CN117054951A - 一种探针性能测试系统及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种探针性能测试系统及其测试方法，所述测试系统包括探针卡模组、固定板定位机构、探针测试模组和测试模组定位机构，所述方法包括以下步骤：开机自检及设备复位；选择测试项目；加载针卡数据；执行“FirstTouch”命令；确定标志针；定位标志针，并确认各个探针位置；按照测试项目列表的顺序，依次完成各个测试项目，并保存测试数据；各项测试完成后，设备复位。将待测探针卡固定安装于所述探针卡模组上，由所述探针测试模组对探针卡进行位置针尖、针压测试、接触电阻测试、漏电测试、水平测试和针元配线测试等多项测试，同时对多个探针进行功能检测，从而节约了人工成本，并提高了检测效率和检测结果的准确率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体测试技术领域，具体涉及一种探针性能测试系统及其测试方法。
背景技术
探针卡上的探针是被测芯片和测试机之间的关键接口，在晶圆测试中，探针的性能差异不仅能够影响晶圆的测试结果，还能够影响测试效率。测试探针质量的好坏，很大程度影响了测试的准确性以及可重复性。为了确保探针的质量，对探针进行检测是半导体器件生产过程中的必要环节。
探针的性能测试包括机械性能和电气性能的测试，主要分为弹力测试和动态阻抗检测两项检测内容。现有的检测方式一般采用人工检测，通过人工按压和抽检的方式进行弹力测试和动态阻抗检测，这种方式的检测效率低，检测人员受主观性因素干扰，会影响检测结果。也有些厂家使用自动化检测设备，但是目前的自动化检测设备检测功能较单一，一次只能对弹簧探针的某一种性能进行测试，此外，这种检测设备每次只测量一个弹簧探针，实现全面检测则需要多台检测设备或进行多次检测，检测成本高且效率低。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种快速高效、测试结果精准的探针性能测试系统及其测试方法。
一种探针性能测试系统，所述系统包括：
探针卡模组，用于测试时固定探针；所述探针卡模组包括探针卡固定板、固定板校准模块，所述探针卡固定板用于固定设置多个待测探针，所述固定板校准模块用于所述探针卡固定板的水平校准和高度校准；
固定板定位机构用于对所述探针卡固定板进行调整和定位；
探针测试模组，用于测试探针的机械性能和电气性能；所述探针测试模组包括测试平台和设置于所述测试平台上的电性能测试机构及压力测试机构、以及视觉检测机构，所述测试平台用于与待测探针接触，以便于所述电性能测试机构和所述压力测试机构对待测探针进行测试，所述视觉检测机构用于对待测探针进行视觉检测；
测试模组定位机构，用于测试时所述探针测试模组的位置调整和定位。
优选地，所述固定板定位机构包括竖直滑轨、伸展臂、固定板升降机构、固定板翻转机构和多个固定板定位组件，所述竖直滑轨上设有活动件，所述伸展臂固定连接至所述活动件，所述固定板升降机构驱动所述活动件沿所述竖直滑轨上下移动；所述固定板翻转机构设于所述伸展臂的末端，所述伸展臂通过所述固定板翻转机构连接至所述探针卡固定板，所述固定板翻转机构驱动所述探针卡固定板上下翻转；每个所述固定板定位组件包括一个固定板真空吸盘和一个定位塔真空锁，多个所述固定板真空吸盘均匀设于所述探针卡固定板的边缘处，所述定位塔真空锁固定设于设备支架上，测试时，所述定位塔真空锁将所述固定板真空吸盘锁死，以固定所述探针卡固定板。
优选地，所述探针测试模组安装于所述测试模组定位机构上方，并随所述测试模组定位机构运动；所述测试模组定位机构包括自下而上依次设置的Y轴模组、X轴模组和Z轴模组，其中，X轴模组和Y轴模组带动所述探针测试模组在水平方向移动，Z轴模组带动所述探针测试模组在竖直方向移动。
优选地，所述Z轴模组包括上滑动块、下滑动块和L型支架，所述上滑动块与所述下滑动块之间通过一个具有预定倾角的斜面接触；所述L型支架包括互相垂直设置的竖直导向板和水平导向板，所述上滑动块和所述下滑动块分别沿所述竖直导向板和所述水平导向板上的导轨移动，所述下滑动块沿所述水平导向板移动时，带动所述上滑动块沿所述竖直导向板上下移动。
