CN114034894A - 一种垂直探针卡装置及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种垂直探针卡装置及其检测方法涉及探针卡技术领域；所述垂直探针卡装置包括上层导板、中层导板、下层导板、变形连接装置、第一探针、第二探针、电路板和第一焊垫；上层导板、中层导板和下层导板分别对应设置有多个垂直限位通孔，上层导板和中层导板之间阵列设置有多个变形连接装置，多个所述第一探针的一端穿过上层导板的垂直限位通孔与对应设置的变形连接装置一端电性相连；所述垂直探针卡装置检测方法依次执行固定安装、对准定位、高度设定、施压推进和闭路测试步骤；本发明垂直探针卡装置及其检测方法解决了现有的探针的变形偏移问题、探针的接触问题和探针更换修复问题，以达到接触良好，针痕清晰，有效利用的效果。
Description
技术领域
本发明一种垂直探针卡装置及其检测方法涉及探针卡技术领域。
背景技术
一颗芯片的产生主要需要经历设计、制造、封装、测试四大环节，在晶圆制造完成之后还需要对新鲜出炉的晶圆进行测试，此环节中，每一颗芯片的电性能都会被检测，晶圆检测主要有两个目的：
第一、鉴别出合格的芯片进入封装流程，省下来不必要的封装成本；
第二、对电路的电性参数进行评估，以保持工艺的质量水平。
在晶圆测试中一个十分重要的耗材——探针卡，探针卡主要用于晶圆测试环节，是晶圆测试中晶圆与电子测试系统之间的媒介，在芯片量产之前工程验证的环节也会用到探针卡进行测试，在探针卡的测试过程中，需要将探针卡上的探针直接与芯片上的焊垫或凸块进行直接的接触，引出芯片的讯号，再配合周边的测试仪器与软件控制达到自动化测试的一个目的，探针卡所解决的问题是测试机与芯片的电路导通、信号传递等问题、
探针卡按结构划分主要分为悬臂卡、垂直卡、MEMS卡三大类，但现有的垂直探针卡存在以下问题：
第一、探针的变形偏移问题；
在进行检测时，探针在与待测物接触后，探针不只承受轴向力，同时承受剪力和弯矩的作用，探针存在侧弯变形，不能严格保持垂直作用在焊垫或凸块上，若探针侧弯变形过大会使探针经常划出焊垫，导致测试失败，若探针使侧弯变形较小，但反复测试过程中，经过大量挤压变形，也会使探针发生不可恢复的弯曲变形，弯曲变形过大会造成划出焊垫或接触不良，减少探针卡的使用寿命；
第二、检测时，探针与待测物的焊垫的接触问题；
(1)在检测时，探针与待测物的焊垫或凸块的接触情况，通过作用在焊垫或凸块上的针痕判断，通过显微镜观察，若探针的针痕模糊意味着探针与测试物的接触不良，这直接导致测量结果不准确，可考虑加大触点压力，增加触点压力，则探针的针痕会过大，又会影响封装的良率，则如何做到使接触压力适中的问题；
(2)平面度
平面度是探针卡上的探针针件的最高点和最低点之间的垂直距离，它定义的是探针针尖端第一次电性接触到最后一次电性接触的垂直位移量，探针在装配过程中，平面度问题是存在的，但要求最大的平面度不得超过25mm，平面度很少被关注，但是它直接影响与焊垫的接触，并直接或间接的影响接触压力、接触电阻和针痕的清晰度等关键测试变量，如何克服平面度带来的接触不良的问题。
发明内容
本发明克服了上述现有技术的不足，提供了一种垂直探针卡装置及其检测方法，用以解决现有的变形偏移问题、探针的接触问题和探针更换修复问题。
本发明的技术方案：
一种垂直探针卡装置，包括上层导板、中层导板、下层导板、变形连接装置、第一探针、第二探针、电路板和第一焊垫；所述上层导板、中层导板和下层导板分别对应设置有多个垂直限位通孔，所述上层导板和中层导板之间阵列设置有多个变形连接装置，多个所述第一探针的一端穿过上层导板的垂直限位通孔与对应设置的变形连接装置一端电性相连，另一端与电路板上的对应的第一焊垫相连接，多个所述第二探针的一端依次穿过所述下层导板和所述中层导板的垂直限位通孔，并与对应的变形连接装置的另一端电性相连，多个所述第二探针的另一端与待测物上设置的多个第二焊垫相对应；
所述变形连接装置包括限位件、限位珠、稳定件、限位垫、弹性针；所述限位件内阵列设置有限位通孔，所述限位通孔内设置有限位珠，多个所述稳定件通过限位垫阵列设置在上层导板和中层导板之间，所述稳定件侧壁上开设有多个螺纹通孔，多个阵列设置的弹性针的一端在螺纹通孔内，所述弹性针的另一端与限位通孔内的限位珠相连；在检测过程中，在外力作用下，所述弹性针能够利用自身的弹性弯曲形变，使相对应的第二探针能够垂直进行上下往复运动，往复运动的过程中，所述弹性针的弯曲变形通过限位珠与限位件的活动连接，能够使限位件不发生横向偏移，只进行竖向移动，第二探针只承受轴向力作用，不承受剪力和弯矩的作用，第二探针无侧弯变形，使第二探针严格保持垂直作用在第二焊垫上，通过增加弹性针的有效长度，能够实现在触点压力不变的情况下，增加弹性针的弯曲变形量，进而增加第二探针竖向运动距离。
