CN110333471B - 一种用于飞针测试的探针误差补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于飞针测试的探针误差补偿方法，包括如下步骤：获取理论扎点位置，粘贴测试纸片于校准位置，控制测试治具移动至理论扎点位置；控制探针的针尖对测试纸片进行扎点，视觉系统获取实际扎点位置，计算出实际针点位置和理论扎点位置的平面相对位置关系；将万用表连接探针并检测探针的接触阻抗，控制探针的针尖沿Z轴上下移动以对测试治具的标准焊盘扎点并获取探针的运动数据，根据接触阻抗数据与探针的运动数据算出实际针点位置的高度；探针根据平面相对位置关系和实际针点位置的高度进行校准。采用探针在测试电极XY平面和高度进行校准的技术手段，克服探针扎点精度低技术问题，提高了飞针测试时探针扎点测试电极精度。

Description

一种用于飞针测试的探针误差补偿方法

技术领域

本发明涉及自动化测试设备的技术领域，尤其是一种用于飞针测试的探针误差补偿方法。

背景技术

飞针测试机是针对测试PCB&PCBA的元件布置高密度、层数多、布线密度大、测点距离小的PCB&PCBA板(印刷电路板)进行测试的一种仪器，工作时固定测试机的探针接触测试焊盘和通路孔，通过多路传输系统连接到驱动器(信号发生器、电源供应等)和传感器(数字万用表、频率计数器等)来测试PCBA板上的元件。

随着半导体工艺技术的发展，PCBA板上电子元件的密度和元件的复杂性不断增加，而且贴装的元件尺寸不断减小，这就对探针扎点精度的要求越来越高。

现有技术中，由于探针是易损件需要经常更换，而且是往复运动的精密五金件，存在不稳定的运动间隙(0-0.06mm)和安装高度偏差，在理论上，我们可以使用视觉设备来捕捉探针针尖在XY平面和模组的相对位置，从而达到校准探针的目的。但在实际测试验证时，由于针尖倾斜安装，受光源影响，针尖及侧面镀金面反光致成像不稳定，造成视觉系统无法准确获取针尖点相对位置，影响探针扎点精度。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题。为此，本发明的一个目的是提供一种用于飞针测试的探针误差补偿方法，能够减少飞针测试时不稳定的运动间隙和安装高度偏差对精度的影响，以提高探针扎点的精度。

本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种用于飞针测试的探针误差补偿方法，包括如下步骤：

S1、读取光绘文件中的理论扎点位置，粘贴测试纸片于测试治具的校准位置，根据理论扎点位置控制所述测试治具移动至测试位；

S2、启动校针子程序控制探针的针尖对所述测试纸片进行扎点得到实际针点位置，视觉系统获取实际扎点位置，计算出实际针点位置和理论扎点位置的平面相对位置关系；

S3、启动校针高度子程序，将万用表连接所述探针并检测所述探针的接触阻抗，控制所述探针的针尖沿Z轴上下移动以对所述测试治具的标准焊盘扎点并获取探针的运动数据，根据所述万用表检测的接触阻抗数据与所述探针的运动数据计算出实际针点位置的高度；

