TWI364845B - Modular semiconductor package testing contactor system - Google Patents

Description

1364845 17408pif.doc 九、發明說明： 本申請案主張於2004年7月14號提交的美國專利臨 時申請案第60/587,761號的優先權，該專利申請案所揭露 之内容系完整結合於本說明書中以供參考。 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於半導體元件測試，特別是有關於半導 體産業中手動和/或自動封裝的測試環境。 【先前技術】 # 在封裝後積體電路（integrated circuits，即ic)的測 試過程中’在測試機（tester )或測試系統與受測元件之間 通常須有一介面（interface)。這一介面一般包含電接點 (electrical connection point)，該被測試元件的電接觸窗 (electrical contact)與介面一侧的電接點連接，而測試機 的電接觸窗則與介面另一側電性連接。 由於被測試的積體電路種類繁多，因而每一積體電路 均須有與之相適應的介面裝置（interface device)。例如， 積體電路尺寸各異，因而需要各種介面來適應不同尺寸的 胃積體電路。 通常如果使用者想要測試一新的或不同的積體電路， 就須獲得適合該積體電路的介面。在封裝測試中’大多數 此類介面通常爲模製塑膠（molded plastic)如射出成型 (injection molded)，且壓製成適合於待測積體電路的特定尺 寸和結構；但令人困擾的是設計與製造此類介面耗費時 6 1364,845 17408pif.doc 間尤其對於高速運轉的半導體産業。另外，每測試一不 同的積體電路即需要一介面，這也會增加使用者的成本。 1X1 » | ^ 一 ---- 有必要提出一互連裝置來彌補上述先前介面裝 置的不足。 【發明内容】 一本發明—較佳實施例提出一互連裝置，用於在一被測 ^測4機之間提供電性互連。該互連裝置包括一基 ΐ筮二具有—第一側面和一第二側面。該基座定義多個貫 H 2面和第二側面的通孔。該基座第一侧面用於收納 互連裝置還包括多個對準機構，其與基座的 用“節U準機構中的每—機構均包括—調整機構， 側面由多個對準機構所定義的區域。 測試機的載入板之間，配置-用於互連=:“:牛二一 側面上的L電繼座第- 基座的第一侧面可拆却式_。該j二=有： -組定位面制定錄縣 科祕所具有的 元件。該多侧準機構的各 2以支雜體電路 限定區域的尺寸。 疋1曲了移動，從而改變其所 【貫施方式】 本發明揭示了一種封步德井 了裒後積體電路(即1C)測試裝置 ^04845 17408Pif.dc (即互連裝置），玎適用於各種幾何圖形和結構之積體電 路的測試平臺。根據本發明一較佳實施例，該裝置由一組 '、、且式拼裝零件構成。這些零件可由不銹鋼、聚越越酮 (PEEK)或聚酰胺酰亞胺（Torlon)等材料製成。這此零 件具有在手動或自動測試設備（ATE)環境上測試封^後 積體電路所需的固定、對準和電性接觸等各種功能。 本發明提出一測試方案，適用於各種積體電路結構。 此外，其選用的材料可以相對低的成本實現高精度製造， 且其零件在適當存儲條件（如真空包裝）下可永久^存。 利用本發明實施一根據封裝幾何圖形所確定的測試方 f蜜其接觸窗設計不再依賴於3〜4個定制加工零件:根據 本f利’由拼裝零件所猶的接設計，可與印刷電路 = printed circuit board)共同形成一接觸窗測試方 茱，其尺寸和幾何形狀可任意調整。 方⑽目_，本發明崎降低了設計和 ^的别置時間〇ead time)和_成本 較少的配置零件(例如5個)測試全 口球格職）、晶片⑽）和針型柵格陣列（PGA) 同化本發明推動了測試板（test board)的普及應用。 内置之封裝積體電路測試裝置（互連裂置）^用一 t ^機構可測試多種在測元件⑽T，device under 二大:^'/該測試裝置可重新配置以適應在測元件 .笔米的圖形，而無需從載入板或測試機上卸 下。