CN114280455B - 探针调节机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及精密检测领域，具体公开了探针调节机构，包括安装座、XY轴移动座、Z轴移动座、若干探针和探针座，安装座、XY轴移动座、Z轴移动座和探针座依次连接安装，若干探针均安装在探针座上，Z轴移动座和探针座之间安装有安装架，安装架上安装有控制探针座绕Y轴微转动的旋转单元，旋转单元包括转轴以及推动转轴的端部转动的推动部，转轴远离推动部的一端与探针座固定连接，转轴的另一端与安装架转动连接。本方案中的旋转单元能对探针座和探针进行绕Y轴方向的轻微调节，旋转单元相较于XY轴移动座的调节，调节更加灵敏有效。

Description

探针调节机构

技术领域

本发明涉及精密检测技术领域，尤其涉及探针调节机构。

背景技术

近年来半导体制程技术突飞猛进，半导体产品讲求轻薄短小，IC体积越来越小、功能越来越强、脚数越来越多，目的是降低芯片封装所占的面积与改善IC效能。待晶圆安装到Pad上后，需要将探针安装在对应的探针座上对晶圆上的die进行功能测试，可对不良的晶圆进行检测标记，进而能够快速的对该不良产品进行舍弃，省去后续不必要的加工步骤，降低加工成本。

在对晶圆测试中，尤其是对高频晶圆的测试，需要将探针座上的探针准确稳定地扎在每个die的Pad上，这就需要在测试前做好对针操作，便于将探针准确的与相应的Pad相对，由于常规的一个die的一侧上少则几个Pad，多则几十个Pad，所需的探针也非常多，在同时对多个Pad进行检测时，对探针与Pad的相对精度要求也非常高。

现有的探针座一般采用三自由度调整机构实现探针座在X、Y和Z轴方向的整体平移，一般是通过X、Y轴的平移将探针移动到die相应的Pad位置，通过Z轴的平移来升降探针来调整探针扎入pad的深度，三自由度调整机构的控制均只能从整体上移动探针座上的所有探针；但是当该探针机构长时间使用后，探针座上的探针会不可避免的出现轻微偏离，进而会出现如说明书附图1所示的检测情况，待pad被探针扎入检测后，pad上的针痕点左右偏斜无法扎到pad的中心位置，相应的针痕点连接成的针痕偏斜线2偏离了理想中的垂直中心线1，当探针偏斜严重时，针会扎到pad外面，而无法完成对针检测；出现该情况时，一般只能让调试人员拆下探针座，对探针座上的探针进行手动微调，这种微调依赖与调试人员的手感，所以常常需要经过多次将针座拆下微调，该方式不但降低了对针效率，还增加了对针过程中的风险；同时，时常还会出现pad上针痕深度不一致的情况，这由于扎针深度的不均匀而造成测试不稳定，出现该情况也无法对晶圆正常测试，也只能将探针座拆下后，对形成针痕较深的pad处垫上薄垫片，达到调整针痕均匀一致的目的，该过程很大程度上降低了对针和检测的效率。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了探针调节机构，以解决原有的探针检测后，各个pad上针痕点处出现针痕深度不一致时，探针座和探针角度调整效率低的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案如下：探针调节机构，包括安装座、XY轴移动座、Z轴移动座、若干探针和探针座，安装座、XY轴移动座、Z轴移动座和探针座依次连接安装，若干探针均安装在探针座上，Z轴移动座和探针座之间安装有安装架，安装架上安装有控制探针座绕Y轴微转动的旋转单元，旋转单元包括转轴以及推动转轴的端部转动的推动部，转轴远离推动部的一端与探针座固定连接，转轴的另一端与安装架转动连接。

本发明的技术原理为：在对die上的Pad进行检测时，先将die放置到相应的检测位置，此时XY轴移动座带动Z轴移动座、旋转单元、探针座和探针的整体在大方向上沿X轴和Y轴移动，使得探针座上的若干探针与die一侧上的若干Pad分别相对，待若干探针分别与若干Pad相对后，Z轴移动座带动旋转单元、探针座和探针的整体在Z轴的大方向上移动，使得探针座带动若干探针插到若干Pad上，实现对Pad的检测；待检测完成后，Z轴移动座带动旋转单元、探针座和若干探针从Pad上移开，此时观察若干Pad上的针痕点。