优选的，所述限位通孔的一端侧壁开有斜槽，所述斜槽底壁的倾斜角能够满足发生弯曲后的弹性针位于斜槽内，并与斜槽的底壁无接触。
优选的，所述变形连接装置、第一探针和第二探针均采用钨、铍铜和钯的合金制成。
优选的，所述限位垫相对应的阵列设置在上层导板的下端面和上层导板的上端面上，上层导板上设置的限位垫开有通孔，第一探针穿过限位垫的通孔与稳定件相连。
优选的，所述第一探针的一端设置有外螺纹，所述稳定件上端开有螺纹孔，第一探针与稳定件通过螺纹电性相连。
优选的，所述第二探针一端设置有外螺纹，所述限位件下端开有螺纹孔，第二探针与限位件通过螺纹电性相连。
优选的，所述上层导板、中层导板和下层导板通过环形阵列设置的连接螺栓相连接。
一种垂直探针卡装置检测方法，包括以下步骤：
步骤a、固定安装、将待测物安装在探针台上的承载台上，并将组装完成且弹性针的有效长度为S0的垂直探针卡装置，固定于承载台上方的探针卡安装台上，并对探针卡进行调平，然后通过锁紧旋钮进行锁紧固定探针卡，完成探针卡的固定放置，然后将电路板与测试机电性连接；
步骤b、对准定位、利用探针台上横向直线导轨与纵向直线导轨及其滑动驱动装置移动承载台，到使得承载台上待测物上的第二焊垫中心与第二探针尖端接触后，即完成对准；
步骤c、高度设定、利用探针台上的纵向直线导轨及其滑动驱动装置移动承载台，使得承载台上的第二焊垫中心与第二探针尖端分离，并使第二探针的尖端距离第二焊垫上端面的距离为x1，即完成高度设定；
步骤d、施压推进、利用探针台上的向直线导轨及其滑动驱动装置匀速移动承载台，推动承载台上的第二焊垫向上移动的距离为x1+Δx+Δy；
其中：
x1为安装于探针台上的第二探针的最下端距离第二焊垫上表面的距离；
Δx为设定弹性针长度为S时，限位珠的竖向位移；
Δy为需要增加第二探针的竖向位移量，根据平整度的变化范围为ymin-ymax，取其最大值ymax作为第二探针需要增加的竖向位移量Δy；
Δx+Δy为人为设定限位珠的竖向位移量的值，即第二探针需要达到的竖向位移量；
步骤e、闭路测试、第二探针接触完成后，计算机向测试机发送开始测试信号，测试机测试完毕后向计算机发送测试完毕和测试状态信号，计算机获得测试完毕信号后查看测试状态信号，根据状态信号输出测试报告。
本发明的有益效果为：
1、在检测的过程中，所述弹性针的弯曲变形通过限位珠与限位件的活动连接，能够使限位件不发生横向偏移，只进行竖向移动，第二探针只承受轴向力作用，不承受剪力和弯矩的作用，故第二探针无侧弯变形，使第二探针严格保持垂直作用在第二焊垫上，即使在大量反复测试过程中，经过大量接触挤压，也不会使探针发生不可恢复的弯曲变形，不会造成划出焊垫或接触不良的问题，提高了探针卡的使用寿命。
2、调节稳定件侧壁上阵列设置的弹性针的长度，使原设定弹性针的有效长度S变为最优值S0，从而实现在触点压力几乎不变的情况下，增加弹性针的弯曲变形量，以增加第二探针竖向位移量，以解决组装过程中产生的平面度问题，能够保证多个第二探针中最高点处的第二探针与第二焊垫也能够充分接触的前提下，同时存在少数最低点的第二探针与对应的第二焊垫接触时，即使最低点第二探针竖向位移量为略大于Δx+Δy，但是此时触点压力仍小于
使针痕仍在合理要求范围内，既能使针痕清晰，又能实现良好接触，以通过不增加触点压力，通过增加弹性针的变形量来解接触中存在的问题。
3、在进行参数设定时，记录平整度的变化范围为ymin-ymax，取其最大值ymax作为第二探针需要增加的竖向变形量，变形量最大能够有效保证所有的第二探针和第二焊垫的有效接触，承载台上的压力范围Fmin-Fmax，取其最小值Fmin作为推动承载台的推动力，其目的是即能够得到清晰针痕，又最大限度的减小作用在第二焊垫上的力的作用，建立方程
解出
即有效长度为的S0，调节稳定件侧壁上阵列设置的弹性针的长度，使原设定弹性针的有效长度S变为S0，本参数通过设计、试验、取值、严格计算的得出的弹性针有效长度，以增加所有第二探针的竖向位移量以解决接触不良的问题，最优值确定方法科学有效，有效的解决传统的设计参数确定时，需要人工控制进行大量试验，对操作人员技术的高要求和操作准确性的问题。
4、检测过程中，将弹性针有效长度为S0的垂直探针卡装置安装探针台上的承载台上，在测定初始时刻，设置第二探针的最下端距离第二焊垫上表面的距离为x1，移动距离设定为x1+Δx+Δy，即用探针台上的向直线导轨及其滑动驱动装置匀速移动承载台，推动承载台上的第二焊垫向上移动的距离为x1+Δx+Δy，这样的参数设定即能满足变形量的要求，又能满足第二探针和第二焊垫之间的触点压力的要求，能够通过控制承载台的推进距离参数得到第二焊垫上的清晰针痕，提高了工作效率和测试数据的准确性。
