CN111742231A - 用于自动组装探头的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于自动组装用于测试集成在半导体晶片上的电子器件的探头的设备(1)，包括支撑件(6)和至少一个保持装置(7a，7b)。所述支撑件适于支撑至少两个平行的导引件(2)，所述导引件具有多个相应的导引孔(3)，所述保持装置适于保持待容纳在导引件(2)的导引孔(3)中的接触式探针(4)。适当地，支撑件(6)是适于根据在第一位置和第二位置之间预设的轨迹移动的可移动支撑件，在所述第一位置，所述接触式探针(4)由所述保持装置(7a，7b)保持在所述导引孔(3)外部的预定位置，在所述第二位置，保持在所述预定位置的所述接触式探针(4)被容纳在一组基本上彼此同心的导引孔(3)中。

Description

用于自动组装探头的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于自动组装用于测试集成在半导体晶片上的电子器件的探头的设备和相应的方法，并且以下参考该应用领域进行描述，其唯一目的是简化表示。

背景技术

众所周知，探头是一种电子器件，适于将微结构(例如集成器件)的多个接触垫与执行其功能测试、尤其是电气测试或一般地测试的测试设备的相应通道电连接。

在集成器件上执行的测试在制造阶段就对检测和隔离有缺陷的器件特别有用。因此，通常在切割并组装到封装体中之前，将探头用于对集成在晶圆上的器件进行电气测试。

通常，探头包括多个可移动接触式元件或接触式探针，这些接触式元件或接触式探针由至少一对基本上为板形并且彼此平行的导引件或支撑件保持。所述导引件配备有合适的导引孔，并且彼此间隔一定距离布置，从而为可滑动地容纳在所述导引孔中的接触式探针的运动和可能的变形留下自由空间或气隙。所述一对导引件尤其包括均设有接触式探针在其中轴向滑动的导引孔的上导引件和下导引件，所述接触式探针通常由具有良好电气性能和机械性能的特殊合金的线材形成。

探头在器件本身上的按压确保了探头的接触式探针与被测器件的接触垫之间的良好连接，在所述按压接触期间，接触式探针在导引件之间的气隙内弯曲并在相关导引孔内滑动。这种探头通常被称为“竖直探头”。

根据一种已知的方法，上述类型的探头可以通过自动设备组装，该自动设备将接触式探针放置在导引件的相应导引孔中，导引件被固定在适当的支撑件上，支撑件也被固定。具体地，可移动的保持装置尽可能地竖直地保持接触式探针，并且根据特定的预设顺序将它们插入到导引件的导引孔中。

这种解决方案的缺点在于，探头的组装与接触式探针的形状以及探头自身的导引件的导引孔的相对对准有很大的关系，这些特征是不可控的并且限制了组装的有效性。在某些情况下，当探针的轮廓特别不规则和/或导引件的相关导引孔错位严重时，组装可能不会成功(即探针无法被设法插入到导引孔中)，并且可能甚至导致探针的断裂，在任何情况下都导致制造过程的不利中断。

在1998年11月24日以加拉格尔(Gallagher)(Star Technology Group，Inc.)的名义发布的第US5,841,292号美国专利中描述了一种用于将测试钉装入文本固定装置的设备。

在实践中，自动组装方法存在如此频繁出现的问题，因而通过专业操作员进行手动组装仍然是更可取的，操作员也可以借助于相机和照明系统的帮助。显然，所述手动组装具有与专业操作员的技能有关的时间和成本，并且不允许高生产规模或应付高峰需求，培训专业操作员所需的时间通常长于需要这种专业操作员的生产的高峰时间。

本发明的技术问题是提供一种用于组装探头的设备和相应的方法，以允许克服目前仍然影响已知解决方案的局限性和缺点，尤其是能够有效且迅速地自动组装探头的解决方案，而不受接触式探针的外形和必须容纳所述接触式探针的导引孔的相对对准的限制，从而使得组装过程的控制得到改进。

发明内容

作为本发明基础的解决方案思想是实现一种用于自动组装探头的设备，其中，通过合适的保持装置将接触式探针保持在预定位置，不是朝着待组装的探头的导引件的导引孔移动所述保持装置(因此，不移动接触式探针)，而是移动在其上布置了所述导引件的支撑件，所述支撑件具有多个运动自由度并且能够遵循根据接触式探针的轮廓计算出的合适的轨迹，以将所述导引件装配到通过保持装置保持在预定位置的所述探针上。

基于所述解决方案思想，上述技术问题通过一种用于自动组装用于测试电子器件的探针的设备来解决，所述设备包括支撑件以及至少一个保持装置，支撑件适于支撑至少两个平行且彼此叠置的导引件，导引件具有多个相应的导引孔，保持装置适于保持待容纳在所述导引件的所述导引孔中的接触式探针，所述设备的特征在于，支撑件是适于根据预设轨迹在第一位置和第二位置之间移动的可移动支撑件，在第一位置中，接触式探针被至少一个保持装置保持在导引孔外侧的预定位置，在第二位置，导引孔被容纳在一组彼此基本同心并形成在所述至少两个导引件中的导引孔中。

更具体地说，本发明包括以下附加的和可选的特征，如果需要的话可以单独或组合地采用。

根据本发明的一个方面，该设备可以包括支撑件的致动器和连接到所述致动器的中央单元，中央单元根据接触式探针的轮廓来计算轨迹，所述中央单元适于将所述轮廓转换成被发送到支撑件的致动器的控制指令。

根据本发明的另一方面，该设备可以包括连接至中央单元的第一视觉系统，第一视觉系统捕获由至少一个保持装置保持在支撑件的预定位置的接触式探针的图像，根据由所述第一视觉系统获取的所述图像来计算接触式探针的轮廓。

