專利名稱：半導體器件處理機中的測試溫度偏差補償裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于測試半導體器件的處理機，尤其涉及用于在半導體器件處理機中對測試溫度偏差進行補償的裝置。
通常，許多處理機具有一個系統，該系統不僅用于在室溫下執行常規性能測試，而且用于在高溫或低溫下執行測試，其中，通過在封閉室內提供電子加熱器或液化氣體噴射系統形成極高溫或極低溫環境。半導體器件或組件被測試以確定半導體器件或組件是否能夠在極端的溫度條件下實現正常性能。
然而，在使用便于半導體器件溫度測試的處理機執行測試的過程中，在半導體器件電連接至測試插座期間，其自身產生熱量。該額外的熱量妨礙在準確的預定溫度下進行測試。由于半導體器件變得較小且封裝密度增大，因此這是一個在測試和實際應用環境中都必須解決的問題。
例如，在高溫測試中，如果用戶將室內測試溫度設定為80℃用于測試，如果半導體器件自身不產生熱量，則測試可在80℃的設定溫度下進行。然而，如果在測試過程中半導體器件產生熱量，造成約15℃的測試溫度偏差，則測試將在95℃下進行，而不是在想要的溫度80℃下進行。
因此，半導體器件的測試在高于設定溫度下的溫度下進行測試。由于不能在想要的準確溫度或想要的溫度范圍內進行測試，這會導致成品率和可靠性的降低。
因此，本發明提供了一種用于補償處理機中的測試溫度偏差的裝置，該裝置基本上避免了由于現有技術的局限性和缺點而造成的一個或多個問題。
為了獲得這些和其他優點，根據本發明的目的，如所具體化的和概括描述的，提供了一種半導體器件處理機，包括至少一個封閉室；加熱/冷卻裝置，被配置以使該至少一個室的內部處于低溫或高溫狀態；設置在該至少一個室內的推動單元，被配置以將裝配在測試托盤上的多個半導體器件推到位于至少一個室內的測試插座內用于測試；冷卻流體供應裝置，被配置以提供冷卻流體；噴嘴部件，被配置以將從冷卻流體供應裝置接收的冷卻流體噴射到裝配到測試插座的半導體器件上；以及控制單元，被配置以在測試過程中控制冷卻流體噴射到半導體器件上，以補償測試過程中該半導體器件的溫度變化。
本發明的其它優點、目的、和特征將在以下的描述中部分闡明，對于本領域技術人員來說，通過對下述內容的研究后，本發明的優點、目的、和特征將變得顯而易見，或可從本發明的實踐中獲得。本發明的目的和優點將被理解并獲得，尤其在所附的權利要求中得到體現。
圖8是根據本發明的另一實施例的在可對測試溫度偏差進行補償的裝置內的混合器的前視圖；圖9是圖8所示混合器的霧化部件的前視圖；
圖10是根據本發明的實施例的在用于補償測試溫度偏差的裝置內的過濾部件的示意性剖視圖；圖11是根據本發明的另一個實施例的在用于補償測試溫度偏差的裝置內的過濾部件的剖視圖；以及圖12為根據本發明的另一實施例的在用于補償測試溫度偏差的裝置內的過濾部件的示意性剖視圖。
下面將介紹處理機及其工作情況。
圖1所示的處理機包括有在處理機1前部的裝載單元10，用戶托盤可裝載在其中，以及位于裝載單元10一側的卸載單元20，其中受測試的半導體器件可被裝載在用戶托盤上，并根據測試結果將受測試的半導體器件分類。
緩沖單元40被設置在處理機1的中間位置的兩側上，臨時存放從裝載單元10傳送來的半導體器件。交換單元50被設置在緩沖單元40之間。交換單元50從緩沖單元40將待測的半導體器件取走，并將其放置在測試托盤T上。交換單元50還從測試托盤T將受測試的半導體器件送回緩沖單元40。
一個或多個第一拾取機械手31和第二拾取機械手32被設置在具有裝載單元10和卸載單元20的處理機1的前面部分與具有交換單元50和緩沖單元40的中間部分之間。每個拾取單元31、32可沿著X-Y軸方向作線性移動，并拾取半導體器件。第一拾取機械手31在裝載單元10、卸載單元20、以及緩沖單元40之間移動以傳送半導體器件。第二拾取機械手32在緩沖單元40和交換單元50之間移動以傳送半導體器件。
