CN114389122B - 一种垂直式弯形mems探针插针装置及其插针方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直式弯形MEMS探针插针装置及其插针方法；用于将垂直式弯形MEMS探针插入探针卡中；装置包括上固定结构、下固定结构、平移结构、锁止结构、定位导向结构、视觉检测结构；由所述平移结构带动所述上固定结构在X、Y、Z方向上平移，以使上固定结构及上盖板在初始位置到工作位置之间位移；由所述倾斜机构带动所述下固定结构在θ轴、X轴、Y轴角度上倾斜；在工作位置、所述平移结构带动所述上固定结构分离或靠近下固定结构时，所述上盖板、下盖板之间相互平行且上探针孔、下探针孔之间竖直方向上一一对位。本装置可以使上盖板与左右垫块分离、保证平面度，插针方法，解决了目前手工插针、换针时人手抖动产生针位偏移、洒落等问题。

Description

一种垂直式弯形MEMS探针插针装置及其插针方法

技术领域

本发明涉及半导体芯片测试技术领域，特别涉及一种用于高端探针卡生产的一种垂直式弯形MEMS探针插针装置及其插针方法。

背景技术

MEMS探针卡是用来检测晶圆芯片的重要工具，由于晶圆芯片引脚间距不断缩小（50-100μm），MEMS工艺加工后探针可以实现该间距的检测要求。

参考如附图2A至附图2C所示的垂直式弯形MEMS探针结构示意图。垂直式弯形MEMS探针尺寸界面微小（截面50μm*50μm），长度尺寸大（5~8mm）。针尾勾在探针卡上盖板探针孔上，保证垂直式弯形MEMS探针不会掉落。针腹为弯形结构，在探针卡上盖板与探针卡下盖板中间的腔室中。针尖为工作面，用于刺穿芯片引脚表层金属，从而进行导电通讯测试。

探针卡采用垂直式弯形MEMS探针，垂直式弯形MEMS探针的针尖与针尾不同轴、有偏移，在上下盖板中间安装一个中空隔板，隔板与上下盖板固定，在上下盖板插针处形成一个腔室，使探针可以活动。

目前常规的插针方法是把探针卡固定在显微镜下，人工镊子夹针，从上盖板探针孔中插入探针，从下盖板探针孔中插出。

目前该方法存在的问题：

（1）由于探针上盖板探针孔与探针下盖板探针孔不垂直对应，有偏移，所以垂直式弯形MEMS探针在腔室中左右晃动，不容易插入下盖板探针孔；

（2）由于探针上盖板探针孔与探针下盖板探针孔不垂直对应，有偏移，所以垂直式弯形MEMS探针在腔室中左右晃动，在针尾处稍微移动一个微小角度，针头就可能偏差出很远距离，这就容易插入临近孔位，造成错孔；

（3）由于探针上盖板探针孔与探针下盖板探针孔不垂直对应，有偏移，所以垂直式弯形MEMS探针在腔室中左右晃动，垂直式弯形MEMS探针容易在腔室中被弯折，从而造成探针损伤；

（4）由于探针上盖板探针孔与探针下盖板探针孔不垂直对应，有偏移，所以垂直式弯形MEMS探针在腔室中左右晃动，效率低、成本高。

有鉴于此，如何解决上述问题，便成为本发明所要研究解决的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种垂直式弯形MEMS探针插针装置及其插针方法，使得垂直式弯形MEMS探针插针装置及插针工艺方法需具备以下功能：

（1）提供一种新型探针卡结构，可以使探针卡隔板左右分离，安装后使用螺钉使其固定，保证平面度；

（2）提供一种装置可以使上盖板与隔板分离；

（3）提供一种装置可以使探针卡上盖板X方向、Y方向、Z方向高精度移动；

（4）提供一种装置可以使高倍显微镜显示出插针情况，方便人工及时纠正；

（5）提供一种垂直式弯形MEMS探针插针方法，解决了目前手工插针、换针时人手抖动产生针位偏移、洒落等问题。

为达到上述目的，本发明第一方面提出了一种垂直式弯形MEMS探针插针装置，用于将垂直式弯形MEMS探针插入探针卡中，所述探针具有针尖、针腹、针尾和针钩，所述探针的针腹为弯曲结构，所述针尖的中心轴延长线与针尾的中心轴延长线之间相平行，所述探针卡包括上盖板和下盖板，所述上盖板上设置有用于针尾穿过的上探针孔，所述下盖板上设置有用于针尖穿过的下探针孔，上探针孔、下探针孔的尺寸相同，其特征在于：

所述探针卡还包括左垫块、右垫块，所述左垫块、右垫块交错固定在上盖板、下盖板之间并组合成上下表面平行的中空结构，由所述左垫块、右垫块、上盖板、下盖板合围形成位于中间的供探针针腹容纳的腔室；所述左垫块、右垫块各自设置朝外的把手；

所述插针装置包括：

上固定结构，所述上固定结构具有用于定位安装上盖板的朝下设置的上固定板，所述上固定板上设置有在探针插针过程中至少使上探针孔敞开的上避让空间，所述上固定结构具有X、Y、Z方向上的平移自由度；

下固定结构，所述下固定结构具有用于定位安装下盖板的朝上设置的下固定板，所述下固定结构上设置有在探针插针过程中使下探针孔敞开的下避让空间；所述下固定板的左右两侧对应所述左垫块、右垫块设置有台阶，该台阶使左垫块、右垫块方便拆装；

平移结构，所述平移结构与所述上固定结构配合连接，用以带动所述上固定结构在X、Y、Z方向上平移；

锁止结构，所述锁止结构与所述平移机构配合连接，用以锁止所述平移机构以限制所述平移机构在X方向上的平移自由度；

定位导向结构，所述定位导向结构包括设于下固定结构上的导向柱和对应导向柱设于下固定板、上盖板、下盖板、左垫块、右垫块上的导向孔，用于上盖板、下盖板之间分离或靠近时提供竖直方向上的直线定位导向；

