[发明专利]一种封装晶圆阵列微探针全自动测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子测试领域，尤其涉及一种封装晶圆阵列微探针全自动测试系统及方法。

背景技术

集成电路(IC)制造是高新技术领域最核心的产业之一。据统计，2014年我国集成电路产量达1035亿块，与2013年相比,增长12.9%，据预测，2015年我国电子信息产业市场容量将达到14万亿元，驱动电子制造技术持续高速高水平发展。IC封装测试业作为IC产业的重要一环，其生存和发展与IC产业息息相关，以确定和评估集成电路元器件功能和性能的过程。

随着集成电路制造面向系统集成，通过硅通孔互连的三维集成封装，能实现多个晶圆叠加封装，具有缩短互连、提高集成度、更多新型功能和快速进入市场的优势，将引发世界半导体技术发展方式的根本性改变。

针对先进的晶圆级封装，传统的测试手段和IC测试装备，是把封装晶圆切割为单个芯片，再将待测芯片插入探针测试卡座，将仪器的信号源和接口与芯片的引出端连接，测得芯片特性参数。这样测试不但速度慢，而且测试在封装总成本中所占比例越来越高，极大制约了三维集成先进封装产品的发展。如果在封装晶圆划片之前，把晶圆上成千上万个芯片先完成测试再切割，这就大大提高了测试效率。所以封装晶圆全自动测试的技术路线已引起业界的严重关注。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种测试前不用切割、测试效率高的封装晶圆阵列微探针全自动测试系统及方法。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种封装晶圆阵列微探针全自动测试方法，包括如下步骤：

步骤一、运用机器视觉取得晶圆局部位置图像，通过图像处理算法计算晶圆的精密位置；

步骤二、实现微探针阵列与芯片上的微凸点的精确对准，并使微探针阵列和微凸点接触；

步骤三、将芯片的电学性能通过微探针引出来，对其进行分析判断，从而完成对芯片的测试。

其中，步骤一具体为：通过运动平台使晶圆以及CCD图像传感器运动至事先设定位置，CCD图像传感器获取晶圆局部灰度图像，通过数据传输线传送至电脑，接着图像处理程序对接收的图片进行图像处理，计算出当前晶圆的精确位置以及偏转角度。

其中，步骤二具体为：再由上位机发出指令，控制运动平台移动相应的距离，同时转动相应的角度，使晶圆中的某块芯片处于CCD视场的正中心，最后根据CCD视场中心和探针卡中心的相对距离将晶圆运动至探针卡下方，控制Z方向运动导轨运动使阵列微探针与晶圆上的微凸点接触。

其中，步骤三具体为：获取当前的芯片的电学数据，经连接线传输至四线式线材测试机，四线式线材测试机根据事先设定的判定条件判定该芯片是否合格，并最终在电脑中显示出来，在将晶圆上的所有芯片测完之后，整个运动平台将运动至初始位置。

一种封装晶圆阵列微探针全自动测试系统，包括运动平台、承片台、视觉模块、运动控制卡、探针卡模块、四线式线材测试机和电脑，其中，承片台、视觉模块以及探针卡模块安装在运动平台上，随着运动平台一起运动，运动控制卡控制运动平台的运动，探针卡模块与四线式线材测试机连接，电脑与运动控制卡以及四线式线材测试机连接。

其中，所述运动平台包括X方向运动导轨、Y方向运动导轨、Z方向运动导轨和旋转平台，其中X方向运动导轨和Y方向运动导轨安装在水平工作台上，Z方向运动导轨安装在一固定于水平工作台上的铝合金支架上，旋转平台安装在X方向运动导轨上，运动导轨的一端都装有一个伺服电机，通过联轴器与运动导轨的丝杠连接，旋转平台则通过一个步进电机来驱动。

其中，所述承片台包括玻璃盘、支腿、底座、定位片和托盘，底座通过内六角螺栓固定在旋转平台上，可以随着旋转平台一起转动，托盘安装在四个支腿上，玻璃盘则嵌入托盘中，测试前需将晶圆通过定位片固定在玻璃盘上。

其中，所述视觉模块包括CCD图像传感器和LED环形灯，CCD图像传感器通过传感器支架安装在Z方向运动导轨上，LED环形灯安装在CCD图像传感器上，CCD图像传感器由数据线连接至电脑，LED环形灯通过连接线连接至一光源亮度调节器。

其中，所述探针卡模块包括阵列微探针、探针盘、探针导向盘、PCB板、插线引脚和铝合金板，阵列微探针安装在探针盘以及探针导向盘内，微探针的一端与PCB板上的凸点接触，插线引脚安装在PCB板上，整个探针卡模块通过铝合金板与外部支架连接，从而安装在Z方向运动导轨上，插线引脚通过导线连接至四线式线材测试机。