為達成前述目的，本發明提供一種電子元件測試設備，其具備了如前段所述之探針冷卻系統、壓接頭、測試座以及主控制器；該主控制器電性連接於壓接頭、測試座與冷卻流體供應模組；晶片插槽係形成於測試座之上表面，壓接頭係設置於測試座上方，並受主控制器之控制而可選擇地趨近或遠離測試座；當晶片插槽內容置電子元件時，控制器控制壓接頭壓抵電子元件，並控制冷卻流體供應模組供應冷卻流體至測試座之晶片插槽。據此，本發明可透過一主控制器達成全自動化運作，可顯著提升測試效率。

為達成前述目的，本發明提供一種探針之冷卻方法，其主要包括以下步驟：首先，放置電子元件至晶片插槽內，而晶片插槽之底面包括至少一探針；再者，冷卻流體供應模組透過至少一冷卻流體供給通道提供一冷卻流體至晶片插槽內，而冷卻流體流經至少一探針後透過至少一冷卻流體排出通道而自該晶片插槽排出；接著，停止提供冷卻流體至晶片插槽內。

因此，本發明所提供之探針之冷卻方法係以冷卻氣體或冷卻液來作為冷卻流體，而對晶片插槽內的探針和電子元件的錫球進行冷卻；且利用電子元件置入晶片插槽後所形成之密閉的冷卻空間，其與冷卻流體供給通道和冷卻流體排出通道構成一密閉迴路，藉以使冷卻流體不斷地流動，提升冷卻效果。

此外，本發明在停止提供冷卻流體後，可透過一清掃氣體供應模組向晶片插槽內供給一清掃氣體以驅使冷卻流體流回冷卻流體排出通道。也就是說，可另外透過清掃氣體供應模組提供高壓氣體，藉此迫使冷卻空間內所殘留之冷卻流體回流到冷卻流體排出通道，可有效避免冷卻流體汙染電子元件和晶片插槽。

[用以實施發明的形態]

本發明探針冷卻系統、冷卻方法及具備該系統之電子元件測試設備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。而本發明所應用的測試設備常見的包括但不限於：半導體晶片測試設備、系統級自動測試設備等。

請先參閱圖1，其係本發明採液冷方式之探針冷卻系統的示意圖；如圖中所示，本實施例之探針冷卻系統主要是用於冷卻測試座(Socket)之晶片插槽S內的探針Sp和電子元件C之錫球接點(請見圖2A)，而晶片插槽S包括多個槽入口Sin及多個槽出口Sout，且本實施例之探針冷卻系統採用液冷系統，其主要包括一冷卻流體供應模組2、一冷卻流體供給通道21、一冷卻流體排出通道22、一清掃氣體供應模組3、一切換模組4及一主控制器5。其中，冷卻流體供應模組2又包括一冷卻流體Lc、一泵23、一儲液桶24、一散熱器25、一過濾器26以及一冷卻流體管路27。

再者，如圖中所顯示，冷卻流體供給通道21與冷卻流體排出通道22係分設於冷卻流體管路27之二端；且按照流體循環流動方向，在冷卻流體管路27上從冷卻流體排出通道22起依序設置過濾器26、散熱器25、儲液桶24、泵23以及冷卻流體供給通道21。其中，過濾器26係用於過濾冷卻流體Lc內的錫球碎屑、灰塵等雜質，而散熱器(radiator)25係用於對冷卻流體Lc排熱，其可透過迂迴的管道和散熱鰭片來降低冷卻流體Lc之溫度，也可搭配風扇產生強制對流，提升散熱效果。

另外，儲液桶24則用於儲存循環用的冷卻流體Lc，而泵23則用於泵送冷卻流體Lc，而強制地使冷卻流體Lc形成循環流動。此外，切換模組4可為一電磁控制閥，其包括二入口端41及一出口端42。本實施例之清掃氣體供應模組3則包括一氣壓源通道32，其一端連通至一氣壓源Sa，另一端連通至切換模組4之入口端41其中之一；又，冷卻流體供給通道21則連通至切換模組4之入口端41其中另一。另一方面，切換模組4之出口端42則連通槽入口Sin，其中切換模組4受控而切換使冷卻流體供給通道21或氣壓源通道32導通至槽入口Sin。

