專利名稱：錫球剪力測試裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明有關于一種錫球剪力測試裝置，特別是有關于一種具有一活動平臺，適用于不同尺寸晶片的錫球剪力測試裝置。
背景技術：
為了要維持半導體產業(yè)的競爭力，工程師一直設法減少芯片的尺寸及其制造成本，因此，在此微小化的趨勢之下，如何有效提高電路密度，并縮小芯片以及封裝尺寸是一重要的課題。此外，為了增加集成電路封裝的接腳密度，工程師發(fā)展出了各式的封裝設計，以提升接腳密度，降低芯片的封裝尺寸。
覆晶封裝技術(Flip Chip Type Package)的封裝設計具有相對高的接腳密度，典型的覆晶封裝包括多個以數(shù)組方式排列的接合墊，可形成與晶粒中的其它電路組件連接的內聯(lián)機，或用于與其它晶粒外的組件電性連接。相對于其它的封裝技術，數(shù)組設計讓工程師能充分的利用晶粒的封裝面配置接合墊，而傳統(tǒng)的表面封裝技術(Surface Mount Ppackage)僅能將I/O接腳環(huán)繞于封裝結構的周圍。
芯片尺寸級封裝(Chip Scale Package，CSP)為另一種高密度封裝技術，典型的芯片尺寸級封裝的整體封裝尺寸約等于封裝內部晶粒的大小。另一種先進技術是直接在晶片上進行數(shù)組封裝，稱為晶片級封裝(WLCSP)，在晶片級封裝中，I/O接腳以凸塊的方式設置于晶粒驅動側的表面。
圖1A是顯示傳統(tǒng)覆晶封裝的晶粒10，包括多個電路結構(未圖標)，該等電路結構可包括晶體管或是內連結層(interconnect layer)。晶粒的上表面11形成有多個接合墊(未圖示)。接觸凸塊12形成于晶粒上表面11的接合墊之上，以提供機械以及電性連結。在現(xiàn)有技術中，晶片的底面為裸露的硅材料。
圖1B為晶片級封裝的接觸凸塊的放大截面圖。在圖1B中，導電墊13形成于晶粒10的上表面，并與一芯片內部的電路結構(未圖標)電性連接。一保護層14形成于晶粒10上為含導電墊13的部分，以覆蓋晶粒10的上表面，保護內部的電路。接合墊15形成在導電墊13以及部分的保護層14之上，而接觸凸塊12再形成在接合墊15之上。
在傳統(tǒng)的半導體制程之中，接觸凸塊利用再加熱制程(re-flowingprocess)于硅基板之上形成一半圓形的凸塊。因此，金或焊材等沉積材料與基板之間的機械強度需經過適當?shù)臏y試，才能確保制程的良率。但是由于組件的尺寸非常小，所以測試裝置需要能準確的定位，同時要能量測非常微小的作用力與偏移量。
在圖2之中，傳統(tǒng)的測試方法是在切割晶粒之前，以一精密、細小的平切剪力工具或探針22，測試沉積材料與晶片間的附著力。首先，晶片1被固定于測試裝置的一平臺21上，該探針22藉由一機械裝置移到初始位置，而為了要避免工具與晶片表面摩擦，探針22需控制在晶片表面之上，而其高度需要準確的控制，才能進行精確的剪力量測。在一般狀況之下，其控制精度約為正負1微米之間。
在探針22于一初始點與晶片1上的接觸凸塊12接觸后，探針22沿箭頭(a)的方向移動，并施力于接觸凸塊12的側面，以測試接觸凸塊與晶片間的鍵結機械強度。最后，接觸凸塊12斷裂，而將接觸凸塊12切離基板所需要的力量大小，可藉由傳統(tǒng)的應力量測技術所得知。
此外，美國公告6,341530號專利，其利用改良的探針以測試將金或焊材等沉積材料移離晶片所需要的力量。這些沉積材料的直徑范圍介于50至100微米之間，可作為與電路組件之間的連結。該專利所提供的剪力測試裝置具有一半圓柱形凹穴，其凹穴的主要直徑趨近于沉積材料的直徑。此剪力測試裝置可將沉積材料重新塑形，當此凹內與沉積材料接觸的圓周小于30％、接觸高度小于沉積材料厚度10％時，此塑形效應即會發(fā)生，而得到最佳的測試結果。
