在自动化测试中处理集成电路的制作方法
背景技术：
作为制造过程的一部分，集成电路通常要经过功能和环境测试。这些集成电路通常是大批量生产的，其中每个设备都必须经过测试，以确定其是否有缺陷或无功能。在复杂集成电路的情况下，可以将一批这些设备交付到测试站或测试台，然后从托盘中拾取每个设备，将其放入专用印刷电路(pc)板上的插座/套接件(socket)中，然后运行一系列功能测试。测试还可以包括集成电路在受控环境条件下的操作，例如热或冷条件。用于手持集成电路与pc板电接触的插座通常包括一种盖子，必须将其闭合以固定集成电路并进行电接触以进行测试，然后在测试完成后打开，以便拆下集成电路。在该过程中，可能需要操作人员或技术人员从托盘中拾取每个集成电路，将每个集成电路放入测试插座，固定插座盖，和/或以其他方式监督或与测试过程交互。
技术实现要素：
为了在自动化测试中处理集成电路，一种装置包括可选择性地在测试表面上方平移的上部组件，以及从上部组件延伸并位于其下方的下部支架。下部支架形成第一开口，可选择性地上下移动，包括向下延伸的用于将集成电路拾取并放置在插座中的可旋转指状件(finger)。该装置还可以包括用于检测潜在错误情况的图像传感器和从下部支架延伸以打开和闭合插座上的盖子的工具。
附图说明
图1是说明带有机械手和位于其上的支撑结构的测试台的示例的透视图。
图2是机械手的示例的透视图。
图3是机械手的下部支架的示例的仰视图。
图4是带有描绘了手持集成电路的指状件的示例的机械手和从下部支架延伸的工具的示例的透视图。
图5a-图5d是描绘了打开翻盖式插座的盖子并将集成电路放置在插座中的示例机械手的顺序透视图。
图6a是描绘了手持集成电路要被放置在弹簧锁紧插座中的机械手的示例的透视图。
图6b是描绘了闭合图6a的弹簧锁紧插座的机械手的示例的透视图。
图7a和图7b是描绘了打开翻盖式插座上的螺旋闭合盖的示例机械手的顺序透视图。
图8a是被定位成旋转驱动器以闭合硬木(ironwood)插座的盖子的示例机械手的透视图。
图8b是图8a中的驱动器的透视图。
图9是安装在臂上的示例机械手的透视图。
图10是机械手的指状件上的旋转接头的示例的截面侧视图。
图11a-图11d显示了由机械手的图像传感器感测的图像的示例。
图12a-图12d显示了由机械手的图像传感器感测的其他图像的示例。
图13是在由机械手的图像传感器感测的图像中检测集成电路的旋转的图示。
图14a-图14d显示了由机械手的图像传感器感测的其他图像的示例。
图15是在机械手的图像传感器感测的图像中检测倾斜集成电路的图示。
图16a-图16d显示了由机械手的图像传感器感测的图像的其他示例。
具体实施方式
某些通常被称为“机械手”的设备可用于在自动化测试期间协助工程师或技术人员处理集成电路。例如，这样的机械手可用于从托盘中拾取单个集成电路，并按顺序将每个集成电路放入测试插座中。然而，现有的机械手可能无法打开和闭合自动化测试过程中使用的插座上常见的各种类型的盖子。因此，操作员或技术人员可能需要在每个测试循环中手动打开和闭合插座的盖。此外，用于测试集成电路的热性能的专用仪器可能经常会阻塞测试插座的开销接入。因此，这种热测试仪器可能会阻止使用某些必须从开销接近插座的机械手。因此，操作员或技术人员可能再次需要手动执行所有热测试程序。
现有的机械手可能还需要操作员或技术人员的密切监督，以检测某些错误情况，如果不加以纠正，可能导致错误结果或损坏集成电路、测试插座或测试仪器。例如，现有的机械手可能无法检测集成电路何时从集成电路托盘中的某个位置缺失。类似地，现有的机械手可能无法从测试插座检测缺失的集成电路。同样地，现有的机械手可能无法检测到集成电路托盘中具有错误方向的集成电路。此外，当集成电路最初放置在测试插座中时，现有的机械手可能无法检测集成电路何时倾斜、移位或旋转。如果在这种情况下，插座盖被迫闭合，集成电路和/或测试插座可能损坏或损毁。防止或纠正所有这些潜在的错误情况可能需要操作员或技术人员的密切监督，并可能大幅减缓或停止进一步的测试。自动化测试期间的任何人工监督或干预也可能对测试过程的速度和每个测试站测试的集成电路的容量产生不利影响。手动干预也可能非常低效，因为操作员或技术人员在测试过程中经常处于空闲状态。手动干预的要求也可能会将测试限制到正常工作时间内，从而限制每天的最大测试量。
