TWI475631B - A semiconductor component test system with a rotary test arm - Google Patents

Description

具有旋動式測試手臂之半導體元件測試系統

本發明係關於一種具有旋動式測試手臂之半導體元件測試系統，尤其是一種藉由旋動式測試手臂攜行半導體元件運行替換於兩個測試座之間的測試系統。

一般完整的積體電路製造，主要包括初期的積體電路設計與晶圓製造，中期的晶圓電性測試，及後期的最終測試與產品出貨。於半導體元件日益微小化的同時，積體電路的製程在每一個製程階段都相當重要。其中，電性測試能夠針對各種半導體元件電性參數進行測試以確保產品能正常運作，實境測試則是於測試系統設備將根據產品不同之測試項目透過公板模擬實境而載入不同之測試程式或搭配不同的客制化測試儀器，確認半導體元件符合所要求規格。

目前半導體測試機台於後段測試的設計上多有創新，譬如：本申請人Chroma ATE Inc.所販售的自動化系統功能測試機(ASFT)Model 3240、3260提供多組PCB level平行測試的大量生產機具，可配合多數不同的封裝類型包括傳統的QFP、TQFP、μBGA、PGA及CSP封裝，透過設計多測試埠位、多輸送車機構等結構，增加測試的生產量(Throughput)。

再者，同一個測試座若施以不同的測試訊號往往需要經過複雜的電路及程序設計，且每個待測物測試時間往往拉的比較長。在測試產業中時間就是金錢，每一個待測物的測試成本是以測試時間單位來計算，所以業界均盡全力的想要在節省測試時間、設計更好的測試流程下功夫，最直接的 方式就是採用更精簡且生產量高的機台。

舉一例來說，請參考圖一所示為一習知機台部份方塊示意圖，本例以兩組測試區(Sites)為例，每一組測試區均具備有輸送裝置、測試手臂、測試座以及測試板，如圖所示，第一測試區11具有輸送裝置111、第一測試手臂112、第一測試座113及第一測試板1131，而第二測試區12具有輸送裝置121、第二測試手臂122、第二測試座123及第二測試板1231。

以第一組測試區為例，測試流程必須將待測元件由輸送裝置111搬運至第一測試座113後，由第一測試手臂112下壓迫緊待測元件後開始測試流程，測試時間依據測試程式繁複而定，各組測試區均相同，測試完畢再將完測待測元件由第一測試座113搬運至輸送裝置111上由後續機構進行等級分類。根據以上所述，若有四組測試區時，即需要四組測試手臂以及至少一組負責待測元件等級分類的搬運手臂，就算測試手臂可以負責搬移待測元件的任務而省下搬運手臂的成本，相對的就必須犧牲測試手臂單一功能性而增加因為攜行於三維空間移動的時間。

而由上述內容可知，部份測試機台於測試過程不斷的搬運及等待造成了許多時間浪費，若是能夠大幅地節省搬運所花費的時間並保留機台的彈性，適時的根據待測元件測試條件而更動測試流程，將能夠提高測試半導體元件的產能達成率。

因此，若能夠於一個機台在兩個測試座之間使用一組受時間差控制之旋動式測試手臂，讓半導體元件於第一測試座測試完成後，迅速直接被移轉至第二測試座上或直接攜行進行後續分類，而同一時間，原位於第二測 試座或等待位置的半導體元件會一併由該旋動式測試手臂移轉至下一個預定位置，透過此交疊更替方式減少不同測試時因搬運所花費的時間，而與傳統的搬運手臂相互比較之下，更能夠提高產能達成率，應為一最佳解決方案。

本發明即在於提供一種具有旋動式測試手臂之半導體元件測試系統，係於機台上設置至少一個具有複數承載座的輸送裝置及複數個測試座，各測試座耦接不同的電訊號產生儀器，搭配一組旋動式測試手臂，透過受同一驅動力的測試手臂攜行待測物分別置於複數個測試座之一，賦予各測試座獨自對待測物的測試項目，透過交疊更替測試時間分配紓解取件、測試等待的時間，解決單一測試座測試時間等待過長的問題。

