CN114594373B - 一种面向集成电路测试的悬臂式探针及探针台 - Google Patents

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CN114594373B CN202210506481.8A CN202210506481A CN114594373B CN 114594373 B CN114594373 B CN 114594373B CN 202210506481 A CN202210506481 A CN 202210506481A CN 114594373 B CN114594373 B CN 114594373B
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Abstract

本申请涉及集成电路测试技术领域，公开了一种面向集成电路测试的悬臂式探针及探针台，悬臂式探针包括连接件、悬臂梁和针尖；悬臂梁为长条型；针尖垂直固定连接于悬臂梁朝向集成电路器件的一面且靠近悬臂梁的自由端；连接件垂直于悬臂梁朝向集成电路器件的一面,连接件的侧面的一端固定连接于悬臂梁的根部，另一端与针尖的朝向相背设置；悬臂梁朝向集成电路器件的一面为平面，悬臂梁在垂直方向上的厚度从根部到自由端逐渐减小。本申请具有针尖纵向位移大，对表面接触点高低不平的集成电路器件测试的适用范围大的效果。

Description

一种面向集成电路测试的悬臂式探针及探针台
技术领域
本申请涉及集成电路测试技术领域，尤其是涉及一种面向集成电路测试的悬臂式探针及探针台。
背景技术
在集成电路的加工和制造过程中，集成电路的测试往往是不可或缺的环节。在圆片级测试中，通常使用到带探针的探针台和测试数据分析仪，其中探针是测试的核心部件也是耗材之一。随着微电子机械系统技术的发展进步，微纳测试探针阵列具有与集成电路工艺及集成电路器件相兼容，排布密集，可阵列化和可大批量生产的优势。在微纳测试探针中，结构简单、性能稳定的悬臂式探针结构是常用的结构之一。
现有的悬臂式探针往往采用等厚度等截面梁设计，在实际集成电路测试中存在一定的局限性。当使用微纳测试探针阵列对表面接触点高低不平的集成电路器件进行测试时，等厚度悬臂式探针的针尖最大纵向位移小会导致位于低位的测试点无法和探针良好地接触，导致等厚度悬臂式探针的仅能对表面接触点高低落差较小的集成电路器件进行测试。
针对上述相关技术，现有的等厚度悬臂式探针具有针尖的最大纵向位移小，对表面接触点高低不平的集成电路器件测试的适用范围小的缺陷。
发明内容
为了解决现有的悬臂式探针具有针尖纵向位移小，不适用于表面接触点高低不平的集成电路器件测试的缺陷，本申请提供了一种面向集成电路测试的悬臂式探针及探针台。
第一方面，本申请提供了一种面向集成电路测试的悬臂式探针。
本申请是通过以下技术方案得以实现的：一种面向集成电路测试的悬臂式探针，包括：连接件、悬臂梁和针尖；所述悬臂梁为长条型；所述针尖垂直固定连接于所述悬臂梁朝向集成电路器件的一面且靠近所述悬臂梁的自由端；所述连接件垂直于所述悬臂梁朝向集成电路器件的一面,所述连接件的侧面的一端固定连接于所述悬臂梁的根部，另一端与所述针尖的朝向相背设置；所述悬臂梁朝向集成电路器件的一面为平面，所述悬臂梁在垂直方向上的厚度从所述根部到所述自由端逐渐减小。
通过采用上述技术方案，悬臂式探针包括连接件、悬臂梁和针尖，其中连接件用来夹于探针夹具进行悬臂式探针的装配，装配后连接件朝竖直方向，悬臂梁呈水平，针尖用于和集成电路器件进行接触。在和集成电路器件进行接触时，悬臂梁的自由端会产生纵向位移，在悬臂梁的材料、自由端的载荷、悬臂梁朝向集成电路器件的一面的长度、悬臂梁根部的厚度和悬臂梁的宽度均保持不变的情况下，将悬臂梁在垂直方向上的厚度设计为从根部到自由端逐渐减小，能够获得比悬臂梁在垂直方向上的厚度从根部到自由端保持不变的悬臂式探针更多的最大纵向位移，对表面接触点高低不平的集成电路器件测试的适用范围大。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述悬臂梁背对集成电路器件的一面呈抛物线型。
通过采用上述技术方案，悬臂梁在垂直方向上的厚度由根部至自由端呈抛物线形逐渐减小，能够使悬臂式探针获得比悬臂梁在垂直方向上的厚度从根部到自由端保持不变的悬臂式探针更多的最大纵向位移。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述悬臂梁背对集成电路器件的一面斜向下设置。
