CN110568022B - 一种双面多点位金属镀层电阻高速测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双面多点位金属镀层电阻高速测量系统及测量方法，应用于镀层质量检测技术领域，为解决现有测量系统测量效率低下的问题，本发明基于机器视觉方法的被测元件空间位姿检测及“探针‑待测点位”自动对准，实现了“探针‑待测点位”的精准匹配；本发明系统包括：探针台分别与信号分析处理模块、多通路自切换开关模块、XYZ‑β运动控制模块相连；电阻测量模块分别与信号分析处理模块、多通路自切换开关模块相连，所述信号分析处理模块还分别与多通路自切换开关模块、XYZ‑β运动控制模块相连；多通路自切换开关模块在信号分析处理模块的控制下选择不同的测试点位连接到电阻测量模块。

Description

一种双面多点位金属镀层电阻高速测量系统及测量方法

技术领域

本发明属于镀层质量检测技术领域，特别涉及一种金属镀层电阻测量系统。

背景技术

随着电子工业技术的发展，各种金属镀层得到了广泛应用，尤其在半导体、集成电路、电子元器件等方面的重要性日益提升，国内外一直致力于提高金属镀层工艺水平，探索金属镀层的新道路。

金属镀层的导电性、耐腐蚀性、稳定性、电阻率、抗氧化性、延展性、熔焊性等性能都是其关键性能，直接影响到各镀膜元器件的整体质量。

电子工业中常用石英晶片、硅片、陶瓷、塑料、PCB、MEMS元件、连接器、半导体等材料为主体加工微结构基板，在基板上下表面镀金属膜可以实现元器件的各种功能，或改善元器件的性能。

在不同学科以及学科交叉中应用金属镀层技术，促进了电子器件、集成电路等电子工业产品的水平，同时电子工业产品的发展也提高了金属镀层技术的水平。但如何表征和评价金属镀层质量是一个关键性问题。

实际过程中，影响金属镀层性能的因素有很多，由于镀膜元器件的几何尺寸较小，表面金属镀层通常较薄，镀层工艺将在很大程度上影响其电阻值，因此，通过准确测量金属镀层的电阻是一种合理评价其质量的方法。

现有的金属镀层电阻测量方法为手动测量，具体方法为：在一个传统探针台上放置被测元件，使得被测元件的下表面贴合在载物台上，利用手动下针、人工对准的方式，依次对上表面进行单个电阻的测量。这种方法存在的问题是：1、手动下针力度不可控，容易划伤金属镀层；2、人工对准精度难以保证，测量结果不准确。3、对与上下表面均有待测电阻的被测元件，测完上表面后需要手动翻转被测元件；4、对于连通了上下表面金属镀层的“点位对”无法测量；4、测量重复性差，测量效率低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种双面多点位金属镀层电阻高速测量系统及测量方法，基于机器视觉方法的被测元件空间位姿检测及“探针-待测点位”自动对准，提高了测量速度；并实现了金属镀层上下表面多组“点位对”的同时快速测量。

本发明采用的技术方案之一为：一种双面多点位金属镀层电阻高速测量系统，包括：信号分析处理模块、电阻测量模块、多通路自切换开关模块、XYZ-β运动控制模块、探针台；所述探针台分别与信号分析处理模块、多通路自切换开关模块、XYZ-β运动控制模块相连；所述电阻测量模块分别与信号分析处理模块、多通路自切换开关模块相连，所述信号分析处理模块还分别与多通路自切换开关模块、XYZ-β运动控制模块相连；多通路自切换开关模块在信号分析处理模块的控制下选择不同的测试点位连接到电阻测量模块；

所述探针台包括：基座1，设于基座1上的XYZ-β位移平台、第一立式转接板9-1以及第二立式转接板9-2，所述XYZ-β位移平台设于第一立式转接板9-1、第二立式转接板9-2之间；所述XYZ-β位移平台与XYZ-β运动控制模块相连，XYZ-β位移平台上设有用于装载被测元件5载片台4，被测元件位姿识别模块7-3与第一立式转接板9-1刚性连接，还包括：位于载片台4下方的下探针卡6-1、位于载片台4上方的上探针卡6-2、下探针卡位姿检测模块7-1以及上探针卡位姿检测模块7-2；所述下探针卡位姿检测模块7-1、上探针卡位姿检测模块7-2以及被测元件位姿识别模块7-3分别与信号分析模块相连。