5、将需要更换探针的垂直探针卡装置从探针台上拆下来，并将多个第一探针、多个第二探针、变形连接装置拆离，完成分离后，对主要的耗材为第一探针、第二探针进行检查，本发明由于第二探针不发生侧弯，只需要将第一探针、第二探针的针尖发生物理形变的进行打磨处理，组装完成，实现探针卡装置的修复，以第二探针刺入第二焊垫的污染物和氧化层，使接触电阻较小，电流较大，使测试结果更加准确，同时也省去不必要的工序，这样使资源利用最大化，避免造成资源浪费。
附图说明
图1为一种垂直探针卡装置与待测物分离图；
图2为一种垂直探针卡装置与待测物接触图；
图3为一种垂直探针卡装置的内部结构剖面图
图4为一种垂直探针卡装置的组装图；
图5为第一探针、变形连接装置、第二探针的连接示意图；
图6为待测物作用竖向移动距离变化示意图；
图7为变形连接装置的数据设定调整后位移变化示意图；
图8为集中荷载作用下，弹性针的弯矩图；
图9为单位荷载作用下，弹性针的弯矩图；
图10为限位件的剖面和主视的对照图。
图中：1-上层导板、2-中层导板、3-下层导板、4-变形连接装置、4-1-限位件、4-2-限位通孔、4-2-1-斜槽、4-3-限位珠、4-4-稳定件、4-5-限位垫、4-6-螺纹通孔、4-7-弹性针、5-第一探针、6-第二探针、7-电路板、8-第一焊垫、9-待测物、10-第二焊垫。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明进行详细说明：
具体实施方式一
本实施例是一种垂直探针卡装置实施例。
如图1-10所示，本实施例公开的一种垂直探针卡装置，包括上层导板1、中层导板2、下层导板3、变形连接装置4、第一探针5、第二探针6、电路板7、第一焊垫8；所述上层导板1、中层导板2和下层导板3分别对应设置有多个垂直限位通孔，所述上层导板1和中层导板2之间阵列设置有多个变形连接装置4，多个所述第一探针5的一端穿过上层导板1的垂直限位通孔与对应设置的变形连接装置4一端电性相连，另一端与电路板7上的对应的第一焊垫8相连接，多个所述第二探针6的一端依次穿过所述下层导板3和所述中层导板2的垂直限位通孔，并与对应的变形连接装置4的另一端电性相连，多个所述第二探针6的另一端与待测物9上设置的多个第二焊垫10相对应；
所述变形连接装置4包括限位件4-1、限位珠4-3、稳定件4-4、限位垫4-5、弹性针4-7；所述限位件4-1内阵列设置有限位通孔4-2，所述限位通孔4-2内设置有限位珠4-3，多个所述稳定件4-4通过限位垫4-5阵列设置在上层导板1和中层导板2之间，所述稳定件4-4侧壁上开设有多个螺纹通孔4-6，多个阵列设置的弹性针4-7的一端在螺纹通孔4-6内，所述弹性针4-7的另一端与限位通孔4-2内的限位珠4-3相连；在检测过程中，待测物9上的第二焊垫10在承载台的推动作用下，向第二探针6靠近，并与其抵靠产生力的作用，第二探针6在第二焊垫10的作用下，推动限位件4-1竖直向上移动，并通过限位珠4-3将力的作用均匀作用在阵列设置的弹性针4-7的一端，弹性针4-7在力的作用下发生弯曲变形，所述弹性针4-7能够利用自身的弹性弯曲形变的弹性势能，使限位珠4-3与限位件4-1上开有的限位通孔4-2的侧壁下端面相抵靠，以实现电性闭路连接，测试完成后，第二焊垫10在承载台的作用下，与第二探针6分离，同时弹性针4-7的反作用力使相对应的第二探针6能够垂直进行向下移动，以针对反复检测过程中第二探针6和第二焊垫10的靠近和分离，弹性针4-7的变形和恢复能够使第二探针6的能够往复运动，以适应大量的第二焊垫10的检测，在检测的过程中，所述弹性针4-7的弯曲变形通过限位珠4-3与限位件4-1的活动连接，能够使限位件4-1不发生横向偏移，只进行竖向移动，第二探针6只承受轴向力作用，不承受剪力和弯矩的作用，第二探针6无侧弯变形，使第二探针6严格保持垂直作用在第二焊垫10上，即使在反复测试过程中，经过大量接触挤压，也不会使探针发生不可恢复的弯曲变形，不会造成划出焊垫或接触不良的问题，提高了探针卡的使用寿命；
先组装一些待试验的垂直探针卡装置，在组装过程中，将通过螺纹作用调节阵列设置在稳定件4-4侧壁上的弹性针4-7的长度，调节弹性针4-7有效长度，并弹性针4-7的有效长度初步设定为S，然后组装出垂直探针卡装置；
完成平面度测试后，将在组装的待实验的垂直探针卡安装在试验探针台的承载台上，逐个进行触点平面度测试，测量垂直探针卡上的第二探针6尖端的最高点与最低点之间的距离，即第二探针6尖端第一次电性接触到最后一次电性接触的垂直位移量，记录平整度的变化范围为ymin-ymax，取其最大值ymax作为第二探针6需要增加的竖向位移量