视觉检测结构，所述视觉检测结构位于所述下固定结构的下方空间，所述视觉检测结构位于所述下盖板的正下方；

所述插针装置被配置成：

所述上固定结构和下固定结构具有初始位置和工作位置；在初始位置时，所述上盖板远离下盖板，在工作位置时，所述上盖板靠近下盖板；由所述平移结构带动所述上固定结构在X、Y、Z方向上平移，以使上固定结构及上盖板在初始位置到工作位置之间位移；

且在工作位置、所述平移结构带动所述上固定结构分离或靠近下固定结构时，所述上盖板、下盖板之间相互平行且上探针孔、下探针孔之间竖直方向上一一对位。

本发明第二方面提出了一种垂直式弯形MEMS探针插针方法，基于权利本发明所述的垂直式弯形MEMS探针插针装置来实施。

本发明的有关内容解释如下：

1.通过本发明的上述技术方案的实施，依靠结构简单但是可靠性、精度极高的机械结构，来实现了MEMS弯形探针在插针前能确保上盖板、下盖板稳定、无偏移得分开，插针时也能能确保上盖板、下盖板的相对平行度位置能被该装置所稳定控制，同样的在将上盖板、下盖板合上的过程中也能够确保其位置不偏转，不会发生弯针、重复对位、效率低下等问题，成本低、精度高，确保MEMS弯形探针这种具有特殊结构探针的插针成品率，适用性广。

2. 在上述第一方面的技术方案中，所述Z方向为上下垂直的方向，所述X方向为水平且与Z方向垂直的方向，则Y方向为与X、Z所在平面相垂直的方向。

3. 在上述第一方面的技术方案中，所述上固定板设置上气道，所述上固定板朝下的表面设置与上气道相互连通的上吸孔；所述上避让空间包括与上探针孔对应设置的第一上避让孔和与探针卡上的螺钉安装孔对应设置的第二上避让孔，所述上固定板为U形结构，所述第一上避让孔位于U形结构的U形开口中。

4. 在上述第一方面的技术方案中，所述下固定结构设置下气道，所述下固定结构朝上的表面设置与下气道相互连通的下吸孔；所述下固定结构上开设有开口朝上用于放置探针卡的安装凸台，所述下固定结构在放置所述探针卡后对应所述下探针孔的位置设置下避让空间，所述下避让空间为孔状。

5. 在上述第一方面的技术方案中，所述插针装置还包括一底座，所述平移结构、锁止结构均固定安装在所述底座上，所述底座上开设有上下贯通的孔。

6. 在上述第一方面的技术方案中，所述平移结构包括带动上固定结构沿X轴方向平移的第一粗调位移机构和第一精调位移机构、带动上固定结构沿Y轴方向平移的第二精调位移机构、带动上固定结构沿Z轴方向平移的第三精调位移机构；其中，

所述第一粗调位移机构包括滑轨、粗调位移台、粗调旋钮，所述滑轨沿X轴方向固定安装在所述底座上，所述粗调移动台沿X轴方向滑动安装在所述滑轨上，所述粗调移动台上定位安装有转接板；所述粗调旋钮旋接在所述粗调移动台上；

所述第一精调位移机构包括第一移动台、第一转动旋钮、第一拧紧旋钮，所述第一移动台沿X轴方向滑动安装在所述转接板上，所述第一移动台上定位安装所述第二精调位移机构；所述第一转动旋钮旋接在所述第一移动台上，所述第一转动旋钮转动时带动所述第一移动台沿X轴方向滑动；所述第一拧紧旋钮设于所述第一移动台上，所述第一拧紧旋钮用于第一移动台的锁紧；

所述第二精调位移机构包括第二移动台、第二转动旋钮、第二拧紧旋钮，所述第二移动台沿Y轴方向滑动安装在第一移动台上，所述第二移动台上定位安装有支撑板；所述第二转动旋钮旋接在所述第二移动台上，所述第二转动旋钮转动时带动所述第二移动台沿Y轴方向滑动；所述第二拧紧旋钮设于所述第二移动台上，所述第二拧紧旋钮用于第二移动台的锁紧；

所述第三精调位移机构包括第三移动台、第三转动旋钮、第三拧紧旋钮，所述第三移动台沿Z轴方向滑动安装在所述支撑板上，所述第三移动台上定位安装所述上固定结构；所述第三转动旋钮旋接在所述第三移动台上，所述第三转动旋钮转动时带动所述第三移动台沿Z轴方向滑动；所述第三拧紧旋钮设于所述第三移动台上，所述第三拧紧旋钮用于第三移动台的锁紧。

7. 在上述第一方面的技术方案中，所述锁止结构包括锁止板、锁紧旋钮；所述锁止板固定安装在底座上，所述锁止板为折弯板材，所述锁紧旋钮从上到下穿过所述锁止板后与所述转接板相抵。

8. 在上述第一方面的技术方案中，所述视觉检测结构包括背光源和高倍显微镜，所述背光源设于所述底座的下方，所述高倍显微镜设于所述底座的上方且位于所述上固定板和下固定板的上方。

9. 在上述第一方面的技术方案中，所述定位导向结构包括设于上固定结构和下固定结构的两者之间的导向孔及导向柱，在所述上固定结构和下固定结构在第一方向上分离或靠近时由导向柱与导向孔的滑动配合以提供平行导向。

10.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

11.在本发明中，术语“中心”、“上”、“下”、“轴向”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置装配关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