图1显示了测试台10，例如可用于测试集成电路的站点。测试台10通常具有形成平面的平坦测试表面110。为了说明，图1描绘了由平坦测试表面110形成的平面中的正交x轴和y轴。当在较大的测试设施中使用时，测试台10可位于有多个其他测试台10的房间内。
在集成电路制造并准备好测试后，可将一批多个集成电路295放置在托盘150上的特定位置。然后将托盘150放置在测试台10的测试表面110上的预定位置。然后，每个集成电路295从托盘150被拾取，并被放置到用于测试的插座220中。如下文更详细的描述，插座220通常具有盖子或其它闭合机构，该闭合机构被闭合或启动，以便在集成电路295的针脚和插座220之间进行电接触。
插座220位于pc板210上，pc板210可以连接到计算机160，以便于在集成电路295上执行诊断程序。举例来说，自动化测试可通过使用德克萨斯州奥斯汀市的国家仪器公司销售的
机械手200用于从托盘150中拾取集成电路295，将集成电路移动到插座220，然后闭合插座220上的盖子。在测试程序已经完成执行之后，机械手200然后打开插座220上的盖子，取回集成电路295，并替换托盘150中的集成电路295。然后对托盘150中的下一个相邻集成电路295重复该循环。
为了在测试集成电路295的过程中执行这些步骤，机械手200的轨迹在x和y方向上平移，并在z方向上上下移动，如图1中的x、y和z轴所示。为了便于这种平移和上下移动，机械手200可安装在支撑架100上，支架100通常用作位于测试台10上方的机架。
图1示出了支撑架100支撑在测试表面110上方的一个示例。两个y支撑轨130沿y方向平行于测试表面110延伸。x支撑轨120由y支撑轨130支撑并可沿y支撑轨130平移。同样，z支撑轨140由x支撑轨120支撑并可沿x支撑轨120平移。机械手200被安装在z支撑轨140的底部。以这种方式，机械手在测试表面110上方的x和y方向上可选择性地平移。该机械手还可在垂直于测试表面110的平面的z方向上选择性地移动。
在x、y和z方向上的运动可由计算机160控制，计算机160与微控制器170通信，以指导移动x支撑轨120和z支撑轨140的轮子、皮带、链条或执行器(未示出)的移动。计算机160可操作某些软件，例如德克萨斯州奥斯汀市的国家仪器公司销售的
图2描绘了安装在z支撑轨140底部附近的机械手200的示例。机械手200具有上部组件230，其可包括上部支架240和242。上部支架242可以附接到z支撑轨140上。下部支架250位于上部支架240下方。下部支架250的示例可以是平坦的固定结构，该结构由上部支架240下方的垫片260支撑。图2示出了作为螺纹构件的垫片260，以便可以容易地调整上部支架240和下部支架250之间的距离。
机械手200还包括由上部组件230支撑并相对于上部组件230在z方向上可上下移动的指状件270。指状件270的实施例可以具有与z方向对齐的拉长的纵轴a。指状件270的远端可以沿着纵轴a滑动，并且包括轴向弹簧290，使得远端的可滑动部分向下倾斜。指状件270的远端还可以包括收压头280，以便更好地抓住集成电路295的平坦表面，如图2所示。
参考图1和图2，可以通过手动将机械手移动到在测试期间处理集成电路295有用的期望位置来教导机械手200以模拟人类行为。例如，机械手200可以被手动定位在位于托盘150中的集成电路正上方的特定高度。然后可以手动降低指状件270以将收压头280精确地附接到集成电路295。这些位置随后可被存储在计算机160中的存储器180中，并且随后重放以在自动化测试开始时从托盘150自动拾取集成电路295。作为进一步的示例，机械手200的多个位置的序列可以被记录在存储器180中，以便模拟人打开翻盖式插座500的盖子，并且模拟人，在测试完成后移除集成电路295，如结合下面的图5a-图5d更详细说明和描述。
