一种芯片双面光电特性综合检测系统和装置

技术领域

本申请涉及半导体芯片技术领域，具体而言，涉及一种芯片双面光电特性综合检测系统和装置。

背景技术

半导体芯片制备完毕后，需要对其电学特性进行数据检测验证，需要利用探针对芯片进行扎针测试。因此，芯片特性检具是用来检测所做芯片样品的电学特性功能，是设计、制作、检验芯片必须的工具。

此外，半导体芯片若是为光电芯片，则还需要对其光学特性进行数据检测验证。光电芯片具有有源光学元件，因此，需要对有源光学元件等作出光学检测，确保芯片的适用性。

而目前的检测系统功能较为单一。

目前，芯片特性检具的技术难点在于按照客户需要做定制，不同客户需要的检具功能和结构不一，每次设计检具时，需要根据客户需求而设计，这就导致检具设计工作复杂、成本太高，每次设计的芯片检具只能用于特定的芯片，其检具适用范围低，不能适配各类芯片的检测使用。

因此，需要提出一种适配性广的检具设备。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种芯片双面光电特性综合检测系统和装置，以解决目前的问题。

为了实现上述目的，本申请提供了如下技术：

第一方面提供一种芯片双面光电特性综合检测系统，包括气浮基座、样品可调夹具、正面检测探针机构和背面检测探针机构，其中：

气浮基座用于采用空气动力作为移动支撑，为样品可调夹具提供气浮动力使得样品可调夹具气浮后可轻松快速移动到所测芯片样品位置处；

样品可调夹具用于通过其上的样品台夹持固定芯片；

正面检测探针机构用于调节固定在其联动针座上的探针并带动探针对芯片的正面进行扎针测试；

背面检测探针机构用于调节固定在其联动针座上的探针并带动探针对芯片的背面进行扎针测试。

优选地，还包括双头倒置显微检测机构，双头倒置显微检测机构用于调节倒置的双头显微镜并带动倒置的双头显微镜分别对芯片的正面和背面进行表面显微观察及扎针测试；

还包括显微镜微调机构，显微镜微调机构用于配合双头倒置显微检测机构实现包括但不限于如下动作：显微镜倍数缩放调节和显微镜空间位置调节。

优选地，还包括光学特性检测装置，所述光学特性检测装置包括供电模块、光学检测设备和显示系统，

所述供电模块用于为芯片的有源光学元件供电而辐射光源，以此输出光信号；还包括降压电路和开关电源模块，所述供电模块与降压电路、开关电源模块依次电连接，以此输出可调解的电压值；

所述光学检测设备用于接收并处理上述光信号，并将处理结果发送至显示系统；所述光学检测设备包括光敏电阻、光子探测器或光电检测器中的至少一种；

所述显示系统用以显示处理信息。

优选地，所述样品可调夹具包括样品台、支撑板、调节旋钮、丝杆、滑板和滑轨底座，滑轨底座配合在气浮基座顶面；支撑板竖直固定在滑轨底座上表面，且支撑板上设有螺纹孔，调节旋钮配合固定在螺纹孔处；滑板竖直配合在滑轨底座上且和支撑板平行；丝杆的一端配合连接滑板、另一端配合连接调节旋钮；样品台固定在支撑板顶部。

优选地，正面检测探针机构和背面检测探针机构对称设于所述支撑板两侧。

优选地，正面检测探针机构包括第一正面底座、第一正面检测探针、第二正面底座和第二正面检测探针，第一正面底座和第二正面底座上下平行布置，第一正面检测探针和第二正面检测探针分别固定在第一正面底座和第二正面底座的上表面上。

优选地，背面检测探针机构包括第一背面底座、第一背面检测探针、第二背面底座和第二背面检测探针，第一背面底座和第二背面底座上下平行布置，第一背面检测探针和第二背面检测探针分别固定在第一背面底座和第二背面底座的上表面上。

第二方面提供一种芯片双面光电特性综合检测装置，包括上述所述的一种芯片双面光电特性综合检测系统；还包括插板底座和龙门支架，所述龙门支架垂直安装在插板底座上表面；气浮基座固定在插板底座上表面，正面检测探针机构和背面检测探针机构对称固定在龙门支架前侧面上；显微镜微调机构固定在插板底座上。

优选地，还包括过渡桥架，双头倒置显微检测机构通过所述过渡桥架与所述显微镜微调机构水平连接。

优选地，所述龙门支架上还设有Z轴调档升降机构和微调机构，通过Z轴调档升降机构可以实现三挡Z轴抬升而调节检测探针机构的Z向高度，通过微调机构可以微调调节检测探针机构的Z向高度。

