CN108627762B - 一种测试系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种测试系统，用于测试半导体激光芯片，测试系统包括上下料装置、探针组件和积分球组件；上下料装置包括多个工位，多个工位用于放置待测芯片；探针组件包括若干探针，若干探针设置在所述待测芯片的上方；积分球组件包括积分球，积分球设有开口，所述开口靠近所述待测芯片设置；当所述电流通过所述探针流经所述待测芯片的引脚时，所述开口接收到所述待测芯片发出的光信号。本申请通过将探针组件和积分球组件分别设置为可以沿竖直方向和水平方向移动，一方面保护了检测元件，延长了使用寿命，另一方面通过有序的运动进一步提高了测试速度。
Description
技术领域
本申请涉及芯片测试领域，特别是涉及一种用于半导体激光芯片的测试系统。
背景技术
半导体激光芯片最常的封装形式是COS(Chip On Submount)，即直接封装在导热系数高的热沉上。此阶段工艺关系着半导体激光器质量，故于此封装工艺步骤后，需要通过严格的功能性检测，其性能参数的好坏直接影响半导体激光器的质量。
对半导体激光器芯片的性能参数(如LIV(Light-Current-Voltage，光强-电流-电压)特性、光谱特性、FFP(Far-Field Pattern，远场图案)特性)进行测试和表征是深刻理解激光器芯片特性、优化芯片结构设计及完善芯片生产工艺的关键，同时也是判断激光器芯片好坏的重要依据。同时作为产品出货前，需要对每颗COS进行严格的测试，以保证出货后产品的质量。
现有的COS测试系统都是分立的仪器组成，并且只存在一个测试工位，主要存在以下问题：此方式纯粹凭借作业员的人工操作，因为只存在一个测试工位，需要顺序完成COS上料，测试操作，保持数据，COS下料，耗时时间长。
发明内容
本申请的目的是提供一种测试系统，能够实现对半导体激光器芯片的快速测试，从而提高测试效率。
为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：
一种测试系统，用于测试半导体激光芯片，所述测试系统包括上下料装置、探针组件和积分球组件，所述上下料装置包括多个工位，所述多个工位用于放置待测芯片；所述探针组件包括若干探针，所述若干探针设置在所述待测芯片的上方，用于为所述待测芯片提供电流；所述积分球组件包括积分球，所述积分球设有开口，所述开口靠近所述待测芯片设置；当所述电流通过所述探针流经所述待测芯片的引脚时，所述开口接收到所述待测芯片发出的光信号，以测试所述待测芯片。
在一些实施例中，所述上下料装置还包括旋转底座和支撑基板，所述支撑基板设置在所述旋转底座上，所述多个工位设置在支撑基板上，所述旋转底座用于带动所述多个工位进行旋转，当所述多个工位中的一个旋转至所述探针的下方时，所述多个工位的其他工位进行上料或下料。
在一些实施例中，所述工位包括固定件和散热件；所述固定件设置在所述散热件表面；所述散热件包括依次层叠设置的铜板、制冷片和冷却块，所述铜板表面镀金，所述制冷片的吸热面与所述铜板的下表面贴合，所述制冷片的散热面与所述冷却块的上表面贴合。
在一些实施例中，所述冷却块内部设有多个连通槽，冷却液通过所述连通槽在所述冷却块内循环。
在一些实施例中，所述测试装置还包括束线槽，所述束线槽固设于所述支撑基板上，所述束线槽呈空心管型设置，所述束线槽的中心轴与所述旋转底座的旋转中心线重合；所述束线槽用于放置和约束与所述多个工位连接的电气线路和水管。
在一些实施例中，所述探针组件进一步包括横梁、第一滑动件和第一伸缩件，所述第一滑动件固定在所述横梁上，所述若干探针通过第一滑动件与所述第一伸缩件连接，所述第一伸缩件用于调节所述若干探针与所述待测芯片的距离。
在一些实施例中，所述第一滑动件包括第一固定板、第一滑块和第一导轨，所述第一固定板与所述横梁固定连接；所述第一轨道铺设在所述第一固定板表面。
在一些实施例中，所述第一伸缩件包括伸缩部和连接杆，所述第一滑块通过所述连接杆与所述伸缩部连接，所述第一滑块沿着所述第一导轨在竖直方向上移动，调节所述多个探针与所述待测芯片的距离。
在一些实施例中，所述积分球组件进一步包括支撑座、第二滑动件和第二伸缩件，所述第二滑动件固定在所述支撑座上，所述积分球通过第二滑动件与所述第二伸缩件连接，所述第二伸缩件用于调节所述积分球与所述待测芯片的距离。
