CN113484561A - 一种探针卡及晶圆测试系统 - Google Patents

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CN113484561A CN202110769474.2A CN202110769474A CN113484561A CN 113484561 A CN113484561 A CN 113484561A CN 202110769474 A CN202110769474 A CN 202110769474A CN 113484561 A CN113484561 A CN 113484561A
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Abstract

本发明提供了一种探针卡及晶圆测试系统，探针卡包括：PCB板；陶瓷基板，设置在所述PCB板上；探针头，设置在所述陶瓷基板上，且所述探针头包括导引板，所述导引板上设置有若干个均匀分布的探针；其中，所述PCB板和所述陶瓷基板之间设置有插板，所述插板上设置有若干个贯穿所述插板的弹簧针，所述弹簧针的两端分别与所述PCB板和所述陶瓷基板固定连接。该探针卡能够在增大测试区域的同时，保证探针的针尖平整度，从而有利于晶圆的测试。

Description

一种探针卡及晶圆测试系统
技术领域
本发明涉及探针卡技术领域，尤指一种探针卡及晶圆测试系统。
背景技术
在半导体晶圆测试阶段，需要对晶圆上的未封装芯片(裸芯片)进行测试，测试过程中会用到探针卡。探针卡主要分为3个部分，印刷电路板(PCB)、基板(MLO/MLC)和探针头(Probe head),探针头的针(Probe)一端扎在基板的焊盘上，另一端扎在晶圆的焊盘上。由此，在晶圆和PCB(测试机)之间建立电性连接，通过测试机调配资源并完成自动化测试，从而保证晶圆上裸芯片的品质。
通常，晶圆测试要求所有探针的针尖平整度(平整度即为针尖的高低极差)小于50um，该值越小越有利于晶圆测试，这给探针卡的制造提出了比较大的挑战，这就要求探针卡的主要组件印刷电路板和基板在测试区域必须控制平整度，满足芯片测试的需求；且随着高测试效率和高数据吞吐率的测试要求，使得客户对于探针卡的测试区域变大的需求也越来越迫切，测试区域越大，越难保证探针的针尖平整度，这对于探针卡的要求就更高，而现有的探针卡很难满足这些需求、因此，需要一种能够在增大测试区域的同时，保证探针的针尖平整度的探针卡。
发明内容
本发明的目的是提供一种探针卡及晶圆测试系统，解决现有技术中无法在增大测试区域的同时，保证探针的针尖平整度的问题。
本发明提供的技术方案如下：
本发明提供一种探针卡，包括：
PCB板；
陶瓷基板，设置在所述PCB板上；
探针头，设置在所述陶瓷基板上，且所述探针头包括导引板，所述导引板上设置有若干个均匀分布的探针；
其中，所述PCB板和所述陶瓷基板之间设置有插板，所述插板上设置有若干个贯穿所述插板的弹簧针，所述弹簧针的两端分别与所述PCB板和所述陶瓷基板固定连接。
通常，晶圆测试要求所有探针的针尖平整度(平整度即为针尖的高低极差)小于50um，该值越小越有利于晶圆测试，这给探针卡的制造提出了比较大的挑战；且随着高测试效率和高数据吞吐率的测试要求，使得客户对于探针卡的测试区域变大的需求也越来越迫切，测试区域越大，越难保证探针的针尖平整度，这对于探针卡的要求就更高。
目前，多层有机基板(MLO)的制造能力可以保证区域80mmX40mm以内的平整度，可以支持的最小焊盘中心距(Pitch)为50um；多层陶瓷基板(MLC)的制造能力可以保证区域300mmX300mm以内的平整度，可以支持的最小焊盘中心距(Pitch)为150um；多层印刷电路板(PCB)的制造能力可以保证区域80mmX40mm以内的平整度，可以支持的最小焊盘中心距(Pitch)为300um。因此，陶瓷基板的平整度相对于有机基板和PCB板更容易控制。
