全自动探针台图像定位装置及视觉对准方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种全自动探针台图像定位装置及视觉对准方法，包括基座，设于基座上的XY平台、第一相机支架和向下开口的U形支撑架；第一相机支架上设有第一相机，XY平台上设有载片台和第二相机支架，U形支撑架上设有探针卡，载片台上设有晶圆，晶圆上设有m块被检测芯片，每块芯片设有n个焊盘，第二相机支架上设有第二相机和可水平伸缩的气缸。本发明专利技术具有能够根据针痕的位置对探针台的运动部件误差进行补偿，提高了设备的精度；能够自主完成对针操作，对针成功率高，效率高，为准确检测芯片提供了可靠基础的特点。

【技术实现步骤摘要】
全自动探针台图像定位装置及视觉对准方法
本专利技术涉及集成电路测试设备
，尤其是涉及一种对针精度高、效率高的全自动探针台图像定位装置及视觉对准方法。
技术介绍
晶圆测试是集成电路制造的一道重要工序，准确的测试能够及时剔除不良品，减少封装测试成本的浪费，提高产品良率。探针台是用于晶圆测试的设备，与测试机连接后能够自动完成对集成电路的电性能测试。探针台的主要功能是实现晶圆焊盘与探针卡针尖的精密对位，即对针。对针的准确度对测试结果有重要影响。如今，视觉系统已广泛应用于自动化生产线，利用图像的模板识别、自动定位、尺寸测量等功能，引导设备自动进行校准、加工、测试等动作。由于图像坐标系与工作台坐标系并不相同，因此，必须建立图像坐标系与工作台坐标系间的精准映射关系，映射关系的准确性直接决定设备的性能。现有的视觉对准系统存在映射关系不准确，设备定位精度低等问题，不能满足探针台的功能需求。中国专利授权公开号：CN103486969A，授权公开日2014年1月1日，公开了一种机器视觉对准方法，包括如下步骤：固定第一相机和分辨率高于所述第一相机的第二相机；对所述第一相机和第二相机进行标定，确定相机坐标系与待对准对象的物理位置坐标系之间的坐标转换关系；在待对准对象上选定粗对准标记点和精对准标记点，在所述粗对准标记点上选定至少一个第一特征点，在所述精对准标记点上选定至少两个第二特征点，并分别指定所述第一特征点和第二特征点的目标物理位置坐标；利用所述第一相机采集待对准对象的粗对准标记点的图像。该专利技术的不足之处是，功能单一，无法用于探针台图像定位装置的视觉对准。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是为了克服现有技术中的探针台对针精度低、效率低的不足，提供了一种对针精度高、效率高的全自动探针台图像定位装置及视觉对准方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种全自动探针台图像定位装置，包括基座，设于基座上的XY平台、第一相机支架和向下开口的U形支撑架；第一相机支架上设有第一相机，XY平台上设有载片台和第二相机支架，U形支撑架上设有探针卡，载片台上设有晶圆，晶圆上设有m块被检测芯片，每块芯片设有n个焊盘，第二相机支架上设有第二相机和可水平伸缩的气缸，气缸的伸缩杆端部与标定块连接，标定块下表面位于第二相机上表面的上方，标定块上表面位于第一相机下表面的下方，探针卡上设有n个探针，晶圆位于第一相机下方，基座通过驱动装置与XY平台连接，XY平台通过旋转升降装置与载片台连接，驱动装置、旋转升降装置、第一相机、气缸、各个探针、第二相机均与计算机电连接。驱动装置用于带动XY平台移动，从而带动载片台和第二相机移动；旋转升降装置用于带动载片台升降及旋转，标定块可在气缸的带动下移动至第一相机下方及第二相机上方，晶圆上分布有待测芯片。各个探针扎到各个焊盘上后，各个探针和各个焊盘形成电连接，计算机可以根据各个探针上信号的变化，对被测芯片的质量好坏做出判断。每个芯片有n个焊盘，焊盘分布在芯片的外缘，具体的分布方式根据芯片的类型而定。对应于n个焊盘，探针卡上相应的分布有n根探针，探针的分布与焊盘分布一致，以保证焊盘与探针能够准确对位。只有各个探针的针尖与各个焊盘精确对准，才能保证焊盘与针尖的可靠电气连接，计算机才能根据针尖上的信号判断芯片的质量是否合格，从而使不合格的芯片被检测出来，后道封装时可将不合格芯片及时剔除，减少封测成本的浪费，提高芯片的良率。与传统的视觉对准方法相比，本专利技术能够借助视觉系统自主建立图像坐标系与工作台坐标系间的坐标转换关系；能够根据针痕的位置对探针台的运动部件误差进行补偿，提高了设备的精度；能够自主完成对针操作，对针成功率高，效率高，为准确检测芯片提供了可靠基础。