在一些实施例中，所述第二滑动件包括第二固定板、第二滑块和第二导轨，所述第二固定板与所述支撑座固定连接；所述第二轨道铺设在所述第二固定板表面，所述第二伸缩件与所述第二滑块连接，所述第二滑块沿着所述第二导轨在水平方向上移动，调节所述积分球与所述待测芯片的距离。
本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请提出一种测试系统，测试系统包括上下料装置、探针组件和积分球组件。其中，上下料装置包括多个工位，工位可以分为测试工位和装载工位，在测试待测芯片的同时，对其他装载工位进行上下料，提高了测试速度；将探针组件和积分球组件分别设置为可以沿竖直方向和水平方向移动，一方面保护了检测元件，延长了使用寿命，另一方面通过有序的运动，进一步提高了测试速度。
附图说明
图1是本申请提出的一种测试系统的三维结构示意图；
图2是图1中A框部分的局部放大结构示意图；
图3是本申请提出的上下料装置的三维结构示意图
图4是本申请提出的探针组件的三维结构示意图；
图5是本申请提出的伸缩件的三维结构示意图；
图6是本申请提出的积分球组件三维结构示意图；
图7是本申请提出的一种测试系统的另一实施例结构示意图；
图8是图7中A-A剖面结构示意图。
具体实施方式
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
值得注意的是，本申请中所提到的方向用语，例如，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“侧面”等，仅是参考附加图式的方向，因此，使用的方向用语是为了更好、更清楚地说明及理解本申请，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
随着半导体激光器(LD，Laser Diode)应用领域如LD泵浦固体激光器(DPL，Diode-Pumped Solid-State Laser)、各类光纤激光器的泵源、激光切割、焊接、医疗以及激光军事应用等的日益拓宽，对半导体激光器输出功率、可靠性的要求也越来越大。半导体激光器芯片是半导体激光器核心部分，具有半导体激光器“CPU”之称。因此开发半导体激光器组件快速测试方法和研制半导体激光器组件快速测试系统对于激光器生产厂商具有重要的意义，可大大提高COS的生产产量。因此，为了提高半导体激光器芯片的测试速度，有必要在现有芯片测试系统的基础上提出改进。
如图1所示，图1是本申请提出的一种测试系统的三维结构示意图。在本实施例中，测试系统包括上下料装置110和检测装置，检测装置包括探针组件120和积分球组件130，上下料装置110、探针组件120和积分球组件130均固设于工作台140上。
其中，上下料装置110包括多个工位，工位可以分为装载工位和测试工位，工位可以用于放置待测芯片(未示出)。探针组件120包括多个探针，探针设置于测试工位处的待测芯片的上方，探针用于为待测芯片测试时发光提供电流。积分球组件130设置在位于测试工位的待测芯片的一侧。当测试系统工作时，探针组件120中的多个探针与待测芯片的引脚接触，电流通过探针流过待测芯片，使得待测芯片发光，积分球组件130收集待测芯片的光信号，并将光信号导出以进一步分析测试结果，从而实现对待测芯片的测试。
值得注意的是，本申请中的装载工位和测试工位可以相互转换，即，探针组件120正对的工位为测试工位，其余工位为装载工位。当待测芯片位于测试工位处进行测试时，其余的装载工位可以对已测芯片进行下料并重新上料。
具体地，请结合图1并参阅图2，图2是图1中A框中的局部放大图。其中，上下料装置110包括多个工位111，工位111位于探针组件120的正下方，因此的工位111为测试工位。工位111包括多个固定件1111，固定件1111用于固定待测芯片，以防待测芯片在测试过程中发生移动，从而影响测试结果。
探针组件120包括探针组121，探针组121包括多个探针1211，探针1211的探针头正对于工位111。在本实施例中，探针1211的个数为4个，在其他实施例中，探针1211的数量可以根据实际测试情况进行调整。
积分球组件130包括积分球131，积分球131设有一开口1311，且积分球131的开口1311从侧面水平方向靠近测试工位处的待测芯片设置。当电流通过探针1211流经待测芯片的引脚时，待测芯片发光，开口1311收集待测芯片发出的光信号。
