TWI814779B - 探針頭的自動化組裝的設備及方法 - Google Patents

Abstract

一種探針頭的自動化組裝的設備用於整合於半導體晶圓上的測試電子裝置，該設備包括一支撐件適合於支撐至少二平行引導件，該些平行引導件具有各自的多個引導孔，至少一保持部件適合於保持一接觸探針以容置於該些引導孔中。合適地，該支撐件是一移動式支撐件且適合於根據在一第一位置與一第二位置之間預置的一軌跡而移動；其中，在該第一位置中，該接觸探針以該保持部件而保持在該些引導孔之外的一預定位置；在該第二位置中，保持在該預定位置的該接觸探針容置於一組實質上彼此同心的多個引導孔。

Description

探針頭的自動化組裝的設備及方法

本發明是關於一種探針頭的自動化組裝的設備及對應方法，其用於測試整合於半導體晶圓上的受測電子裝置，而以下說明是參照此領域的應用，且主要目標在於簡化其描述。

眾所皆知，探針頭為一種電子裝置適合於電性連接微結構的多個接觸墊件，例如，以測試設備對應的通道執行其測試功能的一積體裝置，特別是電性測試或一般的測試。

執行在積體電路裝置上的測試，特別有助於盡早在製程階段檢測並隔離有缺陷的元件。通常，探針頭因此用於在晶圓上的積體電路裝置在切割及封裝前的電性測試。

一般而言，一探針頭包括多個移動式的接觸元件，或多個接觸探針，其藉由至少一對實質上為板狀且與彼此平行的引導件或支撐而保持著。該些引導件具有合適的多個引導孔，並設置成彼此之間相距某一距離，以形成自由空間或空隙，以便滑動地容置在該些引導孔中的該些接觸探針移動或可能形變。該對引導件特別包括一上引導件與一下引導件，兩者均具有引導孔，該些 接觸探針軸向地在其中滑動，此等探針通常是由具良好電性及機械性的特殊合金的導線所構成。

該些接觸探針的探針頭與受測裝置的該些接觸墊之間良好的連接，是由在裝置本身上的探針頭的按壓、該些接觸探針在按壓接觸過程中所經歷的在該些引導件之間的空隙中的彎曲、及在相關的多個引導孔中的滑動來確保。此等形式的探針頭一般稱為「垂直式探針頭」。

根據一習知技術，上述形式的探針頭可藉由自動化設備將該些接觸探針放置於對應的該些引導孔的多個引導孔中的方式來組裝，該些引導件是保持固定在合適的一支撐件上，該支撐件亦為保持固定的。特別而言，移動式的一保持部件盡可能垂直地保持著該些接觸探針，並將其等根據一特別預設的順序嵌置在該些引導件的該些引導孔中。

此解決方案的缺點在於，該探針頭的組裝方式高度取決於該接觸探針的形狀及該探針頭自身的該些引導件的該些引導孔相關的對準，此等特徵為不可控制的因素並限制了組裝的有效性。在一些情形下，當該些探針具有特別不規則的輪廓時，及/或相關的該些引導件的引導孔發生對準誤差時，該組裝可能無法成功(也就是該些探針無法設法被插入至該些引導孔中)，此情形更可能造成該些探針的破損，再者，對製程造成不利的中斷。

實際上，該自動化的組裝技術存在經常性的問題，較佳地仍是需要藉由專業的作業員手動的方式亦可由攝影機與照明的系統輔助來進行組裝。明顯地，手動的組裝方式的時間與成本與專業的作業員的技術有關，且無法允許高產量規模或處理高峰需求的情形，訓練一專業作業員所需要的週期通常比此一專業作業員應對製造量的高峰週期來得長。

本發明之技術問題提供一種組裝探針頭的設備及其對應之方法，以克服仍影響著習知技術解決方案的限制與缺點，特別是能夠有效地及快速地自動化組裝一探針頭，而不受限於該些接觸探針的輪廓及必須將該些引導孔容置於該些接觸探針中相對的對準，因此能夠以改良之控制方式來完成一組裝過程。

本發明之解決概念在於實現一種探針頭的自動化組化的設備，其中，一探針頭的一接觸探針以合適的一保持部件保持在一預定位置，該保持部件(及因此的該接觸探針)不朝向待組裝的該探針頭的該些引導件的該些引導孔移動，而是移動設置在一支撐件之上的該些引導件，該支撐件具有多個移動自由度，並能夠遵循根據該接觸探針的輪廓所計算的適合的一軌跡，進而將該些引導件組裝至該探針之上，該探針藉由該保持部件保持在該預定位置。

基於此解決之概念，上述技術問題可藉由用於測試電子裝置的探針頭的自動化組裝的設備來解決，該設備包括一支撐件適合於支撐至少二與彼此重疊的平行引導件，該些平行引導件具有各自的多個引導孔；以及至少一保持部件適合於保持一接觸探針以容置於該些引導件的該些引導孔中，該設備的該支撐件是一移動式支撐件且適合於根據在一第一位置與一第二位置之間預置的一軌跡而移動；其中，在該第一位置中，該接觸探針以該保持部件而保持在該些引導孔之外的一預定位置；在該第二位置中，保持在該預定位置的該接觸探針容置於一組實質上彼此同心的多個引導孔。

更特別而言，本發明包括以下附帶的多項特徵，依需求可單獨或組合實施。

根據本發明的一種觀點，該設備更可包括該支撐件的多個執行器，及連接至該些執行器的一中央單元，該軌跡是在該中央單元中根據該接觸探針的一輪廓所計算而得，該中央單元是適合於將該輪廓轉換成多個控制指令並傳送至該支撐件的該些執行器。

根據本發明的另一種觀點，該設備可包括一第一視覺系統連接至該中央單元，該第一視覺系統截取該接觸探針在預定位置以該至少一保持部件而保持的多個影像，該接觸探針的該輪廓是由該第一視覺系統取得的該些影像計算而得。

根據本發明的另一種觀點，該第一視覺系統在該支撐件之處可包括至少一對高解析攝影機，該些攝影機形成一立體視覺系統用於形成該接觸探針的多個影像。

此外，該支撐件可為六腳柱，其具有由該些執行器所調整的六個自由度的移動方式。

根據本發明的另一種觀點，該接觸探針的該至少一保持部件可為一機械手臂的一終端元件，該機械手臂是能夠在該支撐件與一儲存元件之間移動，且該儲存元件是適合於包含多個接觸探針。

