CN114441918B

CN114441918B - 一种防探针脱落的薄膜探针头及薄膜探针卡

Info

Publication number: CN114441918B
Application number: CN202210015273.8A
Authority: CN
Inventors: 于海超; 赵梁玉; 周明
Original assignee: Maxone Semiconductor Suzhou Co Ltd
Current assignee: Strong Half Conductor Suzhou Co ltd
Priority date: 2022-01-07
Filing date: 2022-01-07
Publication date: 2023-03-24
Anticipated expiration: 2042-01-07
Also published as: CN114441918A

Abstract

一种防探针脱落的薄膜探针头，其特征在于：包括提供一作用面（311）的支撑体（31）、覆在所述作用面（311）上的薄膜（32）、设置在薄膜（32）内的互连线（34）以及设置在薄膜（32）表面的探针（33）；其特征在于：所述探针（33）的朝向薄膜（32）的表面定义为连接面，该连接面的中部设有一凹陷（331）；所述互连线（34）贴着所对应的探针（33）的连接面设置，且互连线（34）在凹陷（331）处具有一断开处（341），所述薄膜（32）材料经断开处（341）填满凹陷（331）与凹陷（331）的底面直接接触连接，有效防止了加工过程和使用过程中探针与薄膜层相分离（即探针脱落）。

Description

一种防探针脱落的薄膜探针头及薄膜探针卡

技术领域

本发明属于探针卡、晶圆测试技术领域，具体涉及一种薄膜探针卡及其探针头。

背景技术

近年来，随着5G技术和消费电子技术的发展和普及，半导体器件不断朝着小型化、集成化、衬垫间距密集化发展，工作频率不断提高，面向高频的晶圆级测试逐渐成为RF芯片生产中不可获取的重要一环。相对于其他类型针卡，薄膜探针卡由于具有针痕小、信号路径短、介电损耗低等优势，目前广泛用于面向高频的晶圆级测试分析。针对薄膜探针卡核心部件加工工艺及结构的开发和研究，对于提升探针卡技术水平、提高行业竞争力、推动半导体事宜蓬勃发展具有重要意义。

现有的薄膜探针卡，包括PCB板、连接件以及薄膜探针头；所述薄膜探针头包括提供一作用面的支撑体、覆在支撑体的作用面上的薄膜以及设置在薄膜上的探针和互连线。

具代表性探针的结构以及成形加工工艺可见美国专利US7423439。该专利中介绍了一种基于硅各向异性腐蚀的薄膜探针加工工艺，在硅基底上通过各向异性腐蚀完成探针的针尖凹坑结构加工，然后通过光刻、刻蚀等加工掩模，通过金属沉积工艺填充金属，最终结合碱腐蚀去除硅基板，从而暴露出探针。该方案具有针尖高度一致性好、高度可控性高、成本低等优势，但去除硅基板90释放薄膜过程中存在掉针的风险。这是因为从结构上看如图1所示，在去除硅基板90释放薄膜91及探针92时，探针92仅依靠其顶面与互连线93之间的附着力相连，特别是采用碱腐蚀去除硅基板时还需要加热，会导致层间结构由于热膨胀系数差异附着力变差，加重探针脱落风险。实验表明，硅在80℃KOH溶液中的腐蚀速率一般在1.2um左右，4寸硅片的厚度一般在500um-600um之间，因此释放过程中结构至少需要6小时。此外，虽然有治具保护，但由于腐蚀速率的差异，部分探针结构仍然会暴露在KOH溶液中一段时间，碱溶液对金属的攻击和液体环境的浸泡也会带来一定程度的附着力降低，加大探针脱落的风险。

此外，在探针卡的使用过程中，探针的针尖与芯片被测Pad接触，会同时进行垂直方向和水平方向的侧向滑移运动，探针也容易因受外力与互连线间发生部分分离或分离，导致接触不稳定或探针卡报废，此外，脱落的探针还可能会落到芯片表面，在薄膜测试过程中导致芯片损伤。

