半导体芯片测试手动探针台的制作方法
【专利摘要】半导体芯片测试手动探针台，属于探针台【技术领域】。包括探针台底座、承片台、承片台座、快速寻址机构、锁紧机构及微调机构，其特征是，锁紧机构由真空吸盘构成，微调机构由连杆、微调导向板、微调手柄、关节轴承、调心轴承构成，真空吸盘与探针台底座的台面为真空锁紧状态时，快速寻址机构被固定锁紧；微调手柄底端和关节轴承连接，微调手柄中部通过调心轴承连接连杆一端，连杆另一端与承片台座连接，拨动微调手柄，调心轴承能在水平面内做360°摆动，并带动连杆在水平面内做任何方向的移动，实现承片台座的微调。本实用新型能在芯片测试对准过程中，在完成快速粗对准后将快速寻址机构锁紧，实施微调动作，实现精对准。
【专利说明】半导体芯片测试手动探针台
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种半导体芯片测试手动探针台，尤其是半导体芯片测试手动探针台的真空锁紧及微调机构，属于探针台【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在半导体芯片的生产和研制过程中，需要对芯片的各项参数进行过程测试和终端测试，完成测试所需的测试对准设备主要是探针台。探针台的种类包括全自动探针台、半自动探针台和手动探针台。全自动探针台和半自动探针台主要用于芯片成品的批量测试。由于手动探针台具有可随机抽测效率高等特点，所以在半导体芯片生产检验过程中，需要对芯片参数进行随机抽取少量不连续测试点进行抽样测试时，基本都使用手动探针台。手动探针台能方便、准确、快速的找到放置在承片台上的芯片上所需要测试点，比如三极管的基区、发射区等，将手动探针台上的探针和测试点可靠接触，将配套测试仪器上设置的测试条件通过探针加到被测试管芯上，实现对管芯参数测试的目的。由于一片直径为IOOmm的芯片上有几千到几万个管芯，最多的(二极管)有10万个以上，每个管芯的尺寸较小，基区和发射区的尺寸都小于0.1mm,要采用手动操作，实现在芯片上任意寻找一只管芯，将探针准确的对准该管芯的测试区域，对设备的设计有较高的精度要求，这主要体现在当粗调动作完成后能将粗调动作锁紧，实现微调功能，将探针准确对准测试区域。
[0003]目前市场上手动探针台大部分都没有微调功能设置，小管芯测试对准极不方便。有些设置了微调装置的探针台，通常都采用机械凸轮锁紧和电磁铁锁紧来实现此功能，但结构复杂，振动大，锁紧过程中有位移现象发生，精度较低，测试小管芯时精度差、效率低。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种半导体芯片测试手动探针台，使待测芯片在测试过程中完成快速寻址对准后，能快速、方便、准确的地进行精确对准。
[0005]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:半导体芯片测试手动探针台，包括探针台底座、安装在探针台底座立柱上的显微镜、升降台、固定在升降台上用于安装测试探针的探针架、用于放置待测试芯片的承片台、安装承片台的承片台座、快速寻址机构、锁紧机构及微调机构，所述探针台底座下面设有电器盒，所述承片台座置于快速寻址机构的导轨上，其特征是，
[0006]所述锁紧机构由真空吸盘构成，所述微调机构由连杆、微调导向板、微调手柄、关节轴承、调心轴承构成，