12. 此外，术语“第一”、“第二”、等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

由于上述方案的运用，本发明与现有技术相比具有以下优点和效果：

（1）通过本发明技术方案的实施，提供一种新型探针卡结构，可以使探针卡的左右垫块左右分离，安装后使用螺钉使其固定，保证平面度；

（2）通过本发明技术方案的实施，提供一种装置可以使上盖板与左右垫块分离；

（3）通过本发明技术方案的实施，提供一种装置可以使探针卡上盖板X方向、Y方向、Z方向高精度移动；

（4）通过本发明技术方案的实施，提供一种装置可以使高倍显微镜显示出插针情况，方便人工及时纠正。

（5）提供一种垂直式弯形MEMS探针插针方法，解决了目前手工插针、换针时人手抖动产生针位偏移、洒落等问题。

（6）通过本发明技术方案的实施，成本低，精度高。

附图说明

附图1为本发明实施例一种垂直式弯形MEMS探针插针装置的立体结构示意图；

附图2A至附图2C为本发明实施例中垂直式弯形MEMS探针的结构示意图；

附图3A至附图3D为本发明实施例中探针卡的结构示意图；

附图4A至附图4C为本发明实施例中下固定结构的主视图；

附图5A至附图5D为本发明实施例中上固定结构的主视图；

附图6A至附图6C为本发明实施例中第一粗调位移机构的结构示意图；

附图7为本发明实施例中锁止结构的结构示意图；

附图8为本发明实施例中第一精调位移机构的结构示意图；

附图9为本发明实施例中第二精调位移机构的结构示意图；

附图10为本发明实施例中第三精调位移机构的结构示意图；

附图11为本发明实施例中视觉检测结构的结构示意图；

附图12为本发明实施例中执行第一步插针准备工作的状态示意图；

附图13为本发明实施例中执行第二步固定探针卡的状态示意图；

附图14为本发明实施例中执行第三步分离探针卡上盖板的状态示意图；

附图15为本发明实施例中执行第四步分离垫块的状态示意图；

附图16A为本发明实施例中执行第五步上盖板与下盖板孔位贴合的状态示意图；

附图16B为上盖板与下盖板孔位对齐前的示意图；

附图16C为上盖板与下盖板孔位对齐后的示意图；

附图17A至附图17B为本发明实施例中执行第六步插针的状态示意图；

附图18A至附图18E为本发明实施例中执行第七步抬上盖板的状态示意图；

附图19A至附图19C为本发明实施例中执行第八步插入左垫块、右垫块的状态示意图；

附图20A至附图20B为本发明实施例中执行第九步固定、取卡的状态示意图。

以上附图各部位表示如下：

1、上固定结构；11、上固定板；111、上避让空间；1111、第一上避让孔；1112、第二上避让孔；112、上气道；113、上吸孔；114、U形开口；

2、下固定结构；21、下固定板；211、下避让空间；212、下气道；213、下吸孔；214、凸台；215、台阶；

3、平移结构；

31、第一粗调位移机构；311、滑轨；312粗调位移台；313粗调旋钮；314、转接板；

32、第一精调位移机构；321、第一移动台；322、第一转动旋钮；323、第一拧紧旋钮；

33、第二精调位移机构；331、第二移动台；332、第二转动旋钮；333、第二拧紧旋钮；334、支撑板；

34、第三精调位移机构；341、第三移动台；342、第三转动旋钮；343、第三拧紧旋钮；

4、锁止结构；41、锁止板；42锁紧旋钮；

5、定位导向结构；51、导向柱；52、导向孔；

6、视觉检测结构；61、高倍显微镜；

7、底座；

8、探针；81、针尖；82、针腹；83、针尾；84、针钩；

9、探针卡；91、上盖板；911、上探针孔；92、下盖板；921、下探针孔；93、左垫块；94、右垫块；95、把手；901、腔室。

实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明各实施例提出提出的一种垂直式弯形MEMS探针插针装置及其插针方法，用以解决以下技术问题：

（1）提供一种新型探针卡9结构，可以使探针卡9隔板左右分离，安装后使用螺钉使其固定，保证平面度；

（2）提供一种装置可以使上盖板91与隔板分离；

（3）提供一种装置可以使探针卡9上盖板91X方向、Y方向、Z方向高精度移动；

（4）提供一种装置可以使高倍显微镜62显示出插针情况，方便人工及时纠正；

（5）提供一种垂直式弯形MEMS探针插针方法，解决了目前手工插针、换针时人手抖动产生针位偏移、洒落等问题。

实施例一

参考附图1至附图11所示，本发明实施例一提出了用于将垂直式弯形MEMS探针插入探针卡9中，所述探针具有针尖81、针腹82、针尾83和针钩84，所述探针的针腹82为弯曲结构，所述针尖81的中心轴延长线与针尾83的中心轴延长线之间相平行，所述探针卡9包括上盖板91和下盖板92，所述上盖板91上设置有用于针尾83穿过的上探针孔911，所述下盖板92上设置有用于针尖81穿过的下探针孔921，上探针孔911、下探针孔921的尺寸相同，其创新点在于：

所述探针卡9还包括左垫块93、右垫块94，所述左垫块93、右垫块94交错固定在上盖板91、下盖板92之间并组合成上下表面平行的中空结构，由所述左垫块93、右垫块94、上盖板91、下盖板92合围形成位于中间的供探针针腹82容纳的腔室901；所述左垫块93、右垫块94各自设置朝外的把手95；

所述插针装置包括：

上固定结构1，所述上固定结构1具有用于定位安装上盖板91的朝下设置的上固定板11，所述上固定板11上设置有在探针插针过程中至少使上探针孔911敞开的上避让空间111，所述上固定结构1具有X、Y、Z方向上的平移自由度；

