CN114252761B - 适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置 - Google Patents

适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置。适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置,包括:探针;压力变化率检测器,与探针的固定端连接;电机,与压力变化率检测器连接;工控机,与电机以及压力变化率检测器均电连接,工控机用于获取压力变化率检测器所检测的检测值,并基于检测值控制电机。采用本发明,通过监测压力变化率,并上传工控机,再由工控机进行电机启停判断,保证针痕大小达到设定值时可以准确的停止运行。在此条件下探针与芯片间既满足完全接触的要求又可以对芯片表面造成较小的伤害。

Description

适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置
技术领域
本发明涉及芯片测试领域,尤其涉及一种适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置。
背景技术
随着半导体行业的快速发展,芯片使用领域越来越宽广,例如在超低温环境中,芯片性能会随温度变化而变化。在现有的超低温芯片测试系统中,由于芯片受温度影响,会变得硬而脆,针痕变化难以控制,同时测针受温度传导的作用,影响到测试的精准度。现有的测针装置通常采用电机固定位移或调整电流环电流大小来控制扎针深度。前者由于电机自身的精度以及待测片非绝对平整所产生的相对位置误差,造成针痕大小难以精准控制,在低温环境下容易扎损测试片;后者受到测针传导温度、电机长时间运行而升高的自身温度及电机内部电路老化导致电流环中电流控制不稳定,从而导致扎针深度偏差较大,容易发生回弹现象,直接损坏芯片。上述两种方式均无法保证在超低温环境下对针痕大小的精准控制。
发明内容
本发明实施例提供一种适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置,用以解决现有技术中芯片测试过程中针痕控制精度低的问题。
根据本发明实施例的适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置,包括:
探针;
压力变化率检测器,与所述探针的固定端连接;
电机,与所述压力变化率检测器连接;
工控机,与所述电机以及所述压力变化率检测器均电连接,所述工控机用于获取所述压力变化率检测器所检测的检测值,并基于所述检测值控制所述电机。
根据本发明的一些实施例,所述探针为弹簧针。
根据本发明的一些实施例,所述工控机用于:
接收目标针痕长度,并根据所述目标针痕长度确定针痕长度补偿公式;
当所述目标针痕长度位于第一区间内,选择公式1作为所述针痕长度补偿公式:
Figure BDA0003438432670000021
当所述目标针痕长度位于第二区间内,选择公式2作为所述针痕长度补偿公式:
Figure BDA0003438432670000022
当所述目标针痕长度位于第三区间内,选择公式3作为所述针痕长度补偿公式:
Figure BDA0003438432670000023
/>
其中,a是基础偏差,b是偏差系数,x是压力变化率,y是针痕长度;
实时获取所述检测值,并基于对应的针痕长度补偿公式,计算当前针痕长度;
判断所述当前针痕长度是否达到所述目标针痕长度,若是,则控制所述电机停止运动,否则,控制所述电机继续运动。
根据本发明的一些实施例,所述第一区间为[0μm,27μm);
所述第二区间为[27μm,38μm);
所述第三区间为[38μm,44μm]。
根据本发明的一些实施例,所述适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置还包括:
显微镜,与所述工控机通信连接,所述显微镜用于实际探测针痕长度,并传送至所述工控机;
所述工控机还用于:
基于所述实际探测针痕长度以及所述压力变化率检测器的当前检测值,确定所述a、b。
根据本发明的一些实施例,所述适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置还包括:控制器,所述工控机通过所述控制器与所述电机电连接。
根据本发明的一些实施例,所述适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置还包括:
探针夹具,呈长条状,所述探针夹具的一端用于固定所述探针的固定端,所述探针夹具的另一端与所述压力变化率检测器连接。
根适用于据本发明的一些实施例,所述超低温环境的探针设备针痕控制装置还包括:信号处理电路,所述压力变化率检测器通过所述信号处理电路与所述工控机电连接,所述信号处理电路用于对所述压力变化率检测器所检测的检测值进行直流占比调整,并将调整后的检测值传送给所述工控机。