特別地，該機械手臂可包括一第一端部其包括一第一保持部件，及一第二端部其包括一第二保持部件；其中，該第一或該第二保持部件之一是適合於在該預定位置保持一接觸探針，而另一保持部件是用於同時自該儲存元件取起一接觸探針。

本發明之該設備可更包括一第二視覺系統，其截取容置於該儲存元件中的該些該接觸探針的多個影像，該中央單元是適合於根據該第二視覺系統而在該儲存元件中執行該些該接觸探針的該輪廓的一第一評估，進而執行該些該接觸探針的一初步捨棄。

根據本發明的另一種觀點，該至少一保持部件可包括自其一主體沿伸的至少一對端接器，以及至少一第一施力感測器，其整合於該主體中，且適合於測量該些端接器施加在該接觸探針上的保持強度，該設備包括一回饋系統適合於調整該些端接器施加在該接觸探針的該保持強度。

再根據本發明的另一種觀點，該至少一保持部件可包括至少一第二施力感測器，其適合於在該支撐件移動期間測量該接觸探針在該些引導件之上的施力。

此外，該至少一第二施力感測器可連接至該中央單元並適合於傳送關於該接觸探針在該些引導件上的施力的數據，該中央單元適合於處理該數據而產生關於該施力的資訊，作為在該些引導件之中的該接觸探針的一位置函數；若該施力超出一預設值，則該中央單元修正該支撐件的該軌跡，或者，中斷運行並以相同的該軌跡來重複移動該支撐件。

最後，該設備可包括至少另一視覺系統是適合於判定該接觸探針是顯露自哪個引導孔。

本發明亦關於一種用於測試電子裝置的探針頭的自動化組化的方法，該方法至少包括的步驟為：放置至少二平行引導件於一支撐件上，該些引導件具有各自的多個引導孔； 重疊該些平行引導件使得各自的該些引導孔實質上彼此同心；以及藉由至少一保持部件來保持一接觸探針而容置於該些引導件的該些引導孔中，其中，該方法包括移動該支撐件的一步驟，其根據在一第一位置及一第二位置之間預置的一軌跡而移動；其中，在該第一位置中，該接觸探針以該至少一保持部件而保持在該些引導孔之外的一預定位置；在第二位置中，保持在該預定位置的該接觸探針容置於一組實質上彼此同心的多個引導孔。

根據本發明的一種觀點，接著移動步驟的步驟至少有：藉由一第一視覺系統來截取該接觸探針的多個影像；傳送該些影像至一中央單元，並由該些影像取得的該些投影中取得該接觸探針的一輪廓；將該接觸探針的該輪廓轉換成該支撐件的多個執行器的多個控制指令；以及自該中央單元傳送該些控制指令至該支撐件的該些執行器，使其可根據該軌跡而移動。

根據本發明的另一種觀點，藉由將該接觸探針的該輪廓與正常預期的該接觸探針的輪廓作比對的一步驟，然後可將該輪廓轉換成該些控制指令的該步驟，該方法包括一後續步驟：若所取得之輪廓與所預期之輪廓差異過大時，則捨棄該接觸探針，該步驟包括涉及該接觸探針傾斜的評估及/或局部形變的過程。

特別地，取得該輪廓的步驟可透過：沿著該接觸探針的一主體識別多個點；以及 插值該些點。

根據本發明的一種觀點，該方法更包括的步驟為：計算該些引導件的該些引導孔的多個座標；以及將該些座標儲存至該中央單元，其中，該些座標是關於該些引導件的一點而計算而得的，該點不因其轉動而有所變化，以及其中該些控制指令考量了該接觸探針的該輪廓與該些引導孔的該些座標。

該方法可更包括一步驟在該支撐件與適合於包括多個接觸探針的一儲存元件之間移動一機械手臂，其中，該機械手臂包括一第一端部，其包括一第一保持部件，及一第二端部，其包括一第二保持部件，該第一或該第二保持部件之一是適合於在該支撐件的該預定位置保持一接觸探針，另一保持部件是適合於自該儲存元件取起一接觸探針，該保持與取起之步驟同時發生於不同的多個接觸探針中，且以該第一保持部件及該第二保持部件交替地在該支撐件及該儲存元件之處分別地執行此保持及取起之步驟。

該方法可更包括一步驟，藉由一第二視覺系統截取容置於該儲存元件的該些接觸探針的多個影像，該方法包括一後續步驟，是基於該第二視覺系統的該些影像捨棄一接觸探針。

該方法可更包括一步驟，在該支撐件的移動期間，藉由整合於該至少一保持部件的至少一施力感測器來偵測該接觸探針在該些引導件之上的施力。

換言之，計算該接觸探針在該些引導件上的施力的步驟可接著一步驟來將關於該施力的數據傳送至該中央單元，以及一步驟來處理該數據而產生關於該施力的資訊，並作為該接觸探針在該些引導件中的位置函數。

該方法可更包括一步驟，若該施力超出一預設值，則修正該支撐件的該軌跡，或者中斷運行並以相同的該軌跡來重複移動該支撐件。

最後，可將該些步驟是以一預設順序來重複於該些引導件的每組同心引導孔，每該組的該些孔件遵循一特定軌跡，該軌跡是根據容置於接觸探針之中的接觸探針的該輪廓每次之計算而得的。

根據本發明之設備及方法之多項特徵與多項優勢將配合圖式詳述於以下實施例，但實施例僅為示例而非限制。

1:設備

2:平行引導件

3:引導孔

4:接觸探針

4’:主體

5:支撐元件

6:支撐件

6’:支撐元件、或六腳柱

7a、7b:保持部件

8:端接器

9:主體

10:中央單元

11’:第一視覺系統

11”:第二視覺系統

11a、11b:攝影機

12:點

13:機械手臂

13a:第一端部

13b:第二端部

14:儲存元件

C:中心位置

CI:指令

Img’a、Img’b、Img”:影像

P:輪廓

圖1示意性地顯示根據本發明之一種探針頭的自動化組裝的設備；圖2示意性地顯示藉由本發明之設備及方法所取得之一接觸探針的輪廓；圖3示意性地顯示一對平行引導件，其在各自的導孔中容置一接觸探針；以及圖4A及4B示意性地顯示根據本發明之多個接觸探針的一保持部件。

