用于测试BGA封装的BGA封装保持器装置和方法

摘要

公开了一种用于在一个或多个测试工艺内支持BGA封装的设备。该设备包括基板部件。该基板部件具有多个接触垫，其中每个接触垫围绕所述基板的周边区间隔地设置。该设备进一步包括间隔地配置在所述基板部件的一部分上的多个接触区。从1到N编号的所述多个接触区的每个电连接到从1到N的编号的相应的接触垫。所述多个接触区配置成提供到设置在BGA封装上的相应的多个球的电接触。该设备附加地包括耦合到所述基板部件的保持器装置。该保持器装置适于将BGA封装机械地保持在位置上以提供多个球和相应的多个接触区之间的机械接触。

说明书

技术领域

本发明指向集成电路及其用于半导体器件制造的处理。更具体而言，本发明提供了一种用于在一个或多个测试工艺期间支持BGA封装的方法和设备。仅作为实例，本发明可用来在不必直接测试位于BGA封装内的电元件的情况下进行BGA封装的测试。但是，将认识到，本发明具有宽泛得多的可应用范围。

背景技术

集成电路或“IC”已由在单个硅芯片上制造的少量互连器件进化到上百万的器件。当今的IC性能和复杂性远远超过了最初的设想。为了获得复杂性和电路密度(即，能够封装在给定芯片面积上的器件的数量)上的改进，最小器件特征尺寸，也称为器件“几何形状”，已随着IC的每一代而变得越来越小。现在，半导体器件正在以小于四分之一微米宽的特征得以制造。

增加电路密度不仅改进集成电路的复杂性和性能，而且还提供给顾客较低成本的元件。IC制造设施可花费上亿或甚至上十亿美元。每种制造设施将具有特定的晶片生产能力，并且每个晶片在其上将具有特定数量的集成电路。因此，通过使集成电路的各个器件更小，可在每个晶片上制造更多的器件，从而增加制造设施的产量。在已在IC制造设施内制造了各个器件之后，必须测试并封装所述器件以确保所制造的电路的可靠性。一种可用来封装所制造的电路的技术是球栅格阵列(BGA)封装，这里电路被密封在模制材料内以保护电路免于暴露或非期望的接触。将焊球附着到封装的基部以提供从集成电路的可靠的电连接。

在集成电路上进行了封装工艺之后，可能需要解密封或打开封装以使得容易对集成电路及其内部特征进行分析或电检查。例如，解密封后，可在暴露的电路上进行热测试，以确定电路循环工作后在芯片上是否存在热点。打开封装的另一原因可以是，检查集成电路内的交叉线或针孔。解密封工艺可包括单纯的机械工艺，如撬起或切去密封剂层，或者可使用化学蚀刻、等离子体蚀刻或热机械去除工艺来进行，以去除密封剂层。

在已进行解密封后，可对集成电路或BGA封装进行附加测试。可在解密封之后进行的两个示范类型的测试是发射显微镜(EMMI)和光束诱发电阻变化(OBIRCH)分析。这些光学分析技术利用相机来捕获电路的光学或光电流图像。器件缺陷常常导致红外或可见光谱中的光发射，这可在EMMI分析期间所取的捕获图像中检测到。在器件中诱发光电流的OBIRCH分析中可应用聚焦的激光。光电流图像中的差异可与参考图像相比较以显露器件内的电路级问题。通过检测并定位芯片内的集成电路故障，这些故障分析技术可用来发现集成电路制造和封装中的故障并增强制造工作的质量控制。

然而，为了进一步的分析，测试常常需要探测或电连接集成电路。使用故障分析技术的一个困难是直接探测BGA封装内包含的集成电路可常常导致短路和由芯片连接和部件的敏感性质导致的电路的问题。此外，暴露的接合线是脆弱的并且在测试期间易于断折或偶然的断连。另外，探测或连接到BGA封装上的焊球是困难的，因为暴露的焊球位于解密封的BGA样本的背侧。此外，焊球的圆形可导致维持从焊球到测试设备的电连接中的问题。

从以上可见，需要用于BGA封装测试的改进技术。

发明内容

本发明指向集成电路及其用于半导体器件制造的处理。更具体而言，本发明提供了一种用于在一个或多个测试工艺期间支持BGA封装的方法和设备。仅作为实例，本发明可用来进行BGA封装的测试，而不必直接测试位于BGA封装内的电元件。但是，将认识到，本发明具有宽泛得多的可应用性。