下固定结构2，所述下固定结构2具有用于定位安装下盖板92的朝上设置的下固定板21，所述下固定结构2上设置有在探针插针过程中使下探针孔921敞开的下避让空间211；所述下固定板21的左右两侧对应所述左垫块93、右垫块94设置有台阶215，该台阶215使左垫块93、右垫块94方便拆装；

平移结构3，所述平移结构3与所述上固定结构1配合连接，用以带动所述上固定结构1在X、Y、Z方向上平移；

锁止结构4，所述锁止结构4与所述平移机构配合连接，用以锁止所述平移机构以限制所述平移机构在X方向上的平移自由度；

定位导向结构5，所述定位导向结构5包括设于下固定结构2上的导向柱51和对应导向柱51设于下固定板21、上盖板91、下盖板92、左垫块93、右垫块94上的导向孔52，用于上盖板91、下盖板92之间分离或靠近时提供竖直方向上的直线定位导向；

视觉检测结构6，所述视觉检测结构6位于所述下固定结构2的下方空间，所述视觉检测结构6位于所述下盖板92的正下方。

通过实施例一中各部件的设置，所述插针装置被配置成：

所述上固定结构1和下固定结构2具有初始位置和工作位置；在初始位置时，所述上盖板91远离下盖板92，在工作位置时，所述上盖板91靠近下盖板92；由所述平移结构3带动所述上固定结构1在X、Y、Z方向上平移，以使上固定结构1及上盖板91在初始位置到工作位置之间位移；

且在工作位置、所述平移结构3带动所述上固定结构1分离或靠近下固定结构2时，所述上盖板91、下盖板92之间相互平行且上探针孔911、下探针孔921之间竖直方向上一一对位。

下面再对本发明实施例一中设计的结构、部件进行一一说明。

垂直式弯形MEMS探针结构如图2A到图2C所示所示，所述探针具有针尖81、针腹82、针尾83和针钩84，所述探针的针腹82为弯曲结构，所述针尖81的中心轴延长线与针尾83的中心轴延长线之间相平行。垂直式弯形MEMS探针尺寸截面微小（截面50μm*50μm），长度尺寸大（5~8mm）。针尾83勾在探针卡9上盖板91探针孔上，保证垂直式弯形MEMS探针不会掉落。针腹82为弯形结构，在探针卡9上盖板91与探针卡9下盖板92中间的腔室901中。针尖81为工作面，用于刺穿芯片引脚表层金属，从而进行导电通讯测试。

探针卡9结构如图3A到图3D所示。探针卡9包括上盖板91和下盖板92，所述上盖板91上设置有用于针尾83穿过的上探针孔911，所述下盖板92上设置有用于针尖81穿过的下探针孔921，上探针孔911、下探针孔921的尺寸相同；探针卡9还包括左垫块93、右垫块94，所述左垫块93、右垫块94交错固定在上盖板91、下盖板92之间并组合成上下表面平行的中空结构，由所述左垫块93、右垫块94、上盖板91、下盖板92合围形成位于中间的供探针针腹82容纳的腔室901；所述左垫块93、右垫块94各自设置朝外的把手95

具体的，探针卡9分为上盖板91、下盖板92、左垫块93、右垫块94、把手95组成，上下盖板92探针孔尺寸相同（截面65μm*65μm）。

左垫块93与右垫块94做成交错结果，通过螺钉固定，可以保证左垫块93与右垫块94形成的平面的平面度。

左垫块93与右垫块94中间为中空结构，与上盖板91、下盖板92形成腔室901，垂直式弯形MEMS探针针腹82在此腔室901。

把手95固定在左垫块93与右垫块94，用于拆卸和安装左垫块93、右垫块94，成品探针卡9则去除掉把手95。

如图4A到图4C所示，所述下固定结构2设置下气道212，所述下固定结构2朝上的表面设置与下气道212相互连通的下吸孔213；所述下固定结构2上开设有开口朝上用于放置探针卡9的安装凸台214，所述下固定结构2在放置所述探针卡9后对应所述下探针孔921的位置设置下避让空间211，所述下避让空间211为孔状。

具体的，下固定结构2为下吸附板结构，下吸附板结构如图4A所示。根据探针卡9下卡结构，下吸附板开有相互连通的气道，在下吸附板侧壁开有螺纹孔，在螺纹孔路径和气道交叉处开有小孔，使气道与螺纹孔连通。当整个探针卡9下卡安装在下吸板上时，抽真空产生的吸力会牢牢固定住探针卡9的下盖板92。

下吸附板开有定位销，与探针卡9的销钉孔匹配，起到导向定位作用。

下吸附板四周开有凸台214，起到限制固定作用，当探针卡9放置在下吸附板上时，可以轻松限定住位置，节省固定时间。

下吸附板台阶215结构方便拆卸与安装左垫块93、右垫块94。

如图5A到图5D所示，所述上固定板11设置上气道112，所述上固定板11朝下的表面设置与上气道112相互连通的上吸孔113；所述上避让空间111包括与上探针孔911对应设置的第一上避让孔1111和与探针卡9上的螺钉安装孔对应设置的第二上避让孔1112，所述上固定板11为U形结构，所述第一上避让孔1111位于U形结构的U形开口中。

具体的，上固定结构1为上吸板结构，上吸板结构如图5A所示，根据探针卡9上卡结构，设计有相互连通的气道，在上吸附板侧壁开有螺纹孔，在螺纹孔路径和气道交叉处开有小孔，使气道与螺纹孔连通。当上吸附板接触探针卡9上盖板91时，抽真空产生的吸力会牢牢固定住探针卡9的上盖板91。

