基于AOI和超声成像的半导体探针卡插针方法、装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于AOI和超声成像的半导体探针卡插针方法、装置、计算机设备和存储介质，方法包括：（1）获得标准插针路径、获得探针卡上下两段的探针孔位置偏差信息、（2）结合探针孔位置偏差信息在所述标准插针路径的基础上进行修正以获得探针卡中各个探针孔的实际探针插孔路径；（3）根据调整后的实际探针插孔路径，依次插针，完成插针动作。装置包括AOI图像获取模块、三维图像信息获取模块、PC控制模块。本发明专利技术采用AOI图像分析方法及三维成像方法，通过人工示教或机器智能AI分析的方法，确定实际探针插孔路径，保证探针的灵活运动；采用PC控制模块进行图像分析和路径分析方法，不断优化迭代插针路线，确保插针路线的最优性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
基于AOI和超声成像的半导体探针卡插针方法、装置


[0001]本专利技术涉及半导体芯片测试
，特别涉及一种用于高端探针卡生产的基于AOI和超声成像的半导体探针卡插针方法、装置、计算机设备和存储介质。

技术介绍

[0002]在半导体芯片生产过程中，需要用到探针卡对晶圆上芯片进行电测，探针卡的是用作芯片电极与测试仪的连接器。探针卡上的探针与芯片的电极接触，通过进行电气测试来判断该芯片的性能，从而判断通过还是不通过。
[0003]在晶圆的测试中高度依赖探针卡的可靠性，并且随着芯片制程的不断缩短，对高级探针卡的需求也越来越高。为了满足芯片测试需要，需要微小探针间距的探针卡。高级探针卡的特点就是小间距（30~50μm）、高定位精度、高频。
[0004]根据电测性能需要，直上直下的插针方法不适用高频率探针测试需求，所以探针被设计成弯曲结构，探针的形状可参考附图1所示，该探针具有在一个平面上的弯曲变形，定义该弯曲变形方向所在的平面为XZ平面。弯曲结构探针插入探针卡需要弯曲扭转插针，不能直接直上直下插针，成品探针卡及探针卡的其中一个探针空截面可参考附图2所示。在对目前弯曲结构探针的插针方法的研究过程以及实现本申请的过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在以下技术问题：1、由于探针卡分为上下两层探针卡（上探针卡、下探针卡），两层探针卡中具有各自上下对应的两段探针孔，上下探针卡的探针孔的孔截面是一致的，但是由于探针卡加工误差/上下探针卡安装误差等原因，导致上下探针孔会有一定的错位情况，而且由于没有两块探针卡完全相同，也就是说每块探针卡的错位情况也都不一样，因此无法参照常规的直上直下的插针方法来应用到弯曲结构探针的插针；2、目前弯曲结构探针的插针只能通过人手工实现，并且需要不断培训方可熟练插针，人操作具有一定随机性，由于每块探针卡的错位情况不一样，不能保证产品质量的一致性。
[0005]有鉴于此，如何解决由于弯曲探针的特殊结构在其插针时存在的只能通过人手工实现、不能保证产品质量的一致性等问题，便成为本专利技术所要研究解决的课题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于AOI和超声成像的半导体探针卡插针方法、装置、计算机设备和存储介质。
[0007]为达到上述目的，本专利技术第一方面提出了一种基于AOI和超声成像的半导体探针卡插针方法，用于弯曲结构探针的插针，该探针具有在一个平面上的弯曲变形，定义该弯曲变形方向所在的平面为XZ平面，其创新点在于，所述方法包括以下步骤：（1）获得标准插针路径、获得错位信息以一块具有标准上下两段探针孔的探针卡为模版，沿标准上下两段探针孔的XZ平
