一种半导体器件高低温测试系统和方法与流程

1.本发明涉及半导体器件测试技术领域，更具体地说，涉及一种半导体器件高低温测试系统和方法。


背景技术：

2.半导体器件会运用到不同的温度环境中，在不同的温度环境下电性功能也不一样，所以需要在器件出厂前对器件进行不同环境温度下的电性功能验证。
3.现有技术中使用的to封装高低温测试装置，在测试前手动将器件集成到测试板上，然后将测试板插入烘箱，闭合烘箱后，分别经历低温，常温，高温测试，环境温度转换周期长，导致测试时间长，测试后打印机打印出测试结果，取出测试板并与测试结果核对，依次区分良品与不良品。
4.如上所述的高低温测试方案，人工操作较多，机台占地面积大，操作复杂，对于批量生产而言，效率较低，成本较高。
5.中国专利申请，申请号cn201910723891.6，公开日2019年10月15日，公开一种高低温测试分选一体机，涉及半导体自动工业化生产领域，投放装置；第一常温检测装置，接收来自投放装置的元器件，对元器件进行第一次常温电性参数测试；低温检测装置，对元器件进行低温电性参数测试；中转装置，接收来自低温检测装置的元器件，再将元器件转移至下道工序；高温检测装置，对元器件进行高温电性参数测试；第二常温检测装置，接收来自高温检测装置的元器件，对元器件进行第二次常温电性参数测试；位置纠正装置，对元器件的方向位置纠正处理，本发明通过合理布局，将多个温度区间的测试设备完整地集成在一台设备上，节省了场地空间，减少产品搬运时间，节约了成本，提高了工作效率，该发明虽也实现了将半导体设备集成在一台设备上，但是结构复杂，机器占地面积大，操作也较为繁琐，检测成本高，检测效率低，实用性不强。


技术实现要素：

6.1.要解决的技术问题
7.针对现有技术中存在的半导体器件在高低温检测时操作复杂，检测效率低，检测成本高的问题，本发明提供一种半导体器件高低温测试系统和方法，它可以实现将不同的温度检测装置集成，有效的模拟真实的环境变化，增加产品测试的可靠性，自动化检测提高检测效率；本发明测试系统结构简单，大大减少测试系统的体积，实用性强，易于维修保养。
8.2.技术方案
9.本发明的目的通过以下技术方案实现。
10.一种半导体器件高低温测试系统，包括传送结构、检测结构、分料结构和控制结构，控制结构连接传送结构和检测结构；半导体器件通过传送结构传送至检测结构进行检测，检测后送入分料结构；
11.所述控制结构包括测试主机、分选机温控装置和电脑；
12.所述检测结构包括用于室温检测的室温检测单元、用于在第一检测温度下检测的第一烘箱、用于在第二检测温度下检测的第二烘箱、用于在第三检测温度下检测的第三烘箱和测试手指，室温检测单元、第一烘箱、第二烘箱和第三烘箱中均设置测试手指，测试手指将检测结果发送至测试主机。
13.更进一步的，第一烘箱、第二烘箱和第三烘箱均设有圆形转盘装置的分渡轮，分渡轮盘上设有器件抓取装置，器件抓取装置设有编号，用于确定检测位置并将检测结果回传；检测结构的测试手指连接器件抓取装置，用于检测器件抓取装置上的半导体器件。
14.更进一步的，传送结构包括振动盘和传送轨道，振动盘上放置待检测半导体器件，传送轨道用于在检测结构中传送待检测半导体器件。
15.更进一步的，振动盘上方设有用于消除静电影响的离子风机。
16.更进一步的，振动盘设置为按照同一方向进入传送轨道。振动盘进入轨道具有防反功能，所述防反功能可以是物理防呆，也可以通过增加图形检测或者极性判定的装置使器件按照同一方向进入轨道。
17.更进一步的，分料结构包括用于放置合格品的分料筒，和用于放置不合格品的分料筒。
18.更进一步的，分料结构为打印、编带装置。
19.一种半导体器件高低温测试方法，待检测半导体器件设置在振动盘中，通过传送轨道进入检测结构中进行检测，所述检测包括室温下检测、第一检测温度下检测、第二检测温度下检测和第三检测温度下检测；
20.当烘箱内温度达到检测温度并维持一定时间后，测试手指开始检测分渡轮上的半导体器件，此时烘箱的出料口打开，分渡轮转动；当分渡轮轮盘转到最后一个测试点，传感器感应分渡轮盘无待测器件，进料口打开继续供料；
