CN104459231A - 一种多温区晶圆测试探针卡 - Google Patents

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张�杰
施瑾
张志勇
王�华
汤雪飞
汪瑞祺
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Abstract

本发明提供了一种多温区晶圆测试探针卡，包括探针卡本体和探针卡辅助装置，所述探针卡本体包括基板、第一焊盘和探针，所述第一焊盘设置于所述基板上，所述探针的一端通过所述第一焊盘与所述基板电连接，其另一端与待测晶圆的焊盘连接，所述基板包括叠置的若干层金属平面层，所述基板具有至少一个金属过孔，所述基板还包括接地过孔，所述接地过孔与基板的地网络金属平面层连接，所述探针卡辅助装置包括支架，所述支架固定在所述基板远离探针的一面上。本发明的有益效果是：在多温区测试环境中，无需采用受工艺影响只能设计低层数的精密陶瓷基板，即可实现晶圆测试中探针卡本体形变的最小化并减少针迹偏移，保证了测试效率和测试质量，节省了成本。

Description

一种多温区晶圆测试探针卡
技术领域
本发明涉及一种探针卡，尤其是一种应用于晶圆测试过程中多温区环境温度下的探针卡。
背景技术
探针卡(探针卡本体)受到基板材料的影响，在多温区(-55℃～150℃)的环境中，特别在高、低温时，会产生形变。而探针是直接装配在探针卡上的，探针卡的形变会导致探针针迹(晶圆测试时，探针与晶圆的接触点接触时留下的痕迹)的偏移。
针迹的偏移通常会使探针卡上的探针与晶圆的PAD(焊盘)接触不良，导致测试的不稳定，影响测试时间和品质。针迹偏移过大，会使探针与晶圆PAD的接触时破坏晶圆内部电路，导致报废并带来经济损失。同时探针卡也会因为不能进行晶圆测试而报废。
现有技术一：不进行防形变处理。
探针卡受到基板材料的影响，在多温区的环境中，特别在高、低温时，会产生形变。受到探针卡形变的影响，会导致针迹的偏移。严重的会导致晶圆和探针卡的报废。
现有技术二：使用精密陶瓷基板加工成探针卡。
精密陶瓷基板具有优良的电绝缘性、高导热性、高附着强度和大的载流能力。使用温度范围宽，可以达到-55℃～850℃，热膨胀系数接近于硅芯片。在多温区测试环境下，是解决形变的有效方案之一。
但是，现有的精密陶瓷探针卡的工艺最多只有4层，对于最多20层的探针卡来说明显不能满足需求。另外，同样层数的陶瓷基板和普通基板的材料相比，价格要高出许多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用在多温区的测试环境下的探针卡，以减小晶圆测试中探针卡形变并减少针迹偏移，同时保证探针卡具有足够的层数。
为了达到上述目的，本发明提供了一种多温区晶圆测试探针卡，包括探针卡本体和探针卡辅助装置，所述探针卡本体包括基板、第一焊盘和探针，所述第一焊盘设置于所述基板上，所述探针的一端通过所述第一焊盘与所述基板电连接，其另一端与待测晶圆的焊盘连接，所述基板包括叠置的若干层金属平面层，所述基板具有至少一个金属过孔，用于所述基板内部各金属平面层的电气连接或器件的固定，所述基板还包括接地过孔，所述接地过孔与基板的地网络金属平面层连接，用于减小所述基板的形变，所述探针卡辅助装置包括支架，所述支架与所述基板的大小及形状均相匹配，所述支架固定在所述基板远离探针的一面上。
进一步地，多个所述接地过孔密集分布于所述基板上。
进一步地，所述多温区晶圆测试探针卡还包括探针座，所述探针座设置在所述基板靠近探针的一侧，并固定在所述基板上，所述探针座用于集中并固定所述探针。
进一步地，所述探针通过粘着剂固定在所述探针座上。
进一步地，所述粘着剂为环氧树脂。