利用试验的探针台逐个进行触点压力测试实验，利用探针台上的纵向直线导轨及其滑动驱动装置移动承载台，使得承载台上的第二焊垫10中心与第二探针6尖端作用，以稳定作用在待测物9的第二焊垫10上停止，然后通过显微镜观察第二焊垫10上的针痕，并利用测力仪器记录作用在承载台上的力的大小，当得到清晰正常针痕时，利用测力仪器记录此时作用在承载台上的压力范围Fmin-Fmax，取其最小值Fmin作为推动承载台的推动力，根据第二探针6的个数m，受力分析，规定出触点压力为
变形计算、
(1)测定弹性针4-7的材料弹性模量E和惯性矩I；
(2)受力分析计算出限位件4-1通过限位珠4-3作用在弹性针4-7一端的集中荷载，当弹性针的个数为n时，计算出作用在弹性针4-7一端的限位珠4-3的集中荷载为
(3)绘制集中荷载
作用在限位珠4-3处，在弹性针4-7上时的弯矩图，即MP图；
(4)绘制单位荷载
作用在限位珠4-3处，在弹性针4-7上时的弯矩图，即M1图；
(5)根据图乘法计算限位珠4-3的纵向位移
需要说明：此方法是给出一种变形量的计算方法，针对于弹性针的个数为n，本发明中取n＝2或3为最优；
图乘法计算限位珠4-3的纵向位移Δx
其中：
算式中的MP：MP图中的微分面积；
算式中的M1：M1图中的微分面积；
算式中的E：弹性针的弹性模量；
算式中的I：弹性针的惯性矩；
算式中的Aω：一个弯矩图的面积；
算式中的yc：一个弯矩图的面积Aω的形心处所对应的另一个直线弯矩图的竖标；
算式中的S：弹性针4-7的有效长度初步设定为值，说明其中S小于弹性针4-7的最优值S0，并且通过试验测量弹性针4-7的初步设定长度S与弹性针4-7的直径的比值为3，最为合理
算式中的Fmin：利用测力仪器记录作用在承载台上的力的大小，当得到清晰正常针痕时，利用测力仪器记录此时作用在承载台上的压力范围Fmin-Fmax，取其最小值Fmin作为推动承载台的推动力
算式中的m：第二探针6的个数
算式中的n：弹性针4-7的个数。
通过在合理范围内假定弹性针4-7的长度为S，然后组装出一部分试验的垂直探针卡装置，依次进行平面度测试和触点压力试验，根据检测出这些垂直探针卡装置的平面度的范围ymin-ymax，最大值ymax作为第二探针6需要增加的竖向位移量，有效解决第二探针6和第二焊垫10接触不良的问题，将平均变形量由Δx增大至Δx+ymax，并以Δx+ymax作为弹性针4-7的一端纵向位移量，能够有效保证即使是第二探针6的最低点也能有与第二焊垫10的有效接触，并且使变形量最大目的在于最大限度满足所有的第二探针和第二焊垫的有效接触，触点压力测试实验，然后通过显微镜观察第二焊垫10上的针痕，并利用测力仪器记录作用在承载台上的力的大小，当得到清晰正常针痕时，利用测力仪器记录此时作用在承载台上的压力范围Fmin-Fmax，取其最小值Fmin作为推动承载台的推动力，其目的是即能够得到清晰针痕，又最大限度的减小作用在第二焊垫10上的力的作用，根据第二探针6的个数m，受力分析，规定出触点压力为
设定限位珠4-3的竖向位移量为Δx+Δy，即在原有的
再增加Δy，且Δy＝ymax，并保持限位珠4-3与限位件4-1的最大作用力为
则重新计算弹性针4-7的有效长度，建立方程
解出
即有效长度为S0，并以S0作为弹性针4-7的有效长度的最优值，调节稳定件4-4侧壁上阵列设置的弹性针4-7的长度，使原设定弹性针的有效长度S变为S0，从而实现通过增加弹性针4-7的有效长度，能够实现在触点压力不变的情况下，增加弹性针4-7的弯曲变形量，增加第二探针6竖向位移量，以解决组装过程中产生的平面度问题，控制承载台推动第二焊垫向上移动x1+Δx+Δy的距离时，其中x1为安装于探针台上的第二探针的最下端距离第二焊垫上表面的距离，Δx为设定弹性针长度为S时，限位珠的竖向位移，Δy为需要增加第二探针的竖向位移量，根据平整度的变化范围为ymin-ymax，取其最大值ymax作为第二探针需要增加的竖向位移量Δy，即能够保证多个第二探针中最高点处的第二探针与第二焊垫也能够充分接触的前提下，同时最低点的第二探针与对应的第二焊垫接触时，最低点第二探针竖向位移量为略大于Δx+Δy，此时触点压力为小于
使针痕仍在合理要求范围内，既能使针痕清晰，又能实现良好接触，以通过不增加触点压力，通过增加弹性针的变形量来解决接触中存在的问题，即使存在少数的触点压力变大但是仍在规定范围内，且本参数通过设计、试验、取值、严格计算的得出的弹性针有效长度，以增加所有第二探针的竖向位移量以解决接触不良的问题，最优值确定方法科学有效，有效的解决传统的设计参数确定时，需要人工控制进行大量试验，对操作人员技术的高要求和操作准确性的问题。
所述限位通孔4-2的一端侧壁开有斜槽4-2-1，所述斜槽4-2-1底壁的倾斜角能够满足发生弯曲后的弹性针4-7位于斜槽4-2-1内，并与斜槽4-2-1的底壁无接触，斜槽4-2-1能够完全配合形变弯曲的弹性针4-7，使弹性针4-7充分变形，以准确计算弹性针4-7变形时所产生的竖向位移。