再且，圖中另顯示一主控制器5，其可為整個電子元件測試設備的主控制器，也就是控制包括入料、測試、分料、出料、以及溫度控制等整體設備的主控制器，其可以是具備處理器、記憶體、儲存媒體以及其他電腦硬體零組件之工業電腦；主控制器5電性連接於冷卻流體供應模組2、清掃氣體供應模組3以及切換模組4，而主控制器5可用於控制切換模組4，使冷卻流體供給通道21導通至槽入口Sin，讓冷卻流體供應模組供應冷卻流體Lc至晶片插槽S內；或者，使氣壓源通道32導通至槽入口Sin，而讓清掃氣體供應模組3向晶片插槽S內供給一清掃氣體。

請一併參閱圖1、圖2A和圖2B，圖2A係本發明一較佳實施例供給冷卻流體之示意圖，圖2B係本發明一較佳實施例供給清掃氣體之示意圖。本實施例電子元件測試設備除了包括前述主要構件之外，還包括壓接頭Ph及測試座SI，而晶片插槽S係形成於測試座SI之上表面，且壓接頭Ph設置於測試座SI上方，並可受主控制器5之控制而可選擇地趨近或遠離測試座SI。

以下詳細說明本實施例電子元件測試設備之測試和冷卻流程，首先，由壓接頭Ph移載一待測電子元件C並置於晶片插槽S內；此時，電子元件C之下表面、晶片插槽S之底面以及晶片插槽S之四周側壁共同定義一冷卻空間Sc，如圖2A所示。又如該圖中所示，在該冷卻空間Sc內，由於壓接頭Ph持續壓持電子元件C，故電子元件C底面之錫球接點Cb已經電性接觸晶片插槽S之底面的探針Sp，而且槽入口Sin和槽出口Sout也連通到該冷卻空間Sc。

接著，主控制器5啟動泵23，並控制切換模組4而使冷卻流體供給通道21導通至槽入口Sin；而在泵23啟動運轉之後，泵23便自儲液桶24汲取冷卻流體Lc，而透過冷卻流體供給通道21與槽入口Sin供應冷卻流體Lc至冷卻空間Sc內。此時，由於泵23不斷地運轉，使冷卻流體Lc持續地被泵送到冷卻空間Sc，而逐漸佔滿整個冷卻空間Sc，並流往槽出口Sout，而流入冷卻流體排出通道22，即如圖2A所示。

進入冷卻流體排出通道22後的冷卻流體Lc依序通過過濾器26和散熱器25，最後又回到儲液桶24，藉此構成一冷卻流體Lc的循環迴路。其中，過濾器26將冷卻流體Lc中所摻雜的錫球碎屑或灰塵等異物濾除；而散熱器25則透過熱交換的方式排出冷卻流體Lc中的熱量。在其他實施例中，例如低溫測試時，散熱器25也可以替換成冷卻器，來進一步降低冷卻流體Lc的溫度，以確保電子元件處於低溫的測試環境。

接著，便可對電子元件C進行測試，而在整個測試過程中，泵23還是持續運轉，使冷卻流體Lc流經晶片插槽S內的探針Sp以及電子元件C之錫球接點Cb，進而可以持續帶走測試時所產生的熱量，以降低探針Sp、錫球接點Cb、甚至電子元件C之溫度。

當測試完畢，主控制器5停止泵23的運轉，也就是冷卻流體供應模組2停止供應冷卻流體Lc到冷卻空間Sc內。接著，主控制器5控制切換模組4作動，使氣壓源通道32導通至槽入口Sin；此時，由於氣壓源Sa提供高於一大氣壓之空氣，故當切換模組4作動切換時，高壓空氣作為清掃氣體進入冷卻空間Sc內，而清掃氣體吹送冷卻空間Sc內所殘留的冷卻流體Lc，使殘餘的冷卻流體Lc進入槽出口Sout，並流入冷卻流體排出通道22，使之回收再利用，即如圖2B所示。

於清掃氣體供應模組3持續向晶片插槽S內供給清掃氣體一段時間後，整個晶片插槽S(包括探針Sp)、以及電子元件C之底面(包括錫球接點Cb)都已被清潔乾淨。最後，壓接頭Ph便可以將完測的電子元件C自晶片插槽S內取出，並重新置入另一待測的電子元件C。另外一提，本實施例冷卻流體Lc為不導電的熱傳導液體，例如3M™ Novec™ 電子工程液，所以不會造成探針Sp和錫球接點Cb之間的短路。

請同時參閱圖3A及圖3B，圖3A係本發明之冷卻流體供應模組的第一實施例之示意圖，圖3B係本發明之冷卻流體供應模組的第二實施例之示意圖。以下說明本發明之冷卻流體供應模組的第一、二實施例，第一實施例採用二個槽入口Sin及二個槽出口Sout，其分別設置於晶片插槽S之二相對應側壁上；而第二實施例採用三個槽入口Sin及三個槽出口Sout，其同樣分別設置於晶片插槽S之二相對應側壁上。