根据本发明的一些实施例,所述探针为耐冷材料件。
根据本发明实施例的基于上述适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置的芯片测试方法,包括:
工控机实时获取压力变化率检测器所检测的检测值,并基于所述检测值控制所述电机。
采用本发明实施例,通过监测压力变化率,并上传工控机,再由工控机进行电机启停判断,保证针痕大小达到设定值时可以准确的停止运行。在此条件下探针与芯片间既满足完全接触的要求又可以对芯片表面造成较小的伤害。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。在附图中:
图1是本发明实施例中适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置结构示意图;
图2是本发明实施例中适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置工作原理图;
图3是本发明实施例中适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置工作流程图;
图4是本发明实施例中信号处理电路示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明,并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。另外,在一些实例中,并未详细示出公知的方法、结构和技术,以便不模糊对本说明书的理解。
参照图1-图2所示,本发明实施例的适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置,包括:
探针5;探针5适于接触待测芯片。
压力变化率检测器3,与探针5的固定端连接;在探针5扎入待测芯片后,待测芯片会给探针5一个反向作用的压力,扎入深度不同,反馈的反向作用压力也不同,压力变化率检测器3就是用于检测这种反向作用的压力变化率。
电机1,与压力变化率检测器3连接;电机1可以驱动压力变化率检测器3运动,进而带动探针5运动。
工控机,与电机1以及压力变化率检测器3均电连接,工控机用于获取压力变化率检测器3所检测的检测值,并基于检测值控制电机1。压力变化率检测器3可以实时检测压力变化率,并反馈给工控机,从而工控机可以根据实时反馈的压力变化率,去控制电机1是否继续运动。
采用本发明实施例,通过监测压力变化率,并上传工控机,再由工控机进行电机1启停判断,保证针痕大小达到设定值时可以准确的停止运行,从而可以精确控制针痕长度。在此条件下探针5与芯片间既满足完全接触的要求又可以对芯片表面造成较小的伤害。
在上述实施例的基础上,进一步提出各变型实施例,在此需要说明的是,为了使描述简要,在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。
根据本发明的一些实施例,探针5可以为弹簧针。弹簧针在刚接触到待测芯片后,弹簧针自身会缓冲朝向待测芯片的冲击力,使得待测芯片承受较小瞬时撞击损伤,避免待测芯片由于瞬时高冲击力,在超低温环境下脆性大,被冲击破裂或是形成裂痕的情况。
当然,由于弹簧针所带来针痕长度控制误差,会在工控机控制过程中予以补偿。
根据本发明的一些实施例,工控机用于:
接收目标针痕长度,并根据目标针痕长度确定针痕长度补偿公式;
当目标针痕长度位于第一区间内,选择公式1作为针痕长度补偿公式:
Figure BDA0003438432670000051
当目标针痕长度位于第二区间内,选择公式2作为针痕长度补偿公式:
Figure BDA0003438432670000061
当目标针痕长度位于第三区间内,选择公式3作为针痕长度补偿公式:
Figure BDA0003438432670000062
其中,a是基础偏差,b是偏差系数,x是压力变化率,y是针痕长度;
实时获取检测值,并基于对应的针痕长度补偿公式,计算当前针痕长度;
判断当前针痕长度是否达到目标针痕长度,若是,则控制电机1停止运动,否则,控制电机1继续运动。
可以理解的是,根据目标针痕长度,工控机需要选择不同的计算公式来基于实时所获取的压力变化率来了解实时针痕长度,从而确定是否控制电机1继续运行。上述公式是发明人通过理论计算,结合实际测试所获得的,能够使得针痕控制精度满足实际使用要求。
根据本发明的一些实施例,第一区间为[0μm,27μm);
第二区间为[27μm,38μm);
第三区间为[38μm,44μm]。
参照图2所示,根据本发明的一些实施例,适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置还包括:
显微镜,与工控机通信连接,显微镜用于实际探测针痕长度,并传送至工控机;
工控机还用于:
基于实际探测针痕长度以及压力变化率检测器3的当前检测值,确定a、b。
显微镜还可以用于用户实时观察待测芯片的状态。