所述变形连接装置4、第一探针5和第二探针6均采用钨、铍铜和钯的合金制成。
所述限位垫4-5相对应的阵列设置在上层导板1的下端面和上层导板1的上端面上，上层导板1上设置的限位垫4-5开有通孔，第一探针5穿过限位垫4-5的通孔与稳定件4-4相连，限位垫4-5采用陶瓷制作而成，既能起到绝缘作用，同时又能对稳定件4-4进行固定作用。
所述第一探针5的一端设置有外螺纹，所述稳定件4-4上端开有螺纹孔，第一探针5与稳定件4-4通过螺纹电性相连。
所述第二探针6一端设置有外螺纹，所述限位件4-1下端开有螺纹孔，第二探针6与限位件4-1通过螺纹电性相连。
在检测过程中，待测物9上的第二焊垫10在承载台的推动作用下，向第二探针6靠近，并与其抵靠产生力的作用，第二探针6在第二焊垫10的作用下，推动限位件4-1竖直向上移动，并通过限位珠4-3将力的作用均匀作用在阵列设置的弹性针4-7的一端，弹性针4-7在力的作用下发生弯曲变形，所述弹性针4-7能够利用自身的弹性弯曲形变的弹性势能，使限位珠4-3与限位件4-1上开有的限位通孔4-2的侧壁下端面相抵靠，以实现变形连接装置4的内部的电性闭路连接，同时所述变形连接装置4、第一探针5和第二探针6均采用钨、铍铜和钯的合金制成，并且第一探针5和第二探针6均通过螺纹作用设置在变形连接装置4上，形成三者的电性闭路连接，第一探针5与电路板7上的第一焊垫8接触，第二探针6与待测物9上的第二焊垫10接触，完成垂直探针卡装置和待测物9之间电性连接，然后计算机向测试机发送开始测试信号，测试机测试完毕后向计算机发送测试完毕和测试状态信号，计算机获得测试完毕信号后查看测试状态信号，根据状态信号输出测试报告。
所述上层导板1、中层导板2和下层导板3通过环形阵列设置的连接螺栓11相连接。
具体实施方式二
本实施例是一种垂直探针卡装置的实施例。
本实施例公开的一种垂直探针卡装置的测试参数设定方法，包括以下步骤：
步骤a、假定长度、
先组装一些待试验的垂直探针卡装置，在组装过程中，将通过螺纹作用调节阵列设置在稳定件4-4侧壁上的弹性针4-7的长度，调节弹性针4-7有效长度，并弹性针4-7的有效长度初步设定为S，然后组装出垂直探针卡装置；
步骤b、平面测试
将在组装的待实验的垂直探针卡安装在试验探针台的承载台上，逐个进行触点平面度测试，测量垂直探针卡上的第二探针6尖端的最高点与最低点之间的距离，即第二探针6尖端第一次电性接触到最后一次电性接触的垂直位移量，记录平整度的变化范围为ymin-ymax，取其最大值ymax作为第二探针6需要增加的竖向位移量；
步骤b、触点压力、
完成平面度测试后，利用试验的探针台逐个进行触点压力测试实验，利用探针台上的纵向直线导轨及其滑动驱动装置移动承载台，使得承载台上的第二焊垫10中心与第二探针6尖端作用，以稳定作用在待测物9的第二焊垫10上停止，然后通过显微镜观察第二焊垫10上的针痕，并利用测力仪器记录作用在承载台上的力的大小，当得到清晰正常针痕时，利用测力仪器记录此时作用在承载台上的压力范围Fmin-Fmax，取其最小值Fmin作为推动承载台的推动力，根据第二探针6的个数m，受力分析，规定出触点压力为
步骤c、变形计算、
1测定弹性针4-7的材料弹性模量E和惯性矩I；
2受力分析计算出限位件4-1通过限位珠4-3作用在弹性针4-7一端的集中荷载，当弹性针的个数为n时，计算出作用在弹性针4-7一端的限位珠4-3的集中荷载为
(3)绘制集中荷载
作用在限位珠4-3处，在弹性针4-7上时的弯矩图，即MP图；
4绘制单位荷载
作用在限位珠4-3处，在弹性针4-7上时的弯矩图，即M1图；
5根据图乘法计算限位珠4-3的纵向位移
步骤d、高度设定、测定初始时刻，安装于探针台上的第二探针6的最下端距离第二焊垫10上表面的距离为x1；
步骤e、有效长度、
设定限位珠4-3的竖向位移量为Δx+Δy，即在原有的
再增加Δy，且Δy＝ymax，并保持限位珠4-3与限位件4-1的最大作用力为
则重新计算弹性针4-7的有效长度，建立方程
解出
即有效长度为S0，调节稳定件4-4侧壁上阵列设置的弹性针4-7的长度，使原设定弹性针的有效长度S变为S0；
算式中的S：弹性针4-7的有效长度的初步设定值；
算式中的S0：弹性针4-7的有效长度的最优值；
算式中的Fmin：利用测力仪器记录作用在承载台上的力的大小，当得到清晰正常针痕时，利用测力仪器记录此时作用在承载台上的压力范围Fmin-Fmax，取其最小值Fmin作为推动承载台的推动力
算式中的m：第二探针6的个数
算式中的n：弹性针4-7的个数。
步骤e、移动距离、设定推动使得承载台上的第二焊垫10中心向上移动的距离为x1+Δx+Δy；