进一步，请结合图1、图2并参考图3，图3是本申请中上下料装置的三维结构示意图。在本实施例中，上下料装置110可以包括两个工位111；在其他实施例中，工位111的数量可以根据实际测试情况进行调整。
上下料装置110包括旋转底座113和设置在旋转底座113上的旋转基板112，旋转基板112设置在旋转底座113上，工位111设置在旋转基板112上，旋转底座113可以进行旋转，使得两个工位111交替位于探针组件120中探针组121的正对位置处，从而使得两个工位111分别依次作为装置工位和测试工位。
在进行测试时，待测芯片会产生大量的热，如果不及时对待测芯片进行冷却，会影响测试结果以及待测芯片的使用寿命。在本实施例中，工位111包括冷却件1112以及设置在冷却件1112表面的多个固定件1111，固定件1111用于固定待测芯片。本实施例中，固定件1111为弹性压片，固定件1111的至少一端固定在冷却件1112上。本实施例中的冷却件1112为水冷结构，内部设有冷却槽，冷却槽与外部的水管(未示出)连接，从而实现冷却液在冷却件1112内部的循环，达到实时散热的效果。
值得注意的是，本实施例中的旋转底座113的驱动方式可以为气动，气嘴1131可以外接气管(未示出)，旋转底座113的旋转方向和旋转速度可以由控制系统控制。当然，在其他实施例中，旋转底座113也可以通过电机驱动。
由于上下料装置110中多个组件连接有水管或气管，同时还要其他线路铺设在上下料装置110中，为了防止多个线路或管路对测试效率产生影响，本实施例中的上下料装置110还包括束线槽115，束线槽115通过固定块116与旋转基板112固定，束线槽115开设有通孔1151，用于放置线路或管路。
其中，束线槽115可以为柱状，设置于旋转底座113的旋转中心处，且束线槽115的竖直中心轴与旋转底座113的旋转中心重合。而多个工位111均为分布设置在束线槽115的四周，当旋转底座113旋转时，上下料装置110通过第一支撑板114固定在工作台140上，从而实现平稳转动运行。
进一步，请结合图1、图2并参阅图4，图4是本申请中探针组件的三维结构示意图。探针组件120包括探针组121、支撑柱123、横梁125和第二支撑板124，探针组121通过架设在两支撑柱123的横梁125实现固定，支撑柱123通过第二支撑板124与工作台140连接固定。
在测试时，探针组121需要将探针1211与位于测试工位的待测芯片的引脚接触；结束测试后，需要将探针1211远离测试工位并与待测芯片的引脚分离。因此，在本实施例中，探针组件120还包括第一滑动件126和第一伸缩件122，探针组121通过第一伸缩件122可以沿着竖直方向上下移动。
具体地，探针组121通过第一滑动件126与第一伸缩件122连接。第一滑动件126包括第一固定板1262，第一固定板1262呈L形设置，第一固定板1262其中一段部件的一表面与横梁125的一竖直面贴合固定，另一段部件与第一伸缩件122固定，第一固定板1262的两段部件相互垂直设置。进一步，第一滑动件126包括第一滑块1263，以及第一导轨1261，探针组121固定在第一滑块1263上，第一滑块1263能够带着探针组121沿着第一导轨1261上下移动。
进一步，为了更清楚地描述第一伸缩件122，请结合图4并参阅图5，图5是本实施例中伸缩件122的三维结构示意图。本实施中，第一伸缩件122采用气动驱动的方式，因此，第一伸缩件122包括两个气阀1222、伸缩部1221、固定部1224和连接杆1223，气阀1222外接有气管，伸缩部1221与连接杆1223连接，伸缩部1221在气动压力的驱动下发送移动。
其中，固定部1224与第一固定板1262的其中一段固定，第一固定板1262开设有通孔(参阅图4)，以使连接杆1223与第一滑块1263连接固定，从而实现第一伸缩件122带动第一滑块1263上的探针组121在竖直方向上下移动。
在一些实施例中，为了防止过度移动造成第一滑块1263与第一固定板1262相碰撞的情况，第一滑块1263上还设有第一缓冲器，并与第一固定板1262相对设置，以避免上述情况的发生，并进一步保护探针组121。
进一步，由于待测芯片对测试环境的要求也很严格，因此，在一些实施例中，探针组件120还包括真空检测装置127，其中，真空检测装置127固定在横梁125上。
