一种集成电路测试加载板自动定位测试装置、系统及方法

技术领域

本发明属于集成电路测试技术领域，更具体地，涉及一种集成电路测试加载板自动定位测试装置、系统及方法。

背景技术

在集成电路产品制造的后道工序中需要对已经完成流片的晶圆或者已经完成封装的芯片进行测试，以剔除不合格产品。在集成电路测试过程中，集成电路测试系统的测试通道口(即待测点)的弹簧针是不可能直接与集成电路的引脚连接的，因此根据被测集成电路的工作原理和测试方法设计了加载板，加载板的作用是连接测试系统内板卡资源和待测芯片，待测芯片一般置于加载板中间区域，加载板的上下两排过孔与测试系统的弹簧针(探针)手动连接，以引出电源、数字信号、模拟信号以及射频信号等测试资源。由于加载板的面积较大，加载板通常有较长的布线，因此，测试工程师连接加载板和测试系统前，必须了解信号通路对加载板传输特性的重要影响，否则测试系统的输出端口与DUT(被测器件)输入管脚之间阻抗不匹配会造成信号的反射、衰减、不同的待测试点之间会产生串扰等，当信号在传输线上传播过程中受到的瞬时阻抗不是恒定的或者说遇到阻抗突变，则信号有一部分能量将沿着传输线反射回去，而另一部分信号将发生畸变并继续向前传输，严重时出现信号的过冲和下冲。比如信号在传输线上来回反射，就会产生振铃和环绕振荡现象，而且阻抗突变也可以发生在信号传输路径上的任何地方，诸如走线拐弯、过孔、端接不匹配等均会导致反射。

因此需要设计一种能避免人工操作导致加载板与测试系统不匹配进而导致信号能量反射且测试效率差的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种集成电路测试加载板自动定位测试装置、系统及方法，以解决人工操作测试时发生加载板与测试系统不匹配进而导致信号能量反射、测试效率差的问题。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种集成电路测试加载板自动定位测试装置，包括上位机，以及与所述上位机分别连接的自动定位组件和探针模块：

所述自动定位组件包括光学定位运动模块，所述光学定位运动模块设置在加载板的至少一侧，用于获取所述待测加载板的表面图像，并基于所述表面图像获取待测点的坐标数据并传输至所述上位机；所述上位机用于接收所述待测点的坐标数据并获取自动测试坐标序列；所述探针模块安装于所述光学定位运动模块上，并位于光学定位运动模块与待测加载板之间，用于基于所述自动测试坐标序列运动至加载板待测点处，并以预设深度插入所述待测点中进行自动测试。

进一步的，所述探针模块包括探针座和探针，所述探针座与所述光学定位运动模块连接，并能带动所述探针做圆周运动。

进一步的，所述探针模块与所述自动定位组件能同步运动；优选的，所述探针模块还能相对于所述自动定位组件独立运动以靠近所述待测加载板。

更进一步的，所述自动定位组件还包括隔振台以及设置在所述隔振台上方的运动导轨模块，所述光学定位运动模块设置在所述运动导轨模块上，并能在所述运动导轨模块上运动；优选的，所述测试装置外还设置有防护隔离罩。

进一步的，所述运动导轨模块包括X轴运动导轨、Y轴运动导轨和Z轴运动导轨，所述Y轴运动导轨与所述X轴运动导轨连接，且二者能相对前后和/或左右平移；所述X轴运动导轨与所述Z轴运动导轨连接，且二者能相对上下平移；所述光学定位运动模块和所述探针模块均设置在所述Y轴运动导轨上，且所述探针模块位于所述光学定位运动模块下方。

进一步的，所述光学定位运动模块包括CCD相机，所述CCD相机设置在所述Y轴运动导轨上，其靠近所述待测加载板的一端设置有电动对焦镜头，所述电动对焦镜头用于获取所述待测加载板的位姿数据以进行自动校正。

进一步的，所述测试装置还包括设置在待测加载板下方的气动夹具，所述气动夹具用于锁定所述待测加载板，以使其两个表面均外露。

根据本发明的另一个方面，还公开一种集成电路测试加载板自动定位测试系统，包括中心处理器，以及分别与所述中心处理器连接的视觉定位模块和测试模块：

所述视觉定位模块用于获取所述待测加载板表面图像，并基于所述表面图像获取待测点的坐标数据后传输给所述中心处理器；

所述中心处理器用于接收待测点的坐标数据，并将其坐标数据处理成自动测试坐标序列；

所述测试模块用于基于所述自动测试坐标序列对所述待测点进行测试；

优选的，所述测试系统还包括坐标匹配模块，所述坐标匹配模块用于将加载板的坐标数据与所述测试系统的坐标数据进行匹配；

更优选的，所述中心处理器上搭载有非线性补偿算法模块，其用于对所述测试系统进行故障定位；

更进一步优选的，所述中心处理器上还搭载有CAM软件模块，所述CAM软件模块用于向所述中心处理器传输所述待测加载板的设计、生产和制造文件，以将所述待测加载板的坐标数据与所述测试系统的坐标数据进行匹配。