在本发明的一个特定实施例中，公开了一种用于在一个或多个测试工艺内支持BGA封装的设备。该设备包括基板部件。该基板部件具有多个接触垫，其中每个接触垫围绕所述基板的周边区间隔地设置。该设备进一步包括间隔地配置在所述基板部件的一部分上的多个接触区。从1到N编号的所述多个接触区的每个电连接到从1到N编号的相应的接触垫。所述多个接触区配置成提供到设置在BGA封装上的相应的多个球的电接触。该设备附加地包括耦合到所述基板部件的保持器装置。该保持器装置适于将BGA封装机械地保持在位置上以提供多个球和相应的多个接触区之间的机械接触。

在本发明的另一特定实施例中，公开了一种测试BGA封装的方法。该方法包括提供用于电测试的BGA封装。该BGA封装包括至少多个焊球。该方法亦包括提供BGA封装保持器。该BGA封装保持器包括具有多个接触垫的基板部件，该BGA封装保持器亦包括间隔地配置在所述基板部件的一部分上的多个接触区。所述多个接触区配置成提供到设置在BGA封装上的相应的多个球的电接触。另外，该BGA封装保持器包括耦合到所述基板部件的保持器装置。此外，所述方法包括将BGA封装与所述BGA封装保持器耦合。而且，所述方法包括通过利用该BGA封装保持器而对BGA封装进行一个或多个测试。

通过本发明的方法可获得优于常规技术的很多益处。例如，本技术为使用依赖于常规技术的设备和方法提供了便利。此外，提供了一种设备，用于测试BGA封装而不必直接测试位于BGA封装内的电元件。建立从BGA封装上的焊球到位于BGA封装保持器上的更便于接入的输出垫的电接触，使得不需要直接探测或连接到BGA封装中的电元件。对应地减少了直接接触BGA封装中的电元件所导致的附加损坏的风险。在一个特定实施例中，本发明提供了一种安全壳，以使BGA封装在测试期间将不会被损坏或移动。在另一特定实施例中，通过将BGA封装中的焊球与BGA封装保持器上的输出垫相关联，简化了BGA封装的测试。此外，所述方法提供了一种与常规处理技术兼容的工艺，无需对常规设备和工艺进行重大修改。依赖于该实施例，可获得这些益处的一个或多个。在整个本说明书中且特别是在下文将更详细地描述这些和其它益处。

参考以下详细描述和附图，可更全面地理解本发明的各种附加目的、特征和优点。

附图说明

图1是耦合到球栅格阵列封装的集成电路的简化的常规的示意图；

图2是耦合到解密封后的BGA封装的集成电路的顶视图的简化的常规的示意图；

图3是BGA封装的底视图的简化的示意图；

图4是根据本发明的一个实施例的BGA封装保持器的简化的示例性的图；

图5是示出根据本发明的一个实施例的BGA封装上的球栅格阵列和封装针之间的对应的简化的示例性的图；

图6是根据本发明的一个实施例的用于测试BGA封装的简化的示例性的流程图；

图7-9是示出根据本发明的一个实施例耦合到BGA封装保持器的BGA封装的简化的示例性的图；

图10是示出根据本发明的一个实施例没有盖的BGA封装保持器的顶视图的简化的示例性的图；以及

图11是示出根据本发明的一个实施例的BGA封装保持器的底视图的简化的示例性的图。

具体实施方式

本发明指向集成电路及其用于半导体器件制造的处理。更具体而言，本发明提供了一种用于在一个或多个测试工艺期间支持BGA封装的方法和设备。仅作为实例，本发明可用来进行BGA封装的测试，而不必直接测试位于BGA封装内的电元件。但是，将认识到，本发明具有宽泛得多的可应用性。

图1是耦合到球栅格阵列封装的集成电路的简化的常规的示意图。BGA封装100可以是各种特定BGA封装之一，包括但不限于FBGA、uBGA、全矩阵BGA、SBGA、TBGA、CBGA和FBGA封装。集成电路2首先形成在硅片上并被制备用于封装。接合垫4形成在集成电路的表面区上，允许电路通过接线6电连接到接线板10。例如，接线6可包括从接合垫4延伸到接线板10的金属接合线。形成密封层8，将集成电路2、接合线6和接线板10的一部分覆盖在保护层中，所述保护层保护集成电路2及其接线免于外部环境的影响，同时仍能够通过密封材料导电和散热。例如，密封层8可由环氧树脂材料或塑料材料形成。接线板10可以是由具有若干层导体和绝缘体的层压材料构造的高性能的多层接线板，以提供从集成电路的多个不同的电连接。接线板10具有诸如位于封装的表面区上的焊球12的外部端子的区域阵列。通过将焊球12排列成阵列，BGA封装100可形成有大量的高密度端子。

