CN109212282A - 一种全自动探针检测台及其探针定位模组 - Google Patents

一种全自动探针检测台及其探针定位模组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种探针定位模组，包括探针检测盒，探针检测盒上设置有高倍光源检测模块、低倍光源检测模块、CCD图像传感器、光路切换模块和标靶调节模块，光路切换模块包括通向CCD图像传感器的高低倍光路分光镜、将光线引导至高低倍分光镜的反光镜和高低倍切换机构通过上述设置，使用时先利用低倍光源检测模块进行检测，当CCD图像传感器检测到探针卡位置后，控制切换气缸动作，带动遮挡板进行移动，切换至高倍光源检测模块，对探针位置进行精确定位，无需设置探针卡参数，检测效率高，本发明还公开了采用该探针定位模组的全自动探针检测台。

Description

一种全自动探针检测台及其探针定位模组
技术领域
本发明涉及芯片检测设备领域，特别涉及一种全自动探针检测台及其探针定位模组。
背景技术
自动探针台为半导体测试专用设备，使用探针接触晶圆片上特定点进行探针测试；探针接触晶圆片上特定点的前提需要手动或自动将两者一一对应。
传统的校准系统，采取人工通过显微镜辅助观察，控制移动工作台使晶圆片上的特定点与其上方探针卡上的探针一一对应（探针卡置于工作台上方，而显微镜位于探针卡上方）这种传统的对针方式，由于显微镜视场有限，对探针分布较多的探针卡对针困难，对针精度及接触高度完全有人工掌控，效率低。
公开号为CN204595163U的中国专利公开了一种封装晶圆阵列微探针全自动测试系统，包括运动平台、承片台、视觉模块、运动控制卡、探针卡模块、四线式线材测试机和电脑，其中，承片台、视觉模块以及探针卡模块安装在运动平台上，随着运动平台一起运动，运动控制卡控制运动平台的运动，探针卡模块与四线式线材测试机连接，电脑与运动控制卡以及四线式线材测试机连接。
这种探针全自动测试系统仅利用视觉模块对晶圆图像进行采集处理，而探针卡是根据设定值栏计算位置，每次探测时需要设定探针卡的参数。
发明内容
本发明的目的是提供一种探针定位模组，其具有检测效率高的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种探针定位模组，包括探针检测盒，其特征在于，所述探针检测盒上设置有：
高倍光源检测模块，用于识别探针的精确位置坐标；
低倍光源检测模块，用于初步识别探针卡的位置坐标；
CCD图像传感器，将采集到图像转化为数字信号；
光路切换模块，将高倍镜光源检测模块和光源检测模块与CCD图像传感器连接；
和标靶调节模块，用于辅助定位，
所述光路切换模块包括通向CCD图像传感器的高低倍光路分光镜、将光线引导至高低倍分光镜的反光镜和高低倍切换机构，所述高低倍切换机构包括转动连接在探针检测盒内的切换连杆，驱动切换连杆转动的切换气缸以及被切换连杆带动的遮挡板，所述遮挡板移动过程中分别对高倍光源检测模块和低倍光源检测模块进行遮挡。
通过采用上述技术方案，低倍视场较大，用于观察探针分布状况，同时初步识别探针的位置坐标；然后切换高倍镜头，识别探针的精确位置坐标。此外，由于高倍景深较小，同时用于自动对焦，通过自动对焦对每个探针移动的距离差，判断探针卡是否损坏或安装不平行；利用光路调节模块将高倍光源检测模块和低倍光源检测模块导向同一个CCD图像传感器，减小了探针定位模组对空间的占用。
进一步设置：所述低倍光源检测模块包括低倍环形光源、低倍点光源、低倍分光镜和低倍镜头，所述低倍环形光源的中心设置有低倍出射孔，所述低倍分光镜将低倍点光源射出的光线引导至低倍出射孔，低倍出射孔处返回的光线经过低倍分光镜到达低倍镜头，低倍镜头通向高低倍分光镜，低倍镜头具有可伸缩结构。
通过采用上述技术方案，低倍光源检测模块在检测时，利用低倍点光源和低倍环形光源进行补光，在CCD图像传感器上形成的图像亮度足够，保证图像清晰，准确识别，提高检测的准确性；低倍镜头设计可伸缩结构，修补加工及装配误差，以满足高低倍共焦。
