小型手动探针台的制作方法

1.本发明属于器件测试技术领域，更具体地说，是涉及一种小型手动探针台。


背景技术：

2.探针台是半导体(包括集成电路、分立器件、光电器件、传感器)行业的重要检测设备之一，其广泛应用于复杂、高速器件的精密电气测量，旨在确保半导体元器件和电路的质量及可靠性，并缩短研发时间和器件制造的工艺成本。
3.在上世纪80年代之前，半导体裸芯片的测量方法是：首先将被测件进行封装，然后用夹具测量封装的芯片，通过嵌入得到裸芯片的各性能参数。这种测量方法不仅会引入额外的影响因素，导致测量结果准确度降低，且效率低下。自探针台问世以来，实现封装前直接测量裸芯片的特性，不仅避免了半导体器件由于盲目封装带来的时间、人力、物力、财力的浪费，而且在改进封装工艺、建立电路或器件的设计模型、提高产品的一致性、可靠性等方面都具有重要的意义。
4.探针台主要包括探针台主体、显微成像系统、一组或者多组载片台(承片台)、直流和微波探针座等。裸芯片测试时，通过施加真空将芯片吸附在载片台上，在显微成像系统的帮助下，调节直流和微波探针座，使固定在探针座上的探针精密而准确的移动并压到裸芯片需要测试的压点上。在探针另一端连接测试所需的仪器，从而实现裸芯片的测试。
5.目前探针台按照其自动化测试程度，分为全自动探针台(自动更换晶圆片，自动测试晶圆片上的每个单元电路)、半自动探针台(手动更换晶圆片，自动测试晶圆片上的每个单元电路)和小型手动探针台(全部测试工作需要手动完成)。这些探针台按照其测试功能及复杂程度，价格在10万元到200万元不等。
6.针对目前裸芯片设计研发环节，对裸芯片测试需求是不定期和经常性的，由于一台探针台的价格比较昂贵，在研发环节配备探针台，会增加研发成本，不利于企业的发展。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种小型手动探针台，旨在解决目前使用的探针台成本高的问题。
8.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种小型手动探针台，包括：底板、载片台、xyz三轴位移台、显微镜滑台、z向调整杆以及显微镜；载片台设有真空腔和与所述真空腔连通的吸附孔；xyz三轴位移台滑动设于所述底板上，用于连接并精调探针的位置；所述xyz三轴位移台为两组，左右对称设于所述载片台的两侧；所述xyz三轴位移台借助x向直线导轨粗调到所述载片台的位移；显微镜滑台借助xy双向导轨滑动设于所述底板上；所述显微镜滑台借助所述xy双向导轨精调到所述载片台的位置；z向调整杆固定于所述显微镜滑台上，用于安装显微镜并精调所述显微镜的z向位移；显微镜安装于所述z向调整杆上。
9.作为本申请另一实施例，所述xyz三轴位移台上设有用于调整探针尖端面的探针
旋转臂，所述探针旋转臂沿x向朝向所述载片台延伸，所述探针旋转臂的悬臂端连接测试的探针。
10.作为本申请另一实施例，所述xyz三轴位移台上设有探针旋转臂支座，所述探针旋转臂支座上设有与所述探针旋转臂转动配合的安装孔，所述探针旋转臂安装座上还设有用于锁紧所述探针旋转臂的锁紧螺钉，所述锁紧螺钉与所述探针旋转臂支座上的螺纹孔螺接。
11.作为本申请另一实施例，所述探针旋转臂的悬臂端设有探针安装座，所述探针安装座用于连接测试的探针。
12.作为本申请另一实施例，所述探针旋转臂的悬臂端还设有探针悬挂板，所述探针安装座与所述探针悬挂板固定连接。
13.作为本申请另一实施例，所述xyz三轴位移台上还设有顶板，所述探针旋转臂支座与所述顶板固定连接。
14.作为本申请另一实施例，所述显微镜滑台上设有用于显微镜位置粗调的显微镜连接板，所述z向调整杆安装在所述显微镜连接板上，所述显微镜连接板上设有两道y向粗调滑槽，所述显微镜滑台上对应各所述y向粗调滑槽设有用于导向和固定的螺栓。
15.作为本申请另一实施例，所述显微镜连接板上还设有用于粗调显微镜高度的垫板，所述z向调整杆固定在所述垫板上。
16.作为本申请另一实施例，所述载片台包括上载台和与所述上载台螺栓连接的下载台，所述上载台设有上腔，所述下载台设有下腔，所述上载台与所述下载台密封连接，所述上腔和所述下腔构成所述真空腔，所述吸附孔设置在所述上载台上，所述下载台的侧面设有与所述下腔连通的通孔。