图2是耦合到解密封后的BGA封装的集成电路的顶视图的简化的常规的示意图。执行解密封工艺是为了将密封8的一部分从BGA封装100去除，以方便芯片和封装的内部特征的检验或检查。在解密封工艺之后，将集成电路2和接线板10暴露以便可进行对集成电路2或其接线的进一步测试或分析。集成电路2上的接合垫区4通过接合线6连接到接线板10。在解密封工艺之后，密封层8的部分可仍然存在。

图3是BGA封装的底视图的简化的示意图。焊球12排列成阵列以为BGA封装提供到电路板的外部电互连。使用BGA封装的主要优点之一是高互连密度，因为为封装区域提供的封装针或焊球的数量是高的。例如，焊球12可在BGA封装的底部区16上排列成方形或矩形阵列，以为封装区域提供最佳互连密度。如图3中所示，焊球12的一个示例性配置可以是5×5配置，但亦可使用其它配置。焊球12附着到接线板10并提供从集成电路通过接线板和焊球到电路板的电连接。保护性外部层14可使用在器件的外部或底部以保护BGA封装免于损坏或污染。

图4是根据本发明的一个实施例的BGA封装保持器的简化的示例性的图。该图仅为一个实例，其不应不适当地限制权利要求的范围。一个本领域普通技术人员将认识到很多变化、替换和修改。BGA封装保持器200可在一个或多个诸如EMMI或OBIRCH分析的测试工艺中用来支持BGA封装。BGA封装保持器200提供了用于测试BGA封装而不必直接测试位于BGA封装内的电元件例如接合垫、焊球或接线的设备。替代地，建立从BGA封装上的焊球到位于BGA封装保持器200上的更便于接入的输出垫的电连接，使得不需要直接探测BGA封装中的电元件。通过使用电连接到BGA封装内的集成电路的输出垫来测试集成电路，可使由探测BGA封装中的电元件导致的损坏最小化。当然，可以有其它变化、修改和替换。

基板部件202是BGA封装保持器200的部分，并提供导电界面，使得可在不直接探测BGA封装内的电路或互连的情况下测试BGA封装内的集成电路。例如，基板部件202可以是印刷电路板部件。基板部件202拥有通过金属连接线222连接到通路206的多个输出垫204。每个接触垫204围绕基板部件202的周边区间隔地设置。通路206通过基板202的背侧连接到周边通路(未示出)。所述周边通路连接到基板部件202背侧上的多个接触区210。输出垫204尺寸足够大，以便于与用来测试BGA封装的探测或测试设备接触。例如，铝、铜或其它导电材料可用来形成输出垫204和金属连接线222。可替换地，铜涂层可用来涂覆输出垫204或金属连接线222。在另一实例中，多个接触垫的每个的尺寸可以是2到3毫米。基板部件202的非导电区232位于每个输出垫204之间，以防止相邻输出垫204之间的任何偶然接触。当然，可以有其它变化、修改或替换。

保持器装置208在基板部件202的中心耦合到基板部件202，但亦可位于基板部件202的不同区域，这依赖于使用的特定实施。保持器装置可以塑料或树脂材料形成。保持器装置208包含间隔地配置在基板部件202的部分上在接触区部228内的接触区210阵列。接触区210的顶部暴露在保持器装置208上，而接触区210的底部暴露在BGA封装保持器200的背侧。接触区210为设置在BGA封装上的多个焊球提供电接触。接触区210可进一步排列成阵列，以配合使用于正在测试的BGA封装内的特定球栅格阵列设置。例如，接触区210可配置成5×5设置以配合用于BGA封装的5×5球栅格阵列。当然，可以有其它变化、修改或替换。

保持器装置208进一步适于将BGA封装机械地保持在位置上，以提供BGA封装上的多个球和相应的多个接触区210之间的机械接触。可采用可折叠的盖组件212来维持BGA封装的位置。例如，铰链214可用来提供一个打开位置，以使解密封的BGA封装可放置在BGA封装保持器200内。在定位了BGA封装之后，可闭合可折叠的盖组件212，以在测试期间为BGA封装提供紧固壳。在已放置了BGA封装之后，位于可折叠的盖组件212上的磁体218和220与磁体224和226耦合，以紧固和闭合BGA封装。在一个特定实施例中，可折叠的盖组件212的段216是一个开口，以允许进行芯片的热或光电流成像，同时BGA封装被紧固到BGA封装保持器200。可选择空区域的精确尺寸以允许从BGA封装保持器的顶部察看BGA封装的大部分或整体。此外，可包括周边盖区230以将一定量的向下压力施加到BGA封装，以防止BGA封装在测试期间移位。周边盖区230附着到盖212。当盖212闭合时，定位周边盖区230以在BGA封装上施用向下的压力，以进一步紧固其在BGA封装保持器200内的位置，并维持BGA封装和BGA封装保持器200之间的可靠电互连。当然，可以有其它变化、修改或替换。

