一，自动真空探针台构造设计
自动真空探针台主要由工控机、真空腔体、测试仪接口电路、传感器系统、环境测试系统、人机界面、XYZ工作台等几部分组成。
1.1真空腔体结构设计及密封技术
1.1.1真空腔体结构设计
真空腔体设计的合理性直接影响整个探针台的性能，需要有足够的空间将XY工作台、承片台、测试探头等部件容纳其中，同时结构还需尽量紧凑，因此它的优化性设计至关重要。设计需要提前考虑的方面有：腔体和外部管件的接口预留位置和接口大小、与外部接线端子的预留位置和数量、整个腔体端盖的锁紧形式、观察窗口和照明系统的位置和数量、液氮管道的接口形式、取放片窗口位置和大小，主要包括以下几方面的设计。
（1）真空腔体密封性设计；
（2）腔体内对特种气体的防腐蚀性、防毒性设计；（3）腔体的电磁屏蔽设计；
（4）电气接插头的防潮、防水设计；
（5）操作区的安全设计；
（6）维修、维护的方便性设计。
1.1.2真空腔体密封技术
真空腔体密封技术是真空探针的关键部分，真空腔体密封一旦在设计和加工过程中出现设计缺陷、密封效果不好等问题，就会产生气体泄漏，对操作人员造成人身伤害、甚至对大气环境造成污染，这些问题在后期将无法弥补，在腔体装配前要进行预装试验，防止类似事件发生。
真空腔体采用圆形桶状，下端面与工作平台紧密结合，上端面端盖可拆卸。选用不锈钢材料锻造后一体加工。加工过程中合理进行材料热处理，减少加工变形。
焊接各接口时保证焊接可靠性与密封性，腔体所有零部件连接部位均要考虑密封结构，目前国内比较普遍应用的密封形式分为KF、CF和ISO密封形式，密封圈材料有丁腈橡胶和氟橡胶两种。在探针台测试领域一般选择KF密封形式和氟橡胶材料密封圈，主要特点是装配方便，氟橡胶耐真空、耐高温、耐腐蚀性好。
腔体加工完成后要进行真空检漏试验，对腔体整体真空度漏率要求小于10～8Pa·L/s。
1.2真空探针台工作台结构
工作台结构是真空探针台设备的关键部件之一，在探针测试过程起着至关重要的作用。工作台部分完全置于真空腔体内，主要包括XY工作台和承片台两部分。
1.2.1XY精密工作台结构设计
由于XY工作台需要放置于真空腔体内，XY工作台结构越紧凑，真空腔体就越小，设备尺寸也就相应减小。结构紧凑合理的XY工作台有利于降低真空腔体加工难度、减少能源浪费。
XY工作台整体处于真空腔体中，要求零部件结构密致性好，零部件材料不能逸出空气，材料表面不能有挥发性油脂。XY工作台完全暴露在特种环境中，所有零部件均需要通过耐腐蚀、耐低温性等试验，对于电机、丝杠、导轨等外购件，如果没有合适的型号满足上述要求，需要对相应外购件加装特制密封装置，使外购件与腔体内环境有效隔绝。
根据探针测试需要，XY精密工作台的技术要求为：XY向行程mm；精度±0.mm；重复定位精度±0.mm；分辨率0.mm。在结构设计时，为达到上述精密控制要求选用伺服电机驱动，全闭环运动控制；整个工作台需要放置于真空腔体内，结构紧凑合理的工作台结构可以有效地减小真空腔体设计尺寸，XY工作台结构采用丝杠、交叉滚子导轨组合形式。其中Y向丝杠采用偏置方式；X向丝杠采用对称方式。
对于电机、丝杠、导轨等外购件，选型号时，需要考虑温度、湿度、腐蚀性等特种环境下运行情况，要求在高真空状态下材料不能逸出空气，外购件内部、外部不能有挥发性油脂。如果没有合适的型号满足上述要求，需要对相应外购件加装特制密封罩。
1.2.2承片台结构设计
根据工艺要求，承片台在继承现有抬升机构稳定性、可靠性的同时，还应具有高低温控特性、低电磁吸收率、抗酸碱腐蚀等特性。设备要求温度范围为-65～+℃，这就要求承片盘温度在此范围内程控可调。制冷机构和加热机构必须和承片盘非常接近，能够更大限度地减少能量浪费，以快速达到所需测试温度。制冷机构和制热机构的合理设计，可以更好地避免由于温度传导作用引起其它零部件的温度大幅的变化。腔体内填充一定浓度的特种气体进行测试，承片台的承片盘及其他机械构件必须具有耐腐蚀，在承片台结构设计时，需要在特种环境下对选用的加工件材料和外购件进行可靠性实验，保证长时间在特种环境下的有效性。
承片台结构设计要具有实现自动对准的兹向旋转，兹向旋转的分度精度要求非常高，在mm(6英寸)晶圆上的分度精度要臆0.05°；为了实现与探针的紧密接触稳定地抬升、有效地达到接触位置的精度，抬升机构的进给精度要高，同时承片台要具备极高的刚性，而且在mm的台面上刚度一致是非常重要的。通过在Z轴方向的往复移动，实现高刚性、稳定的探针接触。
承片台旋转结构在设计上采用THK超精密交叉滚柱轴环RB型（外圈分隔，内环旋转）支撑旋转。在交叉滚柱轴环中，因圆柱形滚柱在呈90°的V形沟槽滚动面上通过间隔保持器被相互垂直排列。使得单个轴承就可承受径向、轴向及力矩负荷等所有方向的负荷，具有很高的刚性。又由于内圈或外圈是分隔的构造，轴承间隙可调整。
即使被施加预压，也能获得高精度的旋转。承片台通过轴承座的连接，使承片台与承片盘成为一体，并通过交叉滚柱轴环自由转动。
承片台的升降结构主要是靠滚珠丝杠带动两个对称的线性导轨进行上下往复运动，实现探针接触检测。
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