探针卡探针及探针卡探针测试方法与流程

1.本技术涉及探针卡以及探针技术领域，具体涉及一种探针卡探针及探针卡探针测试方法。


背景技术：

2.半导体晶圆测试过程中，通过探针对晶圆上未封装的芯片进行测试。探针卡通过探针完成与晶圆焊盘/凸点到测试机的连接，然后通过测试机对晶圆芯片的性能进行测量并对晶圆进行筛选分类，以剔除不符合设计要求的芯片。具体参考图1的现有技术探针卡探针测试示意图。
3.由于芯片为微型器件，所以测试使用的探针更需要达到微米级别。现有的探针尺寸为几十微米，长度为4-7毫米左右，探针弹力在5g左右。然而探针由于弹力的限制已难再做小，而且探针在测试过程中容易出现短路、弹力不稳，以及容易掉针等各种问题，不能满足晶圆测试的高要求。
4.因此，需要一种新的探针卡探针方案。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本说明书实施例提供一种探针卡探针及探针卡探针测试方法，用于提供一种新型的探针卡探针以满足晶圆未封装芯片质量测试的过程。
6.本说明书实施例提供以下技术方案：本说明书实施例提供一种探针卡探针，所述探针卡探针包括针尖、针段体和针尾；其中所述针段体设置于所述针尖与所述针尾之间，所述针段体包括至少一个第一针段体和至多一个第二针段体，所述第一针段体的一端设置于所述针尾一侧，所述第一针段体的截面积大于所述第二针段体的截面积；所述针尾设置于探针卡设备上；所述针尾设置有预设倾斜角度；所述针尖用于接触晶圆凸点；所述针尖的截面积小于所述第一针段体的截面积；其中当所述针尖接触所述晶圆凸点，经由所述针段体、所述针尾与所述探针卡传输输入信号/输出信号；其中所述针段体保证所述探针卡探针的流通能力。
7.本说明书实施例还提供一种探针卡探针测试方法，所述探针卡探针测试方法包括：采用本说明书实施例中任一技术方案的探针卡探针对晶圆测试时，对第二针段体进行降温处理。
8.与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：通过对探针卡探针进行分段设计，不仅保证更好的通流能力，还实现大弹力更微小的探针，而且在探针测试过程中该探针的弹力稳定性强，避免了探针过多的变形，增强探针的耐用性。进而还可以避免了探针测试过程中的掉针现象和容易发生短路等问题。
附图说明
9.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
10.图1是现有技术中晶圆测试的结构示意图；图2是本说明书实施例提供的一种探针卡探针结构示意图；图3是本说明书实施例提供的探针卡探针多种结构示意图；图4是探针卡探针测试过程探针力学变化的示意图；图5是本说明书实施例提供一种探针卡探针结构示意图二；图6是本说明书实施例提供一种探针卡探针结构示意图三；图7是现有技术探针针尾以及探针针尾排布示意图；图8是本说明书实施例提供的探针针尾以及探针针尾排布示意图；图9是本说明书实施例提供的探针针尾与基板焊盘对位示意图；图10是本说明书实施例提供的对第二针段进行降温示意图。
具体实施方式
11.下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
12.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
13.要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本技术，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
14.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
15.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践。
16.晶圆未封装芯片时需进行测试，将质量不符合要求的芯片进行剔除，以保证芯片质量的要求。其中需采用如图1所示的晶圆测试结构，测试过程中将晶圆吸附在探针台晶圆
对应的承载台上，该承载台沿z轴方向移动，与探针卡探针接触，并通过探针收集晶圆的输入与输出信息，从而完成一次测试。然而随着探针与晶圆凸点的接触，会使探针的温度与力学性能发生变化。
