一种微波毫米波芯片的可控的高频响探针测试运动装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微波毫米波芯片的可控的高频响探针测试运动装置。
【背景技术】
[0002]微波毫米波高频芯片的开发生产是当今世界的尖端高科技产业，在现代电子整机中的应用比重也越来越大，芯片测试既是集成电路产业链中的一环，也是验证出厂的关键。芯片测试是分析芯片缺陷的最好工具，通过测试可以提高成品率，减少不必要的损失。
[0003]半导体芯片在制造完成之后，封装之前需要对硅片上的芯片进行测试，选出完好的芯片进行封装，测试的过程为:将测试探针放到芯片上，测试平台给定输入激励信号，通过比较每个测试周期中芯片的实际输出和理论上的期望输出来鉴定芯片的质量。如图1所不O
[0004]对芯片进行测试的主要部件有:探针卡、测试台和测试系统。探针卡用来与芯片接触保证芯片正常工作。测试台用来精确的移动，保证探针卡和芯片的精确定位。测试系统用来运行具体的器件功能或者性能测试要求。
[0005]测试前先对测试系统预热一段时间以保证测试的准确性和稳定性，减小温度对测试的影响。测试过程包括参数设置、上下片、扫描、对针、测试和打点等主要过程。具体步骤为:
[0006]I上片，芯片固定在工作台上，保证固定位置的准确可靠。
[0007]2传输，工作台将芯片传送到测试台下。
[0008]3预定位，对芯片进行测试预定位，为下一步的准确定位做准备。
[0009]4对准，通过显微镜用肉眼观察或者通过全自动晶片对准系统，使芯片和探针对准定位。
[0010]5测试，将测试探针卡降下或芯片抬升，使探针卡针脚接触芯片，参数测试系统将电流或电压输入被测芯片，然后测量该器件对于此输入信号的响应。
[0011]6测试结果，测试信号从测试仪通过电缆束至测试头，再通过测试头至探针卡，然后通过探针至芯片上的焊点，到达被测器件，并最后沿原路径返回测试仪器。
[0012]7数据处理，将测试信号和预期值进行比较，判断芯片是否合格。不合格品予以标明。
[0013]8收片，将测试后的芯片从工作台上取下，按照芯片是否合格分别入库。
[0014]上述步骤5中，现有测试设备的工作台的驱动部分多为伺服电机，伺服马达或步进电机等带动滚动丝杠或滚珠丝杠，行程大，能够满足测试需求，但是其传动机构的滚动丝杠在往复运动时不可避免的存在间隙和摩擦，定位精度和重复定位精度低，且频响低，导致测试周期长。在业界中，测试的费用通常都是以测试时间来计算，测试时间愈长，测试的费用愈高。定位精度差导致测试探针和芯片的接触应力不稳定，接触电阻的变化又对测试精度产生很大影响。
[0015]测试时发现，部分硅片相隔一段时间，或者更换探针时进行反复测试，两次初测的合格率相差较大，甚至会相差30% ο不仅给合格率分析带来很大困难，测试合格率的说服力也不足。测试探针和芯片接触点的接触电阻测试时产生的波动是导致测试结果重复度差的主要原因。
[0016]高频芯片的体积相比传统芯片更小，其测试探针也更新精细，尺寸是微米级别的，普通的滚珠丝杠无法实现精确控制，在运动过程中容易压坏芯片或者探针头，测试探针损耗快，影响探针的使用寿命，无法满足要求。
【发明内容】
[0017]本发明为了解决上述问题，本发明提出了一种微波毫米波芯片的可控的高频响探针测试运动装置，要解决的就是高频芯片测试时探针和芯片接触应力不可控、变化幅度大，测试时间长，测试精度低，测试难度大等问题。本装置在现有装置的基础上增加一套精密位移装置。将现有的一次性定位改为二次定位，要解决的就是微波毫米波芯片探针测试高精度、快响应问题。
[0018]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0019]一种微波毫米波芯片的可控的高频响探针测试运动装置，包括工控机、控制模块、驱动机、伺服电机、精密位移装置和光栅尺，精密位移装置包括精密工作台、驱动器1、压电陶瓷和柔性铰链，工控机连接控制模块，控制模块连接两个驱动器，电机驱动器连接伺服电机，伺服电机的输出位移通过编码器反馈给驱动器，精密工作台安装在伺服电机的输出端上，精密工作台连接驱动器I，驱动器I控制压电陶瓷，压电陶瓷推动柔性铰链，柔性铰链连接工作台，工作台的位置通过光栅尺反馈给控制模块，控制模块根据工作台的位置发送信号到两个驱动器，将一次性定位转变为二次定位。
