薄膜探针卡组件的制作方法

1.本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种薄膜探针卡组件。


背景技术：

2.在对半导体晶圆上的未封装芯片进行测试时，通常使用探针卡执行测试过程，随着半导体芯片朝小型化、集成化方向发展，芯片的工作频率不断增高，高频的晶圆级测试多采用薄膜探针卡进行。薄膜探针卡在进行测试时，探针针尖滑动刺破芯片测试焊盘的自然氧化层，形成与测试点位之间的接触，因此探针在执行滑动的动作时，滑动的方向和刺破的力度需要可靠，避免损伤芯片或接触不良，因此既需要提供足够刺破氧化层的压力，又需要有适当的强度和柔性，在控制滑动方向的同时还能保证有效接触。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本说明书实施例提供一种薄膜探针卡组件，既能保证测试时探针针尖产生适当的滑移，滑移方向可控，还能提供适当的压力，保证有效刺穿氧化层形成稳定的、有效的接触。
4.本说明书实施例提供以下技术方案：
5.一种薄膜探针卡组件，包括：
6.探针头，所述探针头包括支撑件；
7.薄膜，所述薄膜的第一面固定于所述支撑件，所述薄膜的第二面开设有多个填充孔，所述填充孔中填充有柔性材料；
8.衬板，所述衬板焊接于所述薄膜的第二面，设有与所述填充孔对应数量的经由切割形成的悬臂结构，所述悬臂结构的自由端位于所述填充孔的垂直投影区域内，所述悬臂结构的自由端相背于所述填充孔的一面焊接有探针，所述探针用于和待测晶圆形成机械接触和电接触。
9.在上述方案中，通过切割衬板形成多个悬臂结构，探针焊接于悬臂结构的自由端，在探针焊接位置的相对侧，悬臂结构的自由端抵接填充柔性材料的填充孔。当测试时，探针受到悬臂结构的限制，被芯片上的测试点位推动，沿悬臂结构的摆动路径向上方移动，悬臂结构具有足够的强度，限制其自由端的摆动路径，避免探针发生水平方向中的偏摆或扭转，该摆动动作在水平方向产生滑移，刺破氧化层，形成与待测点位的机械接触和电接触；自由端向上摆动后会受到来自柔性材料提供的反作用力，从而限制摆动位置，提供适当的接触作用力，保证有效接触。
10.本发明还提供一种方案，相邻的所述悬臂结构相互平行或相互垂直；
11.和/或，相邻的所述悬臂结构的形状和尺寸相同。
12.本发明还提供一种方案，所述悬臂结构为c形或u形。
13.本发明还提供一种方案，所述悬臂结构包括第一直线段、圆弧段和第二直线段，所述第一直线段平行于所述第二直线段，所述圆弧段为半径为1～3mm的圆弧。
14.本发明还提供一种方案，所述第一直线段和所述第二直线段的长度相同且均为2～4mm。
15.本发明还提供一种方案，所述填充孔包括锥形孔、柱形孔。
16.本发明还提供一种方案，所述填充孔朝向所述悬臂结构的自由端一侧的圆形直径为0.5～2mm。
17.本发明还提供一种方案，所述柔性材料包括聚酰亚胺、聚甲醛树脂、聚氨酯、尼龙及它们的组合。
18.本发明还提供一种方案，所述填充孔贯通所述薄膜。
19.本发明还提供一种方案，所述探针头还包括柔性层，所述柔性层的第一面固定连接所述支撑件，所述柔性层的第二面固定连接所述薄膜的第一面。
20.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：本发明提供的薄膜探针卡组件，通过悬臂结构和柔性材料的配合，在保证探针柔性的前提下，对探针变形方向做约束，提高探针接触的稳定性；通过悬臂结构提供足够的强度，避免探针发生水平方向中的偏摆或扭转，在刺破氧化层的过程中，保持探针滑动时的稳定，使探针的滑动方向和滑动距离可控；通过调整填充孔中的柔性材料的材料组合或配比，提供适当的柔性以及竖直方向的支撑强度，保证探针与测试点位稳定的、有效的接触；上述薄膜和衬板的结构设计，还能提高探针卡的耐久度，延长使用寿命。
附图说明
21.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。
22.图1是本发明一个实施例中的薄膜探针卡组件的侧面剖视示意图；
23.图2是本发明一个实施例中的薄膜探针卡组件在探针头位置的侧面剖视示意图；
24.图3是本发明一个实施例中的衬板和探针位置的侧面放大剖视示意图；