图3是向上看图2的机械手200的仰视图。如图所示，下部支架250形成足够大的第一开口300，使得集成电路295可以通过开口300。下部支架250还可以形成第二开口320，其便于在下部支架250上安装图像传感器330，以便在测试过程的各个阶段捕捉集成电路295或插座220(图1)的图像。
举例来说，图像传感器330可以是数码相机。或者，图像传感器330可以是内窥镜照相机，其优异地具有短聚焦距离并且包括诸如发光二极管(led)340的内置照明源。如下面更详细地描述的，由图像传感器330感测的图像可用于确定集成电路295是否缺失、定向不正确、旋转、倾斜等，使得机械手200可以在不需要人工监督或干预的情况下采取纠正措施。
正如下面更详细地描述的那样，下部支架250的底面可以被用作操控插座220的盖子或其他闭合机构的工具(图1)。下部支架250的部分，包括围绕着第一开口300的周界部分310和围绕着第二开口320的周界部分350，可用于这类目的。另外，下部支架250可以在底面上的不同位置包括多个孔360。各种不同的工具可以附接到一个或更多个孔360中的下部支架250，以便更容易地操控插座220的盖子或其他闭合机构(图1)。
图4示出了其作为附接到下部支架250的这种工具的示例的脚工具410。脚工具410可附接在孔360中的一个并延伸低于下部支架250的底面，以便更好地接近插座220的盖子或其他锁紧机构(例如，图1)。这里，脚工具410从下部支架250向下延伸，并且包括在脚工具410底部的l形脚420。脚工具410还可以包括从脚420向外延伸的薄唇形件(thinlip)430，以便操控较小的机构。脚工具410可以牢牢地安装在下部支架250上，下部支架250牢牢地安装在上部组件230上，上部组件230在z支撑轨140底部的z方向上选择性地向上和向下移动，如图1所描绘的。以这种方式，脚工具410可以在x、y和z方向上移动以操控盖子或其他锁紧机构。
图5a-图5d为使用脚工具410来操控翻盖式插座500的盖520的示例顺序。为了打开盖子，脚420被放置在翻盖闩锁510下。然后，机械手200向上升起，从而释放闩锁510。机械手继续向上提起铰接的翻盖520，并使插座500内的集成电路295暴露。然后平移机械手200，使得指状件270的纵轴a(图2)直接位于集成电路295的上方。然后，如图5d中的箭头所示，将包括收压头280的指状件270的远端向下移动，以接触并拾取集成电路295。这些动作中的每个以及用于每个运动的机械手200的位置可以通过首先模拟人的动作被预先记录在计算机160中，然后随后与多个其它序列一起回放，以使测试过程自动化。
图6a和图6b示出了用于与弹簧锁紧插座600中的自动化测试集成电路295相连的机械手200的另一示例。如图6a所示，机械手200在指状件270的远端处手持集成电路295，并且首先被平移到弹簧锁紧插座600正上方的位置。如图6a中的箭头所示，然后通过第一开口300降低指状件270，以便将集成电路295放入插座600中。然后，可以在x或y方向上平移机械手200，使得图像传感器330可以定位在插座600正上方以及图像传感器330被用于验证集成电路295的正确放置(如下做了更详细地描述)。
一旦使用图像传感器330验证了集成电路295的正确放置，则可以使用下部支架250的底面在z方向上向下移动机械手，以推动插座600的顶部，从而将集成电路锁紧在插座600中以进行自动化测试，如图6b所示。在自动化测试完成后，可以使用相反的移动顺序从插座600中移除集成电路295。
图7a和图7b示出了用于与螺旋闭合翻盖式插座700中的自动化测试集成电路295相连的机械手200的又一个示例。为了简洁，图7a和图7b仅示出螺旋盖710的开口。闭合盖710可以通过以相反顺序进行的类似动作来完成。如图7a所示，机械手200包括附接到下部支架250的柱形工具440。柱形工具440可以是在垂直于测试表面110(图1)的方向上向下延伸的固定杆。螺旋盖710包括在外边缘上具有槽口720的圆形顶部。顺时针旋转螺旋盖710以紧固盖710并在集成电路295和插座700之间形成电接触。相反，可以逆时针旋转盖710以释放集成电路295。