上吸附板开有避让孔，用于避让探针卡9上的螺钉安装孔，方便拆卸与安装。

上吸附板设计为U型结构，避让开探针卡9上盖板91的探针安装孔，方便人手插针操作。

如附图1所示，所述插针装置还包括一底座7，所述平移结构3、锁止结构4均固定安装在所述底座7上，所述底座7上开设有上下贯通的孔。

如附图1所示，在本发明实施例一中，所述平移结构3包括带动上固定结构1沿X轴方向平移的第一粗调位移机构31和第一精调位移机构32、带动上固定结构1沿Y轴方向平移的第二精调位移机构33、带动上固定结构1沿Z轴方向平移的第三精调位移机构34。

如图6A到图6C所示，所述第一粗调位移机构31包括滑轨311、粗调位移台312、粗调旋钮313，所述滑轨311沿X轴方向固定安装在所述底座7上，所述粗调移动台沿X轴方向滑动安装在所述滑轨311上，所述粗调移动台上定位安装有转接板314；所述粗调旋钮旋接在所述粗调移动台上。

具体的，第一粗调位移机构31为X轴滑台结构，X轴滑台结构如图6A所示，由滑轨311、移动台、旋钮组成，通过转动旋钮从而控制移动台左右移动。

X轴滑台安装在下底板上，可以大行程左右移动。当需要放置探针卡9时，X轴滑台移动到最左侧，结构如图6B所示。

放下探针卡9后，X轴移动到右侧探针卡9上方进行工作，结构如图6C所示。

X轴滑台可滑动结构，一是可以方便放置探针卡9，二是可以防止插针结束后取探针卡9时误撞上吸板。

如图8所示，所述第一精调位移机构32包括第一移动台321、第一转动旋钮322、第一拧紧旋钮323，所述第一移动台321沿X轴方向滑动安装在所述转接板314上，所述第一移动台321上定位安装所述第二精调位移机构33；所述第一转动旋钮322旋接在所述第一移动台321上，所述第一转动旋钮322转动时带动所述第一移动台321沿X轴方向滑动；所述第一拧紧旋钮323设于所述第一移动台321上，所述第一拧紧旋钮323用于第一移动台321的锁紧。

具体的，第一精调位移机构32为精调X轴滑台结构，精调X轴滑台结构如图8所示，精调X轴滑台安装在转接板314上。通过旋转千分头可以实现精调X轴滑台向左和向右。

精调X轴滑台有锁紧结构，当精调X轴滑台后，可以通过拧紧开固定精调X轴滑台。

如图9所示，所述第二精调位移机构33包括第二移动台331、第二转动旋钮332、第二拧紧旋钮333，所述第二移动台331沿Y轴方向滑动安装在第一移动台321上，所述第二移动台331上定位安装有支撑板334；所述第二转动旋钮332旋接在所述第二移动台331上，所述第二转动旋钮332转动时带动所述第二移动台331沿Y轴方向滑动；所述第二拧紧旋钮333设于所述第二移动台331上，所述第二拧紧旋钮333用于第二移动台331的锁紧。

具体的，第二精调位移机构33为精调Y轴滑台结构，精调Y轴滑台结构如图9所示，精调Y轴滑台安装在精调X轴滑台上。通过旋转千分头可以实现精调Y轴滑台向前和向后。

精调Y轴滑台有锁紧结构，当精调Y轴滑台固定后，可以通过拧紧开固定精调Y轴滑台。

如图9所示，所述第三精调位移机构包括第三移动台341、第三转动旋钮342、第三拧紧旋钮343，所述第三移动台341沿Z轴方向滑动安装在所述支撑板334上，所述第三移动台341上定位安装所述上固定结构1；所述第三转动旋钮342旋接在所述第三移动台341上，所述第三转动旋钮342转动时带动所述第三移动台341沿Z轴方向滑动；所述第三拧紧旋钮343设于所述第三移动台341上，所述第三拧紧旋钮343用于第三移动台341的锁紧。

具体的，第三精调位移机构34为精调Z轴滑台结构，精调Z轴滑台结构如图10所示，精调Z轴滑台安装在支撑板334上，支撑板334安装在精调Y轴滑台上。通过旋转千分头可以实现精调Z轴滑台上升和下降，当精调Z轴滑台下降到一定高度时，如果有阻碍物则千分头不能控制下降，从而保护了下压物。

精调Z轴滑台有锁紧结构，当精调Z轴滑台固定后，可以通过拧紧开固定精调Z轴滑台。

锁止结构4如图7所示，所述锁止结构4包括锁止板41、锁紧旋钮42；所述锁止板41固定安装在底座7上，所述锁止板41为折弯板材，所述锁紧旋钮42从上到下穿过所述锁止板41后与所述转接板314相抵，X轴滑台移动到工作位置时，拧紧锁止板41上的锁紧旋钮42，使其固定住转接板314，从而固定住Z轴滑台，防止在工作时人误碰X轴导致插针偏移。

所述视觉检测结构6包括背光源61和高倍显微镜62，所述背光源61设于所述底座7的下方，所述高倍显微镜62设于所述底座7的上方且位于所述上固定板11和下固定板21的上方，高倍显微镜62结构如图11所示。下底座7开有避让孔，背光源61可以通过避让孔照射探针卡9下盖板92探针孔，探针卡9顶部安装有高倍显微镜62，用于观察插针情况，这样可以防止人手工插针时误操作。

如附图1所示，所述定位导向结构5包括设于上固定结构1和下固定结构2的两者之间的导向孔52及导向柱51，在所述上固定结构1和下固定结构2在第一方向上分离或靠近时由导向柱51与导向孔52的滑动配合以提供平行导向。

具体的，导向柱51可以是设置在探针卡9及下固定结构2两侧的定位销、销钉等柱状物体，一边一个，导向孔52设置在下固定结构2、下盖板92、上盖板91的一一对应的且相互垂直的位置，以此来以一个低成本、高精度的方式确保下盖板92、上盖板91分离、靠近时的平行度。

