CN103091521B - 一种探针和引脚自动对准的方法及其探针台测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种探针和引脚自动对准的方法，通过六个步骤实现了测试探针和引脚的自动对准。本发明还公开了一种探针和引脚自动对准的探针台测试系统，包括可移动的探针位移装置、安装在探针位移装置上的探针架和探针、可移动的且用于固定待测器件及晶圆的夹具、样品位移装置、可对所有装置进行程序设置的控制器、机械支撑装置、信号传输装置和电源装置。本发明的一种探针和引脚自动对准的方法及其探针台测试系统的投入成本低、通用性好、能在更短的时间内，在不损害待测器件及晶圆的情况下，更高效率地对其进行测试。广泛应用于复杂高速器件的精密电气测量，能够确保测试信号质量及测试结果的可靠性，并缩减测试时间和降低器件制造工艺的成本。

Description

一种探针和引脚自动对准的方法及其探针台测试系统

技术领域

本发明涉及半导体芯片自动测试设备的自动对准方法，尤其涉及一种探针和引脚自动对准的方法及其探针台测试系统。属于检测设备领域。

背景技术

在电子器件的电学性能测试中，器件引脚与测试设备的电学连接需要通过探针实现，在追求微小型化的半导体以及光电行业中，由于器件引脚尺寸和间距都非常细小，因此很难准确地将探针与引脚相互接触。为此，在测试设备领域出现了专门的探针台设备，广泛应用于复杂、高速器件的精密电气测量的研发，旨在确保质量及可靠性，并缩减研发时间和器件制造成本。探针台的核心功能是让操作者能够高精度地控制探针的位移，从而使其能够与细小的引脚准确接触。因此，探针与引脚对准的方法是决定探针台工作效率和可靠性的关键因素。

然而，通过对已经公开的专利、文章和在售产品的调研，我们发现，现有的探针台都是使用手动结合光学显微镜来对探针和引脚进行对准的。它们主要是利用一些常见的机械装置，通过手动调节探针夹持装置的位移，带动探针运动；同时，探针台通常会提供显微镜等观察装置，帮助操作者找到器件引脚的位置，使其能够将探针移动到引脚所在的区域，并使两者相互接触。这种对准方法及其装置的主要优点是灵活性比较高，能够适应具有多种引脚尺寸、形状和相对位置的器件。然而，其缺点也非常明显，那就是其效率很低，不适用于需要批量测试的领域。在科研应用中，这样的对准方法造成使用者在某些情况下必须把大量的时间花在探针和器件引脚两者之间的精确对准上面；同时也可能造成探针及器件之间的结合不充分，所测得的信号、数据受影响及受干扰程度大等问题，降低科研测量工作的效率和数据可信度。

如专利：201110079362.0提供了可用于X射线、γ射线辐射实验的多功能探针台测试系统。该发明适用于做X射线、γ射线辐射实验，该测试系统主要配置有一个可存放放射源的铅容器，并且还包括一个存放测试系统的辐射防护暗箱，其主要用途是可以对正在被电离辐射的芯片进行相应的I-V和C-V测试，并可同步的将所测数据输入计算机进行处理。该探针台测试系统除了可以对辐射芯片进行测试外，当取下电子目镜装置和与x、y、z轴和θ角相连的长操纵杆时，也同时可以对普通芯片进行测试。但是，该发明所提供的技术依旧使用电子目镜装置和手动调节装置对待测器件引脚和探针空间位置、距离之间进行对准。无法提高整体效率，待测器件引脚与探针之间同样非常容易出现结合不充分的问题。仍然不能解决探针与器件引脚需要手动对准的问题。

再如专利：201120355924.5提供了图像传感器芯片的测试探针台，具有一个可用电机控制的XY平台，还有一个可用电机控制的沿Z轴方向上下运动的升降台，并且设置有产生光线的照明用光源，该光源为LED陈列光源经凸镜焦聚后的光源，并可产生平行光线。但是，该发明虽然增加了电机和照明用光线，但是还是需要通过手动或者其它方式来调节电机，使XY平台、沿Z轴运动的升降台及其安装在升降台上的载晶盘，带动晶圆向上移动至位于支撑架上的“探针卡”的位置，使其能够让位于载晶盘上的晶圆与位于探针卡上的探针接触,但在接触之前带着载晶盘运动的升降台还是不知道探针和晶圆的相对位置信息，所以即便升降台移动到了探针卡附近，如果想让探针卡和晶圆准确对准还是需要手动一点点调节升降台和XY平台，以使它们两者带着晶圆更加接近于探针卡，由此得出的结论是该发明所描述的方法并不能实现探针和待测器件引脚之间的自动对准。

再如专利：201020148328.5提供了探针台，该探针台在移动平台上设置有吸盘，该吸盘跟8英寸晶圆配合使用，在测试过程中，8英寸晶圆被吸附在吸盘上，并由移动平台带动吸盘与探针卡进行接触，从而测试晶圆上的每个芯片。该发明所指的移动平台是由马达驱动的，通过控制板上的跳线装置可以选择探针台的工作模式，不同的工作模式用于测试不同尺寸的晶圆。该发明提供了通过吸盘吸附晶圆，并通过马达带动晶圆运动的方式来使待测试器件引脚与探针卡进行接触，如果晶圆上的器件引脚的相对位置确定，引脚本身的尺寸和形状相同，就可以在第一个器件已经与探针卡相互对准的情况下自动实现其他器件引脚的对准。但是，该技术没有提供第一个定位器件的引脚与探针自动对准的方法。因此，该发明并不能实现真正的自动对准，不能通过自动化的装置排除对操作者目测的需求，使待测器件引脚与测试探针空间位置、距离相互对准。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种探针和待测器件引脚对准的方法，解决手动对准效率低、不适用于需要批量测试的领域、结合不充分以及数据可信度低等问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种探针和引脚自动对准的方法及其探针台测试系统，使探针与引脚能够自动对准，而不需要操作者对待测器件引脚位置的目测和对探针与引脚之间相对位置的控制。能够大大减少测试时间，提高测试效率，并且可以保证探针与引脚之间更充分接触，提高测试信号的质量。

为实现上述目的，本发明提供了一种探针和引脚自动对准的方法，包括以下步骤：

第一步、探针通过探针架固定在探针位移装置上，包含：如果待测器件的引脚个数是1个，则使所述探针的定位测试探针和定位轴线处于一条直线上；如果待测器件的引脚的个数是2个，则使所述探针的定位测试探针和定位轴线处于一条直线上，且使所述探针的辅助定位测试探针和辅助定位轴线处于一条直线上；如果待测器件的引脚个数多于2个，则使所述探针的定位测试探针和定位轴线处于一条直线上，使所述探针的辅助定位测试探针和辅助定位轴线处于一条直线上，使所述探针的一个或一个以上非定位测试探针中的每一个与一条非定位轴线处于一条直线上，并设置所述定位测试探针、所述辅助定位测试探针和所述非定位测试探针的相对位置以使每条所述定位轴线、所述辅助定位轴线和所述非定位轴线都仅与所述待测器件的一个引脚相交；所述非定位轴线和所述辅助定位轴线都与所述定位轴线平行；

第二步、将所述待测器件固定于一个位于样品位移装置上且可在定位调整面上运动的夹具上，包含：如果所述待测器件引脚的个数是1个，则使所述定位调整面和所述定位轴线垂直且相交于定位交点，并将所述定位交点的相对位置信息预先存储于控制器中；如果所述待测器件引脚的个数多于1个，则使所述定位调整面和所述定位轴线垂直且相交于定位交点，且使所述定位调整面和所述辅助定位轴线垂直且相交于辅助定位交点，将所述定位交点的相对位置信息和所述辅助定位交点的相对位置信息预先存储于所述控制器中；