进一步地，所述XYZ-β位移平台，包括：X位移平台2-1、Y位移平台2-2、下探针卡Z向进给机构3-1、上探针卡Z向进给机构3-2以及β旋转平台2-3；Y位移平台2-2与X位移平台2-1垂直，下探针卡Z向进给机构3-1、上探针卡Z向进给机构3-2的进给方向与XOY平面垂直，β旋转平台2-3与XOY平面垂直；β旋转平台2-3上设有用于装载被测元件5载片台4；所述第二立式转接板9-2上设有下探针卡Z向进给机构3-1、上探针卡Z向进给机构3-2；所述下探针卡6-1通过第二立式转接板9-2柔性连接到下探针卡Z向进给机构3-1，所述上探针卡6-2通过第二立式转接板9-2柔性连接到上探针卡Z向进给机构32。

进一步地，所述下探针卡6-1能够同时接触被测元件下表面金属镀层电阻的所有“点位对”，所述上探针卡6-2能够同时接触被测元件上表面金属镀层电阻的所有“点位对”。

进一步地，所述电阻测量模块为四线电阻测量模块。

更进一步地，所述下探针卡6-1、上探针卡6-2在每个“点位对”设有两根探针。

进一步地，所述下探针卡6-1与下探针卡Z向进给机构3-1连接处有微小力测量传感器，用于测量下探针卡6-1与被测元件的接触力，并反馈至下探针卡Z向进给机构3-1；所述上探针卡6-2与上探针卡Z向进给机构3-2连接处有微小力测量传感器，用于测量上探针卡6-2与被测元件的接触力，并反馈至上探针卡Z向进给机构3-2，使下探针卡6-1、上探针卡6-2上的探针与被测元件表面金属镀层柔性接触。

进一步地，所述载片台还包括压紧盖，对置于载片台上的被测元件施加预紧力。

进一步地，所述下探针卡6-1、上探针卡6-2上的探针尖端为球状。

进一步地，还包括照明辅助模块8，所述照明辅助模块8刚性连接在第一立式转接板91上，位于被测元件位姿识别模块7-3下方；

更进一步地，所述照明辅助模块包括光源与可调的光源电源，所述光源上固定有光强度传感器，所述光强度传感器将检测到的环境光照强度传输至可调的光源电源。

本发明还提供一种双面多点位石英晶片金属镀层电阻高速测量方法，包括：

S1、在测量系统开始工作时，先进行初始化；具体为：系统进行自检，自检完成后，XYZ-β运动平台回到各自初始位置，并将被测元件放置到载片台上；

S2、将被测元件调整至被测元件位姿识别工位，根据获取的位姿矫正信息对被测元件进行位姿矫正；具体为：信号分析处理模块发出指令，XYZ-β运动控制模块控制X位移平台带动被测元件移动到被测元件位姿识别工位，被测元件位姿识别模块对被测元件进行图像获取，并将图像信息传输到信号分析处理模块，信号分析处理模块进行图像处理得到被测元件的位姿信息，并计算矫正信息，然后将矫正信息传输到XYZ-β运动控制模块，从而控制X位移平台、Y位移平台、β旋转平台矫正被测元件的位姿状态；

S3、信号分析处理模块发出指令，XYZ-β运动控制模块控制X位移平台带动被测元件移动到电阻测量工位，再驱动下探针卡Z向进给机构、上探针卡Z向进给机构分别向上和向下运动，带动下探针卡、上探针卡逐渐接触被测元件，并通过微小力传感器的测量值，配合下探针卡位姿检测模块、上探针卡位姿检测模块的监测信息，控制的测量力，使探针与电极的接触达到最佳状态；

S4、信号分析处理模块发出指令控制多通路自切换开关模块依次选通各个测量回路，信号分析处理模块发出指令控制电阻测量模块测量对应电阻。

进一步地，步骤S1所述XYZ-β运动平台回到各自初始位置，具体为：X位移平台回到最右端的上片工位，Y位移平台回到其零点，β旋转平台的零刻度线和X位移平台的轴线在同一平面，下探针卡Z向进给机构回到最低位置，上探针卡Z向进给机构回到最高位置。