[0007]所述真空吸盘与探针台底座的台面贴合，所述微调机构设置在真空吸盘上，真空吸盘通过微调导向板与快速寻址机构连接，真空吸盘与探针台底座的台面为真空锁紧状态时，快速寻址机构被固定锁紧；
[0008]所述微调手柄底端和关节轴承连接，微调手柄中部通过镶嵌在连杆内的调心轴承连接连杆一端，所述连杆另一端与承片台座连接，拨动微调手柄上部，通过关节轴承的支点作用，调心轴承能在水平面内做360°摆动，并通过调心轴承带动连杆在水平面内做任何方向的移动，实现承片台座的微调。
[0009]所述微调导向板位于快速寻址机构X轴导轨和真空吸盘之间，微调导向板上设置的两个Y方向导向槽和四个顶角上设置的向心球轴承，分别和真空吸盘上设置的四个向心球轴承以及快速寻址机构X轴导轨背面设置的一个X方向导向槽分别组成滑动付，构成真空吸盘和快速寻址机构的连接并控制微调过程中真空吸盘和承片台座的相对移动导向；
[0010]微调手柄在微调过程中，真空吸盘和承片台座在X方向的移动导向由微调导向板上的四个向心球轴承和快速寻址机构X轴导轨背面设置的X方向导向槽配合完成，在Y方向的移动导向由微调导向板上的两个Y方向导向槽和真空吸盘上的四个向心球轴承配合完成。
[0011]所述真空吸盘下表面设有真空室，真空室设置在真空吸盘与探针台底座之间，并与探针台底座的台面贴合，真空室的直径为95mm。
[0012]所述电器盒内设有电器、气动部件，电器、气动部件由直流24伏电源、电磁阀、锁紧按钮电路连接构成，锁紧按钮处于常开状态，此时真空吸盘导入真空，真空吸盘与探针台底座的台面为真空锁紧状态，快速寻址机构被固定锁紧，通过微调机构对承片台座进行微调；锁紧按钮闭合时，真空吸盘内真空释放，真空吸盘与探针台底座的台面为非真空锁紧状态。
[0013]所述电磁阀为2位3通电磁阀。
[0014]所述真空吸盘在与探针台底座台面贴合面处涂覆有0.3mm厚的特氟龙涂层。
[0015]在芯片测试过程中，当快速寻址机构完成粗调对准后，需要通过微调对准动作来实现测试探针和芯片上被测试点的准确对位，完成测试。本实用新型中的真空吸盘及微调机构能方便的实现待测芯片粗调后的精准对位，并且结构紧凑，精确可靠。当快速寻址机构被锁紧后可通过微调机构实施精对准，其特点在于利用真空的负压作用，将真空吸盘吸附在探针台的底座台面上，通过微调导向板将快速寻址机构动作锁定，由于微调机构安装在真空吸盘上，当真空吸盘固定后，微调机构的位置也被固定，此时调整微调机构上的微调手柄，可以通过与微调手柄相连的连杆带动承片台做微调动作，实现微调对准，调节距离的大小由微调手柄的偏角大小决定。控制真空吸盘的吸紧和放松，是通过操作锁紧按钮来控制真空吸盘上真空室内是否导入真空，切换真空吸盘中真空的通断可以控制吸盘的吸着和放松。
[0016]本新型中真空吸盘的下表面设有一直径为95_的真空室，真空室和探针台的工作台面贴合，设计了一个真空通道，根据需要对真空室导入真空或释放真空，当真空室内导入真空时，真空吸盘会牢牢的吸附在探针台工作台面上，当真空室内导入的真空被切断时，真空吸盘的吸力会由于真空的泄放而自动消失。当真空室真空为-0.04MPa时，真空吸盘和工作台面的吸力可达到15Kgf以上，远远满足微调时承片台移动时的反作用力。其中:
[0017]真空室直径=Φ 95mm;
[0018]真空室面积=3.14Χ(95 + 2) 2 = 7084mm2 = 70.84 cm2 ；
[0019]导入真空室真空压力=-0.04MPa =-4.08X ICT1Kgf / cm2 ；