[0020]本发明是在现有装置的基础上增加一套精密位移装置，将现有的一次性定位改为电机带动丝杠为粗定位，精密位移装置为精定位的二次定位。
[0021]所述压电陶瓷前端设有传感器。
[0022]所述精密位移装置以压电陶瓷为驱动，以柔性铰链为传动机构。
[0023]所述压电陶瓷作为动力装置，利用压电陶瓷的逆压电效应来实现微小位移，改变压电陶瓷的电压，压电陶瓷的长度随之变化，且伸长量和电压在一定范围内成正比。
[0024]所述压电陶瓷是把多个压电陶瓷片叠加到一起，电路上并联，结构上串联。
[0025]所述柔性铰链为两边对称的双平行四杆柔性铰链。
[0026]所述柔性铰链为杠杆机构将压电陶瓷的位移进行放大。
[0027]所述压电陶瓷在测试前需要对其预热。
[0028]一种基于上述装置的工作方法，包括以下步骤:
[0029](I)开启电源，对测试间进行预热，精定位系统的压电陶瓷也同时预热一定时间；
[0030](2)将芯片固定在工作台上，保证固定位置的准确可靠，工作台将芯片传送到测试台下，对芯片进行测试预定位；
[0031](3)通过显微镜用肉眼观察或者通过全自动晶片对准系统，使芯片和探针对准定位；
[0032](4)工控机中的控制模块接收工作台的位置信号输出位移信号到伺服电机的驱动器，驱动伺服电机运动，伺服电机的位移由编码器返回伺服电机驱动器，确保伺服电机带动的精密工作台到达指定位置附近，伺服电机停止工作；控制模块通过控制驱动器I控制压电陶瓷的伸长推动柔性铰链，压电陶瓷自身传感器反馈压电陶瓷的实际位移，柔性铰链将此位移放大推动测试台运动到指定位置，光栅尺将测试台的位置信号反馈给控制模块，实时控制测试台的位置；
[0033](5)测试仪对芯片进行测试。
[0034]所述步骤(5)中，控制模块接收工作台的位置信号输出位移信号到压电陶瓷驱动器，驱动器控制压电陶瓷的伸长量，并通过压电陶瓷自带传感器反馈压电陶瓷的实际输出量，驱动测试台使探针卡针脚接触芯片，通过传感器实时反馈工作台和芯片之前的距离，使得测试台的位置更准确，能够实现对探针卡和芯片间的距离准确控制，当探针和芯片接触后，继续运动，探针和芯片的变形产生接触应力和接触电阻，对位置精确控制可减小接触电阻对测试结果的影响。
[0035]本发明的工作原理为:本发明针对现有探针测试装置的不足，在其基础上增加一套精密位移装置。把传统的单纯靠电机带动丝杠来控制探针和芯片的距离，改为电机带动丝杠为粗定位，精密位移装置为精定位的二次定位装置，以保证对探针与芯片之间距离的精确控制，使测试的可靠性，平稳性更好。并且对同一批芯片，只需要粗定位一次，进行单个测试时，只需要进行精定位即可。精密定位装置采用压电陶瓷为驱动力，柔性铰链为传动机构，定位更精密可靠，测试速度增加，可大大缩短测试时间，提高测试效率；对芯片和探针的损伤更小，增加使用寿命，大大降低测试成本。
[0036]本发明的有益效果为:
[0037](I)精定位系统测试速度快，在不影响测试合格率的前提下，大大缩短测试周期，提高效率和产能，降低了测试成本；
[0038](2)精定位系统定位精度、重复定位精度高，在测试过程中，探针到芯片的距离是精确可控的，提尚测试精度；
[0039](3)精定位系统使探针卡针脚和芯片的接触压力是精确可控的，可提高测试精度和探针卡的使用寿命；
[0040](4)精定位系统可以高频往复运动，放置标准芯片，可以快速测试探针卡使用寿命;
[0041](5)利用柔性铰链的弹性变形来传递位移和力，外力去掉后靠内应力可实现自动回复，并且运动过程中没有机械摩擦，免于磨损，减小了精度损失，能获得很高的运动灵敏度，可实现高达纳米级的精度；免装配、体积小、免于润滑，避免污染；
[0042](6)两边对称的双平行四杆柔性铰链机构可以有效防止耦合位移，提高输出位移的线性度，提高机构的传动效率；
[0043](7)选用灵敏度高、响应快、高精度、高分辨率的位移传感器，时时反馈探针尖端到芯片的距离，以便于控制模块对驱动器和压电陶瓷进行实时控制。
【附图说明】
[0044]图1为芯片测试原理框图；
[0045]图2为现有装置工作台控制示意图；
[0046]图3为粗、精二次定位工作台控制示意图；
[0047]图4为单平行四杆柔性铰