CN108646093A - 一种自动探针测试装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动探针测试装置，包括：侧板、底板、探头支架和移动机构，所述侧板的底部一端与所述底板的一端相连，且所述底板用于放置待测器件，所述探头支架与所述移动机构的一端固定相连，所述移动机构的另一端沿着所述侧板的轴向方向滑动连接；所述探头支架上设置有多组四针探头，每一组四针探头上至少包括一个四针探头，且所述四针探头在所述探头支架上可沿横向和纵向移动。另外，本发明还提供了一种基于该装置的自动探针测试装系统。利用本发明实施例，提高待测器件的测试效率，以及减少测试过程中进行人为的手动移动待测器件，减少器件的损坏几率。

Description

一种自动探针测试装置及系统

技术领域

本发明涉及探针测试技术领域，尤其涉及一种自动探针测试装置及系统。

背景技术

探针测试仪是运用四探针测量原理的多用途综合测量设备，适用于实验室或生产线使用。

现有的市场上的探针测试仪为单悬臂四探针测试仪，采用探头和测控电路分离的方式，只有一个探头适合于单点测试，因此，测试的点较少，且在需要对测试器件进行多点测试时，需人工移动被测器件。

可见，现有技术中的自动探测测试装置测试效率较低，且在测试过程中人为的移动待测器件容易造成器件的损坏

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种自动探针测试装置及系统，旨在提高待测器件的测试效率，以及减少测试过程中进行人为的手动移动待测器件，减少器件的损坏几率。具体技术方案如下：

为达到上述目的，本发明实施例提供了一种自动探针测试装置，包括：侧板、底板、探头支架和移动机构，所述侧板的底部一端与所述底板的一端相连，且所述底板用于放置待测器件，所述探头支架与所述移动机构的一端固定相连，所述移动机构的另一端沿着所述侧板的轴向方向滑动连接；所述探头支架上设置有多组四针探头，每一组四针探头上至少包括一个四针探头，且所述四针探头在所述探头支架上可沿横向和纵向移动。

本发明的优选实施方式中，所述移动机构包括：步进电机、滚珠丝杆、导杆、滑动板、连接板、测试信号电路板，所述测试信号电路板与所述步进电机通信连接，且所述步进电机与所述滚珠丝杆连接，所述滚珠丝杆与所述滑动板连接；且所述滑动板的两侧套设在所述导杆上，在所述滚珠丝杆的作用下沿着所述导杆上下滑动，所述连接板的一侧与所述滑动板固定连接，所述连接板的另一侧与所述探头支架固定连接。

本发明的优选实施方式中，所述探头支架设置有至少一个探头X轴位置调节机构和至少一个探头Y轴调节机构、至少一个滑动杆；

每一组四针探头沿Y轴分别固定在一个滑动杆上，滑动杆沿Y轴方向设置，每一组四针探头分别与一个X轴位置调节机构滑动连接，且每一个四针探头均与一个探头Y轴调节机构滑动连接。

本发明的优选实施方式中，还包括探头压力调节器，与每一个四针探头连接，且至少一个探头压力调节器与所述测试信号电路板连接，将该探头压力调节器信号反馈至测试信号电路板上。

本发明的优选实施方式中，所述探头支架设置有第一延伸部和第二延伸部，所述滑动杆的一端与所述第一延伸部滑动连接，所述滑动杆的另一端与所述第二延伸部滑动连接，所述滑动杆设置有不大于每一组四针探头对应数量个开槽，置于所述开槽中的四针探头沿着所述开槽方向进行。

本发明的优选实施方式中，每一组四针探头的个数为3个，所述滑动杆的数量为3个，且开槽数量为2个，且在所述侧板对应的外壳设上设置有显示器和按键。

另外，本发明还公开了一种自动探针测试系统，包括：自动探针测试装置、上位机、待测样品、运放模块、模数转换器、微控制器、步进电机、按键模块、显示器，其中，所述电源控制模块包括：电源滤波稳压子模块、精密恒流源子模块、电流选档换向控制子模块依次连接，且所述电流选档换向控制子模块与所述微控制器，所述上位机与所述微控制器相连；所述电源控制模块与所述待测样品相连，所述待测样品置于所述自动探针测试装置上，并通过所述自动探针测试装置上的多组探头获得样品测试信号，将所述测试信号发送至所述运放模块放大后，放大后信号经过运放模块发送至所述模数转换器，且所述模数转换器与所述微控制器相连，将经过模数转换后的信号发送至所述微控制器，所述步进电机与所述微控制器相连，接收所述微控制器发送的控制信号，所述自动探针测试装置上的探头压力调节器发送限位信号至所述微控制器，所述微控制器与设置在所述自动探针测试装置的外壳上的所述按键模块和所述显示器相连。