进一步，请结合图1并参阅图6，图6是本申请中积分球组件的三维结构示意图。在本实施例中，积分球组件130包括积分球131、支撑杆135、支撑柱133和第三支撑板134，积分球131设有开口1311，积分球131由支撑杆135固定，支撑杆135固定在支撑座133上，支撑座133通过第三支撑板134与工作台140固定。
进一步，由于积分球131的开口1311在测试时需要从水平方向侧面靠近测试工位的待测芯片，以收集尽可能多的光信号；结束测试后，积分球131要远离测试工位，防止上下料装置110旋转切换工位时碰撞到积分球131，从而损伤积分球131。因此，在一些实施例中，积分球131与支撑座133之间设置为可以沿着水平方向运动，积分球131通过第二伸缩件132实现沿着水平方向左右移动。
具体地，积分球组件130还包括第二滑动件136，积分球131通过第二滑动件136与第二伸缩件132连接。第二滑动件136包括第二固定板1362，第二固定板1362呈L形设置，第二固定板1362其中一段部件的一表面与支撑座133的上表面贴合固定，另一段部件与第二伸缩件132固定，第二固定板1362的两段部件相互垂直设置。
第二滑动件136进一步包括第二滑块1363以及第二导轨1361，支撑杆135固定在第二滑块1363上，第二滑块1363能够带着积分球131沿着第二导轨1361左右移动。
值得注意的是，为了防止积分球131在移动过程中与支撑座133发生碰撞，在支撑座133的侧面还设有第二缓冲器1331，用于保护积分球131。
值得注意的是，本实施例中的第二伸缩件132的具体结构与上一实施例中的一致，在此不一一赘述。
本申请提出一种测试系统，测试系统包括上下料装置、探针组件和积分球组件。其中，上下料装置包括多个工位，工位可以分为测试工位和装载工位，在测试待测芯片的同时，对其他装载工位进行上下料，提高了测试速度；将探针组件和积分球组件分别设置为可以沿竖直方向和水平方向移动，一方面保护了检测元件，延长了使用寿命，另一方面通过有序的运动进一步提高了测试速度。
进一步，请参阅图7，图7是本申请提出的一种测试系统的另一实施例。本实施例中，测试系统同样包括上下料装置210、探针组件220和积分球组件230。其中，上下料装置210包括旋转基座213、设置于旋转基座213上的束线槽215，均匀围绕束线槽215外周设置的多个工位211；探针组件220包括探针组221、第一滑动组件226以及第一伸缩件222；积分球组件230包括积分球231、第二滑动组件236以及第二伸缩件232。
值得注意的是，在本实施例中，积分球231还包括光电传感器2312，光电传感器2312通过探测光信号可以导入功率计(未示出)，完成功率的量测；积分球231还包括光纤接口2313，光纤接口2313可以与光纤(未示出)相连，光纤将积分球231接收的光谱信息导入光谱仪，完成光谱分析。
为了更清楚得描述本实施例中工位211的散热结构，请结合图7并参阅图8，图8是图7中A-A方向的剖视图。在本实施中，工位211包括固定件2111以及散热件2112。其中，散热件2112包括层叠设置的散热铜板21121、制冷片21122、冷却块21123和垫块21125。散热铜板21121的表面镀金，增加散热效果；制冷片21122的吸热面(即上表面)与所述铜板21121的下表面贴合，制冷片21122的散热面(即下表面)与冷却块21123的上表面贴合，垫块21125与旋转基板212贴合固定。在一些实施例中，冷却块21123内部设有多个连通槽21124，冷却液通过连通槽21124在所述冷却块21123内部循环。
进一步，本实施例中还提供了一种测试系统的控制方法，具体地，本实施例中测试系统的工作步骤如下：
第一步，上下料装置210处于测试前的初始状态，此时多个工位211由于没有放置有待测芯片，因此均为装载工位。探针组件中220的探针组221和积分球组件230中的积分球231均远离工位211设置。
第二步，旋转底座213带动工位211以顺时针方向转动一定的角度，例如180°。此时，放置有待测芯片的一工位211上旋转至探针的正下方，并作为测试工位进行测试，其余工位211上未放置有待测芯片，作为装载工位进行上料。此时，探针组221中的探针竖直向下运动，并与待测芯片的引脚相接触，电流经过引脚使得待测芯片发光；同时，积分球组件230中的积分球231从水平方向靠近测试工位，收集待测芯片发出的光信号。