通过在PCB板上设置陶瓷基板，且在PCB板和陶瓷基板之间设置插板，插板上设置有若干个贯穿插板的弹簧针，弹簧针的两端分别与PCB板和陶瓷基板固定连接，使得通过弹簧针的有效行程比较大和MLC平整度更容易控制的特点，能够有效降低探针卡对PCB的平整度的要求，进而使得能够在保证探针平整度的前提下，实现测试区域的扩大，有利于提高晶圆测试效率和精度。
具体的，在本实施例中，设选用弹簧针有效行程为0.45mm，也就是说如果MLC的平整度为30um,那么PCB的平整度即使做到400um，弹簧针仍然可以保证PCB与MLC的电性连接。通过此种方式，增加PCB与MLC之间的可调余量，实现对针卡对PCB平整度要求的降低，不需要再限制PCB的平整度必须满足50um,甚至可以将PCB平整度放宽至200um以上，这样有利于解决PCB平整度的加工控制问题，降低技术难度的同时，节约了成本和时间。
进一步地，所述探针的一端穿过所述导引板固定在所述陶瓷基板的焊盘上，另一端延伸至所述导引板的外侧。
进一步地，所述陶瓷基板和所述探针头之间设置有有机基板，所述有机基板通过回路焊接的方式与所述陶瓷基板固定连接。
具体的，由于MLC可以支持的最小焊盘中心距(Pitch)为150um，但有非常多的应用场景，芯片测试要求最小焊盘中心距(Pitch)为50um，可以通过在陶瓷基板和探针头之间设置有机基板，有机基板通过回路焊接的方式与陶瓷基板固定连接，由于MLC具有比较好的结构强度和平整度，当MLO MLC焊接在一起以后，MLO会被MLC拉平，使得MLO具备MLC一样好的平整度，进而满足更多的测试需求。
优选的，为了保证MLO会被MLC拉平，MLO需要制做的比较薄，一般要求在1mm以内。
进一步地，所述探针的一端穿过所述导引板固定在所述有机基板的焊盘上，另一端延伸至所述导引板的外侧。
进一步地，所述探针的长度相等；和/或
所述探针延伸至所述导引板外侧的长度相等。
进一步地，所述弹簧针包括固定段和伸缩段，所述固定段上设置有插孔，所述伸缩段的底端活动插设在所述插孔内。
进一步地，所述插孔内设置有第一弹簧，所述第一弹簧的两端分别与所述伸缩段的底端、所述插孔的底端固定连接；或
所述伸缩段的顶端设置有环形块，且所述伸缩段的外部套设有第二弹簧，所述第二弹簧的两端分别与所述环形块、所述固定段的顶端固定连接。
进一步地，所述固定段与所述PCB板连接，所述伸缩段与所述陶瓷基板连接；或
所述固定段与所述陶瓷基板连接，所述伸缩段与所述PCB板连接。
另外，本发明还提供一种晶圆测试系统，包括：
探针卡，所述探针卡包括PCB板、陶瓷基板和探针头；
测试晶圆；
其中，所述陶瓷基板设置在所述PCB板上，且所述PCB板和所述陶瓷基板之间设置有插板，所述插板上设置有若干个贯穿所述插板的弹簧针，所述弹簧针的两端分别与所述PCB板和所述陶瓷基板固定连接；
所述探针头设置在所述陶瓷基板上，且所述探针头包括导引板，所述导引板上设置有若干个均匀分布的探针，所述探针与所述测试晶圆上的焊盘匹配。
进一步地，所述陶瓷基板和所述探针头之间设置有有机基板，所述有机基板通过回路焊接的方式与所述陶瓷基板固定连接。
根据本发明提供的一种探针卡及晶圆测试系统，通过在PCB板上设置陶瓷基板，且在PCB板和陶瓷基板之间设置插板，插板上设置有若干个贯穿插板的弹簧针，弹簧针的两端分别与PCB板和陶瓷基板固定连接，使得通过弹簧针的有效行程比较大和MLC平整度更容易控制的特点，能够有效降低探针卡对PCB的平整度的要求，进而使得能够在保证探针平整度的前提下，实现测试区域的扩大，有利于提高晶圆测试效率和精度。
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，对本方案的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明另一个实施例的结构示意图。
图中标号：1-PCB板；2-陶瓷基板；3-探针头；4-导引板；5-探针；6-插板；7-有机基板；8-测试晶圆。
