CN108710010A - 一种垂直探针卡及硅基板结构的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直探针卡及硅基板结构的制造方法，该垂直探针卡包括：一印刷电路板和一基板结构，所述印刷电路板和所述基板结构电气互连，且所述基板结构上设有与晶元电气互连的基板凸起。本发明的垂直探针卡直接采用硅基板取代了原有的基板和接插件，使垂直探针卡在测试过程中阻抗可控、提高通流能力、降低损耗；且能应用于晶元凸起间距更小的晶元上。

Description

一种垂直探针卡及硅基板结构的制造方法

技术领域

本发明涉及芯片测试领域，尤其涉及一种垂直探针卡及硅基板结构的制造 方法。

背景技术

在芯片生产过程中，需要通过测试手段保证芯片的各项功能符合设计要 求。而芯片测试又可分成两类测试，第一类是晶元封装前的测试，第二类是晶 元封装后的测试。第一类的测试需要使用探针卡进行测试，探针卡又可分为垂 直探针卡和悬臂式探针卡。

如图1所示，现有的垂直探针卡包括：一PCB(Printed Circuit Board，印 刷电路板)1，一块基板2，一个接插件3，外加一些辅助结构固定件(图中未 示出)。使用时，作为载板的PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)1的一 面与测试机台互连，测试机台可以提供必需的电源及信号测试设备，PCB 1的 另一面与基板2进行互连。基板2的另一面与接插件3互连，接插件3上具有 针状的探针4，探针4的一端与接插件3的焊盘接触，另一端会与晶元5上的 凸起接触。PCB，基板2以及接插件3的互连为晶元5提供电源、信号等的传 输提供媒介，通过测试机的系统控制及信号量测，对芯片的电气性能进行判别， 以完成对芯片的筛选。

随着晶元厂的技术革新，晶元生产工艺控制能力已经突破10nm，而 7nm/5nm/3nm的生产工艺已经进入试生产或预研阶段。这些生产工艺的技术革 新使得芯片尺寸越来越小，晶元上的用于互连的凸起间距也越来越小，这使得 接插件3的探针4越做越细。但是，对信号而言，针越细，损耗较大，阻抗不 易控制；对电源而言，细针的通流能力有限，这限制了大功率芯片的测试。

发明内容

本发明的目的是提供一种垂直探针卡及硅基板结构的制造方法，可应用于 晶元上的凸起间距更小的晶元测试，提高了通流能力，降低损耗，阻抗可控。

本发明提供的技术方案如下：

一种垂直探针卡，包括：一印刷电路板和一基板结构，所述印刷电路板和 所述基板结构电气互连，且所述基板结构上设有与晶元电气互连的基板凸起。

在上述技术方案中，基板凸起与探针相比，没有探针两端的接触电阻，且 长度比探针短，能够减少信号的损耗、使阻抗可控。

进一步，所述基板结构包括：硅基板结构，所述硅基板结构包括：一硅基 板，所述硅基板上设有与所述印刷电路板电气互连的连接凸起，所述硅基板上 还设有与所述晶元电气互连的基板凸起；所述连接凸起和所述硅基板之间设有 第一重布线层，所述基板凸起和所述硅基板之间设有第二重布线层。

在上述技术方案中，直接采用硅基板，在其上设置重布线层和基板凸起与 晶元连接，在保证测试效果的同时，可应用于晶元凸起间距较小的晶元上。

进一步，所述基板结构还包括：一固定板，所述印刷电路板通过所述固定 板与所述连接凸起电气互连。

在上述技术方案中，固定板为硅基板提供了支撑，降低硅基板损坏的机率。

进一步，所述固定板和所述硅基板固定连接。

在上述技术方案中，固定连接更好地保障了硅基板的正常工作。

进一步，所述印刷电路板和所述固定板通过焊接或导电胶实现电气互连。

在上述技术方案中，提供多种方式使印刷电路板与基板实现电气互连，工 艺灵活。

进一步，所述固定板为多层有机基板或多层陶瓷基板。

在上述技术方案中，采用常规基板即可实现本发明的垂直探针卡制作，成 本低廉。

进一步，所述基板凸起与所述晶元上的晶元凸起通过接触式连接实现电气 互连。

在上述技术方案中，在测试过程中，采用基板凸起能够较容易的控制其与 晶元凸起触良好。

进一步，所述基板凸起为焊料凸起或铜柱凸起。

在上述技术方案中，两者为常用的凸起，制造简单、方便。

本发明还提供一种硅基板结构的制造方法，包括以下步骤：在硅基板上形 成硅通孔，所述硅通孔从所述硅基板的第一面向所述硅基板的第二面延伸，所 述硅基板的第一面和所述硅基板的第二面相对；在所述硅基板的第一面设置第 二重布线层和基板凸起；研磨所述硅基板的第二面使所述硅通孔裸露；在所述 硅基板的第二面设置第一重布线层和连接凸起。

