CN220702365U - 一种探针取料装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种探针取料装置，包括吸嘴升降机构，所述吸嘴升降机构上设有放置盘检测机构、外观检测和坐标位置获取机构、翻转机构、真空吸取机构、旋转校正机构及两个视觉检测机构；所述放置盘检测机构和外观检测和坐标位置获取机构相邻设置；所述翻转机构的输出端与旋转校正机构相连，所述旋转校正机构的输出端与真空吸取机构相连。本实用新型解决了探针取料过程中的吸取及校正问题。

Description

一种探针取料装置

技术领域

本实用新型涉及晶圆测试的探针卡制造领域，具体涉及一种探针取料装置。

背景技术

在半导体集成电路行业中，在测试机上进行晶圆级的电性测试时通常会使用到探针卡来进行辅助测试。现有的探针卡是将探针的一端固定在PCB板上，然后再通过PCB板与测试机台连接，探针的另一端则与晶圆上的每一块测试单元上的探点接触，从而形成一个完整的测试系统。

而随着电子产品朝向精密化与多功能化发展，在电子产品内的集成电路之芯片趋于复杂，目前的芯片所需测试的脚位不断增加，故用以测试芯片的探针卡之探针数量也大幅增加，探针的取料效率及取料可靠性变得尤为重要。

在当前的探针取料过程中，下压力容易损坏探针，导致其变形损坏，影响产品的最终使用。而在采用平面吸取探针、垂直植入治具的场景中，平面吸取后的探针需要90°翻转后再垂直植入，探针植入的姿态存在偏差，使得植入治具内位置误差偏大，导致产品最终无法正常使用或变形损坏。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种探针取料装置，用以解决探针取料中的吸取及校正问题。

本实用新型是根据如下技术方案实现的：

一种探针取料装置，包括吸嘴升降机构，所述吸嘴升降机构上设有放置盘检测机构、外观检测和坐标位置获取机构、翻转机构、真空吸取机构、旋转校正机构及两个视觉检测机构；所述放置盘检测机构和外观检测和坐标位置获取机构相邻设置；所述翻转机构的输出端与旋转校正机构相连，所述旋转校正机构的输出端与真空吸取机构相连。

优选地，所述吸嘴升降机构包括电动升降轴和与电动升降轴相连的连接板，所述连接板用于固定放置盘检测机构、外观检测和坐标位置获取机构、翻转机构及旋转校正机构的安装板。

优选地，所述放置盘检测机构的安装板上设有位移传感器。

优选地，所述外观检测和坐标位置获取机构的安装板上设有检测相机，及与所述检测相机相适配的镜头和同轴光源。

优选地，所述翻转机构包括伺服电机和与所述伺服电机相连的第一旋转轴，所述第一旋转轴的输出端连接旋转校正机构。

优选地，所述旋转校正机构包括步进电机和与所述步进电机相连的第二旋转轴，所述第二旋转轴的输出端连接真空吸取机构。

优选地，所述真空吸取机构包括吸嘴。

优选地，所述视觉检测机构包括：第一视觉检测机构，设置于探针侧面；第二视觉检测机构，设置于探针正面。

优选地，所述第一视觉检测机构包括第一相机，与所述第一相机相适配的镜头及同轴光源；所述第二视觉检测机构包括第二相机，与所述第二相机相适配的镜头及同轴光源。

优选地，所述第一相机和第二相机的固定座底部均设置有XY调整台。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型通过放置盘检测机构检测放置盘上各测试点探针的相对高度并形成基准曲面，利用外观检测和坐标位置获取机构进行外观检测并获取待吸取探针的位置坐标，控制机构利用拟合基准曲面的相对高度对探针吸取的理论高度(即吸嘴升降机构的升降距离)进行补偿，并在吸嘴升降机构移动补偿后的距离时，控制真空吸取机构进行探针吸取，此时吸嘴既能够成功吸取探针，又不会触碰探针导致探针或吸嘴损坏，即通过各机构的相互配合，避免了探针吸取时因高度变化导致吸取不成功或吸嘴过低损坏产品及吸嘴的问题。

(2)本实用新型对吸取后的探针进行90°翻转后，通过探针正面旋转方向校正、探针侧面垂直校正和探针高度位置校正的相互配合，使得校正后的探针满足垂直植入治具的要求，解决了因机械零件制造和装配误差(含累积误差)导致探针吸取到植入治具位置整体偏差问题。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例的探针吸取、翻转及校正的装置示意图。

