CN116223866A - 一种模块化探针卡及探针卡制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种探针卡及探针卡制造方法，应用于半导体测试技术领域，探针卡包括：印刷电路板、基板、插座、探针和加固件；基板包括多个基板模块，插座包括多个插座模块，加固件分别设置有插座模块的安装槽和基板模块的安装孔，基板模块和插座模块一一对应地设置于加固件上，探针安装在基板模块上，加固件安装在印刷电路板上。通过将探针卡的基板和插座均进行模块化设置，并通过加固件完成组装，探针卡的位置度和平整度更好控制，降低了探针焊接难度，提高了探针焊接效率和良率，能够提高探针卡生产效率，并且可以提高探针卡的生产良品率，降低了探针卡的维护难度和成本，基板模块和插座模块均可以单个替换。

Description

一种模块化探针卡及探针卡制造方法

技术领域

本申请涉及半导体测试技术领域，具体涉及一种模块化探针卡及探针卡制造方法。

背景技术

在晶圆测试中，待测晶圆放置于晶圆承载台上，测试机通过探针卡的探针与晶圆接触实现电性能连接，其中用于晶圆测试的探针卡主要包括印刷电路板（Printed CircuitBoards，PCB）、插座、基板和探针等，探针焊接于基板上，探针的针尖垂直朝下且与晶圆上对应的测试焊盘接触实现电性能测试。

当前的12英寸晶圆中通常有成百上千甚至数千个待测试芯片，每个芯片的测试焊盘非常多，因而一张探针卡中的探针数量，少则几万，多则十几万；以及，芯片上相邻测试焊盘的间距极小（比如一般小于60μm），相应地探针卡中相邻探针的间距同样极小，这时探针焊接到基板上的焊接难度非常大，焊接速度慢，良率也不能得到保证。

发明内容

有鉴于此，本说明书实施例提供一种模块化探针卡及探针卡制造方法，能够降低探针卡中探针焊接难度，提高探针焊接效率和良率，以及提高探针卡的生产效率和良率，也有利于对探针卡进行维修。

本说明书实施例提供以下技术方案：

本说明书实施例提供一种模块化探针卡，所述模块化探针卡包括印刷电路板、插座、基板、探针，所述基板包括多个基板模块，所述插座包括多个插座模块，所述基板模块和所述插座模块一一对应，每个所述基板模块各自对应于待测试晶圆上的若干芯片以使待测试晶圆上的芯片均有对应的所述基板模块；

所述模块化探针卡包括还包括加固件，所述加固件分别设置有用于安装所述基板模块的多个安装孔和用于安装所述插座模块对应的安装槽，其中用于安装基板模块的多个安装孔分布于与该基板模块对应的插座模块的安装槽外围；

其中，所述基板模块的第一侧基板焊盘焊接有若干探针，焊接于所述基板模块的第一侧基板焊盘的所述若干探针各自的针尖与待测试晶圆上多个芯片的测试焊盘对应；与所述基板模块对应的所述插座模块安装有若干弹簧针，所述若干弹簧针各自的第一端对应于基板模块的第二侧基板焊盘，所述若干弹簧针各自的第二端对应于印刷电路板的PCB焊盘。

本说明书实施例提供一种探针卡制造方法，所述探针卡制造方法包括：

将若干探针的第一焊接部对应焊接于基板模块的第一侧基板焊盘，以及将若干弹簧针安装于插座模块中，其中基板模块与插座模块一一对应，所述若干探针的数量与所述若干弹簧针的数量对应；

将属于同一组别且焊接有探针的基板模块和安装有弹簧针的插座模块安装于加固件上的对应安装位置；

将加固件安装于印刷电路板上；

其中，所述探针卡包括印刷电路板、插座、基板、探针和加固件；所述基板包括多个基板模块；所述插座包括多个插座模块；所述基板模块和所述插座模块一一对应；每个所述基板模块各自对应于待测试晶圆上的若干芯片以使待测试晶圆上的芯片均有对应的所述基板模块；所述加固件分别设置有用于安装所述基板模块的多个安装孔和用于安装所述插座模块对应的安装槽，用于安装基板模块的多个安装孔分布于与该基板模块对应的插座模块的安装槽外围。

与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：将探针卡的基板进行模块化设置，并将探针焊接也做了模块化的处理，可以批量完成多根探针的焊接；将探针卡的插座进行模块化设置，方便与基板模块对应外，还可以分散弹簧针力量；采用加固件支撑基板模块和插座模块，在提高精度的同时能够使得同属一组的基板模块和插座模块可以独立地安装，以及后续使用及维修中可以单独替换，有利于返修。因此，探针卡基于新结构，不能能够保证探针卡的组装精度，而且能够提高探针卡生产效率，并且可以提高探针卡的生产良品率，以及降低了探针卡的维护难度及成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的一些实施例，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它的附图。