第三步、如果所述待测器件引脚的个数是1个，则定义其为定位引脚，并向所述控制器输入所述待测器件的所述定位引脚尺度和所述定位引脚与所述夹具的相对位置信息；如果所述待测器件引脚的个数多于1个，则定义一个所述引脚为定位引脚且定义另一个所述引脚为辅助定位引脚，并向所述控制器输入所述待测器件的所述定位引脚尺度和所述定位引脚与所述夹具的相对位置信息以及所述辅助定位引脚尺度和所述辅助定位引脚与所述夹具的相对位置信息；

第四步、所述控制器发出指令控制所述样品位移装置运动，使所述夹具在所述定位调整面上运动，从而将所述待测器件的引脚移至所述定位交点所在的位置，再使所述探针向下运动以观测对准情况，然后使所述探针恢复至原来位置或者进入第五步；或

所述控制器发出指令控制所述探针位移装置运动，使所述定位测试探针在平行于所述定位调整面的平面上运动，从而将所述定位测试探针移至所述定位交点所在的位置，再使所述探针向下运动以观测对准情况，然后使所述探针恢复至原来位置或者进入第五步；

第五步、如果所述待测器件引脚的个数多于1个，则通过所述控制器控制所述探针位移装置或所述样品位移装置，使所述辅助定位轴线与所述辅助定位引脚相交；如果所述待测器件引脚只有1个，进入第六步；

第六步、所述控制器发出指令使所述探针沿着所述定位轴线向下运动，并与所述待测器件的引脚接触。

进一步地，第一步中所述探针位移装置能沿所述定位轴线运动，沿所述定位轴线的所述运动包含：沿所述定位轴线且在平行于所述定位调整面的平面上直线运动，沿所述定位轴线且在平行于所述定位调整面的平面上曲线运动，及沿所述定位轴线运动在平行于所述定位调整面的平面上直线运动和曲线运动。

进一步地，第二步中所述样品位移装置能沿所述定位轴线运动，沿所述定位轴线的所述运动包含：沿所述定位轴线且在所述定位调整面上直线运动，沿所述定位轴线且在所述定位调整面上曲线运动，及沿所述定位轴线且在所述定位调整面上直线运动和曲线运动。

本发明还提供了一种探针和引脚自动对准的探针台测试系统，应用上述任何一种方法，包括：所述探针、所述探针架、所述探针位移装置、所述夹具、所述样品位移装置、所述控制器、机械支撑装置、信号传输装置和电源装置；所述探针用于和所述待测器件的所述引脚接触，固定于所述探针架上，所述探针架是能够固定所述探针的支撑结构，与所述探针位移装置相连接，所述探针架可拆卸，能够根据待测器件引脚相对位置的不同更换所述探针；所述探针位移装置能够带动所述探针移动，调整所述探针与待测器件引脚之间的相对距离；所述夹具位于所述样品位移装置上，用于固定所述待测器件；所述样品位移装置能够带动所述夹具移动，调整所述待测器件的所述引脚与所述探针之间的相对距离；所述控制器控制所述探针位移装置和所述样品位移装置移动，同时存储、处理、读出、显示和发送数据，识别包括所述待测器件的引脚尺寸和相对位置的信息；所述机械支撑装置支撑所述探针位移装置和所述样品位移装置；所述的信号传输装置传输通过所述探针的电信号；所述电源装置给所述探针位移装置、所述样品位移装置和所述控制器供电。

进一步地，所述探针包括：定位测试探针、辅助定位测试探针和/或一个或多个非定位测试探针。

进一步地，所述探针架为绝缘体或非绝缘体；所述探针架可装配1～10个或更多的所述探针，所述探针架可绕X轴方向以逆时针或顺时针旋转，旋转角度为0～360°；或所述探针架可装配1～100个或更多的所述探针，所述探针架可绕Z轴以顺时针或逆时针旋转，旋转角度为0～360°；通过旋转更换不同的所述探针，实现对不同待测器件的测试。

进一步地，所述探针位移装置包括驱动器、动力源、运动传动机构和关节中的一个或多个的组合；

所述驱动器的驱动方式为电动驱动方式、液压驱动方式和/或气动驱动方式；

所述动力源的供电方式为电缆电线供电方式、电池供电方式、微波电磁能供电方式、发动机供电方式和/或气动动力源方式；

所述运动传动机构的传动方式为齿轮传动、丝杠-螺母系统传动、带传动、链传动、钢丝传动、流体传动、杆传动、连杆传动和/或凸轮传动；

所述关节包括导轨和滑块。

进一步地，所述夹具使所述探针与待测器件的引脚对准，所述夹具固定2～100个或更多的待测器件以及2～4个或更多的待测晶圆；通过所述夹具的逆时针或顺时针旋转，由一个待测器件和晶圆，更换到另一待测器件和晶圆。

进一步地，所述样品位移装置包括驱动器、动力源、运动传动机构和关节中的一个或多个的组合；

所述驱动器的驱动方式为电动驱动方式、液压驱动方式和/或气动驱动方式；

所述动力源的供电方式为电缆电线供电方式、电池供电方式、微波电磁能供电方式、发动机供电方式和/或气动动力源方式；

所述运动传动机构的传动方式为齿轮传动、丝杠-螺母系统传动、带传动、链传动、钢丝传动、流体传动、杆传动、连杆传动和/或凸轮传动；

所述关节包括导轨和滑块。

进一步地，所述控制器包括人机界面、通信系统、动力源、显示系统、数据处理系统和数据存储系统中的一个或多个的组合；

所述人机界面为多模态界面和/或手势界面；

所述通信系统为通信接口和通信网络；所述通信网络为无线网络、LAN、WAN和/或互联网；

所述动力源的供电方式为电缆电线供电方式、电池供电方式、微波电磁能供电方式、发动机供电方式和气动动力源方式中的一个或多个的组合；

所述显示系统为液晶显示器和/或CRT显示器；

所述数据处理系统为单片机、PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）、FPGA（Field-Programmable Gate Array，场可编程门阵列）和/或CPU（Central Processing Unit，中央处理器）；

所述数据存储系统为ROM（Read-Only Memory，只读内存）和/或RAM（randomaccess memory，随机存储器）。.

本发明所提供的一种探针和引脚自动对准的方法，以定位交点位置为位移系统的绝对坐标原点，操作者向控制器输入待测器件的引脚尺度和引脚与夹具的相对位置信息指令，从而使得定位测试探针与待测器件引脚之间的相对距离被控制器识别，控制器通过该位置信息发出指令，控制探针位移装置和样品位移装置进行运动，将待测器件的引脚和探针位移至定位交点所在位置，也可以预先将定位测试探针固定在定位交点处，而仅移动待测器件；当定位测试探针和器件引脚处于定位交点，控制器再次发出指令，使定位测试探针沿着定位轴线向下运动并与待测器件的引脚接触。当待测器件的引脚多于一个时，探针和引脚自动对准的方法是再设置与待测器件引脚数量相同、相对位置与待测器件引脚相对应的非定位测试探针。

本发明所提供的一种探针和引脚自动对准的方法及其探针台测试系统，解决了探针台上的探针不能自动对准待测器件引脚的问题，减少了通过手动来调整探针与待测器件引脚相对位置的接触时间，增强了探针和待测器件引脚之间的结合力。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明实施例1的一种探针和引脚自动对准的探针台测试系统的示意图；

图2是本发明实施例2的一种探针和引脚自动对准的探针台测试系统的示意图；

图3是本发明实施例3的一种探针和引脚自动对准的探针台测试系统的示意图；

图4是本发明实施例6的一种探针和引脚自动对准的探针台测试系统中，所采用的探针架的结构示意图；

图5是本发明实施例7的一种探针和引脚自动对准的探针台测试系统中，所采用的探针架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