室單元70被設置在處理機1的后部，包括密封室。一個或多個室可裝配有電子加熱器或液化氣體噴射系統(未示出)，以形成對半導體器件進行測試的高溫或低溫環境，該半導體器件被放托盤T上的各個室內，然后分別在高溫或低溫環境下經受測試。
在圖1所示的實施例中，室70包括預熱室71、測試室72、和解凍室73。在預熱室71內，在從其前部一步步移動至其后部時，從交換單元50傳送的測試托盤T被加熱或冷卻到預定溫度。在測試室72內，將放置在測試托盤T上的半導體器件裝配到連接至外部測試裝置80的測試板85(稱之為Hi-Fix)上的測試插座86上，接著在預定溫度下進行測試。在位于測試室72的一側的解凍室73內，受測試的半導體器件恢復到初始室溫。當移動測試托盤穿過測試室72從其后部一步步到其前部時，預熱室可將測試托盤T加熱或冷卻至預定溫度。
如圖2所示，推動單元90被設置在測試室72內，以將連接至測試托盤T上的載體C的半導體器件向測試板85的方向推進，從而將半導體器件裝配到測試插座86上或從測試插座86上移去。推動單元90包括裝配到其上的噴嘴部件170，用于噴射干燥空氣和諸如液氮的液化氣體的冷卻流體混合物。如圖2和圖3所示，噴嘴部件170包括多個可單獨進行控制的噴嘴170A。通過使測試中的半導體器件冷卻，冷卻流體可補償任何溫度偏差。
而且，諸如鋁散熱器的散熱器180可靠近測試板85的測試插座86設置。可選的，散熱器也可設置在測試托盤T上。散熱器180和半導體器件S之間為面面接觸以冷卻半導體器件，從而和噴嘴部件170一起補償測試溫度偏差。
散熱器180可具有內置溫度傳感器181。溫度傳感器181檢測并傳送溫度至控制單元190(見圖3)。可選的，溫度傳感器可設置在支持物C、測試托盤T、推動單元90上或其中、或在測試之前、測試過程中、或測試后能傳感半導體器件溫度、溫度變化、和/或溫度變化率的其他任何位置上。溫度傳感器還可以設置在測試板85上或作為測試板85的一部分。在一個實施例中，每個散熱器180都包括充滿用于散熱的制冷劑的熱導管(未示出)。
圖3是根據本發明的實施例的用于補償測試溫度偏差的裝置的示意圖。參考圖3，裝置100包括可提供諸如液氮LN2等的液化氣體的流體源110、可提供干燥空氣的干燥空氣體源120、以及連接至流體源110和干燥空氣源120的混合器130。混合器130使液化氣體和干燥空氣均勻混合以形成冷卻流體，并將其提供給噴嘴部件170。
第一螺線管閥150被設置在連接液化氣體源110和混合器130的流送管上。第一螺線管閥150控制供給混合器130的液化氣體流量。第二螺線管閥160被設置在將干燥空氣源120連接到混合器130的流送管上。第二螺線管閥160控制到混合器130的干燥空氣流量。用于電力控制處理器操作的控制單元190操作第一和第二螺線管閥150和160，控制單元190可以通過控制冷卻流體的噴射速度、噴射冷卻流體的時段、和/或冷卻流體中的氣體比例，以實現對冷卻流體噴射的控制。
參考圖4至圖6，混合器130包括連接至供應管161的末端的液化氣體分配總管131，該供應管161被連接至液化氣體源110，用于接收諸如液氮等的液化氣體，還包括四個螺線管閥132和四個液化氣體導管133，以及連接至液化氣體導管133的末端的混合器主體134。螺線管閥132控制從液化氣體分配總管131供應給混合器主體134的通過液化氣體導管133的液化氣體流速。