优选地，所述视觉检测机构包括摄像头和一个光学元件，所述摄像头采用远心镜头，所述光学元件与所述远心镜头对应设置，以改变探针卡的针尖反射的光线，使所述远心镜头获取探针卡的针尖图像。
优选地，所述测试平台下方设置有针压传感器和电性能测试传感器，用于采集探针的针压和电性能数据。
以及，一种探针性能测试方法，适用于如上所述的探针性能测试系统，所述测试方法包括以下步骤：
步骤一，开机自检及设备复位；
步骤二，选择测试项目；
步骤三，加载针卡数据；
步骤四，执行“FirstTouch”命令；测试平台向上移动，尝试接触探针，在首次接触到探针后，记录测试平台的实际高度，测试平台返回安全位置；
步骤五，确定标志针；输入标志针的DIE编号和PAD编号，系统自动生成探针编号；
步骤六，定位标志针，并确认各个探针位置；
步骤七，按照测试项目列表的顺序，依次完成各个测试项目，并保存测试数据；
步骤八，各项测试完成后，设备复位。
优选地，所述步骤一，开机自检及设备复位的步骤之前，还包括：
创建测试文件。
优选地，所述步骤一，开机自检及设备复位的步骤之后，还包括：
开启定位塔真空锁，以锁定探针卡固定板。
优选地，所述测试项目包括位置针尖、针压测试、接触电阻测试、漏电测试、水平测试和针元配线测试。
优选地，所述步骤三，加载针卡数据的步骤具体包括：
导入测试文件，调整针卡布局，使针点图的方向与实际针卡的方向一致。
优选地，所述步骤六，定位标志针，并确认各个探针位置的具体步骤包括：
分别定位第一标志针和第二标志针的实际位置；
检查其余探针的位置是否存在偏差。
上述探针性能测试系统及其测试方法中，将待测探针卡固定安装于所述探针卡模组上，由所述探针测试模组对探针卡进行位置针尖、针压测试、接触电阻测试、漏电测试、水平测试和针元配线测试等多项测试，同时对多个探针进行功能检测，从而节约了人工成本，并提高了检测效率和检测结果的准确率。本发明的结构简洁、方法合理、精确、高效，易于实现，成本低廉，便于推广。
附图说明
图1是本发明实施例的探针性能测试系统的结构示意图。
图2是本发明实施例的探针性能测试系统的探针卡模组的结构示意图。
图3是本发明实施例的探针性能测试系统的探针测试模组的结构示意图一。
图4是本发明实施例的探针性能测试系统的探针测试模组的结构示意图二。
图5是本发明实施例的探针性能测试系统的探针卡固定板的结构示意图。
图6是本发明实施例的探针性能测试方法的流程图。
具体实施方式
本实施例以探针性能测试系统及其测试方法为例，以下将结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。
本发明实施例提供的一种探针性能测试系统100，所述系统包括：
探针卡模组，用于测试时固定探针；所述探针卡模组包括探针卡固定板10、固定板校准模块，所述探针卡固定板10用于固定设置多个待测探针，所述固定板校准模块用于所述探针卡固定板10的水平校准和高度校准；
固定板定位机构20用于对所述探针卡固定板10进行调整和定位；
探针测试模组30，用于测试探针的机械性能和电气性能；所述探针测试模组30包括测试平台31和设置于所述测试平台31上的电性能测试机构32及压力测试机构33、以及视觉检测机构34，所述测试平台31用于与待测探针接触，以便于所述电性能测试机构32和所述压力测试机构33对待测探针进行测试，所述视觉检测机构34用于对待测探针进行视觉检测；
测试模组定位机构40，用于测试时所述探针测试模组30的位置调整和定位。