根据本发明的另一方面，第一视觉系统可以包括布置在支撑件处的至少一对高分辨率相机，所述相机形成用于形成接触式探针的图像的立体视觉系统。

此外，支撑件可以是具有由致动器调节的六个运动自由度的六脚架。

根据本发明的另一方面，接触式探针的至少一个保持装置可以是机械臂的终端元件，能够在支撑件和适于容纳多个接触式探针的收纳元件之间移动。

尤其是，机械臂可包括具有第一保持装置的第一端部以及具有第二保持装置的第二端部，其中，第一或第二保持装置中的一个适于将接触式探针保持在支撑件的预定位置，而另一个保持装置适于同时从收纳元件拾取接触式探针。

本发明的设备可以还包括捕获容纳在收纳元件中的接触式探针的图像的第二视觉系统，中央单元适于基于所述第二视觉系统捕获的图像对所述收纳元件中的接触式探针的轮廓进行第一评估，以进行接触式探针的初步丢弃。

根据本发明的另一方面，至少一个保持装置可以包括从其主体延伸的至少一对端部执行器，以及至少一个第一力传感器，所述力传感器集成在所述主体中并且适于测量所述端部执行器对所述接触式探针的保持强度，所述设备包括适于调整所述端部执行器对所述接触式探针的保持强度的反馈系统。

仍然根据本发明的另一方面，至少一个保持装置可以包括至少一个第二力传感器，所述第二力传感器适于测量在支撑件运动期间由接触式探针施加在导引件上的力。

此外，该至少一个第二力传感器可以连接到中央单元并且适于向其发送关于接触式探针施加在导引件上的力的数据，中央单元适于处理所述数据，以生成作为接触式探针在导引件中位置的函数的关于所述力的信息，并且，如果所述力超过预定值，则能够校正支撑件的轨迹或能够中断并以相同轨迹重复所述支撑件的运动。

该设备最终可以包括至少一个另外的视觉系统，适于评估接触式探针从哪个导引孔露出。

本发明还涉及一种用于自动组装用于测试电子器件的探针的方法，所述方法至少包括以下步骤：

-将至少两个平行的导引件放置在支撑件上，所述导引件设置有多个相应的导引孔；

-叠置平行的导引件，使得相应的导引孔基本上彼此同心；以及

-通过至少一个保持装置保持待容纳在导引件的导引孔中的接触式探针，

所述方法的特征在于包括以下步骤：根据预设轨迹在第一位置和第二位置之间移动所述支撑件，在第一位置，接触式探针由至少一个保持装置保持在导引孔外侧的预定位置，在第二位置，保持在所述预定位置的接触式探针被容纳在基本上彼此同心的一组导引孔中。

根据本发明的一个方面，在移动步骤之前可以至少执行以下步骤：

-通过第一视觉系统捕获接触式探针的图像；

-将所述图像发送到中央单元，并从自所述图像获得的投影获得接触式探针的轮廓；

-将接触式探针的轮廓转换成支撑件的致动器的控制指令；以及

-将所述控制指令从中央单元传输到支撑件的致动器，使得支撑件可以根据所述轨迹移动。

根据本发明的另一方面，在将轮廓转换成控制指令的步骤之前，可以进行将接触式探针的所述轮廓与所述接触式探针的标称轮廓进行比较的步骤，所述方法包括后续步骤：如果所获得的轮廓与所述特定接触式探针所期望的所述标称轮廓相距甚远，则丢弃所述接触式探针，所述比较步骤包括评估接触式探针的偏度和/或评估所述接触式探针的局部变形。

尤其是，可以通过以下步骤获得轮廓：

-沿着接触式探针的主体识别多个点；以及

-对所述点进行插值。

根据本发明的一个方面，该方法可以还包括以下步骤：

-计算导引件的导引孔的坐标；以及

-将所述坐标存储在中央单元中，

其中，坐标的计算是相对于导引件的点进行的，该点不会在导引件旋转的情况下变化，并且其中，控制指令同时考虑了接触式探针的轮廓和导引孔的坐标。

该方法可以还包括在支撑件和适于容纳多个接触式探针的收纳元件之间移动机械臂的步骤，其中机械臂包括第一端部和第二端部，第一端部包括第一保持装置，第二端部包括第二保持装置，第一或第二保持装置中的一个适于将接触式探针保持在支撑件上的预定位置，而另一个保持装置适于从收纳元件中拾取接触式探针，所述保持和拾取步骤同时在不同的接触式探针上发生，并且分别由第一保持装置和第二保持装置交替地在支撑件和收纳元件处执行。

该方法可以还包括通过第二视觉系统捕获容纳在容纳元件中的接触式探针的图像的步骤，该方法包括基于所述第二视觉系统的所述图像丢弃接触式探针的后续步骤。

该方法可以还包括以下步骤：通过集成在至少一个保持装置中的至少一个力传感器来检测在支撑件运动期间由接触式探针施加在所述导引件上的力。

也可以说，在计算接触式探针施加在导引件上的力的步骤之后，可以执行将关于所述力的数据发送到中央单元的步骤，以及处理所述数据以生成随接触式探针在导引件中的位置而变化的关于所述力的信息的步骤。

该方法还可以包括以下步骤：如果所述力超过预定值，则校正支撑件的轨迹；或者，如果所述力超过预定值，则中断并以相同的轨迹重复支撑件的运动的步骤。

最后，可以按预设顺序对导引件的每组同心导引孔重复该方法的步骤，每组孔中的孔遵循每次根据待容纳在其中的接触式探针的轮廓计算的特定轨迹。

根据以下通过非限制性示例给出的实施例描述并参照附图，根据本发明的设备和方法的特征和优点将显而易见。

附图说明

在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的用于自动组装探头的设备。

图2示意性地示出了接触式探针，其轮廓通过本发明的设备和方法获得；

图3示意性地示出了一对平行的导引件，其将接触式探针容纳在相应的导引孔中；以及

图4A和4B示意性地示出了根据本发明的接触式探针的保持装置。

具体实施方式

参考所述附图，尤其是图1的示例，在此描述了根据本发明的设备，其总体上用1示意性地指示，该设备包括用于根据将在下文中说明的方法自动组装探头的装置。

应该注意的是，这些图代表示意图并且未按比例绘制，而是为了强调本发明的重要特征而绘制。此外，在附图中，示意性地示出了不同的元件，因为它们的形状可以根据期望的应用而变化。还应当注意，在附图中，相同的附图标记指代形状或功能相同的元件。

