TW201831911A - 用於細間距封裝測試之測試座 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種用於細間距封裝測試之測試座，包含：測試針套件，包括測試針上部套件、測試針中間套件以及測試針底部套件，其中試針上部套件具有第一穿孔，測試針中間套件具有第二穿孔，而測試針底部套件具有第三穿孔；以及測試針，包含前端部分、彎曲部分與後端部分，該彎曲部分連接前端部分與後端部分；其中該前端部分穿過第一穿孔以利於電性耦合影像感測晶片，而該後端部分穿過第二穿孔與第三穿孔。
Description
本發明有關於一種半導體元件之測試座，更詳而言之，其為一種用於細間距封裝測試之測試座。
隨著時代的進步，人類對科技產品的需求已越來越高，在產品保持輕薄短小的原則下，功能需求卻只增不減。在對於功能增強但體積縮小的情形下，電子電路已逐漸走向積體化。在製作有著強大功能的晶片時，所需的製作成本也隨之提高。對於這些昂貴的晶片而言，品質管制的要求也必須越來越高。
影像感測晶片，例如互補式金屬氧化層半導體影像感測晶片(CMOS image sensor)或電荷耦合元件(CCD)等，在經過封裝之後，仍須進行最終測試。
隨著數位相機、行動電話、平板電腦、筆記型電腦、車用攝像頭以及各式監視器等大量普及，造就了攝像裝置龐大的需求規模，也逐步地提升影像感測器測試領域的蓬勃發展。
在準備出廠的影像感測晶片中，都一定要經過產品的檢測。傳統方法上，為了測試這些精密的影像感測晶片元件，待測晶片將焊接於測試電路板之上。然而，待測晶片焊接於測試電路板之上，測試完成之後難以取下，易使該待測晶片變成耗材，產生多餘的成本。此外，待測晶片於焊接時，常造成接腳折損，亦造成不必要的浪費。
另一方面，封裝完成的積體電路必須作電性測試，方可確保晶片的品質。以半導體封裝廠來說，由於其生產量大，必須使用能快速測試之晶片測試系統。對於後續下游的電器製造商來說，由於晶片的使用數量相對來說明顯較少，在組裝前仍然必須先作測試以將可能的不良品篩選出來，藉以降低成品或製程中的半成品之不良率，而可降低整體的製造成本。
一般傳統的半導體元件測試座配備有測試針以電性連接封裝元件以及測試電路板，使得待測晶片可以進行測試。目前半導體元件的測試針大部分都採用所謂的彈簧探針(pogo pin測試針)，其又稱為彈簧連接器(spring-loaded connector)。意即，一般的測試座結構之設計係適用於彈簧探針的測試結構，並且彈簧探針係用以訊號連接封裝元件以及測試電路板。彈簧探針是一種由針軸(plunger)、彈簧(spring)、針管(tube)三個基本部件通過精密儀器鉚壓之後所形成的彈簧式探針，其內部有一個精密的彈簧結構。由於彈簧探針是一個很精細的探針，所以應用在精密連接器中可以降低連接器的重量以及外觀的體積。對於細間距封裝結構的測試，測試的彈簧探針結構大小取決於封裝的錫球(solder ball)或測試墊間距(test pad pitch)的大小而定。對於醫學用的晶片而言，晶片封裝結構之焊接球間距大約為205微米，則需要使用微間距的彈簧探針以用於測試座。根據焊接球間距與測試座機械空間，適當的彈簧探針之桶直徑(barrel diameter)僅約為150微米，而針軸直徑(plunger diameter)僅約為80微米。因此，微間距彈簧探針具有成本高、使用期短的缺點。所以於封裝測試之中採用微間距彈簧探針會使整體的測試成本提高。並且，相對的測試板也要隨著封裝結構的間距而調整其測試墊佈局。由於較低的製造良率，測試板的成本將變得更高。
上述傳統的多晶片測試座結構具有諸多缺點與問題。因此，為了改善上述缺點，本發明改進現有的測試座結構，進一步提出一具有產業利用之發明；其將詳述於後。
本發明之目的在於提供一種用於細間距封裝測試之測試座。
為達上揭以及其他目的，本發明提供一種用於細間距封裝測試之測試座，包含：測試針套件，包括測試針上部套件、測試針中間套件以及測試針底部套件，其中試針上部套件具有第一穿孔，測試針中間套件具有第二穿孔，而測試針底部套件具有第三穿孔；以及測試針，包含前端部分、彎曲部分與後端部分，該彎曲部分連接前端部分與後端部分；其中該前端部分穿過第一穿孔以利於電性耦合影像感測晶片，而該後端部分穿過第二穿孔與第三穿孔。