第三步，积分球231收集完成光信号，并将光信号导入功率计和光谱仪。积分球231首先在水平方向上远离测试工位，接着探针组221在竖直方向上向上移动，远离测试工位。然后旋转底座213带动工位211以逆时针方向转动一定的角度，例如180°，之前位于测试工位的工位211此时为装载工位，而之前完成上料的工位211为测试工位，对已完成测试的半导体芯片进行下料和重新上料，并重复上述步骤。
值得注意的是，本申请中旋转底座213的旋转角度可以根据工位211的数量进行调整，原则上本实施例中的角度应该为N/360°，其中N为工位的数量。由于旋转底座214的束线槽215中还包括水管和气管以及若干导线，因此，旋转底座213的旋转方向为顺时针-逆时针或者逆时针-顺时针，以保证束线槽215中的各管路和导线在测试过程中不被过度旋转而受到破坏。
综上所述，本申请提出一种测试系统，测试系统包括上下料装置、探针组件和积分球组件。其中，上下料装置包括多个工位，工位可以分为测试工位和装载工位，在测试待测芯片的同时，对其他装载工位进行上下料，提高了测试速度；将探针组件和积分球组件分别设置为可以沿竖直方向和水平方向移动，一方面保护了检测元件，延长了使用寿命，另一方面通过有序的运动进一步提高了测试速度。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种测试系统，用于测试半导体激光芯片，其特征在于，所述测试系统包括上下料装置、探针组件和积分球组件，所述上下料装置包括多个工位，所述多个工位用于放置待测芯片；所述探针组件包括若干探针，所述若干探针设置在所述待测芯片的上方，用于为所述待测芯片提供电流；所述积分球组件包括积分球，所述积分球设有开口，所述开口靠近所述待测芯片设置；当所述电流通过所述探针流经所述待测芯片的引脚时，所述开口接收到所述待测芯片发出的光信号，以测试所述待测芯片；
所述上下料装置还包括旋转底座和支撑基板，所述支撑基板设置在所述旋转底座上，所述多个工位设置在支撑基板上，所述旋转底座用于带动所述多个工位进行旋转，当所述多个工位中的一个工位旋转至所述探针的下方时，所述多个工位的其他工位进行上料或下料；
所述旋转底座的旋转方向为顺时针-逆时针或者逆时针-顺时针；
所述测试系统还包括束线槽，所述束线槽固设于所述支撑基板上，所述束线槽呈空心管型设置，所述束线槽的中心轴与所述旋转底座的旋转中心线重合；所述束线槽用于放置和约束与所述多个工位连接的电气线路和水管；
其中，所述探针组件进一步包括探针组、支撑柱、横梁、第一滑动件和第一伸缩件，所述探针组包括所述若干探针，所述第一滑动件固定在所述横梁上，所述若干探针通过第一滑动件与所述第一伸缩件连接，所述第一伸缩件用于调节所述若干探针与所述待测芯片的距离；
所述第一滑动件包括第一固定板、第一滑块和第一导轨，所述第一固定板与所述横梁固定连接；所述第一导轨铺设在所述第一固定板表面；所述第一滑块用于带动所述探针组沿所述第一导轨移动；
所述第一伸缩件包括伸缩部和连接杆，所述第一滑块通过所述连接杆与所述伸缩部连接，所述第一滑块沿着所述第一导轨在竖直方向上移动，调节所述若干探针与所述待测芯片的距离。
2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述工位包括固定件和散热件；所述固定件设置在所述散热件表面；所述散热件包括依次层叠设置的铜板、制冷片和冷却块，所述制冷片的吸热面与所述铜板贴合，所述制冷片的散热面与所述冷却块贴合。
3.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述冷却块内部设有多个连通槽，冷却液通过所述连通槽在所述冷却块内循环。
4.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述积分球组件进一步包括支撑座、第二滑动件和第二伸缩件，所述第二滑动件固定在所述支撑座上，所述积分球通过第二滑动件与所述第二伸缩件连接，所述第二伸缩件用于调节所述积分球与所述待测芯片的距离。
5.根据权利要求4所述的测试系统，其特征在于，所述第二滑动件包括第二固定板、第二滑块和第二导轨，所述第二固定板与所述支撑座固定连接；所述第二导轨铺设在所述第二固定板表面，所述第二伸缩件与所述第二滑块连接，所述第二滑块沿着所述第二导轨在水平方向上移动，调节所述积分球与所述待测芯片的距离。
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