进一步地，步骤S2还包括：在照明辅助模块同轴光源的照明下，被测元件位姿识别模块对被测元件进行图像获取。

本发明的有益效果：本发明具备以下优点：

(1)：相比于现有探针台电阻测量仪只能测量上表面“点位对”的电阻，本发明单次可完成金属镀层上表面、下表面、上下表面“点位对”电阻的快速测量；

(2)：相比于现有探针台电阻测量仪只能测量同一表面单组“点位对”的电阻，本发明实现了金属镀层上下表面多组“点位对”的同时快速测量；

(3)：相比于现有探针台电阻测量仪依靠人工手动对准，或者单组“待测点位对”对准，对于多组点位对且点位分布在石英晶片正反面的时候，测量速度极慢；本发明基于机器视觉方法的被测元件空间位姿检测及“探针-待测点位”自动对准，可以提高测量速度；

(4)：相比于有探针台电阻测量仪采用手动调节下针方式，测量力不可控，重复性低；本发明探针与被测元件表面金属镀层柔性接触，且闭环反馈保证了超低测量力且测量力可控，实现测量力低且恒定的方式，金属镀层不容易损坏，实现测量力低且恒定；

(5)：相比于现有探针台依靠手动下针方式测量，无预紧功能设计，难以保证实际测量点位是待测目标点位；本发明采用特殊结构的载片台和压紧盖对被测元件进行预紧工作，从而在电阻测量时保证测量点位准确性及测量结果可靠性；

(6)：相比于现有探针台探针种类单一，测量时接触电阻影响大，测量结果不可靠；本发明系统的探针卡依据不同的金属镀层材料选取的对应合适材料作为探针制备原料，如测量金镀层时采用铍铜探针，可以减小接触电阻，同时保证金属镀层不被过度划伤。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种双面多点位金属镀层电阻高速测量系统；

图2为本发明实施例提供的石英摆片；

图3为本发明实施例提供的石英摆片载片结构示意图；

图4为本发明实施例提供的上下探针卡点位示意图；

其中，图4(a)为上探针卡点位图，图4(b)为下探针卡点位图；

图5为本发明实施例提供的同轴光照明结构示意图；

附图标记：1为基座，2-1为X位移平台，2-2为Y位移平台，3-1为下探针卡Z向进给机构，2-3为β旋转平台，3-1为下探针卡Z向进给机构，3-2为上探针卡Z向进给机构，4为载片台，5为被测元件；6-1为下探针卡，6-2为上探针卡，7-1为下探针卡位姿检测模块，7-2为上探针卡位姿检测模块，7-3为被测元件位姿识别模块，8为照明辅助模块，91为第一立式转接板，9-2为第二立式转接板，10为信号分析处理模块，11为电阻测量模块，12为多通路自切换开关模块，13为XYZ-β运动控制模块。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图1至5对本发明内容进一步阐释。

如图1所示，本发明的一种双面多点位金属镀层电阻高速测量系统，主要包括信号分析处理模块10、电阻测量模块11、多通路自切换开关模块12、XYZ-β运动控制模块13、探针台几个部分，测量时利用探针台驱动针卡接触被测元器件金属镀层，并将针卡测试信号经由多通路自切换开关模块12输入到电阻测量模块11，再由电阻测量模块11输入到信号分析处理模块10，进行数据的处理与保存。

所述的探针台模块作为系统的关键部分，如图1所示，包括：基座1，以及在基座1上刚性连接第一立式转接板9 -1、第二立式转接板9-2、XYZ-β运动平台。所述XYZ-β位移平台与XYZ-β运动控制模块相连，XYZ-β位移平台上设有用于装载被测元件5载片台4，被测元件位姿识别模块7-3与第一立式转接板9-1刚性连接，还包括：位于载片台4下方的下探针卡6-1、位于载片台4上方的上探针卡6-2、下探针卡位姿检测模块7-1以及上探针卡位姿检测模块7-2；所述下探针卡位姿检测模块7-1、上探针卡位姿检测模块7-2以及被测元件位姿识别模块7-3分别与信号分析模块相连。

所述的基座1表面平整度好，机械强度高，用于承载探针台。

以下给出一种探针台的具体实现方式：

XYZ-β运动平台包括：X位移平台2-1、Y位移平台2-2、β旋转平台2-3、下探针卡Z向进给机构3-1、上探针卡Z向进给机构3-2；在XOY平面上，X位移平台2-1与基座1刚性连接，且X位移平台2-1设于第一立式转接板9-1、第二立式转接板9-2之间，所述的X位移平台2-1上垂直连接有Y位移平台2-2，所述的β旋转平台2-3的轴线垂直于XOY平面，并连接在Y位移平台2-2上方。