图2为根据本实用新型实施例的放置盘检测机构及外观检测和坐标位置获取机构示意图。

图3为根据本实用新型实施例的翻转机构及旋转校正机构示意图。

图4为根据本实用新型实施例的第二视觉检测机构示意图。

图5为根据本实用新型实施例的探针吸取翻转示意图。

图6为根据本实用新型实施例的九点测试示意图。

图7为根据本实用新型实施例的偏差角度校正示意图。

图中：10、放置盘检测机构；20、真空吸取机构；30、外观检测和坐标位置获取机构；40、旋转校正机构；50、翻转机构；60、吸嘴升降机构；70、第一视觉检测机构；80、第二视觉检测机构；101、位移传感器；102、位移传感器固定板；201、吸嘴；202、吸嘴气管接头；301、同轴光源；302、高分辨率镜头；303、外观检测及位置获取相机的固定座；304、外观检测及位置获取相机；401、第二旋转轴；402、第二旋转轴支撑轴承；403、第二旋转轴机械限位杆；404、第二旋转轴径向锁紧螺母；405、第二旋转轴固定座；406、第二旋转轴限位感应器安装块；407、第二旋转轴联轴器；408、步进电机；501、第一旋转轴；502、伺服电机；503、减速机；504、减速机安装板；505、第二旋转轴联轴器；506、第二旋转轴径向锁紧螺母；507、第二旋转轴固定座；508、限位缓冲胶；509、第二旋转轴机械限位挡块；510、第二旋转轴限位传感器(原点限位)；511、第二旋转轴支撑轴承；512、第二旋转轴限位传感器(极限限位)；601、吸嘴升降轴；602、连接板；801、正面形态检测相机；802、XY调整台；803、相机固定座；804、高分辨率镜头；805、同轴光源；806、反射镜；807、反射镜固定座。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”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一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；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。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本实用新型提供一种探针取料装置，通过吸取模块与校正模块的相互配合，实现探针的高良率取料，其取料过程既不损坏探针，也不损坏吸嘴，能够在符合要求的距离内成功吸取探针，并通过校正模块进行偏差校正，确保最终置入治具内的探针的准确性。

如图1和2所示，所述探针取料装置，包括吸嘴升降机构，所述吸嘴升降机构上设有放置盘检测机构、外观检测和坐标位置获取机构、翻转机构、真空吸取机构、旋转校正机构及两个视觉检测机构；所述放置盘检测机构和外观检测和坐标位置获取机构相邻设置；所述翻转机构的输出端与旋转校正机构相连，所述旋转校正机构的输出端与真空吸取机构相连。

具体地，所述吸嘴升降机构上设置有连接板，用于安装放置盘检测机构、外观检测和坐标位置获取机构及真空吸取机构。

所述放置盘检测机构包括位移传感器，所述位移传感器通过固定板固定于连接板上，随着吸嘴升降机构的移动而移动。

所述外观检测和坐标位置获取机构通过固定座固定于连接板上，同样随着吸嘴升降机构的移动而移动。

所述固定座上设置有相机、高分辨率镜头、同轴光源。所述相机用于拍摄探针的图片，以便进行外观检测；还用于获取探针的图像并处理得到探针的位置坐标。需要说明的是，通过图像得到探针位置坐标的处理过程可在相机端执行，也可在控制端执行，本实用新型对此不做限定。所述高分辨率镜头用于配合相机，实现高精度图像拍摄。所述同轴光源用于提供均匀照明，提高图像拍摄精度。

所述真空吸取机构用于平面吸取探针。所述吸嘴升降机构的连接板上开设有安装槽，用于安装真空吸取机构，使其随着吸嘴升降机构的移动而移动。

如图3所示，所述翻转机构包括伺服电机，所述伺服电机驱动第一旋转轴转动，所述第一旋转轴的输出端连接有吸嘴。工作时，伺服电机驱动第一旋转轴转动预设角度，第一旋转轴带动吸嘴转动预设角度。

优选地，所述第一旋转轴为90°旋转轴。在吸取探针后，驱动第一旋转轴转动90°，使平面吸取的探针转为垂直方向。

作为一种实施方式，所述第一旋转轴也可旋转任意角度，通过控制伺服电机来控制第一旋转轴的转动角度。在检测到翻转后的探针未达到垂直要求时，可通过转动第一旋转轴调整其角度，使探针的垂直度满足要求。