通过采用上述技术方案，悬臂梁在垂直方向上的厚度由根部至自由端呈线性形逐渐减小，能够使悬臂式探针获得比悬臂梁在垂直方向上的厚度从根部到自由端保持不变的悬臂式探针更多的最大纵向位移。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述悬臂梁在垂直方向上的厚度满足
Figure 442600DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 929077DEST_PATH_IMAGE002
为所述悬臂梁在垂直方向上的厚度，
Figure 476774DEST_PATH_IMAGE003
为比例系数，
Figure 681490DEST_PATH_IMAGE004
为所述悬臂梁的自由端到所述悬臂梁背对集成电路器件一面上任一点的厚度方向所在直线的距离。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：当所述悬臂梁朝向集成电路器件的一面的长度
Figure 614811DEST_PATH_IMAGE005
为
Figure 221373DEST_PATH_IMAGE006
，所述悬臂梁根部的厚度
Figure 417999DEST_PATH_IMAGE007
为
Figure 906750DEST_PATH_IMAGE008
时，所述比例系数
Figure 345559DEST_PATH_IMAGE009
的计算公式为
Figure 868944DEST_PATH_IMAGE010
，所述悬臂梁在垂直方向上的厚度满足
Figure 970892DEST_PATH_IMAGE011
。
通过采用上述技术方案，对于给定长度和根部厚度的悬臂梁来说，比例系数
Figure 150201DEST_PATH_IMAGE009
为可计算的，计算公式为
Figure 690904DEST_PATH_IMAGE012
，当
Figure 6478DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 607224DEST_PATH_IMAGE014
时，计算可得
Figure 506785DEST_PATH_IMAGE015
，悬臂梁在垂直方向上的厚度满足
Figure 788862DEST_PATH_IMAGE016
，此时悬臂梁的厚度从根部到自由端逐渐减小，悬臂梁背对集成电路器件的一面呈抛物线型，悬臂梁厚度方向上的每一个截面的应力均相等，对表面接触点高低不平的集成电路器件测试的适用范围大。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述悬臂梁在垂直方向上的厚度满足
Figure 286839DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 730590DEST_PATH_IMAGE018
为所述悬臂梁在垂直方向上的厚度，
Figure 946807DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 766996DEST_PATH_IMAGE020
为所述根部的厚度，
Figure 555698DEST_PATH_IMAGE021
为所述自由端的厚度，
Figure 232667DEST_PATH_IMAGE004
为所述自由端到所述悬臂梁背对集成电路器件一面上任一点的厚度方向所在直线的距离，
Figure 608285DEST_PATH_IMAGE005
为所述悬臂梁朝向集成电路器件的一面的长度。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：当所述悬臂梁根部的厚度
Figure 232164DEST_PATH_IMAGE020
为
Figure 750739DEST_PATH_IMAGE008
、所述悬臂梁自由端的厚度
Figure 801872DEST_PATH_IMAGE021
为
Figure 727102DEST_PATH_IMAGE022