优选地，所述固定板定位机构20包括竖直滑轨21、伸展臂22、固定板升降机构23、固定板翻转机构24和多个固定板定位组件，所述竖直滑轨21上设有活动件，所述伸展臂22固定连接至所述活动件，所述固定板升降机构23驱动所述活动件沿所述竖直滑轨21上下移动；所述固定板翻转机构24设于所述伸展臂22的末端，所述伸展臂22通过所述固定板翻转机构24连接至所述探针卡固定板10，所述固定板翻转机构24驱动所述探针卡固定板10上下翻转；每个所述固定板定位组件包括一个固定板真空吸盘25和一个定位塔真空锁（未示出），多个所述固定板真空吸盘25均匀设于所述探针卡固定板10的边缘处，所述定位塔真空锁固定设于设备支架上，测试时，所述定位塔真空锁将所述固定板真空吸盘25锁死，以固定所述探针卡固定板10。
具体地，探针卡固定安装于所述探针卡固定板10后，所述固定板翻转机构24旋转所述探针卡固定板10，使探针卡上的探针向下，朝向所述探针测试模组30；所述固定板升降机构23用于调节所述探针卡固定板10的高度，所述固定板校准模块用于使所述探针固定板处于水平状态；多个所述固定板定位组件用于固定所述探针卡固定板10。
优选地，所述探针测试模组30安装于所述测试模组定位机构40上方，并随所述测试模组定位机构40运动；所述测试模组定位机构40包括自下而上依次设置的Y轴模组41、X轴模组42和Z轴模组43，其中，X轴模组42和Y轴模组41带动所述探针测试模组30在水平方向移动，Z轴模组43带动所述探针测试模组30在竖直方向移动。
优选地，所述Z轴模组43包括上滑动块431、下滑动块432和L型支架433，所述上滑动块431与所述下滑动块432之间通过一个具有预定倾角的斜面接触；所述L型支架433包括互相垂直设置的竖直导向板和水平导向板，所述上滑动块431和所述下滑动块432分别沿所述竖直导向板和所述水平导向板上的导轨移动，所述下滑动块432沿所述水平导向板移动时，带动所述上滑动块431沿所述竖直导向板上下移动。
具体地，所述Z轴模组43采用在斜面上相互接触的两个滑动组件，将竖直方向的升降运动转换为水平方向的运动，且增加了所述探针测试模组30的竖直运动的精度。
所述上滑动块431与所述下滑动块432之间接触面为倾斜面，所述倾斜面的倾斜角度和长度，决定了所述上滑动块431与所述下滑动块432之间的位移距离的比值。
所述下滑动块432的宽度小于所述上滑动块431的宽度，使所述下滑动块432能够在所述上滑动块431下方移动。
具体地，所述Z轴模组43还包括Z轴升降电机434和Z轴升降丝杆435，所述Z轴升降电机434通过所述Z轴升降丝杆435带动所述下滑动块432水平移动。所述上滑动块431的底面的倾斜面具有第一端和第二端，其中第一端与水平导向板之间的距离大于第二段与水平导向板之间的距离，当所述下滑动块432自所述上滑动块431的第一端向第二端移动时，所述下滑动块432推动所述上滑动块431上移，当所述下滑动块432自所述上滑动块431的第二端向第一端移动时，所述下滑动块432带动所述上滑动块431下移。
优选地，所述视觉检测机构34包括摄像头341和一个光学元件342，所述摄像头341采用远心镜头，所述光学元件342与所述远心镜头对应设置，以改变探针卡的针尖反射的光线，使所述远心镜头获取探针卡的针尖图像。
优选地，所述测试平台31下方设置有针压传感器和电性能测试传感器，用于采集探针的针压和电性能数据。
以及，一种探针性能测试方法，包括如下步骤：
步骤S10，创建测试文件。
测试文件中的内容包括：1、探针卡固定板的名称、高度数据值；2、探针卡的名称、高度数据值，3、探针卡中的每一根探针的编号和坐标位置值；4、每一根探针的针压值；5、探针卡固定板的安全高度；6、探针卡的安全高度。
其中，探针卡固定板的安全高度和探针卡的安全高度是所述探针测试模组向上移动的位置上限，以免探针卡固定板和探针卡受到损伤。
步骤S20，开机自检及设备复位。
具体地，设备开机后自检，自检内容包括检查设备状态是否正常，是否处于报警状态。
设备复位时，固定板定位机构和测试模组定位机构分别将探针卡固定板和测试平台移动至初始位置。
步骤S30，开启定位塔真空锁，以锁定探针卡固定板。
真空泵将所述固定板真空吸盘和所述定位塔真空锁之间锁死，所述定位塔真空锁通过锁定所述固定板真空吸盘，达到固定所述探针卡固定板的作用。
步骤S40，选择测试项目。
