一种双压电叠堆驱动的探针装置

1.本发明属于半导体封测领域，具体为一种双压电叠堆驱动的探针装置。


背景技术：

2.在半导体封测机中，探针装置是其重要的组成部分，通过探针装置实现对元件的检测。探针装置的工作速度决定了半导体封测机的整体速度，当前探针装置大都为电磁驱动式，速度大都在100hz以下且工作寿命低，因此现有电磁驱动式探针装置无法满足半导体封测机中速度提升的迫切需求。


技术实现要素：

3.针对现有探针装置工作速度低的问题，本发明提出一种双压电叠堆驱动的探针装置。
4.本发明实施例提供了一种双压电叠堆驱动的探针装置，从内到外依次设置有第一压电叠堆、第二压电叠堆、驱动块、壳体、安装座、探针；所述驱动块一端连接所述第一压电叠堆和所述第二压电叠堆、另一端连接所述安装座；所述第一压电叠堆与所述第二压电叠堆为上下对称设置；所述第一压电叠堆、第二压电叠堆右端与壳体连接；所述安装座上安装有探针；所述壳体配套探针设置有通孔，所述通孔实现所述探针的定位并构成所述探针与所述壳体的滑配。
5.进一步的，所述探针底部设置有接线座，所述接线座用于外部线路连接。
6.进一步的，所述驱动块靠近安装座的下表面连接有第一应变片，所述第一应变片通过感知驱动块的变形实现探针输出力的监控，这可以有效的避免探针由于卡死出现的损坏。
7.进一步的，所述驱动块与壳体之间设置有接近开关，所述接近开关实现每一次探针动作的监测；所述接近开关为接触式传感器，其由一对金属膜片构成，当所述接近开关为开状态（即为0状态）时，一对金属膜片为分开状态，而当接近开关为关状态（即为1状态）时，一对金属膜片为接触状态；一对所述金属膜片分别粘结在驱动块以及壳体上。
8.进一步的，所述第一压电叠堆外围连接有第二应变片，所述第二应变片通过监测第一压电叠堆的变形实现对第一压电叠堆的状态监测；所述第二压电叠堆外围连接有第三应变片，所述第三应变片通过监测第二压电叠堆的变形实现对第二压电叠堆的状态监测。
9.进一步的，所述驱动块由相连的三角块和支撑块构成；所述三角块通过边长设置实现所述第一压电叠堆和第二压电叠堆的位移放大；所述支撑块左部连接安装座；所述三角块右部端面连接所述第一压电叠堆和第二压电叠堆；所述第一压电叠堆与第二压电叠堆的中心距离为l1,所述驱动块的两端距离为l2,且。
10.探针装置的控制系统包括交互模块、驱动模块、控制模块、感应模块；所述交互模块获得使用者设定的工作信息并输出系统的工作状态；所述控制模块获得所述交互模块以
及所述感应模块的信息；所述控制模块通过内部计算输出控制信号至所述驱动模块；所述控制模块通过内部计算输出系统工作信息至所述交互模块；所述驱动模块输出驱动信号至所述第一压电叠堆与第二压电叠堆；所述感应模块获得所述接近开关、第一应变片、第二应变片、第二应变片的感应信号，并传送至所述控制模块。
11.交互模块获得使用者设定的工作信息，探针装置开始工作，控制模块通过驱动模块对第一压电叠堆施加与其极化方向相同的电压、第二压电叠堆不施加电压，所述第一压电叠堆伸长，通过驱动块的杠杆放大作用，第一压电叠堆的位移输出得到放大，所述驱动块左端带动安装座大位移向下运动，探针缩回，感应模块感应接近开关、第二应变片、第三应变片的状态，通过监测第二应变片、第三应变片的电阻变化可以准确判断第一压电叠堆、第二压电叠堆的状态，当感应单元感知到第一压电叠堆完全伸长、第二压电叠堆完全缩回，探针装置即回归到初始状态，即可等待检测的元件进入。
12.驱动模块对第一压电叠堆不施加电压、第二压电叠堆施加与其极化方向相同的电压，所述第一压电叠堆在自身刚度以及第二压电叠堆推力作用下，所述第一压电叠堆快速回缩至初始状态，所述第二压电叠堆伸长，所述驱动块带动安装座大位移向上运动，探针伸出，感应模块感应接近开关状态转变、第一应变片、第二应变片、第三应变片的状态，当感应模块感知到接近开关状态转变为关状态（即一对金属膜片接触），控制模块通过交互模块输出工作状态，其可以进行元件监测。
13.通过第一工作状态以及第二工作状态交替转变即可实现半导体元件的持续监测。
14.本项目的特色及优势在于： 1.探针装置由压电驱动，具有速度快、能量密度高、无电磁干扰的优势；2.可靠性高，通过接近开关、第一应变片、第二应变片、第三应变片可实时监测探针以及压电叠堆状态；3.通过第一压电叠堆与第二压电叠堆协同带动驱动块，结构紧凑、系统刚度高、反应速度快且结构简单。
附图说明
15.图1为本发明的结构示意图；图2为图1的第一工作状态；图3为图1的第二工作状态；图4为本发明的控制系统示意图；图5是本发明中探针6的一种较优方案示意图。
16.附图标记：壳体1；通孔111；第一压电叠堆21；第二压电叠堆22；驱动块3；三角块31；支撑块32；中心线300；接近开关4；安装座5；探针6；接线座61；针体62；弹性体63；第一应变片71；第二应变片72；第三应变片73；驱动模块100；控制模块101；感应模块102；交互模块103。
实施方式
17.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚，完整的描述，需要说明的是，术语“中间”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
18.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
19.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
