CN212622723U - 一种全自动晶圆探针台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及探针检测设备领域，尤其涉及一种全自动晶圆探针台，包括布设有电气控制系统的机柜；机柜内部安装有电脑主机和测试主机；机柜顶部设置有人机交互装置、晶圆输送装置、CCD扫描装置、探针装置、打点装置、承片台、上料框、下料框和用于承放故障晶圆的待处理框，探针装置与测试主机电性连接；测试主机和人机交互装置分别与电脑主机电性连接；CCD扫描装置、晶圆输送装置和打点装置分别通过电气控制系统与电脑主机电性连接。本技术方案设置了设置了晶圆输送装置，实现晶圆的自动上下料，最大限度的减少人工辅助，使一个工作人员可同时操作多台设备，提高作业效率的同时，降低人工成本。

Description

一种全自动晶圆探针台

技术领域

本实用新型涉及探针检测设备领域，尤其涉及一种全自动晶圆探针台。

背景技术

由于IC产业的快速成长,晶圆测试在IC封测(半导体封装测试)行业正占据着越来越重要的地位，其中，晶圆在生产阶段，即需采用探针台对其进行电气测试。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，如用于对集成电路、三极管、二极管及光电探测器的IV/CV参数等性能测试与表征，是研究中不可缺少的基本设备。探针台有手动、半自动和全自动之分；全自动探针台作为在晶圆测试中的核心装备,旨在确保待测物的质量及可靠性，并缩减研发时间和器件制造工艺的成本，其在国外的研究已经逐步成熟,在国内虽然起步较晚,但也越来越受到行业内相关公司和研究机构的重视。

但目前的全自动探针台只能在单个晶圆的检测流程中实现全自动，具体工作方式如下：S1启动探针台；S2工作人员将一片待测晶圆芯片放置于承片台，随后按下“测试”键；S3机台将自动真空吸住芯片，并进行自动扫描对准等一些列自动测试工作，测试结束后承片台移至下料位置，并声、光提示测试结束；S4操作员将测试好的芯片取走装舟，再放置下一片芯片重复进行测试，由此工作人员需要定时向探针台上投放晶圆，探针台离不开工作人员的辅助，且需重复S2及以后的工作，造成检测作业效率底，且人工成本高的问题。也有一些可以实现自动上、下片的探针台，但不能将完成检测后的晶圆进行好坏分类，便会多出后期人工分类的工序，由此可见，探针台也没有做到全自动，也需要投入相对较多的人工成本和作业时间。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本技术方案提供一种全自动晶圆探针台，可实现一次性投放多个晶圆，配合机械手，实现自动化上、下片测试，且在下料时，可使合格晶圆与故障晶圆自动分开，增强设备的自动化程度，提高设备使用效益，最大限度的减少人工辅助，减少人工成本。

具体通过以下技术方案实现：

一种全自动晶圆探针台，其功能主要是提供晶圆的自动上下片、找中心、对准、定位以及按照设定的步距移动晶圆，以使探针装置中的探针总是能对晶圆的相应位置进行测试，本技术方案的特征在于：包括布设有电气控制系统的机柜；所述机柜内部安装有电脑主机和测试主机；所述机柜顶部设置有人机交互装置、晶圆输送装置、CCD扫描装置、探针装置、打点装置、承片台、上料框、下料框和用于承放故障晶圆的待处理框，探针装置与所述测试主机电性连接；所述测试主机和人机交互装置分别与电脑主机电性连接；所述CCD扫描装置、晶圆输送装置和打点装置分别通过电气控制系统与电脑主机电性连接。本技术方案中探针装置的核心部件为探针卡，探针卡是一种测试接口，主要对裸芯进行测试，通过连接测试机（即本技术方案中的测试主机）和芯片，通过传输信号对芯片参数进行测试，具体的，是将探针卡上的探针直接与晶圆上的晶粒直接接触，引出晶粒讯号，再配合周边测试仪器（即本技术方案中的测试主机、电脑主机等）与软件控制达到自动化量测的目的。探针卡主要由PCB、探针、ring构成，根据不同的需求，还会有电子元件、stiffener等的需求。测试主机控制测试过程，可作为电压或电流进行测量，并通过测试软件实现测试结果的分类、数据的保存与控制、系统校准以及故障判断。人机交互装置与电脑主机连接，用于输入检测参数以及显示检测状态，CCD扫描装置用于检测晶圆外观，晶圆输送装置实现晶圆自动上下料，实现自动化上、下片测试，且在下料时，可使合格晶圆与故障晶圆自动分开，增强设备的自动化程度，提高设备使用效益，最大限度的减少人工辅助，减少人工成本。

