链运动示意图；
[0048]图5为两边对称的双平行四杆柔性铰链运动示意图；
[0049]图6为柔性铰链杠杆机构结构示意图；
[0050]图7为精定位装置示意图。
【具体实施方式】
:
[0051]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0052]本发明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。图3为其控制示意图，精密定位装置以压电陶瓷为驱动，以柔性铰链为传动机构。
[0053]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，可以提供高频，高精度的往复运动，精度可达10nm，频率高达2KHz。单片的压电陶瓷输出位移较小，层叠式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，这样就可以把多个陶瓷片的位移叠加，只用较小的电压就可以产生较大的位移量。压电陶瓷的前端带有传感器，反馈压电陶瓷的伸长量。欲保证工作台有足够高的精度，除了选择高精度驱动器外，传动机构也需要有高精度作保证。
[0054]柔性铰链作为传动装置，柔性铰链是一种弹性支撑，利用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。
[0055]如图4所示，单个柔性铰链在推力F的作用下，发生弹性变形，水平位移为S时，垂直方向也产生位移d，可见单个柔性铰链在运动时不可避免的在纵向产生耦合位移，在位移较大时附加位移也较大，影响机构的定位精度，采用图5所示的两边对称的双平行四杆柔性铰链机构在推力F的作用下，发生弹性变形时，只有水平位移S，在垂直方向没有变形，采用此结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。
[0056]合理的设计柔性铰链杠杆结构可以将压电陶瓷的输出位移放大，如图6所示，压电陶瓷输入位移为SI，输出位移为S2，S2 = (L1+L2)/L1*S1，这样可以有效的减小压电陶瓷的体积和电容，降低其充放电所需时间，提高装置的响应速度。
[0057]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。
[0058]精定位装置示意图如图7所示，为了保证精定位装置的可靠，需要对压电陶瓷和柔性铰链进行预载，不仅可以保护压电陶瓷，消除柔性铰链机构中剪切力的影响，还可以提高机构响应速度。同时测试前也需要对压电陶瓷预热，保证输出位移的线性度和稳定性。
[0059]一种用于测试微波毫米波芯片的可控的高精度高频响探针测试运动装置，包括以下步骤:
[0060]a、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段时间；
[0061]b、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。
[0062]C、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。
[0063]d、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测试位置附近，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输出量，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。
[0064]e、测试仪对芯片进行测试。
[0065]测试台的粗、精二次定位，对探针和芯片的距离可实现精确控制，能够输出精度高达纳米级的位移，频响范围宽，甚至可以达到几千赫兹，往复运动无间隙、无机械摩擦，能获得很高的运动灵敏度，可实现高精度运动，传动机构采用对称结构，耦合误差小。
[0066]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.一种微波毫米波芯片的可控的高频响探针测试运动装置，其特征是: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。
2.如权利要求1所述的一种微波毫米波芯片的可控的高频响探针测试运动装置，其特征是:所述压电陶瓷前端设有传感器。
3.如权利要求1所述的一种微波毫米波芯片的可控的高频响探针测试运动装置，其特征是: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。
4.如权利要求1所述的一种微波毫米波芯片的可控的高频响探针测试运动装置，其特征是: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。
5.如权利要求1所述的一种微波毫米波芯片的可控的高频响探针测试运动装置，其特征是: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。
6.如权利要求1所述的一种微波毫米波芯片的可控的高频响探针测试运动装置，其特征是:所述压电陶瓷在测试前需要对其预热。
7.如权利要求1所述的一种微波毫米波芯片的可控的高频响探针测试运动装置，其特征是:所述柔性铰链为两边对称的双平行四杆柔性铰链。
8.如权利要求1所述的一种微波毫米波芯片的可控的高频响探针测试运动装置，其特征是:所述柔性铰链为杠杆机构，将压电陶瓷的位移进行放大。
9.一种基于如权利要求1-8中任一项所述的装置的工作方法，其特征是:包括以下步骤: (1)开启电源，对精定位系统的压电陶瓷进行预热； (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； (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； (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测试位置附近，伺服电机停止工作； (5)控制模块通过控制驱动器I控制压电陶瓷伸长推动柔性铰链，压电陶瓷自身传感器反馈压电陶瓷的实际输出量，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。
10.如权利要求9所述的工作方法，其特征是: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。
【专利摘要】本发明公开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，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I、压电陶瓷和柔性铰链，工控机连接控制模块，控制模块连接驱动器，驱动器连接伺服电机，伺服电机通过编码器连接驱动器，伺服电机连接精密工作台，精密工作台连接驱动器I，驱动器I连接压电陶瓷，压电陶瓷连接柔性铰链，柔性铰链连接工作台，工作台通过光栅尺连接控制模块，驱动器I连接控制模块，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。该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。
【IPC分类】G01R31-26
【公开号】CN104793121
【申请号】CN201510203215
【发明人】张文兴, 赵树伟, 吴强, 王加路, 曲志明, 马建壮
【申请人】中国电子科技集团公司第四十一研究所
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月23日