其中：Δx为设定弹性针4-7长度为S时，限位珠4-3的竖向位移；
Δy为需要增加第二探针6的竖向位移量，根据平整度的变化范围为ymin-ymax，取其最大值ymax作为第二探针6需要增加的竖向位移量Δy；
Δx+Δy为人为设定限位珠4-3的竖向位移量的值，即第二探针6需要达到的竖向位移量。
具体实施方式三
本实施例是一种垂直探针卡装置的实施例。
一种垂直探针卡装置探针位移量计算方法，包括以下步骤：
步骤a、测定弹性针4-7的材料弹性模量E和惯性矩I；
步骤b、受力分析计算出限位件4-1通过限位珠4-3作用在弹性针4-7一端的集中荷载，当弹性针的个数为n时，计算出作用在弹性针4-7一端的限位珠4-3的集中荷载为
步骤c、绘制集中荷载
作用在限位珠4-3处，在弹性针4-7上时的弯矩图，即MP图；
步骤d、绘制单位荷载
作用在限位珠4-3处，在弹性针4-7上时的弯矩图，即M1图；
步骤e、根据图乘法计算限位珠4-3的纵向位移
其中：算式中的S：弹性针4-7的有效长度的初步设定值；
算式中的Fmin：利用测力仪器记录作用在承载台上的力的大小，当得到清晰正常针痕时，利用测力仪器记录此时作用在承载台上的压力范围Fmin-Fmax，取其最小值Fmin作为推动承载台的推动力
算式中的m：第二探针6的个数；
算式中的n：弹性针4-7的个数；
算式中的E：弹性针4-7的弹性模量；
算式中的I：弹性针4-7的惯性矩。
具体实施方式四
本实施例是一种垂直探针卡装置的实施例。
一种弹性针长度最优值的确定方法，包括以下步骤
步骤a、假定长度、
先组装一些待试验的垂直探针卡装置，在组装过程中，将通过螺纹作用调节阵列设置在稳定件4-4侧壁上的弹性针4-7的长度，调节弹性针4-7有效长度，并弹性针4-7的有效长度初步设定为S，然后组装出垂直探针卡装置；
步骤b、变形计算、
1测定弹性针4-7的材料弹性模量E和惯性矩I；
2受力分析计算出限位件4-1通过限位珠4-3作用在弹性针4-7一端的集中荷载，当弹性针的个数为n时，计算出作用在弹性针4-7一端的限位珠4-3的集中荷载为
3绘制集中荷载
作用在限位珠4-3处，在弹性针4-7上时的弯矩图，即MP图；
4绘制单位荷载
作用在限位珠4-3处，在弹性针4-7上时的弯矩图，即M1图；
5根据图乘法计算限位珠4-3的纵向位移
算式中的Fmin：利用测力仪器记录作用在承载台上的力的大小，当得到清晰正常针痕时，利用测力仪器记录此时作用在承载台上的压力范围Fmin-Fmax，取其最小值Fmin作为推动承载台的推动力
算式中的m：第二探针6的个数；
算式中的n：弹性针4-7的个数；
算式中的E：弹性针4-7的弹性模量；
算式中的I：弹性针4-7的惯性矩。
步骤c、有效长度、
设定限位珠4-3的竖向位移量为Δx+Δy，即在原有的
再增加Δy，且Δy＝ymax，并保持限位珠4-3与限位件4-1的最大作用力为
则重新计算弹性针4-7的有效长度，建立方程
解出
即有效长度为S0，调节稳定件4-4侧壁上阵列设置的弹性针4-7的长度，使原设定弹性针的有效长度S变为S0。
其中：Δx为设定弹性针4-7长度为S时，限位珠4-3的竖向位移；
Δy为需要增加第二探针6的竖向位移量，根据平整度的变化范围为ymin-ymax，取其最大值ymax作为第二探针6需要增加的竖向位移量Δy；
Δx+Δy为人为设定限位珠4-3的竖向位移量的值，即第二探针6需要达到的竖向位移量。
具体实施方式五
一种垂直探针卡装置检测方法，包括以下步骤：
步骤a、固定安装、将待测物9安装在探针台上的承载台上，并将组装完成且弹性针4-7的有效长度为S0的垂直探针卡装置，固定于承载台上方的探针卡安装台上，并对探针卡进行调平，然后通过锁紧旋钮进行锁紧固定探针卡，完成探针卡的固定放置，然后将电路板7与测试机电性连接；
步骤b、对准定位、利用探针台上横向直线导轨与纵向直线导轨及其滑动驱动装置移动承载台，到使得承载台上待测物9上的第二焊垫10中心与第二探针6尖端接触后，即完成对准；
步骤c、高度设定、利用探针台上的纵向直线导轨及其滑动驱动装置移动承载台，使得承载台上的第二焊垫10中心与第二探针6尖端分离，并使第二探针6的尖端距离第二焊垫10上端面的距离为x1，即完成高度设定；
步骤d、施压推进、利用探针台上的向直线导轨及其滑动驱动装置匀速移动承载台，推动承载台上的第二焊垫10向上移动的距离为x1+Δx+Δy；
其中：x1为安装于探针台上的第二探针6的最下端距离第二焊垫10上表面的距离；
Δx为设定弹性针4-7长度为S时，限位珠4-3的竖向位移；
Δy为需要增加第二探针6的竖向位移量，根据平整度的变化范围为ymin-ymax，取其最大值ymax作为第二探针6需要增加的竖向位移量Δy；
Δx+Δy为人为设定限位珠的竖向位移量的值，即第二探针6需要达到的竖向位移量。