17.发明人发现通过改变探针台的结构来解决微小探针的各种问题仍不能得到解决，并且改进探针台设备改动较大，改进复杂。
18.基于此，本说明书实施例提出了一种处理方案：通过研究探针卡探针测试过程的温度以及力学性能，提出一种新型探针卡探针，不仅可以解决无法实现的大弹力更小探针问题，还可以保持良好的通流能力，可以避免掉针和短路。
19.以下结合附图，说明本技术各实施例提供的技术方案。
20.图2是本说明书实施例提供的一种探针卡探针结构示意图，如图2所示，探针卡探针包括针尖、针段体和针尾，针段体设置于针尖与针尾之间。具体地，针段体可以包括第一针段体、第二针段体。第一针段体的一端设置于针尾一侧，第一针段体的截面积大于第二针段体的截面积。如图2所示，在针尾靠近针尖的方向上依次设置第一针段体、第二针段体，在探针卡探针测试过程中针尾设置于探针卡上，针尾设置有预设倾斜角度（参见图3）；针尖需与晶圆凸点接触；所述针尖的截面积小于所述第一针段体的截面积（参见图3）。一些实施例中第一针段体可以设置不止一个，第二针段体最多设置一个等，需根据测试过程中探针温度和力学性能的平衡来设计。
21.当所述针尖接触所述晶圆凸点，经由所述针段体、所述针尾向探针卡传输输入信号；并由所述探针卡经由所述针尾、所述针段体向所述针尖传输输出信号。通过将探针的针段体设置为第一针段体和第二针段体，将针尾设置有预设倾斜角度和针尖的截面积小于第一针段体的截面积，不仅可以保证良好的通流能力，一定程度上解决了大弹力的问题，增强探针弹力的稳定性，增强探针的耐用性。另外由于针尾和针尖设置相对针段体偏小，进一步适用于小pitch芯片测试，不仅不会发生短路，还实现同等探针卡上更多数量探针的设置，从而提升芯片测试的效率。
22.由于探针的通流能力主要取决于探针截面尺寸和探针的温升，然而探针温度上升会导致探针变软，力学性能下降，另外温度过高也会存在烧针的问题。因此本发明实施例主要通过设计探针截面尺寸来解决通流能力。一些实施例中第一针段体设计截面面积大于现有针体的截面面积，例如第一针段体截面面积为由现有的30x30um 增大为40x40um，从而保证该探针的通流能力。
23.基于上述将第一针段体截面面积设计大于现有针段体截面面积，会造成探针弹力增大的问题。因此，需进一步在探针针段体上进行设计以减少弹力，故相对于第一针段体的截面面积需缩小针段体截面面积，例如采用第二针段体截面面积。一些实施例中，第一针段体的截面面积大于第二针段体的截面面积。其中第一针段体与第二针段体相邻设置。一些实施例中，第二针段体截面面积变小的设置需经过探针卡探针测试形变仿真来确定。
24.本说明书实施例通过将探针针段体设置为第一针段体和第二针段体，不仅可以保证良好的通流能力，一定程度上解决了大弹力的问题，增强探针弹力的稳定性，增强探针的耐用性。
25.一些实施例中，根据探针性能的测试规律得到所述探针卡探针包括两个第一针段体和一个所述第二针段体，其中，第二针段体设置于两个所述第一针段体之间。具体根据探
针测试需求设计。参见图3，图3是本说明书实施例提供的探针卡探针多种结构示意图，如图3所示，第一针段体1和第二针段体2中可以至少设计一个，或者两者同时相间设计。一些实施例中根据探针的不同在探针针段体上可以仅设置第一针段体，或者仅设置一个第一针段体，以及设置与第一针段体相邻连接的一个第二针段体；或者设置一个第二针段体相间于两个第一针段体间。本说明书实施例不对第一针段体和第二针段体的形状做限定，例如可以为圆柱状、立方体等。
26.现有技术探针卡结合探针实现未封装芯片的测试，针尾设置于探针卡上，针尖用于接触晶圆芯片，为了实现与晶圆芯片的良好流通接触，探针针尖采用适当大的截面积来接触晶圆芯片，然而大的截面积不仅会带来弹力上升等问题，而且会影响探针卡探针测试芯片的数量及效率。另外如图1所示，晶圆测试时探针针尖接触晶圆，晶圆上升会将探针顶起，由于探针卡及以上部分不移动，该力量最终传递至针尾，由于受力必然会发生形变，因此针尾普遍设置较大。探针对晶圆芯片的性能进行测量过程中由于芯片相邻的焊盘或凸点比较近，且针尖针尾相对较大，容易出现探针小间距短路的问题。