待通过设备1组装的探头适于测试集成在半导体晶片上的电子器件，并且包括至少一对间隔有气隙的平行导引件2。导引件2设置有用于滑动地容纳多个接触式探针的相应的导引孔3。在本说明书中，接触式探针各自都用附图标记4表示。应该进一步强调的是，容纳单个接触式探针4的不同导引件的相应导引孔基本上彼此同心。尤其是，不同导引件的彼此同心的导引孔形成了多组同心导引孔中的单组同心导引孔，每组同心导引孔适于容纳不同的接触式探针。

在优选的示例中，探头包括两对平行的导引件2，即第一对上导引件和第二对下导引件，它们通过另外的气隙彼此分开。在这方面，要指出的是，在图1中仅示出了一对导引件2，但是如上所述，本发明不限于导引件2的预设数量，这些图仅为对本发明的非限制性的示例形式。

如图1所示，设备1更一般地包括支撑元件5，设备1的所有主要部件都布置在支撑元件5上。作为本发明的非限制性示例，支撑元件5可以是配备有防振系统(例如，气动压缩空气系统)的光学平台，以使本发明中公开的组装过程不受周围环境的可能振动干扰。

此外，设备1包括放置在支撑元件5上的支撑件6，待组装的探头的导引件2布置在所述支撑件6上，所述导引件2彼此叠置并且相应的导引孔被放置成同心，以形成用于组装各种接触式探针的多组同心导引孔。如将在下文中详细描述的，支撑件6是本发明的独特元件。

装置1还包括至少一个保持装置7a，适于将接触式探针4保持在支撑件6上的预定位置。为了简化说明，图1示出了仅一个接触式探针4和用于每个导引件2的仅一个导引孔3，显然这仅是示例性的。

有利地，根据本发明，接触式探针4通过保持装置7a被保持在预定位置，而支撑件6是可移动的支撑件，适于使布置在其上的导引件2朝向接触式探针4移动，以将导引件2装配到所述接触式探针4上。结果，根据本发明，不是将接触式探针4移动并插入待组装的探头的导引件2的导引孔3中，而是导引件2穿过支撑件6朝着接触式探针4移动，以将所述导引件2装配到所述接触式探针4上。换句话说，待组装的探头的导引件2通过支撑件6移动，使得所述导引件2的导引孔3到达待容纳在其中的接触式探针4。

因此，根据本发明，支撑件6是在第一位置(在此也称为“静止位置”)和第二位置(在此也称为“组装位置”)之间的可移动支撑件。在第一位置，接触式探针4由保持装置7a保持在导引孔3外侧的预定位置，在第二位置，仍通过保持装置7a保持在所述预定位置的接触式探针4被容纳在导引孔3中，具体地是容纳在彼此基本同心并在不同的导引件2中获得的一组导引孔3中。

该方案具有很大的优点，因为相对于接触式探针4的保持装置7a，支撑导引件2的支撑件6的运动具有更大的自由度，从而即使所述接触式探针4具有不规则的轮廓或者如果导引件2的导引孔3彼此之间无法完全对准，也可以有效地组装，这将在下文中阐明。众所周知，接触式探针的运动需要施加力，由于探针的尺寸非常小，这种力通常会导致其变形或甚至断裂，从而导致组件的整体损坏或组装好的探头无法正确操作。

举例来说，在本发明的优选实施例中，支撑件6是机器人六脚架，即，它是具有六个设有合适的致动器的可移动支撑元件或支腿6'的支撑件，因此所述六脚架具有六个运动自由度。这种支撑件6具有高精度和运动可重复性，其误差小于千分之一度(0.001°)。同样地，这样的支撑件6能够执行最小量的运动，仍然小于0.001°，从而允许对组装过程进行细微调整。

适当地，支撑件6根据在中央单元10中计算出的非常精确的轨迹移动，中央单元10被包括在设备1中并设有处理装置，例如PC或通常任何计算机化单元。中央单元10适当地连接至引起支撑件6运动的支撑件6的致动器。

具体地，根据必须被容纳在导引孔3中的接触式探针4的外形轮廓P来计算支撑件6移动的轨迹。中央单元10适于将所述轮廓P转换成被发送到支撑件6的致动器的控制指令CI，以允许支撑件6根据所述轨迹运动。换句话说，支撑件6的支撑元件6'、具体地是其致动器从中央单元10接收控制指令CI，以根据接触式探针4的轮廓P将适当的轨迹赋予所述支撑件6。这也可以进行具有不规则轮廓P的接触式探针4的组装过程，支撑件6的轨迹是根据所述轮廓P精确地计算的。

为了获得接触式探针4的轮廓P，设备1包括连接到中央单元10的第一视觉系统11'，该第一视觉系统11'又包括至少一对相机11a和11b，相机11a和11b适于从保持元件7a捕获保持在预定位置的接触式探针4的相应图像Img'a和Img'b。相机11a和11b连接到中央单元10并且向其发送捕获的图像Img'a和Img'b，使得中央单元10可以从所述图像Img'a和Img'b获得接触式探针4的轮廓P。

相机11a和11b是高分辨率相机，例如10兆像素或更高，并且布置在支撑件6处(尤其是，它们布置在其焦距处)，从而以最合适的方式接管保持在支撑件6处的接触式探针4，由此形成立体视觉系统。