步骤e、闭路测试、第二探针6接触完成后，计算机向测试机发送开始测试信号，测试机测试完毕后向计算机发送测试完毕和测试状态信号，计算机获得测试完毕信号后查看测试状态信号，根据状态信号输出测试报告。
具体实施方式六
一种垂直探针卡装置的修复方法，包括以下步骤：
步骤a、整体卸下、利用探针台上的纵向直线导轨及其滑动驱动装置移动承载台，使得承载台上的第二焊垫10中心与第二探针6尖端分离，并解除电路板7与测试机的电性连接，然后调节探针台上的锁紧旋钮解除固定，从探针台上的安装台上卸下待更换探针的垂直探针卡装置；
步骤b、固定安装、将新的垂直探针卡装置固定于承载台上方的探针卡安装台上，，并对探针卡装置进行调平，然后通过锁紧旋钮进行锁紧固定探针卡，完成探针卡的固定放置，然后将电路板7与测试机电性连接，进行检测工作。
步骤c、拆卸分离、将电路板7与第一探针5分离，通过调节连接螺栓11使上层导板1、中层导板2和下层导板3分离，并将多个第一探针5从上层导板1取出、将多个第二探针6从中层导板2、下层导板3取出，使对应设置连接第一探针5的限位件4-1与对应连接第二探针6的稳定件4-4分离，将设置限位珠4-3的弹性针4-7从限位件4-1上的限位通孔4-2内取出，完成分离；
步骤d、探针更换、将准备好替换的第一探针5、第二探针6和变形连接装置4进行组装连接，并将多个第一探针5穿过上层导板1的垂直限位通孔、将多个第二探针6穿过中层导板2、下层导板3的垂直限位通孔，通过连接螺栓11使上层导板1、中层导板2和下层导板3进行连接，并通过调节连接螺栓11使其固定；
步骤e、探针修复、将替换下列的第一探针5、第二探针6进行检测，对第一探针、第二探针的针尖发生物理形变的进行筛选，并用探针打磨机对第一探针5、第二探针6进行打磨修复；
步骤f、重新组装、将打磨修复完成的第一探针5、第二探针6和被替换下的变形连接装置4，进行重新组合安装。
第二探针6的尖端发生物理形变，会影响第二探针6刺入第二焊垫10的污染物和氧化层，会影响接触电阻，使接触电阻较大，电流较小，导致测试失败，以上方法中采用的是将第一探针5、第二探针6、变形连接装置4进行更换，这样能够大大提高工作的效率，同时将拆卸下的垂直探针卡装置进行检查，对主要的耗材为第一探针、第二探针进行检查，本发明由于第二探针不发生侧弯，只需要将第一探针、第二探针的针尖发生物理形变的进行打磨处理，组装完成即可做到哪里损耗对应更换哪里，同时也省去不必要的工序，这样使资源利用最大化，避免造成资源浪费，既能保证晶圆的检测工作又能对第一探针、第二探针进行由目的的快速修复。
具体实施方式七
一种垂直探针卡装置的组装方法，包括以下步骤：
步骤a、连针、将多个第一探针5与多个对应的稳定件4-4的上端通过螺纹进行电性连接，将多个第二探针6与多个对应的限位件4-1的下端通过螺纹电性连接；
步骤b、调距、将多个阵列设置的弹性针4-7通过螺纹作用设置在稳定件4-4侧壁上的螺纹通孔4-6内，并通过旋转弹性针4-7，调节弹性针4-7的有效长度为S0；
步骤c、挂件、将弹性针4-7一端的限位珠4-3对应插入限位件4-1的限位通孔4-2内；
步骤c、穿板、将多组与稳定件4-4相连的第一探针5从上层导板1的下端面穿过垂直限位孔，并使多个稳定件4-4的上端与上层导板1下端面对应设置的限位垫4-5卡接；并调节上层导板1与中层导板2、下层导板3对齐，将多个第二探针6穿过中层导板2、下层导板3的对应的垂直限位通孔，并使多个稳定件4-4的下端与中层导板2上端面上对应设置的限位垫卡接；
步骤e、固定、通过连接螺栓11使上层导板1、中层导板2和下层导板3进行连接，并通过调节连接螺栓11使其固定；
步骤f、电连、将电路板7上的多个第一焊垫8与对应的第一探针5相抵靠，并使第一探针5作用在对应的第一焊垫8的中央。
以上实施例，涉及了一种垂直探针卡装置和各零部件的实施例。但需要说明的是，这些实施例，不矛盾的技术方案都可以进行排列组合，本领域技术人员能够根据高中阶段学习过的排列组合数学知识穷尽每一种排列组合后的结果，同时，每一种排列组合后的结果都应该理解为被本申请所公开。
以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (8)
1.一种垂直探针卡装置，其特征在于：包括上层导板(1)、中层导板(2)、下层导板(3)、变形连接装置(4)、第一探针(5)、第二探针(6)、电路板(7)和第一焊垫(8)；所述上层导板(1)、中层导板(2)和下层导板(3)分别对应设置有多个垂直限位通孔，所述上层导板(1)和中层导板(2)之间阵列设置有多个变形连接装置(4)，多个所述第一探针(5)的一端穿过上层导板(1)的垂直限位通孔与对应设置的变形连接装置(4)一端电性相连，另一端与电路板(7)上的对应的第一焊垫(8)相连接，多个所述第二探针(6)的一端依次穿过所述下层导板(3)和所述中层导板(2)的垂直限位通孔，并与对应的变形连接装置(4)的另一端电性相连，多个所述第二探针(6)的另一端与待测物(9)上设置的多个第二焊垫(10)相对应；