应用本发明实施例提供的一种自动探针测试装置，通过在探头支架上设置有多组四针探头，可以同时对待测器件测量多个待测点，且通过每一个四针探头在探头支架上可沿横向和纵向移动的设置，在测试过程中不用移动待测器件，只需要移动探头支架上的四针探头即可改变测试位置，进而实现不同点的测试。因此，提高待测器件的测试效率，以及减少测试过程中进行人为的手动移动待测器件，减少器件的损坏几率。

附图说明

图1是本发明提供的自动探针测试装置的第一种结构示意图；

图2是本发明提供的自动探针测试装置的第二种结构示意图；

图3是本发明提供的自动探针测试装置的第三种结构示意图；

图4是本发明提供的自动探针测试装置的第四种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

参见图1和图4所示，为本发明的自动探针测试装置的结构示意图，包括：侧板1、底板2、探头支架3和移动机构4，所述侧板1的底部一端与所述底板2的一侧相连，所述底板2用于放置待测器件，所述探头支架3与所述移动机构的一端固定相连，所述移动机构4的另一端沿着所述侧板1的轴向方向滑动连接；所述探头支架3上设置有多组四针探头，每一组四针探头上至少包括一个四针探头5，且所述四针探头5在所述探头支架4上可沿横向和纵向移动。

需要说明的是，四探针法则是一种广泛采用的标准方法，用四根探针代替两个探针对样品的电阻率或电导率进行测量，能够消除探针接触电阻对测量结果的影响，具有设备简单，操作方便，精确度高，对样品的几何尺寸无严格要求等优点。本测试仪使用四探针法来测量扩散层薄层电阻以判断扩散层质量是否符合设计要求。

四探针测量薄层电阻的测量原理及方法：

最常用的是直线型四探针，即四根探针的针尖位于同一直线上，并且间距相等，4根金属探针排成直线，探针1至探针4依次排列，并以一定的压力压在被测材料上，在探针1、探针4两处间通过电流I，则探针2、探针3间产生电位差V。材料的电阻率为(Ω·cm)：

其中，C为探针系数，由探针几何位置决定。

通过在探头支架上设置有多组四针探头，可以同时对待测器件测量多个待测点，且通过每一个四针探头在探头支架上可沿横向和纵向移动的设置，在测试过程中不用移动待测器件，只需要移动探头支架上的四针探头即可改变测试位置，进而实现不同点的测试。因此，提高待测器件的测试效率，以及减少测试过程中进行人为的手动移动待测器件，减少器件的损坏几率。

本发明的一种实现方式中，如图3所示，所述移动机构4包括：步进电机41、滚珠丝杆42、导杆43、滑动板44、连接板45，所述步进电机41与所述滚珠丝杆42连接，所述滚珠丝杆42与所述滑动板44连接；且所述滑动板44的两侧套设在所述导杆43上，在所述滚珠丝杆42的作用下沿着所述导杆43上下滑动，所述连接板45的一侧与所述滑动板44固定连接，所述连接板45的另一侧与所述探头支架3固定连接。

需要说明的是，步进电机41的转动受测试信号电路板的信号控制，当步进电机41转动的时候，通过滚珠丝杆42转化为上下方向的力的作用，从而带动滑动板44的上下作用，此部分为滚珠丝杆的作用原理，本发明在此不做赘述。为了进一步对滑动板44进行运动的稳固性提升，将其两端设置为圆筒状，套设在导杆43上，随着导杆上下进行移动，且在滑动板44的中部固定连接有连接板45的一端，连接板45的另一端连接在探头支架上，从而通过步进电机驱动滑动板，进而带动连接板所连接的探头支架进行上下移动。