当若干Pad上针痕点针痕深度不一致的情况时，说明探针座一侧与Pad相对的竖直距离较小，探针座另一侧与Pad的竖直距离较大，进而需要对探针座进行转动微调，此时推动部推动转轴轻微转动，转轴转动的同时带动探针座和探针轻微转动，让探针座和探针进行绕Y轴方向的轻微摆动，使得探针座与Pad竖直距离较小的一侧竖直距离变大，探针座与Pad竖直距离较大的一侧竖直距离变小，让探针座上各个探针与Pad之间的竖直距离达到均一状态，即可完成对检测时探针与pad之间按压深度的调节，调节迅速方便；同时，能够确保在进行检测的过程中，pad与探针充分接触完成检测，又不会对pad造成损伤。

进一步，推动部包括顶块、扭簧和推杆，安装架上设有安装腔，转轴远离探针座的一端位于安装腔内，扭簧套设在转轴远离探针座的一端上，扭簧和顶块均位于安装腔内，扭簧的自由端与安装腔的内壁相抵，扭簧的非自由端与转轴固定连接；顶块上供设有转轴的端部穿过的安装孔，转轴的安装孔处与转轴的端部固定连接，安装架的侧面上设有与安装腔连通的推孔，推杆的端部穿过推孔并且与顶块的侧面相抵，推杆的轴线与转轴的轴线垂直；推杆上设有锁止推杆沿推孔移动的第一锁止件。

在对探针座和探针进行绕Y轴方向的微动调节时，推杆沿推孔处推入，推杆推动顶块带动转轴转动，此时扭簧蓄能，待探针座和探针转动至与pad相对的位置时，第一锁止件对推杆的推动进行锁止，进而对探针座和探针的微转动进行锁止；当需要反向周转探针座和探针时，退回推孔中的推杆，扭簧的弹性带动转轴、探针座、探针和顶块回转，顶块与推杆处于持续相抵的状态，也可实现对探针座和探针的反向微动调节；整个过程，只需推动推杆沿推孔移动即可完成对探针座和探针的转动调节，调节快速方便，同时该旋转单元的结构具有较高的疲劳极限，具有在长期振动和交变应力作用下抵抗疲劳破坏的能力。

进一步，顶块远离推杆的一侧呈防撞斜面状，顶块靠近推杆一端的宽度小于顶块另一端的宽度。

通过上述设置，当顶块向远离推杆的一侧转动时，顶块的防撞斜面处能为顶块端部的传动提供转动的空间余量，确保探针座和探针能够大角度的转动，让探针座和探针的可调范围变大。

进一步，推杆为第一微分尺，第一微分尺包括第一测微螺杆以及控制第一测微螺杆伸长或缩短的第一活动套筒，第一测微螺杆位于推孔内，并且第一测微螺杆远离第一活动套筒的一端与顶块的侧面相抵，第一锁止件为第一锁紧手柄，安装架上设有与推孔连通的第一锁止孔，第一锁紧手柄穿过第一锁止孔并且与第一测微螺杆的侧壁相抵，第一锁止孔的轴线与第一测微螺杆的轴线垂直。

通过第一测微螺杆和第一活动套筒的配合，能够让第一测微螺杆伸长或缩短的长度得到精确的控制，进而也能够精准的控制顶块和转轴的转动角度，实现对探针座和探针精确且细微的转动调整，调整完成后，第一锁紧手柄只需将第一测微螺杆锁紧即可，调整非常的方便且快速。

进一步，还包括绕Z轴向微调单元，绕Z轴向微调单元设置在探针座和转轴之间，绕Z轴向微调单元包括支撑座、调节杆以及控制调节杆转动的第二锁止件，支撑座的一侧与转动轴固定连接，支撑座的另一端与探针座相对，调节杆的一端穿过支撑座与探针座固定连接，调节杆与探针座的连接处位于探针座的中部处，第二锁止件安装在调节杆的另一端上。