实施例二，参考附图12至附图20所示，本发明实施例二提出了一种垂直式弯形MEMS探针插针方法，该方法使用如实施例一所述的装置来实现，该方法包括以下步骤：

第一步：插针准备工作（可参考附图12）

1、第三精调位移机构34带动上固定板11上升到最高点；

2、第一精调位移机构32在工作位置，并锁紧；

3、第二精调位移机构33在工作位置，并锁紧；

4、锁止板41上的锁紧旋钮42松开；

5、第一粗调位移机构31移动到最左侧，远离下固定板21；

6、上固定板11抽真空气路关闭，处于正常气压状态；

7、下固定板21抽真空气路关闭，处于正常气压状态；

第二步：固定探针卡9（可参考附图13）

1、放置探针卡9到下固定板21上；

2、移动第一粗调位移机构31到最右侧，到达探针卡9上方；

3、安装导向柱51进行精定位，固定探针卡9；

第三步：分离探针卡9上盖板91（可参考附图14）

1、打开下固定板21抽真空气路，使探针卡9下盖板92牢牢固定在下固定板21；

2、拧紧锁止板41锁紧旋钮42，固定第一粗调位移机构31；

3、移动第三精调位移机构34缓缓下降，直到上固定板11接触探针卡9上固定板11；

4、打开上固定板11抽真空气路，使探针卡9上盖板91牢牢固定在上固定板11；

5、透过上固定板11上的第二避让孔松开探针卡9上盖板91与左垫块93、右垫块94螺钉；

6、移动第三精调位移机构34缓缓上升到一定高度，上盖板91与左垫块93、右垫块94分离，然后拧紧第三拧紧旋钮343固定；

第四步：分离垫块（可参考附图15）

1、从下底板、下固定板21的中间孔洞中伸入扳手，松掉下盖板92与左垫块93、右垫块94锁紧螺丝；

2、拔掉导向柱51；

3、通过把手95将左垫块93、右垫块94抽掉；

4、左垫块93、右垫块94与下盖板92分离；

第五步：上盖板91与下盖板92孔位贴合（可参考附图16A至16C）

1、通过高倍限位镜，控制第一精调位移机构32、第二精调位移机构33，控制上盖板91左右、前后精位移，直至上盖板91孔位与下盖板92孔位对齐；

2、松开第三拧紧旋钮343，向下移动；

3、探针卡9上盖板91与下盖板92接触；

第六步：插针（可参考附图17A至17B）

1、依靠高倍显微镜62，手动插针

第七步：抬上盖板91（可参考附图18A至18E）

1、控制精调X轴、精调Y轴、精调Z轴，向左、向右、向上移动，使上盖板91的慢慢移动，直至使上盖板91探针孔移到工作位置；

2、上盖板91高度位置需高于实际安装位置，方便后面插装垫块；

第八步：插入左垫块93、右垫块94（可参考附图19A至附图19C）

1、通过使用把手95将左垫块93、右垫块94放入上盖板91与下盖板92的中间；

2、使用销钉固定左垫块93、右垫块94位置；

3、下降第三移动台341，使上盖板91与左垫块93、右垫块94接触；

4、螺丝锁紧上盖板91与左垫块93、右垫块94，螺丝锁紧下盖板92与左垫块93、右垫块94；

5、取出导向柱51；

6、关闭上固定板11真空气路；

7、关闭下固定板21真空气路；

第九步：固定、取卡（可参考附图20A至附图20B）

1、缓缓移动Z轴滑台上升到一定高度，上固定板11底面与探针卡9上盖板91远离；

2、松开滑轨311锁紧螺钉；

3、移动第一粗调位移机构31远离下固定板21；

4、取出探针卡9；

5、取出探针卡9两侧把手95。

通过以上具体实施例的实施，具备有以下几部分和亮点：（1）真空吸附下吸板结构

本发明亮点之一： 根据探针卡9下卡结构，设计合理的气道，在底部开有的螺纹孔道上开有小孔。当整个探针卡9下卡安装在下吸板上时，抽真空则会牢牢固定住下吸板。

（2）真空吸附上吸板结构

本发明亮点之二：根据探针卡9上卡结构，设计合理的气道，在底部开有的螺纹孔道上开有小孔。当上吸板下压接触探针卡9上卡时，抽真空则会牢牢固定住上吸板。

（3）定位销定位导向结构5

本发明亮点之三：插装左垫块93、右垫块94时，通过定位销对左垫块93、右垫块94进行精确定位，方便安装螺钉固定。

（4）X轴滑动防碰结构

本发明亮点之四：X轴滑台可以大行程左右移动，当需要防止探针卡9时，X轴滑台移动到另一侧，放下探针卡9后，X轴移动到探针卡9上放进行工作。这种可滑动结构，可以防止插针结束后取探针卡9时误撞上吸板；