与现有技术相比较，本申请能够带来如下技术效果：

本发明包括气浮基座、样品可调夹具、正面检测探针机构和背面检测探针机构；气浮基座用于提供空气动力，为样品可调夹具提供气浮动力使得样品可调夹具气浮后可移动；样品可调夹具用于通过其上的样品台夹持固定芯片；正面检测探针机构用于调节固定在其联动针座上的探针并带动探针对芯片的正面进行扎针测试；背面检测探针机构用于调节固定在其联动针座上的探针并带动探针对芯片的背面进行扎针测试。

本技术的气浮基座、样品可调夹具、正面检测探针机构和背面检测探针机构为模块化的机构，可以进行组合式装配在基座上，装配完毕即可进行芯片电学特性测试和检测。其安装、使用灵活，客户可以选择性使用和装配。

不需求每次不同的需要就需要额外定制设计对应的检测机构，设计工作简洁，节省成本。

本技术还可加装光学检测装置进行光学特性检测，功能综合。

本系统，因为各个机构可以选用而组合使用，因此检具适用范围高，能适配各类芯片的检测使用。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本发明芯片双面光电特性综合检测系统的系统组成示意图；

图2是本发明芯片双面光电特性综合检测系统的应用结构示意图；

图3是本发明芯片双面光电特性综合检测系统另一实施例的系统组成示意图；

图4是本发明芯片双面电学特性检测装置的结构示意图；

图5是本发明加装光学特性检测装置的系统组成示意图；

附图6为光学特性检测装置的主机外壳的结构示意图；

图中：1、插板底座，2、正面检测探针机构，202、第一正面底座，203、第一正面检测探针，204、第二正面底座，205、第二正面检测探针，3、龙门支架，4、样品可调夹具，5、气浮基座，6、背面检测探针机构，601、第二背面检测探针，602、第二背面底座，603、第一背面检测探针，604、第一背面底座，7、双头倒置显微检测机构，8、显微镜微调机构，9、Z轴调档升降机构，10、微调机构，11、过渡桥架，12、主机外壳。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

本技术的气浮基座、样品可调夹具、正面检测探针机构和背面检测探针机构为模块化的机构，可以进行组合式装配在基座上，装配完毕即可进行芯片电学特性测试和检测。其安装、使用灵活，客户可以选择性使用和装配。不需求每次不同的需要就需要额外定制设计对应的检测机构，设计工作简洁，节省成本。

如附图1和2所示，一种芯片双面光电特性综合检测系统，包括气浮基座5、样品可调夹具4、正面检测探针机构2和背面检测探针机构6，其中：

气浮基座5用于采用空气动力作为移动支撑，为样品可调夹具4提供气浮动力使得样品可调夹具4气浮后可轻松快速移动到所测芯片样品位置处；

气浮基座5为防震式基座，接入空气动力后，可以实现升降，需要外接一个气泵或者空压机。启动时，可以提供气浮动力使得样品可调夹具4浮起来，实现快速移动样品台。

气浮基座5：按下开关，用压缩空气向下吹气，使样品台实现气浮后，可拖动样品可调夹具4的样品台，意义在于实现气浮后移动很轻松样品台。

如附图2和4所示，样品可调夹具4用于通过其上的样品台41夹持固定芯片；

在气浮基座5启动后，升起样品可调夹具4，样品可调夹具4顶部安装有样品台41，用来夹持固定芯片。

优选地，所述样品可调夹具4包括样品台41、支撑板42、调节旋钮43、丝杆44、滑板45和滑轨底座46，滑轨底座46配合在气浮基座5顶面；支撑板42竖直固定在滑轨底座46上表面，且支撑板42上设有螺纹孔，调节旋钮43配合固定在螺纹孔处；滑板45竖直配合在滑轨底座46上且和支撑板42平行；丝杆44的一端配合连接滑板45、另一端配合连接调节旋钮43；样品台41固定在支撑板42顶部。

如附图2和4所示，

滑轨底座46配合在气浮基座5顶面；滑轨底座46为条板结构，通过螺栓固定在气浮基座5顶面，其上表面为滑轨，用于在丝杆44的带动下使得滑板45在其上移动。

支撑板42竖直固定在滑轨底座46上表面，且支撑板42上设有螺纹孔，调节旋钮43配合固定在螺纹孔处；支撑板42顶部焊接或者其他方式固定在滑轨前端的滑轨底座46上，用于安装调节旋钮43并在顶部水平安装样品台41。支撑板42上设有螺纹孔，支撑板42外侧面贴合有一个调节旋钮43且调节旋钮43配合固定在螺纹孔处。