如图7a所示，当柱形工具440啮合在槽口720内时，机械手200可以通过记录机械手200的x和y位置来自动释放盖710。然后，可以通过在x和y方向上以小增量平移机械手200和柱形工具440、以模拟箭头c所表示的循环运动来释放盖71。如图7b所示，柱形工具440随后可以在x和y方向上平移以翻转打开释放的盖710。
其他工具可与机械手200的平移和上下移动结合使用，以操控更复杂的插座220。参考图8a和图8b，显示了一种由明尼苏达州伊根市的硬木电子公司(ironwoodelectronics)制造的“bga”插座(硬木(ironwood)插座810)。如图8b所示，插座包括单独的盖830，该盖830通过旋转或扭转盖830上的紧固件而闭合。为了便于打开和闭合这样的盖子，驱动器800可以与附接到下部支架250底部的柱形工具440一起使用。驱动器800牢固地连附到盖830上，并且在自动化测试期间与盖830保持在一起。驱动器800包括垂直部分820，其牢固地安装到盖830上。驱动臂840从垂直部分820向外延伸，并且在末端包括槽口850。
臂840上的槽口850适合与柱形工具440啮合，使得柱形工具440可以以圆形图案移动，以拧紧或松开硬木插座810上的盖830。当盖830被释放时，它可以被柱形工具440与驱动器800一起物理地移除，以便访问下面的插座810。或者，收压头280(图2)可用于夹紧盖830或驱动器800并移除两个连接部件。当新的集成电路295被放置在硬木插座810中并且准备好进行测试时，可以再次更换带有附接到盖830的驱动器800的盖830。
对于某些插座220，例如硬木插座810，为了将集成电路295正确地固定在插座810中，在盖子上扭转紧固件，直到与集成电路295建立通信，例如联合测试行动组(jtag)通信。为了满足这些目标，可以在插座810和机械手200之间建立反馈。计算机160监视施加在插座810上的扭矩，同时监听jtag通信。当jtag通信表示插座810和集成电路295之间的正确电气连接时，计算机160向机械手200发出信号，停止施加扭矩。或者，如果在可接受的准则内没有建立适当的通信，例如，三次尝试，则在尝试进一步耗时的测试程序之前，可以终止测试并且拒绝集成电路295。
如上所述，集成电路295还可以从受控环境条件下的测试中获益，例如极高温或极冷。为了为此类测试创造一个受控的环境，插座220中的集成电路295通常被绝缘外壳覆盖，例如由马萨诸塞州曼斯菲尔德市的teptronic公司制造的
参照图9，机械手200可以安装在从z支撑轨140的下端横向延伸的臂900上。以这种方式，当向上抬起以访问插座220时，通过在热外壳下操作机械手200，可以将机械手200与热测试结合使用。因此，臂900便于在热测试或开销空间受限的其他情况下操作机械手200。
图2和图10示出了机械手200的示例，其包括具有适于沿纵轴a(例如，在箭头r的方向上)选择性地旋转的远端的指状件270。指状件270还包括沿着轴a的长度延伸的空心通道1050。空心通道1050被提供为从外部真空源1000地向收压头280选择性供应真空的通道。以这种方式，集成电路295可以在不向精密元件施加物理力的情况下快速夹紧和释放。
为了便于旋转，同时保持真空的密封通道，指状件270包括可以相对于上部1020旋转的下部1010。为了保持下部1010和上部1020之间的真空密封，使用圆锥形部分将两部分接合在一起，圆锥形部分依靠伯努利原理在两部分之间的接口处保持密封。如图10所示，指状件270的下部1010在其远端具有内部圆锥形部1030，并且指状件270的相邻上部1020在其远端具有外部圆锥形部1040。外部圆锥形部1040安装在内部圆锥形部1030内，使得上部1020和下部1010可以相对于彼此旋转。当真空源1000接通时，空气的速度沿着收压线s流动，其中一部分沿着两个圆锥形部1030和1040的接口流动。在两个圆锥形部1030和1040之间空气流动的速度产生一个力，该力趋于使下部1010相对于上部1020密封。