[0020]导倒入真空后，理论计算吸盘和工作台面吸力:[0021 ] 4.08 X KT1Kgf/ cm2 X 70.84cm22 = 28.9Kgf ；
[0022]锁紧效率按60%设计；
[0023]导入真空后，吸盘和工作台面吸力=28.9 KgfX0.6 = 17.34 Kgf。
[0024]本实用新型中真空吸盘上和探针台底座的台面接触的一面，采用了特氟龙表面涂层处理技术，既保证了密封效率，同时降低真空吸盘在探针台工作表面上移动时的摩擦系数。
[0025]本实用新型中微调机构调整时，在平面X方向的导向由微调导向板角上的4个向心球轴承和快速寻址机构的X轴座下面的X方向导向槽配合完成；在平面Y方向的导向由微调导向板上的2个Y方向导向槽和固定在真空吸盘上的4个向心球轴承配合完成。
[0026]本实用新型结构简单合理、易实现，真空吸盘、连杆、微调手柄、微调导向板以及控制真空的电器、气动部件，能在芯片测试对准过程中，在完成快速粗对准后将快速寻址机构锁紧，实施微调动作，实现精对准。承片台既随快速寻址机构实现粗对准动作，又能在快速寻址机构被锁紧的情况下，受微调机构控制，实现精对准。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本实用新型的结构示意图；
[0028]图2为本实用新型中微调机构的结构示意图；
[0029]图3为本实用新型中微调导向板的结构示意图；
[0030]图4为图3中A-A向剖视结构示意图；
[0031]图5为本实用新型中电器、气动部件控制原理图
[0032]图中:1电器盒、2探针台底座、3快速寻址机构、4微调机构、5承片台座、6承片台、7升降台、8探针架、9显微镜、10真空吸盘、11连杆、12微调导向板、13微调手柄、14关节轴承、15调心轴承、16 X方向导向槽、17 Y方向导向槽、18向心球轴承、19向心球轴承、20真空室、21电源、22电磁阀、23锁紧按钮。
【具体实施方式】
[0033]半导体芯片测试手动探针台，包括探针台底座2、安装在探针台底座立柱上用于观察备测芯片的显微镜9、升降台7、固定在升降台上用于安装测试探针的探针架8、用于放置待测试芯片的承片台6、安装承片台的承片台座5、快速寻址机构3、锁紧机构及微调机构4，探针台底座下面设有电器盒1，承片台座置于快速寻址机构的导轨上。
[0034]锁紧机构由真空吸盘10构成，微调机构4由连杆11、微调导向板12、微调手柄13、关节轴承14、调心轴承15构成。真空吸盘与探针台底座的台面贴合，微调机构4设置在真空吸盘上，真空吸盘通过微调导向板与快速寻址机构连接。真空吸盘下表面设有真空室20，真空室设置在真空吸盘与探针台底座之间，并与探针台底座的台面贴合，真空室的直径为95mm。电器盒I内设有电器、气动部件，电器、气动部件由直流24伏电源21、2位3通电磁阀22、锁紧按钮23电路连接构成。锁紧按钮处于常开状态，此时真空吸盘导入真空，真空吸盘与探针台底座的台面为真空锁紧状态，快速寻址机构被固定锁紧，通过微调机构对承片台座进行微调；锁紧按钮闭合，真空吸盘内真空释放，真空吸盘与探针台底座的台面为非真空锁紧状态。[0035]微调手柄底部与关节轴承连接，微调手柄中部通过镶嵌在连杆内的调心轴承连接连杆一端，连杆另一端与承片台座5连接，拨动微调手柄，通过关节轴承的支点作用，能使调心轴承在水平面内做360°摆动，并通过调心轴承带动连杆在水平面内做任何方向的移动，实现承片台座的微调。
