CN114019348B - 基于aoi和超声成像的半导体探针卡插针方法、装置 - Google Patents

基于aoi和超声成像的半导体探针卡插针方法、装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于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。

Description

基于AOI和超声成像的半导体探针卡插针方法、装置
技术领域
本发明涉及半导体芯片测试技术领域，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。
背景技术
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。
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。
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***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，发明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。
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，便成为本发明所要研究解决的课题。
发明内容
本发明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。
为达到上述目的，本发明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***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。
本发明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***探针卡中。
本发明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发明第一方面所述的方法的步骤。
本发明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发明第一方面所述的方法的步骤。
本发明的有关内容解释如下：
1.通过本发明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。
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。
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。
4. 在上述第一方面的技术方案中，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。
5. 在上述第一方面的技术方案中，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，当距离小于设定值时则人工控制机械手远离孔壁，当距离大于设定值时，则人工控制机械手靠近孔壁，进行位移插针运动；
每走一步成功，反馈给PC控制模块；
设定刚才成功的一步为插针移动步；
插好针后，把所有插针移动步拟合成所述标准插针路径。
6. 在上述第一方面的技术方案中，所述方法中是通过AI智能路径确定方法来获得标准插针路径的，所述AI智能路径确定方法如下：
由机械手抓取探针，移动探针孔上方；
相机拍摄获取实时探针与探针孔图像，将这些图像采集反馈给PC控制模块；
PC控制模块进行图像处理；
计算获得实时探针相对探针孔壁间距；
PC控制模块计算获得需调整机械手坐标的坐标量；
按该坐标量移动探针；
不断刷新图像采集信息，通过分析不同时间下探针距离一侧探针孔壁的距离，当距离小于设定值时则控制机械手远离孔壁，当距离大于设定值时，则控制机械手靠近孔壁，不断位移迭代，从而确定最优路径。
7. 在上述第一方面的技术方案中，所述超声波三维成像的过程如下：
把探针卡浸没在液体中；
使用超高频激光器激发超声，利用液体传递性，通过移动激光头所在X轴和Y轴，发送和接受超声波；
根据发送和接受到的超声波信息拟合出探针卡的三维图形，获取探针卡的上下两段探针孔位置偏差信息；PC控制模块通过分析每一个孔的错位信息，再控制机械手插针运动时进行位置微调。
8. 在上述第二方面的技术方案中，所述探针操作模组包括一具有七自由度的机械手，机械手末端设有爪手，用于抓取和松开探针；所述AOI图像获取模块主要由相机、镜头、AOI图像采集卡以及伺服控制组件组成，其中相机、镜头用于拍照获取探针孔截面图像，AOI图像采集卡采集图像信息后传递给PC端分析计算，然后再控制机械爪手进行探针姿势调整；所述三维图像信息获取模块包括三维超声成像***，包括液体槽、激光器、三维图像采集卡、X轴伺服、Y轴伺服，激光器为用于激发超声的超高频激光器。
由于上述方案的运用，本发明与现有技术相比具有以下优点和效果：