面处剖开，光学检测获取标准上下两段探针孔的截面图像信息；控制机械手往标准上下两段探针孔中运动插针，获取插针过程中连续时序下标准上下两段探针孔截面图像中探针与探针孔的位置信息，并对该信息进行判定：若探针距离孔壁的距离在设定值范围内，则判定当前时序下的动作为正确的插针运动示教点，将该插针运动示教点记录下来并执行下一步动作；若探针距离孔壁的距离不在设定值范围内，则调整机械手插入插针的位置，重新进行该插针运动示教点的确定；重复以上步骤直至探针完全正确地插入探针孔中，按照时序拟合所有的插针运动示教点形成为标准插针路径；对要插针的探针卡进行超声波三维成像，以获得该探针卡上每一个实际的上下两段探针孔的三维图像信息，根据三维图像信息与标准上下两段探针孔的截面图像信息进行对比，获得该探针卡上每一个实际的上下两段探针孔相对标准上下两段探针孔的位置偏差信息，记做错位信息；（2）插针路径修正若探针卡上探针孔的所述错位信息的数值为零时，则对该探针孔直接采用所述标准插针路径；若探针卡上探针孔的所述错位信息的数值不为零时，则结合该错位信息在所述标准插针路径的基础上进行修正，从而获得探针卡上各个探针孔所对应的实际插针路径；（3）插针执行按照第（2）步获得的实际插针路径，对各个探针孔完成插针动作。
[0008]本专利技术第二方面提出了一种基于AOI和超声成像的半导体探针卡插针装置，所述装置包括：AOI图像获取模块，用于光学检测获取标准上下两段探针孔的截面图像信息、获取插针过程中连续时序下标准上下两段探针孔截面图像中探针与探针孔的位置信息；三维图像信息获取模块，用于获得探针卡上每一个实际的上下两段探针孔的三维图像信息；PC控制模块，用于根据获取的连续时序下标准上下两段探针孔截面图像中探针与探针孔的位置信息来判定探针距离孔壁的距离是否在设定值范围，控制机械手调整位置；用于记录插针运动示教点，按照时序拟合所有的插针运动示教点形成为标准插针路径；根据三维图像信息与标准上下两段探针孔的截面图像信息进行对比，获得该探针卡上每一个实际的上下两段探针孔相对标准上下两段探针孔的位置偏差信息；用于结合错位信息在所述标准插针路径的基础上进行修正，从而获得探针卡上各个探针孔所对应的实际插针路径；按照实际插针路径转换得到探针操作指令；探针操作模组，用于按PC控制模块输出的探针操作指令抓取探针并将探针插入探针卡中。
[0009]本专利技术第三方面提出了一种基于AOI和超声成像的半导体探针卡插针方法的计算机设备，计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时本专利技术第一方面所述的方法的步骤。
[0010]本专利技术第四方面提出了一种基于AOI和超声成像的半导体探针卡插针方法的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行本专利技术第一方面所述的方法的步骤。
[0011]本专利技术的有关内容解释如下：1.通过本专利技术的上述技术方案的实施，用以解决弯曲探针的自动插针技术难题：（1）替代人工插针，实现机器稳定、批量的探针卡生产；（2）采用AOI图像分析方法，通过人工示教或机器智能AI分析的方法，确定插针路线；（3）针对上下探针卡安装错位、探针卡探针孔加工误差等，采用超声的方法，生成三维探针孔图像，结合AOI确定的路线，针对每个孔位进行路线微调整；（4）七自由度机械手仿形设计，可以控制探针进行X方向、Y方向、Z方向运动，在XY平面、XZ平面、YZ平面旋转，X方向抓取运动用于抓取和松开探针，从而保证探针的灵活运动，在执行每一步的插针动作时，由机械手控制探针在X方向、Y方向平移以及XZ平面摆动，以此完成探针的姿态调整；（5）采用PC进行图像分析和路径分析方法，不断优化迭代插针路线，确保插针路线的最优性。
[0012]2. 在上述第一方面的技术方案中，以一块具有标准上下两段探针孔的探针卡为模版，此处探针卡为具有上下两层探针孔的探针卡，且存在上下两层的探针孔之间没有Z方向正投影上的错位，将此处的上下两段探针孔定义为标准上下两段探针孔。