參照這些圖式，尤其是圖1的示例，描繪根據本發明的一設備，其全文示意性地指示為符號1，其包括根據一方法而自動化組裝一探針頭的的設備，該方法將於後續闡明。

應注意的是，為了凸顯本發明的重要技術特徵，圖式僅表示示意圖，並非以比例來繪製。此外，圖式示意地顯示不同元件，其外形可依應用需求而改變。另應注意的是，在圖式中，相同元件符號是指相同外形或功能之元件。

經由該設備1組裝的該探針頭是適合於測試整合在一半導體晶圓的電子裝置，且包括至少一對平行引導件2以一空隙相隔，該些引導件2具有各自的多個引導孔3用於滑動地容置多個接觸探針，每個接觸探針於說明書中以元件符號4所指示。應更強調的是，在單一接觸探針4所容置之處的不同引導件的各自的該些引導孔是實質上彼此同心。特別地，不同引導件的彼此同心的該些引導孔在多組同心引導孔中形成單一組同心引導孔，每該組是適合於容置不同的一接觸探針。

在一較佳示例中，該探針頭包括二對平行引導件2，即一第一對的上引導件與一第二對的下引導件，以一空隙而與彼此相隔。關於此方面應指出的是圖1僅顯示一對引導件2，但如上所注意的，本發明不限於預定數量的引導件2，此圖式是提供成本發明範圍之非限制示例。

如圖1所繪示的，該設備1更一般的形式包括一支撐元件5，在其之上設置其所有主要的元件。作為本發明之非限制示例，該支撐元件5可為一光學桌，該光學桌具備一抗震系統，例如一氣動壓縮空氣系統，使得本發明所揭示之組裝過程免於周遭環境可能的震動。

此外，該設備1包括一支撐件6置於該支撐元件5上，在該支撐件6上設置有待組裝的該探針頭的該些引導件2，其為與彼此重疊的且各自的引導孔放置成同心之狀態的，進而形成多組同心引導孔用於多種的待組裝的接觸探針。如下文中所詳述，該支撐件6是本發明的具有區別性的元件。

該設備1更包括至少一保持部件7a，其適合於將一接觸探針4保持在該支撐件6的一預定位置。為了簡化說明，圖1中對於每個引導件2僅顯示一接觸探針4及一引導孔3，顯然，此僅為示例的方式來說明。

根據本發明的優勢而言，該接觸探針4是透過該保持部件7a保持在該預定位置，其中，該支撐件6是一移動式支撐件且適合於朝該接觸探針4的方向移動設置在其上的該些引導件2，使該些引導件2組裝至該接觸探針4上。因此，根據本發明，並非移動該接觸探針4而插入待組裝的該探針頭的該些引導件2的該些引導孔3中，而是透過該支撐件6朝該接觸探針4的方向移動該些引導件2來組裝該些引導件2至該接觸探針4上。換言之，待組裝的該探針頭的該些引導件2是透過該支撐件6來移動，使得待容置該接觸探針4的該些引導件2的該些引導孔3抵達待容置於其中的該接觸探針4。

根據本發明，該支撐件6因此為一移動式支撐件，其在一第一位置(此亦稱為「靜置位置」)與一第二位置(此亦稱為「組裝位置」)之間移動。在該第一位置中，該接觸探針4以該保持部件7a而保持在該些引導孔3之外的一預定位置；該第二位置中，仍以該保持部件7a保持在該預定位置的該接觸探針4是容置於該些引導孔3中，特別是容置於一組實質上彼此同心且自不同引導件2中獲得的多個引導孔中。

此解決方案涉及更大的優勢，因為比起該接觸探針4的該保持部件7a的移動自由度而言，該支撐件6有更多的移動自由度，因此即使該接觸探針4具有不規則的輪廓，或該些引導件2的該些引導孔3與彼此間非完全的對準，仍可有效組裝，以下將清楚地描述。眾所皆知的，該些接觸探針的移動需要施力，但因為該些探針的尺寸縮減到非常小，經常導致該些探針的形變甚至破損，甚至伴隨著完全無法修復組件或完全無法修復組裝的探針頭的正確操作。

藉由示例說明，在本發明的一較佳實施例中，該支撐件6為機械化的六腳柱，意即，一支撐件具有六個移動式的支撐元件或六腳柱6’，且其具有合適的多個執行器，該六腳柱因此具有六個移動自由度。此支撐件6的移動具有高精準性及可重複性，其誤差值小於千分之一度(0.001°)。同樣地，此支撐件6所可執行的最小移動量仍小於0.001°，而允許精細調整的組裝過程。

合適地，該支撐件6根據非常精準的一軌跡移動。該軌跡是在該設備1所包括的具有處理方法的一中央單元10中計算而得，例如一個人電腦(PC)或一般而言的任何計算單元，該中央單元10合適地連接至造成移動的該支撐件6的該些執行器。

特別地，該支撐件6移動的該軌跡是根據必須容置於該些引導孔3中的該接觸探針4的一輪廓P計算而得，為了允許其根據該軌跡而移動，該中央單元10是適合於將該輪廓P轉換成多個控制指令CI，將該些控制指令CI傳送至該支撐件6的該些執行器。換言之，該支撐件6的該些支撐元件6’，特別是其該些執行器，自該中央單元10接收該些控制指令CI，使得將根據該接觸探針4的該輪廓的該軌跡傳送至該支撐件6。此亦允許對於具有不規則輪廓P的一 接觸探針4實現組裝過程，該支撐件6的該軌跡是精準地根據該輪廓P計算而得。

為了取得該接觸探針4的該輪廓，該設備1包括一第一視覺系統11’連接至該中央單元10，該中央單元10包括至少一對攝影機11a及11b，其是適合於截取自該保持部件7a保持在該預定位置的該接觸探針4的各自的影像Img’a及Img’b。該些攝影機11a及11b是連接至該中央單元10並傳送該截取的影像Img’a及Img’b至該中央單元10，使得後者可自該些影像Img’a及Img’b取得該接觸探針4的該輪廓。