在所述的β旋转平台2-3上刚性连接有可以装载被测元件5的载片台4。XY-β平台组成了被测元件的位姿矫正部分，所述的XY-β平台和β旋转平台2-3为精密位移和精密旋转平台，所述的XY-β平台能够精确控制并调整被测元件在X、Y两个方向作直线运动，在β方向作旋转运动，位姿矫正旨在为上下探针卡的精准接触提供必要条件。

此外，X位移平台2-1的另一个作用是移动载片台及被测元件到不同的检测工位，如上片工位、位姿识别工位、电阻测量工位等。

第二立式转接板9-2上设有下探针卡Z向进给机构3-1、上探针卡Z向进给机构3-2；所述下探针卡6-1通过第二立式转接板9-2柔性连接到下探针卡Z向进给机构3-1，所述上探针卡6-2通过第二立式转接板9-2柔性连接到上探针卡Z向进给机构3-2。

所述的载片台4是一种根据被测元件几何形状设计制作的装夹结构，用于承载被测元件5，设计时避免接触被测元件表面有金属镀层测部分，选取无镀层部分的数个合理位置作为载片台的支撑位置，此外，设计时应充分保留下探针卡6-1的接触空间，即在保证承载的情况下尽可能留出镂空空间。同时，为保证测量准确性，需要对被测元件施加一定的预紧力，为此设计配合载片台使用的压紧盖结构，所述压紧盖采用但不仅限于重力、螺纹、磁力、卡扣等方式作为预紧方式，同样载片台4还为上探针卡6-2保留足够的镂空部分作为接触空间。

下探针卡6-1、上探针卡6-2是一种被测元件与周边测试仪器和软件之间的接口设备，用于接触所述的被测元件5的上下表面的金属镀层并引出测试信号。所述的探针卡的特征为：在基板上焊接或固定合适材料的探针，基板中间为镂空结构；所述的探针尖端为球头状，针尖直径小，漏电性能好，接触阻抗小。所述探针卡与针进给机构连接处上有微小力测量传感器，可以测量探针卡与被测元件的接触力，并反馈到针进给机构，实现探针卡上的探针与被测元件表面金属镀层的柔性接触。本发明所述的微小力测量传感器可以采用如FIBS公司的柱式传感器FA406，其最小测量值可以达到0.02N。

本发明的下探针卡6-1、上探针卡6-2结构能对上表面、下表面金属镀层的单面“点位对”电阻进行测量，也能对连通上下表面的金属镀层“点位对”电阻进行测量，相对于传统测量方式只能进行单面“点位对”电阻测量而言，优势明显。

本发明的下探针卡6-1、上探针卡6-2能够同时接触所有待测金属镀层电阻“点位对”，配合所述的多通路自切换开关模块12的测量通路选择特性，达到电阻测量模块11的分时复用目的，进而实现金属镀层双面多组“点位对”电阻的连续快速测量，相对于传统测量方式每次只能测量金属镀层单组“点位对”电阻，测量效率得到了提升。

本发明的下探针卡6-1、上探针卡6-2上的探针间距足够小，在每个测试点位都有两根探针，以保证四探针测量法，相对于传统双探针测量方式，基本消除导线电阻和接触电阻，保证测量结果确为金属镀层的电阻值。

本发明的下探针卡Z向进给机构3-1、上探针卡Z向进给机构3-2是一种微位移平台，结合探针卡和针进给机构的柔性连接方式及微小力测量传感器，保证探针接触金属镀层时的超低测量力及测量力可控，相对于传统手动下针测量方式，不易损伤金属镀层。

下探针卡位姿检测模块7-1和上探针卡位姿监测模块7-2是一种自动对焦的成像设备，分别用于实时监测下探针卡6-1、上探针卡6-2的探针位姿，特别用于监测针进给机构驱动探针卡与被测元件表面金属镀层接触时的接触状态。其特征是：所述的自动对焦成像设别主要包括自动对焦成像镜头和图像传感器阵列，所述的图像传感器通常为CMOS和CCD器件的一种，所述的自动对焦成像设备分别处于探针卡的下方和上方，并同探针卡一样用转接板连接到了针进给机构上，设备的输出信号端接入信号分析模块10中可将探针卡的准确姿态图像信息传输给信号分析处理模块10，实现在位操作的可视化。