时，所述悬臂梁在垂直方向上的厚度满足
Figure 889093DEST_PATH_IMAGE023
。
通过采用上述技术方案，对于给定长度和根部厚度的悬臂梁来说，
Figure 216170DEST_PATH_IMAGE024
为可计算的，计算公式为
Figure 936739DEST_PATH_IMAGE019
，当
Figure 21369DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 987051DEST_PATH_IMAGE026
时，计算可得
Figure 168634DEST_PATH_IMAGE027
，悬臂梁在垂直方向上的厚度满足
Figure 561569DEST_PATH_IMAGE028
，此时悬臂梁沿长度方向的界面为梯形，能够获得比悬臂梁在垂直方向上的厚度从根部到自由端保持不变的悬臂式探针更多的最大纵向位移，对表面接触点高低不平的集成电路器件测试的适用范围大。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述探针为平面工艺型探针。
通过采用上述技术方案，制备的悬臂式探针的尺寸精度更高。
第二方面，本申请提供了一种探针台。
本申请是通过以下技术方案得以实现的：包括上述任意一种面向集成电路测试的悬臂式探针。
通过采用上述技术方案，将悬臂梁在垂直方向上的厚度设计为从根部到自由端逐渐减小，能够获得比悬臂梁在垂直方向上的厚度从根部到自由端保持不变的悬臂式探针更多的最大纵向位移，使用包括变厚度悬臂式探针的探针台对集成电路器件进行测试，对表面接触点高低不平的集成电路器件测试的适用范围大。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1、 悬臂式探针包括连接件、悬臂梁和针尖，其中连接件用来夹于探针夹具进行悬臂式探针的装配，装配后连接件朝竖直方向，悬臂梁呈水平，针尖用于和集成电路器件进行接触。在和集成电路器件进行接触时，悬臂梁的自由端会产生纵向位移，在悬臂梁的材料、自由端的载荷、悬臂梁朝向集成电路器件的一面的长度、悬臂梁根部的厚度和悬臂梁的宽度均保持不变的情况下，将悬臂梁在垂直方向上的厚度设计为从根部到自由端逐渐减小，能够获得比悬臂梁在垂直方向上的厚度从根部到自由端保持不变的悬臂式探针更多的最大纵向位移，对表面接触点高低不平的集成电路器件测试的适用范围大。
2、当悬臂梁在垂直方向上的厚度满足
Figure 897610DEST_PATH_IMAGE001
时，
Figure 463721DEST_PATH_IMAGE002
为悬臂梁在垂直方向上的厚度，
Figure 437493DEST_PATH_IMAGE003
为比例系数，
Figure 63646DEST_PATH_IMAGE004
为悬臂梁的自由端距离沿悬臂梁背对集成电路器件一面上任一点的厚度方向所在直线的距离，悬臂梁背对集成电路器件的一面呈抛物线型，此时，悬臂梁厚度方向上的每一个截面的应力均相等，悬臂式探针的最大纵向位移能够比悬臂梁在垂直方向上的厚度从根部到自由端保持不变的悬臂式探针增加100%，对表面接触点高低不平的集成电路器件测试的适用范围大。
3、当悬臂梁在垂直方向上的厚度满足
Figure 122869DEST_PATH_IMAGE017
时，
Figure 430354DEST_PATH_IMAGE029
为悬臂梁在垂直方向上的厚度，
Figure 586529DEST_PATH_IMAGE024
为常数，
Figure 819802DEST_PATH_IMAGE021
为自由端的厚度，
Figure 428638DEST_PATH_IMAGE004
为自由端距离沿所述悬臂梁背对集成电路器件一面上任一点的厚度方向所在直线的距离，
Figure 274234DEST_PATH_IMAGE005
为悬臂梁朝向集成电路器件的一面的长度，悬臂梁背对集成电路器件的一面为斜向下，此时悬臂式探针能够获得比悬臂梁在垂直方向上的厚度从根部到自由端保持不变的悬臂式探针更大的最大纵向位移，对表面接触点高低不平的集成电路器件测试的适用范围大。
附图说明
图1为本申请一个示例性实施例提供的悬臂式探针的示意图。
图2为本申请一个示例性实施例提供的变厚度悬臂梁的结构示意图。
图3为本申请一个示例性实施例提供的变厚度悬臂梁的长度方向的截面示意图。
