中介层测试装置及其方法
【专利摘要】本发明公开一种中介层测试装置及其方法，该中介层测试装置包括有热源、热影像取得装置以及比对装置。热源用以对中介层上的待测区域加热。热影像取得装置用以取得加热后的中介层的热影像。比对装置用以将热影像与标准热影像进行比对，以输出比对结果。
【专利说明】中介层测试装置及其方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测试装置，特别是涉及一种中介层测试装置。
【背景技术】
[0002]自集成电路的发明创造以来，半导体技术不断地发展，因此使得各种电子元件的体积得以缩减以及集成电路堆叠密度的得以增加。此整合密度的增进来自于微缩芯片最小尺寸的一再缩小化，其允许了更多元件整合至芯片。[0003]集成电路堆叠密度实质上是朝二维方面去改进。虽然光刻技术的进步使得二维集成电路有很大的进展，但是增加堆叠密度在二维结构仍然有许多物理限制，其中之一就是需要最小的尺寸来形成这些元件。当更多元件形成在芯片时，则需要更复杂的设计。
[0004]为解决上述的制作工艺限制，因而发展出三维集成电路(three-dimensionalintegrated circuit, 3D-1C),三维集成电路是一种可以增加集成电路密度的技术,通过以垂直互连的方式提高封装密度，除了满足尺寸微缩的条件外，将不同功能或材质的薄型芯片紧密的连结，提供了异质整合的可行性。但现阶段三维集成电路的成本高且良率不佳，因此量产商品迟迟没有在市场出现。在这段期间内一种利用中介层为媒介的芯片封装技术也被提出，其所封装的产品统称为2.5D芯片。芯片以倒装方式粘附在中介层上表面，中介层内部的导线与连接点将不同的芯片连接起来，最后此2.芯片由中介层下表面的I/O接脚(由穿硅孔连接上表面导线与下表面的I/O接脚)与外部系统连接。若是中介层中任一导线或连接点有缺陷，则芯片彼此就会因中介层而失去功能，造成产品失败。
[0005]由于中介层如同传统的印刷电路板一样不具有任何有源元件，但其连接点的尺寸相当微小(约20微米或以下)且数量庞大，不可能如同电路板一样用接触测量的方式来确定所有导线与连接点的正常与否。若中介层未经测量就把芯片置于其上，就得承受中介层的良率不佳，所造成一定程度的风险与损失。一般而言，带有有源元件的芯片，其设计及制造成本远高于没有有源元件的中介层。所以若将高价的芯片，贴在未经测试的中介层上，若中介层有缺陷无法运作，会造成产品报销。
[0006]一般常见的测试手段有针测(needle probing)、薄膜探测(membrane probing)以及微机电探测(MEMS probing)。传统针测的成本低,但是探针的接触压力大,造成中介层接触测量后金属凸块表面形成永久性的刮痕(scrub mark)。薄膜针测与微机电针测的优点是与中介层接触后形成的刮痕微小，能够实施于完整的平面，但是垫片的间距大，因此不适合高密度互联的中介层。
[0007]不论针测的方式成本高低或是造成的刮痕大小，中介层上的连接点数目都远大目前的针测测试板所能提供的测量数目，因此目前的针测方法都不能测试中介层的所有连接点。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种中介层测试装置及其方法，可以在不接触中介层的情况下测试中介层。
[0009]为达上述目的，本发明提供一种中介层测试装置，适于测试一中介层，中介层测试装置包括有一热源、一热影像取得装置以及一比对装置。其中热源用以对中介层上的一待测区域加热；热影像取得装置用以取得加热后的中介层的一热影像；比对装置用以将热影像与一标准热影像进行比对，以输出一比对结果。
[0010]根据本发明实施例所提供的一种中介层测试方法，适于测试一中介层，包括以一热源对中介层上的一待测区域加热。取得加热后的中介层的一热影像。用以将热影像与一标准热影像进行比对，以输出一比对结果。
[0011]基于上述的说明，在本发明的中介层测试装置及其方法，是利用热源对中介层上的待测区域加热，取得加热后的热影像并与标准热影像进行比对，以导热的结果来推论来判断中介层的金属是否被正确的制作而可以正确的导通电子信号，可以在不接触中介层的情况下测试中介层的制造情形，以减少芯片因中介层有缺陷，造成产品失败的问题，进而可提高芯片制作的成功率。
[0012]以上的关于本
【发明内容】
的说明及以下的实施方式的说明是用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明所提供的中介层测试装置的示意图；
[0014]图2为本发明所提供的中介层测试装置的热影像图；
[0015]图3为本发明所提供的中介层测试装置的热影像图；
[0016]图4为本发明所提供的中介层测试装置的热影像图；
[0017]图5为本发明所提供的中介层测试装置的示意图；
[0018]图6为本发明所提供的一种中介层测试方法的流程图。
[0019]主要元件符号说明
[0020]100 中介层测试装置
[0021]101 中介层
[0022]102 热源
[0023]103 热影像取得装置
[0024]104 比对装置
[0025]105 待测区域