此外，該測試裝置適用於各種採用模組技術（m〇duiar 8 1364845 17408pif.doc technology)的載入板。 本發明可提供適於晶片組系列（Chip_set famiiy ) 一面 積可調整的測試方案。本發明亦縮短了測試機調試時間。 而且，本發明通過減少測試所需裝置顯著降低了晶月組系 列的總成本。 根據本發明一較佳實施例，該測試裝置使最終用戶可 利用一面積可調節插槽測試全系列晶片組。通常這一測試 需要多種插槽設計。利用一專用工具如自鎖凸輪可調節沿 對角線配置的角定位塊(如角凸輪擋塊）。該模組設計理念 使知/、需簡單地更換一探針卡盒（pin cartridge)(即基座） 即可重新配置該測試裝置以適應更大或更小的晶片组 列。 ，’、 根據本發明一較佳實施例，該互連裝置圍繞一組5〜 10個台肩式彈簧探針（“sh〇ulder，，type spring pin)，適用 2格陣列（BGA)、平坦格狀陣列（LGA)和無引線四 扁平無接腳（QFN)或四方扁平（QFP)封裝元件。該 ，連裝置可精確調節面積以應用於絕大多數晶片組^ 見的封裝尺寸增量，而無需從載入板卸下。 根據^發明一較佳實施例，該互連裝置在常用英制單 卜還挺供公制單位以擴展在歐洲和亞洲的應用。 圖1A所示之互連裝置1〇〇，其提供一在測元; 裝後積濟雷攸a #、< , , . T k女口封 償體電路兀件）和一測試機之間的互連作用 置在一印刷電路板(如載入:） 互連。在測元件則可配置與本發明所描述的 9 1364845 17408pif.doc 互連裝置100接觸。之後對在測元件施力（如由測試機施 力）以實現在測元件的電接觸窗與互連裝置100之間，以 及互連裝置100與測試機各電接觸窗之間的電性連接。 圖1B繪示爲互連裝置1〇〇的分解圖。互連裝置1〇〇 包括基座（base)102(即探針卡盒102)，角凸輪擋塊1〇4a 和104b，調整機構l〇6a和106b(如凸輪1〇63和106b)， 配件108a〜108d ’緊固件ii〇a〜u〇h，以及螺帽U2a和 U2b。通常’角凸輪擋塊i〇4a和i〇4b與基座1〇2可拆卸 鲁 式搞接，從而限定基座102上一區域（即限定區域)， 以供在測元件嵌入其中測試。繼而利用緊固件11〇a〜u〇h (如固定螺釘）將配件l〇8a〜108d與基座1〇2可拆卸式耦 接，並將基座102固定到測試機上（如穿過一印製電路板 -_ _ _或類似元件）。 調整機構106a和l〇6b分別與配件i〇8d和螺帽112b 以及配件l〇8b和螺帽112a耦合。在操作時，旋轉螺帽112a 和/或112b以分別調節調整機構i〇6a和i〇6b，從而改變 ^ 限定區域105的尺寸。 圖2Α繪示爲互連裝置1〇〇的俯視圖’圖2Β繪示爲互 連裝置100的侧視圖。 圖3Α繪示爲互連裝置1〇〇之基座1〇2的示意圖。圖 綠示爲基座102的分解圖。基座1〇2包括上部件i〇2a 和下部件102b，其例如可由聚合材料（如模製塑膠）製成。 在每一上部件l〇2a和下部件102b之各自的區域l〇5a和 105b配置若干通孔。一在測元件（置於基座102 —側）的 17408pif.doc J接觸窗與-測試機（置於基座1〇2的另一側）的 固通過這些通孔實現電性互連。若干探 ^ 僅描述了-隻探針。如圖3B所示，上f =見’^ _通過綱m和探針㈣合上^職和下部件 在測試操作中’當對在測元件（已置於基座上）施力 時’部分個力傳遞給基座，從錢在測元 ί測試機的電接觸窗（即探針間經過基座中通fL= 連接。 圖4A繪示爲基座102的俯視圖，而圖4b繪示爲其側 H ^部t lG2a和下部件1G2b例如可由輯_同 (EEK)或抗靜電聚醚醚酮（pEEKESD)製成。 姑圖5緣示爲基座102之下部件娜的立體圖，其更清 疋地描述了位於區域職内之通孔的情況。此外，圖5 遇描述了若伐位鎖122。定位銷122穿過上部件10 下部件腿中對應的預置孔，使二者定位固定，亦可/過 配件108a〜108d與上部件102a中對應的預置孔 定位。 可 圖6A繪示爲基座102之下部件腿的俯視圖，而圖 6B繪示爲其側視圖。 一圖7繪示爲本發明一較佳實施例之對準機構12〇的分 解不意圖。