上述測試座更包括一浮置板，以利於晶片封裝結構位於其中。
上述測試座更包括一彈性件，其中該彈性件配置於浮置板之下凹 槽與測試針上部套件之上凹槽之間。
上述測試座更包括一測試板，其中該測試針之後端部分穿過第二穿孔與第三穿孔以電性連接該測試板之焊接墊。
其中該測試針底部套件配置於測試板之上。
上述測試座更包括一測試座基座框架配置於該測試板之上。
上述測試座更包括一測試座基座上蓋配置於該測試座基座框架之上。
其中相鄰的測試針之該前端部分具有第一間距，而相鄰的該測試針之後端部分具有第二間距。其中第二間距大於第一間距。
其中第二穿孔係對準第三穿孔。
此些優點及其他優點從以下較佳實施例之敘述及申請專利範圍將使讀者得以清楚了解本發明。
10‧‧‧測試座基座構件
20‧‧‧測試座蓋件
22‧‧‧透鏡架
24‧‧‧透鏡
26‧‧‧工作壓件
30‧‧‧晶片封裝結構
32‧‧‧影像感測晶片
34‧‧‧焊接球
100‧‧‧彈性體探針
101‧‧‧彈性體探針之垂直長度
110‧‧‧彈性件
120‧‧‧測試板
122‧‧‧焊接墊
130‧‧‧測試針上部套件
130a、132a、134a‧‧‧穿孔
130b、134b‧‧‧上凹槽
130c‧‧‧下凹槽
132‧‧‧測試針中間套件
134‧‧‧測試針底部套件
140‧‧‧測試座基座框架
150‧‧‧浮置板
152‧‧‧上凹槽
154‧‧‧下凹槽
160‧‧‧測試座基座上蓋
180‧‧‧圓虛線
182‧‧‧圓虛線
如下所述之對本發明的詳細描述與實施例之示意圖，應使本發明更被充分地理解；然而，應可理解此僅限於作為理解本發明應用之參考，而非限制本發明於一特定實施例之中。
第一圖係顯示本發明之用於測試影像感測晶片之測試機構之示意圖。
第二圖係顯示本發明之用於測試影像感測晶片之測試機構之示意圖。
第三圖A係顯示本發明之用於測試影像感測晶片之初始狀態之測試座之截面示意圖。
第三圖B係顯示本發明之用於測試影像感測晶片之測試(接觸)狀態之測試座之截面示意圖。
此處本發明將針對發明具體實施例及其觀點加以詳細描述，此類描述為解釋本發明之結構或步驟流程，其係供以說明之用而非用以限制本發明之申請專利範圍。因此，除說明書中之具體實施例與較佳實施例外，本發明亦可廣泛施行於其他不同的實施例中。以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可藉由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明 之功效性與其優點。且本發明亦可藉由其他具體實施例加以運用及實施，本說明書所闡述之各項細節亦可基於不同需求而應用，且在不悖離本發明之精神下進行各種不同的修飾或變更。
說明書中所述一實施例指的是一特定被敘述與此實施例有關之特徵、方法或者特性被包含在至少一些實施例中。因此，一實施例或多個實施例之各態樣之實施不一定為相同實施例。此外，本發明有關之特徵、方法或者特性可以適當地結合於一或多個實施例之中。
為了提供超影像感測晶片測試，本發明之多晶片測試座包括測試座蓋件(socket lid)與測試座基座構件(socket base assembly)，其二個構件互相結合以利於晶片之測試。在本發明之中，當晶片封裝結構(device package)配置於測試座蓋件之上時，會使用工作壓件(work press)來固定晶片封裝結構。透鏡架(lens holder)配置於工作壓件之中。工作壓件可以置於測試座蓋件之中。測試座蓋件結合測試座基座之後，晶片封裝結構之中的影像感測晶片可以接觸測試針以進行晶片之測試。
如第一圖所示，其顯示本發明之用於測試影像感測晶片之測試機構之示意圖。在本實施例之中，測試機構包括測試座基座構件10與測試座蓋件20。測試座蓋件20之上具有透鏡架22、透鏡24、工作壓件26，其他部分元件未顯示於圖中。透鏡架22配置於工作壓件26之中或之上。在一實施例之中，當測試座蓋件結合測試座基座之後，透鏡架22與工作壓件26即位於測試座基座構件10之開口之中。晶片封裝結構30置放於測試座蓋件20之上時，工作壓件26即用以固定晶片封裝結構30。而晶片封裝結構30上之影像感測晶片32即延伸至測試座基座構件10之浮置板(floating plate)150之上凹槽152之中，如第二圖所示。
