CN115656755A - 一种真空探针台 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及探针台领域，尤其是涉及一种真空探针台，包括工作台、设置在工作台上的真空腔座，所述真空腔座内设置有安装块，所述安装块的上端设置有用于放置晶圆的承载板，所述真空腔座内滑移设置有第一导块，所述第一导向块的侧壁上固定有第一导杆，所述安装块与第一导杆滑移连接，所述真空腔座内滑移设置有第二导块，所述第二导块的侧壁上固定有第二导杆，所述安装块与第二导杆滑移连接，所述第一导杆与第二导杆上下交错，且第一导杆与第二导杆呈垂直设置，所述第一导块与第二导块的滑移方向呈垂直设置，所述真空腔座上设置有用于驱使第一导块与第二导向块同步或异步滑移的调节组件，本申请具有检测方便快捷的效果。
Description
技术领域
本申请涉及探针台领域，尤其是涉及一种真空探针台。
背景技术
探针台主要应用于半导体行业、光电行业、集成电路以及封装的测试。主要是为了在批量生产之前确保质量及可靠性，并缩减研发时间和器件制造工艺的成本。
公告号为CN211955566U的实用新型涉及半导体测试技术领域，尤其涉及一种用于半导体器件的真空高低温测试探针台，包括真空腔体、三维移动机构、电学测试机构、光学测试机构和光学观察机构，真空腔体设置电信接口、冷源接口、抽气接口和三维移动机构接口，并且真空腔体内设置载物台，载物台设置冷源流通管道，真空腔体外的冷源装置通过循环管道与所述冷源流通管道相接，并且载物台底面设置加热部件，真空腔体通过真空接头把光电信号引入真空腔体内的同时也能保证真空腔体的真空度；制冷剂直接通过载物台循环，能够实现快速降温，同时配合加热部件，通过加热与降温交替进行，快速达到半导体的测试温度，大大缩减测试时间，提升半导体器件的测试效率。
由上述技术可知现有的真空探针台，在实际测试样品的过程中，需要将整个硅晶片放置在真空腔内，然后进行抽真空，当整个腔室达到所需的真空度时，需要调节分布在真空腔周侧的若干个探针臂，实现对硅晶片上各个电极之间的接触检测，由于真空环境的限制以及波纹管的伸缩可调性，为了便于探针臂移动，每个探针臂需要装设在单独的波纹管内，波纹管保障了真空腔内的真空度，同时也可满足探针臂移动的可能性。
但是在实际测试过程中，已知现有硅晶片的尺寸通常较大的可达四十英寸左右，尤其是当需要测试硅晶片边缘的电极时，需要调节相应探针臂在X轴方向移动距离较大，又或者对硅晶片边缘间距几微米的两电极进行检测时，需要调节相应探针臂不仅在X轴方向移动距离较大，而且Y轴方向的移动距离也是比较大的，而由于波纹管内腔直径的限制，现有的探针臂无法移动较大的距离；且如果单方面增大波纹管的设计直径，分布在真空腔周侧的探针臂数量势必需要减少，探针臂数量减少后便无法实现对硅晶片表面电极的全覆盖检测。
发明内容
为了在保障现有探针臂数量的前提下，便于对硅晶片表面任一电极进行检测，本申请提供一种真空探针台。
本申请提供的一种真空探针台，采用如下的技术方案：
一种真空探针台，包括工作台、设置在工作台上的真空腔座，所述真空腔座内设置有安装块，所述安装块的上端设置有用于放置晶圆的承载板，所述真空腔座内滑移设置有第一导块，所述第一导向块的侧壁上固定有第一导杆，所述安装块与第一导杆滑移连接，所述真空腔座内滑移设置有第二导块，所述第二导块的侧壁上固定有第二导杆，所述安装块与第二导杆滑移连接，所述第一导杆与第二导杆上下交错，且第一导杆与第二导杆呈垂直设置，所述第一导块与第二导块的滑移方向呈垂直设置，所述真空腔座上设置有用于驱使第一导块与第二导向块同步或异步滑移的调节组件。
通过采用上述技术方案，预先将硅晶片固定安装在承载板上，当需要对硅晶片边缘处的两个相近的电极进行电测时，为了减少探针臂的移动距离，减少探针臂的移动干涉，通过调节组件可驱使对第一导块沿着第一导杆滑移或第二导料块沿着第二导杆滑移，由于第一导杆与第二导杆上下交错的设置，从而调节完成承载板的位置后，整个承载板便处于固定位置的状态，承载板难以自由沿着第一导杆或第二导杆的轴向滑移，通过上述的调节方式，可快速将承载板的电极移动至合适探针臂的下方，此时探针臂无需大范围的移动，检测方便快捷。