进一步设置：所述高倍光源检测模块包括的高倍环形光源、高倍点光源、高倍分光镜和高倍镜头，高倍环形光源的中心开设有高倍出射孔，所述高倍分光镜将高倍点光源射出的光线引导至高倍出射孔，所述高倍镜头位于高倍分光镜与高倍出射孔之间。
通过采用上述技术方案，高倍光源检测模块在检测时，利用高倍点光源和高倍环形光源进行补光，在CCD图像传感器上形成的图像亮度足够，保证图像清晰，准确识别，提高检测的准确性；高倍镜头设置于高倍点光源分光镜前，先通过高倍镜头聚光后送至高倍点光源分光镜，调节图像清晰度。
进一步设置：所述高低倍切换机构包括固定于探针检测盒的固定板，所述固定板上设置有分别通向高倍光源检测模块和低倍光源检测模块的两个通光孔，所述固定板分为上板和下板，所述上板上开设有牵引缺口，所述遮挡板滑动连接于上板和下板之间，所述遮挡板包括从牵引缺口中伸出的牵引板，所述牵引板在切换连杆的带动下分别对两个通光孔进行遮挡。
通过采用上述技术方案，利用光路调节模块将高倍光源检测模块和低倍光源检测模块导向同一个CCD图像传感器，减小了探针定位模组对空间的占用；使用时先利用低倍光源检测模块进行检测，当CCD图像传感器检测到探针卡位置后，控制切换气缸动作，带动遮挡板进行移动，切换至高倍光源检测模块，对探针位置进行精确定位，控制方便，检测效率高。
进一步设置：所述探针检测盒内固定有切换检测开关，所述切换连杆上固定有触发切换检测开关的切换触发片。
通过采用上述技术方案，切换连杆转动过程中切换触发片移动，对切换检测开关进行触发，控制高倍检测模块中点光源和环形光源的启闭。
进一步设置：所述标靶调节模块包括标靶固定座、滑动连接在标靶固定座上的对位标靶以及驱动对位标靶移动的标靶驱动气缸，标靶驱动气缸(252)运动过程中，对位标靶分别经过低倍光源检测模块(22)和高倍光源检测模块前，所述定位标靶包括滑动块和固定在滑动块上的靶体，所述靶体上设置有标记孔，所述标靶固定座上固定有滑动轨，所述滑动块上开有对应的滑槽。
通过采用上述技术方案，用驱动气缸带动定位标靶移动，移动快捷，并且位置准确；位标靶在使用过程中，标记孔分别达到低倍光源检测模块和高倍光源检测模块前，辅助进行定位，靶体与滑动块分别设置，在部分发生损坏时，可以进行更换，并且靶体和滑动块分体设置，在加工时更加方便，滑动轨和滑槽的结构设置简单，方便加工。
进一步设置：所述标靶驱动气缸设置于标靶固定座的侧面，所述靶体上设置有与标靶驱动气缸输出端连接的标靶驱动块。
通过采用上述技术方案，将驱动气缸设置在固定座的侧面，减小固定座在气缸长度方向上的尺寸，减小了探针定位模组的空间占用，结构更加紧凑。
本发明的另一目的是提供一种全自动探针检测台，其具有检测效率高的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种全自动探针检测台，包括机体、滑动连接在机体内的工作台、箱盖、连接在箱盖上的探针卡，滑动连接在机体内的芯片定位模组和上述的探针定位模组。
通过采用上述技术方案，低倍视场较大，用于观察探针分布状况，同时初步识别探针的位置坐标；然后切换高倍镜头，识别探针的精确位置坐标。此外，由于高倍景深较小，同时用于自动对焦，通过自动对焦对每个探针移动的距离差，判断探针卡是否损坏或安装不平行；利用光路调节模块将高倍光源检测模块和低倍光源检测模块导向同一个CCD图像传感器，减小了探针定位模组对空间的占用。
进一步设置：所述芯片定位模组包括高倍镜模块、低倍镜模块、芯片光路模块以及高度探测模块，芯片光路模块包括高倍镜入口，高倍镜入口前设置有第一换向棱镜，第一换向棱镜的出射端设置有第二换向棱镜，第二换向棱镜的出射端设置有发射棱镜，低倍镜入口朝向发射棱镜，发射棱镜的出射方向竖直向下。
通过采用上述技术方案，芯片定位模组通过高倍镜头模块检测工作台位置，再通过低倍镜头模块定位芯片具体位置，并通过高度探测模块测定工作台上芯片的垂直高度，结合探针定位模组，将芯片与探针的针尖对准，工作台上升与探针抵触，检测芯片性能；探测高度模组，用于自动测量不同产品的厚度差，保证探针与芯片良好接触。
进一步设置：所述探测高度模组包括探头和压力传感器。