可选地，所述翻转机构设有第一旋转轴固定座，用于安装第一旋转轴。所述第一旋转轴配置有第一旋转轴支撑轴承。

所述伺服电机连接有行星减速机。所述行星减速机配置有减速机安装板。所述减速机连接有旋转轴联轴器。

可选地，所述翻转机构上设有两个第一限位传感器，一个用于原点限位，一个用于极限限位。

可选地，所述翻转机构上还设有机械限位挡块，用于对第一旋转轴进行限位。

所述翻转机构上还设有限位缓冲胶，用于进行限位缓冲。

所述翻转机构上还设有径向锁紧螺母，用于对第一旋转轴进行径向锁紧。

优选地，所述吸嘴升降机构的连接板上还开设有避让孔，用于在翻转及校正时，为旋转校正机构提供避让空间。

如图3所示，所述旋转校正机构包括：步进电机，用于驱动第二旋转轴旋转；第二旋转轴，用于在步进电机的驱动下旋转以完成探针旋转校正；第二旋转轴固定座，用于固定第二旋转轴；第二限位传感器，用于实现第二旋转轴限位感应。

具体地，所述第二旋转轴与步进电机之间还设置有第二旋转轴联轴器。所述第二旋转轴固定座上还设置限位传感器安装块，用于安装限位传感器。所述第二限位传感器有两个，一个用于原点限位，一个用于极限限位。

所述第二旋转轴固定座远离步进电机的一侧还设置有第二旋转轴径向锁紧螺母、第二旋转轴支撑轴承和第二旋转轴机械限位杆。所述第二旋转轴机械限位杆用于避免第二旋转轴旋转过度。

所述旋转校正机构靠近待吸取探针的一侧连接有真空吸取机构。所述真空吸取机构包括吸嘴，所述吸嘴通过吸嘴气管接头连接有真空泵。在需要吸取探针时，控制机构启动真空泵，控制吸嘴吸取探针。

具体地，探针相对于平行翻转面的偏差角度的校正，包括：控制机构根据获取的偏差角度发送指令给旋转校正机构的步进电机，使其驱动第二旋转轴旋转对应的角度，以校正所述角度偏差。

进一步地，在执行完探针相对于垂直翻转面和/或平行翻转面的角度偏差后，利用吸嘴升降机构执行Z向高度位置的校正。

所述第一视觉检测机构包括第一相机，用于拍摄探针的侧面形态图像。所述第一相机配置有高分辨率镜头和同轴光源，用于提高图像拍摄精度。

所述第二视觉检测机构包括第二相机，用于拍摄探针的正面形态图像。所述第二相机配置有高分辨率镜头和同轴光源，用于提高图像拍摄精度。

具体地，如图4所示，所述第二视觉检测机构设置于真空吸取机构的正面，沿光路依次设置有第二相机、高分辨率镜头、同轴光源和反射镜，所述反射镜正对探针方向。所述第二相机配置有相机固定座，所述相机固定座的底部设有XY调整台，用于相机标定时的位置调整。所述反射镜通过反射镜固定座固定于探针的正面，用来辅助捕获探针的正面形态图像。

探针取料过程包括探针吸取和探针校正。

探针吸取的工作过程为：

步骤1，将放置盘置于工作台上，拍摄放置盘的图像，并根据拍摄的图像确定待测试的九个测试点的位置坐标。

步骤2，控制吸嘴升降机构移动，带动位移传感器移动，使位移传感器分别对九个测试点进行检测，获取九个测试点的位移数据，并发送给控制机构。

步骤3，控制机构根据各测试点的位移数据进行拟合，得到一个基准曲面，该基准曲面能够表征当前放置盘上所有探针的高度变化。换言之，根据该基准曲面，能够得到放置盘上每个探针相对于同一参考面的相对高度，在要吸取时，根据待吸取探针的相对高度对理论高度进行补偿，得到吸嘴升降机构要移动的实际距离。

步骤4，获取待吸取探针的位置坐标，获取该位置坐标对应基准曲面上的点的相对高度，利用所述相对高度对探针吸取的理论高度进行补偿，根据补偿后的实际高度(即吸嘴升降机构的移动距离)控制吸嘴升降机构移动到对应位置。