所述变形连接装置(4)包括限位件(4-1)、限位珠(4-3)、稳定件(4-4)、限位垫(4-5)、弹性针(4-7)；所述限位件(4-1)内阵列设置有限位通孔(4-2)，所述限位通孔(4-2)内设置有限位珠(4-3)，多个所述稳定件(4-4)通过限位垫(4-5)阵列设置在上层导板(1)和中层导板(2)之间，所述稳定件(4-4)侧壁上开设有多个螺纹通孔(4-6)，多个阵列设置的弹性针(4-7)的一端在螺纹通孔(4-6)内，所述弹性针(4-7)的另一端与限位通孔(4-2)内的限位珠(4-3)相连；在检测过程中，在外力作用下，所述弹性针(4-7)能够利用自身的弹性弯曲形变，使相对应的第二探针(6)能够垂直进行上下往复运动，往复运动的过程中，所述弹性针(4-7)的弯曲变形通过限位珠(4-3)与限位件(4-1)的活动连接，能够使限位件(4-1)不发生横向偏移，只进行竖向移动，第二探针(6)只承受轴向力作用，不承受剪力和弯矩的作用，第二探针(6)无侧弯变形，使第二探针(6)严格保持垂直作用在第二焊垫(10)上，通过设定弹性针(4-7)的有效长度的最优值，能够得到清晰的针痕，并实现第二探针(6)与第二焊垫(10)良好接触。
2.根据权利要求1所述的一种垂直探针卡装置，其特征在于：所述限位通孔(4-2)的一端侧壁开有斜槽(4-2-1)，所述斜槽(4-2-1)底壁的倾斜角能够满足发生弯曲后的弹性针(4-7)位于斜槽(4-2-1)内，并与斜槽(4-2-1)的底壁无接触。
3.根据权利要求1所述的一种垂直探针卡装置，其特征在于：所述变形连接装置(4)、第一探针(5)和第二探针(6)均采用钨、铍铜和钯的合金制成。
4.根据权利要求1所述的一种垂直探针卡装置，其特征在于：所述限位垫(4-5)相对应的阵列设置在上层导板(1)的下端面和上层导板(1)的上端面上，上层导板(1)上设置的限位垫(4-5)开有通孔，第一探针(5)穿过限位垫(4-5)的通孔与稳定件(4-4)相连。
5.根据权利要求1所述的一种垂直探针卡装置，其特征在于：所述第一探针(5)的一端设置有外螺纹，所述稳定件(4-4)上端开有螺纹孔，第一探针(5)与稳定件(4-4)通过螺纹电性相连。
6.根据权利要求1所述的一种垂直探针卡装置，其特征在于：所述第二探针(6)一端设置有外螺纹，所述限位件(4-1)下端开有螺纹孔，第二探针(6)与限位件(4-1)通过螺纹电性相连。
7.根据权利要求1所述的一种垂直探针卡装置，其特征在于：所述上层导板(1)、中层导板(2)和下层导板(3)通过环形阵列设置的连接螺栓(11)相连接。
8.一种垂直探针卡装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a、固定安装、将待测物(9)安装在探针台上的承载台上，并将组装完成且弹性针(4-7)的有效长度为S0的垂直探针卡装置，固定于承载台上方的探针卡安装台上，并对探针卡进行调平，然后通过锁紧旋钮进行锁紧固定探针卡，完成探针卡的固定放置，然后将电路板(7)与测试机电性连接；
步骤b、对准定位、利用探针台上横向直线导轨与纵向直线导轨及其滑动驱动装置移动承载台，到使得承载台上待测物(9)上的第二焊垫(10)中心与第二探针(6)尖端接触后，即完成对准；
步骤c、高度设定、利用探针台上的纵向直线导轨及其滑动驱动装置移动承载台，使得承载台上的第二焊垫(10)中心与第二探针(6)尖端分离，并使第二探针(6)的尖端距离第二焊垫(10)上端面的距离为x1，即完成高度设定；
步骤d、施压推进、利用探针台上的向直线导轨及其滑动驱动装置匀速移动承载台，推动承载台上的第二焊垫(10)向上移动的距离为x1+Δx+Δy；
其中：
x1为安装于探针台上的第二探针(6)的最下端距离第二焊垫(10)上表面的距离；
Δx为设定弹性针(4-7)长度为S时，限位珠(4-3)的竖向位移；
Δy为需要增加第二探针(6)的竖向位移量，根据平整度的变化范围为ymin-ymax，取其最大值ymax作为第二探针(6)需要增加的竖向位移量Δy；
Δx+Δy为人为设定限位珠的竖向位移量的值，即第二探针(6)需要达到的竖向位移量；
步骤e、闭路测试、第二探针(6)接触完成后，计算机向测试机发送开始测试信号，测试机测试完毕后向计算机发送测试完毕和测试状态信号，计算机获得测试完毕信号后查看测试状态信号，根据状态信号输出测试报告。
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