21.所述第一检测温度、第二检测温度和第三检测温度通过分选机温控装置设置。
22.更进一步的，待检测器件在第一烘箱、第二烘箱和第三烘箱中通过分渡轮与检测结构中的测试手指连接。
23.更进一步的，测试主机发送结束信号分选机发出开始信号控制检测结构中室温检测单元、第一烘箱、第二烘箱和第三烘箱的进料口和出料口。
24.3.有益效果
25.相比于现有技术，本发明的优点在于：
26.本发明将不同的温度测试集成在同一台设备上，本分散有效的集成了不同温度环境的测试装置，通过先在室温检测单元进行电性测试，有效的增加后序高低温测试装置的使用效率，然后通过低温-常温-高温，使产品循序渐进的增加温度，模拟真实的环境变化，增加产品测试的可靠性。
27.本发明中不同的烘箱内采取圆形转盘装置可以有效的规划烘箱的面积，增加能源的利用率。应用时烘箱的检测温度可根据需要任意调整，系统灵活性很高。本发明集成程度高，对半导体器件的检测实现全自动化，全设备占地空间较小，节能降耗，机械结构简单明，实用性强，易于维修保养。
附图说明
28.图1为本发明测试系统整体结构示意图；
29.图2为本发明测试系统中烘箱结构及器件运动方向示意图；
30.图3为本发明烘箱内分渡轮盘示意图；
31.图4为本发明测试系统半导体器件测试流程图。
具体实施方式
32.下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。
33.实施例
34.图1所示为本发明测试系统整体结构示意图，如图1所示，系统包括测试主机、室温测试单元、第一烘箱、第二烘箱、第三烘箱、分选机温控装置和分料箱；室温测试单元、第一烘箱、第二烘箱和第三烘箱均为检测机构，用于半导体器件的检测；测试主机与室温测试单元、第一烘箱、第二烘箱和和第三烘箱均连接，用于控制器件的检测并接收测试结果；检测机构还包括测试手指，室温检测单元、第一烘箱、第二烘箱和第三烘箱中均设置测试手指，测试手指将检测结果发送至测试主机，测试手指用于完成半导体器件的检测；分选机温控装置与第一烘箱、第二烘箱和第三烘箱连接，用于控制三个烘箱的测试温度。
35.其中，在半导体器件检测时，在室温测试单元中，测试主机通过dut板连接测试手指，测试手指用于与半导体器件接触进行电性功能测试；高低温分选机温控装置上设有分料装置，可以装入测试筛选的电性不良品，通过室温测试单元中电性测试的半导体器件则继续进入烘箱进行测试，室温测试单元在高低温测试前筛选出不良品，以保证进入烘箱测试的器件都是电性良品，从而增加烘箱的利用率。
36.振动盘上方还设置离子风机，保证半导体器件消除静电影响。振动盘进入轨道具有防反功能，所述防反功能可以是物理防呆，也可以通过增加图形检测或者极性判定的装置使器件按照同一方向进入轨道。
37.本实施例测试系统中烘箱结构及器件运动方向如图2所示，第一烘箱、第二烘箱和第三烘箱均设有圆形转盘装置的分渡轮，所述分渡轮如图3所示，分渡轮底部设有单个测试点，与测试手指连接，分渡轮每个抓取装置上都有传感器检测有无器件存在。当烘箱内达到指定温度并维持一定时间后，分渡轮转动，测试手指工作，烘箱出料口打开，测试结束的器件进入下道工序；分渡轮轮盘满料后传感器触发进料口出料口封闭，烘箱开始工作，当轮盘转到最后一个检测点，传感器感应分渡轮无料，烘箱进料口打开，继续供料。传送半导体器件的振动盘根据分渡轮的传送如图2所示，半导体器件装载在振动盘中依次进行低温、常温、高温检测，经过测试后传入分料箱。
38.具体的，第一烘箱设置为低温测试区，第一烘箱设置有第一进料区和第一出料区，第一进料区和第一出料区设置有隔断装置，可通过分选机温控装置的信号自动隔断，实现烘箱内封闭，第一烘箱外有温度显示，可设置目标温度以及封闭时间，此功能是为了能够自由调节低温条件以适应各种低温环境温度以及能够让器件充分稳定至某个低温环境。
39.第一烘箱内设置有温度传感器，可以监控烘箱内的温度。烘箱内设置有分渡轮转盘，转盘端部设置器件抓取装置，可以抓取轨道进入第一烘箱后的器件，每个抓取装置都有固定编号，例如1，2
…
11，12等，用于确定检测位置并将检测结果回传。每个抓取装置位置装