本实施例中的被测元件位姿识别模块7-3是一种高分辨率成像设备，刚性连接在第一立式转接板9-1上，用于获取被测元件5的位姿状态，所述的高分辨率成像设备主要包括成像镜头和高分辨率图像传感器阵列，所述的图像传感器通常为CMOS或CCD器件中的一种，所述的高分辨率成像设备对准被测元件5的位姿检测工位，被测元件5的位姿识别工位处于高分辨率成像设备的下方。被测元件位姿识别模块7-3的输出信号端接入信号分析处理模块10中，可将被测元件5在位姿监测工位的准确图像信息传输给信号分析处理模块10，经由信号分析处理模块10处理后得到的信息用于指导被测元件位姿矫正模块工作，即作为XY-β平台运动的参考依据。

本发明的被测元件位姿识别模块73，配合信号分析处理模块10，能够获取被测元件的图像信息并计算得到位姿信息及矫正信息，经由XY-β位姿矫正部分进行精确矫正，实现待测“点位对”与探针的精确匹配，相对于传统手动对准方式，保证了测量结果的可靠性。

照明辅助模块8是一种照明设备，刚性连接在第一立式转接板9-1上，空间位置处于被测元件位姿监测模块7-3的下方，用于被测元件位姿监测模块7-3获取被测元件5的位姿图像时的照明辅助，所述的照明辅助设备主要包括光源及可调的光源电源，光源包括但不限于同轴光源、环形光源等。光源上固定有光强度传感器，可以检测不同环境的光照强度信息并传输至可调的光源电源，保证照明条件的稳定性。

所述的XYZ-β运动控制模块13是一种控制设备，用于控制XYZ-β运动平台，其信号输入端连接信号分析处理模块10，将XYZ-β运动平台的运动信息传回信号分析处理模块10；其信号输出端连接XYZ-β运动平台，并将信号分析处理模块10的运动控制信息传达给XYZ-β运动平台，实现其精准运动。

电阻测量模块11是一种用于测量被测元件的金属镀层电阻的四线电阻测量模块，具备四线电阻测量能力，四线电阻测量法是一种电阻抗测量技术，使用独立的负载恒流源回路为被测电阻提供恒定电流，并使用独立的电压检测回路检测被测电阻两端电压，使用欧姆定理得到准确的电阻值，在薄层电阻测量中四线电阻测量法有很好的优势，可以在很大程度上消除导线电阻和接触电阻。所述的电阻测量模块11能和所述的信号分析处理模块10通讯，接受信号分析处理模块10的控制，并能将测量结果传回信号分析处理模块10。

多通路自切换开关模块12是一种可以接收指令并按照指令控制不同通路通断的设备，主要由核心控制器件(包括但不限于单片机、FPGA、逻辑门阵列等)和通断开关(包括但不限于机械继电器、光耦继电器、photomos继电器、模拟开关等)组成，核心控制器件可以和所述的信号分析处理模块10通讯，并按照所述的信号分析处理模块10的命令控制通断开关的通断。所述的多通路自切换开关模块12的通断开关和所述的电阻测量模块11通过测试线连接，所述的多通路自切换开关模块12的核心控制器件能和所述的信号分析处理模块10通讯，多通路自切换开关模块12根据信号分析处理模块10的命令选择不同的测试点位连接到电阻测量模块11，实现电阻测量模块11的分时复用，完成多电阻的测量。

信号分析处理模块10是一种具有数字信号分析处理的计算机系统，用来控制电阻测量模块11、多通路自切换开关模块12、XYZ-β运动控制模块13，同时用于接收下探针卡位姿检测模块7-1、上探针卡位姿检测模块7-2、被测元件位姿识别模块7-3的图像信息。具体的：信号分析处理模块10分别与电阻测量模块11、多通路自切换开关模块12、XYZ-β运动控制模块13、下探针卡位姿检测模块7-1、上探针卡位姿检测模块7-2、被测元件位姿识别模块7-3的数据通讯端口连接。所述的被测元件位姿识别模块7-3将被测元件的位姿信息传输给信号分析处理模块10，信号分析处理模块10处理图像信息后得到被测元件的矫正信息，并将矫正信息传输给XYZ-β运动控制模块13，控制位姿矫正部分(XY-β平台组成了被测元件的位姿矫正部分)矫正位姿；所述的下探针卡位姿检测模块7-1、上探针卡位姿检测模块7-2将被探针卡的位姿信息传输给信号分析处理模块10，信号分析处理模块10根据图像信息辅助判断探针接触状况；所述的多通路自切换开关模块12由信号分析处理模块10控制实现测量通路的高速稳定切换；所述的电阻测量模块11由信号分析处理模块10控制实现电阻的高速测量。