該對準機構120起連接作用。對準機構12〇由 圖1B中的部分零件，包括角凸輪擔塊1〇4a、配件腦、 螺帽112b和調整機構106a組成。當然，只要有利於調節 1364845 17408pif.doc 收納在測半導體元件之區域的形狀，亦可替換其他對準機 構。 如圖7所示，角凸輪擋塊l〇4a包括與在測元件接觸的 彈性表面107。由於表面1〇7具有彈性，因而其可與不同 尺寸的若干元件接觸（並使之定位固定）。進而，如上所 述，通過旋轉螺帽112b (以及調整機構l〇6a)，彈性表面 107可向内或向外移動，改變基座102上收納在測元件之 限定區域105的大小，從而適應元件尺寸較大範圍的變 • 化。根據本發明一較佳實施例，調節一對調整機構（如圖 1B中所示的調整機構i〇6a和i〇6b)可改變區域105以適 應元件尺寸在2毫米間的變動（如尺寸在18〜2〇毫米的元 件）。 例如，角凸輪擋塊104a與104b (包括彈性表面1〇7) 可以是聚醚醚酮元件，調整機構l〇6a和i〇6b可以是具有 預定行程（如0.053〃/180。）的自鎖凸輪致動機構。 圖8A繪示爲對準機構120的俯視圖，圖8B纟會示爲對 φ 準機構12〇的前視圖，圖8C繪示爲對準機構120的側視 圖。 在實際應用中，本發明提出的互連裝置克服了先前技 術的諸多缺陷。例如，可使用多個不同尺寸的基座1〇2與 互連裝置100的其他零件（即角凸輪擋塊1 〇4a和1 〇4b、 調整機構106a和106b、配件l〇8a〜l〇8d，緊固件ll〇a 〜110h、以及螺帽112a和112b)連接。例如，基座1〇2 主要由兩部分模製塑膠（即上部件102&和下部件1〇2b) 12 1364845 ί 740δρ/£ ci〇c 構成。可壓制多個不同基座（如具有不同尺寸，不同通孔 和幾何形狀的基座），每一基座均可與互連裝置1〇〇其餘 相同零件（即角凸輪擋塊104a和104b，調整機構106a和 106b ’配件l〇8a〜108d ’緊固件110a〜11 Oh，以及螺帽 112a和112b)配合使用。 此外，互連裝置100其餘零件中的某些零件（如角凸 輪擔塊l(Ma和ICHb ’以及配件l〇8a〜l〇8d)可由金屬繁 成。與塑膠相比，金屬的強度大、剛性好，因而這些零^ 可做得相對較小，而這在半導體産業中至關重要。一々 —與本發明的互連裝置不同，某些先前系統採用具有固 定凹槽（pocket)的壓制塑谬介面使在測元件固 此時由凹槽來限制在測元件的旋轉或其’ 的模製塑膠介面相對鼓，而且對於每 需要-不嶋面。本發明彌補了上述缺陷，=二 連裝置’ Θ互連裝置包含可與多種 ？，、 用的標準零件。此外，如 及封裝兀件配合使 元件（如由於元件或塊件‘寸或元件或封裝 用不同基座與其餘零件配合。由於匹配），可使 用’不同的基座零件（適用於' 夕數零件已備齊待 生的應力分佈。這匈荷通機械载荷而產 人工作業）過 1364845 17408pif.doc 私·中由手動女裝插槽蓋（hand socket lid )而産生’其會導 致插槽周邊産生過量變形（接觸電阻與陣列周邊尺寸相 關）、硬體配置失敗（負荷傳遞不足）、以及插腳/插槽介 面（latch/socket interface)的機械故障。 本發明的另一優點在於降低和大量消除了因彈簧探針 預載（pre-load)而產生的高（機械）應力。該應力常會造 成基板材料的較大撓曲（deflecti〇n)以及在陣列周邊産生 無法承受的應力疲勞程度。本發明致力於通過⑴最佳化 ^盒基板厚度（基座厚度）、⑵大量減少和消除鑽柱坑 ’（3)大量減少和消除應力料點（ 二==，以及(4)採用較低預載值的彈 水蒸汽_ (潮濕 替換材料基本解決了這一問題。 袭置採用 如上所述，本發明允許較寬範圍的 於晶片組系列的設計。通常須有數 ^並有盈 :=題而本發_每，機 ==1=裝_變化。 整機構、緊固件和螺帽等） 2輪擋塊、配件、調 基座含有互連介質時）一同/、·疋的基座或卡盒（當 ““或可單獨銷售）。這樣， 1364845 i 7408pif.doc 相同一套通用零件可與不同的基座單元配合使用，從而降 低了成本，提高了設備可維護性，縮短了零件前置時間並 帶來其他相關利益。