可选的，所述调节组件包括两个转动连接在真空腔座内腔内的第一丝杠、设置在真空腔座外侧驱使第一丝杠转动的驱动部件，两个所述第一丝杠呈垂直设置，其中一个第一丝杠与第一导块螺纹连接，另一第一丝杠与第二导块螺纹连接。
通过采用上述技术方案，通过驱动部件可驱使相应的第一丝杠转动，从而实现承载板在单个方向的移动，通过两个驱动部件同时工作，从而可实现承载板在X轴以及Y轴两个方向上的移动。
可选的，驱动部件包括固定在真空腔座外侧的安装管、同轴转动连接在安装管内腔的驱动杆、固定在驱动杆伸出安装管一端外的手轮，所述驱动杆远离手轮一端延伸至真空腔座内腔内与第一丝杠同轴固定连接，所述安装管与驱动杆之间填充有密封层。
通过采用上述技术方案，驱使手轮转动，使得驱动杆与手轮同步转动，转动过程中，为了使得真空腔座内的真空度难以产生泄漏，通过在安装管与驱动杆之间填充密封黄油，从而形成密封层，使得外界气体难以沿着驱动杆的外侧缝隙渗入至真空腔座内，保障了真空腔座内的真空度。
可选的，所述驱动杆的外侧还同轴固定有密封圈，两个所述密封圈分别设置在安装管的两端开口处。
通过采用上述技术方案，密封圈增强了安装管两端开口处的密封性，使得驱动杆在转动的过程中难以影响真空腔座内腔的真空度。
可选的，所述第一丝杠端部同轴设置有第一锥齿轮，另一所述第一丝杠端部同轴固定有第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，在所述第一锥齿轮同轴设置有用于驱使第二锥齿轮单向转动的联动件。
通过采用上述技术方案，当需要其中一个第一丝杠转动的过程中，预先实现对承载板X方向的移动，当需要另一个丝杠实现承载板Y轴方向的调节时，此时反向转动调节X轴方向的第一丝杠，从而在联动件的作用下，驱使单个第一丝杠转动，实现承载板X轴与Y轴方向的调节。
可选的，所述联动件包括同轴固定在其中一个丝杠端部的圆盘、同轴设置在圆盘外侧的内棘轮、转动连接在圆盘侧壁上的棘爪、设置在圆盘侧壁上按压棘爪与内棘轮啮合的压簧，所述内棘轮转动连接在真空腔座的内腔底面上，所述第一锥齿轮同轴固定在内棘轮的外侧。
通过采用上述技术方案，通过驱动一个第一丝杠转动实现承载板X轴与Y轴方向的调节时，转动调节X轴向的第一丝杠，使得第一锥齿轮啮合第二锥齿轮转动，从而在压簧的作用下，棘爪啮合着内棘轮使得圆盘同步转动，从而实现转动一个第一丝杠，带动另一个第一丝杠转动，实现对承载板两个方向的调节。
可选的，还包括探针臂，所述探针臂包括设置在安装台上的三维移动座、固定在三维移动座上的移动杆、固定在移动杆远离三维移动座一端的连接块、设置在连接块侧壁上的探针杆，所述连接块的侧壁上贯穿开设有用于探针杆转动的安装槽，所述安装槽的内壁上开设有导向孔，所述探针杆伸入安装槽内一端的侧壁上固定有滑移在导向孔内的导向块，所述安装槽的侧壁上还开设有用于插设探针杆端部的插接槽。
通过采用上述技术方案，三维移动座可实现对探针臂进行XYZ三个轴向进行调节，已知为了便于实现通过六个探针臂可对晶圆表面的所有电极进行测试，若干个探针臂之间所围合形成的开口较小，难以直接将晶圆直接放置在承载板上，此时预先沿着探针杆的轴向拉动探针杆，使得探针杆远离探针的一端脱离插接槽，然后转动整个探针杆一百一十度左右，从而实现将探针杆与移动杆形成折叠夹角，从而更加便于快速将尺寸较大的晶圆直接放置在承载板，无需再单个调节探针臂X轴或Y轴向的距离。
可选的，所述安装块的上表面上开设有安装腔，所述安装腔内固定有伺服电机，所述伺服电机的转轴与承载板同轴固定连接，所述伺服电机与外界PLC设备电连接。
通过采用上述技术方案，通过外界PLC设备可控制伺服电机的转动速度以及转动角度，从而更加便于快速将所需检测的电极转动至合适位置的探针臂部位。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1. 本方案的调节方式，可快速将承载板的电极移动至合适探针臂的下方，此时探针臂无需大范围的移动，检测方便快捷。