上述的剪力測試是對整片晶片進行測試。因此，用于移動傳統(tǒng)剪力測試裝置的平臺需依據6英寸、8英寸或是12英寸等不同晶片的尺寸作重新設計，而半導體廠必須要針對不同尺寸的晶片準備不同的剪力測試裝置，因此，會增加大幅設備購置成本，故需要一種能解決上述問題的剪力測試方法以及裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明即為了欲解決上述現(xiàn)有技術的問題而提供的一種錫球剪力測試裝置。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種錫球剪力測試裝置，其具有活動平臺，可同時適用于8英寸或是12英寸等不同尺寸的晶片，避免因不同尺寸的晶片而購置多余的錫球剪力測試裝置。
本發(fā)明提供一種用于測試8英寸或12英寸硅基板上凸塊強度的裝置。裝置包括一活動平臺、一控制單元、一移動單元、一傳感器以及一真空夾具?；顒悠脚_用于固定8英寸晶片。真空夾具可選擇性的固定12英寸晶片或是活動平臺。控制單元控制一移動單元移動探針，接觸固定于真空夾具上的12英寸晶片上的錫球，或是當活動平臺固定于真空夾具上時，移動探針，接觸固定于活動平臺上的8英寸晶片上的錫球，之后，探針沿一既定方向移動以使錫球由晶片上移除。當探針沿既定方向移動，并使錫球由8英寸晶片或是12英寸晶片上移除時，傳感器用于量測探針所承受的一推力。
在一較佳實施例中，錫球剪力測試裝置更具有一加熱單元，可探針加熱到一預定溫度。
在一較佳實施例中，活動平臺具有多個調準插拴，真空夾具具有多個調準孔洞，用于容納調準插拴，以固定活動平臺。又，活動平臺具有多個第一插拴，用于定位8英寸晶片。真空夾具具有多個第二插拴，用于定位12英寸晶片或是活動平臺。
在一較佳實施例之中，錫球剪力測試裝置更包括一真空泵。真空夾具具有多個環(huán)狀凹陷以及排氣孔，其與真空泵連通，可將環(huán)狀凹陷及排氣孔中抽至真空，以固定12英寸晶片或是活動平臺。
此外，活動平臺包括一底座以及一可動部，可動部以樞接的方式設置于底座之上?？蓜硬烤哂幸恢醒氚佳ㄒ约耙恢醒肟锥?。當活動平臺設置于真空夾具之上時，中央凹穴以及中央孔洞經由環(huán)狀凹陷以及排氣孔與真空泵連通，以固定8英寸晶片。又，底座具有一鎖固凹陷以及一通道，其與真空泵接通，以固定可動部的位置。


圖1A是顯示傳統(tǒng)晶片級芯片封裝的側視圖；圖1B為晶片級封裝的接觸凸塊的放大截面2是顯示傳統(tǒng)錫球剪力測試裝置的示意圖。
圖3是顯示本發(fā)明錫球剪力測試裝置的方塊圖。
圖4是顯示本發(fā)明的真空夾具以及活動平臺的立體圖。
圖5A是顯示12英寸晶片設置于真空夾具之上，以進行剪力測試的截面圖。
圖5B是顯示8英寸晶片設置于活動平臺之上，以進行剪力測試的截面圖。
圖6是顯示本發(fā)明的探針對于晶片上的錫球進行剪力測試時的示意圖。
符號說明1～晶片2～晶片10～晶粒11～上表面12～接觸凸塊13～導電墊14～保護層15～接合墊21～平臺21～晶片
22～探針27～錫球30～錫球剪力測試裝置31～控制單元32～力量傳感器33～移動單元34～加熱單元35～真空泵36～探針40～活動平臺41～可動部412～中央凹穴413～凹口413～中央孔洞42～底座421～通道422～環(huán)狀凹陷423～軸承50～真空夾具51～排氣孔52～環(huán)狀凹陷53a、53b、53c～調準插拴54a、54b～調準孔洞
55～凹口具體實施方式
圖3是顯示本發(fā)明的錫球剪力測試裝置的方塊圖。在圖3中，錫球剪力測試裝置30包括一真空夾具50、一探針36以及一加熱單元34。真空夾具50與一真空泵35連接，以固定一大尺寸晶片。探針36由一移動單元驅動。加熱單元34用于將探針36加熱至一預定溫度，以進行剪力測試。力量傳感器32可以為傳統(tǒng)的應力計，設置于探針36之上，以量測對晶片上的接觸凸塊所施加的剪力。控制單元31用于控制移動單元33、加熱單元34以及真空泵35，并將由力量傳感器32得到的一模擬訊號轉換為一數(shù)字剪力數(shù)據。此外，錫球剪力測試裝置30亦包括一設置于真空夾具50之上的活動平臺40，其與真空泵35連接，以固定一小尺寸的晶片，如此，本發(fā)明的錫球剪力測試裝置30可測試兩種不同尺寸的晶片而節(jié)省成本。