（1）通过本发明技术方案的实施，可以完全替代人工插针，实现机器稳定、批量的探针卡生产；
（2）通过本发明技术方案的实施，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）通过本发明技术方案的实施，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）通过本发明技术方案的实施，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；
（5）通过本发明技术方案的实施，采用PC控制模块进行图像分析和路径分析，不断优化迭代插针路线，确保插针路线的最优性。
附图说明
附图1A为本发明实施例中弯曲结构探针的立体示意图；
附图1B为本发明实施例中弯曲结构探针的主视图；
附图1C为本发明实施例中弯曲结构探针的俯视图；
附图2为本发明实施例中成品探针卡及探针卡的其中一个探针孔截面的示意图；
附图3为本发明实施例中探针操作模组的示意图
附图4为本发明实施例中AOI图像获取模块应用的***框图；
附图5为本发明实施例中三维图像信息获取模块应用的***框图；
附图6为本发明实施例中使用AOI图像获取模块来执行AI智能路径确定方法的流程图；
附图7为本发明实施例中使用三维图像信息获取模块来执行三维超声成像的流程图；
附图8为本发明实施例中使用AOI图像获取模块来执行人工示教路径确定方法的流程图；
附图9为本发明实施例中在获得标准插针路径的过程中对示教点及插针运动路径的示意图。
以上附图各部位表示如下：
1 探针操作模组
11 机械手
2 AOI图像获取模块
21 相机
22 镜头
23 AOI图像采集卡
24 伺服控制组件
3 三维图像信息获取模块
31 液体槽
32激光器
33三维图像采集卡
34 X轴伺服
35 Y轴伺服
4 PC控制模块
5 探针
6 探针卡
61 上探针卡
62 下探针卡
63 探针孔
7a 示教点1
7b 示教点2
7c 示教点3
7d 示教点4
7e 示教点5
7f 示教点6
7g 示教点7
7h 示教点8
8 插针运动路径。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明各实施例提出提出的基于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，用以解决以下技术问题：
（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62安装错位、探针卡探针孔63加工误差等，采用超声的方法，生成三维探针孔63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11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控制模块进行图像分析和路径分析，不断优化迭代插针路线，确保插针路线的最优性。
实施例一
参考附图6至附图8所示，本发明实施例一提出了一种基于AOI和超声成像的半导体探针卡插针方法，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63的探针卡为模版，在其标准上下两段探针孔63处剖开，光学检测获取标准上下两段探针孔63的截面图像信息；
控制机械手11往标准上下两段探针孔63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63截面图像中探针与探针孔63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11***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***探针孔63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63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63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63相对标准上下两段探针孔63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63的所述错位信息的数值为零时，则对该探针孔63直接采用所述标准插针路径；若探针卡上探针孔63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63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63完成插针动作。
在本发明实施例一中，以一块具有标准上下两段探针孔63的探针卡为模版，此处探针卡为具有上下两层探针孔63的探针卡，且存在上下两层的探针孔63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63定义为标准上下两段探针孔63。