进一步的，所述人机交互装置包括嵌设于机柜上的触摸显示屏，可最大限度的缩小设备占用空间；或者所述人机交互装置包括显示屏和用于与显示屏配合的键盘，使用起来会计方便。

优选的，所述探针装置包括安装于机柜上的探针座和安装于探针座上的测试探针，即，测试探针主要指探针卡，探针座即为探针卡的固定工装，具体的，探针座为测试探针提供了布设基础，用于配合测试探针正常工作，即确保测试探针在探针台上能有效、便捷的安装和使用。

优选的，为了提高作业效率，所述晶圆输送装置包括与机柜固定连接的安装板，以及设置于安装板上的上料单元和下料单元，即上料工作和下料工作分开进行，互不打扰，下料结束便可立刻上料，缩短晶圆更换时间，进一步提高工作效率。

进一步的，所述上料单元包括上料机械手、用于移动上料机械手的上料传动单元和用于为上料传动单元提供动力的上料驱动单元；上料传动单元和上料驱动单元与所述安装板固定连接；上料机械手与安装板滑动连接，且与上料传动单元固定连接；进一步的，所述上料机械手包括真空吸附机构Ⅰ、升降传动机构Ⅰ和用于驱动升降传动机构Ⅰ的步进电机Ⅰ，真空吸附机构Ⅰ与升降传动机构Ⅰ上下滑动连接；所述上料传动单元包括沿所述安装板长度方向水平间隔设置的主动齿轮Ⅰ和从动齿轮Ⅰ，以及套设于主动齿轮Ⅰ和从动齿轮Ⅰ上的同步带Ⅰ，主动齿轮Ⅰ与所述上料驱动单元固定连接；升降传动机构Ⅰ与安装板滑动连接，且与同步带Ⅰ固定连接。

进一步的，所述下料单元包括下料机械手、用于移动下料机械手的下料传动单元和用于为下料传动单元提供动力的下料驱动单元；下料传动单元和下料驱动单元与所述安装板固定连接；下料机械手与安装板滑动连接，且与下料传动单元固定连接；进一步的，所述下料机械手包括真空吸附机构Ⅱ、升降传动机构Ⅱ和用于驱动升降传动机构Ⅱ的步进电机Ⅱ，真空吸附机构Ⅱ与升降传动机构Ⅱ上下滑动连接；所述下料传动单元包括沿所述安装板长度方向水平间隔设置的主动齿轮Ⅱ和从动齿轮Ⅱ，以及套设于主动齿轮Ⅱ和从动齿轮Ⅱ上的同步带Ⅱ，主动齿轮Ⅱ与所述下料驱动单元固定连接；升降传动机构Ⅱ与安装板滑动连接，且与同步带Ⅱ固定连接。

具体的，真空吸附机构Ⅰ和真空吸附机构Ⅱ用于吸附晶圆片，两者之中都包含有吸附盘，吸附盘上设置有若干真空吸嘴，优选的，为确保吸附晶圆稳定性，吸附盘上设置有4个吸嘴，且4个吸嘴呈正方形排列。上料驱动单元和下料驱动单元中包含了伺服电机，伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

