修正飛針測試系統測試點坐標的解決方法

左 寧，高慧瑩

(中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京 100176)

修正飛針測試系統測試點坐標的解決方法

左 寧，高慧瑩

(中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京 100176)

飛針測試系統是用來測量混合電路板、LTCC基板、PCB板的各網絡間開路、短路、絕緣以及電容的專業電子芯片檢測設備。針對飛針測試系統中測試坐標點的修正提出了一種解決方法，不僅能準確得出對待測基片的平移偏距，也能夠通過算法計算出待測基片的旋轉角度，綜合考慮平移和旋轉這兩點的因素最終確定待測點的實際位置坐標。

飛針測試系統；坐標修正；平移偏距；旋轉角度

飛針測試系統（如圖1）為雙面電子芯片檢測設備，該設備通過軟件控制可以對混合電路板、LTCC基板、PCB板的各網絡間的開路、短路、絕緣以及電容進行測試，是電子芯片制造流水線上不可或缺的重要檢測設備。

在飛針測試設備的實際運行中，由于待測基片上的待測焊盤尺寸普遍很小，因此對每個測針的定位精度提出了很高的要求，同時由于夾具工藝、人工誤差、燒結膨脹率等因素，從工藝文件中提取出來的測試點坐標和實際的焊盤點坐標間存在一定的偏差，這就導致了飛針設備不僅要從機械結構的角度達到很高的電機定位精度，而且更要在軟件算法上將基片實際位置的平移偏距和旋轉角度精確計算出，并將坐標點進行修正。修正后的待測基片測試點坐標的精確度將直接影響到整體設備的測試質量以及測試效率。

圖1 雙面臥式飛針測試系統

1 坐標修正軟件流程及計算方法

修正待測基片坐標點的軟件流程為在軟件基準點對準功能中通過選取測試文件中的兩個特征點Tp1和Tp2以他們在文件中的相對位置和通過CCD觀察到的實際位置為依據，計算得出基片夾持后的XY向偏距以及它的旋轉角度，如圖2所示選取了左上角的Tp1以及右下角的Tp2。

在選好基準點后，在基準點對準功能中進行修正，如圖3所示（已經對準了Tp1的實際位置）可以看到此時待測基片旋轉的角度比較大。

對準好Tp1后軟件對Tp2進行位置定位，如圖4所示為Tp2通過文件中讀取到的與Tp1的位置偏差自動得出的位置，由于旋轉和平移的關系，視野內并沒有看到第二個基準點Tp2，此時它的坐標已被記錄。

通過移動電機觀察CCD視圖找到Tp2的實際位置Tp2′并將其坐標記錄下來，如圖5所示，此時通過Tp1、Tp2以及Tp2′的坐標即可計算出待測基板的平移距離以及旋轉角度。

圖2 在圖形界面下選取基準點

圖3 CCD視圖下對準第一個基準點

圖4 CCD視圖下第二個基準點參考位置

1.1 待測基片平移偏距的計算

本文中確定待測基片的平移偏距采用以第一個基準點為準，也就是求第一個基準點的平移位置誤差，方法為通過求出第一個基準點Tp1的實際位置坐標（XTp1′，YTp1′）和測試文件中記錄的位置（XTp1，YTp1）之間的差值即可得出基片平移的X向以及Y向的偏距，計算公式為：

圖5 確定第二個基準點的實際位置

1.2 求旋轉角度θ以及確定旋轉方向的方法

本文中所述方法需要求出的旋轉角度通過在基準點對準時記錄下第一個基準點的實際坐標（XTp1，YTp1）、從文件中讀取并平移修正后的第二個基準點坐標（XTp2，YTp2）以及第二個基準點的實際位置 （XTp2′，YTp2′） 即可求得 （XTp2，YTp2） 以（XTp1，YTp1）為圓心旋轉到（XTp2′，YTp2′）的位置所旋轉的角度θ，如圖6所示。