尤其是，一旦已经通过相机11a和11b捕获了图像Img'a和Img'b，并且一旦已经在两个正交平面上从图像Img'a和Img'b获得了接触式探针4的投影，就通过沿着接触式探针4的主体4'识别多个点12获得了所述接触式探针4的轮廓P。因此点12的插值提供了探针的轮廓P，如图2示意性所示。

显然，对每个接触式探针4和每组同心导引孔重复上述步骤，因为在不同的组中，必须容纳具有不同轮廓P的不同接触式探针4。结果，支撑件6每次根据不同的轨迹移动，该轨迹考虑了不同的接触式探针4的轮廓P。

因此，在本发明中，适当地使得导引件2、尤其是其导引孔3随着支撑件6根据每次根据待容纳在其中的接触式探针4的轮廓P计算出的轨迹的运动而移动。这在图3中示意性地示出，其中示出了一对平行的导引件2，由于支撑件6的运动，所述一对平行的导引件2在相应的导引孔3中容纳接触式探针4。具体地，通过向支撑件6的致动器CI、即向支撑件6'发送控制指令，必须容纳由保持装置7a保持的接触式探针4的导引孔3的中心C被迫遵循预设轨迹，即被迫遵循接触式探针4的轮廓P。换句话说，在支撑件6运动期间，导引孔3的中心C的坐标与接触式探针4的轮廓P的坐标基本重合，如图3所示。

在这方面，要指出的是，相对于该组导引件2的不会随着其旋转而进一步变化的点，计算出导引孔3的坐标，因此该点是所述导引件3的旋转中心。然后，将所述坐标提供给中央单元10，以计算支撑件6的轨迹，这也将在下文中详述。换句话说，为了确保设备1的正确操作，相对于公共参考系计算所有导引孔3的中心C的坐标，该公共参考系的原点是导引件2的旋转中心。

名义上，坐标系的原点放置在支撑框架(图中未示出)的中心，该支撑框架又放置在支撑件6上，所述支撑框架在组装期间支撑导引件2。尤其是，根据导引件2在所述支撑框架上的布置不时地评估所述点。

现在参照图4A和4B，保持装置7a包括至少一对适于保持接触式探针4的端部执行器或夹持元件8，所述端部执行器8从主体9延伸，主体9优选由压电材料制成。以此方式，由于压电效应而变形的保持元件7a的主体9引起与其连接的端部执行器8的运动，因此所述端部执行器8能够拾取并保持接触式探针4。换句话说，保持装置7a基本上呈夹子的形状，其中，夹持元件布置在优选地由压电材料制成的主体上。

此外，端部执行器8被适当地成形以确保有效地保持具有杆状主体的接触式探针4，所述端部执行器8中的至少一个在其端部包括形成用于所述接触式探针4的壳体座的凹部8r。

然而，要指出的是，保持装置7a不限于上述类型，所述实施例仅是本发明范围的非限制性示例，因为可以形成任何其他合适的保持装置。

保持装置7a适于向通过其端部执行器8保持的接触式探针4施加足以将其保持在适当位置而不会引起其局部变形或断裂的力。保持装置7a可适当地包括集成在其中的第一力传感器，所述力传感器适于以例如约1mN的分辨率测量其端部执行器8保持接触式探针4的强度。因此，设备1包括反馈系统，该反馈系统在接收到由第一力传感器测量的强度值之后，适于调节端部执行器8对接触式探针4的保持强度。以此方式，可以避免用过大的力保持接触式探针4，从而避免损坏它们。此外，保持装置7a被形成为保持接触式探针4而基本上不对其施加任何振动。

现在仍然参照图1，保持装置7a是机械臂13的终端元件，终端元件能够在支撑件6和适于容纳多个接触式探针4的收纳元件14之间移动。

收纳元件14是支撑件，在该支撑件中例如通过凝胶保持多个接触式探针4，并且在该支撑件上布置所述探针以可以容易地拾取它们，本公开内容不进一步讨论所述收纳元件14，因为这是常规的收纳元件。

在本发明的优选实施例中，机械臂13包括第一端部13a和第二相对端部13b，第一端部13a又包括第一保持装置7a，第二相对端部13b又包括与第一保持装置7a相同的第二保持装置7b。

尤其是，第一或第二保持装置7a或7b中的一个适于将接触式探针4保持在支撑件6上的预定位置，而另一个保持装置7b或7a适于从收纳元件14拾取不同的接触式探针4。这样，一个接触式探针的组装与另一个不同的探针的拾取同时进行，并且一旦接触式探针的组装结束(即当支撑件6返回到静止位置后)，机械臂13移动(例如，绕其中心点旋转)，并且由于所述机械臂13的运动，保持元件7a和7b反转其位置，使得已经拾取的另一个不同的探针被带到支撑件6，另一个保持装置拾取新的接触式探针，随后加快了组装过程，尤其是消除了与拾取新探针相关的任何等待时间。

此外，根据本发明的实施例，设备1还包括捕获容纳在收纳元件14中的接触式探针4的图像Img”的第二视觉系统11”。第二视觉系统11”可以包括通常具有比第一视觉系统11'的两个相机11a和11b更低的分辨率的单个相机，因为其旨在检查接触式探针4的轮廓P，这低于所述第一视觉系统11'的精确度。

尤其是，在中央单元10处发送捕获的图像Img”之后，所述中央单元10基于所述图像Img”对收纳元件14中的接触式探针4的轮廓P进行首次评估。实际上有可能从所述图像Img”获得一些初步参数，从而可以初步评估接触式探针的轮廓，结果，在这一步中已经可以丢弃(因此不会拾取)其从图像Img”获得的参数在预定参数之外的接触式探针。换句话说，通过第二视觉系统11”，可以基于只能用一个相机评估的参数并因此基于单个二维图像来预先丢弃接触式探针。

