CN115575680A - 探针卡和晶圆测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种探针卡，包括测试基板、探针组件和导通层，测试基板设有第一焊盘，导通层的一个表面连接于测试基板的第一焊盘，另一表面连接于探针组件的探针主体，这样，导通层能够在避免探针主体直接接触第一焊盘的前提下，实现探针主体与第一焊盘的电连接，这样，探针卡能够利用探针组件实现测试基板与待测晶圆的电连接，从而实现对晶圆的测试。通过添加导通层实现对第一焊盘的保护，避免了第一焊盘被探针主体的反复针刺而损坏，从而提高测试基板的使用寿命。导通层造价低廉，通过将其作为牺牲层更换，能够降低探针卡损坏时的维修成本。另外，本发明还公开了一种具有该探针卡的晶圆测试设备。

Description

探针卡和晶圆测试设备

技术领域

本发明涉及半导体测试设备技术领域，尤其涉及一种探针卡和晶圆测试设备。

背景技术

芯片在生产过程中需要经历晶圆测试、芯片测试和老化测试。这三次测试都是通过弹簧针或硬质金属针连接晶圆的焊盘和测试基板(例如PCB基板)的焊盘。在测试过程中每一块晶圆的测试都会造成弹簧针或硬质金属针在测试基板的焊盘上针刺一次到多次。反复针刺过程中会对基板焊盘造成损害，最终导致测试基板报废。

发明内容

本发明实施例公开了一种探针卡和晶圆测试设备，能够延长测试基板使用寿命且成本低廉。

为了实现上述目的，第一方面，本发明公开了一种探针卡，包括：

测试基板，所述测试基板设有第一焊盘；

探针组件，所述探针组件位于所述测试基板的设有所述第一焊盘的一侧，且所述探针组件与所述测试基板间隔设置，所述探针组件包括探针主体，所述探针主体对应所述第一焊盘设置，所述探针主体具有相对的第一端和第二端，所述第一端朝向所述第一焊盘设置，所述第二端用于连接晶圆；以及

导通层，所述导通层设置于所述测试基板与所述探针组件之间，所述导通层电连接于所述第一焊盘以及所述探针主体的所述第一端，以实现所述第一焊盘与所述探针主体的电导通。

作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述导通层具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面设有第二焊盘，所述第二焊盘用于与所述第一焊盘连接，所述第二表面对应所述第二焊盘设有第三焊盘，所述第三焊盘用于与所述第一端连接，所述导通层还设有导通孔，所述第二焊盘、所述第三焊盘通过所述导通孔导通。

作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述第三焊盘表面设有金属镀层，所述金属镀层厚度为0.5～3μm。

作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述第一焊盘包括多个，多个所述第一焊盘阵列设置在所述测试基板，所述探针组件对应多个所述第一焊盘设有多个探针主体，所述导通层对应多个所述第一焊盘设有多个第二焊盘，以使所述第二焊盘与所述第一焊盘一一对应，且所述第三焊盘与所述第一端一一对应。

作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述导通层的厚度大于所述探针主体的行程。

作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述导通层的厚度为0.05mm～0.5mm。

作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述导通层为柔性导通层，所述导通层的材质包括聚酰亚胺、聚酯、环氧树脂、特氟龙中的任一种。

作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述导通层对应所述测试基板的设有第一焊盘的区域设置。

作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述测试基板还设有第一对位孔，所述导通层对应所述第一对位孔设有第二对位孔，所述第一对位孔用于与所述第二对位孔连接时，所述第二焊盘与所述第一焊盘对应连接；

所述探针组件还包括探针介质层，所述探针介质层位于所述测试基板的设有所述第一焊盘的一侧，且所述探针介质层与所述测试基板间隔设置，所述探针主体设置于所述探针介质层，所述探针介质层对应所述第一对位孔设有第三对位孔，所述第三对位孔用于与所述第二对位孔连接时，所述第一端与所述第三焊盘对应连接；

所述探针卡还包括连接件，所述连接件依次穿设于所述第一对位孔、所述第二对位孔以及所述第三对位孔，以连接所述测试基板、所述导通层和所述探针介质层。

第二方面，本发明还公开了一种晶圆测试设备，包括前述的探针卡。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明实施例提供的一种探针卡，通过在测试基板(例如是PCB基板)和探针组件之间增加导通层，导通层的一端连接于测试基板的第一焊盘，另一端连接于探针主体，导通层能够在避免探针主体直接接触第一焊盘的前提下，实现探针主体与第一焊盘的电连接，这样，探针卡能够利用探针组件实现测试基板与待测晶圆的电连接，从而实现对晶圆的测试。通过添加导通层实现对第一焊盘的保护，避免了第一焊盘被探针主体的反复针刺而损坏，从而提高测试基板的使用寿命。导通层造价低廉，通过将其作为牺牲层更换，能够降低探针卡损坏时的维修成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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。