步骤5，控制真空吸取机构完成探针吸取。

进一步地，步骤1还包括：预设九个测试点的位置并存储在控制机构。在获取到当前放置盘的图像后，根据预设测试点的位置，匹配得到放置盘图像中对应测试点的位置，确定九个测试点的位置坐标。

作为一种实施方式，可在放置盘上预设九个测试点，如图6所示，九个所述测试点分三级设置，一级测试点仅有一个且位于放置盘的中心，二级测试点有四个且均匀分布在以放置盘的中心为圆心、具有第一半径的圆环上，三级测试点有四个且均匀分布在以放置盘的中心为圆心、具有第二半径的圆环上。该九点测试法适用于六寸的放置盘，能够兼顾测试精度和测试复杂度。

进一步地，所述的第一半径与第二半径不相同。

进一步地，以放置盘的中心为圆点，各二级测试点与三级测试点之间沿圆周方向间隔相同的角度。

需要说明的是，获取九个测试点的位置坐标后，控制吸嘴升降机构移动到对应的坐标处的过程，可采用现有技术实现，在此不做赘述。

在完成探针吸取后，还进一步包括：

步骤6，对吸取的探针进行90°翻转，使其垂直于水平面，如图5所示。在平面吸取探针后，通过90°翻转探针可使探针垂直植入治具内，满足探针垂直植入的要求。

具体地，探针吸取时，吸嘴是垂直向下的，探针是水平状态，在翻转90°后，吸嘴变为水平状态，探针则处于垂直状态。

这里的90°翻转采用翻转机构实现。

在实际应用中，翻转后的探针在垂直翻转面上可能存在角度偏差，即翻转后的探针不是处于90°垂直状态，而是与垂直方向存在偏差角度；或者，翻转后的探针在平行翻转面上存在角度偏差，即翻转后的探针与平行翻转面不是处于平行状态，而是与平行翻转面存在角度偏差。基于前述情况，如果将翻转后的探针直接置入治具，会导致置入误差较大，使得产品最终无法正常取用。因此，在对探针进行90°翻转后，可执行探针校正步骤。

所述探针的校正利用旋转校正机构、翻转机构及两个视觉检测机构来实现。

具体地，在将吸取探针翻转90°后，探针校正过程包括如下步骤：

步骤7，分别获取探针的侧面形态图像和正面形态图像。

这里，利用第一视觉检测机构检测探针的侧面形态图像，利用第二视觉检测机构检测探针的正面形态图像。

在检测前，对所述第一相机、第二相机分别进行标定，以获取各自的相机标定图像，用于与实际拍摄的探针图像进行比对。

步骤8，根据所述探针的侧面形态图像和正面形态图像，得到探针相对于垂直翻转面和平行翻转面的位置数据。

这里的垂直翻转面是指与探针翻转方向垂直的平面。在理想情况下，翻转后的探针相对于垂直翻转面平行或与垂直翻转面重合，两者之间没有角度偏差。

这里的平行翻转面是指与探针翻转方向平行的平面。在理想情况下，翻转后的探针相对于平行翻转面平行或与平行翻转面重合，两者之间没有角度偏差。

具体地，根据第一相机拍摄的探针图像，识别得到探针相对于垂直翻转面的位置数据。根据第二相机拍摄的探针图像，识别得到探针相对于平行翻转面的位置数据。前述识别过程属于图像识别领域，可采用现有的图像识别算法实现。

步骤9，将所述位置数据与预设的位置数据进行比对，并在比对结果存在偏差时，发送偏差数据给执行单元进行偏差校正。

进一步地，将探针侧面图像的位置数据与第一相机的标定图像的位置数据进行比对，判断拍摄的探针侧面图像是否与相机标定的图像水平方向重合，如果重合，则认为探针相对于垂直翻转面不存在角度偏差。

如果不重合，则获取探针相对于垂直翻转面的偏差角度，并将其发送给控制机构，控制机构根据偏差角度控制对应的执行单元进行偏差校正。

进一步地，将探针正面形态图像的位置数据与第二相机的标定图像的位置数据进行比对，判断拍摄的探针图像是否与相机标定的图像重合，如果重合，则认为探针相对于平行翻转面不存在角度偏差。