在本发明的较佳实施例中，一种探针和引脚自动对准的探针台测试系统包括：探针、探针架、探针位移装置、夹具、样品位移装置、控制器、机械支撑装置、信号传输装置和电源装置。探针用于和待测器件的引脚接触，固定于探针架上。探针架是能够固定探针的支撑结构，与探针位移装置相连接，而且探针架是可拆卸的，能够根据待测器件引脚相对位置的不同更换探针。探针位移装置能够带动探针移动，调整探针与待测器件引脚之间的相对距离。夹具位于样品位移装置上，用于固定待测器件。样品位移装置能够带动夹具移动，调整待测器件引脚与探针之间的相对距离。控制器控制探针位移装置和样品位移装置移动，同时存储、处理、读出、显示和发送数据，识别待测器件引脚尺寸和相对位置等信息。机械支撑装置用于支撑探针位移装置和样品位移装置。信号传输装置用于传输通过探针的电信号。电源装置可以给探针位移装置、样品位移装置和控制器供电。

传统探针台只能通过手动进行对准，测试精度较低、重复性差、测试时间较长。例如：某高校的两位博士研究生通过手动进行探针和待测器件引脚之间的精确对准，从把器件放到测试平台上到手动加光学显微镜观察进行探针和引脚之间的对准，一共花费了4h，而且在测试下一个待测器件时还需要重复以上步骤，不仅浪费了大量的宝贵时间，而且也很难再找到之前的测试位置。

而本发明的探针台测试系统中，加装了探针位移装置，包括驱动器、动力源、运动传动机构和关节中的一个或多个的组合。其中，驱动器的驱动方式为电动驱动方式、液压驱动方式和/或气动驱动方式；动力源的供电方式为电缆电线供电方式、电池供电方式、微波电磁能供电方式、发动机供电方式和/或气动动力源方式；运动传动机构的传动方式为齿轮传动、丝杠-螺母系统传动、带传动、链传动、钢丝传动、流体传动、杆传动、连杆传动和/或凸轮传动；关节包括导轨和滑块。

另外，在本发明的探针台测试系统中，还加装了夹具，这么做除了对待测器件没有任何损害外，同时使探针更准确地与待测器件的引脚进行自动对准。该夹具可以固定2～100个或更多的待测器件，和2～4个或更多的待测晶圆，并且以逆时针或顺时针的方式旋转，迅速的由第一个待测器件和晶圆，更换成第二个待测器件和晶圆，大大地提高了测试效率，降低了测试成本。

而传统的探针台多数是没有夹具的，是一个实心的不锈钢测试台，通常只能放置一个待测器件或者晶圆，需要测试多个待测器件或晶圆时，需要手动更换。并且，在测试过程中，由于放置在其上的待测器件或晶圆的表面非常光滑，导致待测器件引脚和晶圆与探针脱离。从而，在使用传统探针台进行科研和生产时，导致了测试成本的增加、加大了测试所需周期、经常性的损害待测器件引脚及晶圆表面等问题的出现。

另外，本发明的探针台测试系统中的控制器包括人机界面、通信系统、动力源、显示系统、数据处理系统和数据存储系统中的一个或多个的组合。其中，人机界面为多模态界面和/或手势界面；通信系统为通信接口和通信网络，该通信网络为无线网络、LAN、WAN和/或互联网；动力源的供电方式为电缆电线供电方式、电池供电方式、微波电磁能供电方式、发动机供电方式和气动动力源方式中的一个或多个的组合；显示系统为液晶显示器和/或CRT显示器；数据处理系统为单片机、PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）、FPGA（Field-Programmable Gate Array，场可编程门阵列）和/或CPU（Central ProcessingUnit，中央处理器）；数据存储系统为ROM（Read-Only Memory，只读内存）和/或RAM（random access memory，随机存储器）。

另外，在本发明的探针台测试系统中，还加装了样品位移装置，包括驱动器、动力源、运动传动机构和关节中的一个或多个的组合。其中，驱动器的驱动方式为电动驱动方式、液压驱动方式和/或气动驱动方式；动力源的供电方式为电缆电线供电方式、电池供电方式、微波电磁能供电方式、发动机供电方式和/或气动动力源方式；运动传动机构的传动方式为齿轮传动、丝杠-螺母系统传动、带传动、链传动、钢丝传动、流体传动、杆传动、连杆传动和/或凸轮传动；关节包括导轨和滑块。

通过向控制器输入待测器件的引脚尺度和引脚与夹具的相对位置信息指令，通过该位置信息向样品位移装置发出信号，控制其运动，将待测器件的引脚移至定位交点、辅助定位交点所在位置，同时控制器再次发出已经输入好的指令，使单个定位测试探针，沿着定位轴线向下运动，并与待测器件的引脚接触。也可以同时发送指令，给固定夹具的样品位移装置，让其同时运动。同时，控制器还能够识别待测器件引脚尺寸和相对位置的信息。

本发明解决了传统探针台难以精确定位，重复精度差，耗时耗力，耗成本的问题。由于计算机和信息传递的速度非常快，可以以30万公里/秒的速度进行传播，与传统的手动操作和半自动化操作相比，本发明通过单片机等组成的控制器有了巨大的改变。传统的探针台只能通过手动或者半自动化的方式，来对探针和待测器件引脚及晶圆进行电学特性的测试，而不能有效识别待测器件引脚尺寸和相对位置信息。

在本发明的探针台测试系统中，实现了探针和待测器件引脚之间的自动精确对准，解决了传统探针台只能通过手动方式进行探针和待测器件引脚之间的对准问题。

实施例1：

一种探针和引脚自动对准的探针台测试系统：

如图1所示，一种探针和引脚自动对准的探针台测试系统包括：探针101、探针位移装置102、探针架104、夹具202、样品位移装置203、控制器301。

其中，探针101用于和待测器件引脚接触，包括定位测试探针1011，定位测试探针1011为金属探针、复合材料探针、一维材料探针和/或生物探针，固定于探针架104上。探针架104是能够固定探针的支撑结构，与探针位移装置102相连接，探针架104可拆卸，能够根据待测器件引脚相对位置的不同更换探针101。

探针位移装置102包括驱动器、动力源、运动传动机构和关节，其中驱动器包括电机；运动传动机构包括丝杆、蜗杆、传送带和限位开关；关节包括滑块和导轨；动力源为电源。探针位移装置102能够带动定位测试探针1011沿定位轴线1031移动，并能够带动探针1011在垂直于定位轴线1031的水平方向上移动，从而调整定位测试探针1011与待测器件引脚之间的相对距离。

夹具202位于样品位移装置203上，用于固定待测器件，且不会对待测器件造成损害，同时能够使探针101更准确地与待测器件的引脚对准。

样品位移装置203包括驱动器、动力源、运动传动机构和关节，其中驱动器包括电机；运动传动机构包括丝杆、蜗杆、传送带和限位开关；关节包括滑块和导轨；动力源为电源。样品位移装置203能够带动夹具202在定位调整面201上移动，从而调整待测器件引脚与定位测试探针1011之间的相对距离。

控制器301包括人机界面、动力源、显示系统、数据处理系统和数据存储系统，其中数据处理系统为单片机、PLC、FPGA和/或CPU；数据存储系统为ROM和/或RAM；动力源为电源；显示系统为液晶显示器。控制器301能够控制探针位移装置102和样品位移装置203的移动，还具有数据存储、处理、读出、显示、发送的功能，能够识别待测器件的引脚尺寸和相对位置等信息。

本实施例的探针台测试系统还包括机械支撑装置、信号传输装置和电源装置。机械支撑装置用来支撑探针位移装置102和样品位移装置203。信号传输装置能够传输通过探针101的电信号。电源装置能够给探针位移装置102、样品位移装置203和控制器301供电。

一种探针和引脚自动对准的方法：

第一步、探针101通过探针架104固定在探针位移装置102上，且探针位移装置102可以移动，使定位测试探针1011和定位轴线1031处于一条直线上，设置定位测试探针1011的相对位置，使定位轴线1031仅与待测器件的一个引脚相交；

