TWI807490B

TWI807490B - 偵測探針磨耗率的裝置與方法

Info

Publication number: TWI807490B
Application number: TW110142882A
Authority: TW
Inventors: 江國棟; 李育珊
Original assignee: 洛克半導體材料股份有限公司
Priority date: 2021-11-18
Filing date: 2021-11-18
Publication date: 2023-07-01
Also published as: TW202321707A

Abstract

本發明公開一種偵測探針磨耗率的裝置與方法。所述方法包括:發光元件用於朝向至少一探針的一頭部發出光線，光線經過頭部的反射而被影像擷取元件接收。鏡頭用以對準頭部並且進行定位，以使頭部的多個針尖部位落入影像擷取元件的一預定偵測範圍內。影像擷取元件用以擷取到頭部的一初始影像，影像擷取元件將初始影像傳輸至控制模組。控制模組用以對初始影像進行標準化處理以獲得一處理後影像，處理後影像顯示出多個針尖部位。控制模組用於計算出每一針尖部位的面積占預定偵測範圍的面積的比例，以獲得每一針尖部位的磨耗率。

Description

偵測探針磨耗率的裝置與方法

本發明涉及一種偵測探針磨耗率的裝置與方法，特別是涉及一種偵測尖頭型探針的磨耗率的裝置與方法。

目前，在半導體封裝製程中，在封裝前會先以探針卡(Probe card)對晶粒(Die)進行電性測試。探針卡上具有多支探針，在測試過程中，是將測試用的電訊號，經由探針卡的其中一些探針傳輸入金屬黏著墊(Bond pad)，再流入晶粒內，經過運算後的結果再由針卡的另外一些針腳輸出。測試機台能夠藉由這些輸出的電訊號來判斷晶粒是否正常工作，或是在當晶片封裝製程完成後要進行晶片性能測試時確認封裝良率。

然而，在測試過程中，每一根探針需要與晶片的金屬腳位接觸數萬次，因此探針的頭部(或稱探針尖端)長久之後會有磨損而產生鈍化，進而導致測試機台的判讀錯誤。現有技術中，主要是以人工目測的方式來對探針的摩損程度進行觀察以及判斷是否需進行更換。這樣的方式不但耗時且判斷標準也常不一致。因此，現有技術仍然具有可改善空間。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種偵測探針磨耗率的裝置與方法。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種偵測探針磨耗率的裝置，其包括一測試平台、一影像擷取元件、以及一控制模組。測試平台具有一承載座，承載座用以承載至少一探針，至少一探針具有一頭部，頭部包括多個針尖部位。影像擷取元件設置在測試平台上，影像擷取元件透過測試平台進行三維移動，影像擷取元件具有一鏡頭與一發光元件，鏡頭用以對準頭部並且進行定位，以使多個針尖部位落入影像擷取元件的一預定偵測範圍內。發光元件用以朝向頭部發出光線。控制模組電性連接於測試平台與影像擷取元件。光線經過頭部的反射而被影像擷取元件接收，影像擷取元件用以擷取到頭部的一初始影像，影像擷取元件將初始影像傳輸至控制模組，控制模組用以對初始影像進行標準化處理以獲得一處理後影像，處理後影像顯示出多個針尖部位，控制模組用於計算出每一針尖部位的面積占預定偵測範圍的面積的比例，以獲得每一針尖部位的磨耗率。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是提供一種偵測探針磨耗率的方法，其應用於一偵測探針磨耗率的裝置，偵測探針磨耗率的裝置包括一測試平台、一具有一鏡頭與一發光元件的影像擷取元件以及一電性連接於測試平台與影像擷取元件的控制模組，影像擷取元件設置在測試平台上，偵測探針磨耗率的方法包括以下步驟：發光元件用於朝向至少一探針的一頭部發出光線，光線經過頭部的反射而被影像擷取元件接收；鏡頭用以對準頭部並且進行定位，以使頭部的多個針尖部位落入影像擷取元件的一預定偵測範圍內；影像擷取元件用以擷取到頭部的一初始影像，影像擷取元件將初始影像傳輸至控制模組；控制模組用以對初始影像進行標準化處理以獲得一處理後影像，處理後影像顯示出多個針尖部位；以及控制模組用於計算出每一針尖部位的面積占預定偵測範圍的面積的比例，以獲得每一針尖部位的磨耗率。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的偵測探針磨耗率的裝置與方法，其能通過“光線經過頭部的反射而被影像擷取元件接收，影像擷取元件用以擷取到頭部的一初始影像，影像擷取元件將初始影像傳輸至控制模組，控制模組用以對初始影像進行標準化處理以獲得一處理後影像，處理後影像顯示出多個針尖部位，控制模組用於計算出每一針尖部位的面積占預定偵測範圍的面積的比例，以獲得每一針尖部位的磨耗率”的技術方案，以提升探針磨損程度的判斷一致性，以提高檢測品質，並且還能提升檢測效率。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