27.因此，本说明书实施例基于上述第一针段体和第二针段体的基础设计，将针尖的截面积小于第一针段体截面积，且针尾设置有预设倾斜角度。如图3示出的各探针中针尖的截面积均小于第一针段体的截面积，且探针针尾设置有预设倾斜角度。
28.为了防止小间距芯片短路，需使得针尾尽量适当细窄。另外小间距芯片测试项目中，基板焊盘尺寸也很小，焊盘之间的间距与芯片等同，所以现有技术中针尾容易发生横跨两个焊盘的情况，也需将探针针尾尖缩小，避免此现象发生。然而直接将针尾设置较小不仅会影响流通能力还会导致掉针等问题。因此本说明书实施例通过在针尾设置有预设倾斜角度，即将针尾尖相对于针尾主体设置一倾斜角度，既实现了没有实际增加或者减少针尾的尺寸，又很好避免了小间距芯片测量过程的短路问题。
29.具体图8左边示出本说明书的针尾，其包括针尾尖、针尾主体，该针尾设置于第一针段体之上，并且针尾的针尾尖与针尾主体件设置有预设倾斜角度，同时焊盘与芯片等同的间距上需将针尖设置变细，但若直接将针尖变小会存在流通能力的问题，因此将针尖的截面积设置为小于第一针段体的截面积，不仅不影响探针整体的流通能力和弹力性能，还实现了没有实际增加或者减少针尾的尺寸但较好的避免了小间距芯片测量过程的短路问题，保证了探针的使用性能和寿命。
30.图8右边部分示出了本说明书多个针尾的排布示例。其中预设倾斜角度可以根据探针实际测试过程进行具体限定，从而使得探针可以适用于更小间距的芯片测试过程。如图3所示，针尾倾斜设置于平行四边形。由此本说明书实施例通过将针尖截面积设置小于第一针段体的截面积，在针尾设置倾斜角度，解决了小间距芯片测试的短路问题和针尾容易错位横跨两个焊盘的问题，使探针更适于小间距的芯片测试，进而提升探针卡设置密集探针进行芯片测试的效率。在一些实施例中，将探针卡探针的变形部位设置为第二针段体。具体通过变形检测仿真方式获得探针卡探针测试过程中探针的变形部位，图4是探针卡探针测试过程探针力学变化的示意图，图4下方两块颜色较深的部分为受力容易发生形变的部位，因此需将该部位设置为第二针段体，其中第二针段体的截面面积小于第一针段体的截面面积。
31.在一些实施例中，探针卡探针还包括过渡段，所述过渡段设置于所述第一针段和
所述第二针段的连接处，用于保持所述第一针段与所述第二针段的平滑。
32.具体如图5所示，图5是本说明书实施例提供一种探针卡探针结构示意图二，在第一针段体和第二针段体间设置有过渡段，以保持第一针段体和第二针段体连接的平滑，同时保证第一针段体和第二针段体的通流能力以及弹力不受力学性能的影响。
33.在一些实施例中，所述探针卡探针在所述第一针段体靠近所述针尾的方向上设置有凸起。具体地，由于探针的长度相对于探针截面较长，探针在测试时由于力量传导不及时，会导致探针弹力不稳定，进而导致晶圆测试时容易出现良率问题。因此在靠近针尾的针段体上设置有凸起，一些实施例中将凸起设置于靠近针尾的第一针段体上。由此可以等效缩短探针的长度（相对于探针截面积）。
34.在一些实施例中，探针穿过陶瓷片上的孔，凸起用于将探针卡设于陶瓷片上。通常在陶瓷片上打孔，然后将探针穿入，并利用这多个陶瓷将探针进行固定。通过三个陶瓷片（数量可以根据实际情况进行具体限定，例如也可以为2个或者4个）。然而晶圆测试时探针针尖接触晶圆，晶圆会上升将探针顶起，这个力量最终传递至针尾，造成针尾相对较大，从而不能实现更小探针的设计。然而本说明书实施如图6所示，在靠近针尾的针段体上设置有凸起，当晶圆上升时该凸起会卡在陶瓷片上，阻止力量的进一步传递，使得该凸起等效为针尾。从而减弱探针不稳的问题，提升探针的稳定性，同时并没有增大针尾的实际尺寸。
35.一些实施例中，在探针上设置有凸起还可以有效防止掉针的问题。一些实施例中，所述探针卡探针上设置有两个凸起。具体地，由于探针长度较长，探针头内存在一定空间，探针在探针头内可以上下活动，这会造成晶圆测试时，探针随晶圆的上下移动导致探针也会上下移动，容易造成探针卡探针的损伤和晶圆的损伤以及掉针问题。因此本说明书实施例采用图6示例，在靠近针尾的针段体上设置有凸起，不仅可以增强探针的稳定性，还可以卡住探针，避免随晶圆的上下移动导致的探针过度移动。一些实施例中通过在陶瓷片上打孔，然后将探针穿入，并利用这3个陶瓷将探针进行固定。通过在探针上设置2个凸起起到更加牢固卡位的作用，从而避免探针的上下移动，避免了探针掉针的问题。