在圖4所示的示范性實施例中，有四個干燥空氣供應管162連接在干燥空氣源120和混合器主體134之間。干燥空氣供應管162通過干燥空氣供應管152將干燥空氣提供給混合器主體134。在混合器主體134內還有四個干燥空氣流道136。每個干燥空氣供應通道136都具有連接至干燥空氣供應管162的用于接收干燥空氣的入口，和連接至冷卻流體供應管163(見圖3)的出口，該冷卻流體供應管163連接至過濾部件140(見圖3)。在這個實施例中，具有四個干燥空氣供應管162和四個干燥空氣供應通道136。然而，在其它實施例中，其它數目的干燥空氣供應管和干燥空氣通道也是適當的。
如圖5所示，液化氣體導管133穿透干燥空氣流通道136的一側，在混合器主體134的一側與其垂直，以便液化氣體導管133的一端位于干燥空氣流通道136內。液化氣體出口138被形成在一端并朝向干燥空氣的流動方向。液化氣體排出口138僅形成在液化氣體導管133的后側，且在液化氣體導管133末端的后側利用由流過干燥空氣流通道136的干燥空氣引起的壓力下降區域A，即低壓區域。
橫過液化氣體導管133安裝霧化部件139。霧化部件139使液化氣體的液相顆粒霧化，包括形成圓形多孔板139a的多個穿透孔139b，如圖7所示。
霧化部件139并不安裝在液化氣體導管133中，而是安裝在干燥氣體流通道136的出口處。在這種情況下，霧化部件可以是網狀物239a，如圖8和圖9所示。這種結構確保冷卻流體的平穩流動，使液化氣體霧化。
在霧化部件139并不安裝在液化氣體導管133中、而是安裝在干燥空氣流通道136的出口處的情況下，當流過液化氣體導管133的液化氣體的供應壓力沒有下降時，液化氣體可以平穩地流入干燥空氣流道內，便于液化氣體和干燥空氣更加均勻的混合。同時，過濾部件140使穿過混合器130中的霧化部件139或239的大顆粒液化氣體霧化，防止液化氣體從噴嘴部件170噴出并粘到半導體器件上。
參考圖10，過濾部件140包括基本上是圓柱形的外殼141、冷卻流體入口142、和冷卻流體出口143，以及設置有外殼141的錐形氣液分離部件144，該入口和出口都被設置在外殼141的頂面中，并分別連接至冷卻流體供應管163和164。
氣液分離部件144被連接到在外殼141的內層的中間部分處的支撐部件145，形成在氣液分離部件144的底部和外殼141的底板之間的空間SP。仍是液相的液化氣體沿著氣液分離部件144流下進入到空間SP中，如圖10所示。
下面將說明根據本發明的實施例的用于補償測試溫度偏差的裝置的工作情況。
當處理機開始工作時，測試室72的內部通過諸如電子加熱器、或液化氣體噴射系統等的加熱/冷卻裝置達到一溫度狀態。然后，當帶有半導體器件S的測試托盤T被運送到測試室72中并置于推動單元90和測試板85之間時，推動單元90朝測試板85移動，將裝配到測試托盤T的支持物C上的半導體器件S推到測試插座86，從而開始測試。
在這種情況下，半導體器件S和測試插座86的散熱器180進行面面接觸，并被冷卻。當開始半導體器件測試時，從液化氣體源110和干燥空氣源120將液化氣體和干燥空氣供給混合器130。供給混合器130的干燥空氣通過干燥空氣供應管162被引入干燥空氣流通道136。同時，通過液化氣體供應管161從液化氣體源110供應的液化氣體通過混合器的液化氣體分配總管131，在螺線管閥132處經受流速控制，并供給液化氣體導管133，在此處，如果噴射部件139裝配在液化氣體導管133上，液化氣體的液相顆粒就被霧化成細小顆粒，因為液化氣體穿過穿透孔139b，并朝著液化氣體出口138引導。
因為液化氣體導管133的一端位于干燥空氣流通道136內，液化氣體導管133的一端相當于干燥空氣流的障礙物，以使干燥空氣形成圍繞液化氣體導管133的流線且在液化氣體導管133的后側附近形成低壓區域A，即在液化氣體出口138附近具有低壓。供給液化氣體導管133霧化的液化氣體平穩地流過液化氣體出口，并由于低壓區A的壓力差而與干燥空氣混合。