图1是本申请实施例提供的探针卡的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的晶圆测试设备的结构框图。

图标：1、探针卡；10、测试基板；11、第一焊盘；12、第一对位孔；20、探针组件；21、探针主体；211、第一端；212、第二端；22、探针介质层；221、第三对位孔；30、导通层；31、第一表面；311、第二焊盘；32、第二表面；321、第三焊盘；3210、金属镀层；33、导通孔；34、第二对位孔；40、连接件；2、晶圆测试设备；200、晶圆；2001、晶圆焊盘；201、工作台；202、运动机构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

下面将结合实施例和附图对本发明的技术方案作进一步的说明。

在利用探针卡对晶圆进行测试的过程中，探针会多次对探针卡中的测试基板的焊盘进行针刺，容易造成焊盘的损坏。在相关技术中，通常会采用在基板的焊盘上镀硬金的方式延长焊盘寿命。即便这样，焊盘寿命也仅能增加到一定数量上的针刺，延长焊盘的针刺次数。但是，当到达焊盘的针刺次数后，依然会造成焊盘的损坏。由于基板上的焊盘数量较多，任何一个焊盘的损坏都会影响到电接触的效果，影响对晶圆测试的准确性。而若焊盘损坏，则需要整个测试基板进行更换，测试基板不但造价高，且更换测试基板的过程也将降低晶圆测试效率。

基于此，请参阅图1，本申请提供了一种探针卡1，包括测试基板10、探针组件20和导通层30。测试基板10设有第一焊盘11，探针组件20位于测试基板10的设有第一焊盘11的一侧，且探针组件20与测试基板10间隔设置，探针组件20包括探针主体21，探针主体21对应第一焊盘11设置，探针主体21具有相对的第一端211和第二端212，第一端211朝向第一焊盘11设置，第二端212用于连接晶圆200。导通层30设置于测试基板10与探针组件20之间，导通层30电连接于第一焊盘11以及探针主体的第一端211，以实现第一焊盘11与探针主体21的电导通。

通过添加导通层30，导通层30能够在避免探针主体21直接接触第一焊盘11的前提下，实现探针主体21与第一焊盘11的电连接。这样，探针卡1能够利用探针组件20实现测试基板10与待测晶圆200的电连接，从而实现对晶圆200的测试。采用本申请的方案，通过添加导通层30，实现了对第一焊盘11的保护，避免了第一焊盘11被探针主体21的反复针刺而损坏，从而提高测试基板10的使用寿命。而且，导通层30的造价低廉，当导通层30发生损坏时，可以更换新的导通层30。通过将其作为牺牲层更换，能够降低探针卡1损坏时的维修成本。

可选地，测试基板10可以包括PCB基板。晶圆200上可以设置晶圆焊盘2001，使用探针卡1对晶圆200进行测试时，探针主体21的第二端212与晶圆焊盘2001连接并实现电导通。

一些实施例中，导通层30对应测试基板10的设有第一焊盘11的区域设置。由于测试基板10上需要承载众多电子元器件，以实现其多种测试功能，因此，测试基板10往往面积较大，而第一焊盘11一般只集中在某一区域，专门实现与探针组件20的连接。因此，导通层30对应第一焊盘11所在的区域设置，这样能够尽可能减小导通层30的面积，节约导通层30所使用的材料，有效降低成本。

一些实施例中，导通层30具有相对的第一表面31和第二表面32，第一表面31设有第二焊盘311，第二焊盘311用于与第一焊盘11连接，第二表面32对应第二焊盘311设有第三焊盘321，第三焊盘321用于与第一端211连接。导通层30还设有导通孔33，第二焊盘311、第三焊盘321通过导通孔33导通。

通过设置第二焊盘311和第三焊盘321，能够使导通层30分别与测试基板10、探针主体21形成电导通。导通孔33通常设置在导通层30的内部，导通孔33能够实现导通层30的第一表面31和第二表面32上的第二焊盘311、第三焊盘321电导通。这样，导通层30能够实现测试基板10与探针组件20的电连接的同时，避免了探针主体21直接接触测试基板10，保护第一焊盘11免受刺伤。

可选地，导通孔33可以是金属化孔。通常地，可以通过化学镀或电镀的方式，在导通孔33的内壁镀金属，使得导通孔33具有导电性，这样第二焊盘311与第三焊盘321能够实现电导通。当然，也可通过在导通孔33中设置导电件(例如导电柱、导电线等)，利用导通孔33中的导电件实现第二焊盘311、第三焊盘321的电导通。