作为优选，所述驱动装置包括x轴直线电机和y轴直线电机，x轴直线电机和y轴直线电机均与计算机电连接；所述XY平台上设有竖槽，所述旋转升降装置位于竖槽中，旋转升降装置包括用于带动载片台旋转的旋转电机和用于带动载片台升降的升降结构；所述升降结构包括设于旋转电机下部的永磁铁和设于竖槽底部的电磁铁，永磁铁下表面上设有缓冲垫，电磁铁与计算机电连接。计算机可以控制电磁铁的磁极改变，需要载片台上升时，使电磁铁和永磁铁相近端极性相同，从而使旋转电机上升，旋转电机的转轴与载片台连接，用于带动载片台旋转。竖槽的内侧壁上设有至少2条导向槽，旋转电机上设有与每条导向槽相配合的滑块，各条导向槽上端均设有挡板。作为优选，所述标定块包括支撑条和透光玻璃，所述透光玻璃上刻有宽度为0.10至0.24mm的十字光标。作为优选，第一相机和第二相机均包括可切换的高倍镜头和低倍镜头。一种全自动探针台图像定位装置的视觉对准方法，包括如下步骤：(5-1)相机标定：获得第一相机坐标系与工作台坐标系的坐标转换关系，第二相机坐标系与工作台坐标系的坐标转换关系，修正第一相机坐标系、第二相机坐标系原点间的位置偏差；(5-2)焊盘位置获取与校准：获取晶圆上的各个焊盘在工作台坐标系中的坐标，并使焊盘的排列方向与工作台X轴方向一致；(5-3)探针针尖位置获取与对针：获取各个探针针尖在工作台坐标系中的坐标，各个探针针尖的排列方向与工作台X轴间的夹角，并使焊盘的排列方向与探针针尖的排列方向一致；(5-4)针痕检查与位置补偿：根据针痕位置确定角度修正值与XY方向的位置补偿值。作为优选，所述获得第一相机坐标系与工作台坐标系的坐标转换关系包括如下步骤：(6-1-1)将晶圆从载片台上取下，计算机通过驱动装置控制XY平台移动，第一相机拍摄载片台的图像；计算机在拍摄的图像中查找设于载片台上的特征字符位于A点，记录A点的图像坐标值和工作台坐标值；(6-1-2)计算机控制XY平台沿X轴方向移动Δx，沿Y轴方向移动Δy，计算机在第一相机拍摄的载片台图像中找到特征字符位于A′点，记录下A′点的图像坐标值与工作台坐标值；(6-1-3)计算机利用下述公式计算图像坐标系与工作台坐标系间的像素转换因子：其中，ReX是X轴的像素转换因子，ReY是Y轴的像素转换因子，M1X是A点在X轴方向的工作台坐标值，M2X是A′点在X轴方向的工作台坐标值，M1Y是A点在Y轴方向的工作台坐标值，M2Y是A′点在Y轴方向的工作台坐标值，m1x是A点在X轴方向的图像坐标值，m2x是A′点在X轴方向的图像坐标值，m1y是A点在Y轴方向的图像坐标值，m2y是A′点在Y轴方向的图像坐标值；(6-1-4)计算机利用公式计算第一相机坐标系与工作台坐标系X轴间的角度偏差值Δθ，利用公式计算第一相机坐标系原点的工作台坐标值OX，OY；(6-1-5)得到第一相机坐标系与工作台坐标系间的坐标转换关系：其中，DX是X轴方向的工作台坐标值，DY是Y轴方向的工作台坐标值；dx是X轴方向的图像坐标值，dy是Y轴方向的图像坐标值；所述获得第二相机坐标系与工作台坐标系的坐标转换关系包括如下步骤：(6-2-1)计算机通过驱动装置控制XY平台移动，第二相机拍摄第一相机外壳图像；计算机在拍摄的图像中找到设于第一相机外壳上的十字线位于B点，记录B点的图像坐标值和工作台坐标值；(6-2-2)计算机控制XY平台沿X轴方向移动Δx，沿Y轴方向移动Δy，计算机在第二相机拍摄的第一相机外壳图像中找到十字线位于B′点，记录下B′点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全自动探针台图像定位装置，其特征是，包括基座(1)，设于基座上的XY平台(2)、第一相机支架(3)和向下开口的U形支撑架(4)；第一相机支架上设有第一相机(5)，XY平台上设有载片台(6)和第二相机支架(7)，U形支撑架上设有探针卡(8)，载片台上设有晶圆(11)，晶圆上设有m块被检测芯片，每块芯片设有n个焊盘，第二相机支架上设有第二相机(12)和可水平伸缩的气缸(9)，气缸的伸缩杆端部与标定块(10)连接，标定块下表面位于第二相机上表面的上方，标定块上表面位于第一相机下表面的下方，探针卡上设有n个探针(81)，晶圆位于第一相机下方，基座通过驱动装置(13)与XY平台连接，XY平台通过旋转升降装置(14)与载片台连接，驱动装置、旋转升降装置、第一相机、气缸、各个探针、第二相机均与计算机(16)电连接。

【技术特征摘要】
