一种探针卡多性能全流程自动化测试方法、系统及装置与流程

本发明涉及半导体测试，具体涉及一种探针卡多性能全流程自动化测试方法、系统及装置。

背景技术：

1、探针卡是由探针（probe pin）、电子元件（component）、线材（wire）与印刷电路板（pcb）组成的一种测试接口，根据不同的情况，还会有电子元件、补强板（stiffener）等的需求，主要对裸芯进行测试，即wafer level测试。晶圆测试时，被测对象安置于探针台之上，然后用探针卡上的探针与芯片上的焊垫或凸块直接接触，引出测试机（atomic testequipment, ate）产生的芯片讯号施加于被测器件之上，并将被测器件中的反馈信号传输回ate，从而完成整个测试。测出、筛选出不良晶圆后，再进行封装。

2、探针卡上的探针是被测芯片和测试机之间的关键接口，在晶圆测试中，探针的性能差异不仅能够影响晶圆的测试结果，还能够影响测试效率。测试探针质量的好坏，很大程度影响了测试的准确性以及可重复性。为了确保探针的质量，对探针进行检测是半导体器件生产过程中的必要环节。

3、探针的性能测试包括机械性能和电气性能的测试，主要分为弹力测试和动态阻抗检测两项检测内容。目前的自动化检测设备检测功能较单一，一次只能对弹簧探针的某一种性能进行测试，此外，这种检测设备每次只测量一个弹簧探针，实现全面检测则需要多台检测设备或进行多次检测，检测成本高且效率低，功能单一。

4、对于不同的产品和应用环境有不同的应用需求，探针卡的种类繁多，各产品之间存在较大的多样性和差异性，对于检测设备来说也需要较高的兼容性，同时，为探针检测提供更多的测试项目。

技术实现思路

1、有鉴于此，有必要提供一种快速高效、测试结果精准的探针卡多性能全流程自动化测试方法、系统及装置。

2、一种探针卡多性能全流程自动化测试方法，所述方法包括以下步骤：

3、步骤一，开机自检及设备复位；

4、步骤二，设备校准；对探针卡固定板和测试平台进行水平校准和高度校准，对压力传感器进行压力值校准，对压力探针和电性探针进行位置校准和高度校准；

5、步骤三，探针性能测试；测试探针的针尖位置、针压、接触电阻、漏电性能，以及探针的水平测试针元配线测试；

6、步骤四，探针的老化测试；

7、步骤五，探针的针尖清洁研磨。

8、优选地，所述步骤二中的对探针卡固定板和测试平台进行水平校准的具体步骤包括：

9、步骤21，将定位设备的xyz轴设备归零，在探针卡固定板或者测试平台上安装校准板；

10、步骤22，将量表放在第一个孔内，上调z轴，量表到达固定的位置后停止上升z轴，并记录第一个位置的高度；

11、步骤23，把量表放在第二个孔内，上调z轴，量表到达固定的位置后停止上升z轴，并记录第二个位置的高度；

12、步骤24，把量表放在第三个孔内，上调z轴，量表到达固定的位置后停止上升z轴，并记录第三个位置的高度；

13、步骤25，依次把量表放在第一孔位，调表到零位，记录第一孔位的当前高度；把量表放在第二孔位，调表到零位，记录第二孔位的当前高度；把量表放在第三孔位，调表到零位，记录第三孔位的当前高度；