換言之，如果低壓區域不在液化氣體出口138的外側形成，由于干燥空氣的壓力，液化氣體的供應不能平穩地流動，這將妨礙冷卻流體的均勻混合。然而，因為液化氣體出口138在干燥空氣流方向的液化氣體導管133的后側形成，因此低壓區域A形成在出口138附近，允許較高壓力的液化氣體穿過液化氣體出口138平穩流出并和干燥空氣混合。
最終，在干燥空氣流通道136內混合的液化氣體和干燥空氣通過連接到干燥空氣流通道136的出口的冷卻流體供應管163供給過濾部件140。在這種情況下，如果將霧化部件239裝配到干燥空氣流通道136的出口，在供給過濾部件140之前，當穿過霧化部件239的網狀物239a時，流過干燥空氣流通道136的冷卻流體就被霧化。
從混合器130排出的冷卻流體流過冷卻流體供應管163，然后通過過濾部件140的入口142導入外殼141。在過濾部件140內，在冷卻流體內為最輕的氣體和非常細小的液化氣體顆粒，通過是低壓區域的出口143直接排放至冷卻流體供應管164，而并不到達氣液分離部件144，因為氣體和液化氣體的非常細小的液體顆粒具有較低的動能。然而，具有大顆粒尺寸的液相的液化氣體接觸到氣液分離部件144并流下，因為該液化氣體具有較高的動能。
沿著氣液分離部件144流下的液相的液化氣體聚集在聚集部分146內慢慢地蒸發，然后通過出口143排放到冷卻流體供應管164。因此，通過過濾部件140排放到冷卻流體供應管164的大部分冷卻流體是氣態液化氣體和干燥空氣，即使其中包含了液相的液化氣體，顆粒大小也十分細小。
通過過濾部件140排放為細小顆粒的液化氣體和干燥空氣的冷卻流體通過噴嘴部件170向被測試的半導體器件S噴射，從而將半導體器件S冷卻。
在測試過程中，當通過散熱器180和噴嘴部件170冷卻半導體器件時，散熱器180內的溫度傳感器181檢測溫度，并將檢測到的溫度傳送到控制單元190。控制單元190根據溫度傳感器181傳送的溫度的給定實驗方程式計算半導體器件的溫度，并提供控制信號給第一螺線管閥150和第二螺線管閥155。
由來自控制單元190的控制信號控制的第一螺線管閥150和第二螺線管閥155，通過控制供給混合器130的液化氣體和干燥空氣的流速，控制從噴嘴部件170噴射的冷卻流體的流速，從而使半導體器件測試溫度保持在一個合適的水平。同時，盡管在上述實施例中，連接至干燥空氣源120的干燥空氣流通道136位于混合器主體134內，可選的，暴露的干燥空氣導管(未示出)可被設置用于干燥空氣流動，而不需要如同混合器主體一樣的外殼，帶有插入其中的具有形成在其中的液化氣體出口的液化氣體導管端。
圖11和圖12示出了過濾裝置的另一個實施例。圖11所示的過濾裝置240具有與外殼241的底板成為一體的錐形氣液分離部件224的底部，在外殼241的底板的凹槽狀聚集部分245，聚集部分245位于氣液分離部分244下部的外側，用于聚集液化氣體。
因此，如同上述通過入口242導入外殼241的冷卻流體的過濾裝置140一樣，輕的氣態冷卻流體通過出口243排放到冷卻流體供應管164。另一方面，較重的液相的液化氣體沿著氣液分離部件244流下，并聚集在聚集部分245中，蒸發，然后通過出口243排放到冷卻流體供應管164。
圖12所示的實施例中的過濾裝置340包括外殼341，其一側具有連接至冷卻流體供應管163的入口342，以將冷卻流體引入此處，另一側的頂部具有連接至冷卻流體供應管164的出口343，以排放冷卻流體。外殼341具有擴散器的結構，從入口側342向出口側343擴大。
當干燥空氣和液化氣體混合的冷卻流體通過入口342排放到外殼341內時，液相的液化氣體的細小顆粒隨著排放的冷卻流體的膨脹而蒸發，然后通過出口343和干燥空氣一起被直接排放。由于顆粒較大而未被氣化的液相的液化氣體聚集在外殼341的下部，隨著時間的流逝而慢慢蒸發，然后通過上側的出口被排放。
