减少MEMS探针成型时表层碳渣堆积的装置及工作方法与流程

本发明属于半导体探针领域，特别涉及一种减少mems探针成型时表层碳渣堆积的装置。

背景技术：

1、mems（micro-electro-mechanical system，微机电系统）探针是一种基于微加工技术制造的高精度测试元件。它采用先进的半导体工艺和微加工技术制备而成，具备尺寸精度高、一致性好、机械性能稳定等特点，能够适应芯片测试中高密度、细间距的阵列排布要求，同时满足高频信号的测试需求。正因其在微米乃至纳米尺度上的精密结构，mems探针对于材料性能和加工精度提出了极高要求。

2、为达到此类精密制造标准，飞秒激光加工技术被引入mems探针的制备过程。飞秒激光脉冲持续时间极短，借助多轴动态聚焦系统和高重复频率的脉冲输出，能够实现亚微米级别的加工分辨率，孔径偏差可严格控制在±1μm以内，从而满足先进半导体制程对mems探针尺寸的严苛规格。

3、然而，在飞秒激光切割mems探针所用的金属材料时，由于探针结构极为细微，加工区域的能量高度集中，焦点附近瞬时温度可达数千摄氏度；下一脉冲到达产品表面时，前一脉冲产生的热效应仍未消散，容易产生热积累效应。该效应会使得材料产生的熔融物或微颗粒未及时排出，重新附着于探针侧壁或尖端，形成挂渣。此类残留物附着牢固，难以通过常规清洗工艺去除，直接影响探针的表面质量、电气及机械接触性能，导致产品无法满足出货标准，严重制约了生产良率。

4、飞秒激光加工为实现mems探针的高精度制造提供了有效途径，但其加工过程中衍生的挂渣问题，仍是当前制约产能与良率提升的关键工艺挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的之一是提供一种减少mems探针成型时表层碳渣堆积的装置，通过双侧可多自由度调节的吹气系统与吸尘系统，在激光加工阶段主动抑制熔渣附着，降低热积累，减少探针表层碳渣残留，提升mems探针加工良率。

2、本发明的目的是这样实现的：一种减少mems探针成型时表层碳渣堆积的装置，包括激光切割工作台，所述激光切割工作台上设有基板，所述基板用于承载待切割探针金属片材，所述激光切割工作台的左右两侧分别相对应设置有吹气系统和吸尘系统，所述吹气系统包括移动机构一，移动机构一上设置有吹气组件，移动机构一上还设有ccd相机一和红外传感器一，所述吸尘系统包括移动机构二，移动机构二上设置有吸尘组件，所述移动机构二上还设有ccd相机二和红外传感器二；还包括控制系统，所述ccd相机一、红外传感器一、ccd相机二、红外传感器二、移动机构一和移动机构二均与控制系统相连。

3、作为本发明的进一步改进，与所述激光切割工作台的前后两侧分别相对应设置有一横向固定基座一，两个固定基座一相互平行，每个固定基座一上均横向设置有两条平行的上导轨一，两个固定基座一相互靠近的一侧也横向设有侧导轨一。

4、作为本发明的进一步改进，所述移动机构一包括两个前后对应地安装在两个固定基座一左端的移动座一，每个所述移动座一的下侧均对应两上导轨一设置有两排横向间隔分布的滑块一，滑块一的截面呈t形，移动座一经两排滑块一与对应的固定基座一相活动连接，前后对应的两移动座一之间设有移动纵梁，每个移动座一的外侧均设有安装板一，安装板一上固定有竖向的驱动电机一，每个所述固定基座一的外侧均设有横向齿条一，驱动电机一的输出端朝下并设有与齿条一相传动连接的齿轮一；移动座一的内侧设有向下延伸的竖直侧板一，侧板一上安装有两排上下间隔的滑块一，两排滑块一与固定基座一侧面的两条侧导轨一相活动连接。

5、作为本发明的进一步改进，所述移动纵梁上侧纵向设置有两条上导轨二，两移动纵梁相互靠近的一侧均纵向设置有侧导轨二，移动纵梁上活动连接有移动座二，移动座二的下侧设有两列与两上导轨二相匹配的滑块二，滑块二的截面呈t形，所述移动纵梁的内侧纵向设置有侧导轨二，移动座二的内侧设有向下延伸的竖直侧板二，侧板二上安装有至少一列与侧导轨二相匹配的滑块二；所述移动纵梁的外侧纵向设置有齿条二，移动座二的外侧设有安装板二，安装板二上固定有竖向的驱动电机二， 驱动电机二的输出端朝下并设有与齿条二相传动连接的齿轮二。