17.作为本申请另一实施例，所述上载台与所述下载台相接的端面分别设有环形凹槽，所述环形凹槽内设有密封圈。
18.本发明提供的小型手动探针台的有益效果在于：与现有技术相比，本发明小型手动探针台，通过xyz三轴位移台实现探针三个方位的精准微调，利用直线导轨对探针的位置进行粗调，利用xy双向导轨对显微镜实现精准微调，利用z向调整杆实现显微镜的高度方向的精准调节，利用载片台承载芯片，实现对芯片的手动测试。
19.本发明提供的小型手动探针台，结构简单，使用方便，制作成本低，粗调和精调均可手动操作，能够满足芯片测试需要，有利于裸芯片研发阶段成本的降低。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例提供的小型手动探针台状态一的正面结构示意图；
22.图2为图1提供的小型手动探针台的背面结构示意图；
23.图3为本发明实施例提供的小型手动探针台状态二的结构示意图；
24.图4为本发明实施例提供的载片台的俯视结构示意图；
25.图5为沿图4中a
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a线的剖视结构图；
26.图6为本发明实施例提供的x向直线导轨的横断面剖面图。
27.图中：1、z向调整杆；2、显微镜；3、探针旋转臂；4、顶板；5、探针旋转臂支座；6、xyz三轴位移台；7、底板；8、x向直线导轨；9、探针悬挂板；10、探针安装座；11、载片台；111、上载台；112、真空腔；113、下载台；114、吸附孔；12、y向粗调滑槽；13、显微镜连接板；14、xy双向导轨；15、垫板；16、显微镜滑台；17、多排孔位；18、长条形孔槽。
具体实施方式
28.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
29.请一并参阅图1至图6，现对本发明提供的小型手动探针台进行说明。所述小型手动探针台，包括底板7、载片台11、xyz三轴位移台6、显微镜滑台16、z向调整杆1以及显微镜2；载片台11设有真空腔112和与真空腔112连通的吸附孔114；xyz三轴位移台6滑动设于底板7上，用于连接并精调探针的位置；xyz三轴位移台6为两组，左右对称设于载片台11的两侧；xyz三轴位移台6借助x向直线导轨8粗调到载片台11的位移；显微镜滑台16借助xy双向导轨14滑动设于底板7上；显微镜滑台16借助xy双向导轨14精调到载片台11的位置；z向调整杆1固定于显微镜滑台16上，用于安装显微镜2并精调显微镜2的z向位移；显微镜2安装于z向调整杆1上。
30.本发明提供的小型手动探针台，与现有技术相比，通过xyz三轴位移台6实现探针三个方位的精准微调，利用直线导轨对探针的位置进行粗调；利用xy双向导轨14对显微镜2实现两个方位的精准微调，利用z向调整杆1实现显微镜2的高度方向的精准调节，利用载片台11承载芯片，实现对芯片的手动测试。
31.利用本发明提高的探针台，可以灵活调整显微镜、探针的三个方向的方位，且能够实现粗调和精调，满足芯片测试要求。
32.本实施例中x向用于调整左右的位移，y向用于调整前后位于，z向用于调整高度方向的位移。
33.本发明提供的小型手动探针台，体积小，结构简单，使用方便，制作成本低，粗调和精调均可手动操作，能够满足芯片测试需要，有利于裸芯片研发阶段成本的降低。
34.本发明中各部分具体结构及作用，具体如下：
35.(1)参见图1至图3，底板7的主要作用是承载全部部件，并且为整体提供稳定的支撑。其作用是搭载显微镜2、位移台等部件，同时为整部探针台提供稳定可靠的支撑，因此探针台底板7应有足够大的面积以及足够高的强度，本实施例选用10mm厚且可被磁吸附的铁素体不锈钢(405)，不仅具有足够强度以及质量，且能被磁性底座吸附。
36.探针台底板7上表面排布其余部件，需要设计连接用孔位，为了保证各个部件安装位置的灵活性，可以设计长条形孔槽，或多排孔位17。长条形孔槽18为xy双向导轨的安装孔位，多排孔位17为xyz三轴位移台6底部的x向直线导轨8的固定孔位。