如图2所示，以石英摆片作为上述的被测元件来对本发明的内容进行说明。石英摆片是石英挠性加速度计的核心器件，石英挠性加速度计采用挠性支撑技术，广泛应用于航空、航天、舰船以及武器系统等国防军工领域，主要是包括惯性导航和制导系统、倾斜测量与平衡系统、过载开关等。石英摆片作为石英挠性加速度计的核心器件，其加工过程涉及双面磨抛、激光切割、化学腐蚀、真空蒸镀等多种复杂工艺。石英摆片的金属镀层是与其性能息息相关，在工艺过程中，真空蒸镀形成的金属镀层称作电极，石英摆片电极之间的电阻精度作为其最重要的参数之一，可以表征石英摆片真空蒸镀的质量。

目前，石英摆片电极之间的电阻测试大多采用探针台结合人工手动双探针测试的传统方式，在石英摆片正反表面的金属电阻区对24个测试点进行测量。测试效率低下，测试时间长，对测试人员的技能和熟练程度要求高，同时，在测量小电阻时测试不可靠，精度低。

针对上述情况及问题，本发明提出一种双面多点位石英晶片金属镀层电阻高速测量方法，并基于测试方法设计完成了石英摆片电阻自动化测试仪，可以一次性测量多个电阻，测试电阻阻值覆盖范围大，精度高。

石英摆片是一种整体形状为圆柱形，且表面存在非均匀分布电极的特殊物体，且其挠性梁处极其脆弱，在测量其电极电阻的过程中，为了保证石英摆片在测试过程中的稳定，需要将摆片置于载片台上固定，并配合压紧装置使其在测试过程中不会晃动。因此，针对摆片表面电极与石英的具体分布及结构设计了如图3所示的特殊载片台结构，压紧盖设计为才有重力的预紧方式。

石英摆片表面电极分布不均匀，需要设计特殊的探针卡，石英摆片的待测点位共有24个，每个点为需要两根探针，共需48根探针，采用的测试探针卡为刀片式探针卡，每个针卡各24根探针，针的材质为铍铜，针径为300μm，针尖为球头状，针尖径为300μm，漏电性性能小于1NA/5V，接触阻抗小于0.5Ω。针卡点位示意图如图4，图4(a)为下探针卡6-1的点位图，图4(b)为上探针卡6-2的点位图。采用过本发明的系统测量石英摆片正反共24组待测点位对时，本发明系统只需要1分钟，使用现有商用探针台电阻测量仪需要30分钟，显然本发明系统的测量效率显著提高。

石英摆片表面电极反光严重，需要采用特殊的照明辅助方式，在此实施例中选择同轴光源作为照明辅助模块8，同轴光源提供了比传统光源更均匀的照明，可以提高机器视觉的识别性能，其照明结构示意如图5所示。

本发明的系统的测量过程如下：

S1、测量系统开始工作时，先初始化各个部分，系统进行自检，自检完成后，XYZ-β运动平台回到各自初始位置，即：X位移平台2-1回到最右端的上片工位，Y位移平台2-2回到其零点，β旋转平台2-3的零刻度线和X位移平台2-1的轴线在同一平面，下探针卡Z向进给机构3-1回到最低位置，上探针卡Z向进给机构3-2回到最高位置，并将被测元件5即石英摆片放置到载片台4上。

本步骤中通过系统自检检测各个硬件模块是否正常，以及各个模块之间的通讯连接是否正常。

S2、信号分析处理模块10发出指令，XYZ-β运动控制模块13控制X位移平台2-1带动石英摆片移动到被测元件位姿识别工位，在照明辅助模块8同轴光源的照明下，被测元件位姿识别模块7-3对石英摆片进行图像获取，并将图像信息传输到信号分析处理模块10，经图像处理的方式得到石英摆片的位姿信息，并计算得到矫正信息，然后将矫正信息传输到XYZ-β运动控制模块13，控制X位移平台2-1、Y位移平台2-2、β旋转平台2-3矫正石英摆片的位姿状态。

