一種微波毫米波芯片的可控的高頻響探針測試運動裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種微波毫米波芯片的可控的高頻響探針測試運動裝置。
【背景技術】
[0002]微波毫米波高頻芯片的開發生產是當今世界的尖端高科技產業，在現代電子整機中的應用比重也越來越大，芯片測試既是集成電路產業鏈中的一環，也是驗證出廠的關鍵。芯片測試是分析芯片缺陷的最好工具，通過測試可以提高成品率，減少不必要的損失。
[0003]半導體芯片在制造完成之后，封裝之前需要對硅片上的芯片進行測試，選出完好的芯片進行封裝，測試的過程為:將測試探針放到芯片上，測試平臺給定輸入激勵信號，通過比較每個測試周期中芯片的實際輸出和理論上的期望輸出來鑒定芯片的質量。如圖1所不O
[0004]對芯片進行測試的主要部件有:探針卡、測試臺和測試系統。探針卡用來與芯片接觸保證芯片正常工作。測試臺用來精確的移動，保證探針卡和芯片的精確定位。測試系統用來運行具體的器件功能或者性能測試要求。
[0005]測試前先對測試系統預熱一段時間以保證測試的準確性和穩定性，減小溫度對測試的影響。測試過程包括參數設置、上下片、掃描、對針、測試和打點等主要過程。具體步驟為:
[0006]I上片，芯片固定在工作臺上，保證固定位置的準確可靠。
[0007]2傳輸，工作臺將芯片傳送到測試臺下。
[0008]3預定位，對芯片進行測試預定位，為下一步的準確定位做準備。
[0009]4對準，通過顯微鏡用肉眼觀察或者通過全自動晶片對準系統，使芯片和探針對準定位。
[0010]5測試，將測試探針卡降下或芯片抬升，使探針卡針腳接觸芯片，參數測試系統將電流或電壓輸入被測芯片，然后測量該器件對于此輸入信號的響應。
[0011]6測試結果，測試信號從測試儀通過電纜束至測試頭，再通過測試頭至探針卡，然后通過探針至芯片上的焊點，到達被測器件，并最后沿原路徑返回測試儀器。
[0012]7數據處理，將測試信號和預期值進行比較，判斷芯片是否合格。不合格品予以標明。
[0013]8收片，將測試后的芯片從工作臺上取下，按照芯片是否合格分別入庫。
[0014]上述步驟5中，現有測試設備的工作臺的驅動部分多為伺服電機，伺服馬達或步進電機等帶動滾動絲杠或滾珠絲杠，行程大，能夠滿足測試需求，但是其傳動機構的滾動絲杠在往復運動時不可避免的存在間隙和摩擦，定位精度和重復定位精度低，且頻響低，導致測試周期長。在業界中，測試的費用通常都是以測試時間來計算，測試時間愈長，測試的費用愈高。定位精度差導致測試探針和芯片的接觸應力不穩定，接觸電阻的變化又對測試精度產生很大影響。
[0015]測試時發現，部分硅片相隔一段時間，或者更換探針時進行反復測試，兩次初測的合格率相差較大，甚至會相差30% ο不僅給合格率分析帶來很大困難，測試合格率的說服力也不足。測試探針和芯片接觸點的接觸電阻測試時產生的波動是導致測試結果重復度差的主要原因。
[0016]高頻芯片的體積相比傳統芯片更小，其測試探針也更新精細，尺寸是微米級別的，普通的滾珠絲杠無法實現精確控制，在運動過程中容易壓壞芯片或者探針頭，測試探針損耗快，影響探針的使用壽命，無法滿足要求。
【發明內容】
[0017]本發明為了解決上述問題，本發明提出了一種微波毫米波芯片的可控的高頻響探針測試運動裝置，要解決的就是高頻芯片測試時探針和芯片接觸應力不可控、變化幅度大，測試時間長，測試精度低，測試難度大等問題。本裝置在現有裝置的基礎上增加一套精密位移裝置。將現有的一次性定位改為二次定位，要解決的就是微波毫米波芯片探針測試高精度、快響應問題。
[0018]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0019]一種微波毫米波芯片的可控的高頻響探針測試運動裝置，包括工控機、控制模塊、驅動機、伺服電機、精密位移裝置和光柵尺，精密位移裝置包括精密工作臺、驅動器1、壓電陶瓷和柔性鉸鏈，工控機連接控制模塊，控制模塊連接兩個驅動器，電機驅動器連接伺服電機，伺服電機的輸出位移通過編碼器反饋給驅動器，精密工作臺安裝在伺服電機的輸出端上，精密工作臺連接驅動器I，驅動器I控制壓電陶瓷，壓電陶瓷推動柔性鉸鏈，柔性鉸鏈連接工作臺，工作臺的位置通過光柵尺反饋給控制模塊，控制模塊根據工作臺的位置發送信號到兩個驅動器，將一次性定位轉變為二次定位。