有传感器，当所有抓取位置都存在器件的时候触发第一烘箱封闭功能。
40.第一烘箱出口处设置有测试手指，当第一烘箱降温完成后，停止降温。第一烘箱出口隔断打开，分渡轮转盘转动，测试手指分别测试各个抓取装置上的器件，测试主机记录各个装置上的数值，半导体器件将通过传送轨道进入第二烘箱。
41.第二烘箱设置为常温测试区，同第一烘箱基本相同，第二烘箱设置有第二进料区和第二出料区，第二进料区和第二出料区设置有隔断装置，可通过分选机温控装置的信号自动隔断，实现烘箱封闭功能，第二烘箱外有温度显示，可设置目标温度以及封闭时间，此功能是为了能够自由调节温度以适应各种常温环境温度以及能够让器件充分稳定至某个常温环境。
42.第二烘箱内也设置有温度传感器，可以监控烘箱内的温度。烘箱内设置有分渡轮转盘，转盘端部设置器件抓取装置，可以抓取轨道进入第二烘箱后的器件，每个抓取装置都有固定编号，例如1，2
…
11，12，用于确定检测位置并将检测结果回传。每个抓取装置位置装有传感器，当所有抓取位置都存在器件的时候触发第二烘箱封闭功能。
43.第二烘箱出口处设置有测试手指，当第二烘箱升温完成后，停止升温。第二烘箱出口隔断打开，分渡轮转盘转动，测试手指分别测试各个抓取装置上的器件，测试主机记录各个装置上的数值，半导体器件将通过传送轨道进入第三烘箱。
44.第三烘箱设置为高温测试区，通过第一、第二烘箱基本相同，第三烘箱设置有第三进料区和第三出料区，第三进料区和第三出料区设置有隔断装置，可通过分选机温控装置信号自动隔断，实现烘箱封闭功能，第三烘箱外也有温度显示，可设置目标温度以及封闭时间，此功能是为了能够自由调节温度以适应各种高温环境温度以及能够让器件充分稳定至某个高温环境。
45.第三烘箱内也设置有温度传感器，可以监控烘箱内的温度。烘箱内设置有分渡轮转盘，转盘端部设置器件抓取装置，可以抓取轨道进入第三烘箱后的器件，每个抓取装置都有固定编号，例如1，2
…
11，12，用于确定检测位置并将检测结果回传。每个抓取装置位置装有传感器，当所有抓取位置都存在器件的时候触发第三烘箱封闭功能。
46.第三烘箱出口处设置有测试手指，当第三烘箱升温完成后，停止升温。第三烘箱出口隔断打开，分渡轮转盘转动，测试手指分别测试各个抓取装置上的器件，测试主机记录各个装置上的数值，并判定此器件类别，然后通过轨道落入对应的分料箱。
47.分料箱包括至少两个分料筒组成，一个用于放置合格品，一个用于放置不合格品。传送轨道上设置分料组件，用来将轨道内的产品转移到指定的分料筒上，其判断信号来源于测试主机的bin信号。本实施例的分料箱装置可改为打印、编带装置，此处不做详细说明。
48.半导体器件检测时测试主机连接电脑，由电脑控制，测试主机与分选机温控装置通信连接，用于设置温控装置的控制温度。
49.本实施例还公开一种半导体器件检测方法，检测方法如图4所示，半导体器件依次通过室温检测、低温检测、常温检测和高温检测，具体检测步骤如下。
50.a.室温检测
51.半导体器件从振动盘进入轨道先进入室温测试单元。器件通过轨道逐个进入到测试手指区，分选机温控装置发出eot信号给测试主机，测试主机通过测试软件发出sot测试信号，电信号通过dut板和测试手指接触半导体器件测试，判定器件是否为良品，同时发出
bin信号给到分选机温控装置，将器件落入指定的落料箱中。
52.室温检测单元筛选出良品进入后续的高低温检测，增加烘箱内部器件利用率，室温测试的不良品在室温测试单元被剔除到不良品分料箱中。振动盘启动后，离子风机同时启动，消除半导体器件的静电，振动盘内的半导体器件通过防反装置自动进入传送轨道。
53.经过室温测试单元检测的良品进入第一烘箱准备检测，器件满转轮后，第一烘箱闭合，同时降温至指定温度，触发分选机温控装置的eot信号，分渡轮转动，测试主机通过测试手指测试半导体器件，并记录对应位置的器件的数据反馈至测试主机。
54.b.低温检测
55.半导体器件通过第一烘箱进料区进入第一烘箱，转盘抓取装置抓取半导体器件，直至所有转盘抓取装置都存在器件，此时抓取装置上的传感器全部被触发，进而触发第一烘箱封闭，室温测试单元停止测试供料，第一烘箱内开始降温达到第一烘箱设定的温度和设定的封闭时间。