[0026]106 热影像
[0027]107 金属线
[0028]108 垂直导线
【具体实施方式】
[0029]以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟悉相关技术者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求及附图，任何熟悉相关技术者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。[0030]请参考图1，为本发明所提供的中介层测试装置100的示意图，其适于测试一中介层101，中介层测试装置100有一热源102、一热影像取得装置103以及一比对装置104。
[0031]如图所示，热源102用以对中介层101上的一待测区域105加热。热影像取得装置103用以取得加热后的中介层的一热影像106。比对装置104用以将热影像106与一标准热影像A进行比对，以输出一比对结果S。
[0032]其中热源102为激光或微波，或者聚焦光源，热源102用以加热待测区域105。当然热源102也可选择通过辐射方式传导热的装置。若中介层101中具有多条金属线107彼此连接，则待测区域105为金属线107的区域，若中介层101中具有多个垂直导线108，则待测区域105为多个垂直导线108的区域。金属线107形成于中介层中或表面，通常指水平方向的导线，亦即平行于中介层的水平方向。垂直导线108则垂直于中介层的水平方向而形成于中介层中。在一实施例中，垂直导线108可为一穿孔娃(Through Silicon Vias;TSV)。热源102对中介层101加热至少10微秒。待测区域105小于中介层101的面积。
[0033]中介层101是在基板上布值金属线107，以用来连接不同的芯片，可以视为一个缩小的电路板。而一般电路板的测试，需要判断所有该连接的点是否有连接，不该连接的点是否有断开，也就是所谓开路与断路测试(open-short test)。由于中介层101常运用集成电路制作工艺制作，所以面积及厚度都可能缩到可以与集成电路比拟的程度。在这样的尺度下，要测量每一根金属线的电性及开路与断路是很困难的。
[0034]本发明所提供的中介层测试装置是利用金属的导热性与导电性有正相关的维德曼一夫兰兹定律(Wiedemann-Franz Law),以及金属与基板的导热性的差别，以导热的结果来判断中介层的金属是否可以导通电子信号。
[0035]请继续参考图1，中介层101如果处于热平衡状态时，中介层101及金属线107都是同一个温度。此时若以热影像取得装置103拍摄，中介层101及金属线107所显示的温度是一致的。若加热待测区域105的金属线107的区域后，大部分能量会循着区域热阻值最小处，也就是金属线107流向低温处。所以与待测区域105相连的金属线107会跟着被加热。在热源102加热一段时间后，金属线107的温度会上升。此时以热影像取得装置103撷取中介层101的热影像，就可以看到待测区域105内发热的金属线107，如图2所示。
[0036]若是金属线107在制造的过程中失败，例如断路或缺陷，因为金属线107已经中断变细使得温度在短距离内急遽下降，则热影像取得装置103的影像就会不同，如图3中一断路热影像B所示。假如金属线107因为微粒或杂质造成不该相连的信号线短路，则热也会通过这个会导电的杂质传递到原本不该被加热的金属线107上，如图4中一短路热影像C所示。
[0037]标准热影像A可以用中介层101的布局图及一些热传模拟工具，以取得中介层101某个点或区域被加热后的热影像图，用于得知可以测试合格的中介层的标准影像。或者由实测结果取得的热影像当做标准影像。标准影像为中介层101中的金属线正常的影像。根据上述实施例，若中介层中具有多条金属线彼此连接，则标准影像则为多条金属线正常彼此连接时的热影像。若中介层中具有多个垂直导线，则标准影像则为多个垂直导线正常配置时的热影像。测试时，若中介层101的热影像不在标准影像的误差范围内则被认定为不合格。当完成一个点的测试后可以选择另一个测试点重复这样的加热、照相、比较的过程，直到中介层101中所有待测的区域均被测试过。[0038]请参考图5为本发明另一实施例，为中介层测试装置100的示意图。此中介层测试装置100也可以用来测试中介层101的多个穿娃孔(Through Silicon Vias;TSV)。穿硅孔在制造时的关键制作工艺在于在深孔内填满导电金属的制作工艺。为了追求更高的效能，穿娃孔的制作工艺，会往更小的直径及更大的直径/深度比(aspect ratio)来开发。当直径/深度比越高，需要检测穿硅孔中导电材料的品质是否符合要求。如图所示，在中介层101正面有穿硅孔108处以加热源102加热，在背面的穿硅孔108出口处以热影像取得装置103撷取热影像。以类似第一个实施例的原理，以导热特性类推该穿硅孔内导体的制造品质。在此实施例中，中介层的标准影像则为穿硅孔中的导电材料符合一预定品质时的热影像。此外，待测区域为多个穿硅孔的区域。