圖4是顯示本發(fā)明的真空夾具以及活動平臺。在圖4中，真空夾具50用于支撐一大尺寸的晶片，例如12英寸晶片或活動平臺40。真空夾具50具有多個調準插拴53a～53c以及兩個調準孔洞54a，54b。調準插拴53a～53c設置于真空夾具50的上表面，以定位大尺寸晶片以及活動平臺40。調準孔洞54a，54b用于鎖固活動平臺40。真空夾具50具有多個環(huán)狀凹陷52以及排氣孔51。環(huán)狀凹穴52經由直線排列的排氣孔51與真空泵接通，藉以形成真空，固定一大尺寸的晶片或活動平臺40。真空夾具50更具有一凹口55，當晶片完成剪力測試后，可供一鑿子伸入以破除真空。
活動平臺40包括一底座42以及一可動部41，可動部41以樞接的方式設置于底座42之上。可動部41具有一中央凹穴412以及一中央孔洞413。底座42具有兩個調準插拴(未圖示)，調準插拴插入調準孔洞54a、54b，以將活動平臺40定位于真空夾具50之上。當活動平臺40固定于真空夾具50之上時，中央凹穴412以及中央孔洞413經由環(huán)狀凹陷512以及排氣孔51與真空泵連通，形成真空，可固定一小尺寸晶片，例如6英寸或8英寸晶片?；顒悠脚_40亦具有復數(shù)插拴411A～411c及一凹口413，插拴411A～411c設置于活動平臺40的上表面，可定位小尺寸晶片，凹口413可供一鑿子伸入以破除真空。
圖5A是顯示一12英寸晶片2，藉由插拴53a～53c設置于真空夾具50之上，以進行剪力測試。在圖5A中，真空泵抽除環(huán)狀凹陷52以及排氣孔51中的空氣，而使得12英寸晶片2吸附于真空夾具50之上。移動單元33由控制單元控制，接著將探針36移動至一初始位置，進行剪力測試。
此外，如圖5B所示，當在一小尺寸晶片1上進行測試時，活動平臺40先利用調準插拴424a、424b，插入真空夾具50的調準孔洞54a、54b中，設置于真空夾具50之上。可動部41透過一軸承423，以樞接的方式連接至底座42，如此，小尺寸的晶片2可于活動平臺40之上旋轉。底座42具有一通道421以及一環(huán)狀凹陷422，其透過一軟管(未圖示)與真空泵連接。在小尺寸晶片2固定在活動平臺40上之后，可動部41可由真空泵所提供的真空吸附所鎖固。接著，移動單元33移動探針36至一初始位置以進行剪力測試。
圖6為本發(fā)明的探針36對硅基板(晶片)21上的錫球27進行剪力測試時的示意圖。在圖6中，控制單元控制移動單元以移動探針36至一初始位置，使其接觸或幾乎接觸錫球27。錫球27位于真空夾具上的大尺寸晶片之上，或是當活動平臺設置于真空夾具之上時，位于活動平臺之上的小尺寸晶片之上。移動單元將探針36沿一方向(b)移動，將錫球27移離晶片21。探針36具有可感測應力的力量傳感器，可量測當探針36沿既定方向移動，并將錫球27從晶片21上移除時，施加于探針36之上的推力。最后，控制單元31可將從一力量傳感器32得到的一模擬訊號轉換為可顯示于屏幕之上的一數(shù)字剪力數(shù)據，而工程師便可據以判斷，錫球的機械強度是否符合要求，以提升晶片級封裝的制程良率。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視所附的權利要求范圍所界定者為準。
權利要求
1.一種錫球剪力測試裝置，用于檢測第一尺寸基板或第二尺寸基板上的電極與錫球之間的結合強度，包括一活動平臺，用于固定該第一尺寸基板；一真空夾具，可選擇性固定該第二尺寸基板或該活動平臺；一移動單元；一探針，固定于該移動單元之上；一控制單元，控制該移動單元，用于移動該探針，接觸該錫球，并以該探針沿一既定方向移動，使該錫球由固定于該真空夾具上的該第二尺寸基板分離，或是當該活動平臺固定于該真空夾具上時，使該錫球由該活動平臺上的該第一尺寸基板分離；以及一傳感器，當該探針沿該既定方向移動，并使該錫球由該第一尺寸基板或該第二尺寸基板上移除時，該傳感器用于檢測該探針所承受的一推力。