20.请参阅图1、图2、图3、图4、图5，本发明的实施例提供了一种双压电叠堆驱动的探针装置。
21.针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种双压电叠堆驱动的探针装置，从内到外依次设置有第一压电叠堆21、第二压电叠堆22、驱动块3、壳体1、安装座5、探针6；所述驱动块3一端连接所述第一压电叠堆21和所述第二压电叠堆22、另一端连接所述安装座5；所述第一压电叠堆21与所述第二压电叠堆22为水平设置且以中心线300为中心上下对称设置，所述第一压电叠堆21与所述第二压电叠堆22左右两端分别对齐；所述中心线300为所述驱动块3的中心对称线；所述第一压电叠堆21与所述第二压电叠堆22外形尺寸一致；所述第一压电叠堆21、第二压电叠堆22右端与壳体1连接；所述安装座5上安装有探针6；所述壳体1配套探针6设置有通孔111，所述通孔111实现所述探针6的定位并构成所述探针6与所述壳体1的滑配。
22.进一步的，如图5所示，所述探针6由接线座61和针体62构成；所述接线座61与安装座5固定连接；所述接线座61与外部检测线路连接；所述针体62用于与被测元件接触并进行检测；所述接线座61与所述针体62之间为滑动配合且相互连通，连通后只需接线座61连接外部线路；所述接线座61与针体62之间设置有弹性体63，所述弹性体63使针体62具有预紧力，所述弹性体使针体62具有相对于接线座61上下弹性移动的能力，这可以使得针体62与被测元件接触时更柔和、不易损坏；所述弹性体位于接线座61内部。
23.进一步的，所述弹性体63为压缩式弹簧。
24.进一步的，所述驱动块3靠近安装座5的下表面连接有第一应变片71，所述第一应变片71通过感知驱动块3的变形实现探针6输出力的监控，这可以有效的避免探针6由于卡死出现的损坏。
25.进一步的，所述驱动块3与壳体1之间设置有接近开关4，所述接近开关4实现每一次探针6动作的监测；所述接近开关8为接触式传感器，其由一对金属膜片构成，当所述接近开关8为开状态（即为0状态）时，一对金属膜片为分开状态，而当接近开关8为关状态（即为1状态）时，一对金属膜片为接触状态；一对所述金属膜片分别粘结在驱动块3以及壳体1上。
26.进一步的，所述第一压电叠堆21外围连接有第二应变片72，所述第二应变片72通过监测第一压电叠堆21的变形实现对第一压电叠堆21的状态监测；所述第二压电叠堆22外围连接有第三应变片73，所述第三应变片73通过监测第二压电叠堆22的变形实现对第二压电叠堆22的状态监测。
27.进一步的，所述驱动块3由相连的三角块31和支撑块32构成；所述三角块31通过边
长设置实现所述第一压电叠堆21和第二压电叠堆22的位移放大；所述支撑块32左端连接安装座5；所述三角块31右部端面连接所述第一压电叠堆21和第二压电叠堆22；所述第一压电叠堆21与第二压电叠堆22的中心距离为l1,所述驱动块3的左右两端距离为l2,且。
28.如图4所示，探针装置的控制系统包括交互模块103、驱动模块100、控制模块101、感应模块102；所述交互模块103获得使用者设定的工作信息并输出系统的工作状态；所述控制模块101获得所述交互模块103以及所述感应模块102的信息；所述控制模块101通过内部计算输出控制信号至所述驱动模块100；所述控制模块101通过内部计算输出系统工作信息至所述交互模块103；所述驱动模块100输出驱动信号至所述第一压电叠堆21与第二压电叠堆22；所述感应模块102获得所述接近开关4、第一应变片71、第二应变片72、第二应变片73的感应信号，并传送至所述控制模块101。
29.如图2和图4所示，探针装置第一工作状态时，交互模块103获得使用者设定的工作信息，探针装置开始工作，控制模块101通过驱动模块100对第一压电叠堆21施加与其极化方向相同的电压、第二压电叠堆22不施加电压，所述第一压电叠堆21伸长，通过驱动块3的位移放大作用，第一压电叠堆21的位移输出得到放大，所述驱动块3左端带动安装座5大位移向下运动，探针6缩回，感应模块102感应接近开关4、第二应变片72、第三应变片73的状态，通过监测第二应变片72、第三应变片73的电阻变化可以准确判断第一压电叠堆21、第二压电叠堆22的状态，当感应单元102感知到第一压电叠堆21完全伸长、第二压电叠堆22完全缩回，探针装置即回归到初始状态，即可等待检测的元件进入。
30.如图3和图4所示，探针装置第一工作状态时，驱动模块100对第一压电叠堆21不施加电压、第二压电叠堆22施加与其极化方向相同的电压，所述第一压电叠堆21在自身刚度以及第二压电叠堆22推力作用下，所述第一压电叠堆21快速回缩至初始状态，所述第二压电叠堆22伸长，所述驱动块3带动安装座5大位移向上运动，探针6伸出，感应模块102感应接近开关8状态转变、第一应变片71、第二应变片72、第三应变片73的状态，当感应模块102感知到接近开关8状态转变为关状态（即一对金属膜片接触），控制模块101通过交互模块103输出工作状态，其可以进行元件监测。其中由于驱动块3的转动，探针6会产生一个水平方向的移动，由于驱动块3的上下移动位移小于1mm，所以探针6产生的水平方向位移很小，这个水平方向的位移主要通过探针6自身的形变、探针6与通孔111的间隙以及针体62与接线座61之间的间隙来弥补。
31.通过第一工作状态以及第二工作状态交替转变即可实现半导体元件的持续检测。