因此，本领域亟须解决加工过程和使用过程中探针脱落的问题。

发明内容

本发明目的是提供一种防探针脱落的薄膜探针头及薄膜探针卡，实现了互连线、探针与薄膜材料三者之间附着力的增加，有效防止了加工和使用过程中探针与薄膜层分离的问题。

为达到上述目的，本发明采用的薄膜探针头技术方案是：一种防探针脱落的薄膜探针头，包括提供一作用面的支撑体、覆在所述作用面上的薄膜、设置在薄膜内的互连线以及设置在薄膜表面的探针；所述探针和互连线对应接触电连接；所述探针的朝向薄膜的表面定义为连接面，该连接面的中部设有一凹陷；所述互连线贴着所对应的探针的连接面设置，且互连线在凹陷处具有一断开处，所述薄膜材料经断开处填满凹陷与凹陷的底面直接接触连接。

上述方案中，所述互连线贴着探针的凹陷的壁面向凹陷内延伸布置，且其延伸端的端部与凹陷的底面之间留有一间距，所述薄膜材料填满该间距，以此薄膜在凹陷底部处形成一防脱大头端。

上述方案中，所述探针的凹陷底面为粗糙面。

为达到上述目的，本发明采用的薄膜探针卡技术方案是：一种防探针脱落的薄膜探针卡，包括PCB板、连接件以及薄膜探针头；所述薄膜探针头包括提供一作用面的支撑体、覆在所述作用面上的薄膜、设置在薄膜内的互连线以及设置在薄膜表面的探针；所述探针和互连线对应接触电连接；所述探针的朝向薄膜的表面定义为连接面，该连接面的中部设有一凹陷；所述互连线贴着所对应的探针的连接面设置，且互连线在凹陷处具有一断开处，所述薄膜材料经断开处填满凹陷与凹陷的底面直接接触连接。

上述方案中，所述互连线贴着探针的凹陷的壁面向凹陷内延伸布置，且其延伸端的端部与凹陷的底面之间留有一间距，所述薄膜材料填满该间距，以此薄膜在凹陷底部处形成一防脱大头端；

上述方案中，所述探针的凹陷底面为粗糙面。

本发明巧妙地通过在探针的连接面上设凹陷，互连线在凹陷处断开形成断开处，薄膜材料预聚体采用涂覆等方式填充于凹陷，与凹陷底面直接接触连接，分析起来主要有以下几个作用：

一、通过设凹陷和断开处在原仅依靠探针与互连线间附着力的基础上，增加了探针与薄膜材料的接触，即又增加一份探针与薄膜材料间的附着力；

二、通过设凹陷和断开处，一方面使连接面表面的凹凸不平会导致薄膜材料附着时产生互相咬合的现象，形成一种机械互锁作用，特别是凹陷底面还能进一步加工为粗糙面，能更一步增加实际接触表面积，进而增加了薄膜材料与探针结构的接触力；

三、通过设凹陷和断开处，当凹陷内填充薄膜材料预聚体，固化后薄膜材料会发生收缩，垂直方向上会更紧密地将所述互连线压缩抱紧，即薄膜材料与互连线之间的结合性也更强了。

综上所述，本发明通过以上作用，实现了互连线、探针与薄膜材料三者之间附着力的增加，有效防止了加工和使用过程中探针与薄膜层分离的问题。

附图说明

图1为现有技术的薄膜处的局部放大剖面示意图；

图2为本发明实施例薄膜探针卡的结构示意图；

图3为本发明实施例薄膜探针头的结构示意图；

图4为本发明实施例薄膜处的局部放大剖面示意图。

以上附图中：

1、PCB板；

2、连接件；

3、薄膜探针头；

31、支撑体；311、作用面；32、薄膜；321、防脱大头端；33、探针；331、凹陷；34、互连线；341、断开处；

90、硅基板；91、薄膜；92、探针；93、互连线。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：参见附图2-4所示：

一种防探针脱落的薄膜探针头，包括提供一作用面311的支撑体31、覆在所述作用面311上的薄膜32、设置在薄膜32内的互连线34以及设置在薄膜32表面的探针33，所述探针33和互连线34对应接触电连接。

将探针33的朝向薄膜32的那侧表面定义为连接面，该连接面的中部设有一凹陷331。

所述互连线34贴着所对应的探针33的连接面设置，且互连线34在凹陷331处具有一断开处341，所述薄膜32材料经断开处341填满凹陷331与凹陷331底面直接接触连接。

