CN102478385A - 探针卡检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明有关于一种探针卡检测方法及系统，主要是先以一三轴位移机构于XY平面移动影像撷取装置至探针卡上的多个区域其中之一，以撷取该区域的多根探针针尖影像，再于Z轴方向移动影像撷取装置至获得第一个清晰探针针尖影像，进而移动至对应清晰探针针尖影像的探针，记录三轴光学尺显示的一组实测坐标数据。重复相同操作模式获得探针卡所有区域的所有探针的坐标数据。最后将X坐标值的差值与Y坐标值的差值与对应允许公差值比对，以及计算所有组实测坐标数据的中位Z坐标值与其它Z坐标值的差值与一允许公差值比对，若超出就判定不合格。

Description

探针卡检测方法及系统

技术领域

本发明是关于一种探针卡检测方法及系统，尤指一种检测探针卡堪用度的方法及系统。

背景技术

当硅晶片上的集成电路元件完成制作后，在进行后续封装流程前，需经过硅晶片测试流程，以淘汰不良的集成电路元件，使封装的良率提高。一般而言，硅晶片测试的方法是利用多根探针相对应地接触集成电路元件上的电接点(Pad)，由此量测集成电路元件的电性特性，以判别集成电路的良窳。当探针卡使用一段时间后会不可避免地发生探针变形、磨损的问题，因此需进行探针检测以判别是否需修补。

目前探针卡物理数据测量有人工/自动两种方式，人工检查仅能通过工具显微镜对每根探针进行测量：探针位置变化、探针先端长度(Tiplength)、平坦度(Planarity)等。现有探针卡检测方式的缺点在于测量耗时长、测量值不能排除个人视觉误差。而目前自动检测设备缺点在于不能测量探针先端长度，需以人工检查互补，形成多任务位转换，浪费人力以及检查时间。

尤其关于平坦度量测是采用接触式量测，亦即以探针在一检测治具平面上滑行，会造成治具材料耗损，也导致形成的凹槽内堆积颗粒，因而所测得平坦度被低估。

发明内容

本发明的探针卡检测方法主要利用一检测系统检测一探针卡的堪用度，其中检测系统包括一机台、一载放座、一控制器、一数据库、一影像撷取装置、一三轴光学尺。载放座架设于机台，机台设置有一上方三轴位移机构，影像撷取装置与三轴光学尺固定于上方三轴位移机构。

上述控制器电性连接于数据库、影像撷取装置及三轴光学尺，数据库存有一数据文件，数据文件包括有对应探针卡上多个区域的多根探针XY坐标信息的多组基准数据。探针卡检测方法包括如下步骤：

(A)置放探针卡于载放座上，且将探针面朝上摆置；

(B)复归影像撷取装置至机台的一坐标原点；

(C)以上方三轴位移机构于XY平面移动影像撷取装置至多个区域的第一个，以撷取第一个区域的多根探针针尖影像；

(D)以上方三轴位移机构于Z轴方向移动影像撷取装置至获得第一个清晰探针针尖影像，进而移动至对应清晰探针针尖影像的探针，记录三轴光学尺显示的一组实测坐标数据；

(E)依序针对同一区域的其余探针影像重复步骤(D)；

(F)针对其余区域的所有探针重复步骤(C)～(E)；

(G)以控制器计算所有实测坐标数据与对应的基准数据关于X坐标值的差值与Y坐标值的差值，以及计算所有组实测坐标数据的中位Z坐标值与其它Z坐标值的差值；以及

(H)以控制器分别就X坐标值、Y坐标值、Z坐标值比对计算所得的差值与对应的允许公差值，若X坐标值的差值、Y坐标值的差值、Z坐标值的差值其中之一超出对应的允许公差值，判定不合格。

通过上述非接触检测方法，不仅可避免现有因接触式量测探针平坦度所导致治具损耗以及测量结果不准确情形，也免除以人工操作显微镜进行测量的费时且不可靠作业模式。

上述步骤(D)可还包括：以上方三轴位移机构于Z轴方向移动影像撷取装置至获得第一个清晰探针转折点影像以及记录一探针转折点Z坐标值，该步骤(G)可更包括：依据探针针尖Z坐标值与探针转折点Z坐标值计算每一探针的探针先端长度。