在进行pad的检测后，观察pad上针痕点连接情况，若针痕点连接成形成针痕偏斜线时，说明若干探针所在的竖直平面与垂直中心线所在的平面出现了偏斜，此时松懈第二锁止件，转动调节杆，调节杆转动时带动探针座绕中心点转动，进而使得偏移的探针与pad的中心处再次相对，待调整到合适的位置后，采用第二锁止件对调节杆进行锁止；通过上述过程，能够将检测后形成的针痕点调节至垂直中心线状态，且在对探针座和探针进行调节的过程中，无需对探针座和探针进行拆卸调节，绕Z轴向微调单元能更加灵敏有效对探针座和探针进行调节。

进一步，调节杆为第二微分尺，第二微分尺包括第二测微螺杆以及控制第二测微螺杆转动的第二活动套筒，第二测微螺杆远离第二活动套筒的一端穿过支撑座与探针座固定连接，第二锁止件为抵紧螺栓，支撑座上设有供抵紧螺栓穿过的螺纹孔，螺纹孔的轴线与第二测微螺杆的轴线垂直，抵紧螺栓的端部可与第二活动套筒的侧壁相抵。

通过第二测微螺杆和第二活动套筒的配合，也能对探针座和探针在绕Z轴向的转动角度得到精确的调整，让探针与pad之间的按压深度得到精确的调节，能够减小采用绕Z轴向微调单元时的调节误差；同时在进行调节的过程中，抵紧螺栓可对第二活动套筒进行松懈或者抵紧，能够更方便的对探针座和探针的转动角度进行调节。

进一步，抵紧螺栓的数量为二，且两个抵紧螺栓沿第二测微螺杆的竖直轴线对称设置。

通过上述设置，在对第二活动套筒进行锁紧时，对称设置的两个抵紧螺栓能对第二活动套筒进行充分的锁紧，在测试过程中符合测试机台所需的振动和交变应力要求。

进一步，还包括第二锁紧手柄，第二活动套筒上设置有第二锁止孔，第二锁紧手柄的端部穿过第二锁止孔并且可与第二测微螺杆的侧壁相抵，第二锁止孔的轴线与第二测微螺杆的轴线垂直。

通过上述设置，当第二测微螺杆伸长或缩短至相应的距离后，采用第二锁紧手柄穿过第二锁止孔后，可与第二测微螺杆的侧壁相抵，实现对第二测微螺杆的锁止，可进一步的对第二测微螺杆进行转动锁止，能够提高对调节杆的锁紧强度，实现二次锁紧。

进一步，第一活动套筒靠近第一测微螺杆的一端固定安装在安装架的推孔处，且第一活动套筒上设有与第一锁止孔重合的第一连通孔，第一连通孔贯穿第一活动套筒的侧壁。

通过上述设置，第一锁紧手柄在锁止第一测微螺杆时，第一锁紧手柄的端部能够穿过第一活动套筒上的第一连通孔后与第一测微螺杆的侧壁相抵，在第一连通孔的限位下，能让第一锁紧手柄的安装更稳定，对第一测微螺杆的锁止也更稳定。

进一步，第二活动套筒靠近第二测微螺杆的一端转动安装在支撑座上，第二活动套筒上设有与第二锁止孔重合的第二连通孔，第二连通孔贯穿第二活动套筒的侧壁。

通过上述设置，第二锁紧手柄在锁止第二测微螺杆时，第二锁紧手柄的端部能够穿过第二活动套筒上的第二连通孔后与第二测微螺杆的侧壁相抵，在第二连通孔的限位下，能让第二锁紧手柄的安装更稳定，对第二测微螺杆的锁止也更稳定。

附图说明

图1为背景技术中die上pad检测后的针痕点示意图。

图2为本发明实施例中探针调节机构的轴测方向的结构示意图。

图3为本发明实施例探针调节机构中旋转单元的剖视图。

图4为本发明实施例探针调节机构中绕Z轴向微调单元和探针座的结构放大图。

上述附图中：垂直中心线1、针痕偏斜线2、安装座10、连接板101、XY轴移动座102、Z轴连接座103、Z轴移动座104、探针座20、安装架30、安装腔31、推孔32、第一锁止孔33、转轴301、顶块302、扭簧303、第一测微螺杆304、第一活动套筒305、支撑座40、螺纹孔41、第二锁止孔42、第二测微螺杆401、第二活动套筒402、抵紧螺栓403。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