通过采用上述技术方案，工作时，由工作台上升，通过工作台与探头接触高度和芯片与探头接触高度，两者的高度差自动计算出产品厚度，为整个校准系统提供准确数据。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.探针定位模组模组通过结构深度优化，模组体积设计更加小巧，且质量轻，易于安装，不影响工作台性能；采用高倍金相物镜制成，成像清晰度高，实现精密定位；高倍景深小，通过自动对焦方式实现自动测量探针高度功能，可以自动判断探针磨损或损坏，或探针卡安装不当；
2.自动定位芯片模组设计有高镜头光路，可以精确识别适应不同规格大小芯片，此外，模组上设计有探测高度模组，用于自动测量不同产品的厚度差，保证探针与芯片良好接触；
3.集成视觉对位标靶，可以自动校准自动定位探针模组和自动定位芯片模组的相对坐标，提高整个校准系统的可靠性。
附图说明
图1是实施例1的探针定位模组的结构示意图；
图2是实施例1的探针定位模组在另一视角的结构示意图；
图3是实施例2的结构示意图；
图4是实施例2的芯片定位模组的结构示意图；
图5是实施例2的高度探测模块的结构示意图。
图中，1、芯片定位模组；11、低倍镜模块；12、高倍镜模块；13、芯片光路模块；14、高度探测模块；141、探头；142、压力传感器；2、探针定位模组；21、高倍光源检测模块；211、高倍点光源；212、高倍分光镜；213、高倍环形光源；214、高倍镜头；22、低倍光源检测模块；221、低倍点光源；222、低倍分光镜；223、低倍环形光源；224、低倍镜头；23、光路切换模块；231、高低倍切换机构；232、高低倍光路分光镜；233、反光镜；234、切换连杆；235、切换气缸；236、固定板；237、遮挡板；238、切换触发片；239、切换检测开关；24、CCD图像传感器；241、CCD连接套；242、CCD锁紧块；25、标靶调节模块；251、标靶固定座；252、标靶驱动气缸；253、对位标靶；26、探针检测盒；3、工作台；4、机体；41、水平滑杆。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：一种探针定位模组，参照图1和图2，包括固定于工作台上的探针检测盒26，探针检测盒26上设置有低倍光源检测模块22、高倍光源检测模块21、光路切换模块23、CCD图像传感器24以及标靶调节模块25。
参照图1，低倍光源检测模块22包括固定在探针检测盒26上的低倍环形光源223、低倍点光源221、低倍分光镜222和低倍镜头224，低倍环形光源223和低倍点光源221分别安装在相互垂直的侧壁的外侧，低倍环形光源223朝向正上方。低倍环形光源223中心具有低倍点光源221发射孔，低倍分光镜222将低倍点光源221的发出的光线反射至低倍点光源221发射孔发出，低倍镜头224设计有可伸缩结构。
参照图1，高倍光源检测模块21包括固定在探针检测盒26上的高倍环形光源213、高倍点光源211、高倍分光镜212和高倍镜头214，高倍环形光源213的中心开设有高倍点光源211发射孔，高倍点光源211螺纹连接在探针检测盒26内壁上，高倍点光源211的出射方向垂直于高倍点光源211的发射孔，高倍分光镜212将高倍点光源211的发出的光线反射至高倍点光源211发射孔发出，高倍镜头214位于高倍分光镜212与高倍环形光源213之间，高倍采用20倍金相物镜制成，确保成像清晰度，同时缩减成像景深。
高低倍焦距采用共焦设计，即CCD观察物方两种倍率观察距离一致；以高倍为基准，低倍镜头224设计可伸缩结构，修补加工及装配误差，以满足高低倍共焦，缩短高低倍切换移动时间，提高效率。
参照图1和图2，光路切换模块23包括的高低倍切换机构231、反光镜233和高低倍光路分光镜232，高低倍切换机构231包括固定在探针检测盒26内的转动连接在探针检测盒26内的切换连杆234，驱动切换连杆234转动的切换气缸235、固定在探针检测盒26内壁上的固定板236以及被切换连杆234带动的遮挡板237。切换连杆234的中央穿设有固定在探针检测盒26上的转轴螺栓，固定板236分为上板和下板，固定板236正对低倍镜头224和高倍镜头214位置开设有通光孔，遮挡板237滑动连接在上板与下板之间，随着切换连杆234的带动分别对两通光孔进行遮挡。上板上开设有牵引缺口，遮挡板237包括从牵引缺口中伸出的牵引板，牵引板上开有腰形牵引孔，切换连杆234上设置有宽度与腰形牵引孔宽度相等的牵引柱，牵引板在切换连杆234的带动下分别对两个通光孔进行遮挡。探针检测盒26内还固定有切换检测开关239，切换连杆234上固定有触发切换检测开关239的切换触发片238，切换检测开关239与高倍镜光源检测模块和低倍镜光源检测模块电连接。