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。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
实施例1
本发明的一个实施例，如图1所示，本发明提供一种探针卡，包括PCB板1、陶瓷基板2和探针头3。
陶瓷基板2，设置在PCB板1上；探针头3，设置在陶瓷基板2上，且探针头3包括导引板4，导引板4上设置有若干个均匀分布的探针5。
其中，PCB板1和陶瓷基板2之间设置有插板6，插板6上设置有若干个贯穿插板6的弹簧针，弹簧针的两端分别与PCB板1和陶瓷基板2固定连接。
通常，晶圆测试要求所有探针的针尖平整度(平整度即为针尖的高低极差)小于50um，该值越小越有利于晶圆测试，这给探针卡的制造提出了比较大的挑战；且随着高测试效率和高数据吞吐率的测试要求，使得客户对于探针卡的测试区域变大的需求也越来越迫切，测试区域越大，越难保证探针的针尖平整度，这对于探针卡的要求就更高。
目前，多层有机基板(MLO)的制造能力可以保证区域80mmX40mm以内的平整度，可以支持的最小焊盘中心距(Pitch)为50um；多层陶瓷基板(MLC)的制造能力可以保证区域300mmX300mm以内的平整度，可以支持的最小焊盘中心距(Pitch)为150um；多层印刷电路板(PCB)的制造能力可以保证区域80mmX40mm以内的平整度，可以支持的最小焊盘中心距(Pitch)为300um。因此，陶瓷基板的平整度相对于有机基板和PCB板更容易控制。
通过在PCB板1上设置陶瓷基板2，且在PCB板1和陶瓷基板2之间设置插板6，插板6上设置有若干个贯穿插板6的弹簧针，弹簧针的两端分别与PCB板1和陶瓷基板2固定连接，使得通过弹簧针的有效行程比较大和MLC平整度更容易控制的特点，能够有效降低探针卡对PCB的平整度的要求，进而使得能够在保证探针5平整度的前提下，实现测试区域的扩大，有利于提高晶圆测试效率和精度。
具体的，在本实施例中，设选用弹簧针有效行程为0.45mm，也就是说如果MLC的平整度为30um,那么PCB的平整度即使做到400um，弹簧针仍然可以保证PCB与MLC的电性连接。通过此种方式，增加PCB与MLC之间的可调余量，实现对针卡对PCB平整度要求的降低，不需要再限制PCB的平整度必须满足50um,甚至可以将PCB平整度放宽至200um以上，这样有利于解决PCB平整度的加工控制问题，降低技术难度的同时，节约了成本和时间。
优选的，探针5的一端穿过导引板4固定在陶瓷基板2的焊盘上，另一端延伸至导引板4的外侧。
探针5的长度相等；和/或探针5延伸至导引板4外侧的长度相等，从而保证在进行晶圆测试时，探针5能够与晶圆充分接触。
实施例2
本发明的一个实施例，如图2所示，本发明提供一种探针卡，包括PCB板1、陶瓷基板2和探针头3。
陶瓷基板2，设置在PCB板1上；探针头3，设置在陶瓷基板2上，且探针头3包括导引板4，导引板4上设置有若干个均匀分布的探针5。
其中，PCB板1和陶瓷基板2之间设置有插板6，插板6上设置有若干个贯穿插板6的弹簧针，弹簧针的两端分别与PCB板1和陶瓷基板2固定连接。
陶瓷基板2和探针头3之间设置有有机基板7，有机基板7通过回路焊接的方式与陶瓷基板2固定连接。
通常，晶圆测试要求所有探针的针尖平整度(平整度即为针尖的高低极差)小于50um，该值越小越有利于晶圆测试，这给探针卡的制造提出了比较大的挑战；且随着高测试效率和高数据吞吐率的测试要求，使得客户对于探针卡的测试区域变大的需求也越来越迫切，测试区域越大，越难保证探针的针尖平整度，这对于探针卡的要求就更高。
目前，多层有机基板(MLO)的制造能力可以保证区域80mmX40mm以内的平整度，可以支持的最小焊盘中心距(Pitch)为50um；多层陶瓷基板(MLC)的制造能力可以保证区域300mmX300mm以内的平整度，可以支持的最小焊盘中心距(Pitch)为150um；多层印刷电路板(PCB)的制造能力可以保证区域80mmX40mm以内的平整度，可以支持的最小焊盘中心距(Pitch)为300um。因此，陶瓷基板的平整度相对于有机基板和PCB板更容易控制。