M:探針磨耗偵測裝置

1:測試平台

11:承載座

12:移動軸

2:影像擷取元件

21:鏡頭

22:發光元件

23:感光器

3:控制模組

31:儲存元件

4:針座

41:置針孔

P:處理後影像

N:探針

N1:頭部

N11~N14:針尖部位

S:預定偵測範圍

S1:外邊界線

S2:內邊界線

C:十字型溝槽

T1~T4:偵測區域

L1:入射光

L2:反射光

X、Y、Z:坐標軸

S101~S106:步驟

圖1為本發明的偵測探針磨耗率的裝置的立體示意圖。

圖2為本發明的偵測探針的示意圖。

圖3為本發明的偵測探針磨耗率產生的處理後影像的示意圖。

圖4為本發明的偵測探針磨耗率的方法的步驟S101至S106的示意圖。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“偵測探針磨耗率的裝置與方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件，但這些元件不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

[實施例]

參閱圖1所示，圖1為本發明的偵測探針磨耗率的裝置的立體示意圖。本發明提供一種偵測探針磨耗率的裝置M，其包括一測試平台1與一影像擷取元件2。測試平台1具有一承載座11以及設置在承載座11上的移動軸12。影像擷取元件2設置在測試平台1的移動軸12上。舉例來說，測試平台1是依據一直角坐標系(如圖1的XYZ坐標軸)而設計出的三維移動平台，移動軸12可依據直角坐標系進行移動。藉此，影像擷取元件2能夠透過測試平台1的移動軸12進行三維移動。另外，舉例來說，移動軸12也可以是依據一圓坐標系或是圓柱坐標系而設計出的三維移動平台，本發明不以測試平台1的形式為限制。承載座11主要用以承載一針座4，針座4上有多個置針孔41，每一置針孔41可供插入一探針N，並且使得探針N的頭部N1朝向影像擷取元件2。

參閱圖2所示，圖2為本發明的偵測探針的示意圖。影像擷取元件2具有一鏡頭21與一發光元件22，鏡頭21用以對準探針N的頭部N1並且進行定位，以使頭部N1上的多個針尖部位落入影像擷取元件2的一預定偵測範圍內。發光元件22朝向探針N的頭部N1發出光線，須說明的是，圖2中的發光元件22僅作為示意說明，並非用以限定發光元件22的具體位置。舉例來說，發光元件22可以設置在鏡頭21上，也可以作為一獨立的單一元件設置在鏡頭21的鄰近位置。另外，舉例來說，發光元件22能夠位於探針N的頭部N1的正上方或斜上方，本發明不以為限。此外，偵測探針磨耗率的裝置M除了包括測試平台1與影像擷取元件2，還包括一控制模組3。控制模組3電性連接於測試平台1與影像擷取元件2，使得控制模組3與測試平台1及影像擷取元件2之間能夠進行訊號傳輸。

參閱圖1、圖2與圖4所示，圖4為本發明的偵測探針磨耗率的方法的步驟S101至S106的示意圖。本發明提供一種偵測探針磨耗率的方法，其應用於本發明所提供的偵測探針磨耗率的裝置M。所述方法包括至少以下步驟：步驟S101：發光元件22用於朝向至少一探針N的一頭部N1發出光線，光線經過頭部N1的反射而被影像擷取元件2接收；步驟S102：影像擷取元件2的鏡頭21用以對準頭部N1並且進行定位，以使頭部N1的多個針尖部位落入影像擷取元件2的一預定偵測範圍S內；步驟S103：影像擷取元件2用以擷取到頭部N1的一初始影像，影像擷取元件2將初始影像傳輸至控制模組3；步驟S104：控制模組用以對初始影像進行標準化處理以獲得一處理後影像P，處理後影像P顯示出多個針尖部位；步驟S105：控制模組3用於計算出每一針尖部位的面積占預定偵測範圍的面積的比例，以獲得每一針尖部位的磨耗率；以及步驟S106：控制模組3將至少一探針N進行編號，並且將編號以及所量測的至少一探針N的磨耗率數據儲存至一儲存元件31，其中，磨耗率數據包括至少一探針N的頭部N1的每一針尖部位在不同使用時數時的所對應的磨耗率，以及至少一探針N的頭部N1的每一針尖部位當前所對應的磨耗率(即每一針尖部位目前的磨耗率)。