实际上，第一视觉系统11”适于对接触式探针进行计量、定量检查(通过计算诸如偏度和/或局部变形之类的参数)，如将在下文中更详细地说明的，而第二视觉系统11”适于对接触式探针进行定性检查。

此外，该设备包括至少两个视觉系统(例如，两个其他相机)，在本公开中用附图标记11上和11下表示。视觉系统11上布置在支撑件6上方并执行整个设备1的总体控制，而视觉系统11下布置在支撑件6下方并适于检验接触式探针4的正确组装，例如适于检验在组装过程结束时接触式探针4从哪个导引孔3中露出。

此外，通过轴向或环形led类型的照明系统适当地照明本发明的设备。

此外，有利地，根据本发明，为了获得关于组装过程的完整信息，保持装置7a和7b包括至少一个第二力传感器，该第二力传感器适于测量接触式探针4在支撑件6运动期间经受的变形。

更具体地，集成在保持装置中的传感器适于测量由接触式探针4施加在待组装的探头的导引件2上的力。换句话说，通过测量在支撑件6运动期间由接触式探针4施加在端部执行器8上的力，可以测量由探针施加在导引件上的力，从而检验正确的组装。

适当地，第二力传感器连接到中央单元10，并且适于向中央单元10发送关于在组装期间并且因此在支撑件6运动期间由接触式探针4施加在导引件2上的力的数据Dat。在这种情况下，中央单元10能够处理接收到的数据Dat，从而生成随接触式探针4在所述导引件2中的位置(例如随接触式探针4的端部的位置)而变化的关于接触式探针4施加在导引件2上的力的信息。此外，可以基于所述信息在中央单元10中产生由接触式探针4施加的力随接触式探针4在导引件2中的位置变化的图表，所述图表被显示在连接到中央单元10(例如计算机屏幕)的合适的显示装置上，从而也使关于所述力的视觉信息可用。

如果测得的力超过预定值，则中央单元10适于校正发送到支撑件6的致动器的控制指令CI，并因此校正其轨迹，以使所述力的值在容许极限之内，从而获得最佳组装。

可替代地，如果测得的力超过预定值，则中央单元10适于阻止支撑件6的运动，并以相同的轨迹从头开始再次尝试预定次数的组装。

通常，所施加的力的值大约为10μN，第二力传感器的工作范围为40mN，分辨率至少为40μN。

举例来说，如果在组装期间接触式探针的端部抵靠在一个导引件上或插入了错误的导引孔中，则将检测到所述接触式探针施加的力的值过大，从而表明组装过程存在错误，可以通过重新校准支撑件6的轨迹来纠正该错误，所述错误不容易被前述的另外的视觉系统11下检测到。因此，第二力传感器在视觉系统11下之外允许精确地控制整个组装过程。

可以为设备1提供合适的移动装置，例如电动或液压马达，该移动装置与支撑件6相关联，尤其是与支撑件6的致动器相关联，并且与机械臂13相关联，并且还可能与一组相机相关联，从而在设备1的不同操作条件下更地定位设备1。

如前所述，本发明还涉及一种用于自动组装用于测试集成在半导体晶片上的电子器件的探头的方法。具体地，所述方法至少包括以下初步步骤：将至少两个平行的导引件2布置在支撑件6上，所述平行的导引件2设置有多个相应的导引孔3，并且通过至少一个保持装置7a保持待容纳在所述导引件2的相应导引孔3中的接触式探针4。适当地，所述导引件2彼此叠置并且相应导引孔3被放置成同心并形成多组同心导引孔，特定的接触式探针4被容纳在每组同心导引孔中。

有利地，根据本发明，支撑件6是可移动的支撑件，并且该方法包括以下步骤：基于预设的轨迹在第一位置(也称为“静止位置”)和第二位置(也称为“组装位置”)之间移动所述支撑件6，在第一位置，接触式探针4被保持装置7a保持在导引孔3外侧的预定位置，在第二位置，仍牢固地保持在所述预定位置的接触式探针4容纳在彼此基本同心的导引孔中(即容纳在一组同心导引孔中)。在所述步骤的最后，支撑件6因此返回到第一位置，并且准备好重新移动，以将新的接触式探针4容纳在导引件2的导引孔3中。

可根据待容纳在彼此同心的导引孔3中的接触式探针4的轮廓P来计算轨迹，支撑件6根据该轨迹移动。

为此，在上述移动支撑件6的步骤之前是通过第一视觉系统11'捕获被保持装置7a保持在支撑件6的预定位置的接触式探针4的图像Img'a和Img'b的步骤。

在本发明的优选实施例中，第一视觉系统11”包括至少两个构成立体视觉系统的相机11a和11b。这样，可以以非常精确的方式获得接触式探针4的轮廓P。

因此，在捕获图像Img'a和Img'b的步骤之后是将所述图像Img'a和Img'b发送到中央单元10的步骤，在中央单元10中，如上所述从所述图像获得了接触式探针4的轮廓P。

中央单元10因此适于将如此获得的接触式探针4的轮廓P转换成所述支撑件6的致动器、尤其是其支撑元件6'的控制指令CI，转换轮廓P的所述步骤之后是将所述控制指令CI从中央单元10传输到所述致动器的步骤，使得所述支撑件6可以根据合适的轨迹移动。

保持装置7a是由中央单元10控制的可移动机械臂13的终端元件。为了优化探头的组装，本发明的方法还包括在支撑件6和收纳元件14之间移动机械臂13的步骤，收纳元件14适于容纳待容纳在导引孔3中的多个接触式探针4。