如果不重合，则获取探针相对于平行翻转面的偏差角度，并将其发送给控制机构，控制机构根据偏差角度控制对应的执行单元进行偏差校正。

作为一种实施方式，如图7所示，如果探针相对于垂直翻转面和平行翻转面均存在角度偏差，则按照以下顺序进行偏差校正：探针正面旋转校正→探针侧面旋转校正→探针Z向高度位置校正。

如果探针相对于垂直翻转面或相对于平行翻转面存在角度偏差，则按照以下顺序进行偏差校正：探针正面旋转校正或探针侧面旋转校正→探针Z向高度位置校正。

只要探针相对于垂直翻转面或相对于平行翻转面存在角度偏差，那么其在Z向的高度也存在偏差，因此在校正角度偏差的最后，需要进行Z向高度位置的校正，以保证校正精度。

进一步地，探针相对于垂直翻转面的偏差角度的校正，利用翻转机构实现。具体为：控制机构根据获取的偏差角度发送指令给翻转机构的伺服电机，使其驱动第一旋转轴旋转对应的角度，以校正所述角度偏差。

所述翻转机构第一旋转轴的输出端连接旋转校正机构。当翻转机构旋转时，带动旋转校正机构旋转，旋转校正机构带动真空吸取机构旋转，最终实现探针旋转。

进一步地，探针相对于平行翻转面的偏差角度的校正，利用旋转校正机构实现。

进一步地，在探针校正步骤后，还包括：

步骤10，对偏差校正后的探针再次进行侧面形态和正面形态的获取，并根据获取的数据重新进行位置数据计算及比对，直到比对结果不存在偏差。

具体地，在所有偏差数据执行完毕后，探针侧面形态视觉检测机构和探针正面形态视觉检测机构再对探针进行第二次拍照，获取探针相对于垂直翻转面和平行翻转面的位置数据，再与理论设计的位置数据做比对，如偏差数据超出设置数据，就再将偏差的数据发送到执行单元，执行完成后再进行拍照确认其偏差是否在设置范围内，如果达到要求，就进行探针植入工序。

通过前述的探针校正过程，确保探针在植入治具内时是一个高度标准姿势和位置状态，提升探针键合焊接良率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案。

Claims (10)

1.一种探针取料装置，其特征在于，包括吸嘴升降机构，所述吸嘴升降机构上设有放置盘检测机构、外观检测和坐标位置获取机构、翻转机构、真空吸取机构、旋转校正机构及两个视觉检测机构；所述放置盘检测机构和外观检测和坐标位置获取机构相邻设置；所述翻转机构的输出端与旋转校正机构相连，所述旋转校正机构的输出端与真空吸取机构相连。

2.根据权利要求1所述一种探针取料装置，其特征在于，所述吸嘴升降机构包括电动升降轴和与电动升降轴相连的连接板，所述连接板用于固定放置盘检测机构、外观检测和坐标位置获取机构、翻转机构及旋转校正机构的安装板。

3.根据权利要求2所述一种探针取料装置，其特征在于，所述放置盘检测机构的安装板上设有位移传感器。

4.根据权利要求2所述一种探针取料装置，其特征在于，所述外观检测和坐标位置获取机构的安装板上设有检测相机，及与所述检测相机相适配的镜头和同轴光源。

5.根据权利要求2所述一种探针取料装置，其特征在于，所述翻转机构包括伺服电机和与所述伺服电机相连的第一旋转轴，所述第一旋转轴的输出端连接旋转校正机构。

6.根据权利要求2所述一种探针取料装置，其特征在于，所述旋转校正机构包括步进电机和与所述步进电机相连的第二旋转轴，所述第二旋转轴的输出端连接真空吸取机构。

7.根据权利要求2所述一种探针取料装置，其特征在于，所述真空吸取机构包括吸嘴。

8.根据权利要求1所述一种探针取料装置，其特征在于，所述视觉检测机构包括：第一视觉检测机构，设置于探针侧面；第二视觉检测机构，设置于探针正面。

9.根据权利要求8所述一种探针取料装置，其特征在于，所述第一视觉检测机构包括第一相机，与所述第一相机相适配的镜头及同轴光源；所述第二视觉检测机构包括第二相机，与所述第二相机相适配的镜头及同轴光源。

10.根据权利要求9所述一种探针取料装置，其特征在于，所述第一相机和第二相机的固定座底部均设置有XY调整台。