接著，針對上述的步驟S101至S106來詳細說明本發明的偵測探針磨耗率的方法。如圖1與圖2所示，控制模組3可依據使用者指令來控制測試平台1的移動軸12，透過移動軸12移動影像擷取元件2至針座4上的多個探針N中的其中一個探針N的正上方。接著，啟動影像擷取元件2以及發光元件22，使得發光元件22朝向該探針N的頭部N1發出一光線(入射光L1)，部分光線並經過探針N的頭部N1的反射(形成反射光L2)而被影像擷取元件2接收。影像擷取元件2內部的感光器23可以將光訊號轉為電訊號並且據以產生一初始影像。舉例來說，感光器23可為感光耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)。另外，需說明的是，本發明中所提供的偵測探針磨耗率的裝置M主要是用以偵測探針N的頭部N1上的針尖部位，因為針尖是探針N用於接觸晶粒的部位。另外，由於不同種類的探針其頭部上的針尖數目都不相同，因此，本發明的探針N主要是以尖頭型探針中的四爪型探針作為示例說明，但本發明所提供的偵測探針磨耗率的裝置M與方法不限於僅偵測四爪型探針，合先敘明。

承上述，當影像擷取元件2能夠擷取到探針N的頭部N1的一初始影像之後，影像擷取元件2將所述初始影像傳輸至控制模組3，控制模組3對初始影像進行標準化處理以獲得一處理後影像P。

由於頭部N1表面是呈凹凸不平，因此入射光L1通過頭部N1 表面反射後產生的反射光L2在影像擷取元件2擷取後獲得的初始影像會無法清楚辨識出頭部N1的具體形狀，或者會有其他雜點(例如附著在探針N的頭部N1的細微顆粒)被認為針尖部位。因此，影像擷取元件2將初始影像傳輸至控制模組3，控制模組3對初始影像進行標準化處理以獲得一處理後影像P，處理後影像P能夠清楚顯示出探針N(四爪型探針)的頭部N1上的四個針尖部位N11、N12、N13、N14，並且將影像中的雜點去除。另外需說明的是，本發明所謂的影像標準化處理，是指控制模組3對所述初始影像進行二值化處理以得到具有黑白效果的處理後影像P。

繼續參閱圖2與圖3所示，圖3為本發明的偵測探針磨耗率產生的處理後影像的示意圖。在圖3中，四個三角形部位分別表示四個針尖部位N11、N12、N13、N14，中間的十字型形狀表示四個所述針尖部位之間的十字型溝槽C(即為四爪型探針的四個爪頭之間的溝槽輪廓，換言之不同種類的探針的溝槽輪廓形狀不一定相同)。當影像擷取元件2的鏡頭21對準探針N的頭部N1時，影像擷取元件2可依據十字型溝槽C為基準來進行定位，也就是說，影像擷取元件2是先將十字型溝槽C設定鏡頭21所擷取的畫面中的中央，藉以使所述頭部的多個針尖部位落入影像擷取元件2的一預定偵測範圍S內。預定偵測範圍S是由一外邊界線S1與一內邊界線S2定義出來的一幾何圖形。舉例來說，外邊界線S1形成一外圓，而內邊界線S2形成一內圓，該幾何圖形為外邊界線S1與內邊界線S2之間的同心圓形狀。但本發明不以為限，舉例來說，外邊界線S1可以形成一外正方形，而內邊界線S2形成一內正方形，該幾何圖形為外邊界線S1與內邊界線S2之間的同心正方形。或者，外邊界線S1可以形成一外三角形，而內邊界線S2形成一內三角形，該幾何圖形為外邊界線S1與內邊界線S2之間的同心三角形。