滑板45竖直配合在滑轨底座46上且和支撑板42平行；滑板45和支撑板42平行布置，滑板45可以在调节旋钮43拧动丝杆44转动后沿滑轨底座46上的滑轨移动；样品台41设有两块，分别水平安装在滑板45和支撑板42的顶部，当滑板45和支撑板42之间相对运动时，两块样品台41实现分和夹持芯片动作。

丝杆44的一端配合连接滑板45、另一端配合连接调节旋钮43；样品台41固定在支撑板42顶部。

本技术能够对夹持固定的芯片的电学和光学特性进行检测！

采用的正面检测探针机构2和背面检测探针机构6能够利用电学检测探针如PCB芯片测试针或者芯片弹簧探针等进行电性特性检测。

正面检测探针机构2用于调节固定在其联动针座上的探针并带动探针对芯片的正面进行扎针测试。

为了正面和背面扎针，需要两个探针机构对称设置，分别对应芯片正面和背面，如附图4所示，优选地，正面检测探针机构2和背面检测探针机构6对称设于所述支撑板42两侧。

正面检测探针机构2和背面检测探针机构6上皆具有XYZ三轴调节旋钮和探针，XYZ三轴调节旋钮通过一个桥架固定探针，在XYZ三轴调节旋钮的带动下，可以实现对探针的空间位置调节，使探针对应夹持的芯片正面或者背面进行扎针检测。

XYZ三轴调节旋钮可以自行选择，本处不做限制。

如附图4所示，

优选地，正面检测探针机构2包括第一正面底座202、第一正面检测探针203、第二正面底座204和第二正面检测探针205，第一正面底座202和第二正面底座204上下平行布置，第一正面检测探针203和第二正面检测探针205分别固定在第一正面底座202和第二正面底座204的上表面上。

本实施例，对一个面设置有两个探针第一正面检测探针203和第二正面检测探针205分别进行正面上下部分的检测，正面检测探针机构2包括上下两层的探针，具体安装结构：第一正面底座202和第二正面底座204上下平行布置且固定在龙门支架3的前侧面上，垂直固定住。第一正面检测探针203和第二正面检测探针205分别固定在第一正面底座202和第二正面底座204的上表面上。可以采用磁吸或者螺栓固定。通过调节第一正面检测探针203和第二正面检测探针205的XYZ三轴调节旋钮，即可调节探针对应不同的芯片正面位置，进行扎针测试。

背面检测探针机构6用于调节固定在其联动针座上的探针并带动探针对芯片的背面进行扎针测试。

优选地，背面检测探针机构6包括第一背面底座604、第一背面检测探针603、第二背面底座602和第二背面检测探针601，第一背面底座604和第二背面底座602上下平行布置，第一背面检测探针603和第二背面检测探针601分别固定在第一背面底座604和第二背面底座602的上表面上。

如附图4所示，背面检测探针机构6的具体结构如同上述正面检测探针机构2。不再赘述。

作为本实施例另一个实施方案，若是检测的芯片为光电PIC芯片，则需要对芯片的有源电子元件进行光信号检测扥西和光学特性检测。此时，可以加装光学特性检测装置。

如附图5所示，

还包括光学特性检测装置，所述光学特性检测装置包括供电模块、光学检测设备和显示系统，

光学特性检测装置主要是对有源光学元件的光学特性检测，比如光强、光敏性等进行检测。

检测时，需要提供电源为芯片供电，便于有源光学元件辐射光而发射光信号，便于检测元件接收光信号。具体的：

所述供电模块用于为芯片的有源光学元件供电而辐射光源，以此输出光信号；还包括降压电路和开关电源模块，所述供电模块与降压电路、开关电源模块依次电连接，以此输出可调解的电压值；

供电模块采用小于36v的供电设备即可，降压电路和开关电源模块为模块化电子设备，皆可以根据电压值而进行选择。输出电压经过降压电路和开关电源模块即可得到较低的调解电压，开关电源模块可以进一步地调节电压。

所述光学检测设备用于接收并处理上述光信号，并将处理结果发送至显示系统；所述光学检测设备包括光敏电阻、光子探测器或光电检测器中的至少一种；

本处采用光电检测器作为光学检测设备，光电检测器内部具有检测盒，其通过光导纤维而接收光信号，进而将光信号转化为电信号，经过一系列的项目分析和实验计算，以此得到不同电压下的芯片有源光学元件的光学曲线和光学特性。

所述显示系统采用实验室常见的数据显示终端/设备即可，也可以用检测设备自带的显示系统显示处理信息。一般经过数据处理后直接发送至电脑终端。

光学特性检测装置因为是组装检测设备，可以采用集成模块或者集成装箱，如采用如图6所示的带输入/输出的主机外壳12，主机外壳6内部集成容纳安装供电模块、光学检测设备和显示系统即可，主机外壳12可以用螺栓等固定组件固定安装在附图2的龙门支架3顶面或者侧面即可。