具体地，机械臂13包括第一端部13a和第二相对端部13b，第一端部13a又包括第一保持装置7a，第二相对端部13b又包括第二保持装置7b。适当地，第一或第二保持装置7a或7b中的一个适于将接触式探针4保持在支撑件6处的预定位置，而另一个保持装置7b或7a适于同时从收纳元件14中拾取接触式探针。

根据本发明，上述保持和拾取步骤是由第一保持装置7a和第二保持装置7b根据机械臂13的端部13a和13b的位置同时交替进行。机械臂13例如能够绕其中心点旋转。换句话说，由于机械臂13的运动，先前位于支撑件6处的保持装置7a或7b位于收纳元件14处，反之亦然。

此外，本发明的方法包括捕获容纳在收纳元件14中的接触式探针4的图像Img”的步骤，该步骤由第二视觉系统11”进行，第二视觉系统11”包括至少一个连接到中央单元10的相机。如果通过所述图像Img”评估的探针参数与所述接触式探针的标称参数非常不同，则该步骤之后可以是丢弃接触式探针的后续步骤。

即使第二视觉系统11”提供了非常不规则的接触式探针的第一丢弃，在将支撑件6处的接触式探针4的轮廓P转换成控制指令CI的上述步骤之前，是将所述轮廓P与所述接触式探针的标称轮廓进行比较的步骤，该标称轮廓存储在中央单元10中。

因此，如果所述获得的轮廓P远离所述标称轮廓，例如在所述标称轮廓周围的预定范围之外，或者在远离理论值的计算参数中，则本发明的方法包括接触式探针4的后续丢弃步骤，从而避免组装轮廓太不规则的接触式探针。尤其是，通过第一视觉系统11'，可以计算接触式探针4的曲率或偏度，将所述偏度值与所述特定接触式探针的标称偏度值进行比较。换句话说，偏度是接触式探针在直度上距理论探针多远的量度。附加地或替代地，也可以计算其他计量参数，例如接触式探针的轮廓的局部变化(例如凹度或污迹的局部变化)，以评估待组装的所述接触式探针的适用性，例如丢弃具有凹度变化的轮廓。在任何情况下都应注意，每次将所有这些参数与特定类型的接触式探针的特定参数进行比较。

应当指出，通过沿着所述接触式探针4的主体4'识别出多个点12的步骤，在两个正交平面上在来自捕获的图像Img'a和Img'b的接触式探针4的投影中获得接触式探针4的轮廓P。然后在该步骤之后，对所述点12进行插值，所述插值提供轮廓P，从轮廓P获得支撑件6的轨迹。举例来说，可以用具有从5μm至15μm变化、优选地为10μm的节距的点进行插值。显然，插值的标准、点数的定义和选择可以根据需要和/或情况而变化，例如，它可以根据待组装的接触式探针的类型而变化。

还可提供计算每个导引件2的导引孔3的坐标并将所述坐标存储在中央单元10中的步骤。具体地，导引孔3的坐标的计算基于导引件2在导引孔对准之前的精确测量。

尤其是，相对于导引件2的随其旋转不进一步变化的点(即，导引件2的旋转中心)计算坐标。换句话说，所述点(导引件的旋转中心)是参考系的原点，相对于该参考系计算探头的所有点的坐标(例如导引孔3的中心坐标)。

有利地，根据本发明，将控制指令CI发送到支撑件6以及因此其轨迹考虑了接触式探针4的轮廓P和导引孔3的坐标。

尤其是，本发明使得中央单元10不仅考虑接触式探针4的轮廓P，而且考虑不同导引件2的导引孔3的相对错位，所述相对错位是根据提供给中央单元10的导引孔3的坐标计算的。此外，在计算轨迹时，中央单元10还考虑了在支撑件6运动期间导引件2的每个点的坐标如何变化，以对组装过程进行最佳控制。

显然，组装过程仅在设备1的合适的初始校准步骤之后开始，在该初始校准步骤中，例如，调节导引孔在支撑件6运动期间所经历的变形。

依据接触式探针4的轮廓P，中央单元10还可以根据导引孔3的坐标和错位来选择将接触式探针4容纳在其中的导引孔3。

为了获得对组装过程的完全控制，还提供了检测在支撑件6运动期间由接触式探针4施加在导引件2上的力的步骤，所述力通过至少一个集成在保持装置7a和7b中的力传感器来检测。

然后，在计算接触式探针4所施加的力的步骤之后，是将关于所述力的数据Dat发送到中央单元10的步骤。数据Dat作为接触式探针4在所述导引件2之间的位置的函数来处理。换句话说，中央单元10处理数据Dat并产生随接触式探针4在所述导引件2中的位置而变化的关于接触式探针4施加在导引件上的力的信息。此外，中央单元10产生接触式探针4的力(变形)根据位置变化的图表，该图表在合适的显示装置上可见，并且以此方式可以看到导引件2之间的所述接触式探针4在组装期间发生了什么变化。

适当地，如果由接触式探针4施加在导引件上的力超过预定值，则提供校正控制指令CI并因此校正支撑件6的轨迹的步骤，或者中断该支撑件6的运动并再次尝试使用相同的轨迹进行预定次数的组装。

显然，对于导引件2的每组同心导引孔3，按照确定的顺序重复上述所有步骤。然后，从收纳元件14中拾取每个接触式探针4并将其放置在支撑件6处的预定位置，支撑件6适当地移动，从而使接触式探针4容纳在与其相关联的导引孔3中。这样，每个导引孔3遵循特定的轨迹，该轨迹不同于其他孔的轨迹并且每次根据待容纳在其中的接触式探针的轮廓以及孔本身的坐标来计算，每个孔的中心都遵循所述轮廓，使得导引件2可以以非常精确和有效的方式装配到所述接触式探针4上。换句话说，导引孔3的中心所遵循的轨迹与接触式探针4的轮廓P基本一致。