具体地，从测试项目列表中选取一项或者多项测试项目，所述测试项目包括位置针尖、针压测试、接触电阻测试、漏电测试、水平测试和针元配线测试。
步骤S50，加载针卡数据。
步骤S51，导入测试文件，调整针卡布局，使针点图的方向与实际针卡的方向一致。
具体地，导入所述测试文件，当屏幕上显示的针卡布局与针卡的实现方向不同时，通过“旋转”功能按键，调整针卡布局，使针点图的方向与实际针卡的方向一致。
步骤S60，执行“FirstTouch”命令；测试平台向上移动，尝试接触探针，在首次接触到探针后，记录测试平台的实际高度，测试平台返回安全位置。
具体地，“FirstTouch”命令是使测试平台缓慢上升，首次尝试与探针接触，由设备记录探针的高度作为设备操作的安全高度的参考值。
具体地，在本实施例中，设备按键的名称为自定义名称，不限于文中示例的名称，实现相同或者相似功能的按键及按键名称均在涵盖范围内。
具体地，执行完“FirstTouch”命令后，系统记录测试平台接触到的第一根探针的实际高度，测试平台的安全位置低于其接触到的第一根探针的实际高度，避免测试平台损坏探针。
步骤S61，以“FirstTouch”测量后得到的探针的实际值取代测试文件中的探针卡安全高度的理论值。
具体地，以执行完“FirstTouch”命令后系统记录的第一根探针的实际高度为探针卡的安全高度，并替代测试文件中的探针卡的安全高度的理论值，避免所述测试平台损坏探针卡及探针。
步骤S70，确定标志针；输入标志针的DIE编号和PAD编号，系统自动生成探针编号。
具体地，通常以对角线方向的两个探针作为标志针，其余探针以两个标志针为起始坐标和终止坐标，顺序编号。
其中，DIE编号为封装的集成电路芯片的编号，PAD编号为芯片内的管脚焊盘的编号。
步骤S80，定位标志针，并确认各个探针位置。
步骤S81，分别定位第一标志针和第二标志针的实际位置。
具体地，通过操纵杆，将摄像头的十字中心对准第一标志针，执行“输入Mark1探针位置”，系统自动记录第一标志针的实际位置；将摄像头的十字中心对准第二标志针，执行“输入Mark2探针位置”，系统自动记录第二标志针的实际位置；
步骤S82，检查其余探针的位置是否存在偏差。
具体地，通过“《”和“》”按键依次检查相机的十字中心是否对准各个探针，如果存在偏差，则需重新定位标志针。
步骤S90，按照测试项目列表的顺序，依次完成各个测试项目，并保存测试数据。
具体地，测试数据在显示屏上同步显示，保存数据后，日志栏输出相关的提示信息。
步骤S100，各项测试完成后，设备复位。
具体地，固定板定位机构和测试模组定位机构分别将探针卡固定板和测试平台移动至初始位置。
具体地，在探针卡的测试项目中，“位置针尖”用于检测探针位置和针尖直径大小；“针压测试”为使探针与芯片之间保持良好的接触，在探针上施加一定的压力值，即OD（OverDrive）值；“接触电阻测试”用于测试探针与芯片之间的接触电阻值；“水平测试”为检测探针卡中的全部探针的高度的平均值；“针元配线测试”用于对探针进行导通性测试，测试探针和与其连接的配线之间的是否导通；“漏电测试”用于探针与探针之间的是否存在漏电流。
上述探针性能测试系统及其测试方法中，将待测探针卡固定安装于所述探针卡模组上，由所述探针测试模组对探针卡进行位置针尖、针压测试、接触电阻测试、漏电测试、水平测试和针元配线测试等多项测试，同时对多个探针进行功能检测，从而节约了人工成本，并提高了检测效率和检测结果的准确率。本发明的结构简洁、方法合理、精确、高效，易于实现，成本低廉，便于推广。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理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。
Claims (10)
1.一种探针性能测试系统，其特征在于，所述系统包括：
探针卡模组，用于测试时固定探针；所述探针卡模组包括探针卡固定板、固定板校准模块，所述探针卡固定板用于固定设置多个待测探针，所述固定板校准模块用于所述探针卡固定板的水平校准和高度校准；