本發明提供浮置板150，可以配置於測試座基座構件10或測試座蓋件20之中。在一實施例中，浮置板150係配置於測試座蓋件20之上，以提供一空間使得晶片封裝結構30可以延伸於其中的上凹槽152。換言之，浮置板150之上凹槽152的尺寸約略大於晶片封裝結構30的尺寸，使晶片封裝結構30得以容納於其上凹槽152之中。上凹槽152的形狀可以為矩形或其他形狀。在本實施例之中，浮置板150之形狀為矩形，而浮置板150之上凹槽152的形狀亦為矩形。換言之，本發明之浮置板150之上下兩側各設有凹槽，即上凹槽 152與下凹槽154，上凹槽152之開口向上，而下凹槽154之開口向下；其中上凹槽152提供一空間使得晶片封裝結構30配置於浮置板150之上凹槽152之中，而下凹槽154則提供一空間使得彈性件110之前端部分接觸至浮置板150之下凹槽154。彈性件110例如為彈簧(spring)。上凹槽152之中設置有數個穿孔(via hole)156，使得晶片封裝結構30之焊接球(solder ball)34穿過該穿孔156以裸露出來。下凹槽154的尺寸約略大於彈性件110的尺寸，使彈性件110得以接觸下凹槽154。下凹槽154的形狀可以為圓形或其他形狀。浮置板150之上凹槽152與下凹槽154之形狀與大小可以分別依照晶片封裝結構30與彈性件110之形狀與大小來設計。
浮置板150之材料可以為一塑膠材料。在塑膠材料之中，聚醚醯亞胺(Polyetherimide,PEI)材料之熱傳導率約為0.3Wm-1K-1，且具有優異的機械强度、剛性、電器性能及卓越的耐熱性(可達温度170℃)，其為一種熱可塑性非結晶型塑膠材料。長時間的耐潛變(creep)性使得PEI材料在很多結構強度之應用能取代金屬及其他材料，並且其在經常變化的溫度、濕度和頻率條件之下，還可維持優異穩定的電氣特性。因此，本發明可以選用PEI作為浮置板150之材料。
如第二圖所示，其顯示本發明之用於測試影像感測晶片之測試座基座示意圖。測試座基座構件(socket base assembly)10包括測試座基座框架(socket base frame)140、浮置板150、測試座基座上蓋(socket base cover)160與測試針套件(pin housing)。其中測試針套件可以使得本發明之測試針固定或配置於其中。在一實施例之中，測試針套件包括測試針上部套件(pin housing-top)130、測試針中間套件(pin housing-middle)132以及測試針底部套件(pin housing-bottom)134。
為了改善傳統的細間距彈簧探針的缺點，本發明採用一種具有彎曲結構之彈性體探針(cobra pin測試針)100以取代傳統的彈簧探針。因此，測試座基座構件10之結構也隨著彈性體探針100之結構而有不同的設計。彈性體探針100之結構包含三部分：第一部分為前端部分，第二部分為彎曲部分，而第三部分為後端部分，彎曲部分為中間段並連接前端部分與後端部分。彎曲部分的曲率與長度可以依照實際需求而設定。前端部分與後端部分均為直條狀，前端部分之長度小於後端部分之長度。舉例而言，後端部分之長度大於或等於前 端部分之長度的3倍。舉一實施例而言，彈性體探針之垂直長度101約為5~6毫米(millimeter：mm)，如第三圖A所示。測試針100之前端部分係用於測試時接觸(電性連接)晶片封裝結構30之焊接球34。因此，相鄰的測試針100之前端部分的間距約略等於焊接球34的間距。測試針100之後端部分係用於測試時接觸(電性連接)測試板120之焊接墊122。相鄰的測試針100之後端部分的間距可以依照設計而調整。在本實施例之中，由於相鄰的測試針100係以鏡像的方式平行地配置，所以相鄰的測試針100之後端部分的間距大於相鄰的測試針100之前端部分的間距(或焊接球34的間距)。在一例子中，相鄰的測試針100亦可以鏡像的方式以一個夾角相對配置。