在上述技术方案中，采用激光技术加工硅基板结构，达到机械加工工艺无 法达到的精度。

进一步，所述研磨硅基板的第二面使所述硅通孔裸露具体为：当所述硅基 板的第一面覆盖保护层后，研磨所述硅基板的第二面使所述硅通孔裸露。

在上述技术方案中，保护层的设置保障了基板凸起在硅基板研磨过程中不 会被损坏。

本发明提供的一种垂直探针卡及硅基板结构的制造方法，有益效果在于：

本发明的垂直探针卡直接采用硅基板取代了原有的基板和接插件，使垂直 探针卡在测试过程中阻抗可控、提高通流能力、降低损耗；且能应用于晶元凸 起间距更小的晶元上。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对垂直探针卡及 硅基板结构的制造方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步 说明。

图1是现有技术用于测试晶元的探针卡的结构示意图；

图2是本发明探针卡一个实施例的结构示意图；

图3是本发明硅基板结构一个实施例的结构示意图；

图4是本发明基板凸起和晶元凸起对应的结构示意图；

图5是本发明硅基板结构的制造方法制造过程中一个实施例的部分结构示 意图；

图6是本发明硅基板结构的制造方法制造过程中一个实施例的部分结构示 意图；

图7是本发明硅基板结构的制造方法制造过程中一个实施例的部分结构示 意图；

图8是本发明硅基板结构的制造方法制造过程中一个实施例的部分结构示 意图；

图9是本发明硅基板结构的制造方法制造过程中一个实施例的部分结构示 意图。

附图标号说明：

1.印刷电路板，2.基板，3.接插件，4.探针，5.晶元，6.基板结构，61. 硅基板，611.基板凸起，612.连接凸起，613.第一重布线层，614.第二重布 线层，62.固定板，7.绝缘材料，8.导电材料，9.晶元凸起。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附 图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 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他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们 并不代表其作为产品的实际结构。

本发明的一个实施例的探针卡，包括：一印刷电路板1和一基板结构6，所 述印刷电路板1和所述基板结构6电气互连，且所述基板结构6上设有与晶元电 气互连的基板凸起611。

具体的，本实施例中不再使用原有的接插件与晶元电气互连，通过在基板 结构6上直接设置基板凸起611与晶元电气互连。基板凸起7与探针相比，没有 探针两端的接触电阻，且长度比探针短，能够减少信号的损耗、使阻抗可控。

在本实施例中，如图3所示，基板结构6包括：硅基板结构，所述硅基板 结构包括：

一硅基板61，所述硅基板61上设有与所述印刷电路板1电气互连的连接 凸起612，所述硅基板61上还设有与所述晶元5电气互连的基板凸起611；所 述连接凸起612和所述硅基板61之间设有第一重布线层613，所述基板凸起 611和所述硅基板61之间设有第二重布线层614。

具体的，原有的基板和接插件采用机械加工，机械控制的精度无法满足晶 元上更小间距的晶元凸起的要求，因此，本实施例直接采用硅基板61取代原有 的基板和接插件，基于硅基板和晶元的材料相同，其可以采用和晶元一样的工 艺技术进行加工，在硅基板上设置间距更小的基板凸起611，以满足晶元上越 来越小的晶元凸起的要求。

同理，连接凸起612也可采用和晶元一样工艺技术进行加工得到，使硅基 板能够与印刷电路板电气互连。

第一/二重布线层中包括绝缘材料7和导电材料8。

绝缘材料7通常采用聚酰亚胺，通过一层层不同位置布置聚酰亚胺，形成 聚酰亚胺层，用于分割不同层的信号或电源。图3中的第一/二重布线层都有上 下两层，每层都在设置了绝缘材料7和导电材料8。

导电材料8通常采用铜，如绝缘材料7一样一层层布置在不同位置，形成导 电材料层，用于连接相应的电源和信号，类似于PCB中走线及平面的作用。

而第一重布线层613和第二重布线层614的设置相当于现有技术中原有基 板内部布线的功能，根据实际测试需求在相应位置设置绝缘材料7和导电材料8 从而形成第一重布线层613和第二重布线层614。