图4为本申请又一个示例性实施例提供的变厚度悬臂梁的结构示意图。
图5为本申请又一个示例性实施例提供的变厚度悬臂梁的长度方向的截面示意图。
附图标记说明：
1、连接件；2、悬臂梁；3、针尖。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。
实施例1
参照图1，本申请实施例公开一种面向集成电路测试的悬臂式探针，包括连接件1、悬臂梁2和针尖3，悬臂梁2垂直固定连接于连接件1，针尖3垂直固定连接于悬臂梁2远离连接件1的一端，针尖3朝向集成电路器件设置，连接件1和针尖3朝向相反方向设置。连接件1为长方体型，装配时连接件1竖直设置，悬臂梁2水平设置，悬臂梁2靠近连接件1的一端为根部，悬臂梁2靠近针尖3的一端为自由端，悬臂梁2的厚度从根部到自由端逐渐减小。悬臂式探针为平面工艺型探针，连接件1、悬臂梁2和针尖3为一体成型，制备的悬臂式探针的尺寸精度更高。
参照图2、3，悬臂梁2的背对集成电路器件的一面呈抛物线型，悬臂梁2在垂直方向上的厚度满足
Figure 222598DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 190554DEST_PATH_IMAGE002
为悬臂梁2在垂直方向上的厚度，
Figure 224369DEST_PATH_IMAGE003
为比例系数，
Figure 935973DEST_PATH_IMAGE004
为悬臂梁2的自由端距离沿悬臂梁2背对集成电路器件一面上任一点的厚度方向所在直线的距离。比例系数
Figure 502959DEST_PATH_IMAGE003
是可以计算的，公式为
Figure 579499DEST_PATH_IMAGE031
。可根据应力公式及挠度公式对等厚度悬臂梁和变厚度悬臂梁的最大纵向位移进行计算，具体地：
对于长度为
Figure 897348DEST_PATH_IMAGE005
, 宽度为
Figure 350326DEST_PATH_IMAGE032
, 厚度为
Figure 335600DEST_PATH_IMAGE007
的等厚度悬臂梁，其任意一点应力大小为：
Figure 583041DEST_PATH_IMAGE033
其中
Figure 824405DEST_PATH_IMAGE034
是在悬臂梁2的自由端加载的载荷，
Figure 877811DEST_PATH_IMAGE035
是该点的应力。由公式可知，当等厚度悬臂梁的自由端受力时，最大应力出现在等厚度悬臂梁的根部，最大应力为：
Figure 655274DEST_PATH_IMAGE036
此时悬臂梁2的自由端的纵向位移即悬臂梁2的挠度
Figure 73617DEST_PATH_IMAGE037
满足：
Figure 631638DEST_PATH_IMAGE038
其中
Figure 160839DEST_PATH_IMAGE039
为悬臂梁2材料的杨氏模量。
从公式可以看出，等厚度悬臂梁所受最大应力
Figure 556923DEST_PATH_IMAGE040
与宽度
Figure 208484DEST_PATH_IMAGE041
的二次方成反比。
悬臂梁2上沿长度方向的每一个横截面内最大应力为：
Figure 925905DEST_PATH_IMAGE042
当载荷
Figure 321114DEST_PATH_IMAGE034
与探针宽度
Figure 807590DEST_PATH_IMAGE032
固定时，悬臂梁2上沿着长度方向的每一个横截面内的应力为定值，且与厚度恒为
Figure 833315DEST_PATH_IMAGE043
的等厚度悬臂梁上的最大应力相等。另一方面，由于变厚度悬臂梁的厚度
Figure 100348DEST_PATH_IMAGE018
是由根部的厚度
Figure 735466DEST_PATH_IMAGE044
到自由端逐渐减小的变化量，根据挠度公式定性分析可知：在相同载荷的情况下，变厚度梁悬臂梁的纵向位移要大于等厚度悬臂梁的纵向位移。具体通过挠度公式计算可得：
Figure 404345DEST_PATH_IMAGE045
其中，
Figure 335392DEST_PATH_IMAGE046
。当
Figure 27405DEST_PATH_IMAGE047