圖6 旋轉角度示意圖

其中A、B、C分別為這個三角形的3條邊，由于3點的坐標已知，即可用以下公式計算出這3條邊的長度：

已知三角形3邊長度，即可用余弦定理求出cosθ的值，并且用cosθ的值求出sin θ，所用公式為：

確定基片的旋轉方向，只需要對比Tp2′與Tp2兩點的Y向坐標大小即可，當YTp2′＜YTp2時認為基片為順時針旋轉，否則為逆時針旋轉。

1.3 通過旋轉矩陣修正坐標

在計算出待測基片的平移偏距以及旋轉角度后，即可使用旋轉矩陣對基片上的每個點進行修正。已知，當一個坐標系中的點繞其原點旋轉角度θ后所用到的旋轉矩陣為：

（1）順指針旋轉時所用旋轉矩陣

（2）逆時針旋轉時所用旋轉矩陣

參考以上旋轉矩陣，當選取圓心坐標為（XTp1，YTp1）且旋轉角度為θ時，基片上每一點實際坐標（X，Y）與從測試文件中提取后經過平移修正的坐標（X0+XOffset，Y0+YOffset）之間映射關系修正矩陣分別為：

（1）待測基板順指針旋轉時：

（2）待測基板逆指針旋轉時：

得出以上矩陣的方法為先將待測基片上需要修正坐標的點平移(-XTp1，-YTp1)將問題轉化為以待測基片坐標原點為圓心旋轉的問題，得出旋轉后的坐標再反向平移（XTp1，YTp1），即得到實際基片上的坐標位置。

將此矩陣展開后即可得到實際需要用到的坐標修正公式：

（1）待測基板順指針旋轉時：

（2）待測基板逆指針旋轉時：

2 最終得出的坐標修正方法

在設備實際測試中對坐標的修正還要考慮到待測基片的膨脹率以及CCD與針之間的偏距（XCCDOffset和YCCDOffset）并且也要將順時針旋轉和逆時針旋轉兩種情況分別進行處理，結合之前的旋轉矩陣代入這些參數后將其展開即得到最終程序中用到的坐標修正公式：

（1）待測基板順指針旋轉時：

（2）待測基板逆指針旋轉時：

3 算法所涉及的代碼

以下是本文中所涉及到的計算方法寫入到實際程序應用中的代碼，部分做了注釋，以供參考：

4 結束語

此次重新改進后的坐標修正算法解決了之前老算法只能修正平移不能修正旋轉角度的問題，具有較強的實際應用價值，其程序算法流程如圖7所示。

圖7 角度修正算法流程圖

經過多次試驗證明此方法可行，修正后的坐標精度能夠達到±10 μm左右。在實際設備工作中，減少了因為基片放置位置的人工誤差導致的測試失準，提高了設備整體的可靠性和運行效率。此方法目前仍處于試驗階段，在進一步的改進中，力爭達到更高的修正精度。

[1] 方文波.線性代數及其應用[M].北京：高等教育出版社，2011.

[2] 楊曉鵬.Visual C++6.0實用編程技術[M].北京：中國水利水電出版社，1999.

[3] 呂磊，劉國敬，左寧.DWG格式的飛針測試文件轉換[J].電子工業專用設備，2014.43(6)：37-42.

Correction Method of Test Point Coordinate for Flying Probe Tester

ZUO Ning，GAO Huiying
(The 45thResearch Institute of CECT，Beijing 100176，China)

Flying probe test system is used to measure the network hybrid circuit board，LTCC board，PCB board of the open circuit and insulation and capacitance of professional electronic chip testing equipment This paper presents a method to solve the coordinate point correction test flying probe test system，not only can get accurate measurement of substrate offset translation treatment，can also be calculated by the algorithm to measure the rotation angle of the substrate，considering the translation and rotation of these two eventually determine the actual position coordinates of the measured point the.

Flying probe test system；Coordinate correction；Offset translation；Rotation angle

TN407

B

1004-4507(2017)05-0036-06

2017-07-27

左寧（1985-），男，甘肅省蘭州市人，工程師，畢業于蘭州交通大學計算機科學與技術專業，碩士，目前研究方向為半導體專用設備的工控軟件研發，擔任探針、飛針等電子元器件測試設備的軟件組負責人。