基板凸起611和连接凸起612通过第一重布线层613和第二重布线层614中 的导电材料实现电气互连。

可选地，所述基板凸起611与所述晶元5上的晶元凸起9通过接触式连接实 现电气互连。

如图4所示，晶元5上的晶元凸起9与硅基板上的基板凸起611一一对应，在 测试过程中控制所有的基板凸起6与晶元凸起9接触良好，相比于原来的较细的 探针，控制难度大大降低，简单方便。

另外，基板凸起611的制造方式采用与晶元凸起9相同的制造方式，也就是 说，即使晶元凸起9之间的间距越来越小，基板凸起611也能满足要求。

晶元凸起9之间的间距会小于印刷电路板上的焊盘间距，而基板凸起611是 与晶元凸起9一一对应，连接凸起612与印刷电路板上的焊盘一一对应，因此， 一般来说，所述基板凸起611之间的间隔小于所述连接凸起612之间的间距。

当然，若有特殊情况，也可以让基板凸起611之间的间隔不小于连接凸起 612之间的间距。

优选地，基板凸起6为焊料凸起(Solder Bump)或铜柱凸起(Cu Pillar Bump)。使用常规的材料做基板凸起，便于生产和普及。基板凸起6的形状可 以圆柱形，也可以为远离于基板一面为圆滑过度的圆柱形凸起。本实施例中对 基板凸起6的形状不作限制，只要基板凸起6能够实现与晶元凸起7电气互连即 可。

本实施例中直接采用硅基板取代了原有的基板和接插件，使垂直探针卡在 测试过程中阻抗可控、提高通流能力、降低损耗；且能应用于晶元凸起间距更 小的晶元上。

在另一个实施例中，一种垂直探针卡，包括：一印刷电路板1和一基板结 构6，所述印刷电路板1和所述基板结构6电气互连，且所述基板结构6上设 有与晶元电气互连的基板凸起611。

基板结构6包括：一固定板62和硅基板结构，所述硅基板结构包括：

一硅基板61，所述硅基板61上设有与所述印刷电路板1电气互连的连接 凸起612，所述印刷电路板1通过所述固定板62与所述连接凸起612电气互连， 所述硅基板61上还设有与所述晶元5电气互连的基板凸起611；所述连接凸起 612和所述硅基板61之间设有第一重布线层613，所述基板凸起611和所述硅 基板61之间设有第二重布线层614。

具体的，原有的基板和接插件采用机械加工，机械控制的精度无法满足晶 元上更小间距的晶元凸起的要求，因此，本实施例直接采用硅基板61取代原有 的基板和接插件，基于硅基板和晶元的材料相同，其可以采用和晶元一样的工 艺技术进行加工，在硅基板上设置间距更小的基板凸起611，以满足晶元上越 来越小的晶元凸起的要求。

同理，连接凸起612也可采用和晶元一样的工艺技术进行加工得到，使硅 基板能够与印刷电路板电气互连。

第一/二重布线层中包括绝缘材料7和导电材料8。

可选地，所述基板凸起611与所述晶元5上的晶元凸起9通过接触式连接实 现电气互连。优选地，基板凸起6为焊料凸起或铜柱凸起。

本实施例中与上述实施例相同的部分请参见上述实施例的解释，在此不作 赘述。

优选地，固定板62和所述硅基板61固定连接。

具体的，硅基板61非常薄，若只采用它非常易碎，导致垂直探针无法实现 其测试晶元的功能。因此，采用了固定板62给予了硅基板61一个支撑，使硅基 板61不容易损坏。

两者通过固定连接成为一个整体，固定连接的方式有多种，例如：卡接、 焊接。

比如：在固定板上制作固定孔，通过螺纹连接将固定板和硅基板连接在一 起。或者，在固定板上制作定位柱，在硅基板上制作定位孔，两者通过卡接连 接在一起。

本实施例中不作固定连接方式的限制，只要两者可以固定连接在一起即 可。

可选地，固定板为多层有机基板(MLO基板)或多层陶瓷基板(MLC基板)。 采用常规的基板就可以作为固定板使用。

MLO/MLC基板具有多层，可以进行布线，例如：各层上分布有信号层、 电源层和地层。在实际使用时，可以同时在硅基板上的第一/二重布线层和固定 板进行布线，连接凸起和固定板上的焊盘一一对应，实现电气互连。再通过固 定板上的另一面焊盘与印刷电路板进行电气互连。

可选地，印刷电路板1和所述固定板62通过焊接或导电胶实现电气互连。

具体的，印刷电路板1作为载板为基板提供放置位置，而基板2需要与印刷 电路板1实现电气互连，因此，需要用导电材料。焊接和导电胶都可以实现这 一目的，根据实际需求进行选用。