时挠度取得最大值：
Figure 29996DEST_PATH_IMAGE048
与等厚度悬臂梁对比可发现，本实施例中的变厚度悬臂梁的最大挠度即自由端的最大位移增加了100%。
同时，本实施例中对相同载荷下等厚度悬臂梁和变厚度悬臂梁的最大纵向位移进行仿真模拟以验证理论计算的结果。
具体地，对相同载荷下等厚度悬臂梁和变厚度悬臂梁的最大纵向位移进行仿真模拟，使用COMSOL Multiphysics ® 软件进行仿真模拟，并输入以下参数：材料种类、密度、杨氏模量、泊松比、长度、宽度、厚度和载荷，本实施例的等厚度悬臂梁和变厚度悬臂梁的尺寸参数及仿真结果如表一所示。
表一
Figure 225485DEST_PATH_IMAGE049
从仿真模拟结果可以看出，对于长
Figure 389750DEST_PATH_IMAGE050
，宽
Figure 333173DEST_PATH_IMAGE051
，最大厚度为
Figure 811559DEST_PATH_IMAGE051
的悬臂梁2，在
Figure 189450DEST_PATH_IMAGE052
载荷下，采取变厚度悬臂梁的设计后，悬臂梁2沿长度方向各个截面内应力均相等且与等厚度悬臂梁的根部的最大应力相等。且变厚度悬臂梁的最大纵向位移相比等厚度悬臂梁增加了近99.7%，与计算结果相符。
本实施例还提供一种探针台，包括上述变厚度悬臂式探针，还包括载物台、探针夹具、适配器、校准系统、操纵器和网络分析仪等。变厚度悬臂式探针能够获得比悬臂梁在垂直方向上的厚度从根部到自由端保持不变的悬臂式探针更多的最大纵向位移，使用包括变厚度悬臂式探针的探针台对集成电路器件进行测试，对表面接触点高低不平的集成电路器件测试的适用范围大。
实施例1的实施原理为，悬臂式探针包括连接件1、悬臂梁2和针尖3，其中连接件1用来夹于探针夹具进行悬臂式探针的装配，装配后连接件1朝竖直方向，悬臂梁2呈水平，针尖3用于和集成电路器件进行接触。在和集成电路器件进行接触时，悬臂梁2的自由端会产生纵向位移，在悬臂梁2的材料、自由端的载荷、悬臂梁2朝向集成电路器件的一面的长度、悬臂梁2根部的厚度和悬臂梁2的宽度均保持不变的情况下，将在垂直方向上的厚度设计为从根部到自由端逐渐减小，悬臂梁2能够获得比等厚度悬臂式探针更多的最大纵向位移。悬臂梁2在垂直方向上的厚度满足
Figure 462300DEST_PATH_IMAGE001
时，悬臂梁2背对集成电路器件的一面呈抛物线型，此时悬臂梁2厚度方向上的每一个截面的应力均相等，悬臂梁2的最大纵向位移比等厚度悬臂梁增加100%，再通过仿真模拟，模拟等厚度悬臂梁和变厚度悬臂梁在相同载荷下的最大纵向位移，可以得到变厚度悬臂梁的最大纵向位移将增加近99.7%，与计算结果相符。本实施例中变厚度悬臂式探针对表面接触点高低不平的集成电路器件测试的适用范围大。
实施例2
参照图4、5，本实施例与实施例1的不同之处在于，悬臂梁背对集成电路器件的一面斜向下设置，变厚度悬臂梁的根部的厚度为
Figure 925642DEST_PATH_IMAGE007
，变厚度悬臂梁的长度方向上任意一点到自由端的长度为
Figure 473298DEST_PATH_IMAGE004
，该点的厚度为
Figure 876336DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 647982DEST_PATH_IMAGE002
满足
Figure 801883DEST_PATH_IMAGE053
，其中
Figure 684389DEST_PATH_IMAGE021
为变厚度悬臂梁的自由端的厚度，变厚度悬臂梁的长度
Figure 974556DEST_PATH_IMAGE005
，根部的厚度为
Figure 589208DEST_PATH_IMAGE007
。此时挠度的表达式为：
Figure 27142DEST_PATH_IMAGE054
其中
Figure 415136DEST_PATH_IMAGE046
，当厚度由
Figure 294230DEST_PATH_IMAGE020
变化到
Figure 407680DEST_PATH_IMAGE021
，根据挠度公式定性分析可知，当厚度减小时，悬臂梁2的最大纵向位移将增大。从本实施例的仿真模拟中可以更直观看出这一变化。