S3、信号分析处理模块10发出指令，XYZ-β运动控制模块13控制X位移平台2-1带动石英摆片移动到电阻测量工位，再驱动下探针卡Z向进给机构3-1、上探针卡Z向进给机构3-2分别向上和向下运动，带动下探针卡6-1、上探针卡6-2逐渐接触石英摆片，其运动的方式为：在下探针卡6-1、上探针卡6-2距离石英摆片较大时快速运动，在接近石英摆片时低速运动，在接触石英摆片表面电极后，根据微小力传感器的测量值，配合下探针卡位姿检测模块7-1、上探针卡位姿检测模块7-2的监测信息，控制测量力，使探针与电极的接触达到最佳状态。

以本实施例中的石英摆片为例，探针距离载片台大于1mm为较大距离，在此距离范围以10mm/s速度运动；以针卡探针距离载片台1mm-0.1mm为小距离，在此距离以0.5mm/s速度运动；在0.1mm以内为较小距离，在此距离以10μm/s速度运动，在微小测量力传感器检测到压力值后，以1μm/s速度运动，直至达到最佳测量力时停止运动。速度的确定由XYZ-β运动控制模块完成，即XYZ-β运动控制模块可以控制针卡进给机构的移动速度。

本发明中第一立式转接板9 -1、第二立式转接板9-2以及XYZ-β运动平台是精准固定的，结合探针尺寸以及Z向进给机构的运动数据，信号分析处理模块10可以计算得到当前探针与载片台的距离。

本步骤中所述的测量力来自微小力传感器，即由微小测量力传感器实时测得的接触力并反馈到信号分析处理模块，然后通过针卡进给机构控制测量力大小。

针对不同种类的金属镀层，及不同厚度的金属镀层，以及被测元件的具体形状，最佳测量力是不同的，比如本实施例中的石英摆片，探针与电极的接触达到最佳状态，需要控制测量力在0.2N左右。

S4、信号分析处理模块10发出指令控制多通路自切换开关模块12选通第一个测量回路，信号分析处理模块10发出指令控制电阻测量模块11测量第一个电阻，第一个电阻测量完成后，信号分析处理模块10发出指令控制多通路自切换开关模块12选通第二个测量回路，信号分析处理模块10发出指令控制电阻测量模块11测量第二个电阻，依次完成所有待测电阻的测量。测测量结束后，信号分析处理模块10可以测量数据并导出报表。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种双面多点位金属镀层电阻高速测量系统，其特征在于，包括：信号分析处理模块、电阻测量模块、多通路自切换开关模块、XYZ-β运动控制模块、探针台；所述探针台分别与信号分析处理模块、多通路自切换开关模块、XYZ-β运动控制模块相连；所述电阻测量模块分别与信号分析处理模块、多通路自切换开关模块相连，所述信号分析处理模块还分别与多通路自切换开关模块、XYZ-β运动控制模块相连；多通路自切换开关模块在信号分析处理模块的控制下选择不同的测试点位连接到电阻测量模块；单次可完成金属镀层上表面、下表面、上下表面“点位对”电阻的快速测量；实现了金属镀层上下表面多组“点位对”的同时快速测量；

所述探针台包括：基座（1），设于基座1上的XYZ-β位移平台、第一立式转接板（9-1）以及第二立式转接板（9-2），所述XYZ-β位移平台设于第一立式转接板（9-1）、第二立式转接板（9-2）之间；所述XYZ-β位移平台与XYZ-β运动控制模块相连，XYZ-β位移平台上设有用于装载被测元件（5）载片台（4），被测元件位姿识别模块（7-3）与第一立式转接板（9-1）刚性连接，还包括：位于载片台（4）下方的下探针卡（6-1）、位于载片台（4）上方的上探针卡（6-2）、下探针卡位姿检测模块（7-1）以及上探针卡位姿检测模块（7-2）；所述下探针卡位姿检测模块（7-1）、上探针卡位姿检测模块（7-2）以及被测元件位姿识别模块（7-3）分别与信号分析模块相连；

所述下探针卡（6-1）能够同时接触被测元件下表面金属镀层电阻的所有“点位对”，所述上探针卡（6-2）能够同时接触被测元件上表面金属镀层电阻的所有“点位对”；

所述电阻测量模块为四线电阻测量模块；电阻测量模块具体为：使用独立的负载恒流源回路为被测电阻提供恒定电流，并使用独立的电压检测回路检测被测电阻两端电压，使用欧姆定理得到准确的电阻值；