（5）锁止防X轴滑台移动结构

本发明亮点之五：X轴滑台移动到工作位置时，拧紧锁止板41上的螺钉，使其固定住转接板314，从而固定住Z轴滑台，防止在工作时人误碰X轴导致插针偏移。

（6）精调X轴滑台

本发明亮点之六：精调X轴滑台可以控制上盖板91在X轴方向进行精确移动，方便上盖板91探针孔与下盖板92探针孔对齐、错位等操作。

（7）精调Y轴滑台

本发明亮点之七：精调Y轴滑台可以控制上盖板91在X轴方向进行精确移动，方便上盖板91探针孔与下盖板92探针孔对齐、错位等操作。

（8）精调Z轴滑台

本发明亮点之八：精调Z轴滑台可以控制上盖板91在Z轴方向进行精确移动，方便上盖板91探针孔与下盖板92探针孔对齐、错位等操作。

（9）高倍显微镜62放大结构

本发明亮点之九：底座7设计有孔，背光源61可以通过孔映射探针卡9孔，上部安装有高倍显微镜62，用于观察插针情况，这样可以防止人手工插针时误操作。

（10）左垫块93、右垫块94交叉错位固定结构

本发明亮点之十：左垫块93、右垫块94有分叉结构，当左垫块93、右垫块94交叉结构固定后，可以保证上盖板91、下盖板92平面度，从而保证探针工作的平面度。

（11）探针卡9上盖板91、下盖板92分离、对齐孔、贴合方法

本发明亮点之十一：提供一种插针方法，通过上吸板抽真空的方式固定上盖板91与左垫块93、右垫块94分离；通过把手95抽出左垫块93、右垫块94；通过精调X轴、Y轴前后左右精调使上盖板91探针孔与下盖板92探针孔对齐；通过精调Z轴下降上盖板91与下盖板92贴合，然后手动插针。

（12）探针卡9插针固定方法

本发明亮点之十二：提供一种插针方法，当上盖板91与下盖板92插针结束，通过控制精调X轴滑台、精调Y轴滑台、精调Z轴滑台缓缓提起上盖板91，直至上盖板91到原有安装位置。通过把手95插入左垫块93、右垫块94，然后固定。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种垂直式弯形MEMS探针插针装置，用于将垂直式弯形MEMS探针插入探针卡中，所述探针具有针尖、针腹、针尾和针钩，所述探针的针腹为弯曲结构，所述针尖的中心轴延长线与针尾的中心轴延长线之间相平行，所述探针卡包括上盖板和下盖板，所述上盖板上设置有用于针尾穿过的上探针孔，所述下盖板上设置有用于针尖穿过的下探针孔，上探针孔、下探针孔的尺寸相同，其特征在于：

所述探针卡还包括左垫块、右垫块，所述左垫块、右垫块交错固定在上盖板、下盖板之间并组合成上下表面平行的中空结构，由所述左垫块、右垫块、上盖板、下盖板合围形成位于中间的供探针针腹容纳的腔室；所述左垫块、右垫块各自设置朝外的把手；

所述插针装置包括：

上固定结构，所述上固定结构具有用于定位安装上盖板的朝下设置的上固定板，所述上固定板上设置有在探针插针过程中至少使上探针孔敞开的上避让空间，所述上固定结构具有X、Y、Z方向上的平移自由度；

下固定结构，所述下固定结构具有用于定位安装下盖板的朝上设置的下固定板，所述下固定结构上设置有在探针插针过程中使下探针孔敞开的下避让空间；所述下固定板的左右两侧对应所述左垫块、右垫块设置有台阶，该台阶使左垫块、右垫块方便拆装；

平移结构，所述平移结构与所述上固定结构配合连接，用以带动所述上固定结构在X、Y、Z方向上平移；

锁止结构，所述锁止结构与所述平移结构配合连接，用以锁止所述平移结构以限制所述平移结构在X方向上的平移自由度；

定位导向结构，所述定位导向结构包括设于下固定结构上的导向柱和对应导向柱设于下固定板、上盖板、下盖板、左垫块、右垫块上的导向孔，用于上盖板、下盖板之间分离或靠近时提供竖直方向上的直线定位导向；

视觉检测结构，所述视觉检测结构位于所述下固定结构的下方空间，所述视觉检测结构位于所述下盖板的正下方；

所述插针装置被配置成：

所述上固定结构和下固定结构具有初始位置和工作位置；在初始位置时，所述上盖板远离下盖板，在工作位置时，所述上盖板靠近下盖板；由所述平移结构带动所述上固定结构在X、Y、Z方向上平移，以使上固定结构及上盖板在初始位置到工作位置之间位移；

且在工作位置、所述平移结构带动所述上固定结构分离或靠近下固定结构时，所述上盖板、下盖板之间相互平行且上探针孔、下探针孔之间竖直方向上一一对位。

2.根据权利要求1所述的一种垂直式弯形MEMS探针插针装置，其特征在于：所述Z方向为上下垂直的方向，所述X方向为水平且与Z方向垂直的方向，则Y方向为与X、Z所在平面相垂直的方向。

3.根据权利要求1所述的一种垂直式弯形MEMS探针插针装置，其特征在于：所述上固定板设置上气道，所述上固定板朝下的表面设置与上气道相互连通的上吸孔；所述上避让空间包括与上探针孔对应设置的第一上避让孔和与探针卡上的螺钉安装孔对应设置的第二上避让孔，所述上固定板为U形结构，所述第一上避让孔位于U形结构的U形开口中。

4.根据权利要求1所述的一种垂直式弯形MEMS探针插针装置，其特征在于：所述下固定结构设置下气道，所述下固定结构朝上的表面设置与下气道相互连通的下吸孔；所述下固定结构上开设有开口朝上用于放置探针卡的安装凸台，所述下固定结构在放置所述探针卡后对应所述下探针孔的位置设置下避让空间，所述下避让空间为孔状。

5.根据权利要求1所述的一种垂直式弯形MEMS探针插针装置，其特征在于：所述插针装置还包括一底座，所述平移结构、锁止结构均固定安装在所述底座上，所述底座上开设有上下贯通的孔。

6.根据权利要求5所述的一种垂直式弯形MEMS探针插针装置，其特征在于：所述平移结构包括带动上固定结构沿X轴方向平移的第一粗调位移机构和第一精调位移机构、带动上固定结构沿Y轴方向平移的第二精调位移机构、带动上固定结构沿Z轴方向平移的第三精调位移机构；其中，