根据本发明的再一个方面，还公开一种如前任意一项所述的测试装置能实现的测试方法，所述测试方法包括如下步骤：

S1、上位机控制光学定位运动模块获取加载板的表面图像，还控制所述光学定位运动模块基于所述表面图像获取待测点坐标数据；

S2、所述上位机接收所述坐标数据并获取自动测试坐标序列；

S3、所述上位机控制探针模块基于所述自动测试坐标序列运动至加载板待测点处，并插入所述待测点中进行自动测试。

进一步的，在步骤S2中，所述上位机接收所述坐标数据后，将各待测点的坐标数据依次填入预设的测试向量中，以形成自动测试坐标序列；优选的，在步骤S1之前，还对加载板的坐标数据与所述测试装置的坐标数据进行匹配。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，主要具备以下优点：

1.本发明通过将集成电路测试加载板自动测试系统设计为全自动形式，自动定位组件中的光学定位运动模块能够自动准确地获取加载板的表面图像，并通过对表面图像分析来获取待测点的坐标数据；上位机则自动接收坐标数据并处理以获取自动测试坐标序列；探针模块，能基于自动测试坐标序列自动运动至加载板待测点处，并自动插入待测点中进行全自动测试，无需人工操作，从而提高了测试效率，避免了人工操作时可能出现的的信号反射导致信号过冲和下冲、产生振铃和环绕振荡等问题。

2.本发明中探针模块设置在光学定位运动模块与加载板之间，其能结合由上位机基于视觉定位模块采集的加载板图像获取的待测试点的精确定位信息，按照精确运动轨迹以预设深度插入待测点中，避免插入错误位置或进入加载板测试点中过深而产生损坏问题。

3.本发明能通过各运动导轨机构的协同配合，精确定位待测试区位，进一步提升测试效率和优化测试流程。

附图说明

图1是本发明提供的一种单工位集成电路测试加载板自动定位测试装置结构示意图；

图2是本发明提供的一种集成电路测试加载板自动定位测试系统结构示意图；

图3是本发明提供的一种集成电路测试加载板自动定位测试方法示意图；

图4是本发明提供的自动测试坐标序列形成过程示意图；

图5是本发明实施例1提供的一种四工位集成电路测试加载板自动定位测试装置的结构示意图；

图6是本发明实施例1提供的一种四工位集成电路测试加载板自动定位测试方法流程示意图。

图中：A-光学定位运动模块，B-探针模块，1-隔振台，2-运动导轨模块，21-X轴运动导轨，22-Y轴运动导轨,23-Z轴运动导轨,3-待测加载板，4-探针座，5-探针,6-CCD相机，7-气动夹具。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供了一种集成电路测试加载板自动定位测试装置，如图1所示，其包括外部上位机，以及与该上位机分别连接的自动定位组件和探针模块B：

自动定位组件包括光学定位运动模块A，光学定位运动模块A设置在加载板的至少一侧，用于获取加载板的表面图像，还用于基于表面图像获取待测点的坐标数据并传输至上位机；上位机用于接收待测点的坐标数据并获取自动测试坐标序列；探针模块B设置在光学定位运动模块A与加载板之间，探针模块B能基于自动测试坐标序列运动至加载板待测点处，并以预设深度插入待测点中进行自动测试。

优选实施例中，探针模块B与自动定位组件能同步运动，具体可沿X轴方向，和/或沿Y轴方向，和/或沿Z轴方向运动；更具体的，探针模块B能与自动定位组件同步左右平移、前后平移和/或上下平移，二者左右平移时也可同步前后平移，同时也可同步上下平移，从而完成多维度高精度运动。

在其他优选实施例中，探针模块B还能沿Y轴方向相对于自动定位组件独立运动以靠近待测加载板3。

更优选的实施例中，自动定位组件还包括隔振台1以及固定设置在隔振台1上方的运动导轨模块2，光学定位运动模块A设置在运动导轨模块2上，并能在运动导轨模块2上平移，具体可沿X方向和/或Y方向运动平移；具体的，隔振台1(或隔震台)水平设置，加载板沿前后方向垂直锁定在隔振台中部位置，且自动定位组件设置在加载板两侧的隔振台1上，其上的光学定位运动模块A正对着加载板侧表面安装在运动导轨模块2上，且其能相对于待测加载板做精确平移运动。

在优选实施例中，前述的自动定位组件至少有两组，且分别设置在待测加载板的两个表面旁侧，能够同时批量对待测加载板两侧表面上的测试点进行快速定位，进而提高定位测试效率。