[0039]请参考图6，为本发明所提供的一种中介层测试方法的流程图。本发明所提供的一种中介层测试方法，适于测试一中介层101，包括以一热源对该中介层101上的一待测区域105加热(步骤SI)。接着，取得加热后的中介层101的一热影像106(步骤SI)。最后，用以将热影像106与一标准热影像A进行比对，以输出一比对结果S (步骤S3)。
[0040]其中热源102为激光光或微波，或者聚焦光源，热源102用以加热待测区域105。当然热源102也可选择通过辐射方式传导热的装置。若中介层101中具有多条金属线107彼此连接，则待测区域105为金属线107的区域，若中介层101中具有多个垂直导线108，则待测区域105为多个垂直导线108的区域。同样地，图6的中介层测试方法也可应用于具有穿硅孔的中介层。热源102对中介层101加热至少10微秒。待测区域105小于中介层101的面积。
[0041]中介层101有多层导线与连接点，其上表面与下表面可以粘贴多个芯片，利用垂直导线108穿过中介层产生封装接点。中介层晶片的材质可以是硅(silicon)或玻璃(glass)，可在其上布植(注入)一或多层导线。在芯片未粘贴之前，中介层上仅有导线与连接点，近似传统的印刷电路板，只是其面积及厚度比印刷电路板缩小许多。测试的主要目的是确认各导线与连接点是否有制造上的缺陷，例如开路(open)或短路(short)。但中介层101上的导线与连接点尺寸小且也不具任何有源元件，无法使用接触或有源电路的测量方法，如果不经过测试就将芯片粘贴于其上，万一中介层101是不良品，则会浪费粘贴于上的芯片，本发明以一种以金属导热性特征来等效测试其导电性的装置及方法。
[0042]根据本发明的中介层测试装置及其方法，是利用热源对中介层上的待测区域加热，取得加热后的热影像并与标准热影像进行比对，以导热的结果来推论来判断中介层的金属导线是否被正确的制作而可以正确的导通电子信号，可以在不接触中介层的情况下测试中介层的制造情形，以减少芯片因中介层有缺陷，造成产品失败的问题，进而可提高芯片制作的成功率。
【权利要求】
1.一种中介层测试装置，适于测试一中介层，该测试装置包括: 热源，用以对该中介层上的一待测区域加热； 热影像取得装置，用以取得加热后的该中介层的一热影像；以及 比对装置，用以将该热影像与一标准热影像进行比对，以输出一比对结果。
2.如权利要求1所述的中介层测试装置，其中该中介层中具有多条金属线彼此连接。
3.如权利要求2所述的中介层测试装置，其中该待测区域为该金属线的区域。
4.如权利要求2所述的中介层测试装置，其中该标准影像为该多条金属线彼此正常连接时的热影像。
5.如权利要求1所述的中介层测试装置，其中该中介层中具有多个垂直导线。
6.如权利要求5所述的中介层测试装置，其中该待测区域为该多个垂直导线的区域。
7.如权利要求5所述的中介层测试装置，其中该标准影像为该多个垂直导线正常配置时的热影像。
8.如权利要求1所述的中介层测试装置，其中该中介层中具有多个穿硅孔。
9.如权利要求8所述的中介层测试装置，其中该待测区域为该多个穿硅孔的区域。
10.如权利要求8所述的中介层测试装置，其中该标准影像为该多个穿硅孔中的导电材料符合一预定品质时的热影像。
11.如权利要求1所述的`中介层测试装置，其中该热源为激光、微波或聚焦光源。
12.如权利要求1所述的中介层测试装置，其中该热源对该中介层加热至少10微秒。
13.如权利要求1所述的中介层测试装置，其中该待测区域小于该中介层的面积。
14.一种中介层测试方法，适于测试一中介层，包括有: 以一热源对该中介层上的一待测区域加热； 取得加热后的该中介层的一热影像；以及 用以将该热影像与一标准热影像进行比对，以输出一比对结果。
15.如权利要求14所述的中介层测试方法，其中该中介层中具有多条金属线彼此连接。
16.如权利要求15所述的中介层测试方法，其中该待测区域为该金属线的区域。
17.如权利要求15所述的中介层测试方法，其中该标准影像为该多条金属线彼此正常连接时的热影像。
18.如权利要求14所述的中介层测试方法，其中该中介层中具有多个垂直导线。
19.如权利要求18所述的中介层测试方法，其中该待测区域为该多个垂直导线的区域。
20.如权利要求18所述的中介层测试方法，其中该标准影像为该多个垂直导线正常配置时的热影像。
21.如权利要求14所述的中介层测试方法，其中该中介层中具有多个穿硅孔。
22.如权利要求21所述的中介层测试方法，其中该待测区域为该多个穿硅孔的区域。
23.如权利要求21所述的中介层测试方法，其中该标准影像为该多个穿硅孔中的导电材料符合一预定品质时的热影像。
24.如权利要求14所述的中介层测试方法，其中该热源为激光、微波或聚焦光源。
25.如权利要求14所述的中介层测试方法，其中该热源对该中中介层加热至少10微秒。
26.如权利要求14所述的中介层``测试方法，其中该待测区域小于该中介层的面积。
【文档编号】G01R31/02GK103869203SQ201310008741
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年1月10日 优先权日:2012年12月7日
【发明者】叶凯仪, 钱睿宏 申请人:财团法人工业技术研究院