参照图2所示,根据本发明的一些实施例,适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置还包括:控制器,工控机通过控制器与电机1电连接。
由此,工控机通过给定控制器控制参数,控制器就可以根据控制参数控制电机1运动,如此,可以提高电机1控制精度,且满足实时性要求。从压力变化率的获取到电机1的控制所需时间控制在1毫秒之内。
参照图1所示,根据本发明的一些实施例,适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置还包括:
探针夹具4,呈长条状,探针夹具4的一端用于固定探针5的固定端,探针夹具4的另一端与压力变化率检测器3连接。
参照图2所示,根据本发明的一些实施例,适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置还包括:信号处理电路,压力变化率检测器3通过信号处理电路与工控机电连接,信号处理电路用于对压力变化率检测器3所检测的检测值进行直流占比调整,并将调整后的检测值传送给工控机。
图4是本发明实施例的信号处理电路的示意图。探针5接触待测芯片瞬间,压力变化率检测器3输出瞬时的正向跳变电流,离开芯片表面瞬间输出瞬时的负向跳变电流。装置在连续高频动作时,压力变化率检测器3内部陶瓷片存在持续充放电现象,形成高频电流信号,经过测试发现信号中夹杂微小直流电流信号,会对针痕造成0-5μm的长度偏差,此处对电流信号进行处理过滤掉微小的直流电流信号。T1、T2和T3、T4为专用单相二极管将电流信号分入两个通道中进行K1、K2与KM1、KM2是专用继电器的控制端与线圈将信号处理后的电流重新整合到一组信号线中,电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C9和三极管A1与电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10与三极管A2组成信号发达电路将采集到的电流信号进行放大处理,电阻R5、电阻R6、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4与电阻R11、电阻R12、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8将各路中的直流电信号过滤,降低直流信号占比后,整合到同一组信号线中进行输出,输出连接至工控机。工控机进行数据处理。经过此项处理后,缩小了干扰电流的占比,针痕误差值可缩小到2μm以内。
图2中,测针机构包括探针5。
根据本发明的一些实施例,探针5为耐冷材料件。
根据本发明实施例的基于上述适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置的芯片测试方法,包括:
工控机实时获取压力变化率检测器所检测的检测值,并基于检测值控制电机。
图3是本发明实施例的适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置的工作流程图,开始运行后设置电机1参数与针痕长度,设置完成后电机1开始向下运行。电机1运行中,压力变化率检测器3将实时监测到的压力变化率通过信号采集模块上传工控机,工控机通过算法处理后判断电机1是否停止,若针痕长度达到阈值则电机1停止,若针痕长度未达到阈值则电机1继续运行。停止运行2秒后返回原点。电机1返回原点后工控机弹出对话框询问是否再次启动电机1运行,如果是,则控制流程返回至电机1运行处,如果否,则工控机弹框询问是否重新设定参数,如果是,则控制流程返回至设置参数,如果否,则控制流程结束。
下面参照图1-图4以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置。值得理解的是,下述描述仅是示例性说明,而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化,均应列入本发明的保护范围。
在芯片测试过程中,在超低温环境下某种芯片材料比较脆且硬,芯片厚度较薄。在超低温液体中进行电信号测试时,即要保证检测电流完全接入,防止误测,又要防止针痕过大甚至扎穿、扎碎芯片造成的经济损失。
相关技术中,采用设置电机中电流环参数,以调整电流环中电流的大小实现扎针深度的控制。此控制模式下电机为开环力矩模式,需使用测量显微镜校正针痕大小,具体操作如下:通过在恒定的外界环境下,多次由小到大不断改变电流环参数,同时使用测量显微镜测量并记录下各电流参数下针痕的大小,各测试结果取平均值后拟合成电流环参数-针痕大小曲线,完成扎针针痕校正,过程比较繁琐,而且还具有如下缺陷:使用过程中效果不稳定,受电机自身温度和使用时间的影响,造成电流环中电流不稳定,扎针后对芯片表面损伤程度不稳定,无法对损伤范围量化;力校准过程比较繁琐,需多次在特定环境下进行校验,并且为保持力控制的准确性,每过一段时间需要重新进行校验,工作量繁琐;电机运行原理为开环力矩模式,电机以恒力运行,在接触芯片之前保持恒加速运动,在接触芯片瞬间会产生回弹现象,造成二次碰撞芯片,对芯片造成二次伤害。
