CN105445643A - 一种全自动探针台图像定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全自动探针台图像定位系统，为了解决探针台能够自主完成焊盘与探针的精密对位，提高探针台的自动化水平，减轻操作人员劳动强度，包括具有相对位移关系的第一相机模块和第二相机模块，以及接受分析第一相机模块和第二相机模块所发出的图像信息的计算机，其特征是第二相机模块在XY平台上做x、y方向直线运动，同时设有与第二相机模块做同步运动的标定块，相对XY平台处于固定位置的控针卡；由第一相机模块完成拍摄晶圆焊盘图像任务；由第二相机模块完成拍摄探针卡针尖图像任务；由标定块来确定第一相机模块与第二相机模块的位置关系。对针速度快，精度高，结构紧凑，适用于大规模流水线作业。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路测试装备技术，尤其是一种用于晶圆测试的全自动探针台图像定位系统。
背景技术
探针台主要应用于半导体行业、光电行业、集成电路以及封装的测试。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工艺的成本。晶圆测试是集成电路制造的一道重要工序，准确的测试能够及时剔除不良品，减少封装测试成本的浪费，提高产品良好率。探针台是晶圆测试主流设备，与测试机连接后能够自动完成对集成电路的电性能测试。探针台的主要功能是实现晶圆焊盘与探针卡针尖的精密对位，这个过程称为对针过程。现有技术中，探针台的对针方式多为手动对针，即操作工借助显微镜，利用操作杆手动移动载片台，肉眼判断对针的准确程度。人工视觉检查对针效果，效率低且精度不高，同时降低了探针台的自动化程度，不能满足大批量晶圆测试的需求。
如专利公开号为CN103760391A一种内置多探针模块，包括底座，底座上设置电气测试用印刷电路板和焊接位；探针活动设置在底座上，并可根据待测试器件之结构调整探针在底座上的位置排布，这种具有内置多探针模块之探针台，内置多探针模块设置在用于放置待测试器件的卡盘上方，根据待测试器件测试需求，调整内置多探针模块，形成不同类型之探针卡。又如专利公开号为CN104698230A设计的一种半导体芯片测试手动探针台，包括探针台底座、承片台、承片台座、快速寻址机构、锁紧机构及微调机构，锁紧机构由真空吸盘构成，微调机构由连杆、微调导向板、微调手柄、关节轴承、调心轴承构成，真空吸盘与探针台底座的台面为真空锁紧状态时，快速寻址机构被固定锁紧；微调手柄底端和关节轴承连接，微调手柄中部通过调心轴承连接连杆一端，连杆另一端与承片台座连接，拨动微调手柄，调心轴承能在水平面内做360°摆动，并带动连杆在水平面内做任何方向的移动，实现承片台座的微调。
发明内容
本发明的目的是为了解决探针台能够自主完成焊盘与探针的精密对位，以提高探针台的自动化水平，同时减轻操作人员劳动强度的问题，提供一种结构合理，取像快捷准确的全自动探针台图像定位系统。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种全自动探针台图像定位系统，包括具有相对位移关系的第一相机模块和第二相机模块，以及接受分析第一相机模块和第二相机模块所发出的图像信息的计算机，其特征是所述的第二相机模块在XY平台上做x、y方向直线运动，同时设有与第二相机模块做同步运动的标定块，相对XY平台处于固定位置的控针卡；由第一相机模块完成拍摄晶圆焊盘图像任务；由第二相机模块完成拍摄探针卡针尖图像任务；由标定块来确定第一相机模块与第二相机模块的位置关系。本技术方案利用计算机和光学技术，由第一相机模块和第二相机模块拍摄采集工作对象的图像，将获取的图像与样本图像进行比对，来确定焊盘与针尖的位置；通过控制XY平台运动来带动第二相机模块和载片台沿x-y方向运动，同时控制标定块在标定位和自由位之间运动，以完成图像的采集和相机间的标定。进一步，本方案适应在功能及组成上不同的自动探针测试台，如可编程承片台、探卡/探卡支架、打点器、探边器、操作手柄等，可配置与测试仪（TESTER）相连的通讯接口。结合磁性气浮工作台型自动探针测试台，或采用精密滚珠丝杠副和直线导轨结构的x-y工作台型自动探针测试台可获得更高作业效率、更精准点位的效果。
作为优选，所述的第一相机模块包括第一高倍镜头和第一低倍镜头两种倍率，第一高倍镜头和第一低倍镜头可根据作业需要进行切换。其中，第一低倍镜头视野大但分辨率低，用于快速寻找焊盘；第一高倍镜头视野小但分辨率高，用于精确确定焊盘位置。
作为优选，所述的第二相机模块包括第二高倍镜头和第二低倍镜头两种倍率，第二高倍镜头和第二低倍镜头可根据所拍摄物体分辨率高低的需要进行切换。其中，第二低倍镜头视野大但分辨率低，用于快速寻找控针卡针尖；第二高倍镜头视野小但分辨率高，用于精确确定控针卡针尖位置。
作为优选，所述的标定块包括透光玻璃，并在透光玻璃中心刻有宽度≤0.2mm的十字光标。标定块主要用于第一相机模块与第二相机模块的相对位置标定。随着产品焊接精度要求增大，十字光标的宽度可适时改变。
作为优选，所述的标定块与动力装置相连，在标定位与自由位之间运行。标定时，动力装置带动标定块运动至第二相机模块高倍镜头上方即标定位，第一相机模块高倍镜头和第二相机模块高倍镜头分别获取十字光标的图像，二者间位置关系确定。
作为优选，所述的XY平台设置在基座上，标定块和第二相机模块通过第二相机模块支架与XY平台连接。
作为优选，所述的XY平台上还设有载片台，晶圆通过真空吸附方式固定在载片台上方。
作为优选，所述的控针卡固定在基座上，并位于标定块的上方。