本發明之再一目的係解決習用一測試手臂對應一測試座的拘限，讓測試手臂能對應不同的測試座，使待測物能夠接受不同的測試訊號，讓測試項目具有更多樣的選擇性。

本發明提供一種具有旋動式測試手臂之半導體元件測試系統，透過電性耦接複數測試儀器至測試系統之一測試區，包含：一具有複數承載座以承載半導體元件之輸送裝置；一第一測試座，位於該測試區內，該測試座上係具有至少一個第一測試位置，該第一測試位置與複數測試儀器之任一電性導接；一第二測試座，位於該測試區內且相鄰於該第一測試座，該測試座上係具有至少一個第二測試位置，該第二測試位置與複數測試儀器之任一電性導接；一第一測試手臂，前端具有一用以攜行半導體元件之測試頭，運行於該輸送裝置、第一測試座及第二測試座之間；以及一第二測試手臂，前端具有一用以攜行半導體元件之測試頭，運行於該輸送裝置、第 二測試座及第一測試座之間。

更具體的說，所述第一測試座及第二測試座係分別耦接於測試訊號獨立之測試儀器。

更具體的說，所述第一測試手臂及第二測試手臂係受同一動力驅動運行於該輸送裝置、第一測試座及第二測試座間，以替換待測或測試完畢之半導體元件於該承載座與該第一測試座或第二測試座的位置。

更具體的說，所述第一測試手臂及第二測試手臂各以一Y-Z軸向位移機構，使該第一測試手臂及第二測試手臂於Y軸方向移動並攜行待測或測試完畢之半導體元件於該承載座與該第一測試座及第二測試座的位置之間。

更具體的說，所述遠離該輸送裝置之兩端位置分別具有承載半導體元件的一進料區及一分料區。

有關於本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

請參閱圖二，為本發明一種具有旋動式測試手臂之半導體元件測試系統之實施架構圖及旋動式測試手臂運作範圍示意圖，由圖中可知，本實施例應用於測試待測物需要施加不同的測試訊號，並以現有的儀器設備來產生測試訊號，透過電性耦接前述複數儀器設備至半導體元件測試系統之測試區21，該測試區21與輸送裝置23係位於進料區26與分料區27之間，該測試區21內具有第一測試座211及第二測試座212。輸送裝置23則負責反覆載送待測及完測之半導體元件於進料區26與分料區27之間。

其中，第一測試座211係具有第一測試位置，而第一測試位置係與複數測試儀器之任一電性導接，於本實施例中，第一測試位置係與第一測試儀器2111電性耦接，而第二測試座212亦具有與複數測試儀器之任一電性導接之第二測試位置，本實施例中，第二測試位置係與第二測試儀器2121電性耦接，其中第一測試位置及第二測試位置係用於置放待測半導體元件25。該第一測試位置及第二測試位置可置放單一或複數個的半導體元件。

在本實施例圖式僅為示意，該第一測試手臂221及該第二測試手臂222的運行路線是覆蓋第一測試座211、第二測試座212以及輸送裝置23，以便攜行、放置待測半導體元件25。而該第一測試手臂221與該第二測試手臂222係為一旋動式測試手臂22，因此當啟動該旋動式測試手臂22時，第一測試手臂221與第二測試手臂222則能夠輪替交疊移動，以抓取、吸取或放置半導體元件25。操作上旋動式測試手臂22運行有不同的操作交疊模式，譬如：透過齒輪組讓兩組手臂輪替的運行、也可以透過獨立的動力帶動使各組手臂透過時間差運行，或採用馬達等方式，由於該硬體控制技術係屬熟知該項技藝人士可知，故不一一贅述。

由於第二測試座212與第一測試座211是相鄰設置，且第一測試座211亦與具有複數承載座231之輸送裝置23相鄰設置，因此當旋動式測試手臂22藉由Y-Z軸向位移機構24移動於輸送裝置23與第一測試座211或第二測試座212之間時，由於輸送裝置23及第一測試座211、第二測試座21相鄰，將能夠替換待測或測試完畢之半導體元件25於該承載座231與該第一測試座211及第二測試座212的位置之間。