如图3所示，所述探头支架3上设置有至少一个探头X轴位置调节机构31和至少一个探头Y轴调节机构32、至少一个滑动杆33；每一组四针探头沿Y轴分别固定在一个滑动杆33上，滑动杆沿Y轴方向设置，每一组四针探头分别与一个X轴位置调节机构31滑动连接，且每一个四针探头均与一个探头Y轴调节机构32滑动连接。因此，实现了每一个四针探头在X轴和Y轴方向的移动，因此，只要调节四针探头的位置即可，而不用调整待测器件。

另一种实现方式中，本发明还包括探头压力调节器，与每一个四针探头连接，且至少一个探头压力调节器与测试信号电路板连接，将该探头压力调节器信号反馈至测试信号电路板上。通过探头压力调节器将四针探头对待测器件的压力进行采集并发送至测试信号电路板，通过测试信号电路板对步进电机发送信号进行输出调节，从而控制探头支架的位置，也即调整了每一个四针探头与待测器件的受力接触，从而防止待测器件受力过大造成损坏。需要说明的是，测试信号电路板是包含单片机、FPGA等控制的主电路，实现接收探头压力调节器的信号，并根据所接收到的电信号确定当前待测器件的受力，从而及时调整步进电机的转动，进而通过电机的转动变化调节了滚珠丝杆的上下作用力。应用本发明，能够及时的将待测器件所受的作用力进行调整，避免现有技术中直接将作用力进行下压，会造成待测器件受损的情况发生。且通过单片机、FPGA等控制的主电路与探头压力调节器的压力获取，以及通过单片机、FPGA等控制的主电路步进电机的移动均为现有技术，本发明在此不做具体赘述。虽然通过单片机、FPGA等控制的主电路与步进电机的通信为现有技术，但是并未到本技术领域，可见，本发明依然具备创造性。

本发明中，所述探头支架3设置有第一延伸部34和第二延伸部34，探头X轴位置调节机构31设置在第一延伸部34和第二延伸部34上，所述滑动杆的一端与所述第一延伸部滑动连接，所述滑动杆的另一端与所述第二延伸部滑动连接，所述滑动杆设置有不大于每一组四针探头对应数量个开槽，置于所述开槽中的四针探头沿着所述开槽方向进行。本发明中，部分四针探头可以为固定设置，部分为可移动设置。

本发明的一个实现方式中，每一组四针探头的个数为3个，所述滑动杆的数量为3个，且开槽数量为2个，且在所述侧板对应的外壳设上设置有显示器和按键。

本发明中所述的待测器件可以为液晶屏器件、或者其他的半导体薄膜器件，只要需要采用四针探头进行电阻率的探测均可以采用本发明实施例进行测试。

另外，本发明还公开了一种自动探针测试系统，包括：自动探针测试装置、上位机、待测样品、运放模块、模数转换器、微控制器、步进电机、按键模块、显示器，其中，所述电源控制模块包括：电源滤波稳压子模块、精密恒流源子模块、电流选档换向控制子模块依次连接，且所述电流选档换向控制子模块与所述微控制器，所述上位机与所述微控制器相连；所述电源控制模块与所述待测样品相连，所述待测样品置于所述自动探针测试装置上，并通过所述自动探针测试装置上的多组探头获得样品测试信号，将所述测试信号发送至所述运放模块放大后，放大后信号经过运放模块发送至所述模数转换器，且所述模数转换器与所述微控制器相连，将经过模数转换后的信号发送至所述微控制器，所述步进电机与所述微控制器相连，接收所述微控制器发送的控制信号，所述自动探针测试装置上的探头压力调节器发送限位信号至所述微控制器，所述微控制器与设置在所述自动探针测试装置的外壳上的所述按键模块和所述显示器相连。

需要说明的是，所述电源控制模块包括：电源滤波稳压子模块、精密恒流源子模块、电流选档换向控制子模块，该部分为现有的电源模块和电流换向控制，用于实现对整个电路系统的供电以及对待测器件供应测试电流，本发明实施例在此不做赘述。