为此,本发明实施例提出一种适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置,用于解决在超低温环境下测试时,现有控制方式使用效果不稳定,需多次校准工作量过大和避免对芯片造成二次碰撞损害芯片的问题。
图1为本发明实施例的适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置的机械结构示意图。参照图1所示,本发明实施例的适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置包括:电机1、连接件2、压力变化率检测器3、探针夹具4、探针5——弹簧针。
各个结构的连接关系可以参照图1所示,电机1带动其他器件(包括连接件2、压力变化率检测器3、探针夹具4、以及探针5)往复运动,连接件2连接压力变化率检测器3,压力变化率检测器3连接由探针夹具4和探针5组成的测针机构。弹簧针(即探针5)在接触待测芯片后会释放应力较小瞬间撞击损伤,为保证精准的针痕长度控制,需在软件中进行补偿算法。
图2是本发明实施例的适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置的的工作原理示意图,工控机控制整机流程、储存针痕长度值并对其进行算法处理以及对电机1参数进行赋值,控制器保存电机1参数并驱动电机1运行。电机1通过连接件2与压力变化率检测器3带动测针机构扎向待测芯片,压力变化率检测器3实时监测测针机构与待测片间的作用力变化率,并以电流信号的形式反馈于工控机。
图3是本发明实施例的适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置的工作流程图,开始运行后设置电机1参数与针痕长度,设置完成后电机1开始向下运行。电机1运行中,压力变化率检测器3将实时监测到的压力变化率通过信号采集模块上传工控机,工控机通过算法处理后判断电机1是否停止,若针痕长度达到阈值则电机1停止,若针痕长度未达到阈值则电机1继续运行。停止运行2秒后返回原点。电机1返回原点后工控机弹出对话框询问是否再次启动电机1运行,如果是,则控制流程返回至电机1运行处,如果否,则工控机弹框询问是否重新设定参数,如果是,则控制流程返回至设置参数,如果否,则控制流程结束。
由于在小针痕情况下,弹簧针在接触过程中存在三个阶段:(1)初始接触阶段,(2)逐渐深入阶段,(3)深度缓慢增加,针痕表面积迅速增大阶段。为保证在超低温环境下进行测试时,探针5既充分接触又不会对芯片造成过大损伤在第二阶段时设定针痕阈值更加合理,本发明实施例中工控机针对不同针痕长度选用不同的公式确定针痕长度,以控制电机1是否继续运动,详细公式如下:
Figure BDA0003438432670000101
其中,a是基础偏差,b是偏差系数,x是压力变化率,y是针痕长度。公式1的针痕适用范围为27μm以下,公式2的针痕适用范围为27μm到38μm,公式3的针痕适用范围为44μm。
图4是本发明实施例的信号处理电路的示意图。探针5接触待测芯片瞬间,压力变化率检测器3输出瞬时的正向跳变电流,离开芯片表面瞬间输出瞬时的负向跳变电流。装置在连续高频动作时,压力变化率检测器3内部陶瓷片存在持续充放电现象,形成高频电流信号,经过测试发现信号中夹杂微小直流电流信号,会对针痕造成0-5μm的长度偏差,此处对电流信号进行处理过滤掉微小的直流电流信号。T1、T2和T3、T4为专用单相二极管将电流信号分入两个通道中进行K1、K2与KM1、KM2是专用继电器的控制端与线圈将信号处理后的电流重新整合到一组信号线中,电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C9和三极管A1与电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10与三极管A2组成信号发达电路将采集到的电流信号进行放大处理,电阻R5、电阻R6、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4与电阻R11、电阻R12、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8将各路中的直流电信号过滤,降低直流信号占比后,整合到同一组信号线中进行输出,输出连接至工控机。工控机进行数据处理。经过此项处理后,缩小了干扰电流的占比,针痕误差值可缩小到2μm以内。
本发明通过监测力变化率,上传于工控机,再由工控机进行电机1启停判断,保证针痕大小达到设定值时可以准确的停止运行。再此条件下探针5与待测片间既满足完全接触的要求又可以对待测片表面造成较小的伤害。