固定板定位机构用于对所述探针卡固定板进行调整和定位；
探针测试模组，用于测试探针的机械性能和电气性能；所述探针测试模组包括测试平台和设置于所述测试平台上的电性能测试机构及压力测试机构、以及视觉检测机构，所述测试平台用于与待测探针接触，以便于所述电性能测试机构和所述压力测试机构对待测探针进行测试，所述视觉检测机构用于对待测探针进行视觉检测；
测试模组定位机构，用于测试时所述探针测试模组的位置调整和定位。
2.如权利要求1所述的探针性能测试系统，其特征在于，所述固定板定位机构包括竖直滑轨、伸展臂、固定板升降机构、固定板翻转机构和多个固定板定位组件，所述竖直滑轨上设有活动件，所述伸展臂固定连接至所述活动件，所述固定板升降机构驱动所述活动件沿所述竖直滑轨上下移动；所述固定板翻转机构设于所述伸展臂的末端，所述伸展臂通过所述固定板翻转机构连接至所述探针卡固定板，所述固定板翻转机构驱动所述探针卡固定板上下翻转；每个所述固定板定位组件包括一个固定板真空吸盘和一个定位塔真空锁，多个所述固定板真空吸盘均匀设于所述探针卡固定板的边缘处，所述定位塔真空锁固定设于设备支架上，测试时，所述定位塔真空锁将所述固定板真空吸盘锁死，以固定所述探针卡固定板。
3.如权利要求1所述的探针性能测试系统，其特征在于，所述探针测试模组安装于所述测试模组定位机构上方，并随所述测试模组定位机构运动；所述测试模组定位机构包括自下而上依次设置的Y轴模组、X轴模组和Z轴模组，其中，X轴模组和Y轴模组带动所述探针测试模组在水平方向移动，Z轴模组带动所述探针测试模组在竖直方向移动。
4.如权利要求3所述的探针性能测试系统，其特征在于，所述Z轴模组包括上滑动块、下滑动块和L型支架，所述上滑动块与所述下滑动块之间通过一个具有预定倾角的斜面接触；所述L型支架包括互相垂直设置的竖直导向板和水平导向板，所述上滑动块和所述下滑动块分别沿所述竖直导向板和所述水平导向板上的导轨移动，所述下滑动块沿所述水平导向板移动时，带动所述上滑动块沿所述竖直导向板上下移动。
5.如权利要求1所述的探针性能测试系统，其特征在于，所述视觉检测机构包括摄像头和一个光学元件，所述摄像头采用远心镜头，所述光学元件与所述远心镜头对应设置，以改变探针卡的针尖反射的光线，使所述远心镜头获取探针卡的针尖图像。
6.如权利要求1所述的探针性能测试系统，其特征在于，所述测试平台下方设置有针压传感器和电性能测试传感器，用于采集探针的针压和电性能数据。
7.一种探针性能测试方法，适用于如权利要求1-6任一项所述的探针性能测试系统，其特征在于，所述测试方法包括以下步骤：
步骤一，开机自检及设备复位；
步骤二，选择测试项目；
步骤三，加载针卡数据；
步骤四，执行“FirstTouch”命令；测试平台向上移动，尝试接触探针，在首次接触到探针后，记录测试平台的实际高度，测试平台返回安全位置；
步骤五，确定标志针；输入标志针的DIE编号和PAD编号，系统自动生成探针编号；
步骤六，定位标志针，并确认各个探针位置；
步骤七，按照测试项目列表的顺序，依次完成各个测试项目，并保存测试数据；
步骤八，各项测试完成后，设备复位。
8.如权利要求7所述的探针性能测试方法，其特征在于，
所述步骤一，开机自检及设备复位的步骤之前，还包括以下步骤：
创建测试文件；
所述步骤一，开机自检及设备复位的步骤之后，还包括以下步骤：
开启定位塔真空锁，以锁定探针卡固定板。
9.如权利要求7所述的探针性能测试方法，其特征在于，
所述步骤三，加载针卡数据的步骤具体包括：
导入测试文件，调整针卡布局，使针点图的方向与实际针卡的方向一致；
所述步骤六，定位标志针，并确认各个探针位置的具体步骤包括：
分别定位第一标志针和第二标志针的实际位置；
检查其余探针的位置是否存在偏差。
10.如权利要求7所述的探针性能测试方法，其特征在于，所述测试项目包括位置针尖、针压测试、接触电阻测试、漏电测试、水平测试和针元配线测试。
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