進一步來說，預定偵測範圍S包含四個偵測區域T1、T2、T3、 T4，在圖3中，四個偵測區域T1、T2、T3、T4是以方形的虛線框表示，四個偵測區域T1、T2、T3、T4位於外邊界線S1與內邊界線S2之間。當影像擷取元件2的鏡頭21對準探針N的頭部N1並且進行定位時，影像擷取元件2是先將十字型溝槽C設定鏡頭21所擷取的畫面中的中央，藉以使所述頭部的四個針尖部位N11、N12、N13、N14落入影像擷取元件2的一預定偵測範圍S內，且四個針尖部位N11、N12、N13、N14分別落入四個偵測區域T1、T2、T3、T4內。接著，控制模組3會計算出落入四個偵測區域T1、T2、T3、T4的每一偵測區域內的針尖部位的面積占預定偵測範圍的面積的比例，以獲得每一針尖部位的磨耗率。

本發明用以計算每一針尖部位的R的計算公式為：R=(A_X/A)×100%；其中，R為磨耗率，A_X(包含A11、A12、A13、A14)為每一針尖部位(N11、N12、N13、N14)位於對應的偵測區域內(T1、T2、T3、T4)的面積，如圖3所示，A11為針尖部位N11位於偵測區域T1的面積，A12為針尖部位N12位於偵測區域T2的面積，A13為針尖部位N13位於偵測區域T3的面積，A14為針尖部位N14位於偵測區域T4的面積。A為由外邊界線S1與內邊界線S2定義出來的幾何圖形的面積，也就是預定偵測範圍S的面積(在本實施例中，A即為外邊界線S1與內邊界線S2定義出來的同心圓的面積)。

繼續參閱圖3所示，四個針尖部位N11、N12、N13、N14中，針尖部位N11、N12是完全位於偵測區域T1、T2內，而針尖部位N13、N14是大部分位於偵測區域T3、T4內。也就是說，針尖部位N13、N14並非完全落入偵測區域T3、T4內。因此，當控制模組3在計算針尖部位N13、N14的磨耗率時，只會計算位於偵測區域T3、T4內的針尖部位N13、N14的部分面積，而不是計算針尖部位N13、N14的全部面積。

此外，控制模組3包括一儲存元件31，儲存元件31電性連接控制模組3與影像擷取元件2。舉例來說，儲存元件31可為記憶體元件或是外接式硬碟，本發明不以為限。在進行偵測探針N的磨耗率之前，控制模組3會先控制移動軸12來移動影像擷取元件2來掃描針座4上的所有探針N以進行計數與編號，以確認針座4上的探針N數目以及每一探針N的位置。藉此，控制模組3可依據使用者指令來控制測試平台1的移動軸12，並且透過移動軸12準確移動影像擷取元件2至針座4上的多個探針N中的其中一個探針N的正上方。儲存元件31用以儲存每一探針N的編號，以及儲存每一探針N的頭部N1的每一針尖部位在不同使用時數時的所對應的磨耗率，以及儲存每一探針N的頭部N1的每一針尖部位當前所對應的磨耗率R。

[實施例的有益效果]

更進一步來說，現有技術中都是利用人為主觀判斷探針是否需要更換，這往往會產生許多誤判。對於本領域來說，將還能使用的探針置換將會使耗材成本上升。此外，測試機台的測試介面的平整度或探針載具(即針座)的汙染等，都會造成探頭部的針尖部位或甚至其他特定位置的損耗，但人為判斷的方式則無法有效判斷及管控探針是否該更換。因此，本發明利用光學反射的原理，將光線照射在探針的頭部上，並使用影像擷取元件的鏡頭捕取反射光，透過控制模組偵測探針的頭部的反光面積，計算探針頭部的針尖部位的損耗率。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