在本发明实施例一中，是基于AOI光学检测方法获取所述标准上下两段探针孔63的截面图像信息以及该截面图像中探针与探针孔63的位置信息，AOI是指自动光学检测，是现有通过矢量特征视觉处理技术自动检测的一种技术手段，通过对被检测产品进行拍照，通过图像处理***，对所拍摄照片进行处理，得到所需要的参数，进而判断产品的相关参数是否满足设定值，由于AOI的其他应用比较成熟，在此不再展开详细描述；所述标准上下两段探针孔63的截面图像信息包括上下两段探针孔63在截面形状下的坐标信息；所述标准上下两段探针孔63截面图像中探针与探针孔63的位置信息为探针相对标准上下两段探针孔63孔壁的间距值信息以及探针在标注探针孔63中的坐标信息；
在本发明实施例一中，是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63的三维图像信息的，通过控制超声发出部件，获得一系列的二维超声图像，再通过图像处理，重建探针卡的三维结构，以此来获得实际的上下两段探针孔63中各个部位的三维坐标信息；三维超声技术应用到本发明中的过程可参考附图7所示的使用三维图像信息获取模块3来执行三维超声成像的流程图；所述实际的上下两段探针孔63三维图像信息包括探针孔63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63孔壁与标准上下两段探针孔63孔壁与示教点对应处的坐标偏差，所述坐标偏差包括X向偏差值、Z向偏差值。
在本发明实施例一中，在所述获得标准插针路径的步骤中，在控制机械手11往标准上下两段探针孔63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63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63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63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63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11根据实际运动点下探针的不同姿态来对应调整机械手11的运动指令信息，机械手11以可以以上层探针卡上探针孔63的位置为基准来设定零位，由PC控制模块控制机械手11夹持探针，按照探针的运动路径进行轨迹移动，机械手夹持探针调整轨迹时，可由机械手带动探针在X方向、Z方向平移，并且根据实际探针插孔路径进行XZ面的转动，从而使探针顺利、无障碍得***到上下两段的探针孔中。由于机械手11在夹持探针时两者是相对固定的，机械手11上的坐标系可以与探针上每个位置的坐标系进行一一对应换算，在需要调整探针位置时，通过对应换算就能得出机械手11所应调整的位置，再通过PC控制模块来控制机械手11的X向指令信息、Y向指令信息、Z向指令信息和各旋转轴的旋转指令信息（旋转指令信息包括机械手在XY面、XZ面、YZ面旋转的旋转轴角度），以此来完成探针运动轨迹的调整。
实施例二
参考附图2至附图5所示，本发明实施例二提出了一种基于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63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63截面图像中探针与探针孔63的位置信息；
三维图像信息获取模块3，用于获得探针卡上每一个实际的上下两段探针孔63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63截面图像中探针与探针孔63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11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63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63相对标准上下两段探针孔63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63所对应的实际插针路径；按照实际插针路径换算得到探针操作指令；
探针操作模组1，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***探针卡中。
在本发明实施例二中，所述探针操作模组1包括一具有七自由度的机械手11，机械手11末端设有爪手，用于抓取和松开探针；仿照人手操作方法，设计7自由度机械爪手，可以控制探针进行X方向、Y方向、Z方向运动，在XY、XZ、YZ平面旋转，在机械手末端还设置X方向用于抓取探针的夹取气缸。通过机械手中各旋转轴转动、行走轴平移的复合，从而保证抓取探针后进行探针插针姿势调整，机械手夹持探针调整轨迹时，可由机械手带动探针在X方向、Z方向平移，并且根据实际探针插孔路径进行XZ面的转动，从而使探针顺利、无障碍得***到上下两段的探针孔中。探针操作模组1的结构如附图3所示，附图3中的箭头及环扇形为旋转轴、行走轴各自由度的方向示意。