为使探针台高效率工作，即设置探针装置在晶圆上的检测轨迹呈“S”型，即，若探针装置从右到左检测晶圆的第一排，则下一步为从左到右检测晶圆的第二排，进一步的，从右到左检测晶圆的第三排，以此类推，直到完成晶圆的所有角落的检测。为符合探针台的高效率工作，所述打点装置包括左打点器和右打点器，即当探针检装置从右到左检测时，右打点器从右到左开始对故障位置打点，当探针检装置从左到右检测时，左打点器从左到右开始对故障位置打点。

优选的，还包括声光警示装置，声光警示装置包括设置于所述机柜上的蜂鸣器和设置于所述上料框中的光电传感器，即可在上料框中的晶圆被运输完后发出警示，提醒工作人员上料。

本技术方案与目前传统工艺制作的整流模块相比有以下优点：

1）本技术方案设置了设置了晶圆输送装置，实现晶圆的自动上下料，根据需要，一次性可在上料框内放入最多100片晶圆，最大限度的减少人工辅助，使一个工作人员可同时操作多台设备，提高作业效率的同时，降低人工成本；另外，本技术方案中还设置了用于放置正常晶圆的下料框和用于承放故障晶圆的待处理框，可通过设置测试设备内部检测工序，实现正常晶圆与故障晶圆的直接自动分类，减少人工分类工序，进一步提高作业效率；

2）本技术方案中的输送装置包含了上料单元和下料单元，可实现上料工作和下料工作分开进行，互不打扰，下料结束便可立刻上料，缩短晶圆更换时间，进一步提高工作效率；

3）本技术方案采用滑轮组件与伺服电机配合移动机械手，结构简单、运用便捷、易于操控；

4）本技术方案中的机械手采用真空吸附机构实现固定晶圆，为移动晶圆打下可靠的基础，且真空吸附可最大限度的避免对晶圆造成损坏

5)本技术方案中设置了左、右两个打点器，可完美配合设备高效工作；另外，声光警示装置可及时作出提示，提醒工作人员及时补料。

附图说明

本实用新型的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，其中：

图1技术方案的整体结构示意图；

图2为本技术方案俯视结构示意图；

图3为本技术方案正视结构示意图；

图4为本技术方案右视结构示意图；

图中：

1、机柜；2、电脑主机；3、测试主机；4、人机交互装置；5、CCD扫描装置；6、探针装置；7、声光警示装置；8、承片台；9、上料框；10、下料框；11、待处理框；12、安装板；13、上料单元；13.1、上料机械手；13.1.1、真空吸附机构Ⅰ；13.1.2、升降传动机构Ⅰ；13.1.3、步进电机Ⅰ；13.2、上料传动单元；13.2.1、主动齿轮Ⅰ；13.2.2、从动齿轮Ⅰ；13.2.3、同步带Ⅰ；13.3、上料驱动单元；14、下料单元；14.1、下料机械手；14.1.1、真空吸附机构Ⅱ；14.1.2、升降传动机构Ⅱ；14.1.3、步进电机Ⅱ；14.2、下料传动单元；14.2.1、主动齿轮Ⅱ；14.2.2、从动齿轮Ⅱ；14.2.3、同步带Ⅱ；14.3、下料驱动单元；15、左打点器；16、右打点器。

具体实施方式

下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本实用新型目的技术方案，需要说明的是，本实用新型要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。

实施例1

本实用新型公开了一种全自动晶圆探针台，作为本实用新型一种基本的实施方案，包括布设有电气控制系统的机柜1；所述机柜1内部安装有电脑主机2和测试主机3；所述机柜1顶部设置有人机交互装置4、晶圆输送装置、CCD扫描装置5、探针装置6、打点装置、承片台8、上料框9、下料框10和用于承放故障晶圆的待处理框11，探针装置6与所述测试主机3电性连接；所述测试主机3和人机交互装置4分别与电脑主机2电性连接；所述CCD扫描装置5、晶圆输送装置和打点装置分别通过电气控制系统与电脑主机2电性连接。