第二步、将待测器件固定于一个可在定位调整面201上运动的夹具202上，夹具202位于样品位移装置203上，且样品位移装置203可以移动，定位调整面201和定位轴线1031垂直且相交于定位交点204，并将定位交点204的相对位置信息预先存储于控制器中；

第三步、定义待测器件的引脚为定位引脚，向控制器301输入待测器件的定位引脚尺度和定位引脚与夹具202的相对位置信息；

第四步、控制器301发出指令控制样品位移装置203运动，使夹具202在定位调整面201上运动，从而将待测器件的引脚移至定位交点204所在的位置，再使定位测试探针1011沿着定位轴线1031向下运动以观测对准情况，然后使定位测试探针1011恢复原来位置，或直接进入第五步；或

控制器301发出指令控制探针位移装置102运动，使定位测试探针1011在平行于定位调整面201的平面上运动，从而将定位测试探针1011移至定位交点204所在的位置，再使定位测试探针1011沿着定位轴线1031向下运动以观测对准情况，最后使定位测试探针1011恢复原来位置，或直接进入第五步；

第五步、控制器301发出指令使探针101沿着定位轴线1031向下运动并与待测器件的引脚接触。

本实施例的一种探针和引脚自动对准的方法，不仅可以解决对于尺寸为10×10mm的单个单元的芯片引脚进行电学特性测量的问题，同时还能够对待测器件和晶圆的材料表面进行导电均匀性的测试。

实施例2：

一种探针和引脚自动对准的探针台测试系统：

如图2所示，一种探针和引脚自动对准的探针台测试系统包括：探针101、探针位移装置102、探针架104、夹具202、样品位移装置203、控制器301。

其中，探针101用于和待测器件引脚接触，包括定位测试探针1011和辅助定位测试探针1013，定位测试探针1011和辅助定位测试探针1013均为金属探针、复合材料探针、一维材料探针和/或生物探针，均固定于探针架104上。探针架104是能够固定探针的支撑结构，与探针位移装置102相连接，探针架104可拆卸，能够根据待测器件引脚相对位置的不同更换探针101。

探针位移装置102包括驱动器、动力源、运动传动机构和关节，其中驱动器包括电机；运动传动机构包括丝杆、蜗杆、传送带和限位开关；关节包括滑块和导轨；动力源为电源。探针位移装置102能够带动定位测试探针1011沿定位轴线1031移动，能够带动辅助定位测试探针1013沿辅助定位轴线1033移动，并能够带动定位测试探针1011和辅助定位测试探针1013在垂直于定位轴线1031的水平方向上移动，从而调整定位测试探针1011和辅助定位测试探针1013与待测器件引脚之间的相对距离。

夹具202位于样品位移装置203上，用于固定待测器件，且不会对待测器件造成损害，同时能够使探针101更准确地与待测器件的引脚对准。

样品位移装置203包括驱动器、动力源、运动传动机构和关节，其中驱动器包括电机；运动传动机构包括丝杆、蜗杆、传送带和限位开关；关节包括滑块和导轨；动力源为电源。样品位移装置203能够带动夹具202在定位调整面201上移动，从而调整待测器件引脚与定位测试探针1011或辅助定位测试探针1013之间的相对距离。

控制器301包括人机界面、动力源、显示系统、数据处理系统和数据存储系统，其中数据处理系统为单片机、PLC、FPGA和/或CPU；数据存储系统为ROM和/或RAM；动力源为电源；显示系统为液晶显示器。控制器301能够控制探针位移装置102和样品位移装置203的移动，还具有数据存储、处理、读出、显示、发送的功能，能够识别待测器件的引脚尺寸和相对位置等信息。

本实施例的探针台测试系统还包括机械支撑装置、信号传输装置和电源装置。机械支撑装置用来支撑探针位移装置102和样品位移装置203。信号传输装置能够传输通过探针101的电信号。电源装置能够给探针位移装置102、样品位移装置203和控制器301供电。

一种探针和引脚自动对准的方法：

第一步、探针101通过探针架104固定在探针位移装置102上，且探针位移装置102可以移动，使定位测试探针1011和定位轴线1031处于一条直线上，辅助定位测试探针1013和辅助定位轴线1033处于一条直线上，设置定位测试探针1011和辅助定位测试探针1013的相对位置，使定位轴线1031和辅助定位轴线1033都仅与待测器件的一个引脚相交；

第二步、将待测器件固定于一个可在定位调整面201上运动的夹具202上，夹具202位于样品位移装置203上，且样品位移装置203可以移动，定位调整面201和定位轴线1031垂直且相交于定位交点204，定位调整面201和辅助定位轴线1033垂直且相交于辅助定位交点2041，并将定位交点204和辅助定位交点2041的相对位置信息预先存储于控制器中；

第三步、如果待测器件引脚个数只有1个，定义其为定位引脚，向控制器301输入待测器件的定位引脚尺度和定位引脚与夹具202的相对位置信息；

如果待测器件引脚个数多于1个，定义其中一个为定位引脚，再定义定位引脚以外的另一个引脚为辅助定位引脚，向控制器301输入待测器件的定位引脚尺度和定位引脚与夹具202的相对位置信息，以及辅助定位引脚尺度和辅助定位引脚与夹具202的相对位置信息；

第四步、控制器301发出指令控制样品位移装置203运动，使夹具202在定位调整面201上运动，从而将待测器件的定位引脚移至定位交点204所在的位置，再使定位测试探针1011沿着定位轴线1031向下运动以观测对准情况，最后使定位测试探针1011恢复原来位置，或直接进入第五步；或

控制器301发出指令控制探针位移装置102运动，使定位测试探针1011在平行于定位调整面201的平面上运动，从而将定位测试探针1011移至定位交点204所在的位置，再使定位测试探针1011沿着定位轴线1031向下运动以观测对准情况，最后使定位测试探针1011恢复原来位置，或直接进入第五步；

第五步、如果待测器件引脚个数多于1个，通过控制器301控制探针位移装置102或样品位移装置203，使辅助定位轴线1033与辅助定位引脚相交；或

如果待测器件引脚个数只有1个，直接进入第六步；

第六步、控制器301发出指令使探针101沿着定位轴线1031向下运动并与待测器件的引脚接触。

本实施例的一种探针和引脚自动对准的方法，不仅可以解决对于尺寸为10×10mm的单个单元的芯片引脚进行电学特性测量的问题，芯片引脚的最小间距可以达到1μm，同时可以解决拥有两个器件引脚及两边都有器件引脚的器件或者晶圆的电学测试问题，还可以对两个只有单独引脚的器件进行同步电学特性测试。

传统的探针台只能对拥有单个引脚的器件和晶圆进行电学测试，如果测试一个拥有两个引脚的器件和晶圆，需要再从新购买一个探针架，否则就只能对拥有两个引脚的芯片的其中一个引脚进行测量，不能满足用户同时对拥有两个引脚的芯片和晶圆进行测试的要求，也不能满足客户同时测试两个拥有单个引脚芯片和晶圆的需求。

本实施例的一种探针和引脚自动对准的探针台测试系统及其方法，可以满足用户在一个探针架上安装两个测试探针，并且可以设置两个测试探针之间的间距。从而不但可以满足用户针对拥有两个引脚器件和晶圆进行测试的需求，还可以满足用户针对拥有单个引脚的两个器件和晶圆进行同步测试的需求。

实施例3：

一种探针和引脚自动对准的探针台测试系统：

如图3所示，一种探针和引脚自动对准的探针台测试系统包括：探针101、探针位移装置102、探针架104、夹具202、样品位移装置203、控制器301。

其中，探针101用于和待测器件引脚接触，包括定位测试探针1011、辅助定位测试探针1013和一个或一个以上非定位测试探针1012。定位测试探针1011、辅助定位测试探针1013和非定位测试探针1012均为金属探针、复合材料探针、一维材料探针和/或生物探针，均固定于探针架104上。探针架104是能够固定探针的支撑结构，与探针位移装置102相连接，探针架104可拆卸，能够根据待测器件引脚相对位置的不同更换探针101。