反光镜233位于高倍分光镜212的正下方，高低倍光路分光镜232位于低倍镜头224的正下方，反光镜233将光线反射至高低倍光路分光镜232，所低倍光路分光镜将光线折射至CCD图像传感器24。
参照图2，标靶调节模块25包括固定于探针检测盒26的标靶固定座251、滑动连接在标靶固定座251上的对位标靶253以及驱动对位标靶253移动的标靶驱动气缸252。对位标靶253包括滑动块和固定在滑动块上的靶体，靶体上开设有标记孔，标记孔的方向是竖直的，靶体的移动过程中标记孔分别经过高倍出射口和低倍出射口。标靶固定座251上固定有滑动轨，滑动块上开有对应的滑槽，标靶驱动气缸252螺纹连接于标靶固定座251的侧面，靶体上一体设置有与标靶驱动气缸252输出端连接的标靶驱动块。
参照图1，盒体远离标靶调节模块25的侧面上螺纹连接有将CCD图像传感器24箍紧的CCD连接套241，CCD连接套241包括箍紧口，箍紧口处设置有CCD锁紧块242，通过螺栓将箍紧口收紧；CCD夹紧方式固定，可进行角度调节及伸缩微调，修补加工及装配误差。
检测时，首先利用低倍光源检测模块22对探针卡位置进行确定，低倍光源检测模块22检测到探针卡位置后，切换气缸235动作，遮挡板237将低倍光源检测模块22遮挡，切换至高倍光源检测模块21进行检测探针针尖图像，通过软件算法对探针进行精确定位，捕捉探针的分布及相应探针的针尖坐标。切换过程中标靶调节模块25的视觉对位标靶253分别切换至高倍出射孔前和低倍出射孔前，定位软件以对位标靶253为基准，建立位置坐标系，通过软件算法控制工作台3移动，带动探针定位模组2一定，自动将工作台3移动至探针卡正下方。
实施例2：一种全自动探针检测台，如图3所示，包括芯片定位模组1和实施例1中的探针定位模组2，用于探针检测台的探针定位，探针检测台包括机体4、工作台3和机盖，机盖上安装有探针卡。工作台3上在箱体内沿X,Y,Z三个方向运动。箱体两侧的内壁上固定有水平滑杆41，水平滑杆41处滑动连接芯片定位模组1。
参照图4和图5，芯片定位模组1包括高倍镜模块12、低倍镜模块11、芯片光路模块13以及高度探测模块14。高倍镜模块12包括芯片CCD传感器、高倍镜和高倍光源，高倍镜通向芯片光路模块13，芯片CCD传感器位于高倍镜远离芯片光路模块13一端。低倍镜模块11包括芯片CCD传感器、低倍镜和低倍光源，低倍镜通向芯片光路模块13，芯片CCD传感器位于低倍镜远离芯片光路导向一端。高度探测模块14由探头141和压力传感器142组成，通过接触力反馈相关信号。工作时，由工作台3上升，通过工作台3与探头141接触高度和芯片与探头141接触高度，两者的高度差自动计算出产品厚度，为整个校准系统提供准确数据。
芯片光路模块13包括高倍镜入口，高倍镜入口前设置有第一换向棱镜，第一换向棱镜的出射端设置有第二换向棱镜，第二换向棱镜的出射端设置有发射棱镜，低倍镜入口朝向发射棱镜，发射棱镜的出射方向竖直向下，朝向工作台3。
采用芯片定位模组1对晶圆片上的图像进行采集：采集时先利用低倍镜模块11检测，在芯片定位模组1沿水平滑杆41运动的过程中，检测到工作台3位置后停止，启动高倍镜模块12检测，准确定位晶圆片的的接触点及相应坐标；并将采集到的探针位置坐标进行比对计算，控制工作台3移动，自动将晶圆上探针接触点与探针一一对应。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种探针定位模组，包括探针检测盒(26)，其特征在于，所述探针检测盒(26)上设置有：
高倍光源检测模块(21)，用于识别探针的精确位置坐标；
低倍光源检测模块(22)，用于初步识别探针卡的位置坐标；