对相同载荷下等厚度悬臂梁和变厚度悬臂梁的最大纵向位移进行仿真模拟，使用COMSOL Multiphysics ® 软件进行仿真模拟，并输入以下参数：材料种类、密度、杨氏模量、泊松比、长度、宽度、厚度和载荷，本实施例的等厚度悬臂梁和变厚度悬臂梁的尺寸参数及仿真结果如表二所示。
表二
Figure 270594DEST_PATH_IMAGE055
从仿真模拟结果可以看出，对于长
Figure 494902DEST_PATH_IMAGE050
，宽
Figure 25240DEST_PATH_IMAGE051
，最大厚度为
Figure 214651DEST_PATH_IMAGE051
的悬臂梁2，在
Figure 627178DEST_PATH_IMAGE052
载荷下，采取变厚度悬臂梁的设计后，在悬臂梁2内最大应力不变的条件下，悬臂梁2的最大纵向位移相比增加了近63.8%。
实施例的实施原理为：悬臂梁2在垂直方向上的厚度满足
Figure 858439DEST_PATH_IMAGE056
时，悬臂梁2背对集成电路器件的一面呈斜向下的斜面，此时悬臂梁2的最大纵向位移大于等厚度悬臂梁，再通过仿真模拟，模拟等厚度悬臂梁和变厚度悬臂梁在相同载荷下的最大纵向位移，可以得到变厚度悬臂梁的最大纵向位移将增加近63.8%，与计算结果相符。本实施例中变厚度悬臂式探针对表面接触点高低不平的集成电路器件测试的适用范围大。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种面向集成电路测试的悬臂式探针，其特征在于，包括：连接件、悬臂梁和针尖；所 述悬臂梁为长条型；所述针尖垂直固定连接于所述悬臂梁朝向集成电路器件的一面且靠近 所述悬臂梁的自由端；所述连接件垂直于所述悬臂梁朝向集成电路器件的一面,所述连接 件的侧面的一端固定连接于所述悬臂梁的根部，另一端与所述针尖的朝向相背设置；所述 悬臂梁朝向集成电路器件的一面为平面，所述悬臂梁在垂直方向上的厚度从所述根部到所 述自由端逐渐减小；所述悬臂梁背对集成电路器件的一面呈抛物线型，所述悬臂梁在垂直 方向上的厚度满足
Figure 788705DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 432176DEST_PATH_IMAGE002
为所述悬臂梁在垂直方向上的厚度，
Figure 705025DEST_PATH_IMAGE003
为比例系数，
Figure 371630DEST_PATH_IMAGE004
为所述自由端到所述悬臂梁背对集成电路器件一面上任一点的厚度方向所在直线的距离， 所述比例系数
Figure 450444DEST_PATH_IMAGE003
的计算公式为
Figure 886105DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 595435DEST_PATH_IMAGE006
为悬臂梁根部的厚度，
Figure 546073DEST_PATH_IMAGE007
为所述悬臂梁朝向集 成电路器件的一面的长度。
2.根据权利要求1所述的面向集成电路测试的悬臂式探针，其特征在于，所述悬臂梁背对集成电路器件的一面斜向下设置。
3.根据权利要求1所述的面向集成电路测试的悬臂式探针，其特征在于，当所述悬臂梁 朝向集成电路器件的一面的长度
Figure 366262DEST_PATH_IMAGE007
为
Figure 656429DEST_PATH_IMAGE008
，所述悬臂梁根部的厚度
Figure 598977DEST_PATH_IMAGE006
为
Figure 974595DEST_PATH_IMAGE009
时，所述比例系数
Figure 395212DEST_PATH_IMAGE003
的计算公式为
Figure 743148DEST_PATH_IMAGE005
，所述悬臂梁在垂直方向上的厚度满足
Figure 669647DEST_PATH_IMAGE010
。
4.根据权利要求1所述的面向集成电路测试的悬臂式探针，其特征在于，所述探针为平面工艺型探针。
5.一种探针台，其特征在于，包括权利要求1至4任意一项所述的面向集成电路测试的悬臂式探针。
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