該些攝影機11a及11b為高解析度，例如百萬(Megapixel)或更高像素的攝影機，並設置在該支撐件6(特別是以其等焦距的距離來設置)來接管以最合適之方式保持在該預定位置該接觸探針4，進而形成一立體視覺系統。

特別地，一旦經由該些攝影機11a及11b截取該些影像Img’a及Img’b，以及一旦自其取得在二正交平面上的該接觸探針4的投影，即可藉由沿著該接觸探針4的一主體4’識別多個點12來取得該接觸探針4的該輪廓。多個點12的插值因此提供該探針的該輪廓P，如圖2示意性地繪示。

顯然，上述會重複於每個接觸探針4及每組同心引導孔，因為在不同組中，不同接觸探針4具有不同輪廓P必須容置。因此，該軌跡將不同的該些接觸探針4的該輪廓P納入考量中，該支撐件6每次根據不同軌跡而移動。

合適地，由於該支撐件6的移動，本發明因此提供該些引導件2，特別是其該些引導孔3來移動，該移動是根據每次計算的待容置於其中的該接觸探針4的該輪廓的一軌跡。由圖3示意性地顯示，其中繪示一對平行引導件2，該對平行引導件2由於該支撐件6的移動而將一接觸探針4容置於各自的引導孔 3。具體而言，藉由將該些控制指令CI傳送至該支撐件6的該些執行器，即傳送至該些支撐元件6’，必須容置有以該保持部件7a而保持的該接觸探針4的該些引導孔3的中心位置C，則強制隨著該預置之軌跡而移動，即強制隨著該接觸探針4的該輪廓而移動。換言之，在該支撐件6的移動期間，該些引導孔3的中心位置C的座標實質上與該接觸探針4的該輪廓的座標相符，如圖3所示。

有關於此，應指出的是，該些引導孔3的座標是相對於該組引導件2的一點計算而得，該點不因其轉動而有所變化，該點因此為該些引導件2的轉動中心。該些座標接著提供至該中央單元10來計算該支撐件6的該軌跡，如其將於後文中所指明。換言之，為了確保該設備1的正確運作，所有的該些引導孔3的中心位置C的座標是相對於一共同參考系統而計算，該共同參考系統的原點是置位於該些引導件2的轉動中心。

正常而言，該系統的原點座標是置於一支撐架(未顯示於圖式)的中心位置，該支撐架放置於該支撐件6上，該支撐架在組裝期間支撐該些引導件2。特別地，根據該些引導件2在該支撐架上位置之安排方式而經常地評估該點的數值。

現在參照圖4A及4B，該保持部件7a包括至少一對端接器或夾持元件8，其適合於保持該接觸探針4，該些端接器8自一主體9延伸，該主體9較佳地是由一壓電材料所製造。如此一來，該保持元件7a的該主體9因壓電效應而發生形變，致使其連接的該些端接器8的移動，該些端接器8因此能夠取起並保持該些接觸探針4。換言之，該保持部件7a實質上呈一夾子的形狀，其中該些夾持元件是設置於較佳地由一壓電材料所製造的一主體上。

此外，該些端接器8是合適地成形來確保有效保持具有一棒狀主體的接觸探針4，至少一該些端接器8在其一端部包括一凹口8r形成用於該些該接觸探針4的一容置座。

然而，應指出的是，該保持部件7a非受限於上述形態，該實施例是提供成本發明範圍的非限制示例，因為可形成任何其他合適的保持部件。

該保持部件7a適合於藉由其多個端接器8來施加足夠的力量，將該接觸探針4保持在位置上而不造成其局部的形變或破損。合適地，該保持部件7a包括整合於其中的一第一施力感測器，例如，該施力感測器是適合於以大約為1mN(千分之一牛頓)的解析度來測量其多個端接器8保持該接觸探針4的強度。因此，該設備1包括一回饋系統，其在接收由該第一施力感測器所測量到的強度數值後，適合於以該些端接器8來調整該接觸探針4的保持強度。如此一來，可避免以超過的力來保持該些接觸探針4，進而避免損壞它們。此外，該保持部件7a是成形為保持該接觸探針4，而對於它實質上不會施加任何震動。

仍參照圖1，該保持部件7a為一機械手臂13的該終端元件，其能夠在該支撐件6與適合於包含多個接觸探針4的一儲存元件14之間移動。

該儲存元件14為一支撐件，其中多個接觸探針4是例如透過一膠體而保持，且其上的該些探針是設置成使其能夠容易地被取起，本揭露不會進一步闡述該儲存元件14，因為它是一慣用的儲存元件。

在本發明之一較佳實施例中，該機械手臂13包括一第一端部13a，其包一第一保持部件7a，對面的一第二端部13b，其包括一第二保持部件7b，該第二保持部件7b與該第一保持部件7a相同。

特別地，該第一保持部件7a或該第二保持部件7b其中之一，是適合於將一接觸探針4保持在該支撐件6的預定位置，同時，另一保持部件7b或7a是適合於自該儲存元件14取起不同的一接觸探針4。如此一來，組裝一接觸探針的同時發生取起不同的另一探針，且一旦該接觸探針的組裝結束(即該支撐件6返回靜置位置之後)，則該機械手臂13進行運動(例如根據其一中心點而轉動)，並因為該機械手臂13的運動而將保持元件7a及7b的位置反轉，已取起的不同的另一探針進而帶送於該支撐件6，而另一保持部件則取起新的一接觸探針，結果加速了組裝過程，特別消除了任何與取起新的一探針相關的等待時間。

此外，根據本發明之一實施例，該設備1亦包括一第二視覺系統11”，其截取容置於該儲存元件14中的該些接觸探針4的多個影像Img”。該第二視覺系統11”可包括單一攝影機，由於其目的在於檢驗該些接觸探針4的該輪廓P是否較不精確於該第一視覺系統11’所得者，其解析度一般而言是低於該第一視覺系統11’的二攝影機11a及11b的解析度。

特別地，在傳送該中央單元10截取的該些影像Img”後，該中央單元10會基於該些影像Img”來實現在該儲存元件14中的該些接觸探針4的該輪廓P的一第一評估。實際上自該些影像Img”可取得一些初步參數，以便初步評估該些接觸探針的該輪廓，並因此可捨棄(並因此不取起)已在此步驟中取自該些影像Img”並在預設參數以外的接觸探針。換言之，透過該第二視覺系統11”，可基於僅由一攝影機所評估的多個參數，並因此可基於單一二維影像來初步捨棄多個接觸探針。