在本實施例之中，測試座基座構件10之測試針套件設計為包括測試針上部套件130、測試針中間套件132以及測試針底部套件134之三件式測試針套件。測試針上部套件130與測試針底部套件134可以利用黏著材料或緊固件(螺絲)以分別固定於測試針中間套件132之上下兩側。在一實施例之中，測試針上部套件130之上側設有數個穿孔(via hole)130a與上凹槽130b，而其下側則有下凹槽130c。其中穿孔130a可以讓測試針100之前端部分穿過，以利於測試時測試針100之前端部分可以電性連接晶片封裝結構30之焊接球34。測試針100的數目對應晶片封裝結構30之焊接球34的數目。其中上凹槽130b則提供一空間使得彈性件110之後端部分接觸至測試針上部套件130之上凹槽130b。因此，在浮置板150與測試針上部套件130組裝之後，彈性件110即配置於浮置板150之下凹槽154與測試針上部套件130之上凹槽130b之間。測試針上部套件130之下凹槽130c提供一空間以容納測試針100。
在一實施例之中，測試針中間套件132之上設有數個穿孔132a，以利於讓測試針100之後端部分穿過。測試針中間套件132係用於測試針100之後端部分穿過該穿孔132a之後固定、不旋轉。測試針底部套件134之上亦設有數個穿孔134a，以利於讓測試針100之後端部分穿過。換言之，測試針100之後端部分可以穿過測試針中間套件132之穿孔132a以及測試針底部套件134之穿孔134a。因此，在測試針底部套件134與測試板120組裝之後，測試針100之後端部分即配置於測試板120之上，以電性連接測試板120上之焊接墊122。由於測試針100之後端部分為直條狀，測試針中間套件132之穿孔132a的位置需對齊測試針底部套件134之穿孔134a的位置。測試針底部套件134之上凹槽 134b提供一空間以容納測試針100。
在一實施例之中，測試針底部套件134係固定於測試板120之上，例如利用一緊固件(螺絲)而固定之。在一實施例之中，測試座基座框架140係固定於測試板120之上，例如利用一緊固件(螺絲)而固定之。測試座基座上蓋160係設置於測試座基座框架140之上。
在一實施例之中，本發明之測試座可用於測試一影像感測晶片，例如互補式金屬氧化層半導體(CMOS)影像感測晶片或電荷耦合元件(CCD)。影像感測晶片具有一感光區域，感光區域面向一光源所發出的光線。感光區域主要由畫素陣列構成，畫素陣列面向光源處可覆蓋一微透鏡(micro lens)使得光線可以照射到畫素陣列之每一畫素。微透鏡具有一定的透光度，其材質可為矽、石英、玻璃、高分子透光材料及其他光學材料等其中之一或其組合。
舉例而言，彈性體探針100之材質可以為鈹銅合金或不銹鋼。在測試針100表面可以鍍一層金或鎳。其作動原理為：當測試座蓋件20之工作壓件26往下壓，而其中的浮置板150以及晶片封裝結構30均隨之往下移動，浮置板150之下凹槽154內的彈簧110即壓縮，而測試針100之兩端即分別與晶片封裝結構30之焊接球(錫球)34及測試板(test board)120之焊接墊122接觸而電性連接，如第三圖B之圓虛線182所示，探測針100之前端部分接觸焊接球(錫球)34。如第三圖A之圓虛線180所示，此為測試座的初始狀態，探測針100之前端部分與焊接球(錫球)34有一段距離，亦即二者尚未接觸。當測試針100用於測試時，測試針上部套件130、測試針中間套件132以及測試針底部套件134即用以限制測試針100的位置，並使測試針100於測試期間僅能於垂直方向(z-direction)移動。從上述可知，當晶片封裝結構30置於浮置板150之上凹槽152之中並且藉由工作壓件26而接觸時，晶片封裝結構30與浮置板150可以往下移動，然後晶片封裝結構30與測試針100接觸，使得測試針100電性連接測試板120與晶片封裝結構30，以利於晶片的測試。
在一實施例之中，浮置板150之材料為金屬，例如鋁。在一實施例之中，測試針上部套件130、測試針中間套件132、測試針底部套件之材料為塑膠材料，例如PEI材料。在一實施例之中，試座基座框架140之材料為塑膠材料，例如PEI材料。在一實施例之中，上蓋測試座基座構件10可以包含防漏光、防光折射或散射、防導電之結構設計或材料(例如測試座基座上蓋160)，例 如為經由一陽極處理之鋁金屬板，或者為耐高溫的塑膠件。
在一實施例之中，透鏡架22配置有透鏡，其可視張角可以達到130度。