2. 通过棘爪啮合着内棘轮使得圆盘同步转动，从而实现转动一个第一丝杠，带动另一个第一丝杠转动，实现对承载板两个方向的调节。
附图说明
图1是实施例一中的整体结构示意图。
图2是实施例一中真空腔座部位处的结构示意图。
图3是实施例一中真空腔座的内部结构示意图。
图4是实施例一中真空腔座的内部结构俯视图。
图5是实施例一中驱动部件的整体结构示意图。
图6是实施例一中驱动杆部位处的剖视图。
图7是实施例一中三维移动座部位处的结构示意图，主要用于展示探针臂。
图8是实施例一中探针臂弯折后的爆炸图。
图9是实施例二中联动件部位处的结构示意图。
图10是实施例二中联动件的整体结构示意图。
附图标记：1、工作台；2、真空腔座；3、安装块；4、承载板；5、第一导块；6、第一导杆；7、第二导块；8、第二导杆；9、调节组件；10、第一丝杠；11、驱动部件；12、安装管；13、驱动杆；14、手轮；15、密封层；16、密封圈；17、第一锥齿轮；18、第二锥齿轮；19、联动件；20、圆盘；21、内棘轮；22、棘爪；23、压簧；24、三维移动座；25、移动杆；26、连接块；27、探针杆；28、安装槽；29、导向孔；30、导向块；31、插接槽；32、安装腔；33、伺服电机。
具体实施方式
以下结合附图1-10对本申请作进一步详细说明。
实施例一：
本申请实施例公开一种真空探针台。
参照图1，一种真空探针台，包括工作台1和真空腔座2，真空腔座2为带有盖板的座体，通常状况下，座体固定在工作台1的上表面上，盖板通过螺栓固定连接在座体的上端开口处，使用过程中需要预先打开盖板，将晶圆放置在真空腔座2的内腔内，然后盖设盖板通过螺栓锁紧，通过真空泵将真空腔座2的内腔抽吸至指定的真空度为止即可。
参照图2和图3，在真空腔座2的内腔内设置有安装块3，安装块3可在真空腔座2的内腔移动，安装块3的上端设置有承载板4，承载板4转动连接在安装块3的上端，为了更大提升承载板4的调节范围，在安装块3的上端开设有安装腔32，安装腔32内固定有伺服电机33，伺服电机33与外界的PLC控制器电连接，通过外界的PLC设备可控制伺服电机33的转速以及转动角度，伺服电机33的转轴与承载板4同轴固定连接。
参照图3和图4，为了使得检测晶圆两电极更加方便，在真空腔座2内滑移设置有第一导块5，并在第一导块5的侧壁上固定有第一导杆6，第一导杆6的轴向与第一导块5的滑移方向呈垂直设置。安装块3滑移连接在第一导杆6的外侧。同时在真空腔座2的内腔内滑移设置有第二导块7，并在第二导块7的侧壁上固定有第二导杆8，第二导杆8的轴向与第二导块7的滑移方向呈垂直设置，第二导块7的滑移方向与第一导块5的滑移方向呈垂直设置。从而使得第一导杆6与第二导杆8两者的轴向呈空间垂直设置，且第一导杆6位于第二导杆8的上方。安装块3也同时滑移连接在第二导杆8的外侧，从而调节安装块3的单个方向时，也可实现安装块3的定位，且安装块3在无外力的作用下难以移动。
参照图3和图4，为了实现对承载板4位置的调节，在真空腔座2上还设置有用于驱使第一导块5与第二导块7同步或异步滑移的调节组件9，调节组件9包括第一丝杠10以及设置在真空腔座2外侧驱使第一丝杠10转动的驱动部件11。第一丝杠10设置为两个，且两个第一丝杠10的轴向呈垂直设置。其中一个第一丝杠10与第一导块5螺纹连接，另一个第一丝杠10与第二导块7螺纹连接。
参照图4和图5，驱动部件11的个数也设置为两个，且一个驱动部件11驱使一个第一丝杠10转动，驱动部件11包括安装管12、驱动杆13以及手轮14，安装管12固定安装在真空腔座2的外侧，驱动杆13转动连接在安装管12的内腔内，且驱动杆13一端延伸至真空腔座2的内腔内且与第一丝杠10同轴固定连接，驱动杆13的另一端伸出安装管12外与手轮14同轴固定连接。