通过在PCB板1上设置陶瓷基板2，且在PCB板1和陶瓷基板2之间设置插板6，插板6上设置有若干个贯穿插板6的弹簧针，弹簧针的两端分别与PCB板1和陶瓷基板2固定连接，使得通过弹簧针的有效行程比较大和MLC平整度更容易控制的特点，能够有效降低探针卡对PCB的平整度的要求，进而使得能够在保证探针5平整度的前提下，实现测试区域的扩大，有利于提高晶圆测试效率和精度。
具体的，在本实施例中，设选用弹簧针有效行程为0.45mm，也就是说如果MLC的平整度为30um,那么PCB的平整度即使做到400um，弹簧针仍然可以保证PCB与MLC的电性连接。通过此种方式，增加PCB与MLC之间的可调余量，实现对针卡对PCB平整度要求的降低，不需要再限制PCB的平整度必须满足50um,甚至可以将PCB平整度放宽至200um以上，这样有利于解决PCB平整度的加工控制问题，降低技术难度的同时，节约了成本和时间。
另外，由于MLC可以支持的最小焊盘中心距(Pitch)为150um，但有非常多的应用场景，芯片测试要求最小焊盘中心距(Pitch)为50um，可以通过在陶瓷基板2和探针头3之间设置有机基板7，有机基板7通过回路焊接的方式与陶瓷基板2固定连接，由于MLC具有比较好的结构强度和平整度，当MLO MLC焊接在一起以后，MLO会被MLC拉平，使得MLO具备MLC一样好的平整度，进而满足更多的测试需求。
优选的，为了保证MLO会被MLC拉平，MLO需要制做的比较薄，一般要求在1mm以内。
优选的，探针5的一端穿过导引板4固定在有机基板7的焊盘上，另一端延伸至导引板4的外侧。
探针5的长度相等；和/或探针5延伸至导引板4外侧的长度相等，从而保证在进行晶圆测试时，探针5能够与晶圆充分接触。
实施例3
本发明的一个实施例，在实施例1或2的基础上，弹簧针包括固定段和伸缩段，固定段上设置有插孔，伸缩段的底端活动插设在插孔内。
具体的，固定段和伸缩段连接时，可以选用弹簧外置或弹簧内置。当采用弹簧内置时，可以在插孔内设置有第一弹簧，第一弹簧的两端分别与伸缩段的底端、插孔的底端固定连接；当采用弹簧外置时，可以在伸缩段的顶端设置有环形块，且伸缩段的外部套设有第二弹簧，第二弹簧的两端分别与环形块、固定段的顶端固定连接。
另外，在通过弹簧针具体连接PCB板和陶瓷基板时，可以设置固定段与PCB板1连接，伸缩段与陶瓷基板2连接；也可以设置固定段与陶瓷基板2连接，伸缩段与PCB板1连接，在此不作限制。
实施例4
本发明的一个实施例，如图1所示，本发明还提供一种晶圆测试系统，包括探针卡和测试晶圆8。
探针卡包括PCB板1、陶瓷基板2和探针头3；其中，陶瓷基板2设置在PCB板1上，且PCB板1和陶瓷基板2之间设置有插板6，插板6上设置有若干个贯穿插板6的弹簧针，弹簧针的两端分别与PCB板1和陶瓷基板2固定连接。
探针头3设置在陶瓷基板2上，且探针头3包括导引板4，导引板4上设置有若干个均匀分布的探针5，探针5与测试晶圆8上的焊盘匹配。
通过在PCB板1上设置陶瓷基板2，且在PCB板1和陶瓷基板2之间设置插板6，插板6上设置有若干个贯穿插板6的弹簧针，弹簧针的两端分别与PCB板1和陶瓷基板2固定连接，使得通过弹簧针的有效行程比较大和MLC平整度更容易控制的特点，能够有效降低探针卡对PCB的平整度的要求，进而使得能够在保证探针5平整度的前提下，实现测试区域的扩大，有利于提高晶圆测试效率和精度。
实施例5
本发明的一个实施例，如图2所示，本发明还提供一种晶圆测试系统，包括探针卡和测试晶圆8。
探针卡包括PCB板1、陶瓷基板2和探针头3；其中，陶瓷基板2设置在PCB板1上，且PCB板1和陶瓷基板2之间设置有插板6，插板6上设置有若干个贯穿插板6的弹簧针，弹簧针的两端分别与PCB板1和陶瓷基板2固定连接。