检测系统可还包括与控制器电性连接的一上方电性量测头、一下方三轴位移机构及一下方电性量测头，其中上方电性量测头固定于上方三轴位移机构，下方电性量测头固定于下方三轴位移机构，且检测方法可更包括以下步骤：

(I)翻转载放座；

(J)分别以上方三轴位移机构与下方三轴位移机构移动上方电性量测头与下方电性量测头至接触于探针卡的一接点组，以测试接点组的电性导通；

(K)若接点组测试结果正常，进行下一接点组的电性测试，若接点组测试结果不正常，进行结果记录并启动影像撷取装置拍摄接点组；以及

(L)针对其余接点组重复步骤(J)～(K)。

上述步骤(H)可更包括发出一警示讯号，例如为声响警示讯号或亮光警示讯号或其组合。

本发明另提供一种探针卡检测系统，是用于检测一探针卡的堪用度，检测系统包括一机台、一载放座、一数据库、一影像撷取装置、一三轴光学尺及一控制器。

上述机台设置有一上方三轴位移机构，载放座架设于机台。上述数据库存有一数据文件，数据文件包括有对应探针卡上多个区域的多根探针XY坐标信息的多组基准数据。

影像撷取装置与三轴光学尺固定于上方三轴位移机构，控制器电性连接于数据库、影像撷取装置及三轴光学尺。

上述载放座可以是枢设于机台。检测系统可更包括与控制器电性连接的一上方电性量测头、一下方三轴位移机构及一下方电性量测头，其中上方电性量测头固定于上方三轴位移机构，下方电性量测头固定于下方三轴位移机构。由此，可同时量测探针卡上接点组的异常与否。

检测系统可还包括一警示器，与控制器电性连接。警示器例如为一蜂鸣器或一发光装置，以让工作人员实时得知探针卡量测异常结果。

本发明的有益效果：通过此系统设计，可避免现有因接触式量测探针平坦度所导致治具损耗以及测量结果不准确情形，也免除以人工操作显微镜进行测量的费时且不可靠作业模式。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的探针卡检测系统立体图。

图2是本发明一较佳实施例的探针卡检测系统元件电性连接示意图。

图3是本发明一较佳实施例的探针卡检测方法流程图。

图4是本发明一较佳实施例的探针卡区域划分示意图。

图5是本发明一较佳实施例的探针卡检测系统量测探针先端长度示意图。

图6是本发明一较佳实施例的探针卡检测系统量测探针卡接点组电性导通示意图。

主要元件符号说明

机台10，                载放座11，

控制器12，              比对单元121，

计算单元122，           电性量测单元123，

数据库13，              影像撷取装置14，

三轴光学尺15，          X轴光学尺151，

Y轴光学尺152，          Z轴光学尺153，

上方三轴位移机构16，    X轴位移器161，171，

Y轴位移器162，172，     Z轴位移器163，173，

下方三轴位移机构17，    上方电性量测头18，

下方电性量测头19，      探针卡50，

电路板面501，           探针面502，

探针503，               上方接点504a，

下方接点504b，          警示器51，

区域A1，A2，A3，A4，    探针针尖点P1，

探针转折点P2。

具体实施方式

参考图1与图2，分别为探针卡检测系统立体图及其元件电性连接示意图。本发明是利用一检测系统检测一探针卡的堪用度，图中示出检测系统包括一机台10、一载放座11、一控制器12、一数据库13、一影像撷取装置14、一三轴光学尺15、一上方电性量测头18与一下方电性量测头19。载放座11架设于机台10，本例中使用一种可受控翻转的载放座11。机台10设置有一上方三轴位移机构16与一下方三轴位移机构17，分别位于载放座11的相反侧。

每一个三轴位移机构16，17是由一X轴位移器161，171、一Y轴位移器162，172、一Z轴位移器163，173所构成，分别负责X轴、Y轴、Z轴三方向的位移任务。而三轴光学尺15是由一X轴光学尺151、一Y轴光学尺152、一Z轴光学尺153所构成，分别负责X轴、Y轴、Z轴三方向的位移量测任务。

影像撷取装置14、三轴光学尺15及上方电性量测头18固定于上方三轴位移机构16。下方电性量测头19固定在下方三轴位移机构17。控制器12电性连接于数据库13、影像撷取装置14、三轴光学尺15、两电性量测头18，19、两三轴位移机构16，17。实施例中，控制器12与数据库13是整合成一人机接口即计算机型态。