本技术方案在使用时，工作人员可在上料框9中放入至少25片晶圆，启动测试主机3和电脑主机2，并通过人机交互装置4打开测试软件进行系统初始化，随后通过人机交互装置4设置工艺参数或模板，启动检测系统，在晶圆上料期间，承片台8处于上料位置，且此时上料框9、承片台8、待处理框11、下料框10处于对应输送装置的一个垂直平面上(即四者的高度可以不同)或沿一条直线上，输送装置将上料框9中的晶圆移一片到承片台8上，随后承片台8根据设定程序开始移动，CCD扫描装置5对承片台8上的晶圆进行外观扫描，探针装置6与测试主机3相互配合开始提取晶圆上的各个参数，打点装置对不合格的位置打上黑点，待晶圆上的每个位置测试完毕，承片台8移动到下料位置，若承片台8上的晶圆打过黑点，输送装置将该晶圆移到待处理框11中，若承片台8上的晶圆没有打过黑点，则输送装置将该晶圆移到下料框10中，以此实现晶圆的自动分类，工作人员可以在上料框9中的晶圆被取完或者快被取完的时候，向上料框9中添置晶圆，如此便极大的减少了人工辅助，使一个工作人员可同时操作多台设备，提高作业效率的同时，降低人工成本。

实施例2

本实用新型公开了一种全自动晶圆探针台，作为本实用新型一种优选的实施方案，即实施例1中，人机交互装置4包括嵌设于机柜1上的触摸显示屏；打点装置包括左打点器15和右打点器16；探针装置6包括安装于机柜1上的探针座和安装于探针座上的测试探针；晶圆输送装置包括与机柜1固定连接的安装板12，以及设置于安装板12上的上料单元13和下料单元14；所述上料单元13包括上料机械手13.1、用于移动上料机械手13.1的上料传动单元13.2和用于为上料传动单元13.2提供动力的上料驱动单元13.3，上料传动单元13.2和上料驱动单元13.3与所述安装板12固定连接；上料机械手13.1与安装板12滑动连接，且与上料传动单元13.2固定连接；下料单元14包括下料机械手14.1、用于移动下料机械手14.1的下料传动单元14.2和用于为下料传动单元14.2提供动力的下料驱动单元14.3；下料传动单元14.2和下料驱动单元14.3与所述安装板12固定连接；下料机械手14.1与安装板12滑动连接，且与下料传动单元14.2固定连接。

本技术方案中，不管是触摸显示屏还是显示屏，都可以显示设备的实时工作状态和测试结果，用于辅助设备工作，触摸显示屏可减小设备的占用空间，显示屏与键盘配合，操作方便；另外，本技术方案将设备调试为高效作业状态，即，使探针装置6在晶圆上的检测轨迹呈“S”型，左打点器15和右打点器16的设置可有效的适应设备的高效作业状态；探针装置6的结构可更好的配合设备工作。进一步的，本技术方案的输送装置设置上料单元13和下料单元14，可实现上料和下料工作互不干扰，即下料单元14将晶圆移开承片台8的同时，上料单元13将待测晶圆放至承片台8上，可最大限度的减小晶圆更换时间，进一步提高工作效率。进一步的，上料单元13和下料单元14是通过传动单元和驱动单元相互配合移动机械手实现上料或下料，结构简单，便于操作，利用安装板12支撑机械手、传动单元和驱动单元，为机械手提供滑动条件，确保晶圆稳定运行的同时，使连接结构更加可靠。