本实施例中采用了硅基板，在硅基板上直接设置基板凸起，采用激光技术 加工工艺，能够达到机械加工工艺无法实现的精度，且得到的垂直探针卡在测 试过程中测试效果更高，可应用于晶元凸起间距更小的晶元上。

在本发明的一个实施例中，一种硅基板结构的制造方法，包括以下步骤：

1、在硅基板上形成硅通孔(TSV，Through Silicon Vias)，所述硅通孔从所 述硅基板的第一面向所述硅基板的第二面延伸，所述硅基板的第一面和所述硅 基板的第二面相对，如图5所示。

具体的，形成的一般过程如下：使用深度反应离子蚀刻DRIE技术形成过 孔；光刻剥离和过孔残渣清理；通过四乙基的正硅酸盐TEOS等离子体强化化 学沉积，形成二氧化硅附着层；通过物理气相沉积形成Ti/Cu子层；电镀塞孔。

2、在所述硅基板的第一面设置第二重布线层和基板凸起，如图6所示。

具体的，形成过程如下：通过影印石板技术、溅射和电镀形成RDL层， 即第二重布线层；之后再采用形成晶元凸起相同的过程形成基板凸起。

3、研磨所述硅基板的第二面使所述硅通孔裸露。优选地，研磨硅基板的 第二面使所述硅通孔裸露具体为：当所述硅基板的第一面覆盖保护层后(如图 7所示)，研磨所述硅基板的第二面使所述硅通孔裸露(如图8所示)。

具体的，保护层的设置是为了防止基板凸起在对硅基板研磨过程中磨损， 影响其性能。

4、在所述硅基板的第二面设置第一重布线层和连接凸起，如图9所示。

具体的，设置第一重布线层和连接凸起的方式和第二重布线层、连接凸起 的方式相同，在此不作赘述。

拿走保护层后，就形成了图3所示的硅基板结构，之后将其固定板固定连 接后，焊接于一印刷电路板上就成为了本发明的垂直探针。

本发明采用激光技术对硅基板进行加工，得到硅基板结构，加工简单、方 便。且第一/二重布线层根据测试需求进行布设，而连接凸起、基板凸起的设置 和固定板(或印刷电路板)上的焊盘、晶元凸起的位置一一对应，保证各部分 电气互连的实现。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明 的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离 本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为 本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种垂直探针卡，其特征在于，包括：

一印刷电路板和一基板结构，所述印刷电路板和所述基板结构电气互连，且所述基板结构上设有与晶元电气互连的基板凸起。

2.如权利要求1所述的垂直探针卡，其特征在于，所述基板结构包括：硅基板结构，所述硅基板结构包括：

一硅基板，所述硅基板上设有与所述印刷电路板电气互连的连接凸起，所述硅基板上还设有与所述晶元电气互连的基板凸起；

所述连接凸起和所述硅基板之间设有第一重布线层，所述基板凸起和所述硅基板之间设有第二重布线层。

3.如权利要求2所述的垂直探针卡，其特征在于，所述基板结构还包括：一固定板，所述印刷电路板通过所述固定板与所述连接凸起电气互连。

4.如权利要求3所述的垂直探针卡，其特征在于，所述固定板和所述硅基板固定连接。

5.如权利要求3所述的垂直探针卡，其特征在于：所述印刷电路板和所述固定板通过焊接或导电胶实现电气互连。

6.如权利要求4所述的垂直探针卡，其特征在于：所述固定板为多层有机基板或多层陶瓷基板。

7.如权利要求1-6任意一项所述的垂直探针卡，其特征在于：所述基板凸起与所述晶元上的晶元凸起通过接触式连接实现电气互连。

8.如权利要求1-6任意一项所述的垂直探针卡，其特征在于，所述基板凸起为焊料凸起或铜柱凸起。

9.一种硅基板结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

在硅基板上形成硅通孔，所述硅通孔从所述硅基板的第一面向所述硅基板的第二面延伸，所述硅基板的第一面和所述硅基板的第二面相对；

在所述硅基板的第一面设置第二重布线层和基板凸起；

研磨所述硅基板的第二面使所述硅通孔裸露；

在所述硅基板的第二面设置第一重布线层和连接凸起。

10.如权利要求9所述的硅基板结构的制造方法，其特征在于，所述研磨硅基板的第二面使所述硅通孔裸露具体为：

当所述硅基板的第一面覆盖保护层后，研磨所述硅基板的第二面使所述硅通孔裸露。