25.图4是本发明一个实施例中的衬板的俯视示意图；
26.图5是本发明一个实施例中的衬板和填充孔配合的仰视示意图；
27.其中，1、pcb板，2、安装架，31、第三紧固螺丝，32、第二紧固螺丝，4、zif连接器，5、探针头，511、调节板，512、支撑件，52、背板，53、薄膜，54、探针，55、胶合层，56、柔性层，561、第一紧固螺丝，571、填充孔，572、衬板，573、悬臂结构，574、第一直线段，575、圆弧段，576、第二直线段，58、隔板。
具体实施方式
28.下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
29.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。
30.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。
31.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。
32.另外，本说明书的描述中，需要理解的是，本说明书的示例实施例中所描述的“上”、“下”、“内”、“外”等方位词，“第一”、“第二”、“第三”、等数量词，是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本说明书的示例实施例的限定。
33.当前，通信行业及消费电子行业发展迅速，市场对半导体产品相关性能提出了更高的要求，极大推动了半导体器件小型化、集成化的发展进程。其中，在射频芯片(radiofrequency，rf)，尤其是高频rf芯片生产过程中，功能测试是芯片制造的重要制程之一。对半导体晶圆上的未封装芯片进行测试时，多采用薄膜探针卡进行，其测试信号的传输线在弹性薄膜上以阵列方式或数组型排列，降低了寄生电容和寄生电感的产生，缩短了信号路径，提高了阻抗匹配程度，具有于低串扰，高可靠性，对芯片损伤小等优点，广泛应用于晶圆级高频测试与分析。
34.薄膜探针卡在进行测试时，探针卡末端的探针在接触芯片表面时，受到表面的推力发生滑动并刺破芯片表面的自然氧化层与其中的金属接触，因此，设计探针卡时需要解决如下的问题：探针的针尖需提供一定压力，以刺破芯片测试焊盘的自然氧化层；探针在刺破氧化层时需要足够的稳定性，以保证滑动路径和方向；探针头需具备一定的柔性，以保证所有的探针能与芯片测试焊盘接触；安装探针的衬底需有足够的强度，以降低测试时探针上的反作用力所引起的形变而造成的接触不良。
35.为了解决上述问题，发明人对探针的焊接衬板以及薄膜机构进行改进，提出一种薄膜探针卡组件。首先，在衬板上设置多条切割槽，使得每条切割槽处均能构成一个悬臂结构，悬臂结构朝向待测芯片的一面焊接探针；其次，衬板背对待测芯片的一面连接薄膜，在薄膜上对应悬臂结构的自由端的位置开设填充孔，其中填充有柔性材料，通过这样的结构设计，当测试时，悬臂结构能够控制探针向上的摆动方向，防止探针在摆动时发生偏摆或扭转，悬臂结构向上摆动后受到填充孔中柔性材料的反作用力，从而使得探针在氧化层表面的滑移时的滑动方向和滑动距离可控，并可以通过柔性材料的弹性力使探针与芯片形成有效的接触。
36.以下结合附图，说明本技术各实施例提供的技术方案。
37.如图1至图5所示的薄膜探针卡组件包括：
38.探针头5，所述探针头5包括支撑件512；
39.薄膜53，所述薄膜53的第一面固定于所述支撑件512，所述薄膜53的第二面开设有多个填充孔571，所述填充孔571中填充有柔性材料；
40.衬板572，所述衬板572焊接于所述薄膜53的第二面，设有与所述填充孔571对应数量的经由切割形成的悬臂结构573，所述悬臂结构573的自由端位于所述填充孔571的垂直投影区域内，所述悬臂结构573的自由端相背于所述填充孔571的一面焊接有探针54，所述探针54用于和待测晶圆形成机械接触和电接触。