控制器12包括有一比对单元121、一计算单元122及电性量测单元123。数据库13存有数据文件，数据文件内容包括有对应探针卡50上多个区域的多根探针XY坐标信息的多组基准数据，其表示完好堪用的探针卡状态下所测得作为参考基准的三轴坐标信息。

参考图1～3，欲检测探针卡堪用度可依下列步骤流程进行。在步骤A中，先将待测探针卡50置放在载放座11而定位，且探针卡50是以具有探针503一面(称探针面502)朝上摆置。

步骤B中，复归影像撷取装置14至一坐标原点，也就是透过基本预设程序来做系统坐标归零的动作。此处同时另外参考图4，步骤C中，利用上方三轴位移机构16于XY平面移动影像撷取装置14至第一个区域A1，以撷取区域内的多个探针针尖影像。因为探针卡50的区域划分是预先做好的，例如划分为N个区域，则将各区域依序标记为A1～AN(图中仅示出四个区域A1，A2，A3，A4做为代表)，故影像撷取装置14移往各区域的定位动作是可以很容易透过设计程序于控制器12来达到。

步骤D中，透过上方三轴位移机构17于Z轴方向移动影像撷取装置14至获得第一个清晰探针针尖影像(对准探针针尖点P1操作，见图5)，接着沿XY平面移动至对应清晰探针针尖影像的探针(以影像撷取装置镜头的标线对准探针针尖)，于此时记录三轴光学尺显示的一组实测坐标数据，即包括X轴坐标值、Y轴坐标值、Z轴坐标值。在此步骤中也于Z轴方向移动该影像撷取装置14至获得第一个清晰探针转折点影像以及记录一探针转折点Z坐标值，对准探针转折点P2操作，如图5所示。

在步骤E中，对第一区域A1的其余探针影像重复步骤D，以得到单一区域所有组实测坐标数据。在步骤F中，对其余区域A2～AN的所有探针重复步骤C～E，得到所有区域A1～AN所有组实测坐标数据。

在步骤G中，一旦得到探针卡50所有探针的实测坐标信息，便可透过控制器12的计算单元122计算所有实测坐标数据与对应的基准数据关于X坐标值的差值与Y坐标值的差值，并计算所有组实测坐标数据的中位Z坐标值与其它Z坐标值的差值。X坐标值的差值与Y坐标值的差值即代表探针在X坐标与在Y坐标方向的变化量。

在步骤H中，当所有探针的X坐标与Y坐标变化量都已得知，也表示掌握了探针卡50上探针整体位移分布概况，此时便可透过比对单元121依据数据库13所设定就X坐标值方面与Y坐标值方面的允许公差进行比对判定，若有任一X坐标差值或Y坐标差值超出允许公差值，就判定不合格，即不堪用。

另一方面，就探针平坦度检测而言，是取所有探针实测坐标数据中，Z坐标值的中位坐标值当作一比较基准，计算其它探针Z坐标值与此基准Z坐标值的差值，若有任一差值超过数据库13所设定的允许公差值，就判定不合格，即不堪用。

此外，在悬臂式探针卡场合中，由上述光学尺所获得实测坐标数据的Z坐标值是以各探针针尖顶端为基础，若同时也对各探针转折点进行影像对焦以获得清晰探针影像的步骤，并记录此第二Z坐标值，控制器12的计算单元122计算便可利用两Z坐标值依据简单几何计算而得到探针先端长度(tip length)。

也可以在机台10加装一警示器51，其与控制器12电性连接。当探针卡被判定不合格时，便控制警示器51发出警示讯号。例如警示器51为一蜂鸣器则发出声响警示讯号；警示器51为一发光装置则发出亮光警示讯号，可呈现闪烁或恒亮的亮光状态。

此处另外也同时参考图6。在步骤H之后，更可将载放座11翻转，变成探针卡50不具有探针503一面(又称电路板面501)的接点(称上方接点504a)朝向影像撷取装置14，即步骤I。

接着在步骤J中，透过上方三轴位移机构16移动固定于其上的上方电性量测头18，以及透过下方三轴位移机构17移动固定于其上的下方电性量测头19，同时以两电性量测头18，19分别接触探针卡50的一接点组(包括上方接点504a、对应的下方接点504b)，进行该接点组的电性导通测试。当然，在此例中，下方电性量测头19也可以是接触在探针503上，同样可达到电性量测目的。