該第一視覺系統11’實際上是適合於執行該些接觸探針的計量或數量檢測(藉由參數計算，例如偏斜及/或局部形變)，如其將於下文中更詳細地闡明，而該第二視覺系統11”是適合於執行該些接觸探針的數量檢測。

此外，該設備包括至少二視覺系統(例如二額外攝影機)，在本揭露中是標示為元件符號11up及11down。該視覺系統11up是設置於該支撐件6之上並執行整體的該設備1的一般控制，而該視覺系統11down是設置於該支撐件6之下，並適合於確認該些接觸探針4的正確組裝，例如其適合於確認在組裝過程結束時，一接觸探針4是顯露自哪個引導孔3。

此外，本發明之該設備合適地以軸向或環型LED的照明系統來照明。

此外，根據本發明的優勢而言，為了取得有關組裝過程的完整資訊，該保持部件7a及7b包括至少一第二施力感測器，其適合於在該支撐件6的移動期間測量該些接觸探針4所受到的形變。

更特別地，整合於該保持部件中的感測器是適合於測量該接觸探針在待組裝的該探針頭的該些引導件2上的施力。換言之，在該支撐件6的移動期間，藉由測量該接觸探針4在該些端接器8上的施力，可測量該探針在該些引導件上的施力，並因此確認正確組裝。

合適地，該第二施力感測器是連接至該中央單元10，並因此適合於在組裝期間、及因此該支撐件6的移動期間，將關於該接觸探針4在該些引導件2上的施力資料Dat傳送至該中央單元10。特別地，該中央單元10能夠處理所接收的該資料Dat，來產生關於該接觸探針4在該些引導件2上的施力，作為該接觸探針4在該些引導件2中的一位置函數，例如其一端部的一位置函數。 此外，基於此資訊，可在該中央單元10中產生該接觸探針4在該些引導件2中的施力作為一位置函數的圖表，該圖表顯示於連接至該中央單元10的一合適的顯示裝置(例如一電腦螢幕)，因此亦可形成關於該施力的視覺資訊。

若所測量的施力超過一預設值，則該中央單元10適合於修正傳送至該支撐件6的該些執行器的該些控制指令CI，進而修正其軌跡，以便將該施力的值落在容許的限制內，並因此取得最佳化組裝。

可選地，若所測量的施力超過一預設值，該中央單元10適合於阻止該支撐件6的移動，並以相同軌跡來重新嘗試一預設次數的組裝。

一般而言，施力數值的數量級大約為10μN，而該第二施力感測器是40mN的範圍中運作，且具有至少40μN的解析度。

作為示例，若組裝期間一接觸探針的一端部接合至該些引導件之一上，或插入至錯誤的引導孔中，則將偵測到該接觸探針的施力的一超出值，因此在組裝過程中指示一錯誤，其可藉由重新校正該支撐件6的該軌跡而修正，由前述之視覺系統11down不容易偵測到該錯誤。因此，除了該視覺系統11down之外，該第二施力感測器可精準控制整個組裝過程。

該設備1可具有多個合適的移動元件，例如電動或液壓馬達，相關聯於該支撐件6，特別是它的該些執行器，以及該機械手臂13，且亦可具有一組攝影機，以便在該設備1的不同操作條件下更好定位。

如前所述，本發明亦係關於一種整合於一半導體晶圓上的測試電子裝置的探針頭自動組裝的方法。特別地，該方法至少包括初步步驟：在一支撐件6上設置至少二平行引導件2，其具有各自的多個引導孔3，以及透過至少一保持部件7a來將待容置的接觸探針4保持於該些引導件2的各自的引導孔3 中。合適地，該些引導件2是彼此重疊，且各自的引導孔3是放置成同心，並形成多組同心引導孔，特別一接觸探針4係容置於每組同心引導孔中。

根據本發明的優勢而言，該支撐件6係一移動式支撐件，且該方法包括基於一預置之軌跡在一第一位置(亦稱為「靜置位置」)與一第二位置(亦稱為「組裝位置」)之間移動該支撐件6的一步驟，其中，在該第一位置中，該接觸探針4是以該保持部件7a來保持在該些引導孔3外的一預定位置；而在該第二位置中，仍保持在該預定位置的該接觸探針4係容置於實質上彼此同心的多個引導孔中(即容置於一組同心的引導孔中)。在該步驟結束時，該支撐件6因而返回至該第一位置，並準備新的移動來將新的一接觸探針4容置於該些引導件2的該些引導孔3中。

合適地，根據該支撐件6移動的該軌跡是根據待容置於彼此同心的引導件3中的該接觸探針4的一輪廓P計算而得。

基於此理由，移動該支撐件6的上述步驟接著是透過一第一視覺系統11’來截取該接觸探針4的多個影像Img’a及Img’b的一步驟，其中，該接觸探針4是以該保持部件7a來保持在該支撐件6的該預定位置。

在本發明之一較佳實施例中，該第一視覺系統11’包括至少二攝影機11a及11b，以形成一立體視覺系統。如此一來，可以極精準的方式來取得該接觸探針4的該輪廓。

截取該些影像Img’a及Img’b的該步驟接著則是傳送該些影像該些影像Img’a及Img’b至一中央單元10的一步驟，其中，該接觸探針4的該輪廓P是如上所述取得自該些影像。

因此，該中央單元10適合於將該接觸探針4的該輪廓P轉換成該支撐件6，特別是其支撐元件6’的多個執行器的多個控制指令CI，轉換該輪廓P的該步驟接著是自該中央單元10將該些控制指令CI傳送至該些執行器的一步驟，使得該支撐件6可根據合適的該軌跡來移動。

該保持部件7a是該中央單元10所控制的一移動式機械手臂13的終端元件。為了最佳化該探針頭的組裝，本發明之方法亦包括在該支撐件6與適合於待容置於該些引導孔3中的多個接觸探針4的一儲存元件14之間移動該機械手臂13的一步驟。