探针位移装置102包括驱动器、动力源、运动传动机构和关节，其中驱动器包括电机；运动传动机构包括丝杆、蜗杆、传送带和限位开关；关节包括滑块和导轨；动力源为电源。探针位移装置102能够带动定位测试探针1011沿定位轴线1031移动，能够带动辅助定位测试探针1013沿辅助定位轴线1033移动，能够带动每一个非定位测试探针1012沿每条非定位轴线1032移动，并能够带动定位测试探针1011、辅助定位测试探针1013以及非定位测试探针1012在垂直于定位轴线1031的水平方向上移动，从而调整定位测试探针1011、辅助定位测试探针1013和非定位测试探针1012与待测器件引脚之间的相对距离。

夹具202位于样品位移装置203上，用于固定待测器件，且不会对待测器件造成损害，同时能够使探针101更准确地与待测器件的引脚对准。

样品位移装置203包括驱动器、动力源、运动传动机构和关节，其中驱动器包括电机；运动传动机构包括丝杆、蜗杆、传送带和限位开关；关节包括滑块和导轨；动力源为电源。样品位移装置203能够带动夹具202在定位调整面201上移动，从而调整待测器件引脚与定位测试探针1011或辅助定位测试探针1013或非定位测试探针1012之间的相对距离。

控制器301包括人机界面、动力源、显示系统、数据处理系统和数据存储系统，其中数据处理系统为单片机、PLC、FPGA和/或CPU；数据存储系统为ROM和/或RAM；动力源为电源；显示系统为液晶显示器。控制器301能够控制探针位移装置102和样品位移装置203的移动，还具有数据存储、处理、读出、显示、发送的功能，能够识别待测器件的引脚尺寸和相对位置等信息。

本实施例的探针台测试系统还包括机械支撑装置、信号传输装置和电源装置。机械支撑装置用来支撑探针位移装置102和样品位移装置203。信号传输装置能够传输通过探针101的电信号。电源装置能够给探针位移装置102、样品位移装置203和控制器301供电。

一种探针和引脚自动对准的方法：

第一步、探针101通过探针架104固定在探针位移装置102上，且探针位移装置102可以移动，使定位测试探针1011和定位轴线1031处于一条直线上，辅助定位测试探针1013和辅助定位轴线1033处于一条直线上，每一个非定位测试探针1012都与一条非定位轴线1032处于一条直线上，设置定位测试探针1011、辅助定位测试探针1013和每一个非定位测试探针1012的相对位置，使定位轴线1031、辅助定位轴线1033和每一条非定位轴线1032都仅与待测器件的一个引脚相交；

第二步、将待测器件固定于一个可在定位调整面201上运动的夹具202上，夹具202位于样品位移装置203上，且样品位移装置203可以移动，定位调整面201和定位轴线1031垂直且相交于定位交点204，定位调整面201和辅助定位轴线1033垂直且相交于辅助定位交点2041，并将定位交点204和辅助定位交点2041的相对位置信息预先存储于控制器中；

第三步、如果待测器件引脚个数只有1个，定义其为定位引脚，向控制器301输入待测器件的定位引脚尺度和定位引脚与夹具202的相对位置信息；

如果待测器件引脚个数多于1个，定义其中一个为定位引脚，再定义定位引脚以外的另一个引脚为辅助定位引脚，向控制器301输入待测器件的定位引脚尺度和定位引脚与夹具202的相对位置信息，以及辅助定位引脚尺度和辅助定位引脚与夹具202的相对位置信息；

第四步、控制器301发出指令控制样品位移装置203运动，使夹具202在定位调整面201上运动，从而将待测器件的引脚位移至定位交点204所在的位置，再将定位测试探针1011沿着定位轴线1031向下运动以观测对准情况，然后使定位测试探针1011恢复原来位置，或直接进入第五步；或

控制器301发出指令控制探针位移装置102运动，使定位测试探针1011在平行于定位调整面201的平面上运动，从而将定位测试探针1011位移至定位交点204所在的位置，再使定位测试探针1011沿着定位轴线1031向下运动以观测对准情况，最后使定位测试探针1011恢复原来位置，或直接进入第五步；

第五步、如果待测器件引脚个数多于1个，通过控制器301控制探针位移装置102或样品位移装置203，使辅助定位轴线1033与辅助定位引脚相交；

如果待测器件引脚个数只有1个，直接进入第六步；

第六步、控制器301发出指令使探针101沿着定位轴线1031向下运动并与待测器件的引脚接触。

本实施例的一种探针和引脚自动对准的方法，不仅可以解决对于尺寸为10×10mm的单个单元的芯片引脚进行电学特性测量的问题，芯片引脚的最小间距可以达到1μm，并且可以设置每个测试探针之间的间距。同时可以解决一次同时测试10个以上器件或者3个以上晶圆的电学测试问题，节省了研发和生产的成本，提高了研发和生产的效率。

传统的探针台只能对拥有单个引脚的器件和晶圆进行电学测试，如果测试一个拥有多个引脚的器件和晶圆，需要再从新购买一个探针架。既浪费了资金，增加了研发和生产成本，同时也会给测试带来不必要的信号干扰。另外，在增加探针架的同时需要外接很多测试线，占用很多的空间。

实施例4：

1、在样品位移装置不能移动，探针位移装置带动探针移动时，本实施例中一种探针和引脚自动对准的方法是通过图3所示的测试装置实现的，包括以下步骤：

第一步、探针101通过探针架104固定在探针位移装置102上，且探针位移装置102可以移动，使定位测试探针1011和定位轴线1031处于一条直线上，辅助定位测试探针1013和辅助定位轴线1033处于一条直线上，每一个非定位测试探针1012都与一条非定位轴线1032处于一条直线上，设置定位测试探针1011、辅助定位测试探针1013和每一个非定位测试探针1012的相对位置，使定位轴线1031、辅助定位轴线1033和每一条非定位轴线1032都仅与待测器件的一个引脚相交；

第二步、将待测器件固定于一个可在定位调整面201上运动的夹具202上，夹具202位于样品位移装置203上，且样品位移装置203不能移动，定位调整面201和定位轴线1031垂直且相交于定位交点204，定位调整面201和辅助定位轴线1033垂直且相交于辅助定位交点2041，并将定位交点204和辅助定位交点2041的相对位置信息预先存储于控制器中；

第三步、如果待测器件引脚个数只有1个，定义其为定位引脚，向控制器301输入待测器件的定位引脚尺度和定位引脚与夹具202的相对位置信息；

如果待测器件引脚个数多于1个，定义其中一个为定位引脚，再定义定位引脚以外的另一个引脚为辅助定位引脚，向控制器301输入待测器件的定位引脚尺度和定位引脚与夹具202的相对位置信息，以及辅助定位引脚尺度和辅助定位引脚与夹具202的相对位置信息；

第四步、控制器301发出指令控制探针位移装置102运动，使定位测试探针1011在平行于定位调整面201的平面上运动，从而将定位测试探针1011位移至定位交点204所在的位置，再将定位测试探针1011沿着定位轴线1031向下运动以观测对准情况，然后使定位测试探针1011恢复原来位置，或直接进入第五步；

第五步，如果待测器件引脚个数多于1个，通过控制器301控制探针位移装置102，使辅助定位轴线1033与辅助定位引脚相交；或

如果待测器件引脚个数只有1个，直接进入第六步；

第六步，控制器301发出指令使单个定位测试探针1011沿着定位轴线1031向下运动并与待测器件的引脚接触。

2、在探针位移装置不能移动且待测器件只有一个引脚的情况下，本实施例中一种探针和引脚自动对准的方法是通过图1所示的测试装置实现的，包括以下步骤：

第一步、探针101通过探针架104固定在探针位移装置102上，且探针位移装置102不能移动；

第二步、将待测器件固定于一个可在定位调整面201上运动的夹具202上，样品位移装置203带动夹具202沿定位轴线1031移动，并与跟定位轴线1031处于同一条直线上的定位测试探针1011相交，定位调整面201和定位轴线1031垂直且相交于定位交点204，定位交点204的相对位置信息预先存储于控制器301中；