进一步地，所述探针卡还包括测试机引脚，所述测试机引脚的一端设置在所述基板远离探针的一面上，并与所述探针电连接，其另一端与测试机连接。
进一步地，所述晶圆设置于所述基板的一侧，并通过所述探针与基板电连接，所述基板还具有贯穿基板两侧的探针过孔，所述探针的一端焊接在所述基板靠近所述晶圆一侧的第一焊盘上。
进一步地，所述探针卡为圆形基板或方形基板。
进一步地，在所述基板靠近探针的一面通过螺钉均匀固定所述探针卡和支架。
本发明实施例提供了一种多温区晶圆测试探针卡，在多温区测试环境中，无需采用受工艺影响只能设计低层数的精密陶瓷基板，即可实现晶圆测试中探针卡本体形变的最小化并减少针迹偏移，保证了测试效率和测试质量，节省了成本，避免了客户晶圆和探针卡本体的报废。
附图说明
图1为本发明实施例提供的探针卡的示意图；
图2为本发明实施例提供的探针的设计示意图；
图3为本发明实施例提供的接地过孔的设计示意图；
图4为本发明实施例提供的接地过孔和金属过孔对比图；
图5为本发明实施例提供的支架的结构图；
图6为本发明实施例提供的探针卡本体与支架的装配图。
其中，1：基板，2：探针，3：金属过孔，4：接地过孔，5：地网络金属平面层，6：探针座，7：孔，8：探针过孔，9：支架，10：螺钉，11：螺钉孔。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1-2所示，本发明实施例提供了一种多温区晶圆测试探针卡，包括探针卡本体和探针卡辅助装置，所述探针卡本体包括基板1、第一焊盘和探针2，所述第一焊盘设置于所述基板1上，所述探针2的一端通过所述第一焊盘与所述基板1电连接，其另一端与待测晶圆的焊盘连接，所述基板1包括叠置的若干层金属平面层，如图3-4所示，所述基板1具有至少一个金属过孔3，用于所述基板1内部各金属平面层的电气连接或器件的固定，金属过孔3是常规的贯通基板的过孔，其仅在图4中标出，并未在图1-3中标注出，金属过孔3与设置在基板1两侧的第二焊盘连接，元器件可以通过第二焊盘焊接在金属过孔3上，以实现器件的固定，所述基板1还包括接地过孔4，所述接地过孔4与基板1的地网络金属平面层5连接，用于减小所述基板1的形变，在本实施例中，如图3所示，接地过孔4与基板1内部的地网络金属平面层5连接，在其他的实施例中，如图4所示，接地过孔4与基板1表面的地网络金属平面层5连接，且地网络金属平面层5采用的金属材料为铜。
多个所述接地过孔4密集分布于所述基板1上。
所述多温区晶圆测试探针卡还包括探针座6，所述探针座6设置在所述基板1靠近探针2的一侧，所示基板1具有孔7，探针座6通过孔7固定在所述基板1上，所述探针座6用于集中并固定所述探针2。
所述探针2通过粘着剂固定在所述探针座6上。
所述粘着剂为环氧树脂。
所述探针卡本体还包括测试机引脚，测试机引脚并未在本申请的任一附图中标注出，所述测试机引脚的一端设置在所述基板1远离探针2的一面上，并与所述探针2电连接，其另一端与测试机连接。
所述晶圆设置于所述基板1的一侧，并通过所述探针2与基板1电连接，所述基板1还具有贯穿基板1两侧的探针过孔8，所述探针2的一端焊接在所述基板1靠近所述晶圆一侧的第一焊盘上。
所述基板1为圆形基板或方形基板。
此外，在本实施例中，如图2所示，探针2的数量仅仅示意性地画出了6个，事实上，探针2密集分布在探针座6上。
如图5-6所示，本发明实施例公开了一种探针卡辅助装置，应用于上述的探针卡本体，所述探针卡辅助装置包括支架9，所述支架9与所述基板1的大小及形状均相匹配，所述支架9固定在所述基板1远离探针2的一面上。
基板1上还具有螺钉孔11，在所述基板1靠近探针2的一面通过螺钉10插入螺钉孔11固定所述基板1和支架9，螺钉10和螺钉孔11均匀分布在所述基板1上。