最后要指出的是，通过保持装置7a和7b，接触式探针总是被支撑在支撑件6处的相同预定位置，支撑件6被放置在运动元件XY(图中未示出)上，运动元件X-Y使所述支撑件6在平面X-Y中运动，从而使正确的导引孔接近待容纳在其中的接触式探针。换句话说，运动元件X-Y提供了支撑件6的第一粗略位移，然后支撑件6将以细微的方式通过其致动器向接触式探针移动。

总而言之，本发明提供了一种用于探头的自动组装的设备，其中，通过合适的保持装置将接触式探针保持在预定位置，而不是将所述保持装置(以及因此使接触式探针)朝着待组装的探头的导引件的导引孔移动，接触式探针在布置有所述导引件的支撑件上移动，所述支撑件具有多个移动自由度并且能够遵循根据接触式探针的轮廓计算出的合适轨迹，以将所述导引件装配到所述探针上，所述探针通过保持装置保持在预定位置。

有利地，根据本发明，移动导引件的支撑件而不是接触式探针的保持装置允许以更大的自由度选择待提供给所述支撑件的轨迹，从而允许以非常精确的方式形成复杂的轨迹。

此外，在不移动的情况下简单地保持接触式探针降低了其变形或断裂的风险。

而且，根据待组装的接触式探针的轮廓来选择支撑件的轨迹使得本发明的组装过程不再受到所述接触式探针的形状、以及要适当遵循所述轮廓的导引孔中心坐标的限制，因此与已知解决方案相比产生了显著的进步。

此外，已知导引孔的坐标(并因此知道所述孔的相对错位)以及随后根据所述坐标调整支撑件的轨迹使得组装过程不再受到所述孔的可能的过度错位的限制，这种现象在已知的解决方案中存在。

此外，观察到，在本公开中描述的设备允许完全自动化且有效的组装过程，从而将操作员的干预减少到最小。

通过相机系统对接触式探针的轮廓进行初步评估还可以丢弃那些轮廓与标称轮廓相距太远的探针，从而避免在探针具有非常不规则轮廓的情况下中断对准过程，以及避免探头本身可能发生的意外断裂，从而提高了生产率，并因此带来了经济优势和时间节省。

使用具有六个自由度的机器人支撑件还允许设置极其精确的轨迹，以将导引件精确地装配到接触式探针上，而不会出现组装错误。

最后，传感器的集成能够检测接触式探针施加在导引件上的力，从而可以精确地观察探针在支撑件移动期间发生的变化，因此可以对组装过程进行极为精确和完整的控制。

实质上，由于可以根据待容纳在一组特定的同心导引孔中的接触式探针的轮廓移动待组装的探头的导引件的支撑件，所以本公开中示出的设备和方法有效地解决了本发明的技术问题。

显然，技术人员为了满足偶然和特定的需求，可以对上述设备和方法进行多种修改和变型，所有修改和变型都包括在由所附权利要求书限定的本发明的范围内。

Claims (21)

1.一种用于自动组装用于测试电子器件的探头的设备(1)，所述设备(1)包括支撑件(6)和至少一个保持装置(7a，7b)，所述支撑件适于支撑至少两个平行的导引件(2)，所述导引件设置有多个相应的导引孔(3)，所述保持装置适于保持待容纳在所述导引孔(3)中的接触式探针(4)，所述设备(1)的特征在于，所述支撑件(1)是适于在第一位置和第二位置之间根据预设轨迹移动的可移动支撑件，在所述第一位置，所述接触式探针(4)通过所述保持装置(7a，7b)保持在所述导引孔(3)外侧的预定位置，在所述第二位置，保持在所述预定位置的所述接触式探针(4)被容纳在基本上彼此同心的一组导引孔(3)中，所述设备(1)还包括所述支撑件(6)的致动器和连接到所述致动器的中央单元(10)，所述轨迹是在所述中央单元(10)中根据所述接触式探针(4)的轮廓(P)计算的，所述中央单元(10)适于将所述轮廓(P)转换成被发送到所述支撑件(6)的所述致动器的控制指令(CI)。

2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述设备包括连接至所述中央单元(10)的第一视觉系统(11')，所述第一视觉系统(11')捕获由所述至少一个保持装置(7a，7b)保持在所述预定位置的所述接触式探针(4)的图像(Img'a，Img'b)，所述接触式探针(4)的所述轮廓(P)是根据所述第一视觉系统(11')获取的所述图像(Img'a，Img'b)计算的。

3.根据权利要求2所述的设备(1)，其特征在于，所述第一视觉系统(11')包括设置在所述支撑件(6)处的至少一对高分辨率相机(11a，11b)，所述相机(11a，11b)形成用于形成所述接触式探针(4)的图像的立体视觉系统。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述支撑件(6)是具有由所述致动器调节的六个运动自由度的六脚架。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述接触式探针(4)的所述至少一个保持装置(7a，7b)是机械臂(13)的终端元件，适于在所述支撑件(6)和适于容纳多个接触式探针(4)的收纳元件(14)之间移动。

6.根据权利要求5所述的设备(1)，其特征在于，所述机械臂(13)包括具有第一保持装置(7a)的第一端部(13a)和具有第二保持装置(7b)的第二端部(13b)，其中，所述第一和第二保持装置(7a，7b)中的一个易于将接触式探针(4)保持在所述预定位置，而另一个保持装置(7b，7a)易于同时拾取来自所述收纳元件(14)的接触式探针(4)。