第三步、定义待测器件的引脚为定位引脚，向控制器301输入待测器件的定位引脚尺度和定位引脚与夹具202的相对位置信息；

第四步，控制器301发出指令控制样品位移装置203运动，使夹具202在定位调整面201上运动，从而将待测器件的引脚位移至定位交点204所在的位置，控制器301再发出指令控制样品位移装置203沿着定位轴线1031向上运动以观测对准情况，或直接进入第五步；

第五步、控制器301发出指令使样品位移装置203沿着定位轴线1031向上运动并与待测器件的引脚接触。

3、在探针位移装置不能移动且待测器件具有多个引脚的情况下，本实施例中一种探针和引脚自动对准的方法是通过图3所示的测试装置实现的，包括以下步骤：

第一步、探针101通过探针架104固定在探针位移装置102上，且探针位移装置102不能移动；

第二步、将待测器件固定于一个可在定位调整面201上运动的夹具202上，样品位移装置203带动夹具202沿定位轴线1031移动，并使待测器件的每一个引脚仅与定位测试探针1011、辅助定位测试探针1013以及一个或一个以上的非定位测试探针1012中的一个相交，其中，定位测试探针1011、辅助定位测试探针1013以及每一个非定位测试探针1012分别与定位轴线1031、辅助定位轴线1033、一条非定位轴线1032处于同一条直线上，定位调整面201分别与定位轴线1031和辅助定位轴线1033垂直且相交于定位交点204和辅助定位交点2041，定位交点204和辅助定位交点2041的相对位置信息预先存储于控制器301中；

第三步，定义待测器件其中一个引脚为定位引脚，再定义定位引脚以外的另一个引脚为辅助定位引脚，向控制器301输入待测器件的定位引脚尺度和定位引脚与夹具202的相对位置信息，以及辅助定位引脚尺度和辅助定位引脚与夹具202的相对位置信息；

第四步，控制器301发出指令控制样品位移装置203运动，使夹具202在定位调整面201上运动，从而将待测器件的引脚位移至定位交点204所在的位置，控制器301再发出指令控制样品位移装置203沿着定位轴线1031向上运动以观测对准情况，或直接进入第五步

第五步、如果待测器件引脚个数多于1个，通过控制器301控制样品位移装置203，使辅助定位轴线1033与辅助定位引脚相交；或

如果待测器件引脚个数只有1个，直接进入第六步；

第六步、控制器301发出指令使样品位移装置203沿着定位轴线1031向上运动，使待测器件的引脚与探针接触；

在本实施例中，探针位移装置102在能够移动的情况下、不能够移动且待测器件只有一个引脚的情况下、以及不能移动且待测器件具有多个引脚的情况下，通过控制器301、探针位移装置102及样品位移装置203之间的相互配合，实现了探针与待测器件引脚及晶圆的自动对准。传统探针台的探针架只有两种类型：一种是手动，另一种是半自动的。两者都只能通过探针架运动及与显微镜的配合，来实现位于探针架上的探针与位于样品台上的待测器件引脚和晶圆之间的精确对准。这两种方法既浪费了研发和生产时间，也降低了探针和待测器件引脚及晶圆之间对准的精确度。

实施例5：

1、在样品位移装置不能向上移动的情况下，本实施例中一种探针和引脚自动对准的方法是通过图3所示的测试装置实现的，包括以下步骤：

第一步、探针101通过探针架104固定在探针位移装置102上，且探针位移装置102可以移动，使定位测试探针1011和定位轴线1031处于一条直线上，辅助定位测试探针1013和辅助定位轴线1033处于一条直线上，每一个非定位测试探针1012都与一条非定位轴线1032处于一条直线上，设置定位测试探针1011、辅助定位测试探针1013和每一个非定位测试探针1012的相对位置，使定位轴线1031、辅助定位轴线1033和每一条非定位轴线1032都仅与待测器件的一个引脚相交；

第二步、将待测器件固定于一个可在定位调整面201上运动的夹具202上，夹具202位于样品位移装置203上，定位调整面201和定位轴线1031垂直且相交于定位交点204，定位调整面201和辅助定位轴线1033垂直且相交于辅助定位交点2041，并将定位交点204和辅助定位交点2041的相对位置信息预先存储于控制器中；

第三步、如果待测器件引脚个数只有1个，定义其为定位引脚，向控制器301输入待测器件的定位引脚尺度和定位引脚与夹具202的相对位置信息；

如果待测器件引脚个数多于1个，定义其中一个为定位引脚，再定义定位引脚以外的另一个引脚为辅助定位引脚，向控制器301输入待测器件的定位引脚尺度和定位引脚与夹具202的相对位置信息，以及辅助定位引脚尺度和辅助定位引脚与夹具202的相对位置信息；

第四步、控制器301发出指令控制探针位移装置102运动，使定位测试探针1011在平行于定位调整面201的平面上运动，从而将定位测试探针1011位移至定位交点204所在的位置，再将定位测试探针1011沿着定位轴线1031向下运动以观测对准情况，然后使定位测试探针1011恢复原来位置，或直接进入第五步；

第五步，如果待测器件引脚个数多于1个，通过控制器301控制探针位移装置102，使辅助定位轴线1033与辅助定位引脚相交；或

如果待测器件引脚个数只有1个，直接进入第六步；

第六步，控制器301发出指令使定位测试探针1011沿着定位轴线1031向下运动并与待测器件的引脚接触

2、在样品位移装置能够移动、探针位移装置不能移动的情况下，本实施例中一种探针和引脚自动对准的方法是通过图3所示的测试装置实现的，包括以下步骤：

第一步、探针101通过探针架104固定在探针位移装置102上，且探针位移装置102不能移动；

第二步、将待测器件固定于一个可在定位调整面201上运动的夹具202上，样品位移装置203带动夹具202沿定位轴线1031移动，并使待测器件的每一个引脚仅与定位测试探针1011、辅助定位测试探针1013以及一个或一个以上的非定位测试探针1012中的一个相交，其中，定位测试探针1011、辅助定位测试探针1013以及每一个非定位测试探针1012分别与定位轴线1031、辅助定位轴线1033、一条非定位轴线1032处于同一条直线上，定位调整面201分别与定位轴线1031和辅助定位轴线1033垂直且相交于定位交点204和辅助定位交点2041，定位交点204和辅助定位交点2041的相对位置信息预先存储于控制器301中；

第三步、如果待测器件引脚个数只有1个，定义其为定位引脚，向控制器301输入待测器件的定位引脚尺度和定位引脚与夹具202的相对位置信息；

如果待测器件引脚个数多于1个，定义其中一个为定位引脚，再定义定位引脚以外的另一个引脚为辅助定位引脚，向控制器301输入待测器件的定位引脚尺度和定位引脚与夹具202的相对位置信息，以及辅助定位引脚尺度和辅助定位引脚与夹具202的相对位置信息；

第四步、控制器301发出指令控制样品位移装置203运动，使夹具202在定位调整面201上运动，从而将待测器件的定位引脚移至定位交点204所在的位置，控制器301再发出指令控制样品位移装置203沿着定位轴线1031向上运动以观测对准情况，或直接进入第五步；