实施例3

本实用新型公开了一种全自动晶圆探针台，作为本实用新型一种优选的实施方案，即实施例2中，还包括声光警示装置7，声光警示装置7包括设置于所述机柜1上的蜂鸣器和设置于所述上料框9中的光电传感器；人机交互装置4将触摸显示屏换为显示屏和用于与显示屏配合的键盘；上料机械手13.1包括真空吸附机构Ⅰ13.1.1、升降传动机构Ⅰ13.1.2和用于驱动升降传动机构Ⅰ13.1.2的步进电机Ⅰ13.1.3，真空吸附机构Ⅰ13.1.1与升降传动机构Ⅰ13.1.2上下滑动连接；所述上料传动单元13.2包括沿所述安装板12长度方向水平间隔设置的主动齿轮Ⅰ13.2.1和从动齿轮Ⅰ13.2.2，以及套设于主动齿轮Ⅰ13.2.1和从动齿轮Ⅰ13.2.2上的同步带Ⅰ13.2.3，主动齿轮Ⅰ13.2.1与所述上料驱动单元13.3固定连接；升降传动机构Ⅰ13.1.2与安装板12滑动连接，且与同步带Ⅰ13.2.3固定连接；所述下料机械手14.1包括真空吸附机构Ⅱ14.1.1、升降传动机构Ⅱ14.1.2和用于驱动升降传动机构Ⅱ14.1.2的步进电机Ⅱ14.1.3，真空吸附机构Ⅱ14.1.1与升降传动机构Ⅱ14.1.2上下滑动连接；所述下料传动单元14.2包括沿所述安装板12长度方向水平间隔设置的主动齿轮Ⅱ14.2.1和从动齿轮Ⅱ14.2.2，以及套设于主动齿轮Ⅱ14.2.1和从动齿轮Ⅱ14.2.2上的同步带Ⅱ14.2.3，主动齿轮Ⅱ14.2.1与所述下料驱动单元14.3固定连接；升降传动机构Ⅱ14.1.2与安装板12滑动连接，且与同步带Ⅱ14.2.3固定连接。

具体的，本技术方案在工作中时，首先步进电机Ⅰ13.1.3控制升降传动机构Ⅰ13.1.2真空吸附机构Ⅰ13.1.1上升到一定高度，该高度需满足能够去下上料框9中处于最上方的晶圆，随后上料传动单元13.2在上料驱动单元13.3的作用下，使上料机械手13.1移动到上料框9附近，且真空吸附机构Ⅰ13.1.1处于上料框9的上方，真空吸附机构（指真空吸附机构Ⅰ和真空吸附机构Ⅱ）包括吸附盘，吸附盘上设置有若干真空吸嘴，且该真空吸嘴为弹性吸嘴，确保可靠吸附的同时，避免晶圆收到损坏；上料机械手13.1将上料框9中的晶圆从上到下依次移至承片台8，下料装置将承片台8上的晶圆移至下料框10或待处理框11，直到上料框9中的光电传感器检测到没有晶圆时，即表明上料框9中的晶圆已经被运完，蜂鸣器发出提示，提醒工作人员上料，如此，工作人员便可取出下料框10和待处理框11中的晶圆，并向上料框9中放入下一批待测晶圆。

进一步的，电气控制系统中还包括真空吸附机构（指真空吸附机构Ⅰ和真空吸附机构Ⅱ）的到位控制单元，该到位控制单元包括设置于吸附盘中的传感器（可以是压力传感器），具体的，真空吸嘴在吸附盘上设置有一定的上下移动幅度，真空吸附机构沿升降传动机构（指升降传动机构Ⅰ和升降传动机构Ⅱ）下降到晶圆的位置，在真空吸嘴触碰晶圆的过程中，真空吸嘴在晶圆的作用下向吸附盘内部缩进一段距离以做缓冲，避免对晶圆造成损伤，吸嘴缩进吸附盘后作用于传感器上，传感器向电气控制系统传递相应的信号，电气控制系统根据该信号控制步进电机停止工作，进一步阻止真空吸附机构继续下降，以避免压坏晶圆。

Claims (10)

1.一种全自动晶圆探针台，其特征在于：包括布设有电气控制系统的机柜（1）；所述机柜（1）内部安装有电脑主机（2）和测试主机（3）；所述机柜（1）顶部设置有人机交互装置（4）、晶圆输送装置、CCD扫描装置（5）、探针装置（6）、打点装置、承片台（8）、上料框（9）、下料框（10）和用于承放故障晶圆的待处理框（11），探针装置（6）与所述测试主机（3）电性连接；所述测试主机（3）和人机交互装置（4）分别与电脑主机（2）电性连接；所述CCD扫描装置（5）、晶圆输送装置和打点装置分别通过电气控制系统与电脑主机（2）电性连接。