一些实施例中，第三焊盘321表面设有金属镀层3210，金属镀层3210厚度为0.5～3μm。

通过在第三焊盘321表面镀金属层3210，能够提高第三焊盘321的表面硬度，一方面，在第三焊盘321表面与探针主体21的第一端211接触时，减少第三焊盘321表面的损伤，延长第三焊盘321的使用寿命，提高导通层30的耐用性；另一方面，金属镀层3210能够保护第三焊盘321的铜面，避免铜面划破后发生氧化，从而避免第三焊盘321的接触电阻发生变化，避免测试时产生较大误差。这样，能够提高导通层30的可靠性，确保探针卡1在测试晶圆时的测试准确性。

金属镀层3210厚度设置在0.5～3μm的范围内，能够使得第三焊盘321具有良好的耐磨性能的同时，降低金属镀层3210的制造成本。

可选地，金属镀层3210可以包括金、镍、铬金属中的至少一种。这些金属具有较高的硬度且性质稳定，能够有效提高第三焊盘321的表面硬度。

一些实施例中，第一焊盘11包括多个，多个第一焊盘11阵列设置在测试基板10，探针组件20对应多个第一焊盘11设有多个探针主体21，导通层30对应多个第一焊盘11设有多个第二焊盘311，以使第二焊盘311与第一焊盘11一一对应，且第三焊盘321与第一端211一一对应。

通过设置多个第一焊盘11，这样一次能够对晶圆200的多个接触点进行测试，提高测试的效率。因此，探针组件20需要设置多个探针主体21与多个第一焊盘11对应，同时，导通层30也需要设置多个第二焊盘311和第三焊盘321与第一焊盘11实现一一对应。这样，导通层30能够对测试基板的多个第一焊盘11实现保护作用，提高测试基板10的使用寿命。

一些实施例中，导通层30的厚度大于探针主体21的行程。

具体地，探针主体21的行程包括在探针卡1用于与晶圆200接触时探针主体21在探针卡移动方向上的形变量，以及探针组件20靠近测试基板10时的移动量。由于在探针卡1对晶圆200进行接触测试时，探针卡1下压从而靠近晶圆，探针主体21的第二端212接触到晶圆后，探针卡1继续下压，从而使得测试基板10靠近探针组件20，测试基板10与探针组件20之间的间隙缩小，直至第一端211接触第一焊盘11，实现第一焊盘11与晶圆之间的电导通。这个过程中，探针主体21一方面会靠近测试基板10移动，另一方面，探针主体21本身也会产生相应微小变形。例如当探针主体21是弹簧针的时候，其自身长度会发生收缩变化。

由于在测试基板10与探针组件20之间的间隔中设置了导通层30，导通层30与探针组件20之间的间距变小，因此根据所选用的导通层30的厚度，通过调整探针主体21的行程，使得探针主体的第一端211与第一焊盘11具有合适的距离。这样，探针卡在接触晶圆200时，使得探针主体的第一端211既能够接触到导通层30，又不会刺穿导通层30而接触测试基板10，从而保护了测试基板10的第一焊盘11，在保证探针主体21与导通层30良好接触的前提下，延长了测试基板10的使用寿命。

一些实施例中，导通层30的厚度为0.05mm～0.5mm。通过导通层30设置合适的厚度，一方面，能够使其具有一定的自身强度，阻隔探针主体21的第一端211与测试基板10直接接触，从而保护第一焊盘11；另一方面，避免占用测试基板10与探针组件20之间间隔的过多空间，使得探针卡1能够具有较小体积并能正常使用。

一些实施例中，导通层30为柔性导通层。这样，柔性导通层在测试基板10与探针主体21连接时能够产生形变，以实现第一焊盘11与探针主体21的电导通。通过将导通层30设置层柔性层，这样，导通层30具有一定的延展性和变形能力，当测试基板10与探针主体21通过导通层30接触时，导通层能够产生微小的变形，探针主体21的第一端211能够与第一焊盘11形成良好的接触从而形成电导通，这样，能够确保探针卡测试的准确性。

可选地，导通层30的材质包括聚酰亚胺、聚酯、环氧树脂、特氟龙中的任一种。采用上述高分子材料，既能够保证一定的绝缘性，同时又能具有一定的柔性特质，使得导通层30具有柔性特点，使其能够在与探针主体21连接时易于发生变形而不易于被刺穿，从而能够避免探针主体21直接接触第一焊盘11，另外，采用上述高分子材料能做出厚度较小的导通层30，使得导通层30具有良好性能。

一些实施例中，测试基板10还设有第一对位孔12，导通层30对应第一对位孔12设有第二对位孔34，第一对位孔12用于与第二对位孔34连接时，第二焊盘311与第一焊盘11对应连接。探针组件20还包括探针介质层22，探针介质层22位于测试基板10的设有第一焊盘11的一侧，且探针介质层22与测试基板10间隔设置，探针主体21设置于探针介质层22，探针介质层22对应第一对位孔12设有第三对位孔221，第三对位孔221用于与第二对位孔34连接时，第一端211与第三焊盘321对应连接。探针卡1还包括连接件40，连接件40依次穿设于第一对位孔12、第二对位孔34以及第三对位孔221，以将测试基板10、导通层30和探针介质层22连接。