如圖三及圖四，根據較佳實施方式之一，依據半導體元件測試項目條 件假設每一個待測物僅需經過一個測試儀器訊號時，第一測試座211及第二測試座212將可耦接二台提供訊號相同的測試儀器2111、2121，或者耦接一對二輸出的測試儀器訊號。第一測試手臂221被規劃運行於該輸送裝置23、第一測試座211之間，而第二測試手臂222係運行於該輸送裝置23、第二測試座212之間，因此當第一測試座211與第二測試座212所提供的測試訊號相同時，各測試手臂及測試座即倆倆配對。第一測試手臂221能夠藉由旋動式測試手臂22之旋動移動至承載座231上方，將承載座231上待測半導體元件25取起，返回將待測物25置放在第一測試座211之第一測試位置上，並於測試完畢後再次移動第一測試手臂221，即將測試完畢之半導體元件25搬運至承載座231上；而根據已設定的時間差，第一測試手臂221、第二測試手臂222動作時間會交錯，該第二測試手臂222與第二測試座212運作流程與第一測試手臂221亦同。

再請參考圖五，根據較佳實施方式之二，依據半導體元件測試項目條件假設每一個待測物需要經過二個不同測試儀器訊號時，第一測試座211及第二測試座212將會耦接不同訊號的測試儀器。為方便說明先後順序，於後段說明會將待測半導體元件25細分為第一待測半導體元件250及第二待測半導體元件251。

所以，當第一測試座211與第二測試座212施以測試項目不同時，藉由旋動該旋動式測試手臂22使第一測試手臂221攜行承載座231上第一待測半導體元件250並置放於第一測試座211之第一測試位置上，此時第二測試手臂222將預備或已經移至承載座231上方並取起第二待測半導體元件251。第一待測半導體元件250將會停留在第一測試座211一段時間，通 常是幾秒鐘的時間，視第一測試儀器2111測試程式而定，在第一測試座211位置測試完畢後，第一測試手臂221以極短的時間將第一待測半導體元件250攜行至第二測試座212的測試位置上，再次由第二測試儀器2121施以測試訊號，在此同時第二測試手臂222同樣以極短的時間將第二待測半導體元件251由承載座231攜行至第一測試座211的測試位置上。在這個時間點，第一待測半導體元件250、第二待測半導體元件251分別位在第一測試座211、第二測試座212接受測試。

在上述測試完成後，第一待測半導體元件250由第一測試手臂221自第二測試座212的測試位置攜行至承載座231放置，第二待測半導體元件251由第二測試手臂222自第一測試座211的測試位置在極短的時間內攜行至第二測試座212放置接受測試。而第一測試手臂221在放置完成第一待測半導體元件250後，另一承載座將移動至第一測試手臂221下方取件一個新的待測半導體元件25，再迅速的攜行移動至第一測試座211接受第一測試儀器2121測試儀器施以測試訊號，由第一測試手臂221、第二測試手臂222週而復始的旋動式進行測試。

在本較佳實施設計中，以第二測試座212到承載座231的距離相對遠，所以移動時間較長，所以長時間的測試流程將會分配在第二測試儀器2121，讓第二測試座212到承載座231及測試手臂取件時間加上第一測試儀器測試2111的總時間接近第二測試儀器2121的測試時間。

根據以上本發明之機構設計，透過以下試算公式Max.UPH=(3600/(B+C))^＊ N，可以概略得知產能率；其中參數B為測試手臂的運行週期時間(Cycle Time)、參數C為機構時間(Index Time)、參數N為待測物 數量(Device Number)。

當待測物的輸入訊號測試時間小於或等於1.9秒，B的參數即以1.9代入運算、C為機構時間為0.5秒、待測物N為4時，每小時(3600秒)可測試的數量即得：

由上述運算結果可知，本發明所能得的實際運作達成率較習知測試手臂來得更好，同樣的測試時間下，本發明能完成更多的待測物測試。

本發明所提供之一種具有旋動式測試手臂之半導體元件測試系統，與其他習用技術相互比較時，更具備下列優點：

1.本發明係於機台上設置至少一個具有複數承載座的輸送裝置及複數個測試座，各測試座耦接不同的電訊號產生儀器，搭配一組旋動式測試手臂，透過不同的測試手臂攜行待測物分別置於複數個測試座之一，賦予各測試座獨自對待測物的測試項目，透過交疊更替測試時間分配紓解取件、測試等待的時間，解決單一測試座測試時間等待過長的問題。