[0036]微调导向板上设有两个Y方向导向槽17，其四个顶角上分别设有向心球轴承18，真空吸盘上设有四个向心球轴承19，快速寻址机构上设有两个X方向导向槽16。
[0037]微调导向板上设置的两个Y方向导向槽和四个顶角上分别设置的向心球轴承，分别和真空吸盘上设置的四个向心球轴承以及快速寻址机构X轴导轨背面设置的一个X方向导向槽分别组成滑动付，构成真空吸盘和快速寻址机构的连接并控制微调过程中真空吸盘和承片台座的相对移动导向。
[0038]微调手柄在微调过程中，真空吸盘和承片台座在X方向的移动导向由微调导向板上的四个向心球轴承和快速寻址机构X轴导轨背面设置的X方向导向槽配合完成，在Y方向的移动导向由微调导向板上的两个Y方向导向槽和真空吸盘上的四个向心球轴承配合完成。
[0039]真空吸盘在与探针台底座台面贴合面处涂覆有0.3mm厚的特氟龙涂层。
[0040]本实用新型中真空吸盘真空导入的切换通过下列动作实现，如图5所示，Kl (锁紧按钮22)是控制真空吸盘的常开无自锁按钮开关，当开关K I没有按下时，真空源通过电磁阀Dl将真空压力送到真空室里，吸盘锁紧。此种状态适用于微调、测试及不工作的时段。当需要粗调时，按下开关K1，电磁阀Dl动作，切断真空室里的真空源，同时真空室里的剩余真空通过电磁阀向外释放，，吸盘表面和底座表面处于自由状态，锁紧动作消失，此时可以进行快速寻址的粗调对准操作，当粗调对准完成后松开按钮K1，电磁阀Dl失电后复位，真空吸盘恢复锁紧动作。实际操作中，操作者只要在做快速寻址粗调对准操作的时，按下Kl开关，就能方便的实现粗调对准功能；当粗调对准结束时，放开Kl开关，就能实现微调和测试功能。
[0041]探针架8用于安装测试探针，具有三维调节功能，磁性底座能方便的固定在升降台7上，承片台6用于放置待测试芯片，和承片台座5固定后一起安装在快速寻址机构3的导轨上，能够实现水平面上Θ方向的调整功能。真空吸盘10将快速寻址机构锁紧后，微调机构通过连杆带动承片台实现芯片移动的微调功能；探针台底座2的作用除了作为整台设备的骨架外，对工作台面的光洁度和耐磨性设计了较高的要求，以保证真空吸盘的效率和使用的耐久度。底座2下面的电器盒用于安装设备电源及控制电器和气动元件，实现控制功能，整机结构协调，浑然一体。
[0042]本实用新型的操作步骤如下:①将待测芯片放置在承片台上；②按下锁紧按钮，利用快速寻址机构将承片台置于显微镜下后释放锁紧按钮，根据需要调整显微镜焦距及放大倍率根据测试要求将一根或两根测试探针调整至测试点的对应位置；④在测试仪器上选择好合适的测试条件按下锁紧按钮，利用快速寻址机构找到抽测管芯，并将其移动到探针下释放锁紧按钮，实现锁紧功能，操作微调机构将管芯的测试区域对准探针?’⑦操作测试手柄，承片台会沿Z轴方向向上，使得测试探针接触测试区域，进行测试；⑧记录测试数据操作测试手柄，使承片台在Z轴方向复位；重复⑤⑥⑦⑧对同一芯片上的下一个测试点进行测试；⑩重复①⑤⑥⑦⑧对下一片芯片进行测试。[0043]在芯片测试对准过程中，操作人员只要根据对准需要操纵微调手柄，就能快速、准确的将被测试芯片的测试点和探针对准，实施测试作业。微调机构安装在真空吸盘上，在快速寻址机构被锁紧后，操作人员通过调整微调手柄可以准确快速的将探针对准测试区域。微调手柄底部有一个关节轴承，作为一个支点能使微调手柄在一定的角度范围内做360度摆动。微调杆中部有一个调心轴承，连接微调手柄和连杆的一端，连杆的另一端和承片台连接，在微调手柄做摆动时，会通过连杆带动承片台在水平面上做任何方向的移动，起到对测试芯片做微调对准的作用。