由于第一焊盘11的表面积以及晶圆焊盘2001的表面积都非常小，因此，探针主体21对上述二者进行对位需要较高的对位精度。而本申请增加了导通层30，因此，还需要考虑导通层30中的第二焊盘311与第一焊盘11的对位，以及第三焊盘321与探针主体的第一端211的对位。尤其是对于探针组件20具有多个探针主体21的情况下，需要考虑多个探针主体21的对位。基于此，本申请通过在测试基板10、导通层30以及探针介质层22上设置对位孔，能够实现第一焊盘11与第二焊盘311，以及第三焊盘321与第一端211的一一对应，最终实现探针主体21与测试基板10的准确对位和电连接。

可选地，连接件40可以包括销钉、螺钉等连接结构。

第二方面，请参阅图2，本申请实施例还提供了一种晶圆测试设备2，包括前述的探针卡1、工作台201和运动机构202。运动机构202对应工作台201的上方设置，通过将探针卡1设置于运动机构202，将晶圆放置于工作台201，运动机构202带动探针卡1接近晶圆200，从而使得探针卡1接触晶圆200并对晶圆200进行测试。采用本申请的晶圆测试设备2，能够在保证较高的晶圆测试效率的前提下，延长探针卡1的测试基板10的寿命，避免测试基板10的第一焊盘11出现损坏而导致接触电阻的变化，从而提高晶圆测试设备测试的准确性和可靠性。

以上对本发明实施例公开的探针卡和晶圆测试设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的探针卡和晶圆测试设备及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种探针卡，其特征在于，包括：

测试基板，所述测试基板设有第一焊盘；

探针组件，所述探针组件位于所述测试基板的设有所述第一焊盘的一侧，且所述探针组件与所述测试基板间隔设置，所述探针组件包括探针主体，所述探针主体对应所述第一焊盘设置，所述探针主体具有相对的第一端和第二端，所述第一端朝向所述第一焊盘设置，所述第二端用于连接晶圆；以及

导通层，所述导通层设置于所述测试基板与所述探针组件之间，所述导通层电连接于所述第一焊盘以及所述探针主体的所述第一端，以实现所述第一焊盘与所述探针主体的电导通。

2.根据权利要求1所述的探针卡，其特征在于，所述导通层具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面设有第二焊盘，所述第二焊盘用于与所述第一焊盘连接，所述第二表面对应所述第二焊盘设有第三焊盘，所述第三焊盘用于与所述第一端连接，所述导通层还设有导通孔，所述第二焊盘、所述第三焊盘通过所述导通孔导通。

3.根据权利要求2所述的探针卡，其特征在于，所述第三焊盘表面设有金属镀层，所述金属镀层厚度为0.5～3μm。

4.根据权利要求3所述的探针卡，其特征在于，所述第一焊盘包括多个，多个所述第一焊盘阵列设置在所述测试基板，所述探针组件对应多个所述第一焊盘设有多个探针主体，所述导通层对应多个所述第一焊盘设有多个第二焊盘，以使所述第二焊盘与所述第一焊盘一一对应，且所述第三焊盘与所述第一端一一对应。

5.根据权利要求1-4任一项所述的探针卡，其特征在于，所述导通层的厚度大于所述探针主体的行程。

6.根据权利要求1-4任一项所述探针卡，其特征在于，所述导通层的厚度为0.05mm～0.5mm。

7.根据权利要求1-4任一项所述的探针卡，其特征在于，所述导通层为柔性导通层，所述导通层的材质包括聚酰亚胺、聚酯、环氧树脂、特氟龙中的任一种。

8.根据权利要求1-4任一项所述的探针卡，其特征在于，所述导通层对应所述测试基板的设有第一焊盘的区域设置。

9.根据权利要求1-4任一项所述的探针卡，其特征在于，所述测试基板还设有第一对位孔，所述导通层对应所述第一对位孔设有第二对位孔，所述第一对位孔用于与所述第二对位孔连接时，所述第二焊盘与所述第一焊盘对应连接；

所述探针组件还包括探针介质层，所述探针介质层位于所述测试基板的设有所述第一焊盘的一侧，且所述探针介质层与所述测试基板间隔设置，所述探针主体设置于所述探针介质层，所述探针介质层对应所述第一对位孔设有第三对位孔，所述第三对位孔用于与所述第二对位孔连接时，所述第一端与所述第三焊盘对应连接；

所述探针卡还包括连接件，所述连接件依次穿设于所述第一对位孔、所述第二对位孔以及所述第三对位孔，以连接所述测试基板、所述导通层和所述探针介质层。

10.一种晶圆测试设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的探针卡。

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