2.如权利要求1所述一种全自动晶圆探针台，其特征在于：所述人机交互装置（4）包括嵌设于机柜（1）上的触摸显示屏；或者所述人机交互装置（4）包括显示屏和用于与显示屏配合的键盘。

3.如权利要求1所述一种全自动晶圆探针台，其特征在于：所述探针装置（6）包括安装于机柜（1）上的探针座和安装于探针座上的测试探针。

4.如权利要求1所述一种全自动晶圆探针台，其特征在于：所述晶圆输送装置包括与机柜（1）固定连接的安装板（12），以及设置于安装板（12）上的上料单元（13）和下料单元（14）。

5.如权利要求4所述一种全自动晶圆探针台，其特征在于：所述上料单元（13）包括上料机械手（13.1）、用于移动上料机械手（13.1）的上料传动单元（13.2）和用于为上料传动单元（13.2）提供动力的上料驱动单元（13.3）；上料传动单元（13.2）和上料驱动单元（13.3）与所述安装板（12）固定连接；上料机械手（13.1）与安装板（12）滑动连接，且与上料传动单元（13.2）固定连接。

6.如权利要求5所述一种全自动晶圆探针台，其特征在于：所述上料机械手（13.1）包括真空吸附机构Ⅰ（13.1.1）、升降传动机构Ⅰ（13.1.2）和用于驱动升降传动机构Ⅰ（13.1.2）的步进电机Ⅰ（13.1.3），真空吸附机构Ⅰ（13.1.1）与升降传动机构Ⅰ（13.1.2）上下滑动连接；所述上料传动单元（13.2）包括沿所述安装板（12）长度方向水平间隔设置的主动齿轮Ⅰ（13.2.1）和从动齿轮Ⅰ（13.2.2），以及套设于主动齿轮Ⅰ（13.2.1）和从动齿轮Ⅰ（13.2.2）上的同步带Ⅰ（13.2.3），主动齿轮Ⅰ（13.2.1）与所述上料驱动单元（13.3）固定连接；升降传动机构Ⅰ（13.1.2）与安装板（12）滑动连接，且与同步带Ⅰ（13.2.3）固定连接。

7.如权利要求4所述一种全自动晶圆探针台，其特征在于：所述下料单元（14）包括下料机械手（14.1）、用于移动下料机械手（14.1）的下料传动单元（14.2）和用于为下料传动单元（14.2）提供动力的下料驱动单元（14.3）；下料传动单元（14.2）和下料驱动单元（14.3）与所述安装板（12）固定连接；下料机械手（14.1）与安装板（12）滑动连接，且与下料传动单元（14.2）固定连接。

8.如权利要求7所述一种全自动晶圆探针台，其特征在于：所述下料机械手（14.1）包括真空吸附机构Ⅱ（14.1.1）、升降传动机构Ⅱ（14.1.2）和用于驱动升降传动机构Ⅱ（14.1.2）的步进电机Ⅱ（14.1.3），真空吸附机构Ⅱ（14.1.1）与升降传动机构Ⅱ（14.1.2）上下滑动连接；所述下料传动单元（14.2）包括沿所述安装板（12）长度方向水平间隔设置的主动齿轮Ⅱ（14.2.1）和从动齿轮Ⅱ（14.2.2），以及套设于主动齿轮Ⅱ（14.2.1）和从动齿轮Ⅱ（14.2.2）上的同步带Ⅱ（14.2.3），主动齿轮Ⅱ（14.2.1）与所述下料驱动单元（14.3）固定连接；升降传动机构Ⅱ（14.1.2）与安装板（12）滑动连接，且与同步带Ⅱ（14.2.3）固定连接。

9.如权利要求1所述一种全自动晶圆探针台，其特征在于：所述打点装置包括左打点器（15）和右打点器（16）。

10.如权利要求1所述一种全自动晶圆探针台，其特征在于：还包括声光警示装置（7），声光警示装置（7）包括设置于所述机柜（1）上的蜂鸣器和设置于所述上料框（9）中的光电传感器。

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