所述下探针卡（6-1）、上探针卡（6-2）在每个“点位对”设有两根探针。

2.根据权利要求1所述的一种双面多点位金属镀层电阻高速测量系统，其特征在于，所述XYZ-β位移平台，包括：X位移平台（2-1）、Y位移平台（2-2）、下探针卡Z向进给机构（3-1）、上探针卡Z向进给机构（3-2）以及β旋转平台（2-3）；Y位移平台（2-2）与X位移平台（2-1）垂直，下探针卡Z向进给机构（3-1）、上探针卡Z向进给机构（3-2）的进给方向与XOY平面垂直，β旋转平台（2-3）与XOY平面垂直；β旋转平台（2-3）上设有用于装载被测元件（5）载片台（4）；所述第二立式转接板（9-2）上设有下探针卡Z向进给机构（3-1）、上探针卡Z向进给机构（3-2）；所述下探针卡（6-1）通过下探针卡Z向进给机构（3-1）柔性连接到第二立式转接板（9-2），所述上探针卡（6-2）通过上探针卡Z向进给机构（3-2）柔性连接到第二立式转接板（9-2）。

3.根据权利要求1或2所述的一种双面多点位金属镀层电阻高速测量系统，其特征在于，所述下探针卡（6-1）与下探针卡Z向进给机构（3-1）连接处有微小力测量传感器，用于测量下探针卡（6-1）与被测元件的接触力，并反馈至下探针卡Z向进给机构（3-1）；所述上探针卡（6-2）与上探针卡Z向进给机构（3-2）连接处有微小力测量传感器，用于测量上探针卡（6-2）与被测元件的接触力，并反馈至上探针卡Z向进给机构（3-2），使下探针卡（6-1）、上探针卡（6-2）上的探针与被测元件表面金属镀层柔性接触。

4.根据权利要求1或2所述的一种双面多点位金属镀层电阻高速测量系统，其特征在于，所述载片台还包括压紧盖，对置于载片台上的被测元件施加预紧力。

5.根据权利要求1或2所述的一种双面多点位金属镀层电阻高速测量系统，其特征在于，所述下探针卡（6-1）、上探针卡（6-2）上的探针尖端为球状。

6.一种双面多点位石英晶片金属镀层电阻高速测量方法，其特征在于，包括：

S1、在测量系统开始工作时，先进行初始化；具体为：系统进行自检，自检完成后，XYZ-β运动平台回到各自初始位置，并将被测元件放置到载片台上；

S2、将被测元件调整至被测元件位姿识别工位，根据获取的位姿矫正信息对被测元件进行位姿矫正；具体为：信号分析处理模块发出指令，XYZ-β运动控制模块控制X位移平台带动被测元件移动到被测元件位姿识别工位，被测元件位姿识别模块对被测元件进行图像获取，并将图像信息传输到信号分析处理模块，信号分析处理模块进行图像处理得到被测元件的位姿信息，并计算矫正信息，然后将矫正信息传输到XYZ-β运动控制模块，从而控制X位移平台、Y位移平台、β旋转平台矫正被测元件的位姿状态；

S3、信号分析处理模块发出指令，XYZ-β运动控制模块控制X位移平台带动被测元件移动到电阻测量工位，再驱动下探针卡Z向进给机构、上探针卡Z向进给机构分别向上和向下运动，带动下探针卡、上探针卡逐渐接触被测元件，并通过微小力传感器的测量值，配合下探针卡位姿检测模块、上探针卡位姿检测模块的监测信息，控制测量力，使探针与电极的接触达到最佳状态；

S4、信号分析处理模块发出指令控制多通路自切换开关模块依次选通各个测量回路，信号分析处理模块发出指令控制电阻测量模块测量对应电阻。

7.根据权利要求6所述的一种双面多点位石英晶片金属镀层电阻高速测量方法，其特征在于，步骤S1所述XYZ-β运动平台回到各自初始位置，具体为：X位移平台回到最右端的上片工位，Y位移平台回到其零点，β旋转平台的零刻度线和X位移平台的轴线在同一平面，下探针卡Z向进给机构回到最低位置，上探针卡Z向进给机构回到最高位置。