[0044]如图5所示，有一只输入为交流220伏、输出为直流24伏和直流6伏的电源。直流24伏用于控制电磁阀，直流6伏用于显微镜内置光源照明灯泡。Dl为2位3通电磁阀，用于控制真空吸盘。Dl受开关Kl控制，Kl断，真空吸盘内倒入真空，为真空锁紧状态。Kl合，真空吸盘内真空释放，为非真空锁紧状态。D2为2位3通电磁阀，用于控制承片台真空，作用是根据测试需要，通过吸附作用将承片台上的芯片吸着或放松，保证测试参数准确，测试上下片顺利。
【权利要求】
1.一种半导体芯片测试手动探针台，包括探针台底座、安装在探针台底座立柱上的显微镜、升降台、固定在升降台上用于安装测试探针的探针架、用于放置待测试芯片的承片台、安装承片台的承片台座、快速寻址机构、锁紧机构及微调机构，所述探针台底座下面设有电器盒，所述承片台座置于快速寻址机构的导轨上，其特征是， 所述锁紧机构由真空吸盘构成，所述微调机构由连杆、微调导向板、微调手柄、关节轴承、调心轴承构成， 所述真空吸盘与探针台底座的台面贴合，所述微调机构设置在真空吸盘上，真空吸盘通过微调导向板与快速寻址机构连接，真空吸盘与探针台底座的台面为真空锁紧状态时，快速寻址机构被固定锁紧； 所述微调手柄底端和关节轴承连接，微调手柄中部通过镶嵌在连杆内的调心轴承连接连杆一端，所述连杆另一端与承片台座连接，拨动微调手柄上部，通过关节轴承的支点作用，调心轴承能在水平面内做360°摆动，并通过调心轴承带动连杆在水平面内做任何方向的移动，实现承片台座的微调。
2.根据权利要求1所述的半导体芯片测试手动探针台，其特征是，所述微调导向板位于快速寻址机构X轴导轨和真空吸盘之间，微调导向板上设置的两个Y方向导向槽和四个顶角上设置的向心球轴承，分别和真空吸盘上设置的四个向心球轴承以及快速寻址机构X轴导轨背面设置的一个X方向导向槽分别组成滑动付，构成真空吸盘和快速寻址机构的连接并控制微调过程中真空吸盘和承片台座的相对移动导向； 微调手柄在微调过程中，真空吸盘和承片台座在X方向的移动导向由微调导向板上的四个向心球轴承和快速寻址机构X轴导轨背面设置的X方向导向槽配合完成，在Y方向的移动导向由微调导向板上的两个Y方向导向槽和真空吸盘上的四个向心球轴承配合完成。
3.根据权利要求1所述的半导体芯片测试手动探针台，其特征是，所述真空吸盘下表面设有真空室，真空室设置在真空吸盘与探针台底座之间，并与探针台底座的台面贴合，真空室的直径为95mm。
4.根据权利要求1所述的半导体芯片测试手动探针台，其特征是，所述电器盒内设有电器、气动部件，电器、气动部件由直流24伏电源、电磁阀、锁紧按钮电路连接构成，锁紧按钮处于常开状态，此时真空吸盘导入真空，真空吸盘与探针台底座的台面为真空锁紧状态，快速寻址机构被固定锁紧，通过微调机构对承片台座进行微调；锁紧按钮闭合时，真空吸盘内真空释放，真空吸盘与探针台底座的台面为非真空锁紧状态。
5.根据权利要求4所述的半导体芯片测试手动探针台，其特征是，所述电磁阀为2位3通电磁阀。
6.根据权利要求1所述的半导体芯片测试手动探针台，其特征是，所述真空吸盘在与探针台底座台面贴合面处涂覆有0.3mm厚的特氟龙涂层。
【文档编号】G01R1/067GK203616356SQ201320796576
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】方丹, 方俊国 申请人:扬州飞堑电子设备有限公司