所述第一粗调位移机构包括滑轨、粗调位移台、粗调旋钮，所述滑轨沿X轴方向固定安装在所述底座上，所述粗调移动台沿X轴方向滑动安装在所述滑轨上，所述粗调移动台上定位安装有转接板；所述粗调旋钮旋接在所述粗调移动台上；

所述第一精调位移机构包括第一移动台、第一转动旋钮、第一拧紧旋钮，所述第一移动台沿X轴方向滑动安装在所述转接板上，所述第一移动台上定位安装所述第二精调位移机构；所述第一转动旋钮旋接在所述第一移动台上，所述第一转动旋钮转动时带动所述第一移动台沿X轴方向滑动；所述第一拧紧旋钮设于所述第一移动台上，所述第一拧紧旋钮用于第一移动台的锁紧；

所述第二精调位移机构包括第二移动台、第二转动旋钮、第二拧紧旋钮，所述第二移动台沿Y轴方向滑动安装在第一移动台上，所述第二移动台上定位安装有支撑板；所述第二转动旋钮旋接在所述第二移动台上，所述第二转动旋钮转动时带动所述第二移动台沿Y轴方向滑动；所述第二拧紧旋钮设于所述第二移动台上，所述第二拧紧旋钮用于第二移动台的锁紧；

所述第三精调位移机构包括第三移动台、第三转动旋钮、第三拧紧旋钮，所述第三移动台沿Z轴方向滑动安装在所述支撑板上，所述第三移动台上定位安装所述上固定结构；所述第三转动旋钮旋接在所述第三移动台上，所述第三转动旋钮转动时带动所述第三移动台沿Z轴方向滑动；所述第三拧紧旋钮设于所述第三移动台上，所述第三拧紧旋钮用于第三移动台的锁紧。

7.根据权利要求6所述的一种垂直式弯形MEMS探针插针装置，其特征在于：所述锁止结构包括锁止板、锁紧旋钮；所述锁止板固定安装在底座上，所述锁止板为折弯板材，所述锁紧旋钮从上到下穿过所述锁止板后与所述转接板相抵。

8.根据权利要求5所述的一种垂直式弯形MEMS探针插针装置，其特征在于：所述视觉检测结构包括背光源和高倍显微镜，所述背光源设于所述底座的下方，所述高倍显微镜设于所述底座的上方且位于所述上固定板和下固定板的上方。

9.根据权利要求1所述的一种垂直式弯形MEMS探针插针装置，其特征在于：所述定位导向结构包括设于上固定结构和下固定结构的两者之间的导向孔及导向柱，在所述上固定结构和下固定结构在第一方向上分离或靠近时由导向柱与导向孔的滑动配合以提供平行导向。

10. 一种垂直式弯形MEMS探针插针方法，基于权利要求1至9任一项所述的垂直式弯形MEMS探针插针装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

第一步：插针准备工作

1、第三精调位移机构带动上固定板上升到最高点；

2、第一精调位移机构在工作位置，并锁紧；

3、第二精调位移机构在工作位置，并锁紧；

4、锁止板上的锁紧旋钮松开；

5、第一粗调位移机构移动到最左侧，远离下固定板；

6、上固定板抽真空气路关闭，处于正常气压状态；

7、下固定板抽真空气路关闭，处于正常气压状态；

第二步：固定探针卡

1、放置探针卡到下固定板上；

2、移动第一粗调位移机构到最右侧，到达探针卡上方；

3、安装导向柱进行精定位，固定探针卡；

第三步：分离探针卡上盖板

1、打开下固定板抽真空气路，使探针卡下盖板牢牢固定在下固定板；

2、拧紧锁止板锁紧旋钮，固定第一粗调位移机构；

3、移动第三精调位移机构缓缓下降，直到上固定板接触探针卡上固定板；

4、打开上固定板抽真空气路，使探针卡上盖板牢牢固定在上固定板；

5、透过上固定板上的第二避让孔松开探针卡上盖板与左垫块、右垫块螺钉；

6、移动第三精调位移机构缓缓上升到一定高度，上盖板与左垫块、右垫块分离，然后拧紧第三拧紧旋钮固定；

第四步：分离垫块

1、从下底板、下固定板的中间孔洞中伸入扳手，松掉下盖板与左垫块、右垫块锁紧螺丝；

2、拔掉导向柱；

3、通过把手将左垫块、右垫块抽掉；

4、左垫块、右垫块与下盖板分离；

第五步：上盖板与下盖板孔位贴合

1、通过高倍限位镜，控制第一精调位移机构、第二精调位移机构，控制上盖板左右、前后精位移，直至上盖板孔位与下盖板孔位对齐；

2、松开第三拧紧旋钮，向下移动；

3、探针卡上盖板与下盖板接触；

第六步：插针

1、依靠高倍显微镜，手动插针

第七步：抬上盖板

1、控制精调X轴、精调Y轴、精调Z轴，向左、向右、向上移动，使上盖板的慢慢移动，直至使上盖板探针孔移到工作位置；

2、上盖板高度位置需高于实际安装位置，方便后面插装垫块；

第八步：插入左垫块、右垫块

1、通过使用把手将左垫块、右垫块放入上盖板与下盖板的中间；

2、使用销钉固定左垫块、右垫块位置；

3、下降第三移动台，使上盖板与左垫块、右垫块接触；

4、螺丝锁紧上盖板与左垫块、右垫块，螺丝锁紧下盖板与左垫块、右垫块；

5、取出导向柱；

6、关闭上固定板真空气路；

7、关闭下固定板真空气路；

第九步：固定、取卡

1、缓缓移动Z轴滑台上升到一定高度，上固定板底面与探针卡上盖板远离；

2、松开滑轨锁紧螺钉；

3、移动第一粗调位移机构远离下固定板；

4、取出探针卡；

5、取出探针卡两侧把手。

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