經過電腦軟體模擬第一、二實施例，請一併參閱圖4A、圖4B、圖5A、及圖5B，第二實施例所提供三進三出的模式，流體壓力是沿著流動方向很均勻地遞減，如圖4B所示；相較之下，第一實施例之二進二出的模式，在槽入口Sin處呈現較高的流體壓力，在槽出口Sout處呈現較低的流體壓力，並非均勻遞減。

另外，從流體速度來看，如圖5B所示，在第二實施例中，整個流體速度也是相當均勻，只有在介於兩個槽入口Sin之間的區域和介於兩個槽出口Sout之間的區域中流體速度略低。然而，第一實施例除了前述入口處之間和出口處之間的區域之外，在四個角落處的速度也較低，如圖5A所示，此表示四個角落處的液體的流動性較差。

請同時參閱圖6，其係本發明之冷卻流體供應模組的第一、二實施例中冷卻流體流量與探針升溫之關係圖。如圖6中所示，上方虛線示呈現第一實施例之溫度和流量關係，而在冷卻流體流量約為0.092LPM時，第一實施例就可以控制探針和錫球接點溫度升高的溫度差維持在工作溫度(約50度)。另一方面，下方實線則呈現第二實施例之溫度模擬，由圖上可以清楚看出，第二實施例之三進三出的模式降溫效果更佳。

請參閱圖7，其係本發明採氣冷方式之探針冷卻系統的示意圖；本實施例係以冷卻氣體作為冷卻流體，冷卻氣體可以是空氣、氮氣、氬氣或氦氣。如圖所示，本實施例主要包括一冷卻氣體供應模組6、一切換模組4、一過濾器26及一主控制器5。在本實施例中，冷卻氣體供應模組6為一液態氮鋼瓶，其經由切換模組4連通到晶片插槽S；在本發明其他的實施態樣中，如果沒有低溫測試或低溫冷卻的需求，冷卻氣體供應模組6也可以是廠區的氣壓源，亦即直接以高壓空氣作為冷卻器體。主控制器5電性連接切換模組4，故主控制器5可控制切換模組4，進而控制冷卻氣體經由槽入口Sin而供應晶片插槽S。另外，冷卻氣體經由槽出口Sout流出晶片插槽S，並流經過濾器26後可直接排至大氣中。

據此，本發明之探針冷卻系統不僅可使用液體作為冷卻流體，亦可使用氣體作為冷卻流體；且當使用冷卻氣體時，無須考慮到流體的回收機制，因氣體不會造成電子器件的汙染，也不會導電形成短路，且直接附隨了清潔效果。

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:冷卻流體供應模組 3:清掃氣體供應模組 4:切換模組 5:主控制器 6:冷卻氣體供應模組 21:冷卻流體供給通道 22:冷卻流體排出通道 23:泵 24:儲液桶 25:散熱器 26:過濾器 27:冷卻流體管路 32:氣壓源通道 41:入口端 42:出口端 C:電子元件 Cb:錫球接點 Lc:冷卻流體 Sa:氣壓源 S:晶片插槽 Sc:冷卻空間 SI:測試座 Sin:槽入口 Sout:槽出口 Sp:探針 Ph:壓接頭

圖1係本發明採液冷方式之探針冷卻系統的示意圖。 圖2A係本發明一較佳實施例供給冷卻流體之示意圖。 圖2B係本發明一較佳實施例供給清掃氣體之示意圖。 圖3A係本發明之冷卻流體供應模組的第一實施例之示意圖。 圖3B係本發明之冷卻流體供應模組的第二實施例之示意圖。 圖4A係本發明之冷卻流體供應模組的第一實施例冷卻流體流體壓力分析圖。 圖4B係本發明之冷卻流體供應模組的第二實施例冷卻流體流體壓力分析圖。 圖5A係本發明之冷卻流體供應模組的第一實施例冷卻流體流體速度分析圖。 圖5B係本發明之冷卻流體供應模組的第二實施例冷卻流體流體速度分析圖。 圖6係本發明之冷卻流體供應模組的第一、二實施例中冷卻流體流量與探針升溫之關係圖。 圖7係本發明採氣冷方式之探針冷卻系統的示意圖。

2:冷卻流體供應模組

3:清掃氣體供應模組

4:切換模組

5:主控制器

21:冷卻流體供給通道

22:冷卻流體排出通道

23:泵

24:儲液桶

25:散熱器

26:過濾器

27:冷卻流體管路

32:氣壓源通道

41:入口端

42:出口端

Lc:冷卻流體

Sa:氣壓源

S:晶片插槽

Sin:槽入口

Sout:槽出口

Claims (10)