S4、所述探针根据所述平面相对位置关系和实际针点位置的高度进行校准。

进一步地，所述S2包括如下步骤：

S21、选择需要校准的所述探针并控制所述探针移动至理论扎点位置；

S22、控制所述探针的针尖沿Z轴反方向移动并对所述测试纸片进行扎点，所述探针的针尖对所述测试纸片表面设置的平面坐标图留下的扎痕为实际针点位置；

S23、所述视觉系统获取所述测试纸片上的实际针点位置，计算所述理论扎点位置和所述实际针点位置之间的平面相对位置关系。

进一步地，所述S3包括如下步骤：

S31、选择需要校准高度的探针并控制所述探针移动至设定的第二校准位，所述万用表分别与所述第二校准位和所述探针连接；

S32、控制所述探针沿Z轴反方向快速下行移动到安全高度，控制所述探针沿Z轴下行并按照设定的固定速度每0.5秒重复沿Z轴反方向下行运动；

S33、打开所述万用表阻抗测试的远程控制端口监控所述万用表的测试数据；

S34、当所述万用表测试的接触电阻小于电阻理论值时，所述探针停止下降并按照特定速度每0.5秒重复沿Z轴正方向运动，当所述万用表监控到接触阻抗由小于电阻理论值变成9.9E+37时，所述探针在Z轴方向停止运动，并根据探针在Z轴上的运动数据，计算出实际针点位置的高度。

进一步地，所述第二校准位为测试治具上的铜箔，铜箔通过转接探针和万用表的负极连接，探针和万用表的正极连接。

进一步地，所述固定速度为0.1mm/step。

进一步地，所述特定速度为0.05mm/step。

进一步地，所述测试纸片包括锡纸、铜箔纸。

本发明的有益效果是：

本发明通过采用控制探针移动至理论扎点位置后对测试纸片进行扎点以得到实际针点位置，视觉系统获取实际针点位置后计算出实际针点位置和理论扎点位置的平面相对位置，且控制探针沿Z轴运动以计算出探针的高度，最后对平面相对位置和高度进行校准的技术手段，克服现有技术中存在无法准确获取针尖点相对位置，影响探针扎点精度的技术问题，实现了提高飞针测试时探针扎点的精度的效果。

附图说明

图1是本发明实施例的流程图；

图2是本发明实施例的元器件和PCBA板的结构图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参照图1，图1为本发明实施例的流程图，本发明公开了一种用于飞针测试的探针误差补偿方法，包括如下步骤：

S1、读取光绘文件中的理论扎点位置，粘贴测试纸片于测试治具的校准位置，根据理论扎点位置控制测试治具移动至测试位；

S2、启动校针子程序控制探针的针尖对测试纸片进行扎点得到实际针点位置，视觉系统获取实际扎点位置，计算出实际针点位置和理论扎点位置的平面相对位置关系；

S3、启动校针高度子程序，将万用表连接探针并检测探针的接触阻抗，控制探针的针尖沿Z轴上下移动以对测试治具的标准焊盘扎点并获取探针的运动数据，根据万用表检测的接触阻抗数据与探针的运动数据计算出实际针点位置的高度；

S4、探针根据平面相对位置关系和实际针点位置的高度进行校准。

对于飞针测试机而言存在新机安装或针扎不准、更换探针等情况需要进行校准探针操作，即为计算出实际针点位置和理论扎点位置的平面相对位置关系以获取探针需要进行位置补偿，在本实施例中测试纸片上印制有坐标图，通过在XY平面上控制探针针尖按照理论扎点位置对测试纸片进行扎点以得到实际针点位置，再通过视觉系统获取测试纸片上的实际针点位置，从而系统通过自身设定的理论扎点位置与视觉系统获取的实际针点位置计算出它们之间的相对位置关系，控制探针针对平面相对位置关系进行补偿即可将探针在XY平面上校准，同时控制探针沿Z轴运动并根据在Z轴的运动数据和万用表检测的接触阻抗数据计算出实际针点位置的高度，并对该高度进行校准，通过平面和高度上对探针进行校准以便于探针的针尖能够准确地接触到元器件的电极端，从而提高飞针测试的精度。