儘官本發明主要描述了手動/機械式調整機構（如凸 輪機構），但並不局限於此。例如，該凸輪機構可被自動 控制亦可替換爲壓力致動器(piezo actuator)[諸如壓電致 動器（piezoelectric actuator )]的自控裝置以移動一對準機 構的定位面，進而改變收納積體電路元件的區域。例如， y編制軟體，根據待測元件的識別特徵（如零件號、尺寸 等）對壓電傳動機構施加指令信號使之將—對準機構的定 位面移動到適合待測積體電路元件的位置。 限定=發揭露如上’然其並非用以 个^ #㈣自此技藝者’在不脫離本發明之 %圍内’當可作些許之更動與潤飾，因此本 ^ ^當錢社巾請專魏_界定者絲。J之保遴 【圖式簡單說明】

圖1A繪示爲本發明一較佳實 一 體示意圖。 請錢裝置的立 圖1B績示爲圖1A所示互輕置的分解圖。 圖从繪示爲圖1A所示互連裝置的俯視圖。 圖2B繪不爲圖1A所示互連裝置的側視圖。 圖3A㈣爲圖1A所示互連裝置之基座的立體示意 圖3B繪示爲圖3A所示基座的分解圖 1364845 17408pif.doc 圖4A繪示爲圖3A所示基座的俯視圖。 圖4B繪示爲圖3A所示基座的側視圖。 圖5繪示爲圖3A所示基座之一部分的立體示意圖。 圖6A繪示爲圖5所示之基座一部分的俯視圖。 圖6B繪示爲圖5所示之基座一部分的側視圖。 圖7繪示爲圖1A所示之互連裝置一部分的分解圖。 圖8A繪示爲圖7所示之互連裝置一部分的俯視圖。 圖8B繪示爲圖7所示之互連裝置一部分的前視圖。 圖8C繪示爲圖7所示之互連裝置一部分的側視圖。 【主要元件符號說明】 100 :互連裝置 102 :基座 102a :基座上部件 102b :基座下部件 104a :角凸輪擋塊 104b :角凸輪擋塊 105 :限定區域 105a :基座上部件之區域 105b :基座下部件之區域 106a :調整機構 106b :調整機構 107 :角凸輪擋塊之彈性表面 108a〜108d :配件 110a〜110h : 16 1364845 17408pif.doc 112a :緊固件 112b :螺帽 116 :緊固件 118 :探針 120 :對準機構 122 :定位鎖