使用BGA封装保持器200的一个附加的益处在于可对BGA封装进行测试，无需将封装解密封。例如，BGA封装可耦合到BGA封装保持器200，无需使BGA封装首先经历解密封过程。可进行各种电测试以验证集成电路的正确操作并表征集成电路和BGA封装的性能。当然，可以有其它变化、修改或替换。

使用BGA封装保持器200的另一益处在于可容易地确定BGA封装上的焊球和输出垫204之间的对应。在对BGA封装的测试期间，难以确定封装上的焊球和集成电路上的接合垫之间的对应，从而使得对BGA封装的直接测试困难且不可靠。通过提供在BGA封装保持器200的输出垫204和BGA封装焊球之间的可靠的电连接，集成电路上的各个接触垫可通过探测BGA封装保持器200上的输出垫204来间接地测试。当然，可以有其它变化、修改或替换。

图5是示出根据本发明的一个实施例的BGA封装上的球栅格阵列和封装针之间的对应的简化的示例性的图。该图仅为一个实例，其不应不适当地限制权利要求的范围。一个本领域普通技术人员将认识到很多变化、替换和修改。多个焊球12在BGA封装的底部区16排列成方形或矩形阵列。BGA封装保持器的接触区部228包含以与BGA封装的矩阵类似的矩阵排列的接触区210，以使在多个焊球12和相应的多个接触区210之间可获得一对一的对应。接触区210的形状设计成维持与在BGA封装内使用的焊球12的接触。例如，接触区210可以半球的形状及足够的深度形成，以允许焊球12耦合到它们。当然，可以有其它变化、修改或替换。

图6是根据本发明的一个实施例的用于测试BGA封装的简化的示例性的流程图。BGA测试工艺300包括：提供用于测试的BGA封装的工艺302，提供BGA封装保持器的工艺304，以BGA封装保持器放置BGA封装的工艺306，以BGA封装保持器紧固BGA封装的工艺308，以及利用封装保持器在BGA封装上进行一个和多个测试的工艺310。该图仅为一个实例，其不应不适当地限制权利要求的范围。一个本领域普通技术人员将认识到很多变化、替换和修改。

在工艺302中，提供用于测试的BGA封装。例如，BGA封装可以是已经解密封，并就绪用于进一步的分析和测试，如EMMI或OBIRCH分析。在工艺304中，提供BGA封装保持器200。在工艺306中，以BGA封装保持器200放置BGA封装，使得BGA封装上的焊球12与BGA封装保持器200上的接触区210接触。工艺306亦可包括用于使BGA封装保持器200的接触区210与设置在BGA封装上的多个焊球对准的附加工艺。如果可折叠的盖组件212包括在BGA封装保持器200内，则可执行以BGA封装保持器紧固BGA封装的附加工艺308。例如，在工艺308期间，可折叠的盖组件在其铰链上枢转，以覆盖保持器装置208并进一步紧固BGA封装。可使用附加的闩装置如磁体或其它装置来紧固BGA封装。在已经适当紧固了BGA封装之后，可进行工艺310，由此可利用BGA封装保持器对BGA封装进行一个或多个测试。例如，在工艺310期间，可进行EMMI或OBIRCH分析。通过在分析期间探测BGA封装保持器200上的输出垫204，而不是直接探测集成电路或BGA封装，可进行测试。当然，可以有其它变化、修改或替换。

图7是示出根据本发明的一个实施例耦合到BGA封装保持器的BGA封装的简化的示例性的图。该图仅为一个实例，其不应不适当地限制权利要求的范围。一个本领域普通技术人员将认识到很多变化、替换和修改。在图7中，解密封的BGA封装400耦合到BGA封装保持器200。在解密封工艺之后，可在BGA封装上看见集成电路402和接合线406。如此放置BGA封装400，使得焊球412与BGA封装保持器200上的接触区(未示出)接触。可折叠的盖组件212打开且尚未闭合，以将BGA封装400完全紧固到BGA封装保持器200。当然，可以有其它变化、修改或替换。