14、步骤26，点击母板水平测试，图形上三个红色点变为绿色点，说明校准完成；校准失败则需重新操作一遍，直到校准完成。

15、优选地，所述步骤二中的对探针卡固定板和测试平台进行高度校准的具体步骤包括：

16、步骤27，将定位设备的xyz轴设备归零，在探针卡固定板的下表面安装具有限位柱的校准板；

17、步骤28，测量并记录校准板与测试平台之间的距离和限位柱的高度；

18、步骤29，执行“firsttouch”命令，测试平台向上移动，尝试接触限位柱，并计算探针卡固定板和测试平台的安全高度。

19、优选地，所述步骤三中的探针性能测试的具体步骤包括：

20、步骤31，加载针卡数据；

21、步骤32，执行“firsttouch”命令，首次接触到探针后，记录测试平台的实际高度，测试平台返回安全位置；

22、步骤33，确定标志针；根据标志针的die编号和pad编号，自动生成探针编号；

23、步骤34，定位标志针，并确认各个探针位置；

24、步骤35，完成各个测试项目，并保存测试数据；

25、步骤36，测试完成后，设备复位。

26、优选地，所述测试项目包括位置针尖、针压测试、接触电阻测试、漏电测试、水平测试和针元配线测试。

27、优选地，所述步骤四中的探针的老化测试的具体步骤包括：

28、步骤41，设置循环测试次数；

29、步骤42，选择循环测试项目；

30、具体地，循环测试项目可以选择探针的测试项目中的一项或者多项。

31、步骤43，首先进行一次位置及针尖测试，然后执行选中的探针的测试项目；

32、步骤44，记录测试数据，计算循环次数减1后是否为零，若不为零则转向步骤43，若为零则转向步骤45；

33、步骤45，退出循环测试，并输出全部测试数据。

34、优选地，所述步骤五中的探针的针尖清洁研磨的具体步骤包括：

35、步骤51，设置研磨参数，包括清针纸厚度、研磨长度、研磨分组、单组研磨圈数和研磨直径；

36、步骤52，在测试平台上滴少许酒精，将清针纸平铺在测试平台上，并用刮水板刮平，使清针纸无气泡；

37、步骤53，测试平台旋转，对探针针尖进行研磨；

38、步骤54，每组研磨圈数完成后，测试平台对探针的针尖进行检测；

39、步骤55，针尖的研磨长度达到预定值后，研磨结束。

40、以及，一种探针多性能测试系统，用于实施如上所述的探针卡多性能全流程自动化测试方法，所述系统包括：

41、设备校准单元，用于对探针卡固定板和测试平台进行水平校准和高度校准，对压力传感器进行压力值校准，对压力探针和电性探针进行位置校准和高度校准；

42、探针性能测试单元，用于测试探针的针尖位置、针压、接触电阻、漏电性能，以及探针的水平测试针元配线测试；

43、探针老化测试单元，用于探针的老化测试；

44、针尖研磨单元，用于对探针针尖的清洁研磨。

45、以及，一种探针多性能测试装置，用于实现如上所述的探针卡多性能全流程自动化测试方法，所述测试装置包括：

46、探针卡模组，用于测试时固定探针；所述探针卡模组包括探针卡固定板、固定板校准模块，所述探针卡固定板用于固定设置多个待测探针，所述固定板校准模块用于所述探针卡固定板的水平校准和高度校准；

47、探针测试模组，用于测试探针的机械性能和电气性能；所述探针测试模组包括测试平台和设置于所述测试平台上的电性能测试机构及压力测试机构、以及视觉检测机构，所述测试平台用于与待测探针接触，以便于所述电性能测试机构和所述压力测试机构对待测探针进行测试，所述视觉检测机构用于对待测探针进行视觉检测；

48、xyz运动模组，包括固定板定位机构和测试模组定位机构，所述固定板定位模块用于测试时对所述探针卡固定板进行调整和定位，所述测试模组定位机构用于测试时所述探针测试模组的位置调整和定位。

49、优选地，所述探针测试模组安装于所述测试模组定位机构上方，并随所述测试模组定位机构运动；所述测试模组定位机构包括自下而上依次设置的y轴模组、x轴模组和z轴模组，其中，x轴模组和y轴模组带动所述探针测试模组在水平方向移动，z轴模组带动所述探针测试模组在竖直方向移动；所述视觉检测机构设于所述测试平台下方，所述视觉检测机构包括摄像头和一个光学元件，所述摄像头采用远心镜头，所述光学元件与所述远心镜头对应设置，以改变探针卡的针尖反射的光线，使所述远心镜头获取探针卡的针尖图像。

50、上述探针卡多性能全流程自动化测试方法、系统及装置中，首先，完成对设备自身的校准，将校准板安装于所述探针卡固定板上，对所述探针卡固定板和所述测试平台进行水平校准和高度校准，同时完成对压力探针和电性探针的校准；然后完成对探针的性能检测，将待测探针卡固定安装于所述探针卡模组上，由所述探针测试模组对探针卡进行位置针尖、针压测试、接触电阻测试、漏电测试、水平测试和针元配线测试等多项测试；最后完成对探针的老化测试和探针针尖清洁研磨。能够同时对多个探针进行多功能检测和针尖清洁，从而节约了人工成本，并提高了检测效率和检测结果的准确率。一次性完成探针卡的全流程测试，提高了测试效率，同时降低了测试成本。本发明的结构简洁，计算方法合理、精确、高效，易于实现，成本低廉，便于推广。