Claims (1)

1364845 爲第94123694號中文專利範圍無劃線修正本 修正日如:97年7月7.日 17408pif.doc " 十、申請專利範圍： 1.一種互連裝置，用於在一在測元件與一測試機之間 提供電性互連，該互連裝置包括： 一基座’包含一第一側面和一第二側面’且限定多個 貫穿該第一側面和該第二側面的通孔，該第一側面用於收 納該在測元件；以及

多個對準機構，與該基座的該第一側面可拆卸式耦 接，當該些對準機構與該基座的該第一側面耦接時，該些 對準機構限定該基座的該第一側面之一區域以收納該在測 元件， 該些對準機構中至少一個對準機構包含一調整機構，. 其經配置以調節該基座的該第一側面之由該些對準機構所 限定的該區域的尺寸。

2. 如申請專利範圍第1項所述之互連裝置，更包括多 個接觸元件，各該接觸元件經配置以被容納在該基座所限 定的該些通孔中之一，並且經配置以使該在測元件上的一 位置與該測試機上的另一位置之間起電性互連作用。 3. 如申請專利範圍第1項所述之互連裝置，其中該調 整機構包括一凸輪機構，用於移動相應的一個對準機構之 一表面以調節該區域。

4. 如申請專利範圍第3項所述之互連裝置，其中相應 的該對準機構包括一凸輪擋塊，其具有可藉由該凸輪機構 的操作而移動的該表面。 5. 如申請專利範圍第4項所述之互連裝置，其中該表 18 17408pif.doc 面包含一彈性材料。 单播專利範圍第1項所述之互連裝置，其中該對 準機構所限疋的該區域大致上爲正方形，而且至少 對準機構包含一相應的調整機構，用於調節大致上為正^ 形的該區域的尺寸。 P八双上局正方 -機=?專番利範圍第1項所述之互連裝置，其中該調 應的該些對準機構中之-的 8.如申6月專利範圍第J項所述之互 =經配置以用於調節該區域以便適應不同的; 在至少一維尺寸上約2亳米的變化。 9·冑插槽’用於在—積體電路 入板1狀互連仙，該簡包括：〃从機之载 相士 /、有第侧面和第二側面的基座，該基座限定了多 以支撐側面的通孔’該第一側面經配置 八^牙你積渡电路凡件，以及 技個對準機構，其經配置以與該基座的該第一側面可 =式地麵揲；該些對準機構具有多個表面以共同限定該 5的該第-侧面的-區域以支撐該積體電路元件；該些 構經配置以使限定該區域之該些表面可移動，從而 改受該區域的尺寸。 1〇.如中請專利範圍第9項所述之插槽，更包括多個接 觸疋件，各該接觸元件經配置以被容納於該基座所限定的 通孔中之-，並且使該積體電路元件上的一位置與斤= 19 1364845 17408pif.doc 板上1 的另位置之間形成電性互連。 敕」如申請專利範圍第9項所述之插槽，更包括多個調 ^】’用於移動該些對準機構的該些表面以改變該區域。 整機^7=專利範圍第11項所述之插槽，其中每一調 都包括-凸輪機構，用於移動該些表面之-。 對準機專Γί圍第12項所述之插槽，其中每—個 可藉由操作嗲二，’該凸輪擋塊限定至少-表面’ '、u凸輪機構使該表面移動。 含利範圍第9項所述之插槽，其中該表面包 配置申睛專利範圍第9項所述之插槽，其中該區域經 同的積體==的移動來改變’使該區域可適應不 电浴7〇件在至少—維尺寸上約2毫米的變化。

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