第五步、如果待测器件引脚个数多于1个，通过控制器301控制样品位移装置203，使辅助定位轴线1033与辅助定位引脚相交；或

如果待测器件引脚个数只有1个，直接进入第六步；

第六步、控制器301发出指令使样品位移装置203沿着定位轴线1031向上运动，使待测器件的引脚与探针接触。

3、在样品位移装置和探针位移装置均能够移动的情况下，本实施例中一种探针和引脚自动对准的方法是通过图3所示的测试装置实现的，包括以下步骤：

第一步、探针101通过探针架104固定在探针位移装置102上，且探针位移装置102可以移动，使定位测试探针1011和定位轴线1031处于一条直线上，辅助定位测试探针1013和辅助定位轴线1033处于一条直线上，每一个非定位测试探针1012都与一条非定位轴线1032处于一条直线上，设置定位测试探针1011、辅助定位测试探针1013和每一个非定位测试探针1012的相对位置，使定位轴线1031、辅助定位轴线1033和每一条非定位轴线1032都仅与待测器件的一个引脚相交；

第二步、将待测器件固定于一个可在定位调整面201上运动的夹具202上，夹具202位于样品位移装置203上，且样品位移装置203可以移动，定位调整面201和定位轴线1031垂直且相交于定位交点204，定位调整面201和辅助定位轴线1033垂直且相交于辅助定位交点2041，并将定位交点204和辅助定位交点2041的相对位置信息预先存储于控制器中；

第三步、如果待测器件引脚个数只有1个，定义其为定位引脚，向控制器301输入待测器件的定位引脚尺度和定位引脚与夹具202的相对位置信息；

如果待测器件引脚个数多于1个，定义其中一个为定位引脚，再定义定位引脚以外的另一个引脚为辅助定位引脚，向控制器301输入待测器件的定位引脚尺度和定位引脚与夹具202的相对位置信息，以及辅助定位引脚尺度和辅助定位引脚与夹具202的相对位置信息；

第四步、控制器301发出指令控制样品位移装置203向上运动，调整定位引脚与定位测试探针1011之间的相对距离、位置，使夹具202在定位调整面201上运动，从而将待测器件的定位引脚移至定位交点204所在的位置，或直接进入第五步；或

控制器301发出指令控制探针位移装置102运动，使定位测试探针1011在平行于定位调整面201的平面上运动，从而将定位测试探针1011移至定位交点204所在的位置，同时使定位测试探针1011沿着定位轴线1031向下运动以观测对准情况，然后使定位测试探针1011恢复原来位置，或直接进入第五步；

第五步、如果待测器件引脚个数多于1个，通过控制器301控制探针位移装置102或样品位移装置203，使辅助定位轴线1033与辅助定位引脚相交；或

如果待测器件引脚个数只有1个，直接进入第六步；

第六步、控制器301发出指令使探针101沿着定位轴线1031向下运动，控制器301并同时给样品装置203发出指令使其沿着定位轴线1031向上运动，使双方在同一时间内与待测器件的引脚接触。

在本实施例中，在样品位移装置203不能向上移动、探针位移装置102能够移动的情况下；在样品位移装置203能够移动、探针位移装置102不能移动的情况下；以及样品位移装置203能够与探针位移装置102同时移动的情况下；样品位移装置203通过与控制器301及探针位移装置102的配合，实现了探针与待测器件引脚及晶圆的精确对准。传统探针台的固定待测器件的方法主要有两种：一种是将待测器件固定在由实心不锈钢制成的固定台上；另一种是将待测器件固定在手动或半自动的可向一定方向运动的样品台上。第一种是通过手动配合光学显微镜，实现位于探针架上的探针与位于样品台上的待测器件引脚和晶圆进行对准；第二种是通过与光学显微镜配合的半自动化方式，实现位于探针架上的探针与位于样品台上的待测器件引脚和晶圆进行对准。这两种方法既浪费了研发和生产时间，也降低了探针和待测器件引脚及晶圆之间对准的精确度，不能实现探针与引脚的自动对准。

实施例6：

图4为本实施例中的一种探针和引脚自动对准的探针台测试系统所采用的探针架104的结构示意图。该探针架104是绝缘体、或非绝缘体，是能够固定探针的支撑结构。根据待测器件及晶圆的情况，装配1～10个或更多的测试探针，该探针架104可以沿着X轴方向以逆时针或顺时针旋转，旋转角度为0～360°，以便对待测器件进行测试。

1、只需测试一个不同规格的待测器件时，包括以下步骤：

第一步、通过向控制器301输入控制指令，让控制软件控制电机运转使探针位移装置102绕X轴方向旋转，以更换适合测试当前器件的探针；

第二步、探针位移装置102更换探针后，控制软件会给电机发出控制指令控制其停止运转，使定位测试探针1011在平行于定位调整面201的平面上运动，从而将定位测试探针1011移至定位交点204所在的位置，再将定位测试探针1011沿着定位轴线1031向下运动以观测对准情况，然后使定位测试探针1011恢复原来位置；

第三步、控制器301发出控制指令，使控制软件控制电机运转使探针位移装置102带动探针101，沿着定位轴线1031向下运动并与待测器件的引脚接触。

2、在测试多种规格的待测器件时，包括以下步骤：

第一步、通过向控制器301输入指令，让控制软件控制电机运转使探针位移装置102绕X轴方向旋转，以更换适合测试当前器件的探针；

第二步、探针位移装置102更换探针后，控制软件会给电机发出控制指令控制其停止运转，使定位测试探针1011在平行于定位调整面201的平面上运动，从而将定位测试探针1011移至定位交点204所在的位置，再将定位测试探针1011沿着定位轴线1031向下运动以观测对准情况，然后使定位测试探针1011恢复原来位置；

第三步、控制器301发出控制指令，使控制软件控制电机运转使探针位移装置102带动探针101，沿着定位轴线1031向下运动并与待测器件的引脚接触；

第四步、待上一个器件或多个器件测试完成后，重复以上步骤，进行下一个或多个器件的测试。

本实施例可以解决传统探针台的探针架所安装的探针数量少、运动方式单一的缺点。传统探针台的探针架多数都是一个探针架上只安装一个探针，而且是通过手动结合电子显微镜的方式，使探针与待测器件引脚或者晶圆引脚对准；或是通过半自动化方式沿着定位轴线向上或向下运动，使探针与待测器件引脚或者晶圆引脚对准。传统探针台不仅具有较低的测试效率，不能批量快速的对待测芯片引脚或者晶圆引脚进行精确地对准，还限制了测试范围，同时增加了研发、生产成本。

实施例7：

图5为本实施例中的一种探针和引脚自动对准的探针台测试系统所采用的探针架104的结构示意图。该探针架104是绝缘体、或非绝缘体，是能够固定探针的支撑结构。按照测试需要，探针架104上可以装配1～100个或更多的测试探针，该探针架可沿着Z轴以顺时针或逆时针旋转，旋转角度为0～360°，通过旋转更换不同的测试探针，以实现对不同的待测器件进行测试。

1、只需测试一个不同规格的待测器件时，包括以下步骤：

第一步、通过向控制器301输入控制指令，让控制软件控制电机运转使探针位移装置102绕Z轴方向旋转，以更换适合测试当前器件的探针；

第二步、探针位移装置102更换探针后，控制软件会给电机发出控制指令控制其停止运转，使定位测试探针1011在平行于定位调整面201的平面上运动，从而将定位测试探针1011移至定位交点204所在的位置，再将定位测试探针1011沿着定位轴线1031向下运动以观测对准情况，然后使定位测试探针1011恢复原来位置；

第三步、控制器301发出控制指令，使控制软件控制电机运转使探针位移装置102带动探针101，沿着定位轴线1031向下运动并与待测器件的引脚接触。

2、在测试多种规格的待测器件时，包括以下步骤：

第一步、通过向控制器301输入指令，让控制软件控制电机运转使探针位移装置102绕Z轴方向旋转，以更换适合测试当前器件的探针；

第二步、探针位移装置102更换探针后，控制软件会给电机发出控制指令控制其停止运转，使定位测试探针1011在平行于定位调整面201的平面上运动，从而将定位测试探针1011移至定位交点204所在的位置，再将定位测试探针1011沿着定位轴线1031向下运动以观测对准情况，然后使定位测试探针1011恢复原来位置；