2.根據權利要求1所述的錫球剪力測試裝置，其中該活動平臺具有多個調準插拴，而該真空夾具具有多個調準孔洞，用于容納所述的調準插拴插入，以定位該活動平臺于該真空夾具之上。
3.根據權利要求1所述的錫球剪力測試裝置，更包括一真空泵。
4.根據權利要求3所述的錫球剪力測試裝置，其中該真空夾具具有多個環(huán)狀凹陷以及排氣孔，所述的排氣孔與該真空泵接通，該真空泵提供真空，使該真空夾具固定該第二尺寸基板或該活動平臺。
5.根據權利要求3所述的錫球剪力測試裝置，其中該活動平臺包括一底座以及一可動部，該可動部以樞接的方式設置于該底座之上。
6.根據權利要求5所述的錫球剪力測試裝置，其中該可動部具有一中央凹穴以及一中央孔洞，當該活動平臺設置于該真空夾具之上時，該中央凹穴以及該中央孔洞經由所述的環(huán)狀凹陷以及排氣孔與該真空泵連通，該真空泵提供真空，使該活動平臺固定該第一尺寸基板。
7.根據權利要求6所述的錫球剪力測試裝置，其中該活動平臺的該底座包括一鎖固凹陷以及一通道，其與該真空泵連通，以固定該可動部的位置。
8.一種錫球剪力測試裝置，用于檢測形成于8英寸晶片或12英寸晶片上的電極與錫球之間的結合強度，包括一活動平臺，用于固定該8英寸晶片；一真空夾具，可選擇性固定該12英寸晶片或該活動平臺；一移動單元；一探針，固定于該移動單元之上；一控制單元，控制該移動單元，用于移動該探針，接觸該錫球，并以該探針沿一既定方向移動，使該錫球由固定于該真空夾具上的該12英寸晶片分離，或是當該活動平臺固定于該真空夾具上時，使該錫球由該活動平臺上的該8英寸晶片分離；以及一傳感器，當該探針沿該既定方向移動，并使該錫球由該8英寸晶片或該12英寸晶片上移除時，該傳感器用于檢測該探針所承受的一推力。
9.根據權利要求8所述的錫球剪力測試裝置，其中該活動平臺具有多個調準插拴，而該真空夾具具有多個調準孔洞，用于容納所述的調準插拴插入，以定位該活動平臺于該真空夾具之上。
10.根據權利要求8所述的錫球剪力測試裝置，更包括一真空泵。
11.根據權利要求10所述的錫球剪力測試裝置，其中該真空夾具具有多個環(huán)狀凹陷以及排氣孔，所述的排氣孔與該真空泵連通，該真空泵提供真空，使該真空夾具固定該12英寸晶片或該活動平臺。
12.根據權利要求10所述的錫球剪力測試裝置，其中該活動平臺包括一底座以及一可動部，該可動部以樞接的方式設置于該底座之上。
13.根據權利要求12所述的錫球剪力測試裝置，其中該可動部具有一中央凹穴以及一中央孔洞，當該活動平臺設置于該真空夾具之上時，該中央凹穴以及該中央孔洞經由所述的環(huán)狀凹陷以及排氣孔與該真空泵連通，該真空泵提供真空，使該活動平臺固定該8英寸晶片。
14.根據權利要求13所述的錫球剪力測試裝置，其中該活動平臺的該底座包括一鎖固凹陷以及一通道，其與該真空泵連通，以固定該可動部的位置。
全文摘要
一種用于剪力測試8英寸或是12英寸硅基板上凸塊的裝置。該裝置包括一活動平臺、一控制單元、一移動單元以及一真空夾具?；顒悠脚_用于固定8英寸晶片。真空夾具可固定12英寸晶片或是活動平臺?？刂茊卧刂埔灰苿訂卧?，可移動探針接觸待測12英寸晶片上的錫球，或是當活動平臺固定于真空夾具上時，使探針接觸固定于活動平臺的8英寸晶片上的錫球。移動單元將探針沿一既定方向移動以使錫球由晶片上移除。
文檔編號G01N33/00GK1619791SQ200410091329
公開日2005年5月25日 申請日期2004年11月19日 優(yōu)先權日2003年11月21日
發(fā)明者簡岳盈, 吳文生, 陳俊任, 黃文政 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司