[0013]3. 在上述第一方面的技术方案中，基于AOI光学检测方法获取所述标准上下两段探针孔的截面图像信息以及该截面图像中探针与探针孔的位置信息；所述标准上下两段探针孔的截面图像信息包括上下两段探针孔在截面形状下的坐标信息；所述标准上下两段探本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种基于AOI和超声成像的半导体探针卡插针方法，用于弯曲结构探针的插针，该探针具有在一个平面上的弯曲变形，定义该弯曲变形方向所在的平面为XZ平面，其特征在于，所述方法包括以下步骤：（1）获得标准插针路径、获得错位信息以一块具有标准上下两段探针孔的探针卡为模版，沿标准上下两段探针孔的XZ平面处剖开，光学检测获取标准上下两段探针孔的截面图像信息；控制机械手往标准上下两段探针孔中运动插针，获取插针过程中连续时序下标准上下两段探针孔截面图像中探针与探针孔的位置信息，并对该信息进行判定：若探针距离孔壁的距离在设定值范围内，则判定当前时序下的动作为正确的插针运动示教点，将该插针运动示教点记录下来并执行下一步动作；若探针距离孔壁的距离不在设定值范围内，则调整机械手插入插针的位置，重新进行该插针运动示教点的确定；重复以上步骤直至探针完全正确地插入探针孔中，按照时序拟合所有的插针运动示教点形成为标准插针路径；对要插针的探针卡进行超声波三维成像，以获得该探针卡上每一个实际的上下两段探针孔的三维图像信息，根据三维图像信息与标准上下两段探针孔的截面图像信息进行对比，获得该探针卡上每一个实际的上下两段探针孔相对标准上下两段探针孔在XZ平面上的位置偏差信息，记做错位信息；（2）插针路径修正若探针卡上探针孔的所述错位信息的数值为零时，则对该探针孔直接采用所述标准插针路径；若探针卡上探针孔的所述错位信息的数值不为零时，则结合该错位信息在所述标准插针路径的基础上进行修正，从而获得探针卡上各个探针孔所对应的实际插针路径；（3）插针执行按照第（2）步获得的实际插针路径，对各个探针孔完成插针动作。2.根据权利要求1所述的基于AOI和超声成像的半导体探针卡插针方法，其特征在于：基于AOI光学检测方法获取所述标准上下两段探针孔的截面图像信息以及该截面图像中探针与探针孔的位置信息；所述标准上下两段探针孔的截面图像信息包括上下两段探针孔在截面形状下的坐标信息；所述标准上下两段探针孔截面图像中探针与探针孔的位置信息为探针相对标准上下两段探针孔孔壁的间距值信息以及探针在标注探针孔中的坐标信息；基于超声成像获取探针卡上每一个实际的上下两段探针孔的三维图像信息；所述实际的上下两段探针孔三维图像信息包括探针孔形状的三维坐标信息；所述错位信息包括该探针卡上实际上下两段的探针孔与标准上下两段探针孔的坐标偏差，所述坐标偏差包括X向偏差值、Z向偏差值。3.根据权利要求2所述的基于AOI和超声成像的半导体探针卡插针方法，其特征在于：在所述获得标准插针路径的步骤中，在控制机械手往标准上下两段探针孔中运动插针的过程中记录插针运动示教点时同样记录该插针运动示教点下探针在探针孔中的坐标信息；在所述插针路径修正步骤中，每一个上下两段的探针孔根据所述X向偏差值、Z向偏差值来对应修正在每个插针运动示教点下探针在探针孔中的坐标，以获得修正的实际运动点，按照时序拟合该探针孔位置处所有的实际运动点，以形成所述实际探针插孔路径；
在所述插针执行步骤中，所述机械手根据实际运动点下探针的不同姿态来对应调整机械手的运动指令信息。4.根据权利要求3所述的基于AOI和超声成像的半导体探针卡插针方法，其特征在于：所述方法中是通过人工示教路径确定方法来获得标准插针路径的，所述人工示教路径确定方法的步骤如下：先将插针动作设定为若干步；由机械手抓取探针；人手控制机械手运动插针；人手动控制机械手到探针孔上方，通过AOI光学检测方法，分析不同时间下探针距离一侧探针孔壁的距离，当距...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐兴光，于海超，
申请(专利权)人：强一半导体苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：