1. 一種探針冷卻系統，其係至少用於冷卻一晶片插槽內之探針，該晶片插槽包括至少一槽入口及至少一槽出口，該系統包括： 至少一冷卻流體供給通道、至少一冷卻流體排出通道以及一冷卻流體供應模組；該至少一冷卻流體供給通道及該至少一冷卻流體排出通道係分別連通該至少一槽入口及該至少一槽出口；該冷卻流體供應模組連通至該至少一冷卻流體供給通道； 其中，當該晶片插槽內容置一電子元件時，該冷卻流體供應模組透過該至少一冷卻流體供給通道與該至少一槽入口供應一冷卻流體至該晶片插槽內，該冷卻流體流經該探針後透過該至少一槽出口流至該至少一冷卻流體排出通道。
2. 如請求項1之探針冷卻系統，其中，該冷卻流體供應模組包括一泵、一儲液桶、一散熱器、一過濾器、及一冷卻流體管路；該至少一冷卻流體供給通道與該至少一冷卻流體排出通道係分設於該冷卻流體管路之二端，該泵、該儲液桶、該散熱器及該過濾器係組設於該冷卻流體管路上。
3. 如請求項1之探針冷卻系統，其更包括一清掃氣體供應模組，其連通該至少一槽入口；當停止供應該冷卻流體後，該清掃氣體供應模組透過該至少一槽入口向該晶片插槽內供給一清掃氣體以驅使該冷卻流體流到該至少一冷卻流體排出通道。
4. 如請求項3之探針冷卻系統，其更包括一切換模組，該切換模組包括二入口端及一出口端；該清掃氣體供應模組包括一氣壓源通道，其一端連通至一氣壓源，另一端連通至該切換模組之該二入口端其中之一；該至少一冷卻流體供給通道連通至該切換模組之該二入口端的其中另一；該切換模組之該出口端連通該至少一槽入口；該切換模組係用於切換使該至少一冷卻流體供給通道或該氣壓源通道導通至該至少一槽入口。
5. 如請求項1之探針冷卻系統，其中，當該電子元件容置於該晶片插槽，該電子元件之下表面、該晶片插槽之底面以及該晶片插槽之四周側壁共同定義一冷卻空間；該冷卻流體供應模組係供應該冷卻流體至該冷卻空間內。
6. 如請求項1之探針冷卻系統，其中，冷卻流體供應模組係為一冷卻氣體供應模組，其供應一冷卻氣體以作為該冷卻流體。
7. 一種具備探針冷卻系統之電子元件測試設備，其包括如請求項1至6中任一項所述之探針冷卻系統、一壓接頭、一測試座以及一主控制器，該主控制器電性連接於該壓接頭、該測試座與該冷卻流體供應模組；該晶片插槽係形成於該測試座之上表面，該壓接頭係設置於該測試座上方，並受該主控制器之控制而可選擇地趨近或遠離該測試座；當該晶片插槽內容置該電子元件時，該控制器控制該壓接頭壓抵該電子元件，並控制該冷卻流體供應模組供應該冷卻流體至該測試座之該晶片插槽。
8. 一種探針之冷卻方法，包括以下步驟： (A) 放置一電子元件至一晶片插槽內，該晶片插槽之底面包括至少一探針； (B) 一冷卻流體供應模組透過至少一冷卻流體供給通道提供一冷卻流體至該晶片插槽內，該冷卻流體流經該至少一探針後透過至少一冷卻流體排出通道而自該晶片插槽排出；以及 (C) 停止提供該冷卻流體至該晶片插槽內。
9. 如請求項8之冷卻方法，其中，於該步驟(A)中，該電子元件之下表面、該晶片插槽之底面以及該晶片插槽之四周側壁共同定義一冷卻空間；於該步驟(B)中，該冷卻流體供應模組透過該至少一冷卻流體供給通道提供該冷卻流體至該冷卻空間內；於該步驟(C)後更包括一步驟(D)，透過一清掃氣體供應模組向該晶片插槽內供給一清掃氣體以驅使該冷卻流體流至該至少一冷卻流體排出通道。
10. 如請求項8之冷卻方法，其中，該冷卻流體供應模組為一冷卻氣體供應模組；於該步驟(B)中，該冷卻氣體供應模組提供一冷卻氣體以作為該冷卻流體而供應至該晶片插槽內；當該冷卻氣體流經該至少一探針後，流入該至少一冷卻流體排出通道，並流經一過濾器而排至大氣中。