更优选的实施例中，前述的任意一种测试装置外部还设置有防护隔离罩，以将自动定位组件、探针模块等全部保护起来，确保测试环境安全、不受外界因素影响。

更优选的实施例中，前述的运动导轨模块2包括支架8，以及固定在支架8上的X轴运动导轨21、Y轴运动导轨22和Z轴运动导轨23，Y轴运动导轨22与X轴运动导轨21连接，且二者能相对前后和/或左右平移；X轴运动导轨21与Z轴运动导轨23连接，且二者能相对上下平移；光学定位运动模块A和探针模块B均设置在Y轴运动导轨22上，且探针模块B位于光学定位运动模块A下方更靠近加载板的位置；具体的，隔振台1上还固定设置有导轨座，Z轴运动导轨23垂直固定在导轨座侧面，并位于隔振台1的上方，X轴运动导轨21沿前后方向平行于加载板设置，并与Z轴运动导轨23连接，以便能沿Z轴运动导轨23上下滑动，Y轴运动导轨22则设置于X轴运动导轨21上，二者能相对前后或左右平移，所以导轨的移动均由伺服电机控制装置驱动，伺服电机控制装置具体包括伺服电机和向伺服电机发送运动指令的控制器此处运动控制指令也可由上位机发送。本发明中的运动导轨模块可配置为全闭环系统，其能实时检测控制系统发出指令和实际位置是否一致(如非全闭环、实际不移动不准确导致控制系统无法感知)，Z轴检测到往下掉时可机械锁止，防止发生安全事故；此外，导轨极易维护，即使损坏更换也极其方便，且导轨运动模块架设在隔振台1上方，不占用地面空间，更利于空间规划和作业的便利性。

更优选的实施例中，前述X轴运动导轨21上的Y轴运动导轨22为2根，且对称设置在Z轴运动导轨23的两侧，5根运动导轨对应需要5组伺服电机控制装置分别控制，从而实现光学定位运动模块A和探针模块B的精确运动以及对待测加载板3的高效率定位及检测。

优选实施例中，前述的探针模块B包括探针座4和探针5，探针座4均设置在Y轴运动导轨22上，能带动探针5绕其自身的中轴线旋转，旋转角度为正反180°，以确保探针5能顺利插入待测加载板3的测试点中。

优选实施例中，光学定位运动模块A包括CCD相机6，CCD相机6包括电动对焦镜头，在探针模块B插入待测点前，CCD相机6能对待测加载板3的位姿数据进行自动校正；具体的，CCD相机6能对待测加载板3正反两面(两个表面)的对位和偏移进行校正计算，从而对待测加载板3的倾斜和偏移进行自动校正，具体计算方法和所需的校正模块参见申请人在申请号为202211434456.X，专利名称为“高速集成电路测试加载板校准装置的损耗去嵌方法及系统”，以及申请号为201410530720.9，专利名称为“集成电路测试系统加载板校准系统”中的内容，由于校正方法不是本发明的重点内容，在此不做更详细的说明；前述的电动对焦镜头具备电动对焦功能，如在上位机中输入待测加载板3尺寸参数，镜头就进行移动对焦，只要一次性将待测加载板3按型号输入并保存，当待测加载板3型号切换后，则该镜头会自动复位到该型号对应的待测加载板3位置上。

优选实施例中，前述测试装置还包括气动夹具，气动夹具用于锁定待测加载板3，并使其与水平面垂直；具体的，气动夹具固定在隔振台中部区域，可以夹紧一个或多个待测加载板3，从而实现批量检测。

前述任意一种测试装置中，还通过测试线缆与测试装置外部的各种测量仪器电性连接，以完成后续的测试和故障分析步骤。

本发明还公开一种集成电路测试加载板自动定位测试系统，该系统如图2所示，包括中心处理器，以及分别与中心处理器连接的视觉定位模块和测试模块：

视觉定位模块用于获取待测加载板3表面图像，并基于表面图像获取待测点的坐标数据后传输给中心处理器；具体的，当视觉定位模块获取所需图像后，通过中心处理器自动选择图像上需要的测试点，然后将各个测试点的坐标数据依次填入中心处理器用于接收待测点的坐标数据，并将其坐标数据处理成自动测试坐标序列；

测试模块用于基于自动测试坐标序列对待测点进行测试；

优选实施例中，测试系统还包括坐标匹配模块，坐标匹配模块用于将待测加载板3的坐标数据与测试系统的坐标数据进行匹配；

更优选的实施例中，中心处理器上搭载有非线性补偿算法模块，其用于对测试系统进行故障定位；具体的，非线性补偿算法模块用来改善阻抗测试中原有的传输特性，以满足测试系统精确故障定位的需求；比如，可利用现有方法中的技术方案进行校准，首先通过获取探针的理论扎点位置和实际扎点位置，并计算出实际针点位置和理论扎点位置的平面相对位置关系，然后将万用表连接探针并检测探针的接触阻抗，控制探针的针尖沿Z轴方向上下移动并执行扎点动作以获取探针的运动数据，再根据接触阻抗数据与探针的运动数据算出实际针点位置的高度，最后根据平面相对位置关系和实际针点位置的高度来进行校准。