本发明的有效效果是：相机模块包括高倍镜头和低倍镜头且可自由切换，低倍用于模板快速寻找，高倍用于确定特征点位置，对针速度快，精度高，成功率高；相机标定原理简单易实现，所需安装空间小，使探针台的结构更加紧凑；自动化程度高，满足晶圆大规模测试的要求，适用于大规模流水线生产；标定块结构简单，成本低，易操作。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图。
图2是本发明的第一相机模块的仰视结构示意图。
图3是本发明的第二相机模块的结构示意图。
图4是本发明的一种标定块俯视图。
图中：1.基座，2.XY平台，3.第二相机模块支架，4.第二相机模块，41.第二高倍镜头，42.第二低倍镜头，5.标定块，51.支撑条，52.透光玻璃，53.十字光标，6.控针卡，7.载片台，8.晶圆，9.第一相机模块，91.第一高倍镜头，92.第一低倍镜头，10.第一相机模块支架。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
参见图1，本实施例一种全自动探针台图像定位系统，包括基座1，位于基座1上的XY平台2，探针卡6和第一相机模块支架10均连接在基座1上，其中探针卡6位于整个探针台的最上方。载片台7和第二相机模块支架3均固定在XY平台2上，晶圆8通过真空吸附方式固定在载片台7上。
第一相机模块9固定在第一相机模块支架10上，其高度在晶圆8位置之上；第二相机模块4和标定块5都固定在第二相机模块支架3上。载片台7和第二相机模块支架3均由XY平台2带动实现x-y方向的直线运动。
第一相机模块9和第二相机模块4均通过电缆与计算机相连，向计算机传输图像，计算机将获取的图像与样本图像进行比对，确定焊盘与针尖的位置。
进一步，所述第一相机模块9包括第一高倍镜头91和第一低倍镜头92，如图3所示，两种倍率的镜头可根据作业过程中所拍摄物体分辨率的高低进行切换，其中，第一低倍镜头92视野大但分辨率低，用于快速寻找焊盘；第一高倍镜头91视野小但分辨率高，用于精确确定焊盘位置。
第二相机模块4同样包括第二高倍镜头41和第二低倍镜头42，如图2所示，两种倍率的镜头可根据作业过程中所拍摄物体分辨率的需要进行切换。其中，第二低倍镜头42视野大但分辨率低，用于快速寻找针尖；第二高倍镜头41视野小但分辨率高，用于精确确定针尖位置。
标定块5包括一件支撑条51，圆形透光玻璃52位于支撑条51宽度向中间部位，透光玻璃52的中心位置刻有十字光标53，十字光标53的宽度等于0.2mm。整个标定块5通过独立支架固定在第二相机模块支架3上，用于第一相机模块9与第二相机模块4的相对位置标定。标定块5与气缸活塞杆相连，标定时，气缸伸出带动标定块5运动至第二相机模块4的高倍镜头41上方，该位置即为标定位，第一相机模块9高倍镜头91和第二相机模块4高倍镜头41将分别获取十字光标53的图像，以确定二者间的位置关系。标定完成后，气缸缩回带动标定块5离开第二相机模块4的高倍镜头41上方，即自由位。
工作时，由第一相机模块9和第二相机模块4拍摄图片传输给计算机，计算机接收图像之后，将获取的图像与样本图像进行比对，确定焊盘与针尖的准确位置关系。另一方面，通过控制XY平台2运动来驱动第二相机模块4和载片台7沿x-y方向运动，并同时控制气缸带动标定块5在标定位和自由位之间运动，以完成图像的采集和相机间的标定。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明的简单变换后的结构、方法均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种全自动探针台图像定位系统，包括具有相对位移关系的第一相机模块（9）和第二相机模块（4），以及接受分析第一相机模块和第二相机模块所发出的图像信息的计算机，其特征是所述的第二相机模块在XY平台（2）上做x-y方向直线运动，同时设有与第二相机模块做同步运动的标定块（5），相对XY平台处于固定位置的控针卡（6）；由第一相机模块完成拍摄晶圆（8）焊盘图像任务；由第二相机模块完成拍摄探针卡针尖图像任务；由标定块来确定第一相机模块与第二相机模块的位置关系。
2.根据权利要求1所述的一种全自动探针台图像定位系统，其特征在于所述的第一相机模块（9）包括第一高倍镜头（91）和第一低倍镜头（92）两种倍率，第一高倍镜头和第一低倍镜头可根据作业需要进行切换。
3.根据权利要求1所述的一种全自动探针台图像定位系统，其特征在于所述的第二相机模块（4）包括第二高倍镜头（41）和第二低倍镜头（42）两种倍率，第二高倍镜头和第二低倍镜头可根据所拍摄物体分辨率高低的需要进行切换。
4.根据权利要求1所述的一种全自动探针台图像定位系统，其特征在于所述的标定块（5）包括透光玻璃（52），并在透光玻璃中心刻有宽度≤0.2mm的十字光标（53）。
5.根据权利要求4所述的一种全自动探针台图像定位系统，其特征在于所述的标定块（5）与动力装置相连，在标定位与自由位之间运行。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的一种全自动探针台图像定位系统，其特征在于所述的XY平台（2）设置在基座（1）上，标定块（5）和第二相机模块（4）通过第二相机模块支架（3）与XY平台连接。
7.根据权利要求1所述的一种全自动探针台图像定位系统，其特征在于所述的XY平台（2）上还设有载片台（7），晶圆（8）通过真空吸附方式固定在载片台上方。
8.根据权利要求1或2或3或4或7所述的一种全自动探针台图像定位系统，其特征是在所述的控针卡（6）固定在基座（1）上，并位于标定块（5）的上方。
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