第三步、控制器301发出控制指令，使控制软件控制电机运转使探针位移装置102带动探针101，沿着定位轴线1031向下运动并与待测器件的引脚接触；

第四步、待上一个或多个器件测试完成后，重复以上步骤，进行下一个或多个器件的测试。

本实施例提供了一种可以在一个探针架上安装多种规格，且可以针对不同测试需求和不同待测芯片引脚的探针，解决了传统探针架不能及时根据待测器件的测试要求，快速更换不同探针的需求，以及不能流水线式的对待测器件和晶圆进行有效测试的缺点。同时，采用本实施例的探针架，可以提高测试效率，降低研发和生产成本。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种探针和引脚自动对准的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、探针通过探针架固定在探针位移装置上，包含：如果待测器件的引脚个数是1个，则使所述探针的定位测试探针和定位轴线处于一条直线上；如果待测器件的引脚的个数是2个，则使所述探针的定位测试探针和定位轴线处于一条直线上，且使所述探针的辅助定位测试探针和辅助定位轴线处于一条直线上；如果待测器件的引脚个数多于2个，则使所述探针的定位测试探针和定位轴线处于一条直线上，使所述探针的辅助定位测试探针和辅助定位轴线处于一条直线上，使所述探针的一个或一个以上非定位测试探针中的每一个与一条非定位轴线处于一条直线上，并设置所述定位测试探针、所述辅助定位测试探针和所述非定位测试探针的相对位置以使每条所述定位轴线、所述辅助定位轴线和所述非定位轴线都仅与所述待测器件的一个引脚相交；所述非定位轴线和所述辅助定位轴线都与所述定位轴线平行；

第二步、将所述待测器件固定于一个位于样品位移装置上且可在定位调整面上运动的夹具上，包含：如果所述待测器件引脚的个数是1个，则使所述定位调整面和所述定位轴线垂直且相交于定位交点，并将所述定位交点的相对位置信息预先存储于控制器中；如果所述待测器件引脚的个数多于1个，则使所述定位调整面和所述定位轴线垂直且相交于定位交点，且使所述定位调整面和所述辅助定位轴线垂直且相交于辅助定位交点，将所述定位交点的相对位置信息和所述辅助定位交点的相对位置信息预先存储于所述控制器中；

第三步、如果所述待测器件引脚的个数是1个，则定义其为定位引脚，并向所述控制器输入所述待测器件的所述定位引脚尺度和所述定位引脚与所述夹具的相对位置信息；如果所述待测器件引脚的个数多于1个，则定义一个所述引脚为定位引脚且定义另一个所述引脚为辅助定位引脚，并向所述控制器输入所述待测器件的所述定位引脚尺度和所述定位引脚与所述夹具的相对位置信息以及所述辅助定位引脚尺度和所述辅助定位引脚与所述夹具的相对位置信息；

第四步、所述控制器发出指令控制所述样品位移装置运动，使所述夹具在所述定位调整面上运动，从而将所述待测器件的引脚移至所述定位交点所在的位置，再使所述探针向下运动以观测对准情况，然后使所述探针恢复至原来位置或者进入第五步；或

所述控制器发出指令控制所述探针位移装置运动，使所述定位测试探针在平行于所述定位调整面的平面上运动，从而将所述定位测试探针移至所述定位交点所在的位置，再使所述探针向下运动以观测对准情况，然后使所述探针恢复至原来位置或者进入第五步；

第五步、如果所述待测器件引脚的个数多于1个，则通过所述控制器控制所述探针位移装置或所述样品位移装置，使所述辅助定位轴线与所述辅助定位引脚相交；如果所述待测器件引脚只有1个，进入第六步；

第六步、所述控制器发出指令使所述探针沿着所述定位轴线向下运动，并与所述待测器件的引脚接触。

2.一种探针和引脚自动对准的探针台测试系统，应用权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：所述探针、所述探针架、所述探针位移装置、所述夹具、所述样品位移装置、所述控制器、机械支撑装置、信号传输装置和电源装置；所述探针用于和所述待测器件的所述引脚接触，固定于所述探针架上，所述探针架是能够固定所述探针的支撑结构，与所述探针位移装置相连接，所述探针架可拆卸，能够根据待测器件引脚相对位置的不同更换所述探针；所述探针位移装置能够带动所述探针移动，调整所述探针与待测器件引脚之间的相对距离；所述夹具位于所述样品位移装置上，用于固定所述待测器件；所述样品位移装置能够带动所述夹具移动，调整所述待测器件的所述引脚与所述探针之间的相对距离；所述控制器控制所述探针位移装置和所述样品位移装置移动，同时存储、处理、读出、显示和发送数据，识别包括所述待测器件的引脚尺寸和相对位置的信息；所述机械支撑装置支撑所述探针位移装置和所述样品位移装置；所述的信号传输装置传输通过所述探针的电信号；所述电源装置给所述探针位移装置、所述样品位移装置和所述控制器供电。

3.如权利要求2所述的探针台测试系统，其中，所述探针包括：定位测试探针、辅助定位测试探针和/或一个或多个非定位测试探针。

4.如权利要求2所述的探针台测试系统，其中，所述探针架为绝缘体或非绝缘体；所述探针架可装配1～10个或更多的所述探针，所述探针架可绕X轴方向以逆时针或顺时针旋转，旋转角度为0～360°；或所述探针架可装配1～100个或更多的所述探针，所述探针架可绕Z轴以顺时针或逆时针旋转，旋转角度为0～360°；通过旋转更换不同的所述探针，实现对不同待测器件的测试。

5.如权利要求2所述的探针台测试系统，其中，所述探针位移装置包括驱动器、动力源、运动传动机构和关节中的一个或多个的组合；

所述驱动器的驱动方式为电动驱动方式、液压驱动方式和/或气动驱动方式；

所述动力源的供电方式为电缆电线供电方式、电池供电方式、微波电磁能供电方式和/或发动机供电方式；

所述运动传动机构的传动方式为齿轮传动、丝杠-螺母系统传动、带传动、链传动、钢丝传动、流体传动、杆传动、连杆传动和/或凸轮传动；

所述关节包括导轨和滑块。

6.如权利要求2所述的探针台测试系统，其中所述夹具使所述探针与待测器件的引脚对准，所述夹具固定2～100个或更多的待测器件以及2～4个或更多的待测晶圆；通过所述夹具的逆时针或顺时针旋转，由一个待测器件和晶圆，更换到另一待测器件和晶圆。

7.如权利要求2所述的探针台测试系统，其中，所述样品位移装置包括驱动器、动力源、运动传动机构和关节中的一个或多个的组合；

所述驱动器的驱动方式为电动驱动方式、液压驱动方式和/或气动驱动方式；

所述动力源的供电方式为电缆电线供电方式、电池供电方式、微波电磁能供电方式和/或发动机供电方式；

所述运动传动机构的传动方式为齿轮传动、丝杠-螺母系统传动、带传动、链传动、钢丝传动、流体传动、杆传动、连杆传动和/或凸轮传动；

所述关节包括导轨和滑块。

8.如权利要求2所述的探针台测试系统，其中，所述控制器包括人机界面、通信系统、动力源、显示系统、数据处理系统和数据存储系统中的一个或多个的组合；

所述人机界面为多模态界面和/或手势界面；

所述通信系统为通信接口和通信网络；所述通信网络为无线网络、LAN、WAN和/或互联网；

所述动力源的供电方式为电缆电线供电方式、电池供电方式、微波电磁能供电方式和发动机供电方式中的一个或多个的组合；

所述显示系统为液晶显示器和/或CRT显示器；

所述数据处理系统为单片机、PLC、FPGA和/或CPU；

所述数据存储系统为ROM和/或RAM。