在一些实施例中，S2包括如下步骤：

S21、选择需要校准的探针并控制探针移动至理论扎点位置；

S22、控制探针的针尖沿Z轴反方向移动并对测试纸片进行扎点，探针的针尖对测试纸片表面设置的平面坐标图留下的扎痕为实际针点位置；

S23、视觉系统获取测试纸片上的实际针点位置，计算实际针点位置和理论扎点位置之间的平面相对位置关系。

由于探针倾斜安装而受到光源影响导致视觉难以准确获取探针的针尖的实际位置，同时需要修正探针测试时上下运动产生的间隙，所以通过另外一种方式获取探针针尖实际扎点位置。将测试治具安装于指定的校准位置后贴上条形的锡纸和铜箔纸，然后将测试治具送到的测试位，通过校针子程序选择需要校准的探针并控制探针运行，模组会运动至设定理论扎点位置相对应的校准位，然后探针同时跟着模组方向移动至理论扎点位置，然后控制探针的针尖对测试位上的锡纸或者铜箔纸进行扎点，并留下相对应的扎痕作为实际针点，由于锡纸或铜箔纸上印制有平面坐标图，所以实际针点在平面坐标图上的坐标为实际针点位置，再通过视觉系统获取锡纸或者铜箔纸上的实际针点位置，通过理论扎点位置的坐标与实际针点位置的坐标计算出实际针点位置和理论扎点位置的平面相对位置。通过该种扎针方式，在扎针的时候由于探针活动间隙而造成的接触后探针的细微也会被捕捉到，更加接近探针在实际测试时的状态，进而真实地捕捉到探针的实际针点位置。

如图2所示，图2是本发明实施例的元器件和PCBA板的结构图，A1、A2为PCBA板焊盘的中心点，B1、B2为探针的针尖扎针的中心点，Q为飞针设备Z轴探针前进时与垂直轴之间的夹角，且该夹角通常为5°-15°。由于探针属于易碎件，需要经常更换，虽然设计了螺纹退刀槽来保证安装高度的一致，但是由于加工误差和螺纹配合的松紧度，导致每次换针都存在±0.4mm的安装高度误差。由于探针是倾斜安装，所以这种高度误差会产生±0.4*tan(Q)的平面偏差，当Q＝12°时这种偏差为±0.085mm，这个偏差值已经超过了焊盘的中心，所以必须修正。

在一些实施例中，S3包括如下步骤：

S31、选择需要校准高度的探针并控制探针移动至设定的第二校准位，万用表分别与第二校准位和探针连接；

S32、控制探针沿Z轴反方向快速下行移动到安全高度，控制探针沿Z轴下行并按照设定的固定速度每0.5秒重复沿Z轴反方向下行运动；

S33、打开万用表阻抗测试的远程控制端口监控万用表的测试数据；

S34、当万用表测试的接触电阻小于电阻理论值时，电阻理论值在本实施例为3Ω，探针停止下降并按照特定速度每0.5秒重复在Z轴正方向运动，当万用表监控到接触阻抗由小于电阻理论值变成9.9E+37时，探针在Z轴方向停止运动，并根据探针在Z轴上的运动数据，计算出实际针点位置的高度。

测试治具移动至测试位，通过校对高度子程序需要校准高度的探针，模具运动到设定的第二校准位，第二校准位为测试治具上指定铜箔，此铜箔通过转接探针与万用表的负极相连，探针好万用表的正极连接，通过万用表检测探针和铜箔的接触阻抗，从而判定探针是否接触到第二校准点。在本实施例中安全高度为29mm，固定速度在本实施例为0.1mm/step，当探针快速沿Z轴反方向移动到29mm左右即开始0.1mm/step的速度按0.5秒重复向下运动，当探针接触到焊盘的时候，万用表的正负极相当于短路，此时万用表显示的接触电阻会小于3Ω，同时探针在Z轴方向停止运动。设定的特定速度在本实施例为0.05mm/step，探针停止移动后并且按照0.05mm/step的特定速度按照0.5秒的时间间隙重复沿Z轴正方向运动，当万用表监控到接触阻抗由小于3Ω变成9.9E+37时，探针在Z轴方向停止运动，并将此过程测得的高度上报系统，而此时在Z轴测得的高度即为探针的针尖刚刚扎上校准焊盘的高度，从而提高了焊盘高度校准的准确性。