如上所述，机械手200的示例因此可以在测试表面110上方的x和y方向上平移，并且可以在垂直于测试表面110的z方向上上下移动。机械手200的示例还可以包括选择性地向上和向下移动的指状件270，以及沿着纵轴选择性地旋转的指状件270的下部1010。因此，机械手200的示例适于在插座220中放置和移除集成电路295以进行自动化测试。因此，机械手200的示例进一步适于在不需要人为干预的情况下操控插座220上的盖子或其他锁紧机构。
在集成电路295的自动化测试过程期间，可能会发生某些潜在的错误情况。举例来说，无论是由于人为错误、自动化故障或其他意外事件，集成电路295可能从托盘150中的位置缺失。另外，集成电路295可以以不正确的方向、旋转或倾斜放置在托盘150中。更糟糕的是，集成电路295在放置在插座220中之后可能具有不正确的方向、旋转或倾斜。在这些情况下，如果机械手200或操作员强行闭合插座220上的盖子或强行锁紧插座，则集成电路295可能被破坏或损坏插座220。这些情况中的任何一个都可能直接停止自动化测试，或者在操作员或技术人员介入修复任何损坏的情况下大幅降低测试速度。
对于这些原因，采用具有检测和纠正潜在错误情况能力的机械手200可以提供显著的优势。为了促进这些能力，机械手200可以包括图像传感器330，如图3所示。这里，计算机160可以被编程为在自动化测试的各个阶段使用传感器330选择性地捕捉图像。举例来说，可以捕捉集成电路295、托盘150中的选定位置和/或插座220的图像。如下文更详细地描述的，这些图像随后可由计算机160分析以检测任何错误情况，因此计算机160可以指导机械手200纠正错误情况，或者如果不可能进行适当的校正，则终止自动化测试。
现在参考图11a-图11d，可以通过分析由图像传感器330捕获的图像来检测集成电路295的方向。图11a是集成电路295的图像的示例。通常，集成电路295可以包括在制造过程中放置在集成电路295表面上的预定位置的可见点1110。在图11a中，点1110出现在集成电路295的左下角。集成电路295包括大量从外围延伸并与插座220中的对应触点对齐的引脚。点1110用于目测验证集成电路295具有正确的方向，从而使引脚与插座220中的相应触点接触。
为了检测图11a所示的集成电路295的方向，计算机160分析图像以检测点1110。然后忽略图像的其余部分以产生如图11b所示的仅描绘点1120的图像。然后，计算机160可以确定点1120的坐标，以用于确定集成电路295的方向。
如图11c所示，当集成电路295从托盘150拾取或放置在插座220中时，其可能具有不正确的方向。这里，集成电路295已经向右旋转了90度。处理后的图像如图11d所示，其在图像的左上角附近示出点1130。图11d中的处理图像被分成四个象限1-4。计算机160然后确定点1140出现在哪个象限中。图11d中的点1140出现在象限4中，这表示集成电路被错误地顺时针旋转90度。因此，计算机160指明指状件270的旋转下部1010逆时针旋转集成电路29590度以校正潜在的错误状况。如果点1140反而出现在象限1中，则表明集成电路被错误地转向180度。为了纠正这种错误情况，计算机160因此将指明指状件270的下部1010将集成电路旋转180度。以类似的方式，图11d中象限2的点的出现需要将集成电路顺时针旋转90度。
除了涉及错误方向的潜在错误之外，集成电路295还可以意外地旋转小于90度的角度，如图12a所示。与之前一样，图12a描绘了图像传感器330从插座220上方拍摄的集成电路295的示例图像。这里，在将集成电路295放置在插座220中之后立即感测到图12a中的图像。如果在这些情况下强行闭合插座220上的盖子，则集成电路295和/或插座220极有可能被损坏或损毁，从而对自动化测试过程造成重大中断。