37.(2)本实施例中的显微镜2，选用现有ccd可变焦距显微镜2，这种显微镜2体积小、质量轻、价格低，是观测裸芯片电路结构的重要部分。由于体积和质量都小，方便迁移。
38.(3)利用xy双向导轨14实现滑台的双向位移(参见图2)，使显微镜2可以在xy轴上进行移动，为显微镜2提供更灵活的停留空间。移动范围为80mm
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20mm，实现对显微镜2到载片台11的位置的微调。
39.(4)利用xyz三轴位移台6作为探针座，实现测试探针的三向小步进位移，在承载探针移动时，具有足够的稳定性。探针座通过直线导轨安装固定在底板7上，探针通过直线导轨，可实现探针座在底板7上大范围移动，方便测量超长的裸芯片器件或者传输线。
40.参见图1至图3、图6，本实施例的x向直线导轨8可以自己制作简单的结构，例如，加工具有一定长度的金属条作为导轨，与底板7连接，利用导轨与底板7相接的一面设置凹槽，导轨的断面为l型结构；加工一个金属块作为滑块，滑块的底部两侧设置凸台与凹槽滑动配合，滑块设置在两条平行的导轨之间，滑块通过凸台与凹槽的配合，构成限位结构，带动xyz三轴位移台6在导轨范围内移动。导轨与底板7通过贯穿的螺钉与多排孔位17的螺纹连接，固定在一起。
41.由于导轨与滑块通过接触压力限位，因此两者材料应选用具有一定硬度以及耐磨损的材料。本实施例选用不锈钢材料进行加工制作。
42.(5)针对不同厂家、不同型号的各类微波和直流探针，可以设计多种xyz三轴位移台6与探针的连接结构，可以实现多种测试探针的连接，以满足不同的测试需求。
43.(6)载片台11内部设计真空腔112，方便裸芯片的真空吸附固定，如图5所示。
44.作为本发明提供的小型手动探针台的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，xyz三轴位移台6上设有用于调整探针尖端面的探针旋转臂3，探针旋转臂3沿x向朝向载片台11延伸，探针旋转臂3的悬臂端连接测试的探针。
45.xyz三轴位移台6与探针旋转臂3主要作用是固定探针，调整探针尖端面水平，保证探针的尖端面与载片台11的充分接触。通过探针旋转臂3的旋转调整，达到调整探针尖端面的效果。
46.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，xyz三轴位移台6上设有探针旋转臂支座5，探针旋转臂支座5上设有与探针旋转臂3转动配合的安装孔，探针旋转臂3安装座上还设有用于锁紧探针旋转臂3的锁紧螺钉，锁紧螺钉与探针旋转臂支座5上的螺纹孔螺接。通过旋转探针旋转臂3，将探针调整到测试位置后，可以用锁紧螺钉将探针旋转臂3锁紧，避免在测试过程中，探针旋转臂3发生转动。
47.探针旋转臂3与安装孔配合的部位直径较小，形成限位台阶，限定探针旋转臂3伸入安装孔的长度。探针旋转臂3的材料应具备足够的硬度、强度以及耐磨损、刚性强等特点。本示例中探针旋转臂3的材料选用不锈钢。
48.作为本发明实施例的一种具体实施方式，参阅图1至图3，探针旋转臂3的悬臂端设有探针安装座10，探针安装座10用于连接测试的探针。探针安装座10上设有安装探针的通孔。探针安装座10的作用是固定测试探针，根据不同的测试探针，探针安装座10也各不相同。本示例给出安装cascade微波测试探针的探针安装座10示意，其余可根据所应用探针的具体连接形式进行设计。
49.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，探针旋转臂3的悬臂端还设有探针悬挂板9，探针安装座10与探针悬挂板9固定连接。具体地，探针悬挂板9与探针旋转臂3通过螺钉连接，探针安装座10通过螺钉与探针悬挂板9连接。
50.探针悬挂板9上部通孔为与探针旋转臂3连接孔位，下部通孔为与探针安装座10连接孔位。
51.探针安装座10左侧三个螺纹孔为测试探针安装孔，需根据使用者应用探针合理设计。在探针安装孔旁边设计一层台阶，用于探针安装时的限位作用，便于使用人员安装探针。探针安装座10材料均选用硬铝。