探针头3设置在陶瓷基板2上，且探针头3包括导引板4，导引板4上设置有若干个均匀分布的探针5，探针5与测试晶圆8上的焊盘匹配。
陶瓷基板2和探针头3之间设置有有机基板7，有机基板7通过回路焊接的方式与陶瓷基板2固定连接。
通过在PCB板1上设置陶瓷基板2，且在PCB板1和陶瓷基板2之间设置插板6，插板6上设置有若干个贯穿插板6的弹簧针，弹簧针的两端分别与PCB板1和陶瓷基板2固定连接，使得通过弹簧针的有效行程比较大和MLC平整度更容易控制的特点，能够有效降低探针卡对PCB的平整度的要求，进而使得能够在保证探针5平整度的前提下，实现测试区域的扩大，有利于提高晶圆测试效率和精度。
另外，由于MLC可以支持的最小焊盘中心距(Pitch)为150um，但有非常多的应用场景，芯片测试要求最小焊盘中心距(Pitch)为50um，可以通过在陶瓷基板2和探针头3之间设置有机基板7，有机基板7通过回路焊接的方式与陶瓷基板2固定连接，由于MLC具有比较好的结构强度和平整度，当MLO MLC焊接在一起以后，MLO会被MLC拉平，使得MLO具备MLC一样好的平整度，进而满足更多的测试需求。
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)

1.一种探针卡，其特征在于，包括：
PCB板；
陶瓷基板，设置在所述PCB板上；
探针头，设置在所述陶瓷基板上，且所述探针头包括导引板，所述导引板上设置有若干个均匀分布的探针；
其中，所述PCB板和所述陶瓷基板之间设置有插板，所述插板上设置有若干个贯穿所述插板的弹簧针，所述弹簧针的两端分别与所述PCB板和所述陶瓷基板固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种探针卡，其特征在于：所述探针的一端穿过所述导引板固定在所述陶瓷基板的焊盘上，另一端延伸至所述导引板的外侧。
3.根据权利要求1所述的一种探针卡，其特征在于：所述陶瓷基板和所述探针头之间设置有有机基板，所述有机基板通过回路焊接的方式与所述陶瓷基板固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种探针卡，其特征在于：所述探针的一端穿过所述导引板固定在所述有机基板的焊盘上，另一端延伸至所述导引板的外侧。
5.根据权利要求2或4所述的一种探针卡，其特征在于：所述探针的长度相等；和/或
所述探针延伸至所述导引板外侧的长度相等。
6.根据权利要求1-4任一所述的一种探针卡，其特征在于：所述弹簧针包括固定段和伸缩段，所述固定段上设置有插孔，所述伸缩段的底端活动插设在所述插孔内。
7.根据权利要求6所述的一种探针卡，其特征在于：所述插孔内设置有第一弹簧，所述第一弹簧的两端分别与所述伸缩段的底端、所述插孔的底端固定连接；或
所述伸缩段的顶端设置有环形块，且所述伸缩段的外部套设有第二弹簧，所述第二弹簧的两端分别与所述环形块、所述固定段的顶端固定连接。
8.根据权利要求6所述的一种探针卡，其特征在于：所述固定段与所述PCB板连接，所述伸缩段与所述陶瓷基板连接；或
所述固定段与所述陶瓷基板连接，所述伸缩段与所述PCB板连接。
9.一种晶圆测试系统，其特征在于，包括：
探针卡，所述探针卡包括PCB板、陶瓷基板和探针头；
测试晶圆；
其中，所述陶瓷基板设置在所述PCB板上，且所述PCB板和所述陶瓷基板之间设置有插板，所述插板上设置有若干个贯穿所述插板的弹簧针，所述弹簧针的两端分别与所述PCB板和所述陶瓷基板固定连接；
所述探针头设置在所述陶瓷基板上，且所述探针头包括导引板，所述导引板上设置有若干个均匀分布的探针，所述探针与所述测试晶圆上的焊盘匹配。
10.根据权利要求9所述的一种晶圆测试系统，其特征在于：所述陶瓷基板和所述探针头之间设置有有机基板，所述有机基板通过回路焊接的方式与所述陶瓷基板固定连接。
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