本实施例基本如图2、附图3和附图4所示，本发明实施例提出了探针调节机构，包括安装座10、连接板101、XY轴移动座102、Z轴连接座103、Z轴移动座104、绕Z轴向微调单元、若干探针和探针座20，安装座10、连接板101、XY轴移动座102、Z轴连接座103、Z轴移动座104和探针座20依次连接安装，连接板101的下侧与安装座10的上侧通过螺栓固定连接，Z轴连接座103与XY轴移动座102的下侧通过螺栓固定连接，XY轴移动座102和Z轴移动座104均为调整滑台，XY轴移动座102与连接板101的上侧滑动连接，Z轴移动座104的后侧与Z轴连接座103的前侧滑动连接；如图2所示，XY轴移动座102沿连接板101上侧所在的水平面横向或纵向移动，Z轴移动座104沿Z轴连接座103前侧的竖直平面上下移动。

同时如图1所示，若干探针均安装在探针座20上，Z轴移动座104和探针座20之间安装有安装架30，安装架30上安装有控制探针座20绕Y轴微转动的旋转单元，旋转单元包括转轴301以及推动转轴301的端部转动的推动部，其中推动部包括第一锁止件、顶块302、扭簧303和推杆，其中推杆为第一微分尺；如图2所示，安装架30上设有供设有转轴301安装的安装腔31，转轴301水平设置，转轴301的轴线与Y轴平行；转轴301的右端靠近探针座20，转轴301的左端穿过安装架30并且位于安装架30的安装腔31内，扭簧303和顶块302均位于安装腔31内，扭簧303的上端与安装腔31的内壁相抵，扭簧303的下端与转轴301焊接，顶块302上供设有转轴301的端部穿过的安装孔，转轴301的安装孔处与转轴301的端部处通过固定销实现固定连接，安装架30的左侧上设有与安装腔31连通的推孔32；同时第一微分尺包括第一测微螺杆304以及控制第一测微螺杆304伸长或缩短的第一活动套筒305，第一测微螺杆304位于推孔32内，并且第一测微螺杆304远离第一活动套筒305的一端与顶块302的侧面相抵，第一测微螺杆304的轴线与转轴301的轴线垂直；第一活动套筒305的右端焊接在安装架30的推孔32处，第一锁止件为第一锁紧手柄（未画出），安装架30上设有与推孔32连通的第一锁止孔33，同时第一活动套筒305上设有与第一锁止孔33重合的第一连通孔，第一连通孔贯穿第一活动套筒305的侧壁，第一锁紧手柄穿过第一连通孔和第一锁止孔33并且与第一测微螺杆304的侧壁相抵，第一锁止孔33的轴线与第一测微螺杆304的轴线垂直。

此外，如图2所示，顶块302的右下侧面呈防撞斜面状，顶块302下端的宽度小于顶块302上端的宽度。

如图3所示，绕Z轴向微调单元设置在探针座20和转轴301之间，绕Z轴向微调单元包括支撑座40、调节杆、第二锁紧手柄（未画出）以及控制调节杆转动的第二锁止件，第二微分尺包括第二测微螺杆401以及控制第二测微螺杆401转动的第二活动套筒402，其中调节杆为第二微分尺，第二锁止件为抵紧螺栓403，支撑座40的上端与转动轴通过销轴固定连接，支撑座40的下端与探针座20相对，第二测微螺杆401远离第二活动套筒402的一端穿过支撑座40与探针座20焊接，且第二测微螺杆401与探针座20的连接处位于探针座20的中部处，支撑座40上设有供抵紧螺栓403穿过的螺纹孔41，螺纹孔41的轴线与第二测微螺杆401的轴线垂直，抵紧螺栓403的端部可与第二活动套筒402的侧壁相抵；同时抵紧螺栓403的数量为二，且两个抵紧螺栓403沿第二测微螺杆401的竖直轴线对称设置。