52.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，xyz三轴位移台6上还设有顶板4，探针旋转臂支座5与顶板4固定连接。本实施例中，顶板4与xyz三轴位移台6通过螺钉连接，探针旋转臂支座5与顶板4通过螺钉连接。顶板4材料选择不易形变的硬质材料，对探针旋转臂支座5实现定位，本示例为硬铝。
53.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，显微镜滑台16上设有用于显微镜2位置粗调的显微镜连接板13，z向调整杆1安装在显微镜连接板13上，显微镜连接板13上设有两道y向粗调滑槽12，显微镜滑台16上对应各y向粗调滑槽12设有用于导向和固定的螺栓。
54.显微镜2与滑台之间的显微镜连接板13的作用有两点，一是将二者连接固定，二是对显微镜2位置进行粗调。显微镜连接板13首先要设计与滑台的连接结构，本示例中，显微镜连接板13上设置两道y向粗调滑槽12，采用螺钉连接到显微镜滑台16上；其次要设计显微镜连接板13与显微镜2的连接结构，本示例中同样采用螺钉连接。为了使显微镜2位置可粗调，设置的两道y向粗调滑槽12，实现了显微镜260mm的前后移动距离。细调通过xy双向导轨14对滑台实现xy向移动。
55.设计显微镜连接板13，能够进一步将显微镜2的移动范围扩大，可以将显微镜2调整至合适位置固定后，再通过显微镜滑台16进行二次位移，方便适应不同环境以及避免其他部件在位置上的干涉。
56.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，显微镜连接板13上还设有用于粗调显微镜2高度的垫板15，显微镜2z向调整杆1固定在垫板15上。显微镜2的纵向位置可以再连接装置中增加垫板15实现。垫板15与滑台采用螺钉连接，可多层叠加，以便于显微镜2高度的调整。
57.显微镜2与滑台的连接板的材料应选择不易变形的硬质材料，同时应考虑滑台的载重能力，选择合适重量的材料进行加工。本示例中显微镜连接板13的材料为硬铝，其余材料如有机玻璃也可应用。
58.本实施例中，通过z向调整杆1，调整显微镜2的安装高度。这种z向调整杆1的高度调节，可以为螺杆升降调节、蜗轮蜗杆升降调节、齿轮齿条升降、电动推杆、气缸等，实现高度调节。
59.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图5，载片台11包括上载台111和与上载台111螺栓连接的下载台113，上载台111设有上腔，下载台113设有下腔，上载台111与下载台113密封连接，上腔和所述下腔构成真空腔112，吸附孔114设置在上载台111上，下载台113的侧面设有与下腔连通的通孔。
60.带真空吸附功能的载片台11应具备两个功能，第一是保证良好的导电性能，方便被测裸芯片加电测试，第二是具备芯片吸附功能，保证被测裸芯片在测试过程中不发生位移。
61.为了实现真空吸附，在载片台11内部设计真空腔112，外接真空泵，顶部设计芯片吸附孔114，形成完整的气压回路。之后利用真空泵抽取真空腔112内空气，使载片台11内外形成空气压强差，从而使芯片被空气压力固定在载片台11表面。由于被测裸芯片往往尺寸很小，因此顶部芯片吸附孔114的尺寸不宜过大，避免造成芯片损伤。
62.如图5所示，本示例中载片台11分为上下两部分，上部为载片部分，上部加工芯片吸附孔114，单个吸附孔114直径1mm，位于上载台111的顶面中心位置，形成10mm
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10mm的孔阵，方便吸附较大芯片。
63.本实施例中下载台113设置台阶通孔，上载台111设置螺纹盲孔，上载台111与下载台113通过螺栓连接。
64.作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图5，上载台111与下载台113相接的端面分别设有环形凹槽，环形凹槽内设有密封圈。
65.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。