本发明的实施例原理：通过在锡纸或铜箔纸上绘制坐标图，控制测试治具按照理论扎点位置的坐标移动至测试位，然后控制探针向下对锡纸或铜箔纸进行扎点以得到实际针点位置，视觉系统对实际针点位置的坐标获取并与理论扎点位置的坐标计算，以获得实际针点位置和理论扎点位置的平面相对位置，然后控制模组移动至设定的第二校准位，探针快速下行到29mm后以0.1mm/step的速度每0.5秒移动一步重复沿Z轴反方向运动，当万用表检测到接触电阻小于3Ω时，探针在Z轴停止往下运动，并按照0.05mm/step的速度每0.5秒移动一步重复沿Z轴正方向运动，当万用表监测到接触电阻变成9.9E+37时，探针在Z轴方向停止运动，并将前后测得的高度上报系统，通过在XY平面和Z轴上对探针进行误差补偿以校准探针，以提高飞针测试的精度。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种用于飞针测试的探针误差补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、读取光绘文件中的理论扎点位置，粘贴测试纸片于测试治具的校准位置，根据理论扎点位置控制所述测试治具移动至测试位；

S2、启动校针子程序控制探针的针尖对所述测试纸片进行扎点得到实际针点位置，视觉系统获取实际扎点位置，计算出实际针点位置和理论扎点位置的平面相对位置关系；

S3、启动校针高度子程序，将万用表连接所述探针并检测所述探针的接触阻抗，控制所述探针的针尖沿Z轴上下移动以对所述测试治具的标准焊盘扎点并获取探针的运动数据，根据所述万用表检测的接触阻抗数据与所述探针的运动数据计算出实际针点位置的高度；

S4、所述探针根据所述平面相对位置关系和实际针点位置的高度进行校准。

2.根据权利要求1所述的一种用于飞针测试的探针误差补偿方法，其特征在于，所述S2包括如下步骤：

S21、选择需要校准的所述探针并控制所述探针移动至理论扎点位置；

S22、控制所述探针的针尖沿Z轴反方向移动并对所述测试纸片进行扎点，所述探针的针尖对所述测试纸片表面设置的平面坐标图留下的扎痕为实际针点位置；

S23、所述视觉系统获取所述测试纸片上的实际针点位置，计算所述实际针点位置和所述理论扎点位置之间的平面相对位置关系。

3.根据权利要求1所述的一种用于飞针测试的探针误差补偿方法，其特征在于，所述S3包括如下步骤：

S31、选择需要校准高度的探针并控制所述探针移动至设定的第二校准位，所述万用表分别与所述第二校准位和所述探针连接；

S32、控制所述探针沿Z轴反方向快速下行移动到安全高度，控制所述探针沿Z轴下行并按照设定的固定速度每0.5秒重复沿Z轴反方向下行运动；

S33、打开所述万用表阻抗测试的远程控制端口监控所述万用表的测试数据；

S34、当所述万用表测试的接触电阻小于电阻理论值时，所述探针停止下降并按照特定速度每0.5秒重复沿Z轴正方向运动，当所述万用表监控到接触阻抗由小于电阻理论值变成9.9E+37时，所述探针在Z轴方向停止运动，并根据探针在Z轴上的运动数据，计算出实际针点位置的高度。

4.根据权利要求3所述的一种用于飞针测试的探针误差补偿方法，其特征在于，所述第二校准位为测试治具上的铜箔，铜箔通过转接探针和万用表的负极连接，探针和万用表的正极连接。

5.根据权利要求3或4所述的一种用于飞针测试的探针误差补偿方法，其特征在于，所述固定速度为0.1mm/step。

6.根据权利要求3或4所述的一种用于飞针测试的探针误差补偿方法，其特征在于，特定速度为0.05mm/step。

7.根据权利要求1所述的一种用于飞针测试的探针误差补偿方法，其特征在于，所述测试纸片包括以下任意一种：锡纸、铜箔纸。

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