56.当温度降到目标温度同时达到设定的封闭时间后，第一烘箱出料处隔断打开，测试手指工作，测试出口处位置的半导体器件，被测后的半导体器件进入传送轨道落入第二烘箱的进料处，同时分渡轮转动测试下一颗器件。
57.处于无器件状态的抓取装置运行到第一烘箱进料口处时，第一烘箱进料区隔断打开，室温区开始测试供料，重复前述第一烘箱进料动作。
58.被检测后的半导体器件依次通过传送轨道进入第二烘箱的进料区。
59.c.常温测试
60.第二烘箱中的常温测试与第一烘箱中的低温测试方法基本相同。
61.半导体器件通过第二烘箱进料区进入第二烘箱，转盘抓取装置抓取半导体器件，直至所有整盘抓取装置都存在器件，此时抓取装置上的传感器全部被触发，进而触发第二烘箱封闭，第二烘箱进料口停止测试供料，第二烘箱内开始升温达到第二烘箱设定的温度和设定的封闭时间。
62.当温度升到目标温度同时达到设定的封闭时间后，第二烘箱出料处隔断打开，测试手指工作，测试出口处位置的半导体器件，被测后的半导体器件进入传送轨道落入第三烘箱的进料处，同时分渡轮转动测试下一颗器件。
63.处于无器件状态的抓取装置运行到第二烘箱进料口处时，第二烘箱进料区隔断打开，第一烘箱开始测试供料，重复前述第二烘箱进料动作。
64.被检测后的半导体器件依次通过传送轨道进入第三烘箱的进料区。
65.d.高温测试
66.第三烘箱中的高温测试与第一烘箱中的低温测试方法、第二烘箱中的常温测试方法基本相同。
67.半导体器件通过第三烘箱进料区进入第三烘箱，转盘抓取装置抓取半导体器件，直至所有整盘抓取装置都存在器件，此时抓取装置上的传感器全部触发，进而触发第三烘箱封闭，第三烘箱进料口停止测试供料，第三烘箱内开始升温达到第三烘箱设定的温度和设定的封闭时间。
68.当温度升到目标温度同时达到设定的封闭时间后，第三烘箱出料处隔断打开，测试手指工作，测试出口处位置的半导体器件，被测后的半导体器件进入传送轨道后分配到
指定的分料箱中，同时分渡轮转动测试下一颗器件。
69.处于无器件状态的抓取装置运行到第三烘箱进料口处时，第三烘箱进料区隔断打开，第三烘箱开始测试供料，重复前述第三烘箱进料动作。
70.被检测后的半导体器件经过主机判定发送bin信号到分料组件，分料组件将此颗器件分配到指定的分料筒中。
71.第一烘箱测试完成后，打开第一烘箱出口，半导体器件通过传送轨道进入第二烘箱，同时轨道上下一振动盘中的半导体器件进入第一烘箱，满轮后，烘箱闭合，第二烘箱温度达到常温，第一烘箱降温至指定温度，触发分选机温控装置的eot信号，分渡轮转动，测试主机通过测试手指测试对应位置的半导体器件并记录数据。
72.第二烘箱测试完成后，打开第二烘箱出口，半导体器件通过传送轨道进入第三烘箱，同时第一烘箱中的半导体器件进入第二烘箱，再下一级的振动盘中的半导体器件进入第一烘箱，满轮后，第三烘箱升温至指定温度，第二烘箱温度达到常温，第一烘箱降温至指定温度，触发分选机温控装置的eot信号，测试主机通过测试手机对应位置的半导体器件并记录数据。器件测试时，sot表示分选机温控装置反馈给测试主机开始测试的信号，eot表示测试主机完成测试程序后反馈给分选机温控装置的结束信号，bin表示测试主机根据测试程序判定的结果给到分选机温控装置的分类信号。
73.使用本发明测试系统对半导体器件进行测试，不同烘箱测试结果如表1所示。
74.表1
[0075][0076]
如表1所示，只有在所有烘箱中均通过测试的半导体器件才通过测试。本实施例通过低温、常温、高温表示三个烘箱，所述的低温、常温和高温均表示为烘箱间设定的相对温度，应用时可以通过设置任意温度下数据差值分为不同的检测温度档位。
[0077]
本发明检测系统将不同温度的检测方式集成在同一个设备上，集成度高。集成后系统全自动化检测，节能降耗，大大降低检测成本，不同温度检测区域结构简单明了，易于维修和保养。
[0078]
以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应
属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。