41.具体的，薄膜探针卡组件适用于集成电路结构的信号测试，包括但不限于晶圆上的未封装芯片测试，该薄膜探针卡组件，包括pcb板1、安装架2、zif连接器4，探针头5。pcb板1通常为多层环氧树脂线路板，其上分布有若干zif连接器4，内部含有信号走线、电源走线，表面焊接有若干电子元器件，通过zif连接器4与测试机结构连接，实现信号传输。pcb板1通过第三紧固螺丝31固定到安装架2上；pcb板1的中心位置掏空设置有空心结构，第二紧固螺丝32依次穿过背板52、调节板511、隔板58将探针头5固定在pcb板1的空心结构内，第一紧固螺丝561将背板52固定于调节板511。
42.调节板511朝向待测芯片一侧凸出设置有支撑件512，支撑件512的材料通常为abs，4j29等，并与调节板511粘接固定。支撑件512上覆盖有薄膜53，即薄膜53的朝向支撑件512的第一面与支撑件512固定连接，薄膜53材料通常为聚酰亚胺，薄膜53朝向待测芯片的第二面上焊接有衬板572，探针54焊接在衬板572上，薄膜53的第二面开设有多个填充孔571，填充孔571中填充有柔性材料。衬板572上通过切割形成与填充孔571对应数量的变形槽以形成悬臂结构573，并且，悬臂结构573的自由端位于填充孔571的垂直投影区域内。当进行晶圆级测试时，各探针接触芯片表面，受推力作用，悬臂结构573的自由端向上摆动，进入填充孔571中，在其中填充的柔性材料的弹性力作用下反向推顶芯片表面并滑动，该动作完成对芯片表面氧化层的滑移刺破动作，并与芯片中的金属材料形成机械接触和电接触。
43.在上述方案中，悬臂结构573能够限制探针54摆动方向，并防止其在摆动时发生偏摆或扭转，对探针变形方向做约束，提高探针接触的稳定性，通过柔性材料提供刺破氧化层的作用力，保证刺破后与芯片的有效接触。
44.在一些实施方式中，如图4和图5所示，相邻的悬臂结构573相互平行或相互垂直。需要说明的是，相邻的悬臂结构573也可以形成其他夹角。
45.在一些实施方式中，如图4和图5所示，悬臂结构573的形状和尺寸相同。
46.在一些实施方式中，悬臂结构573为c形。
47.在一些实施方式中，如图4和图5所示，悬臂结构573为u形。
48.具体的，悬臂结构573包括第一直线段574、圆弧段575和第二直线段576，第一直线段574平行于第二直线段576，曲线段575为半径为1～3mm的圆弧。优选的，第一直线段574和第二直线段576的长度相同，并且两者的长度均为2～4mm的范围内。
49.需要说明的是，悬臂结构573的形状不限于上述实施例中的c形或u形，还可以包括其他规则形状或不规则形状。
50.在上述方案中，通过调整悬臂结构573的形状和/或臂长(悬臂结构的自由端和固定端之间的距离)，调节探针的形变力，使得该探针头结构有更广泛的适用性。
51.在一些实施方式中，填充孔571的形状包括锥形孔、柱形孔。需要说明的是，锥形孔
包括正锥形孔(锥形孔朝向衬板572一侧的圆形半径大于朝向支撑件512词义的圆形半径)和倒锥形孔(锥形孔朝向衬板572一侧的圆形半径小于朝向支撑件512词义的圆形半径)。优选的，填充孔571朝向悬臂结构573的自由端一侧的圆形直径为0.5～2mm。
52.在上述方案中，通过调整填充孔的形状和/或孔径大小，调节探针的形变力，使得该探针头结构有更广泛的适用性。
53.在一些实施方式中，柔性材料包括聚酰亚胺、聚甲醛树脂、聚氨酯、尼龙及它们的组合。
54.在上述方案中，通过调整柔性材料的种类和/或配比，调节探针与待测芯片的接触力，使得该探针头结构有更广泛的适用性。
55.在一些实施方式中，填充孔571贯通薄膜53。
56.在一些实施方式中，探针头5还包括柔性层56，具体的，柔性层56的第一面通过胶合层55粘接固定于支撑件512朝向探针54的一面，柔性层56的第二面粘接固定于薄膜53的第一面。通过在支撑件512与薄膜53、衬板572之间增加柔性层56，实现竖直方向的微调，以使探针54能够形成更稳定的机械接触和电接触。
57.在一些实施方式中，第一紧固螺丝561依次贯穿背板52、调节板511螺纹连接于隔板58，通过调节第一紧固螺丝561调整薄膜53与pcb1的压接效果。
58.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。
59.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。