在本发明实施例二中，所述AOI图像获取模块主要由相机21、镜头22、AOI图像采集卡以及伺服控制组件24组成，其中相机21、镜头22用于拍照获取探针孔63截面图像，相机21、镜头22采用高倍相机21和高倍镜头22，AOI图像采集卡采集图像信息后传递给PC控制模块分析计算，然后再控制机械爪手进行探针姿势调整；AOI图像获取模块的应用如附图4所示。
在本发明实施例二中，所述三维图像信息获取模块3包括三维超声成像***，包括液体槽31、激光器32、三维图像采集卡33、X轴伺服、Y轴伺服，激光器32用于激发超声的超高频激光器32。利用液体超声成像原理，把探针卡浸没在液体中，使用超高频激光器32激发超声，利用液体传递性，通过移动激光头所在X轴和Y轴，发送和接受超声波，通过拍照获取多截面图像，拟合出探针卡的三维图形，并由此可得上下探针卡62孔错位情况。PC通过分析每个孔的错位情况，再控制机械臂插针运动时进行位置微调。三维图像信息获取模块3的应用如图5所示。
由AOI图像获取模块、PC控制模块、探针操作模组1来完成获得标准插针路径，其中可以通过人工示教路径确定方法或AI智能路径确定方法来获得标准插针路径的；具体的，
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11抓取探针；
人手控制机械手11运动插针；
人手动控制机械手11到探针孔63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63壁的距离，当距离小于设定值时则人工控制机械手11远离孔壁，当距离大于设定值时，则人工控制机械手11靠近孔壁，进行位移插针运动；
每走一步成功，反馈给PC控制模块；
设定刚才成功的一步为插针移动步；
插好针后，把所有插针移动步拟合成所述标准插针路径。
在人工示教路径确定方法中，可参考附图8所示的使用AOI图像获取模块来执行人工示教路径确定方法的流程图，以及附图9所示的在获得标准插针路径的过程中对示教点及插针运动路径8的示意图，针对附图9，应说明的是，为了更好得进行图示，在附图9中，将标准孔镜像复制了多个，其中由探针进入的标准孔中才是此次示教点及路径确认的实际位置，附图9中示教点及插针运动路径8的示意需要一一对应映射到探针进入的标准孔中。在附图9所示的人工示教过程中，将插针动作设定为8步，因此需要确定8个示教点，在人工操作机械手控制探针的过程中，按照时序陆续确认好如附图9中所示的8个示教点：
示教点1：7a；
示教点2：7b；
示教点3：7c；
示教点4：7d；
示教点5：7e；
示教点6：7f；
示教点7：7g；
示教点8：7h。
确认好所有示教点后，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，该标准插针路径为探针运动的轨迹。
具体的，所述AI智能路径确定方法如下：
由机械手11抓取探针，移动探针孔63上方；
相机21拍摄获取实时探针与探针孔63图像，将这些图像采集反馈给PC控制模块；
PC控制模块进行图像处理；
计算获得实时探针相对探针孔63壁间距；
PC控制模块计算获得需调整机械手11坐标的坐标量；
按该坐标量移动探针；
不断刷新图像采集信息，通过分析不同时间下探针距离一侧探针孔63壁的距离，当距离小于设定值时则控制机械手11远离孔壁，当距离大于设定值时，则控制机械手11靠近孔壁，不断位移迭代，从而确定最优路径。
AI智能路径确定方法中，可参考附图6所示的使用AOI图像获取模块来执行AI智能路径确定方法的流程图。采用AI智能路径确定方法时，也可参考附图9的示意，由于是由AOI图像获取模块及PC控制模块实时参与示教点的确认，按照时序可以在获得示教点的这一动作中获取相较人工方法更多的示教点，探针每次的调整都可以记录为示教点。
通过上述各实施例的实施，本发明各实施例相较于现有技术具有以下亮点：
（1）替代人工
本发明亮点之一： 本发明替代人工插针操作，极大解放人的劳动，还能保证探针卡质量的一致性。由于人插针频繁持续插针操作不仅会造成人眼力的下降，还不能保证插针质量的一致性，从而不能保证探针卡产品的一致性。
（2）AOI图像分析下人工示教确定路径
本发明亮点之二：不同的探针卡探针孔63位截剖面是一致的，插针也是把针***探针孔63位。所以只要确定探针的插针路径，就可以复制到其余探针孔63的插针动作中。通过人手动控制仿形七自由度机械手11进行插针，把该插针运动路径8确定为探针运动路径。
（3）AOI图像分析下AI确定路径
本发明亮点之三：通过相机21拍照，PC控制模块进行图像分析，PC控制模块控制操作仿形七自由度机械手11进行插针。不断刷新图像采集信息，通过分析不同时间下探针距离一侧探针孔63壁的距离，当距离小于设定值时则控制机械手11远离孔壁，当距离大于设定值时，则控制机械手11靠近孔壁，不断微位移迭代，从而确定插针路径。
（4）超声三维成像
本发明亮点之四：针对上下探针卡62安装错位、探针卡探针孔63加工误差等，采用超声的方法，通过设计不同频率超声，产生三维探针孔63图像，结合AOI确定的路线，针对每个孔位进行路线微调整。
（5）七自由度机械爪手
本发明亮点之五：仿照人手操作方法，设计七自由度机械爪手，可以控制探针进行X方向、Y方向、Z方向运动，在XZ平面旋转，用于抓取探针的夹取气缸，从而保证抓取探针后进行探针插针姿势调整；机械手夹持探针调整轨迹时，可由机械手带动探针在X方向、Z方向平移，并且根据实际探针插孔路径进行XZ面的转动，从而使探针顺利、无障碍得***到上下两段的探针孔中。