S101~S106:步驟

Claims

一種偵測探針磨耗率的裝置，其包括：一測試平台，具有一承載座，所述承載座用以承載至少一探針，所述至少一探針具有一頭部，所述頭部包括多個針尖部位；一影像擷取元件，設置在所述測試平台上，所述影像擷取元件透過所述測試平台進行三維移動，所述影像擷取元件包括一鏡頭與一發光元件，所述鏡頭用以對準所述頭部並且進行定位，以使多個所述針尖部位落入所述影像擷取元件的一預定偵測範圍內，所述發光元件用以朝向所述頭部發出光線；以及一控制模組，電性連接於所述測試平台與所述影像擷取元件；其中，所述光線經過所述頭部的反射而被所述影像擷取元件接收，所述影像擷取元件用以擷取到所述頭部的一初始影像，所述影像擷取元件將所述初始影像傳輸至所述控制模組，所述控制模組用以對所述初始影像進行標準化處理以獲得一處理後影像，所述處理後影像顯示出多個所述針尖部位，所述控制模組用以計算出每一所述針尖部位的面積占所述預定偵測範圍的面積的比例，以獲得每一所述針尖部位的磨耗率；其中，所述標準化處理是指所述控制模組對所述初始影像進行二值化處理以得到具有黑白效果的所述處理後影像。
如請求項1所述的偵測探針磨耗率的裝置，其中，所述至少一探針為四爪探針，所述頭部具有四個所述針尖部位，且四個所述針尖部位之間具有一個十字型溝槽，當所述鏡頭對準所述頭部時，所述影像擷取元件用以依據所述十字型溝槽進行定位。
如請求項2所述的偵測探針磨耗率的裝置，其中，所述預定偵測範圍是由一外邊界線與一內邊界線定義出來的一幾何圖形，所述幾何圖形為一同心圓。
如請求項3所述的偵測探針磨耗率的裝置，其中，所述預定偵測範圍包含多個偵測區域，多個所述偵測區域位於所述外邊界線與所述內邊界線之間；其中，當所述鏡頭用以對準所述頭部並且進行定位時，多個所述針尖部位分別落入多個所述偵測區域內，所述控制模組用以計算出落入每一所述偵測區域內的所述針尖部位的面積占所述預定偵測範圍的面積的比例，以獲得每一所述針尖部位的磨耗率。
如請求項1所述的偵測探針磨耗率的裝置，其中，所述控制模組包括一儲存元件，電性連接所述影像擷取元件，所述儲存元件用於儲存所述至少一探針的編號，以及儲存所述至少一探針的所述頭部的每一所述針尖部位在不同使用時數時的所對應的磨耗率，以及儲存所述至少一探針的所述頭部的每一所述針尖部位當前所對應的磨耗率。
一種偵測探針磨耗率的方法，其應用於一偵測探針磨耗率的裝置，所述偵測探針磨耗率的裝置包括一測試平台、一具有一鏡頭與一發光元件的影像擷取元件以及一電性連接於所述測試平台與所述影像擷取元件的控制模組，所述影像擷取元件設置在所述測試平台上，所述偵測探針磨耗率的方法包括以下步驟：所述發光元件用於朝向至少一探針的一頭部發出光線，所述光線經過所述頭部的反射而被所述影像擷取元件接收；所述鏡頭用以對準所述頭部並且進行定位，以使所述頭部的多個針尖部位落入所述影像擷取元件的一預定偵測範圍內；所述影像擷取元件用以擷取到所述頭部的一初始影像，所述影像擷取元件用以將所述初始影像傳輸至所述控制模組；所述控制模組用以對所述初始影像進行標準化處理以獲得一處理後影像，所述處理後影像顯示出多個所述針尖部位；以及所述控制模組用於計算出每一所述針尖部位的面積占所述預定偵測範圍的面積的比例，以獲得每一所述針尖部位的磨耗率；其中，所述標準化處理是指所述控制模組對所述初始影像進行二值化處理以得到具有黑白效果的所述處理後影像。
如請求項6所述的偵測探針磨耗率的方法，其中，所述至少一探針為四爪型探針，所述頭部具有四個所述針尖部位，且四個所述針尖部位之間具有一個十字型溝槽，當所述鏡頭用以對準所述頭部時，所述影像擷取元件用以依據所述十字型溝槽進行定位。
如請求項7所述的偵測探針磨耗率的方法，其中，所述預定偵測範圍是由一外邊界線與一內邊界線定義出來的一幾何圖形，所述幾何圖形為一同心圓。
如請求項8所述的偵測探針磨耗率的方法，其中，所述預定偵測範圍包含多個偵測區域，多個所述偵測區域位於所述外邊界線與所述內邊界線之間；其中，當所述鏡頭用以對準所述頭部並且進行定位時，多個所述針尖部位分別落入多個所述偵測區域內，所述控制模組用於計算出落入每一所述偵測區域內的所述針尖部位的面積占所述預定偵測範圍的面積的比例，以獲得每一所述針尖部位的磨耗率。
如請求項6所述的偵測探針磨耗率的方法，還包括以下步驟：所述控制模組用以將所述至少一探針進行編號，並且將所述編號以及所量測的所述至少一探針的磨耗率數據儲存至一儲存元件，其中，所述磨耗率數據包括所述至少一探針的所述頭部的每一所述針尖部位在不同使用時數時的所對應的磨耗率，以及所述至少一探針的所述頭部的每一所述針尖部位當前所對應的磨耗率。