技术特征：
1.一种双压电叠堆驱动的探针装置，其特征在于： 从内到外依次设置有第一压电叠堆、第二压电叠堆、驱动块、壳体、安装座、探针；所述驱动块一端连接所述第一压电叠堆和所述第二压电叠堆、另一端连接所述安装座；所述第一压电叠堆与所述第二压电叠堆平行设置且端面对齐；所述第一压电叠堆、第二压电叠堆与壳体连接；所述安装座上安装有探针；所述壳体配套探针设置有通孔，所述通孔实现所述探针的定位并构成所述探针与所述壳体的滑动配合；所述第一压电叠堆与第二压电叠堆的中心距离为l1,所述驱动块的两端距离为l2,且。2.如权利1所述的双压电叠堆驱动的探针装置，其特征在于：所述探针由接线座和针体构成；所述接线座与安装座固定连接；所述接线座与外部检测线路连接；所述针体用于与被测元件接触并进行检测；所述接线座与所述针体之间为滑动配合且相互连通；所述接线座与针体之间设置有弹性体；所述弹性体位于接线座内部。3.如权利1所述的双压电叠堆驱动的探针装置，其特征在于：所述驱动块靠近安装座的表面连接有第一应变片；所述第一压电叠堆外围连接有第二应变片，所述第二应变片通过监测第一压电叠堆的变形实现对第一压电叠堆的状态监测；所述第二压电叠堆外围连接有第三应变片，所述第三应变片通过监测第二压电叠堆的变形实现对第二压电叠堆的状态监测；所述驱动块与壳体之间设置有接近开关，所述接近开关实现每一次探针动作的监测；所述接近开关为接触式传感器，其由一对金属膜片构成；一对所述金属膜片分别连接在驱动块和壳体上，当所述接近开关为开状态时，一对金属膜片为分开状态，而当接近开关为关状态时，一对金属膜片为接触状态。4.一种控制装置，用于权利3所述的双压电叠堆驱动的探针装置，其特征在于：包括交互模块、驱动模块、控制模块、感应模块；所述交互模块获得使用者设定的工作信息并输出系统的工作状态；所述控制模块获得所述交互模块以及所述感应模块的信息；所述控制模块通过内部计算输出控制信号至所述驱动模块；所述控制模块通过内部计算输出系统工作信息至所述交互模块；所述驱动模块输出驱动信号至所述第一压电叠堆与第二压电叠堆；所述感应模块获得所述接近开关、第一应变片、第二应变片、第二应变片的感应信号，并传送至所述控制模块。

技术总结
本发明属于半导体封测领域，具体为一种双压电叠堆驱动的探针装置。从内到外依次设置有第一压电叠堆、第二压电叠堆、驱动块、壳体、安装座、探针；所述驱动块一端连接所述第一压电叠堆和所述第二压电叠堆、另一端连接所述安装座；所述第一压电叠堆与所述第二压电叠堆为上下对称设置；所所述安装座上安装有探针。特色与优势：速度快、工作稳定。工作稳定。工作稳定。


技术研发人员：李建平 陈松
受保护的技术使用者：浙江师范大学
技术研发日：2023.06.08
技术公布日：2023/8/13