具體而言，該機械手臂13包括一第一端部13a，其進而包括一第一保持部件7a，對面的一第二端部13b，其進而包括一第二保持部件7b。合適地，第一保持部件7a或第二保持部件7b其中之一是適合於將一接觸探針4保持在該支撐件6的預定位置，而另一保持部件7b或7a是適合於同時自該儲存元件14取起不同的一接觸探針4。

根據本發明，上述的保持與取起的步驟是同時進行，接著是該第一保持部件7a，接著是第二保持部件7b，它們是根據該機械手臂13的端部13a及13b的位置來交替進行，例如，能夠相對於其一中心點而轉動。換言之，由於該機械手臂13的移動，先前位於該支撐件6處的該保持部件7a或7b係為位於該儲存元件14處，反之亦然。

此外，本發明的該方法包括截取容置於該儲存元件14中的該些接觸探針4的多個影像Img”的一步驟，該步驟是由一第二視覺系統11”所實施，其至少包括連接至該中央單元10的一攝影機。此步驟可接著捨棄一接觸探針的 一後續步驟，其中，若由該些影像Img”評估的多個探針參數與該接觸探針的多個正常參數高度相異，則捨棄該接觸探針。

即使該第二視覺系統11”對於極不規則的接觸探針提供一初步捨棄，將該接觸探針4在該支撐件6的該輪廓轉換至多個控制指令CI的上述步驟接著是以儲存在該中央單元10中的該接觸探針的一正常輪廓來比對該輪廓P的一步驟。

因此，本發明包括該接觸探針4的一後續捨棄步驟，若取得的該輪廓P遠不及該正常輪廓，例如在該正常輪廓的一預設範圍外，或它的一計算過的參數遠不及一理論數值，則捨棄該接觸探針4，如此一來，避免組裝輪廓過於不規則的接觸探針。特別地，透過該第一視覺系統11’，可計算該接觸探針4的彎曲或傾斜，傾斜值是將特定接觸探針比較正常的傾斜值。換言之，傾斜是基於筆直程度來測量該接觸探針與一合理探針的差異。此外，或者，亦可計算多個其他計量參數，例如該接觸探針的該輪廓的局部變化(例如凹度或污跡的局部變化)來評估待組裝的該接觸探針的合適性，例如捨棄具有一曲度變化的輪廓者。在任何情形下，應強調的是，所有這些參數每次是與一特定類型的接觸探針的多個特定參數來作比較。

應注意的是，該接觸探針4的該輪廓是透過一步驟來取得，其中，自該些截取影像Img’a及Img’b，該接觸探針4投影在二正交平面上，而沿著該接觸探針4的該主體4’，識別多個點12。此步驟則是接著該些點12的一插值，該插值提供該輪廓P，以取得該支撐件6的該軌跡。作為示例，該插值可由多個點來進行，其等具有變化自5μm至15μm的一節距，較佳是10μm。顯然， 該插值的標準、定義、及取點的數量可根據需求及/或情形而變，例如，其可根據待組裝的探針頭的型態而變。

合適地，亦提供一步驟來計算每個引導件2的該些引導孔3的座標以及將該些座標存儲至該中央單元10中。具體而言，該些引導孔3的座標的計算是基於該些引導件2的校正前的精準量測。

特別地，該些座標是相對於該些引導件2的一點來計算，該點不因其轉動而有所變化(亦即該些引導件2的轉動中心)。換言之，該點(該些引導件的轉動中心)對於該探針頭的所有點的該些座標是參考系統的原點，以例如計算該些引導孔3的該些中心的該些座標。

根據本發明的優勢而言，將該些控制指令CI傳送至該支撐件6，因而其軌跡考量了該接觸探針4的該輪廓與該些引導孔3的該些座標。

特別地，本發明的該中央單元10不僅考慮了該接觸探針4的該輪廓，亦考慮了不同引導件2的該些引導孔3的相對錯位，該相對錯位是計算自提供給該中央單元10的該些引導孔3的該些座標。此外，在計算該軌跡時，該中央單元10在該支撐件6的移動期間亦考慮了如何修正該些引導件2的每個點的座標，以最佳化控制組裝過程。

顯然，組裝過程是在該設備1的初始校正步驟後才開始，其中，在該支撐件6的移動期間來調整例如該些引導孔所發生的形變。

該中央單元10亦可根據一接觸探針4的該輪廓P來選取容置它的該些引導孔3，是根據其等座標及錯位。

為了完整控制組裝過程，在該支撐件6的移動期間，提供偵測該接觸探針4在該些引導件2上的施力的一步驟，是透過整合在該保持部件7a及7b中的至少一施力感測器來偵測該施力。

計算該接觸探針4施力的步驟接著是將關於該施力的數據Da傳送至該中央單元10的一步驟，處理該數據Dat而作為該接觸探針4在該些引導件2間的一位置函數。換言之，該中央單元10處理該數據Dat並產生關於該接觸探針4在該些引導件2上施力的資訊，並作為該些引導件2的一位置函數。此外，可在一合適的顯示裝置上觀看該中央單元10所產生的該接觸探針4的該施力(形變)作為一位置函數的一圖表，如此一來，在裝組過程中可具有一影像來觀看該接觸探針4在該些引導件2之間的情形。

合適地，若該接觸探針4在該些引導件上的施力超出一預設值，則提供修正該些控制指令CI的一步驟，進而修正該支撐件6的該軌跡，或提供中斷該支撐件6的移動，並以相同軌跡來重新嘗試一預設次數的組裝的一步驟。

顯然，所有上列步驟是以一設定好的順序而重複於該些引導件2的每組同心引導孔3。接著，自該儲存元件14取起每個接觸探針4，並放置於該支撐件6的該預定位置，後者合適地移動，使該接觸探針4容置於相應的該些引導孔3。如此一來，每個引導孔3遵循一特定軌跡，其不同於其他孔的軌跡，且每次是根據待容置的該接觸探針的該輪廓及該些孔本身的該些座標來計算，每個孔的中心遵循該輪廓，使該些引導件2可合適地以非常精確且有效的方式來安裝至該接觸探針4上。換言之，遵循著該些引導孔3的該些中心的該軌跡實質上與該接觸探針4的該輪廓吻合。