图8是示出根据本发明的一个实施例耦合到BGA封装保持器的BGA封装的简化的示例性的图。该图仅为一个实例，其不应不适当地限制权利要求的范围。一个本领域普通技术人员将认识到很多变化、替换和修改。在图8中，可折叠的盖组件已被折叠，以闭合保持器装置208并将BGA封装400紧固在BGA封装保持器200内。磁体224和其它用来将盖组件212维持在闭合的位置，直到测试结束。如此设置周边盖区230，使得当盖组件212闭合时，对周边盖区230施用向下的压力以使BGA封装400紧固到位。通过可折叠的盖组件212内的开口，暴露集成电路402和接合线406。当然，可以有其它变化、修改或替换。

图9是示出根据本发明的一个实施例耦合到BGA封装保持器的BGA封装的简化的示例性的图。该图仅为一个实例，其不应不适当地限制权利要求的范围。一个本领域普通技术人员将认识到很多变化、替换和修改。在图9内，BGA封装保持器500内不包括盖组件。BGA封装保持器500和BGA封装保持器200具有类似的特性，只是BGA封装保持器500不包括可折叠的盖组件。例如，BGA封装保持器200上的类似特征可位于BGA封装保持器500上，并且反之亦然。BGA封装400的重量用来使焊球412与BGA封装保持器500上的接触区(未示出)接触。此外，接触区的形状对应于焊球412的形状，以使接触区能够进一步维持与焊球412的接触。集成电路402和接合线406暴露在BGA封装400的顶部。当然，可以有其它变化、修改或替换。

图10是示出根据本发明的一个实施例的没有可折叠盖的BGA封装保持器的顶视图的简化的示例性的图。该图仅为一个实例，其不应不适当地限制权利要求的范围。一个本领域普通技术人员将认识到很多变化、替换和修改。BGA封装保持器500内不包括可折叠的盖组件。输出垫504、通路506和金属连接线522间隔地设置在基板502的周边上。例如，输出垫504、通路506和金属连接线522可在四个不同侧上围绕保持器装置508。接触区510排列成阵列，以对应于将与BGA封装保持器500一起使用的BGA封装中的焊球的球栅格阵列。接触区510的半球形状允许维持与BGA封装中的半球形焊球的电接触。当然，可以有其它变化、修改或替换。

图11是示出根据本发明的一个实施例的BGA封装保持器的底视图的简化的示例性的图。该图仅为一个实例，其不应不适当地限制权利要求的范围。一个本领域普通技术人员将认识到很多变化、替换和修改。示出了BGA封装保持器500的背侧，显示了接触区和BGA封装保持器500的底部上的输出垫之间的互连。接触区(未示出)的底部530每个连接到导向通路206的周边通路534。通路206从BGA封装保持器500的底部延伸到BGA封装保持器500的顶，连接到金属互连线和输出垫(未示出)。通路支持区532可用来在其从接触区的底部530延伸到通路206时支持周边通路534。接触区的底部530每个以一对一的方式通过周边通路534连接，使得每个接触区可使用BGA封装保持器500的底部上的输出垫来直接探测。在测试期间，BGA封装上的每个焊球可映射到已知的输出垫，由此简化后续的测试和分析过程。当然，可以有其它变化、修改或替换。

尽管已在此描述了BGA封装保持器，但是，应该理解，亦可实施使用在此描述的相同概念的BGA封装保持器的其它实施例。例如，可利用不同阵列的接触区，以配合包含不同尺寸或设置的焊球阵列的BGA封装。此外，可使用不同的紧固方法以在测试期间使BGA封装紧固到BGA封装保持器。例如，可采用闩或其它紧固装置，替代或附加到在本发明的一个实施例中使用的磁体。可替换地，可利用不同配置的输出垫、金属互连线和通路，而不是使输出垫、金属互连线和通路位于基板部件的周边。例如，用于BGA封装的保持器装置可位于器件一侧，其中多个输出垫、金属互连线和通路全部位于BGA封装保持器的一侧。在另一实例中，BGA封装保持器亦可包括用来捕获BGA封装上的芯片的图像的图像捕获装置，所述图像与芯片的热分布(thermal profile)相关联。当然，可以有其它变化、修改或替换。

还应理解，在此所述的实例和实施例均仅为说明性的目的，而且对本领域技术人员来说可设想鉴于此的各种修改或变化，并且所述修改和变化包括在本申请的精神和范畴内以及所述权利要求的范围内。