2.本發明係能夠解決習用一測試手臂對應一測試座的拘限，讓一測試手臂能對應不同的測試座，使待測物能夠接受不同的測試訊號，讓測試項目具有更多樣的選擇性。

3.本發明所提出兩個測試座，當待測物所接受的測試訊號相同時，將能夠大幅度的提高測試速度。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特 徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

11‧‧‧第一測試區

111‧‧‧輸送裝置

112‧‧‧第一測試手臂

113‧‧‧第一測試座

1131‧‧‧第一測試板

12‧‧‧第二測試區

121‧‧‧輸送裝置

122‧‧‧第二測試手臂

123‧‧‧第二測試座

1231‧‧‧第二測試板

21‧‧‧測試區

211‧‧‧第一測試座

2111‧‧‧第一測試儀器

212‧‧‧第二測試座

2121‧‧‧第二測試儀器

22‧‧‧旋動式測試手臂

221‧‧‧第一測試手臂

222‧‧‧第二測試手臂

23‧‧‧輸送裝置

231‧‧‧承載座

24‧‧‧Y-Z軸向位移機構

25‧‧‧半導體元件

250‧‧‧第一待測半導體元件

251‧‧‧第二待測半導體元件

26‧‧‧進料區

27‧‧‧分料區

圖一為習用半導體元件測試示意圖；圖二為本發明具有旋動式測試手臂之半導體元件測試系統之實施架構圖；圖三為本發明具有旋動式測試手臂之半導體元件測試系統之旋動式測試手臂運作範圍示意圖。

圖四為本發明具有旋動式測試手臂之半導體元件測試系統之第一實施例圖；以及圖五為本發明具有旋動式測試手臂之半導體元件測試系統之第二實施例圖。

21‧‧‧測試區

211‧‧‧第一測試座

2111‧‧‧第一測試儀器

212‧‧‧第二測試座

2121‧‧‧第二測試儀器

22‧‧‧旋動式測試手臂

221‧‧‧第一測試手臂

222‧‧‧第二測試手臂

23‧‧‧輸送裝置

231‧‧‧承載座

24‧‧‧Y-Z軸向位移機構

25‧‧‧半導體元件

26‧‧‧進料區

27‧‧‧分料區

Claims (5)

1. 一種具有旋動式測試手臂之半導體元件測試系統，透過電性耦接複數測試訊號至測試系統之一測試區，包含：一具有複數承載座以承載半導體元件之輸送裝置；一第一測試座，位於該測試區內，該第一測試座與複數測試訊號之任一電性耦接；一第二測試座，位於該測試區內且相鄰於該第一測試座，該第二測試座與複數測試訊號之任一電性耦接；一第一測試手臂，用以攜行半導體元件運行於該輸送裝置、第一測試座、第二測試座之間；以及一第二測試手臂，用以攜行半導體元件運行於該輸送裝置、第一測試座、第二測試座之間，其中該第一測試座及第二測試座電性耦接不同測試訊號，使每一個半導體元件接收不同測試訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之一種具有旋動式測試手臂之半導體元件測試系統，其中該第一測試座及第二測試座係分別耦接於測試訊號獨立之儀器。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之一種具有旋動式測試手臂之半導體元件測試系統，其中該第一測試手臂及第二測試手臂係交疊運行於該輸送裝置、第一測試座及第二測試座間，以替換待測或測試完畢之半導體元件於該承載座與該第一測試座或第二測試座的位置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之一種具有旋動式測試手臂之半導體元件測試系統，其中該第一測試手臂及第二測試手臂係透過一組Y-Z軸向位 移機構，使該第一測試手臂及第二測試手臂於Y軸方向移動並攜行待測或測試完畢之半導體元件於該承載座與該第一測試座及第二測試座的位置之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之一種具有旋動式測試手臂之半導體元件測試系統，其中遠離該輸送裝置之兩端位置分別具有承載半導體元件的一進料區及一分料區。