最後，應指出的是，透過該保持部件7a及7b，該些接觸探針總是承載於該支撐件6的相同預定位置，其中該支撐件6係放置於一移動元件X-Y(未顯示於圖式)上，其在平面X-Y上移動該支撐件6，以將正確引導孔靠近待容置於其中的該接觸探針。換言之，該移動元件X-Y提供該支撐件6一第一粗調位移，接著透過其多個執行器以一細調的方式來朝向該接觸探針移動。

總而言之，本發明提供一種探針頭的自動化組裝的設備，其中，以合適的一保持部件將一接觸探針保持在一預定位置，且不移動該保持部件(因而不移動該接觸探針)朝向待組裝該探針頭的該些引導件的該些引導孔，而是移動一支撐件，其上設置有該些引導件，該支撐件具有多個移動自由度且能夠遵循根據該接觸探針的該輪廓所計算的適合的一軌跡，來將該些引導件安裝至透過該保持部件而保持在該預定位置的該探針。

根據本發明的優勢而言，移動該些引導件的該支撐件而非移動該些接觸探針的該保持部件的可能性允許了更大的自由度來選擇待提供至該支撐件的該軌跡，因此允許以一非常精準的方式形成複雜的軌跡。

此外，在不移動而僅保持該些接觸探針的情形下，減少了該些接觸探針形變或破損的風險。

此外，根據待組裝的該些接觸探針的該輪廓選擇支撐件的該軌跡。使得本發明的組裝過程不再受限於該些該接觸探針的形狀，該些引導孔中心的該些座標合適地遵循著該輪廓，因此，相對於習知技術，具有顯著的進步。

此外，得知該些引導孔的該些座標(並因此得知該些孔的相對錯位)，並可能接著根據該些座標來調整該支撐件的該軌跡，使組裝過程不再受限於該些孔的可能發生在習知解決方案中的過度錯位。

此外，可觀察的是，本揭露所述的該設備允許一組裝過程，完全自動化且有效，因而將作業員的干涉減少至最低。

透過多個攝影機的系統初步評估該些接觸探針的該輪廓，更允許捨棄遠超出一正常輪廓的該些探針，因而避免在探針具有過度不規則輪廓的情形下中斷對準過程，亦避免該些探針本身發生不想要的破損，因此具有經濟優勢及時間節省，而增加生產率。

使用具有六個自由度的該些機械化支撐件更允許設定極精準的多個軌跡，以精確地且沒有組裝誤差地將該些引導件安裝至該接觸探針上。

最後，整合可偵測該接觸探針在該些引導件上的施力的多個感測器允許在支撐件的移動期間提供探針情形的精準視野，進而允許極精準且完全控制組裝過程。

本質上，歸功於可能根據待容置於特定一組同心引導件的該接觸探針的該輪廓，來移動待組裝的該探針頭的該些引導件的該支撐件，本揭露所示的該設備及該方法有效地解決本發明的技術問題。

顯然，本領域的技術人員為了滿足特定的需求及規格，可對上述設備及方法實現多種修飾與變化，所有這些修飾與變化都包括在由以下申請專利範圍所界定的本發明範圍內。

1:設備

2:平行引導件

3:引導孔

4:接觸探針

5:支撐元件

6:支撐件

6’:支撐元件、或六腳柱

7a、7b:保持部件

10:中央單元

11’:第一視覺系統

11”:第二視覺系統

11a、11b:攝影機

13:機械手臂

13a:第一端部

13b:第二端部

14:儲存元件

CI:指令

Img’a、Img’b、Img”:影像

P:輪廓

Claims (21)