参照图4和图6，为了保障真空腔座2内腔的真空度，在安装管12与驱动杆13之间还设置有密封层15，密封层15为填充在安装管12内腔的密封黄油，密封黄油即保障了真空腔座2内腔的密封性，其次便于驱动杆13在安装管12的内腔内转动。为了进一步保障真空腔座2内腔的密封性，在驱动杆13的外侧还同轴固定有密封圈16，两个密封圈16分别位于安装管12的两端处。
参照图7，真空探针台还包括探针臂，探针臂包括三维移动座24、移动杆25、连接块26和探针杆27，已知在晶圆探测领域，三维移动座24为可实现XYZ三个不同方向移动的座体，主要通过调节千分尺旋钮，实现对整个探针臂的调节。移动杆25固定在三维移动座24的侧壁上，从而拧转千分尺时，可实现对移动杆25在不同方向上位置的调节。
参照图7和图8，连接块26固定在移动杆25远离三维移动座24的一端，在连接块26远离移动杆25的一端端面上开设有安装槽28，安装槽28连通连接块26的两侧表面，从而将探针杆27一端装设在安装槽28，在安装槽28的两侧内壁均贯穿开设有导向孔29，并在探针杆27的端部侧壁上固定有导向块30，导向块30滑移连接在导向孔29内。导向块30为圆杆状，从而整个探针杆27即可沿着移动杆25的轴向滑移，探针杆27也可沿着导向块30的轴向转动。
参照图7和图8，已知检测的晶圆尺寸较大的直径可达四十英寸，整个晶圆的尺寸较大，实际操作过程中无法直接直上直下将晶圆放置在承载板4上，此时需要转动探针杆27，使得整个探针杆27绕着导向块30的轴向转动，从而使得若干个探针杆27难以干涉晶圆放置。同时又为了保障翻转复位后的移动杆25探测的稳定性，在安装槽28靠近三维移动座24的一端开设有插接槽31，插接槽31与安装槽28的内腔相互连通，复位后的探针杆27与移动杆25的轴向呈同轴设置，此时将探针杆27朝向靠近三维移动座24的方向推动，使得探针杆27伸入安装槽28内的一端插接在插接槽31内，插接槽31与探针杆27过盈配合。
本申请实施例一中，一种真空探针台的实施原理为：将直径在三十英寸左右的晶圆放置在承载板4上进行电测时，由于晶圆的直径较大，预先朝向远离三维移动座24的方向拉动探针杆27，然后朝向远离承载板4的方向转动探针杆27，将晶圆放置在承载板4后并固定，盖设真空腔座2的盖板，通过真空泵抽吸真空，当需要电测晶圆边缘两个相近的电极时，为了快速实现电测，转动其中一个第一丝杠10或同时转动两个第一丝杠10，实现晶圆的边缘快速移动至相应检测探针的部位处，便可实现快速电测。
实施例二：
参照图3和图4，本实施例二与实施例一的不同之处在于，为了保障转动其中任何一个第一丝杠10的过程中，均可实现承载板4在X轴向和Y轴向上的调节。
参照图9，在其中一个第一丝杠10的端部同轴固定有第一锥齿轮17，在另一个第一丝杠10的端部同轴固定有第二锥齿轮18，第一锥齿轮17与第二锥齿轮18啮合。在第一锥齿轮17上还同轴设置有用于驱使另一第一丝杠10单向转动的联动件19。
参照图4、图9和图10，联动件19包括圆盘20、内棘轮21、棘爪22和压簧23，圆盘20同轴固定在第一丝杠10的端部，圆盘20的轴向与第一锥齿轮17的轴向呈同轴设置，内棘轮21同轴设置在圆盘20的外侧，内棘轮21转动连接真空腔座2的内腔底壁上，第一锥齿轮17同轴固定在内棘轮21的外侧。棘爪22转动连接圆盘20的侧壁上，压簧23一端固定在圆盘20的侧壁上，压簧23的另一端抵接在棘爪22的侧壁上并使得棘爪22与内棘轮21啮合。