上位机用于与微控制器进行通信，实现上位机从微控制器中接收待测样品的测试数据。具体的，待测样品置于自动探针测试装置上，可以通过按键模块下达开始测试的指令至微控制器，微控制器发送驱动信号至步进电机，驱动所述步进电机的转动，步进电机将驱动力作用在自动探针测试装置的滚珠丝杆上，从而滚珠丝杆将步进电机的转动转化为上下的动力，从而驱动自动探针测试装置上的探针与待测样品进行接触，在接触过程中，通过探头压力调节器及时将待测样品上的受力传递至微控制器，由微控制器根据待测样品的受力情况调整步进电机的转动，从而调整滚珠丝杆驱动探针与待测样品接触的受力情况，当待测样品受力稳定后，获得待测样品的数据，显示器可以与微控制器进行通信，接收微控制器发送过来的显示数据，例如样品的测试数据等等。然后，通过自动探针测试装置的探针获得当前待测样品的测试数据，并将测试数据通过运放模块的放大处理后发送至模数转换器进行转化为数字信号，便于微控制器接收。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种自动探针测试装置，其特征在于，包括：侧板、底板、探头支架和移动机构，所述侧板的底部一端与所述底板的一侧相连，所述底板用于放置待测器件，所述探头支架与所述移动机构的一端固定相连，所述移动机构的另一端沿着所述侧板的轴向方向滑动连接；

所述探头支架上设置有多组四针探头，每一组四针探头上至少包括一个四针探头，且所述四针探头在所述探头支架上可沿横向和纵向移动。

2.根据权利要求1所述的自动探针测试装置，其特征在于，所述移动机构包括：步进电机、滚珠丝杆、导杆、滑动板、连接板、测试信号电路板，所述测试信号电路板与所述步进电机通信连接，且所述步进电机与所述滚珠丝杆连接，所述滚珠丝杆与所述滑动板连接；且所述滑动板的两侧套设在所述导杆上，在所述滚珠丝杆的作用下沿着所述导杆上下滑动，所述连接板的一侧与所述滑动板固定连接，所述连接板的另一侧与所述探头支架固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的自动探针测试装置，其特征在于，所述探头支架设置有至少一个探头X轴位置调节机构和至少一个探头Y轴调节机构、至少一个滑动杆；

每一组四针探头沿Y轴分别固定在一个滑动杆上，滑动杆沿Y轴方向设置，每一组四针探头分别与一个X轴位置调节机构滑动连接，且每一个四针探头均与一个探头Y轴调节机构滑动连接。

4.根据权利要求2所述的自动探针测试装置，其特征在于，还包括探头压力调节器，与每一个四针探头连接，且至少一个探头压力调节器与所述测试信号电路板连接，将该探头压力调节器信号反馈至测试信号电路板上。

5.根据权利要求3所述的自动探针测试装置，其特征在于，所述探头支架设置有第一延伸部和第二延伸部，所述滑动杆的一端与所述第一延伸部滑动连接，所述滑动杆的另一端与所述第二延伸部滑动连接，所述滑动杆设置有不大于每一组四针探头对应数量个开槽，置于所述开槽中的四针探头沿着所述开槽方向进行。

6.根据权利要求5所述的自动探针测试装置，其特征在于，每一组四针探头的个数为3个，所述滑动杆的数量为3个，且开槽数量为2个，且在所述侧板对应的外壳设上设置有显示器和按键。

7.一种自动探针测试系统，其特征在于，包括：自动探针测试装置、上位机、待测样品、运放模块、模数转换器、微控制器、步进电机、按键模块、显示器，其中，所述电源控制模块包括：电源滤波稳压子模块、精密恒流源子模块、电流选档换向控制子模块依次连接，且所述电流选档换向控制子模块与所述微控制器，所述上位机与所述微控制器相连；

所述电源控制模块与所述待测样品相连，所述待测样品置于所述自动探针测试装置上，并通过所述自动探针测试装置上的多组探头获得样品测试信号，将所述测试信号发送至所述运放模块放大后，放大后信号经过运放模块发送至所述模数转换器，且所述模数转换器与所述微控制器相连，将经过模数转换后的信号发送至所述微控制器，所述步进电机与所述微控制器相连，接收所述微控制器发送的控制信号，所述自动探针测试装置上的探头压力调节器发送限位信号至所述微控制器，所述微控制器与设置在所述自动探针测试装置的外壳上的所述按键模块和所述显示器相连。