为了进一步提高连接力，可将探针33的凹陷331底面设计为粗糙面。

本实施例实现了互连线34、探针33与薄膜32材料三者之间附着力的增加，有效防止了加工和使用过程中探针33与薄膜32分离的问题，具体原因有以下三方面：

一、通过设凹陷331和断开处341在原仅依靠探针33与互连线34间附着力的基础上，增加了探针33与薄膜32材料的接触，即又增加一份探针33与薄膜32材料间的附着力；

二、通过设凹陷331和断开处341，一方面使连接面表面的凹凸不平会导致薄膜材料附着其上时产生互相咬合的现象，形成一种机械互锁作用，特别是凹陷331底面还能进一步加工为粗糙面，能更一步增加实际接触表面积，进而增加了薄膜32材料与探针33结构的接触力；

三、通过设凹陷331和断开处341，当凹陷331内填充薄膜材料预聚体，固化后薄膜材料会发生收缩，垂直方向上会更紧密地将所述互连线34压缩抱紧，即薄膜材料与互连线34之间的结合性也更强了。

具体，如图4所示，所述互连线34贴着探针33的凹陷331的壁面进一步向凹陷331内延伸布置，以增加互连线34与探针33的接触面积。

并且，互连线34的延伸端的端部与凹陷331的底面之间留有一间距A，所述薄膜32材料填满该间距A，以此薄膜32在凹陷331底部处形成一防脱大头端321。如此设计，当凹陷331内填充薄膜32材料预聚体，固化后薄膜32材料会发生收缩，防脱大头端321会扣在互连线34的端部上，即将所述互连线34更紧地抱紧，即使薄膜32材料与互连线34的结合性变得更强。

实施例2：参见附图2-4所示：

一种防探针脱落的薄膜探针卡，包括PCB板1、连接件2以及薄膜探针头3，所述薄膜探针头3如实施例1所述，这里不再赘述。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种防探针脱落的薄膜探针头，其特征在于：包括提供一作用面（311）的支撑体（31）、覆在所述作用面（311）上的薄膜（32）、设置在薄膜（32）内的互连线（34）以及设置在薄膜（32）表面的探针（33）；所述探针（33）和互连线（34）对应接触电连接；其特征在于：

所述探针（33）的朝向薄膜（32）的表面定义为连接面，该连接面的中部设有一凹陷（331）；所述互连线（34）贴着所对应的探针（33）的连接面设置，且互连线（34）在凹陷（331）处具有一断开处（341），所述薄膜（32）材料经断开处（341）填满凹陷（331）与凹陷（331）的底面直接接触连接。

2.根据权利要求1所述薄膜探针头，其特征在于：所述互连线（34）贴着探针（33）的凹陷（331）的壁面向凹陷（331）内延伸布置，且其延伸端的端部与凹陷（331）的底面之间留有一间距，所述薄膜（32）材料填满该间距，以此薄膜（32）在凹陷（331）底部处形成一防脱大头端（321）。

3.根据权利要求1或2所述薄膜探针头，其特征在于：所述探针（33）的凹陷（331）底面为粗糙面。

4.一种防探针脱落的薄膜探针卡，包括PCB板（1）、连接件（2）以及薄膜探针头（3）；所述薄膜探针头（3）包括提供一作用面（311）的支撑体（31）、覆在所述作用面（311）上的薄膜（32）、设置在薄膜（32）内的互连线（34）以及设置在薄膜（32）表面的探针（33）；所述探针（33）和互连线（34）对应接触电连接；其特征在于：

5.根据权利要求4所述的防探针脱落的薄膜探针卡，其特征在于：所述互连线（34）贴着探针（33）的凹陷（331）的壁面向凹陷（331）内延伸布置，且其延伸端的端部与凹陷（331）的底面之间留有一间距，所述薄膜（32）材料填满该间距，以此薄膜（32）在凹陷（331）底部处形成一防脱大头端（321）。

6.根据权利要求4或5所述的防探针脱落的薄膜探针卡，其特征在于：所述探针（33）的凹陷（331）底面为粗糙面。