主机外壳12的底面设有针脚，龙门支架3顶面预留有针孔，还可以通过针脚和针孔的配合而快速插接，安装光学特性检测装置。

实施例2

基于实施例1的实施，本实施例，为了便于正面检测探针机构2和背面检测探针机构6对芯片进行扎针检测以及对芯片的结构进行显微观测，如附图2所示，

还提供了双头倒置显微检测机构7。

优选地，还包括双头倒置显微检测机构7，双头倒置显微检测机构7用于调节倒置的双头显微镜并带动倒置的双头显微镜分别对芯片的正面和背面进行表面显微观察及扎针测试。

双头倒置显微检测机构7包括集成的双面显微镜，双面显微镜处于倒置状态，双面显微镜用于观察样品的正面和背面，同时实现扎针。

通过移动显微镜基座到样品的正上方，并选择适合的放大倍数，可以实现清晰观察样品，并且扎针。

为了移动双面显微镜，使其到达所需的位置对芯片进行观察和扎针，设有一个显微镜微调机构8，

优选地，还包括显微镜微调机构8，显微镜微调机构8用于配合双头倒置显微检测机构7实现包括但不限于如下动作：显微镜倍数缩放调节和显微镜空间位置调节。

显微镜微调机构8同样具备XYZ三轴移动调节功能，如附图4所示，通过其上水平设有的过渡桥架11连接双头倒置显微检测机构7，用于带动双头倒置显微检测机构7的双面显微镜进行移动。

显微镜微调机构8配合双面显微镜做到放大显微镜，找到适合样品的倍数，实现扎针。

实施例3

一种芯片双面电子特性检测装置，包括上述实施例1和/或实施例2所述的一种芯片双面光电特性综合检测系统；还包括插板底座1和龙门支架3，所述龙门支架3垂直安装在插板底座1上表面；气浮基座5固定在插板底座1上表面，正面检测探针机构2和背面检测探针机构6对称固定在龙门支架3前侧面上；显微镜微调机构8固定在插板底座1上。

为了安装芯片双面光电特性综合检测系统，需要硬件构件对芯片双面光电特性综合检测系统进行支撑安装。

如附图2和4所示，本装置还包括插板底座1和龙门支架3，插板底座1上设有连接孔，便于组装固定插板底座1，龙门支架3为龙门式的支撑板结构，或者龙石式的支撑台(内部可以设置高度升降调节机构，比如齿轮或者丝杠机构，用于调节正面检测探针机构2和背面检测探针机构6在Z轴上的高度)。

所述龙门支架3垂直安装在插板底座1上表面；气浮基座5通过螺栓固定在插板底座1上表面，正面检测探针机构2和背面检测探针机构6对称固定在龙门支架3前侧面上；显微镜微调机构8通过螺栓固定在插板底座1上，如附图4所示，显微镜微调机构8为集成结构，其上预留有安装孔，通过螺栓组件将显微镜微调机构8固定安装在插板底座1右边沿。

优选地，还包括过渡桥架11，双头倒置显微检测机构7通过所述过渡桥架11与所述显微镜微调机构8水平连接。

过渡桥架11是一个L型的支架，双头倒置显微检测机构7通过所述过渡桥架11与所述显微镜微调机构8水平连接，过渡桥架11用以固定支撑双头倒置显微检测机构7，显微镜微调机构8调节时，带动过渡桥架11空间位置变动而调节双头倒置显微检测机构7在空间中的位置。

优选地，所述龙门支架3上还设有Z轴调档升降机构9和微调机构10，通过Z轴调档升降机构9可以实现三挡Z轴抬升而调节检测探针机构的Z向高度，通过微调机构10可以微调调节检测探针机构的Z向高度。

为了对正面检测探针机构2和背面检测探针机构6进行Z轴上的高度调节，在所述龙门支架3上还设有Z轴调档升降机构9和微调机构10，通过Z轴调档升降机构9可以实现三挡Z轴抬升而调节检测探针机构的Z向高度，通过微调机构10可以微调调节检测探针机构的Z向高度。

Z轴调档升降机构9可以设置三挡，每挡行程自行控制设计即可。如附图4所示，其包含一个挡把和升降挡杆，正面检测探针机构2和背面检测探针机构6与升降挡杆均联动连接，操作挡把，即可调节升降挡杆的高度而调节正面检测探针机构2和背面检测探针机构6在Z轴上的高度。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。