1.一种全自动探针台图像定位装置的视觉对准方法，全自动探针台图像定位装置包括基座(1)，设于基座上的XY平台(2)、第一相机支架(3)和向下开口的U形支撑架(4)；第一相机支架上设有第一相机(5)，XY平台上设有载片台(6)和第二相机支架(7)，U形支撑架上设有探针卡(8)，载片台上设有晶圆(11)，晶圆上设有m块被检测芯片，每块芯片设有n个焊盘，第二相机支架上设有第二相机(12)和可水平伸缩的气缸(9)，气缸的伸缩杆端部与标定块(10)连接，标定块下表面位于第二相机上表面的上方，标定块上表面位于第一相机下表面的下方，探针卡上设有n个探针(81)，晶圆位于第一相机下方，基座通过驱动装置(13)与XY平台连接，XY平台通过旋转升降装置(14)与载片台连接，驱动装置、旋转升降装置、第一相机、气缸、各个探针、第二相机均与计算机(16)电连接；其特征是，包括如下步骤：(1-1)相机标定：获得第一相机坐标系与工作台坐标系的坐标转换关系，第二相机坐标系与工作台坐标系的坐标转换关系，修正第一相机坐标系、第二相机坐标系原点间的位置偏差；(1-2)焊盘位置获取与校准：获取晶圆上的各个焊盘在工作台坐标系中的坐标，并使焊盘的排列方向与工作台X轴方向一致；(1-3)探针针尖位置获取与对针：获取各个探针针尖在工作台坐标系中的坐标，各个探针针尖的排列方向与工作台X轴间的夹角，并使焊盘的排列方向与探针针尖的排列方向一致；(1-4)针痕检查与位置补偿：根据针痕位置确定角度修正值与XY方向的位置补偿值。2.根据权利要求1所述的全自动探针台图像定位装置的视觉对准方法，其特征是，所述驱动装置包括x轴直线电机(131)和y轴直线电机(132)，x轴直线电机和y轴直线电机均与计算机电连接；所述XY平台上设有竖槽(15)，所述旋转升降装置位于竖槽中，旋转升降装置包括用于带动载片台旋转的旋转电机(141)和用于带动载片台升降的升降结构(142)；所述升降结构包括设于旋转电机下部的永磁铁(1421)和设于竖槽底部的电磁铁(1422)，永磁铁下表面上设有缓冲垫，电磁铁与计算机电连接。3.根据权利要求1所述的全自动探针台图像定位装置的视觉对准方法，其特征是，所述标定块包括支撑条(101)和透光玻璃(102)，所述透光玻璃上刻有宽度为0.10mm至0.24mm的十字光标(103)。4.根据权利要求1或2或3所述的全自动探针台图像定位装置的视觉对准方法，其特征是，第一相机和第二相机均包括可切换的高倍镜头和低倍镜头。5.根据权利要求1所述的全自动探针台图像定位装置的视觉对准方法，其特征是，所述获得第一相机坐标系与工作台坐标系的坐标转换关系包括如下步骤：(5-1-1)将晶圆从载片台上取下，计算机通过驱动装置控制XY平台移动，第一相机拍摄载片台的图像；计算机在拍摄的图像中查找设于载片台上的特征字符位于A点，记录A点的图像坐标值和工作台坐标值；(5-1-2)计算机控制XY平台沿X轴方向移动Δx，沿Y轴方向移动Δy，计算机在第一相机拍摄的载片台图像中找到特征字符位于A′点，记录下A′点的图像坐标值与工作台坐标值；(5-1-3)计算机利用下述公式计算图像坐标系与工作台坐标系间的像素转换因子：其中，ReX是X轴的像素转换因子，ReY是Y轴的像素转换因子，M1X是A点在X轴方向的工作台坐标值，M2X是A′点在X轴方向的工作台坐标值，M1Y是A点在Y轴方向的工作台坐标值，M2Y是A′点在Y轴方向的工作台坐标值，m1x是A点在X轴方向的图像坐标值，m2x是A′点在X轴方向的图像坐标值，m1y是A点在Y轴方向的图像坐标值，m2y是A′点在Y轴方向的图像坐标值；(5-1-4)计算机利用公式计算第一相机坐标系与工作台坐标系X轴间的角度偏差值Δθ，利用公式计算第一相机坐标系原点的工作台坐标值OX，OY；(5-1-5)得到第一相机坐标系与工作台坐标系间的坐标转换关系：其中，DX是X轴方向的工作台坐标值，DY是Y轴方向的工作台坐标值；dx是X轴方向的图像坐标值，dy是Y轴方向的图像坐标值；所述获得第二相机坐标系与工作台坐标系的坐标转换关系包括如下步骤：(5-2-1)计算机通过驱动装置控制XY平台移动，第二相机拍摄第一相机外壳图像；计算机在拍摄的图像中找到设于第一相机外壳上的十字线位于B点，记录B点的图像坐标值和工作台坐标值；(5-...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭剑飞，方兆文，赵轶，胡东辉，姚建强，
申请(专利权)人：杭州长川科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33