CCD图像传感器(24)，将采集到图像转化为数字信号；
光路切换模块(23)，将高倍光源检测模块(21)和低倍光源检测模块(22)与CCD图像传感器(24)连接；
和标靶调节模块(25)，用于辅助定位，
所述光路切换模块(23)包括通向CCD图像传感器(24)的高低倍光路分光镜(232)、将光线引导至高低倍分光镜(222)的反光镜(233)和高低倍切换机构(231)，所述高低倍切换机构(231)包括转动连接在探针检测盒(26)内的切换连杆(234)，驱动切换连杆(234)转动的切换气缸(235)以及被切换连杆(234)带动的遮挡板(237)，所述遮挡板(237)移动过程中分别对高倍光源检测模块(21)和低倍光源检测模块(22)进行遮挡。
2.根据权利要求1所述的探针定位模组，其特征在于，所述低倍光源检测模块(22)包括低倍环形光源(223)、低倍点光源(221)、低倍分光镜(222)和低倍镜头(224)，所述低倍环形光源(223)的中心设置有低倍出射孔，所述低倍分光镜(222)将低倍点光源(221)射出的光线引导至低倍出射孔，低倍出射孔处返回的光线经过低倍分光镜(222)到达低倍镜头(224)，低倍镜头(224)通向高低倍分光镜(222)，低倍镜头(224)具有可伸缩结构。
3.根据权利要求1所述的探针定位模组，其特征在于，所述高倍光源检测模块(21)包括的高倍环形光源(213)、高倍点光源(211)、高倍分光镜(212)和高倍镜头(214)，高倍环形光源(213)的中心开设有高倍出射孔，所述高倍分光镜(212)将高倍点光源(211)射出的光线引导至高倍出射孔，所述高倍镜头(214)位于高倍分光镜(212)与高倍出射孔之间。
4.根据权利要求1所述的探针定位模组，其特征在于，所述高低倍切换机构(231)包括固定于探针检测盒(26)的固定板(236)，所述固定板(236)上设置有分别通向高倍光源检测模块(21)和低倍光源检测模块(22)的两个通光孔，所述固定板(236)分为上板和下板，所述上板上开设有牵引缺口，所述遮挡板(237)滑动连接于上板和下板之间，所述遮挡板(237)包括从牵引缺口中伸出的牵引板，所述牵引板在切换连杆(234)的带动下分别对两个通光孔进行遮挡。
5.根据权利要求4所述的探针定位模组，其特征在于，所述探针检测盒(26)内固定有切换检测开关(239)，所述切换连杆(234)上固定有触发切换检测开关(239)的切换触发片(238)。
6.根据权利要求1所述的探针定位模组，其特征在于，所述标靶调节模块(25)包括标靶固定座(251)、滑动连接在标靶固定座(251)上的对位标靶(253)以及驱动对位标靶(253)移动的标靶驱动气缸(252)，标靶驱动气缸(252)运动过程中，对位标靶(253)分别经过低倍光源检测模块(22)和高倍光源检测模块(21)前，所述定位标靶包括滑动块和固定在滑动块上的靶体，所述靶体上设置有标记孔，所述标靶固定座(251)上固定有滑动轨，所述滑动块上开有对应的滑槽。
7.根据权利要求6所述的探针定位模组，其特征在于，所述标靶驱动气缸(252)设置于标靶固定座(251)的侧面，所述靶体上设置有与标靶驱动气缸(252)输出端连接的标靶驱动块。
8.一种全自动探针检测台，其特征在于：包括机体(4)、滑动连接在机体(4)内的工作台(3)、箱盖、连接在箱盖上的探针卡，滑动连接在机体(4)内的芯片定位模组(1)和权利要求1～7任意一项所述的探针定位模组。
9.根据权利要求8所述的全自动探针检测台，其特征在于，所述芯片定位模组(1)包括高倍镜模块(12)、低倍镜模块(11)、芯片光路模块(13)以及高度探测模块(14)，芯片光路模块(13)包括高倍镜入口，高倍镜入口前设置有第一换向棱镜，第一换向棱镜的出射端设置有第二换向棱镜，第二换向棱镜的出射端设置有发射棱镜，低倍镜入口朝向发射棱镜，发射棱镜的出射方向竖直向下。
10.根据权利要求9所述的全自动探针检测台，其特征在于，所述探测高度模组包括探头(141)和压力传感器(142)。
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