为了检测集成电路295的潜在旋转，计算机160分析如图12a所示的图像以检测图像中的主要形状或斑点。所得图像如图12b所示，其中集成电路295的形状出现在图像的中心。然后忽略图像的其余部分，如图12c所示，其中形状的最大x和y范围限定旋转的集成电路295的角。在图13中，限定集成电路295的旋转矩形的角的点被指定为pa、pb、pc和pd。
限定旋转矩形角点的每个点都有x和y坐标，即pa(xa，ya)、pb(xb，yb)、pc(xc，yc)和pd(xd，yd)。在这里，集成电路的基座用线pa→pb表示。对于非旋转集成电路295，线pa→pb与x轴之间的角度θ应为零(0)。如果该角度θ不为零(0)，则计算机160可指明指状件270的下部1010以相反方向旋转集成电路角度θ。集成电路295的旋转中的错误因此可以由机械手200在没有人为干预的情况下进行校正，并且作为自动化测试过程的一个组成部分。
除了方向错误和旋转错误之外，集成电路295也可以在插座220中倾斜。通过“倾斜”，这意味着由集成电路295的表面形成的平面与测试表面110不平行，使得集成电路295相对于测试表面110看起来向上或向下倾斜。与其它类型的错误一样，可以通过使用计算机160来分析由图像传感器330感测的集成电路295的图像来检测由集成电路295倾斜引起的潜在错误。图14a-图14d是放置在插座220中的倾斜集成电路295的示例图像。
参考图14a-图14d，首先处理集成电路295的图像以检测图像中的形状或斑点，如图14b所示。然后保留集成电路295的中心形状并忽略图像的其余部分，如图14c所示。所得图像具有图15所描绘的四边形的形式，该四边形以点a、b、c和d作为角。四条边(ab、bd、dc和ca)中的每条边的长度由计算机160计算。如果任意两个边相等而其余两个边不相等，这表示四边形不是矩形，因此，集成电路295倾斜。如果检测到倾斜，则计算机160指示指状件270使用收压头280拾取集成电路，更换插座220中的集成电路295，并使用图像传感器330感测另一图像以进行进一步分析。通常，这样的过程校正倾斜的集成电路295。
图16a-图16d提供由图像传感器330感测的图像类型的示例，以便检测由缺失的集成电路295引起的潜在错误情况。例如，也参考图1和图2，从托盘150中的指定位置可能缺少集成电路295。这样的错误可以由机械手200通过简单地跳过托盘150中的该位置来自动更正。为了检测这种缺失的集成电路295，由图像传感器330感测要分析的位置的图像，例如，托盘150中的位置，如图16a和图16c所示。然后，这些图像在颜色深度上减少为黑白图像，如图16b和图16d所示。在黑白图像中，对白色像素的数量进行计数，并与已知包含集成电路的参考图像中包含的白色像素的平均数量进行比较。
如图16d所示，如果感测的图像中的白色像素的数量显著小于已知参考图像中的白色像素的数量，例如小于60％，则计算机160确定感测的图像不包含集成电路295。如果计算机160确定感测图像不包含集成电路295，则可以跳过托盘150中的位置或采取其他补救措施。相反，如图16b所示，如果感测的图像中的白色像素的数量不显著小于参考图像中的白色像素的数量，则计算机160确定感测的图像确实包含集成电路295，在这种情况下，可以进行自动化测试。
可以采用前述错误检测和校正技术的许多其它变体，包括涉及图像传感器330感测的图像的分析的附加技术。所描述的技术和附加技术可由机械手200用于检测和校正错误情况而无需人工干预。这种对潜在错误情况的自动检测和纠正可以使机械手200在没有人为监督的情况下连续使用，或者比不检测和纠正潜在错误情况的系统更少的人为监督。
在本说明书中，术语“耦合”是指间接或直接有线或无线连接。因此，如果第一设备耦合到第二设备，则该连接可以通过直接连接或经由其他设备和连接的间接连接。此外，在本说明书中，诸如“平行”、“垂直”及类似术语允许与所述的方向或配置存在正负15度的错误。
在权利要求书的范围内，可在所描述的实施例中进行修改并且其它实施例也是可能的。
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