1. 一種探針頭的自動化組裝的設備(1)，用於測試電子裝置，該設備(1)包括：一支撐件(6)適合於支撐至少二平行引導件(2)，該些平行引導件(2)具有各自的多個引導孔(3)，至少一保持部件(7a、7b)適合於保持一接觸探針(4)以容置於該些引導孔(3)中，其中，該設備(1)的特徵在於，該支撐件(6)是一移動式支撐件且適合於根據在一第一位置與一第二位置之間預置的一軌跡而移動；其中，在該第一位置中，該接觸探針(4)以該保持部件(7a、7b)而保持在該些引導孔(3)之外的一預定位置；在該第二位置中，保持在該預定位置的該接觸探針(4)容置於一組實質上彼此同心的多個引導孔(3)，該設備更包括該支撐件(6)的多個執行器，及連接至該些執行器的一中央單元(10)，該軌跡是在該中央單元(10)中根據該接觸探針(4)的一輪廓(P)所計算而得，該中央單元(10)是適合於將該輪廓(P)轉換成多個控制指令(CI)並傳送至該支撐件(6)的該些執行器。
2. 根據請求項1所述之設備(1)，其中，該設備包括一第一視覺系統(11’)連接至該中央單元(10)，該第一視覺系統(11’)截取該接觸探針(4)在預定位置以該至少一保持部件(7a、7b)而保持的多個影像(Img’a、Img’b)，該接觸探針(4)的該輪廓(P)是由該第一視覺系統(11’)取得的該些影像(Img’a、Img’b)計算而得。
3. 根據請求項2所述之設備(1)，其中，該第一視覺系統(11’)在該支撐件(6)之處包括至少一對高解析的攝影機(11a、11b)，該些攝影機(11a、11b)形成一立體視覺系統用於形成該接觸探針(4)的多個影像。
4. 根據請求項1所述之設備(1)，其中，該支撐件(6)為六腳柱，其具有由該些執行器所調整的六個自由度的移動方式。
5. 根據請求項1所述之設備(1)，其中，用於該接觸探針(4)的該至少一保持部件(7a、7b)是一機械手臂(13)的一終端元件，該機械手臂(13)是適合於在該支撐件(6)與一儲存元件(14)之間移動，且該儲存元件(14)是適合於包含多個接觸探針(4)。
6. 根據請求項5所述之設備(1)，其中，該機械手臂(13)包括一第一端部(13a)其包括一第一保持部件(7a)，及一第二端部(13b)其包括一第二保持部件(7b)；其中，該第一或該第二保持部件(7a、7b)之一是適合於在該預定位置保持一接觸探針(4)，而另一保持部件(7b、7a)是適合於同時自該儲存元件(14)取起一接觸探針(4)。
7. 根據請求項5所述之設備(1)，更包括一第二視覺系統(11”)，其截取容置於該儲存元件(14)中的該些該接觸探針(4)的多個影像(Img”)，該中央單元(10)是適合於根據該第二視覺系統(11”)所截取的該些影像(Img”)而在該儲存元件(14)中執行該些該接觸探針(4)的該輪廓(P)的一第一評估，進而執行該些該接觸探針(4)的一初步捨棄。
8. 根據請求項1所述之設備(1)，其中，該至少一保持部件(7a、7b)包括自其一主體(9)沿伸的至少一對端接器(8)，以及至少一第一施力感測器，其整合於該主體(9)中，且適合於測量該些端接器(8)施加在該接觸 探針(4)上的保持強度，該設備(1)包括一回饋系統適合於調整該些端接器(8)施加在該接觸探針(4)的該保持強度。
9. 根據請求項1所述之設備(1)，其中，該至少一保持部件(7a、7b)包括至少一第二施力感測器，其適合於在該支撐件(6)移動期間測量該接觸探針(4)在該些引導件(2)之上的施力。
10. 根據請求項9所述之設備(1)，其中，該至少一第二施力感測器是連接至該中央單元(10)並適合於傳送關於該接觸探針(4)在該些引導件(2)上的施力的數據(Dat)，該中央單元(10)適合於處理該數據(Dat)而產生關於該施力的資訊，作為在該些引導件(2)之中的該接觸探針(4)的一位置函數；若該施力超出一預設值，則該中央單元(10)修正該支撐件(6)的該軌跡，或者，中斷運行並以相同的該軌跡來重複移動該支撐件(6)。
11. 根據請求項1所述之設備(1)，其包括至少另一視覺系統(11down)是適合於判定該接觸探針(4)是顯露自哪個引導孔(3)。
12. 一種探針頭的自動化組裝的方法，其用於測試電子裝置，該方法至少包括的步驟為：放置至少二平行引導件(2)於一支撐件(6)上，該些引導件(2)具有各自的多個引導孔(3)；重疊該些平行引導件(2)使得各自的該些引導孔(3)實質上彼此同心；以及藉由至少一保持部件(7a、7b)來保持一接觸探針(4)而容置於該些引導件(2)的該些引導孔(3)中，其中，該方法更包括的步驟為： 藉由一第一視覺系統(11’)來截取該接觸探針(4)的多個影像(Img’a、Img’b)；傳送該些影像(Img’a、Img’b)至一中央單元(10)，並由該些影像(Img’a、Img’b)取得的該些投影中取得該接觸探針(4)的一輪廓(P)；將該接觸探針(4)的該輪廓(P)轉換成該支撐件(6)的多個執行器的多個控制指令(CI)；自該中央單元(10)傳送該些控制指令(CI)至該支撐件(6)的該些執行器；以及根據在一第一位置及一第二位置之間的軌跡而移動該支撐件(6)，其中，在該第一位置中，該接觸探針(4)以該保持部件(7a、7b)而保持在該些引導孔(3)之外的一預定位置；在該第二位置中，保持在該預定位置的該接觸探針(4)容置於一組實質上彼此同心的多個引導孔(3)。
13. 根據請求項12所述之方法，其中，藉由將該接觸探針(4)的該輪廓(P)與正常預期的該接觸探針(4)的輪廓作比對的一步驟，然後是將該輪廓(P)轉換成該些控制指令(CI)的該步驟；該方法包括一後續步驟：若所取得之輪廓(P)與所預期之輪廓差異過大時，則捨棄該接觸探針(4)，該步驟包括涉及該接觸探針(4)傾斜的評估及/或局部形變的過程。
14. 根據請求項12所述之方法，其中，取得該輪廓(P)的步驟是透過：沿著該接觸探針(4)的一主體(4’)識別多個點(12)；以及插值該些點(12)。
15. 根據請求項12所述之方法，該方法更包括的步驟為： 計算該些引導件(2)的該些引導孔(3)的多個座標；以及將該些座標儲存至該中央單元(10)，其中，該些座標是關於該些引導件(2)的一點而計算而得的，該點不因其轉動而有所變化，以及其中該些控制指令(CI)考量了該接觸探針(4)的該輪廓(P)與該些引導孔(3)的該些座標。
16. 根據請求項12所述之方法，更包括一步驟，在該支撐件(6)與適合於包含多個接觸探針(4)的一儲存元件(14)之間移動一機械手臂(13)，其中，該機械手臂(13)包括一第一端部(13a)，其包括一第一保持部件(7a)，及一第二端部(13b)，其包括一第二保持部件(7b)，該第一或該第二保持部件(7a、7b)之一是適合於在該支撐件(6)的該預定位置保持一接觸探針(4)，另一保持部件(7b、7a)是適合於自該儲存元件(14)取起一接觸探針(4)，該保持與取起之步驟同時發生於不同的多個接觸探針(4)中，且以該第一保持部件(7a)及該第二保持部件(7b)交替地在該支撐件(6)及該儲存元件(14)之處分別地執行此保持及取起之步驟。
17. 根據請求項16所述之方法，更包括一步驟，藉由一第二視覺系統(11”)截取容置於該儲存元件(14)的該些接觸探針(4)的多個影像(Img”)，該方法包括一後續步驟，是基於該第二視覺系統(11”)的該些影像(Img”)捨棄一接觸探針。
18. 根據請求項13所述之方法，更包括一步驟，在該支撐件(6)的移動期間，藉由整合於該至少一保持部件(7a、7b)的至少一施力感測器來偵測該接觸探針(4)在該些引導件(2)之上的施力。
19. 根據請求項18所述之方法，其中，偵測該接觸探針(4)在該些引導件(2)之上的該施力的該步驟，然後是傳送關於該施力的數據(Dat)至該中央單元(10)的一步驟，以及處理該數據(Dat)的一步驟，此等步驟是為了產生關於該施力的資訊，作為該接觸探針(4)在該些引導件(2)中的一位置函數。
20. 根據請求項19所述之方法，包括一步驟，若該施力超出一預設值，則修正該支撐件(6)的該軌跡，或者，中斷運行並以相同的該軌跡來重複移動該支撐件(6)。
21. 根據請求項12所述之方法，其中，該些步驟是以一預設順序來重複於該些引導件(2)每組同心的多個引導孔(3)，每該組的該些孔件遵循一特定軌跡，該軌跡是根據容置於接觸探針之中的接觸探針的該輪廓(P)每次之計算而得的。