過濾裝置140、240或340過濾液相的液化氣體，而并不妨礙供給噴嘴部件170的冷卻流體流動，從而不會增加管內部的壓力且維持固定壓力，允許氣態冷卻流體在固定壓力下通過噴嘴部件170排出。
對于本領域技術人員顯而易見的是，在處理機內用于補償測試溫度偏差的裝置，由半導體器件自身產生的熱量引起的溫度升高得以制止，所有的測試都在用戶想要的準確溫度或在用戶想要的準確溫度范圍內進行。
這樣，根據本發明的在半導體器件處理機內用于補償測試溫度偏差的裝置制止在測試過程中半導體器件自身產生熱量，允許在想要的溫度范圍進行測試，結果產生改良測試的可靠性和成品率，因為液化氣體和干燥空氣的冷卻流體被供給半導體器件且散熱器和半導體器件在半導體測試過程中為面面接觸，用于對半導體器件進行冷卻。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的權利要求范圍之內。
權利要求
1. 一種半導體器件處理機，包括至少一個封閉室；加熱/冷卻裝置，被配置以使所述至少一個室的內部達到低溫或高溫狀態；被設置在所述至少一個室內的推動單元，被配置以將安裝在測試托盤上的多個半導體器件推進位于所述至少一個室內的測試插座上以備測試；冷卻流體供應裝置，被配置以提供冷卻流體；噴嘴部件，被配置以將從所述冷卻流體供應裝置接收的冷卻流體噴射到裝配到所述測試插座的半導體器件上；以及控制單元，被配置以在測試過程中控制噴射冷卻流體到所述半導體器件上，以補償測試過程中出現的半導體器件的溫度變化。
2.根據權利要求1所述的半導體器件處理機，其中所述冷卻流體供應裝置包括液化氣體源；干燥空氣源；以及混合器，被配置以將從所述液化氣體源接收的液化氣體和從所述干燥空氣源接收的干燥空氣進行混合以產生冷卻流體。
3.根據權利要求2所述的半導體器件處理機，還包括裝配在所述測試托盤上的多個散熱器，被配置以與所述半導體器件的各個表面接觸，以冷卻所述半導體器件。
4.根據權利要求3所述的半導體器件處理機，其中所述散熱器包括安裝在其上的充滿致冷劑的熱導管。
5.根據權利要求2所述的半導體器件處理機，其中所述冷卻流體供應裝置還包括在連接所述液化氣體源和所述混合器的流送管上的第一控制閥，被配置以控制從所述液化氣體源供給所述混合器的液化氣體流量；以及在連接所述干燥空氣源和所述混合器的流送管上的第二控制閥，被配置以控制供給所述混合器的干燥空氣流量，其中通過所述控制單元對所述第一控制閥和所述第二控制閥進行電控制。
6.根據權利要求5所述的半導體器件處理機，其中所述控制單元被配置以控制所述冷卻流體被噴射到所述半導體器件上的時間間隔。
7.根據權利要求5所述的半導體器件處理機，其中所述控制單元被配置以控制構成所述冷卻流體的氣體的比例。
8.根據權利要求5所述的半導體器件處理機，其中所述控制單元被配置以控制所述冷卻流體的流速。
9.根據權利要求5所述的半導體器件處理機，其中所述控制單元被配置以從至少一個外部溫度傳感器接收至少一個溫度信號，其中所述控制單元使用所述至少一個溫度信號來控制冷卻流體的噴射。
10.根據權利要求1所述的半導體器件處理機，還包括至少一個溫度傳感器，被配置以檢測溫度并將檢測到的溫度傳送到所述控制單元以控制冷卻流體的噴射。
11.根據權利要求10所述的半導體器件處理機，其中所述溫度傳感器被設置在所述推動單元中。
12.根據權利要求11所述的半導體器件處理機，其中所述至少一個外部溫度傳感器被設置在所述測試板中。
13.根據權利要求2所述的半導體器件處理機，還包括在連接所述混合器和所述噴嘴部件的流送管上的過濾部件，被配置以使在所述干燥空氣的冷卻流體中的并從混合器排出的液相的液化氣體霧化。