（6）PC控制模块
本发明亮点之六：PC控制模块根据三维超声成像不同孔位信息，计算与标准孔位路径偏差，从而确定不同孔位路径信息。同时进行不同路径信息，通过均值分析方法，计算平均路径，为下次探针卡插针提供参考值。
下面再对本发明的采用人工示教路径确定方法以及采用AI智能路径确定方法的两个具体实施步骤进行简要说明：
（一）采用人工示教路径确定方法
（1）人工剖截面获取探针孔63剖截面截面；
（2）七自由度机械手11抓取探针；
（3）人手动控制机械手11到探针孔63上方，通过相机21图像方法功能，进行微位移插针运动；
（4）插好针后，把该路径设定为运动路径；
（5）使用超声波方法三维成像，分析不同探针孔63位置偏差，与标准孔对比，PC控制模块分析调整其余探针孔63插针路径；
（6）依次插针，完成插针动作。
（二）采用AI智能路径确定方法
（1）人工剖截面获取探针孔63剖截面截面；
（2）五自由度机械手11抓取探针，移动探针孔63上方；
（3）相机21拍照获取探针与探针孔63图像，发送到PC分析；
（4）不断刷新图像采集信息，通过分析不同时间下探针距离一侧探针孔63壁的距离，当距离小于设定值时则控制机械手11远离孔壁，当距离大于设定值时，则控制机械手11靠近孔壁，不断微位移迭代，从而确定最优路径。
（5）使用超声波方法三维成像，分析不同探针孔63位置偏差，与标准孔对比，PC控制模块分析调整其余探针孔63插针路径；
（6）依次插针，完成插针动作。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

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***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，以形成所述实际插针路径；
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，当距离小于设定值时则人工控制机械手远离孔壁，当距离大于设定值时，则人工控制机械手靠近孔壁，进行位移插针运动；
每走一步成功，反馈给PC控制模块；
设定刚才成功的一步为插针移动步；
插好针后，把所有插针移动步拟合成所述标准插针路径。
5.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AI智能路径确定方法来获得标准插针路径的，所述AI智能路径确定方法如下：
由机械手抓取探针，移动探针孔上方；
相机拍摄获取实时探针与探针孔图像，将这些图像采集反馈给PC控制模块；
PC控制模块进行图像处理；
计算获得实时探针相对探针孔壁间距；
PC控制模块计算获得需调整机械手坐标的坐标量；
按该坐标量移动探针；
不断刷新图像采集信息，通过分析不同时间下探针距离一侧探针孔壁的距离，当距离小于设定值时则控制机械手远离孔壁，当距离大于设定值时，则控制机械手靠近孔壁，不断位移迭代，从而确定最优路径。
6.根据权利要求4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：所述超声波三维成像的过程如下：
把探针卡浸没在液体中；
使用超高频激光器激发超声，利用液体传递性，通过移动激光头所在X轴和Y轴，发送和接受超声波；
根据发送和接受到的超声波信息拟合出探针卡的三维图形，获取探针卡的上下两段探针孔位置偏差信息；PC控制模块通过分析每一个孔的错位信息，再控制机械手插针运动时进行位置微调。
7.一种基于AOI和超声成像的半导体探针卡插针装置，其特征在于，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，用于由超声成像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***探针卡中。
8.根据权利要求7所述的基于AOI和超声成像的半导体探针卡插针装置，其特征在于：
所述探针操作模组包括一具有七自由度的机械手，机械手末端设有爪手，用于抓取和松开探针；
所述AOI图像获取模块主要由相机、镜头、AOI图像采集卡以及伺服控制组件组成，其中相机、镜头用于拍照获取探针孔截面图像，AOI图像采集卡采集图像信息后传递给PC端分析计算，然后再控制机械爪手进行探针姿势调整；
所述三维图像信息获取模块包括三维超声成像***，包括液体槽、激光器、三维图像采集卡、X轴伺服、Y轴伺服，激光器为用于激发超声的超高频激光器。
9.一种计算机设备，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，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6任一项所述的方法的步骤。
10.一种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如权利要求1至6任一项所述的方法的步骤。
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