此外，第二活动套筒402上设置有第二锁止孔42，第二活动套筒402的下端转动安装在支撑座40上，第二活动套筒402上设有与第二锁止孔42重合的第二连通孔，第二连通孔贯穿第二活动套筒402的侧壁，第二锁紧手柄的端部穿过第二连通孔和第二锁止孔42并且可与第二测微螺杆401的侧壁相抵，第二锁止孔42的轴线与第二测微螺杆401的轴线垂直。

本实施例中的探针调节机构在使用时，先将die放置到相应的检测位置，此时XY轴移动座102带动Z轴移动座104、旋转单元、探针座20和探针的整体在大方向上沿连接板101进行X轴向和Y轴向的移动，使得探针座20上的若干探针与die一侧的若干Pad分别相对，待若干探针分别与若干Pad相对后，Z轴移动座104带动旋转单元、探针座20和探针的整体沿Z轴连接座103的竖直方向上下移动，使得探针座20带动若干探针插到若干Pad上，实现对Pad的检测；待检测完成后，Z轴移动座104带动旋转单元、探针座20和若干探针从Pad上移开，此时观察若干Pad上的针痕点。

当若干Pad上针痕点连接成形成如图1所示的针痕偏斜线2时，需要对探针座20进行转动微调，控制第二测微螺杆401的下端绕第二测微螺杆401与探针座20的连接处在水平面上转动，此时需要根据针痕偏斜线2的倾斜方向转动第二活动套筒402，转动调节探针座20时，先松懈位于第二活动套筒402两侧的抵紧螺栓403，同时松懈第二锁紧手柄，抵紧螺栓403能对第二活动套筒402进行放松，第二锁紧手柄能对第二测微螺杆401进行松懈，此时旋钮第二活动套筒402，控制第二测微螺杆401在水平面上转动，可精准的控制第二测微螺杆401的转动角度，第二测微螺杆401带动探针座20绕中线点同步转动，进而使得偏移的探针与pad的中心处再次相对；待调整到合适的位置后，第二锁紧手柄穿过第二连通孔和第二锁止孔42后对第二测微螺杆401进行锁止，此时同时，旋入螺纹孔41处的抵紧螺栓403，两侧的抵紧螺栓403均与第二活动套筒402的侧壁进行相抵，提升对整个调节杆的锁紧强度，让探针座20和探针在检测时更加稳定。

在进行pad的检测后，观察pad上针痕点的深浅情况，当观察到针痕点痕迹一侧较深，一侧较浅时，此时松懈第一锁紧手柄，旋钮第一活动套筒305，第一活动套筒305控制第一测微螺杆304伸长，第一测微螺杆304的端部推动转轴301轻微转动，转轴301转动的同时带动探针座20和探针轻微正向转动，扭簧303蓄能，实现对探针座20和探针进行绕Y轴方向的轻微转动调节，在此过程中，探针座20在转轴301的带动下在竖直平面上摆动，使得，探针座20与Pad竖直距离较小的一侧竖直距离变大，探针座20与Pad竖直距离较大的一侧竖直距离变小，让探针座20上各个探针与Pad之间的竖直距离达到均一状态；待各个探针转动至与相对应的pad之间的竖直距离达到相等时，第一锁紧手柄只需将第一测微螺杆304锁紧即可；通过上述调整能够让检测后pad上的针痕深度达到一致，且在对探针座20和探针进行调节的过程中，无需对探针座20和探针进行拆卸调节，调节更加方便快速；同时通过旋转单元进行调节时，相较于XY轴移动座102在大方向的调节，旋转单元更加灵敏有效对探针座20和探针进行方向调节；当需要反向周转探针座20和探针时，再次松懈第一锁紧手柄，通过控制第一活动套筒305退回推孔32中的第一测微螺杆304，扭簧303的弹性带动转轴301、探针座20、探针和顶块302回转，顶块302与第一测微螺杆304处于持续相抵的状态，也可实现对探针座20和探针的反向微动调节，可见该旋转单元的结构具有较高的疲劳极限，具有在长期振动和交变应力作用下抵抗疲劳破坏的能力。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.探针调节机构，包括安装座、XY轴移动座、Z轴移动座、若干探针和探针座，安装座、XY轴移动座、Z轴移动座和探针座依次连接安装，若干探针均安装在探针座上，其特征在于，所述Z轴移动座和探针座之间安装有安装架，安装架上安装有控制探针座绕Y轴微转动的旋转单元，所述旋转单元包括转轴以及推动转轴的端部转动的推动部，转轴远离推动部的一端与探针座固定连接，转轴的另一端与安装架转动连接；