在多温区测试环境中，针迹会出现偏移，即偏移出晶圆PAD(焊盘)中央，而采用本发明实施例提供的探针卡本体和探针卡辅助装置后，探针卡本体形变减小，针迹偏移减小，使得针迹基本位于晶圆PAD中心。
综上，本发明实施例提供了一种多温区晶圆测试探针卡。
在探针卡本体设计时，避开探针卡本体上传输线和外围器件的条件下，尽可能多的增加接地过孔4，并且接地过孔4要和探针卡本体内部或表面同一网络且数量(金平面层的层数)最多的金属平面层连接，最好是与地网络金属平面层5连接。因为通常在探针卡本体内部或表面最多的金属平面层就是地网络金属平面层5。这样接地过孔4和地网络金属平面层5连接后，因为金属在多温区环境中有着比基板材料更小的形变力，更大的强度。使得接地过孔4能够抑制住基板1材料的形变，在x、y、z轴方向使得形变减少。
在探针卡本体装配中，使用一支架9对探针卡本体正面(远离探针2的一面)进行固定，在反面(靠近探针2的一面)使用螺钉10与支架9锁紧。特别对装配探针2的区域，可以使用比较密集的螺钉10与支架9锁紧。这样可以使得探针卡本体在z轴方向受到支架9向下的重力和螺钉10向上的拧紧力矩。这两个力分别向探针卡本体内部施压，防止过大的形变。
通过这样一种探针卡结构，解决现有技术一中的探针卡本体形变和针迹偏移问题。同时这种结构在形变问题上的使用结果，接近于精密陶瓷基本的使用结果，可以替代精密陶瓷基板的解决方案，解决现有技术二中，针卡受工艺影响只能设计低层数的困扰，完全满足各种探针卡的设计要求。
本发明实施例提供了一种多温区晶圆测试探针卡，在多温区测试环境中，无需采用受工艺影响只能设计低层数的精密陶瓷基板，即可实现晶圆测试中探针卡本体形变的最小化并减少针迹偏移，保证了测试效率和测试质量，避免了客户晶圆和探针卡的报废，节省了成本，满足了探针卡设计要求。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多温区晶圆测试探针卡，其特征在于，包括探针卡本体和探针卡辅助装置，所述探针卡本体包括基板、第一焊盘和探针，所述第一焊盘设置于所述基板上，所述探针的一端通过所述第一焊盘与所述基板电连接，其另一端与待测晶圆的焊盘连接，所述基板包括叠置的若干层金属平面层，所述基板具有至少一个金属过孔，用于所述基板内部各金属平面层的电气连接或器件的固定，所述基板还包括接地过孔，所述接地过孔与基板的地网络金属平面层连接，用于减小所述基板的形变，所述探针卡辅助装置包括支架，所述支架与所述基板的大小及形状均相匹配，所述支架固定在所述基板远离探针的一面上。
2.如权利要求1所述的多温区晶圆测试探针卡，其特征在于，多个所述接地过孔密集分布于所述基板上。
3.如权利要求1所述的多温区晶圆测试探针卡，其特征在于，还包括探针座，所述探针座设置在所述基板靠近探针的一侧，并固定在所述基板上，所述探针座用于集中并固定所述探针。
4.如权利要求3所述的多温区晶圆测试探针卡，其特征在于，所述探针通过粘着剂固定在所述探针座上。
5.如权利要求4所述的多温区晶圆测试探针卡，其特征在于，所述粘着剂为环氧树脂。
6.如权利要求1所述的多温区晶圆测试探针卡，其特征在于，所述探针卡还包括测试机引脚，所述测试机引脚的一端设置在所述基板远离探针的一面上，并与所述探针电连接，其另一端与测试机连接。
7.如权利要求1所述的多温区晶圆测试探针卡，其特征在于，所述晶圆设置于所述基板的一侧，并通过所述探针与基板电连接，所述基板还具有贯穿基板两侧的探针过孔，所述探针的一端焊接在所述基板靠近所述晶圆一侧的第一焊盘上。
8.如权利要求1所述的多温区晶圆测试探针卡，其特征在于，所述基板为圆形基板或方形基板。
9.如权利要求1所述的多温区晶圆测试探针卡，其特征在于，在所述基板靠近探针的一面通过螺钉均匀固定所述探针卡和支架。
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