36.在一些实施例中，所述针尾设置有预设倾斜角度。具体地，通过探针完成与晶圆焊盘或凸点到测试机的电连接，对晶圆芯片的性能进行测量过程中由于芯片相邻的焊盘或凸点比较近，容易出现探针小间距短路的问题，尤其探针针尖和针尾容易引起短路问题。现有技术中为了避免掉针问题将针尾相对于针体设置较粗，如图7所示传统的针尾相对于针体较粗，这样限制了探针难以适应小间距的适用范围，造成无法应用到小pitch芯片上。通常pitch表示芯片相邻焊盘或凸点的中心距离。本发明实施例为了防止小间距芯片短路以及防止掉针的问题，使得针尾尽量适当细窄。图7左边部分为单个探针针尾的组成包括针体（下面的小方块）及由针尾主体与针尾尖组成的针尾（上面的大方块），图7右边部分为多个传统针尾的排布示例。然而如图8所示，本说明书实施例通过在针尾设置有预设倾斜角度，即将针尾尖相对于针尾主体设置一倾斜角度，没有实际增加或者减少针尾的尺寸，又很好避免了小间距芯片测量过程的短路问题。具体图8左边示出本说明书的针尾，其包括针尾尖、针尾主体，该针尾设置于第一针段体之上，并且针尾的针尾尖与针尾主体件设置有预设倾斜角度，实现了没有实际增加或者减少针尾的尺寸但较好的避免了小间距芯片测量过程的短路问题，保证了探针的使用性能和寿命。图8右边部分示出了本说明书多个针尾的排布示例。其中预设倾斜角度可以根据探针实际测试过程进行具体限定，从而使得探针可以适
用于更小间距的芯片测试过程。如图3所示，针尾倾斜设置于平行四边形。
37.另外小间距芯片测试项目中，基板焊盘尺寸也很小，焊盘之间的间距与芯片等同，所以现有技术中针尾容易发生横跨两个焊盘的情况，因此需将探针针尾尖缩小，避免此现象发生。参见图9 ，如图9左边部分所示，本说明书实施例通过将针尾尖适当缩小，例如去掉针尾尖对应形状的两角体积以缩小针尾尖，并在针尾设置有预设倾斜角度，与基本焊盘对位准确，相较于图9右边示出的常规探针针尾较大，与基板焊盘会发生错位的现象，因此本说明书的针尾提升与基本焊盘的对准率。不仅无需增加或者减少实际的针尾尺寸，而且避免小间距芯片测试过程中探针针头和针尾发生短路的问题，提高探针的使用性能和使用寿命。一些实施例中，将针尾尖对应形状的两角体积去掉，并将针尾主体对应截面面积设置大于第一针段体截面面积，参考图3从左数的第4个探针和第5个探针的结构示意。另一些实施例中，将针尾主体对应截面面积设置大于第一针段体截面面积，并且针尾尖对应截面面积设置小于针尾主体对应的截面面积，参考图3从左数的第6个探针。
38.结合上述实施例，本说明书提供一种探针卡探针测试方法，具体采用本说明书任一技术方案的探针卡探针进行晶圆测试时，若探针的针段体上包含有第二针段体，则探针卡探针测试方法中包括对第二针段体进行降温处理。
39.具体地，为减小探针的弹力，将探针针段体的部分设置为第二针段体，该第二针段体的截面面积小于第一针段体的截面面积，由于截面面积减小，会导致探针的流通性变差，因此为了探针进行测试过程中保持很好的流通性，需对探针的第二针段体进行降温处理，从而降低探针的温度，保持探针良好的流通性。从而避免了温升过高造成探针变软，力学性能下降，甚至烧针。
40.在一些实施例中，对所述第二针段体进行降温处理包括：风冷降温和/液冷降温。具体地，针对探针测试过程，如图10所示，对第二针段体进行降温处理可以包括风冷、液冷降温处理的装置等以保证探针测试过程中良好的流通性，避免探针因温度过高变软，甚至烧针的发生。
41.综上，本说明书实施例中第一针段体、第二针段体、针尾、针尖及凸起不限定具体的形状，只需满足探针的结构关系即可。通过对探针卡探针进行分段设计，不仅保证更好的通流能力，还实现大弹力更微小的探针，而且在探针测试过程中该探针的弹力稳定性强，避免了探针过多的变形，增强探针的耐用性。进而还可以避免了探针测试过程中的掉针现象和容易发生短路等问题。
42.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于后面说明的产品实施例而言，由于其与方法是对应的，描述比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。
43.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。