此外，測試座亦可以設置一擴散片(diffuser)，配置於透鏡之上。光藉由擴散片可以擴散及散射光。擴散片可以讓通過的光線降低亮度。舉例而言，擴散片可以藉由擠壓聚苯乙烯(polystyrene,PS)或聚碳酸酯(polycarbonate,PC)所製成。擴散片之材料包括工程塑膠。另外，具有與擴散片材質不同折射率的空隙或擴散劑分布於光擴散片內。擴散片內部之空隙或擴散劑折射或反射進入擴散片的光。特別是，當足夠數量之空隙或擴散劑呈現於擴散片內時，進入擴散片的光在其內部折射或反射足夠次數後散射。所以，當進入擴散片的光離開擴散片時，光的強度是一致且其發散角度增加。然而，部分進入擴散片的光在藉由擴散片內部的空隙或擴散劑折射或反射後被吸收。所以，當光通過擴散片時會發生光損耗，亦即會產生光衰減。
在一實施例之中，測試座亦設有一固定環(ring)，用以固定擴散片。舉例而言，固定環設有一開口得以容納擴散片，並且壓住、固定該擴散片，以避免擴散片上下移動。
如上所述，在本發明之中，提出三件式測試針套件結構(包括測試針上部套件130、測試針中間套件132以及測試針底部套件134)，另外利用彈性體探針取代傳統的彈簧探針，彈性體探針無論在外觀、結構與垂直長度方面均不同於傳統的彈簧探針(太長，阻抗大影響測試)；其中彈簧110為獨立構件而配置於浮置板150與測試針上部套件130之間。其中主要的彈性體探針之結構可以使得相鄰的測試針之兩端具有不同的間距，其中第一端的間距約略等於晶片封裝結構30之焊接球34的間距，而第二端的間距則大於第一端的間距、也大於焊接球34的間距。因此，本發明可以克服習知技術之測試座結構，彈簧探針對位不正時所產生針體歪掉、或進一步壞掉，以及卡針而壓不下去、取不出來的問題。換言之，本發明之測試座、彈性體探針結構與三件式測試針套件結構的設計，非常有利於細間距封裝測試。
從上述可知，本發明具有習知技術所無法預期之功效。
根據上述，本發明具有底下之優點：一、新的測試座設計概念提供了一個彈性體探針，其長度約為傳 統的彈簧探針的一半；二、彈性體探針之長度縮短，阻抗變小而使得晶片之測試效果得到提升；三、彈性體探針具有較長的使用期限(life time)，並且對於測試硬體的維護較為簡易；四、本發明具有彈性體探針之測試座比傳統的具有彈簧探針之測試座於整體成本上較低；五、本發明之相鄰的彈性體探針之第二端的間距較大，因此，。測試板上焊接墊的間距也加大了，所以測試板的佈局與製造也更為容易了；六、本發明之彈性體探針之探針標記(probe mark)比具有皇冠型針軸之彈簧探針來得更佳。
上述敘述係為本發明之較佳實施例。此領域之技藝者應得以領會其係用以說明本發明而非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域之技藝者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。
Claims (10)
- 一種用於測試影像感測晶片之測試座，包含：測試針套件，包括測試針上部套件、測試針中間套件以及測試針底部套件，其中該試針上部套件具有第一穿孔，該測試針中間套件具有第二穿孔，該測試針底部套件具有第三穿孔；以及測試針，包含前端部分、彎曲部分與後端部分，該彎曲部分連接該前端部分與該後端部分；其中該前端部分穿過該第一穿孔以利於電性耦合影像感測晶片，而該後端部分穿過該第二穿孔與該第三穿孔。
- 如請求項第1項所述之用於測試影像感測晶片之測試座，更包括一浮置板，以利於晶片封裝結構位於其中。
- 如請求項第2項所述之用於測試影像感測晶片之測試座，更包括一彈性件，其中該彈性件配置於該浮置板之下凹槽與該測試針上部套件之上凹槽之間。
- 如請求項第1項所述之用於測試影像感測晶片之測試座，更包括一測試板，其中該測試針之該後端部分穿過該第二穿孔與該第三穿孔以電性連接該測試板之焊接墊。
- 如請求項第4項所述之用於測試影像感測晶片之測試座，其中該測試針底部套件配置於該測試板之上。
- 如請求項第4項所述之用於測試影像感測晶片之測試座，更包括一測試座基座框架配置於該測試板之上。
- 如請求項第6項所述之用於測試影像感測晶片之測試座，更包括一測試座基座上蓋配置於該測試座基座框架之上。
- 如請求項第1項所述之用於測試影像感測晶片之測試座，其中相鄰的該測試針之該前端部分具有第一間距，而相鄰的該測試針之該後端部分具有第二間 距。
- 如請求項第8項所述之用於測試影像感測晶片之測試座，其中該第二間距大於該第一間距。
- 如請求項第1項所述之用於測試影像感測晶片之測試座，其中該第二穿孔係對準該第三穿孔。
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