所述推动部包括顶块、扭簧和推杆，所述安装架上设有安装腔，转轴远离探针座的一端位于安装腔内，扭簧套设在转轴远离探针座的一端上，扭簧和顶块均位于安装腔内，扭簧的自由端与安装腔的内壁相抵，扭簧的非自由端与转轴固定连接；所述顶块上供设有转轴的端部穿过的安装孔，转轴的安装孔处与转轴的端部固定连接，安装架的侧面上设有与安装腔连通的推孔，推杆的端部穿过推孔并且与顶块的侧面相抵，推杆的轴线与转轴的轴线垂直；所述推杆上设有锁止推杆沿推孔移动的第一锁止件。

2.如权利要求1所述的探针调节机构，其特征在于，所述顶块远离推杆的一侧呈防撞斜面状，顶块靠近推杆一端的宽度小于顶块另一端的宽度。

3.如权利要求2所述的探针调节机构，其特征在于，所述推杆为第一微分尺，第一微分尺包括第一测微螺杆以及控制第一测微螺杆伸长或缩短的第一活动套筒，第一测微螺杆位于推孔内，并且第一测微螺杆远离第一活动套筒的一端与顶块的侧面相抵，第一锁止件为第一锁紧手柄，安装架上设有与推孔连通的第一锁止孔，第一锁紧手柄穿过第一锁止孔并且与第一测微螺杆的侧壁相抵，第一锁止孔的轴线与第一测微螺杆的轴线垂直。

4.如权利要求3所述的探针调节机构，其特征在于，还包括绕Z轴向微调单元，所述绕Z轴向微调单元设置在探针座和转轴之间，所述绕Z轴向微调单元包括支撑座、调节杆以及控制调节杆转动的第二锁止件，支撑座的一侧与转动轴固定连接，支撑座的另一端与探针座相对，调节杆的一端穿过支撑座与探针座固定连接，调节杆与探针座的连接处位于探针座的中部处，第二锁止件安装在调节杆的另一端上。

5.如权利要求4所述的探针调节机构，其特征在于，所述调节杆为第二微分尺，第二微分尺包括第二测微螺杆以及控制第二测微螺杆转动的第二活动套筒，第二测微螺杆远离第二活动套筒的一端穿过支撑座与探针座固定连接，第二锁止件为抵紧螺栓，支撑座上设有供抵紧螺栓穿过的螺纹孔，螺纹孔的轴线与第二测微螺杆的轴线垂直，抵紧螺栓的端部可与第二活动套筒的侧壁相抵。

6.如权利要求5所述的探针调节机构，其特征在于，所述抵紧螺栓的数量为二，且两个抵紧螺栓沿第二测微螺杆的竖直轴线对称设置。

7.如权利要求6所述的探针调节机构，其特征在于，还包括第二锁紧手柄，所述第二活动套筒上设置有第二锁止孔，第二锁紧手柄的端部穿过第二锁止孔并且可与第二测微螺杆的侧壁相抵，第二锁止孔的轴线与第二测微螺杆的轴线垂直。

8.如权利要求7所述的探针调节机构，其特征在于，所述第一活动套筒靠近第一测微螺杆的一端固定安装在安装架的推孔处，且第一活动套筒上设有与第一锁止孔重合的第一连通孔，第一连通孔贯穿第一活动套筒的侧壁。

9.如权利要求8所述的探针调节机构，其特征在于，所述第二活动套筒靠近第二测微螺杆的一端转动安装在支撑座上，第二活动套筒上设有与第二锁止孔重合的第二连通孔，第二连通孔贯穿第二活动套筒的侧壁。