[0020]本發明是在現有裝置的基礎上增加一套精密位移裝置，將現有的一次性定位改為電機帶動絲杠為粗定位，精密位移裝置為精定位的二次定位。
[0021]所述壓電陶瓷前端設有傳感器。
[0022]所述精密位移裝置以壓電陶瓷為驅動，以柔性鉸鏈為傳動機構。
[0023]所述壓電陶瓷作為動力裝置，利用壓電陶瓷的逆壓電效應來實現微小位移，改變壓電陶瓷的電壓，壓電陶瓷的長度隨之變化，且伸長量和電壓在一定范圍內成正比。
[0024]所述壓電陶瓷是把多個壓電陶瓷片疊加到一起，電路上并聯，結構上串聯。
[0025]所述柔性鉸鏈為兩邊對稱的雙平行四桿柔性鉸鏈。
[0026]所述柔性鉸鏈為杠桿機構將壓電陶瓷的位移進行放大。
[0027]所述壓電陶瓷在測試前需要對其預熱。
[0028]一種基于上述裝置的工作方法，包括以下步驟:
[0029](I)開啟電源，對測試間進行預熱，精定位系統的壓電陶瓷也同時預熱一定時間；
[0030](2)將芯片固定在工作臺上，保證固定位置的準確可靠，工作臺將芯片傳送到測試臺下，對芯片進行測試預定位；
[0031](3)通過顯微鏡用肉眼觀察或者通過全自動晶片對準系統，使芯片和探針對準定位；
[0032](4)工控機中的控制模塊接收工作臺的位置信號輸出位移信號到伺服電機的驅動器，驅動伺服電機運動，伺服電機的位移由編碼器返回伺服電機驅動器，確保伺服電機帶動的精密工作臺到達指定位置附近，伺服電機停止工作；控制模塊通過控制驅動器I控制壓電陶瓷的伸長推動柔性鉸鏈，壓電陶瓷自身傳感器反饋壓電陶瓷的實際位移，柔性鉸鏈將此位移放大推動測試臺運動到指定位置，光柵尺將測試臺的位置信號反饋給控制模塊，實時控制測試臺的位置；
[0033](5)測試儀對芯片進行測試。
[0034]所述步驟(5)中，控制模塊接收工作臺的位置信號輸出位移信號到壓電陶瓷驅動器，驅動器控制壓電陶瓷的伸長量，并通過壓電陶瓷自帶傳感器反饋壓電陶瓷的實際輸出量，驅動測試臺使探針卡針腳接觸芯片，通過傳感器實時反饋工作臺和芯片之前的距離，使得測試臺的位置更準確，能夠實現對探針卡和芯片間的距離準確控制，當探針和芯片接觸后，繼續運動，探針和芯片的變形產生接觸應力和接觸電阻，對位置精確控制可減小接觸電阻對測試結果的影響。
[0035]本發明的工作原理為:本發明針對現有探針測試裝置的不足，在其基礎上增加一套精密位移裝置。把傳統的單純靠電機帶動絲杠來控制探針和芯片的距離，改為電機帶動絲杠為粗定位，精密位移裝置為精定位的二次定位裝置，以保證對探針與芯片之間距離的精確控制，使測試的可靠性，平穩性更好。并且對同一批芯片，只需要粗定位一次，進行單個測試時，只需要進行精定位即可。精密定位裝置采用壓電陶瓷為驅動力，柔性鉸鏈為傳動機構，定位更精密可靠，測試速度增加，可大大縮短測試時間，提高測試效率；對芯片和探針的損傷更小，增加使用壽命，大大降低測試成本。
[0036]本發明的有益效果為:
[0037](I)精定位系統測試速度快，在不影響測試合格率的前提下，大大縮短測試周期，提高效率和產能，降低了測試成本；
[0038](2)精定位系統定位精度、重復定位精度高，在測試過程中，探針到芯片的距離是精確可控的，提尚測試精度；
[0039](3)精定位系統使探針卡針腳和芯片的接觸壓力是精確可控的，可提高測試精度和探針卡的使用壽命；
[0040](4)精定位系統可以高頻往復運動，放置標準芯片，可以快速測試探針卡使用壽命;
[0041](5)利用柔性鉸鏈的彈性變形來傳遞位移和力，外力去掉后靠內應力可實現自動回復，并且運動過程中沒有機械摩擦，免于磨損，減小了精度損失，能獲得很高的運動靈敏度，可實現高達納米級的精度；免裝配、體積小、免于潤滑，避免污染；
[0042](6)兩邊對稱的雙平行四桿柔性鉸鏈機構可以有效防止耦合位移，提高輸出位移的線性度，提高機構的傳動效率；
[0043](7)選用靈敏度高、響應快、高精度、高分辨率的位移傳感器，時時反饋探針尖端到芯片的距離，以便于控制模塊對驅動器和壓電陶瓷進行實時控制。
【附圖說明】
[0044]圖1為芯片測試原理框圖；
[0045]圖2為現有裝置工作臺控制示意圖；
[0046]圖3為粗、精二次定位工作臺控制示意圖；
[0047]圖4為單平行四桿柔性鉸