更进一步优选的实施例中，中心处理器上还搭载有CAM软件模块，CAM软件模块用于向中心处理器传输待测加载板3的设计、生产和制造文件，以将待测加载板3的坐标数据与测试系统的坐标数据进行匹配；具体的，测试系统支持CAM软件与定位平台软硬件协同定位，以对各个需测试区位进行坐标统一，进而能够提升测试效率、优化测试流程。

本发明还公开一种如前任意一项的测试装置能实现的测试方法，如图3所示，测试方法包括如下步骤：

S1、上位机控制光学定位运动模块A获取待测加载板3的表面图像，还控制光学定位运动模块A基于表面图像获取待测点坐标数据；

S2、上位机接收坐标数据并获取自动测试坐标序列；

S3、上位机控制探针模块B基于自动测试坐标序列运动至待测加载板3待测点处，并插入待测点中进行自动测试。

在优选实施例中，在步骤S2中，上位机接收坐标数据后，将各待测点的坐标数据依次填入预设的测试向量中，以形成自动测试坐标序列，具体步骤参考图4，其中，Y1-a是自动测试过程中第一步测点坐标，该坐标为变量，从左侧的待测点显示界面中选择，Y1-a2等为后续测量点，其他三组探针同理。

优选实施例中，在步骤S1之前，还对待测加载板3的坐标数据与测试装置的坐标数据进行匹配，即将两重坐标数据统一到同一个坐标系下。

为了更好地说明本发明的实施细节，提供以下实施例来对本发明进行进一步说明，应当清楚，以下实施例只是作为最优实施方式，并不作为对本发明保护范围的任何限制。

实施例1

如图5所示，为本实施例提供的一种四工位集成电路测试加载板自动定位测试装置的结构示意图，包括上位机、自动定位组件、探针模块B、气动夹具7、隔振台以及测试线缆，隔振台上成对设置有固定支架，该测试装置具体包括两组自动定位组件，每组自动定位组件又包含固定在一侧固定支架上的两组视觉定位模块，两组视觉定位模块共用一条X轴运动导轨21，因此两组视觉定位模块总共需要5个伺服电机，其中，2个分别驱动2根Y轴运动导轨22相对于X轴运动导轨21左右平移，以带动2个视觉定位模块和探针模块B平移，另2个分别驱动2个视觉定位模块和探针模块B沿导轨前后平移，剩余1个驱动X轴运动导轨21带动视觉定位模块和探针模块B上下平移。因此，整个测试装置中对应设置有10个伺服电机，分别驱动加载板两侧的视觉定位模块运动；伺服电机也电性连接有能驱动精密导轨运动的控制器、交换机等常规模块。

本实施例中的光学定位运动模块A总共也有4组，分别包括4台高像素CCD相机6，相机像素具体选为2000万像素的高清相机，配备有电动对焦镜头，能够实现自动对焦，还辅以照明光源，以便更精确定位。

本实施例中的探针模块B包括探针座4和固定在探针座4上的探针5，探针座4上设计有调节旋钮，可手动或自动控制探针5绕其自身中轴线在360°范围内旋转。

如图6所示，为本实施例中的测试装置的测试方法流程图，具体流程为：

将加载板垂直于水平面安装到气动夹具7上，上位机控制X轴运动导轨21、Y轴运动导轨22和Z轴运动导轨23协同运动，带动光学定位运动模块A获取加载板正反两面的图像，从而对待测加载板进行坐标数据标定；上位机根据坐标数据生成自动测试坐标序列，并控制探针基于自动测试坐标序列对加载板正反面分别进行双探针测量，同时确定正面的两个测试起始点和反面的两个待测点坐标，然后将4个点的坐标值均与预先输入到上位机中的CAM文件中的坐标点进行匹配；匹配完成后，上位机再控制探针分别移动到对应的待测点处，并压入待测点，以同时对4个待测点进行批量测试，最后将测试结果反馈到上位机中，以记录测试结果并进行后续分析。

实施例2

本实施例与实施例1中的区别是，本实施例中探针座选用MTP100T探针座，支持三轴调节及旋转；探针选用PE2PB1003探针，其支持20GHz高速信号测试，适用范围更广，伺服电机均选用EMS08X-751-302-T1N-0A00型号高精度直线电机，能更精确地执行驱动动作。定位平台的移动定位通过与实施1中相同的运动导轨完成，并将探针沿运动导轨压入加载板测试点中进行自动测试，测试结果可反馈至上位机进行处理分析。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。