在步骤K中，若该接点组测试结果正常，进行下一接点组的电性测试；若该接点组测试结果不正常，进行结果记录并启动影像撷取装置14拍摄该接点组。步骤L，针对探针卡50其余接点组重复步骤J～K。

由于电性不良的接点辅以拍摄判断是否外观明显损毁或脏污氧化，将更容易第一时间确认问题点所在。

上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (10)

1.一种探针卡检测方法，是利用一检测系统检测一探针卡的堪用度，该检测系统包括一机台、一载放座、一控制器、一数据库、一影像撷取装置、一三轴光学尺，该载放座架设于该机台，该机台设置有一上方三轴位移机构，该影像撷取装置与该三轴光学尺固定于该上方三轴位移机构，该控制器电性连接于该数据库、该影像撷取装置及该三轴光学尺，该数据库存有一数据文件，该数据文件包括有对应该探针卡上多个区域的多根探针XY坐标信息的多组基准数据，该检测方法包括：

(A)置放该探针卡于该载放座上，且将探针面朝上摆置；

(B)复归该影像撷取装置至机台的一坐标原点；

(C)以该上方三轴位移机构于XY平面移动该影像撷取装置至该多个区域的第一个，以撷取该区域的多根探针针尖影像；

(D)以该上方三轴位移机构于Z轴方向移动该影像撷取装置至获得第一个清晰探针针尖影像，进而移动至对应该清晰探针针尖影像的探针，记录该三轴光学尺显示的一组实测坐标数据；

(E)依序针对同一区域的其余探针影像重复步骤(D)；

(F)针对其余区域的所有探针重复步骤(C)～(E)；

(G)以该控制器计算所有实测坐标数据与对应的基准数据关于X坐标值的差值与Y坐标值的差值，以及计算所有组实测坐标数据的中位Z坐标值与其它Z坐标值的差值；以及

(H)以该控制器分别就X坐标值、Y坐标值、Z坐标值比对计算所得的差值与对应的允许公差值，若X坐标值的差值、Y坐标值的差值、Z坐标值的差值其中之一超出对应的允许公差值，判定不合格。

2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，该步骤(D)还包括：以该上方三轴位移机构于Z轴方向移动该影像撷取装置至获得第一个清晰探针转折点影像以及记录一探针转折点Z坐标值，该步骤(G)更包括：依据探针针尖Z坐标值与探针转折点Z坐标值计算每一探针的探针先端长度。

3.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，该检测系统还包括与该控制器电性连接的一上方电性量测头与一下方电性量测头及一下方三轴位移机构，该上方电性量测头固定于该上方三轴位移机构，该下方电性量测头固定于该下方三轴位移机构，且该检测方法还包括以下步骤：

(I)翻转该载放座；

(J)分别以该上方三轴位移机构与该下方三轴位移机构移动该上方电性量测头与下方电性量测头至接触于探针卡的一接点组，以测试该接点组的电性导通；

(K)若该接点组测试结果正常，进行下一接点组的电性测试，若该接点组测试结果不正常，进行结果记录并启动影像撷取装置拍摄该接点组；以及

(L)针对其余接点组重复步骤(J)～(K)。

4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，该步骤(H)还包括发出一警示讯号。

5.如权利要求4所述的检测方法，其特征在于，该警示讯号为一声响警示讯号或一亮光警示讯号。

6.一种探针卡检测系统，是用于检测一探针卡的堪用度，该检测系统包括：

一机台，设置有一上方三轴位移机构；

一载放座，架设于该机台；

一数据库，存有一数据文件，该数据文件包括有对应该探针卡上多个区域的多根探针XY坐标信息的多组基准数据；

一影像撷取装置，固定于该上方三轴位移机构；

一三轴光学尺，固定于该上方三轴位移机构；以及

一控制器，电性连接于该数据库、该影像撷取装置及该三轴光学尺。

7.如权利要求6所述的检测系统，其特征在于，该载放座枢设于该机台。

8.如权利要求7所述的检测系统，其特征在于，还包括与该控制器电性连接的一上方电性量测头与一下方电性量测头及一下方三轴位移机构，该上方电性量测头固定于该上方三轴位移机构，该下方电性量测头固定于该下方三轴位移机构。

9.如权利要求6所述的检测系统，其特征在于，还包括一警示器与该控制器电性连接。

10.如权利要求9所述的检测系统，其特征在于，该警示器为一蜂鸣器或一发光装置。

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