本申请实施例二中，一种真空探针台的实施原理为：从而当需要通过一个第一丝杠10调节承载板4的X轴向和Y轴向的移动距离时，预先正向转动手轮14，使得第一锥齿轮17同步转动，从而实现承载板4在X轴向的位置调节。当需要调节承载板4在Y轴向上的位置时，反向转动手轮14，使得第一锥齿轮17啮合第二锥齿轮18转动，从而实现两个第一丝杠10同步转动，实现对两个方位的调节。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种真空探针台，包括工作台(1)、设置在工作台(1)上的真空腔座(2)，其特征在于：所述真空腔座(2)内设置有安装块(3)，所述安装块(3)的上端设置有用于放置晶圆的承载板(4)，所述真空腔座(2)内滑移设置有第一导块(5)，所述第一导向块(30)的侧壁上固定有第一导杆(6)，所述安装块(3)与第一导杆(6)滑移连接，所述真空腔座(2)内滑移设置有第二导块(7)，所述第二导块(7)的侧壁上固定有第二导杆(8)，所述安装块(3)与第二导杆(8)滑移连接，所述第一导杆(6)与第二导杆(8)上下交错，且第一导杆(6)与第二导杆(8)呈垂直设置，所述第一导块(5)与第二导块(7)的滑移方向呈垂直设置，所述真空腔座(2)上设置有用于驱使第一导块(5)与第二导向块(30)同步或异步滑移的调节组件(9)。
2.根据权利要求1所述的一种真空探针台，其特征在于：所述调节组件(9)包括两个转动连接在真空腔座(2)内腔内的第一丝杠(10)、设置在真空腔座(2)外侧驱使第一丝杠(10)转动的驱动部件(11)，两个所述第一丝杠(10)呈垂直设置，其中一个第一丝杠(10)与第一导块(5)螺纹连接，另一第一丝杠(10)与第二导块(7)螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的一种真空探针台，其特征在于：驱动部件(11)包括固定在真空腔座(2)外侧的安装管(12)、同轴转动连接在安装管(12)内腔的驱动杆(13)、固定在驱动杆(13)伸出安装管(12)一端外的手轮(14)，所述驱动杆(13)远离手轮(14)一端延伸至真空腔座(2)内腔内与第一丝杠(10)同轴固定连接，所述安装管(12)与驱动杆(13)之间填充有密封层(15)。
4.根据权利要求3所述的一种真空探针台，其特征在于：所述驱动杆(13)的外侧还同轴固定有密封圈(16)，两个所述密封圈(16)分别设置在安装管(12)的两端开口处。
5.根据权利要求2所述的一种真空探针台，其特征在于：所述第一丝杠(10)端部同轴设置有第一锥齿轮(17)，另一所述第一丝杠(10)端部同轴固定有第二锥齿轮(18)，所述第一锥齿轮(17)与第二锥齿轮(18)啮合，在所述第一锥齿轮(17)同轴设置有用于驱使第二锥齿轮(18)单向转动的联动件(19)。
6.根据权利要求5所述的一种真空探针台，其特征在于：所述联动件(19)包括同轴固定在其中一个丝杠端部的圆盘(20)、同轴设置在圆盘(20)外侧的内棘轮(21)、转动连接在圆盘(20)侧壁上的棘爪(22)、设置在圆盘(20)侧壁上按压棘爪(22)与内棘轮(21)啮合的压簧(23)，所述内棘轮(21)转动连接在真空腔座(2)的内腔底面上，所述第一锥齿轮(17)同轴固定在内棘轮(21)的外侧。
7.根据权利要求1所述的一种真空探针台，其特征在于：还包括探针臂，所述探针臂包括设置在安装台上的三维移动座(24)、固定在三维移动座(24)上的移动杆(25)、固定在移动杆(25)远离三维移动座(24)一端的连接块(26)、设置在连接块(26)侧壁上的探针杆(27)，所述连接块(26)的侧壁上贯穿开设有用于探针杆(27)转动的安装槽(28)，所述安装槽(28)的内壁上开设有导向孔(29)，所述探针杆(27)伸入安装槽(28)内一端的侧壁上固定有滑移在导向孔(29)内的导向块(30)，所述安装槽(28)的侧壁上还开设有用于插设探针杆(27)端部的插接槽(31)。
8.根据权利要求1所述的一种真空探针台，其特征在于：所述安装块(3)的上表面上开设有安装腔(32)，所述安装腔(32)内固定有伺服电机(33)，所述伺服电机(33)的转轴与承载板(4)同轴固定连接，所述伺服电机(33)与外界PLC设备电连接。
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2022
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