本发明装置使用效果稳定,不会受温度、使用时间的影响。第一次校准基础偏差和偏差系数完成后不需要因后续环境的变化再次校准。不会对待测片造成二次伤害,整体性能安全、可靠。
需要说明的是,以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,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保护范围之内。
另外,在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征,但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。例如,在权利要求书中,所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
不应将位于括号之内的任何参考符号构造成对权利要求的限制。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (8)

1.一种适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置,其特征在于,包括:
探针;
压力变化率检测器,与所述探针的固定端连接;
电机,与所述压力变化率检测器连接;
工控机,与所述电机以及所述压力变化率检测器均电连接,所述工控机用于获取所述压力变化率检测器所检测的检测值,并基于所述检测值控制所述电机;
所述工控机用于:
接收目标针痕长度,并根据所述目标针痕长度确定针痕长度补偿公式;
当所述目标针痕长度位于第一区间内,选择公式1作为所述针痕长度补偿公式:
Figure QLYQS_1
当所述目标针痕长度位于第二区间内,选择公式2作为所述针痕长度补偿公式:
Figure QLYQS_2
当所述目标针痕长度位于第三区间内,选择公式3作为所述针痕长度补偿公式:
Figure QLYQS_3
其中,a是基础偏差,b是偏差系数,x是压力变化率,y是针痕长度;
实时获取所述检测值,并基于对应的针痕长度补偿公式,计算当前针痕长度;
判断所述当前针痕长度是否达到所述目标针痕长度,若是,则控制所述电机停止运动,否则,控制所述电机继续运动;
所述第一区间为[0μm,27μm);
所述第二区间为[27μm,38μm);
所述第三区间为[38μm,44μm];
所述工控机还用于:
基于实际探测针痕长度以及所述压力变化率检测器的当前检测值,确定所述a、b。
2.如权利要求1所述的适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置,其特征在于,所述探针为弹簧针。
3.如权利要求1所述的适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置,其特征在于,所述适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置还包括:
显微镜,与所述工控机通信连接,所述显微镜用于实际探测针痕长度,并传送至所述工控机。
4.如权利要求1-3中任一项所述的适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置,其特征在于,所述适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置还包括:控制器,所述工控机通过所述控制器与所述电机电连接。
5.如权利要求1-3中任一项所述的适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置,其特征在于,所述适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置还包括:
探针夹具,呈长条状,所述探针夹具的一端用于固定所述探针的固定端,所述探针夹具的另一端与所述压力变化率检测器连接。
6.如权利要求1-3中任一项所述的适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置,其特征在于,所述适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置还包括:信号处理电路,所述压力变化率检测器通过所述信号处理电路与所述工控机电连接,所述信号处理电路用于对所述压力变化率检测器所检测的检测值进行直流占比调整,并将调整后的检测值传送给所述工控机。
7.如权利要求1-3中任一项所述的适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置,其特征在于,所述探针为耐冷材料件。
8.一种基于权利要求1-7中任一项所述适用于超低温环境的探针设备针痕控制装置的芯片测试方法,其特征在于,包括:
工控机实时获取压力变化率检测器所检测的检测值,并基于所述检测值控制所述电机。
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