6、作为本发明的进一步改进，所述移动座二上安装有竖向立柱，所述立柱的前侧平行设有两条竖向的导轨三，两导轨三上活动连接有升降座，升降座的内侧竖向设有两列与两导轨三相匹配的滑块三，滑块三的截面呈t形，所述立柱上安装有两个上下间隔的安装座，两个安装座之间可转动地设置有竖向丝杆，丝杆的一端穿过安装座并与驱动电机三相传动连接，所述丝杆上套设有丝杆螺母，丝杆螺母经传动座与升降座相连。

7、作为本发明的进一步改进，所述升降座上设有摆动组件，所述摆动组件包括连接在升降座表面的承载基座，所述承载基座上安装有主支臂，主支臂的前端转动连接有摆臂，所述主支臂包括两块左右对称的安装侧板，两安装侧板之间设有若干联接座，两安装侧板前端之间垂直设有销轴，所述摆臂转动连接在销轴上，摆臂厚度与两安装侧板的间距相对应；所述主支臂和摆臂的下侧分别安装有支座一和支座二，支座一上铰接有驱动气缸，驱动气缸的活塞杆伸出端与支座二相铰接。

8、作为本发明的进一步改进，所述ccd相机一和红外传感器一分别设置在摆臂前端的左侧和顶部，所述吹气组件包括安装在摆臂前端右侧的吹气头，吹气头的后端进气口连接有进气管。

9、作为本发明的进一步改进，所述移动机构二与移动机构一的结构相同，移动机构二的两个前后对应的移动座一分别安装在两个固定基座一的右端，所述移动机构二的升降座上也设有摆动组件，所述ccd相机二和红外传感器二分别设置在摆臂前端的右侧和顶部。

10、作为本发明的进一步改进，所述吸尘组件包括设置在移动机构二的摆臂前端下侧的u形吸尘管，所述吸尘管包括纵向设置的主吸尘管，主吸尘管的前后两端均连接有横向侧吸尘管，移动机构二的摆臂与所述主吸尘管中部相连，所述主吸尘管靠近吹气头的一侧沿长度方向间隔设置有若干吸尘筒，两个所述侧吸尘管相互靠近的一侧均沿长度方向间隔设置有若干吸尘筒，吸尘筒的通流面积从外端向内端递减设置，吸尘筒与吸尘管内部相联通；所述侧吸尘管的端部封闭，所述主吸尘管的后侧中部连接有负压吸风管，负压吸风管与主吸尘管内部相联通。

11、本发明的目的之二是提供一种减少mems探针成型时表层碳渣堆积的装置的工作方法，结合高温保护液预处理工艺，通过高温保护液涂覆、高压吹气与集尘辅助、温度在线监测动态调控的工艺，抑制激光加工时的熔渣附着，降低热积累，减少探针表层碳渣残留。

12、本发明的目的之二是这样实现的：一种减少mems探针成型时表层碳渣堆积的装置的的工作步骤为：

13、s1、基材预处理：将待加工mems探针金属片材平整粘贴固定于基板表面，在金属片材表面均匀涂覆高温保护液，静置固化形成致密水溶性高分子防护膜；

14、s2、初始定位：控制系统驱动移动机构一、移动机构二运动，利用ccd相机一、ccd相机二采集激光加工点位图像，完成吹气头、u形吸尘管与激光焦点的校准；

15、s3、飞秒激光切割：启动飞秒激光，沿预设轨迹切割金属片材，同步通入高压惰性辅助气体；

16、s4、原位实时监测：加工过程中，ccd相机一、ccd相机二持续采集加工区域图像，红外传感器一、红外传感器二实时采集加工区域温度数据，并传输至控制系统；

17、s5、动态协同调控：驱动移动机构一、移动机构二实时跟随激光加工点位、调整吹气头、吸尘管位置；控制系统判断当监测到激光加工点位温度超标时，自动调节吹气压力与吸尘负压。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：吹气系统、吸尘系统分别搭载独立移动机构，具备三维空间移动及自由摆动的调节能力，可全程跟随激光加工点位移动，保证气流、负压始终覆盖加工区域；在吹气、吸尘系统集成ccd视觉与红外温度传感器，实现加工区域图像、温度同步原位监测，基于实时热积累状态自适应调节吹气、吸尘参数，主动抑制挂渣；u形吸尘管搭配吸尘筒，形成均匀稳定负压场，配合定向吹气，有效捕获飞溅熔渣，避免熔渣向四周扩散造成二次附着；结合高温保护液预处理形成物理隔离膜，搭配加工中动态吹气吸尘、加工后多级清洗抛光，防碳渣能力更强；自动化程度高，可适配不同尺寸、不同排布规格的mems探针阵列加工，有效提升探针加工良率与表面洁净度。