14.根據權利要求13所述的半導體器件處理機，其中所述過濾部件包括外殼，具有在其頂面的連接至與所述混合器聯系的冷卻流體供應管的第一部分的入口，以及在其頂面的連接至與所述噴嘴部件聯系的冷卻流體供應管的第二部分的出口；在所述外殼中的氣液分離部件，被配置以將所述冷卻流體與保持為液相的液化氣體分離開來；以及在所述外殼的下部內的聚集部分，被配置以聚集沿著氣液分離部件流下的保持為液相的液化氣體。
15.根據權利要求14所述的半導體器件處理機，其中所述氣液分離部件是錐形的。
16.根據權利要求14所述的半導體器件處理機，其中所述氣液分離部件被形成在所述外殼底板上的垂直支架上，且所述聚集部分被形成在所述氣液分離部件底部和所述外殼底板之間的空間中。
17.根據權利要求14所述的半導體器件處理機，其中所述氣液分離部件和所述外殼的底板被形成為一個單元，且所述聚集部分在所述氣液分離部分下部外側上的外殼底板處形成為槽狀結構。
18.根據權利要求13所述的半導體器件處理機，其中所述過濾部件包括外殼，具有當其從入口延伸至出口時截面增大的擴散器結構；在所述外殼一側的入口，被配置以被連接至與所述混合器聯系的冷卻流體流管的第一部分；以及在所述入口的相對側頂部的出口，被配置以被連接至與所述噴嘴部件聯系的冷卻流體流管的第二部分。
19.根據權利要求2所述的半導體器件處理機，其中所述混合器包括主體；在所述主體內用于干燥空氣流的至少一個干燥空氣流道；裝配在所述主體一側的至少一個液化氣體導管，被配置以垂直穿透所述干燥空氣流道的一側，以使其末端被安置在所述干燥空氣流道內；以及在朝干燥空氣流向的末端的后側的液化氣體出口，用來排放所述液化氣體。
20.根據權利要求19所述的半導體器件處理機，其中所述混合器還包括液化氣體分配總管，被連接至所述液化氣體源；以及控制閥，被配置以控制從液化氣體總管到液化氣體導管的液化氣體供給。
21.根據權利要求19所述的半導體器件處理機，其中所述混合器還包括在所述液化氣體導管中的霧化部件，被配置以當供應給干燥空氣流通道的液化氣體經過此處時使液相顆粒霧化。
22.根據權利要求21所述的半導體器件處理機，其中所述霧化部件是多孔板。
23.根據權利要求21所述的半導體器件處理機，其中所述霧化部件是網狀物。
24.根據權利要求19所述的半導體器件處理機，其中所述混合器還包括在所述干燥空氣導管出口處的霧化部件，被配置以當所述液化氣體和所述干燥空氣構成的混合流體經過此處時使液相的液化氣體霧化。
25.根據權利要求24所述的半導體器件處理機，其中所述霧化部件是多孔板。
26.根據權利要求24所述的半導體器件處理機，其中所述霧化部件是網狀物。
27.根據權利要求1所述的半導體器件處理機，其中所述噴嘴部件被連接至所述推動單元。
28.根據權利要求2所述的半導體器件處理機，其中所述液化氣體源包括液氮源。
全文摘要
本發明提供了一種半導體器件處理機，其中可對由于在測試過程中半導體器件自身產生熱量而造成半導體器件的測試溫度的偏差進行補償，允許在準確的溫度或準確的溫度范圍內對半導體器件進行測試。半導體器件處理機包括至少一個封閉室；加熱/冷卻裝置，被配置以使至少一個室的內部達到低溫狀態或高溫狀態；設置在至少一個室內的推動單元，被配置以將裝配在測試托盤上的多個半導體器件推到位于至少一個室內測試板上的測試插座上以備測試；冷卻流體供應裝置，被配置以提供冷卻流體；噴嘴部件，被配置以將從冷卻流體供應裝置接收的冷卻流體噴射到裝配在測試插座的半導體器件上；以及控制單元，被配置以測試過程中控制噴射到半導體器件上的冷卻流體，以補償測試過程中半導體器件所發生的溫度變化。
文檔編號G01R31/26GK1471150SQ0312184
公開日2004年1月28日 申請日期2003年4月21日 優先權日2002年7月24日
發明者宋在明, 咸哲鎬, 樸贊毫, 黃義星, 林祐永, 徐載奉, 李應龍, 李炳基 申請人:未來產業株式會社