7.根据权利要求5所述的设备(1)，其特征在于，所述设备还包括捕获容纳在所述收纳元件(14)中的所述接触式探针(4)的图像(Img”)的第二视觉系统(11”)，所述中央单元(10)适于基于由所述第二视觉系统(11)捕获的所述图像(Img”)对所述收纳元件(14)中的所述接触式探针(4)的轮廓(P)进行第一评估，以对所述接触式探针(4)进行初步丢弃。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述至少一个保持装置(7a，7b)包括从其主体(9)延伸的至少一对端部执行器(8)以及至少一个第一力传感器，所述第一力传感器集成在所述主体(9)中并易于测量由所述端部执行器(8)对所述接触式探针(4)施加的的保持强度，所述设备(1)包括反馈系统，所述反馈系统适于调节由所述端部执行器(8)对所述接触式探针(4)施加的保持强度。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述至少一个保持装置(7a，7b)包括至少一个第二力传感器，所述第二力传感器适于测量由所述接触式探针(4)在所述支撑件(6)运动期间施加在所述导引件(2)上的力。

10.根据权利要求9所述的设备(1)，其特征在于，所述至少一个第二力传感器连接到所述中央单元(10)，并适于向其发送与所述接触式探针(4)在所述导引件(2)上施加的所述力有关的数据(Dat)，所述中央单元(10)适于处理所述数据(Dat)，以生成随所述接触式探针(4)在所述导引件(2)中的位置而变化的关于所述力的信息，以及如果所述力超过预定值，则适于校正所述支撑件(6)的所述轨迹，或者适于中断并重复所述支撑件(6)根据相同轨迹的运动。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述设备包括至少一个另外的视觉系统(11下)，所述另外的视觉系统适于评估所述接触式探针(4)从哪个导引孔(3)露出。

12.一种用于自动组装用于测试电子器件的探针的方法，所述方法至少包括以下步骤：

将至少两个平行的导引件(2)放置在支撑件(6)上，所述导引件(2)设有多个相应的导引孔(3)；

叠置所述平行的导引件(2)，使得所述相应的导引孔(3)基本上彼此同心；以及

通过至少一个保持装置(7a，7b)保持待容纳在所述导引件(2)的所述导引孔(3)中的接触式探针(4)，

所述方法的特征在于，还包括以下步骤：

通过第一视觉系统(11”)捕获所述接触式探针(4)的图像(Img'a，Img'b)；

将所述图像(Img'a，Img'b)发送到中央单元(10)，并从所述图像(Img'a，Img'b)获得的所述投影中获得所述接触式探针(4)的轮廓(P)；

将所述接触式探针(4)的所述轮廓(P)转换为所述支撑件(6)的致动器的控制指令(CI)；

将所述控制指令(CI)从所述中央单元(10)传输到所述支撑件(6)的所述致动器；以及

根据所述轨迹在第一位置和第二位置之间移动所述支撑件(6)，在所述第一位置，所述接触式探针(4)通过所述至少一个保持装置(7a，7b)保持在所述导引孔(3)外侧的预定位置，在所述第二位置，保持在所述预定位置的所述接触式探针(4)被容纳在一组基本上彼此同心的导引孔(3)中。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，在将所述轮廓(P)转换成所述控制指令(CI)的所述步骤之前，是将所述接触式探针(4)的所述轮廓(P)与用于所述接触式探针(4)的标称预期轮廓进行比较的步骤，所述方法包括随后的步骤：如果所述获得的轮廓(P)与所述预期轮廓差距大，则丢弃所述接触式探针(4)，所述比较步骤包括评估所述接触式探针(4)的偏度和/或评估所述接触式探针(4)的局部变形。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，通过以下步骤获得所述轮廓(P)：

沿着所述接触式探针(4)的主体(4')识别多个点(12)；

对所述点(12)进行插值。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，还包括以下步骤：

计算所述导引件(2)的所述导引孔(3)的坐标；以及

将所述坐标存储在所述中央单元(10)中，

其中，所述坐标是相对于所述导引件(2)的不随其旋转而变的点计算的，以及

其中，所述控制指令(CI)同时考虑了所述接触式探针(4)的所述轮廓(P)和所述导引孔(3)的所述坐标。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，还包括使机械臂(13)在所述支撑件(6)和适于容纳多个接触式探针(4)的收纳元件(14)之间移动的步骤，其中，所述机械臂(13)包括具有第一保持装置(7a)的第一端部(13a)和具有第二保持装置(7b)的第二端部(13b)，所述第一和第二保持装置(7a，7b)中的一个适于将接触式探针(4)保持在所述支撑件(6)的所述预定位置，而另一个保持装置(7b，7a)适于从所述收纳元件(14)中拾取接触式探针(4)，对于不同的接触式探针(4)，所述保持和拾取步骤同时发生，并且分别通过所述第一保持装置(7a)和所述第二保持装置(7b)在所述支撑件(6)和所述收纳元件(14)处交替执行。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括以下步骤：通过第二视觉系统(11”)捕获容纳在所述收纳元件(14)中的所述接触式探针(4)的图像(Img”)，所述方法包括基于所述第二视觉系统(11”)的所述图像(Img”)丢弃接触式探针的后续步骤。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的方法，还包括以下步骤：在所述支撑件(6)运动期间，通过集成在所述至少一个保持装置(7a，7b)中的至少一个力传感器检测由所述接触式探针(4)施加在所述导引件(2)上的力。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，检测由所述接触式探针(4)施加在所述导引件(2)上的所述力的所述步骤之后，是将关于所述力的数据(Dat)发送到所述中央单元(10)的步骤，以及处理所述数据(Dat)以生成关于所述力的信息的步骤，所述信息作为所述接触式探针(4)在所述导引件(2)中的位置的函数。

20.根据权利要求18或19所述的方法，包括以下步骤：如果所述力超过预定值，则校正所述支撑件(6)的所述轨迹，或以下步骤：如果所述力超过预定值，中断并用相同的轨迹重复所述支撑件(6)的运动。

21.根据权利要求12至20中任一项所述的方法，其中，针对所述导引件(2)的每组同心导引孔(3)以预设顺序重复所述步骤，每组所述同心导引孔遵循每次根据待容纳在其中的接触式探针的轮廓(P)计算出的特定轨迹。

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