图1是现有探针卡及其对晶圆进行测试的结构示意图；

图2a是晶圆有效区域及局部芯片的结构示意图；

图2b是基板有效区域及局部上下表面的结构示意图；

图2c是插座有效区域及局部下表面的结构示意图；

图2d是印刷电路板有效区域及局部下表面的结构示意图；

图3是本申请中一种探针卡的结构示意图；

图4是本申请中一种探针卡的部分立体结构示意图；

图5是本申请中一种探针卡的部分立体局部放大的结构示意图；

图6是本申请中一种加固件有效区域及设置的模组孔位的结构示意图；

图7是本申请中加固件设置有定位销的模组孔位结构示意图；

图8是本申请中加固件未设置定位销的模组孔位结构示意图；

图9是本申请中分段式探针的结构示意图；

图10是本申请中探针被固定治具固定后焊接到基板模块的结构示意图；

图11是本申请中基板模块焊接探针的前后结构示意图；

图12是本申请中一种探针卡制造方法的流程示意图；

图13是本申请中多个探针采用固定治具固定后焊接到基板模块上的流程示意图；

图14是本申请中固定于台面的基板模块与固定于固定治具的探针进行对位的结构示意图；

图15是本申请中分段式针段体焊接到基板模块上的流程示意图；

图16是本申请中下针体焊接到基板模块后的结构示意图；

图17是本申请中焊接有下针体的基板模块与上针体对位的结构示意图；

图18是本申请中上针体焊接到基板模块后的结构示意图；

图19是本申请中焊接有下针体及上针体的基板模块与针尖部对位的结构示意图；

图20是本申请中焊接有下针体、上针体和针尖部的基板模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践。

如图1所示，在晶圆测试中，测试机1通过探针卡2对晶圆承载台3上的晶圆4进行测试，其中探针卡2通常包括印刷电路板21（PCB）、插座22、基板23及大量探针24等零部件。

为了完成12英寸晶圆的一次性测试，即探针卡与晶圆接触一次就能完成该晶圆上所有芯片的测试，此时基板23、插座21和印刷电路板21等均需要参照晶圆4的尺寸进行制造。

图2a为晶圆4的示意，实线圆圈内的区域为晶圆4的有效区域，有效区中每个方格示意为一个芯片401，实线方框中为虚线圆圈中的局部放大图，图示中以芯片的若干测试焊盘402形成单列排布为举例示意。

图2b为基板23的示意图，实线圆圈内的区域为基板23的有效区域，相应地基板23的有效区域尺寸与晶圆4的尺寸相同，图示中从上往下的实线方框示意分别为基板中虚线圆圈对应局部放大部分的基板局部2301的上表面和下表面示意，其中基板局部2301下表面设置有第一基板焊盘2302，基板局部2301上表面设置有第二基板焊盘2303。

具体地，第一基板焊盘2302排布与晶圆芯片的测试焊盘排布相对应，第二基板焊盘2303的排布与插座22上的插针排布相对应。需要说明的是，图2b中的基板局部2301还示意出晶圆的焊盘对应位置（即小方框示意的位置，用于反映探针完成焊接后针尖对应的空间位置示意）。

图2c为插座22的示意图，实线圆圈内的区域为插座22的有效区域，插座22的尺寸与晶圆4的尺寸相同，实线方框为插座局部2201的示意，其中插座局部2201对应于插座22中虚线圆圈示意的方格局部放大示意图，插座局部2201中示意出插座上弹簧针的安装孔位置2202，弹簧针是对应地安装在安装孔位置2202，插座局部2201的上下表面的安装孔位置2202示意相同，因而不作上下表面的区分。

图2d为印刷电路板21的示意图，实线圆圈内的区域为印刷电路板21的有效区域，印刷电路板21的尺寸与晶圆4的尺寸相同，实线方框中为PCB局部2101的示意，其中PCB局部2101对应于印刷电路板21中虚线圆圈示意的方格局部放大示意图，这里PCB局部2101的下表面的PCB焊盘2102排布对应于插座的焊盘（即前述的安装孔位置2202）排布。需要说明的是，这里示出的是印刷电路板21的下表面（即面向插座、探针等一侧）的示意。

针对晶圆一次完成整体测试的要求，在对探针卡及探针焊接等技术方案进行深入研究和改进探索中，发现：

因基板上的焊盘与晶圆的焊盘一一对应，以此来保证探针焊接在基板上之后，探针的针尖能够与晶圆的焊盘同样一一对应。具体地，探针按照顺序焊接在基板的焊盘上，此时对于探针的焊接过程，必然要求焊接中时刻需要保证探针的针尖能够与晶圆上对应焊盘的中心点坐标一致，或者说两者坐标偏离误差满足精度要求。

但是，一片晶圆上有几百到上千颗芯片，而且每个芯片的测试焊盘非常多，芯片上相邻测试焊盘的间距极小（比如一般小于60μm），因而一张探针卡中的探针数量可达几万甚至十几万，而且探针卡中相邻探针的间距和测试焊盘之间间距保持相同，这时探针焊接到基板上的焊接难度非常大，焊接速度慢，所有探针的整体焊接精度很难提高，探针卡的良率不能得到保证。

还有，当前探针的焊接普遍采用串行焊接方式，比如探针卡有20000个探针，则需要先焊接第一根，再焊接第二根，依次类推，直至最后第20000个探针完成焊接，一旦当大部分探针甚至是所有探针均完成焊接后才发现个别探针的焊接未达标，这时就需要先解焊数十根甚至数百根其他探针，才能对该不良探针进行返修。

因此，当前探针卡的生产组装采用串行焊接方式，探针焊接效率低，而且一旦需要返修个别探针时，需要先解焊较多探针，以及需要对解焊的其他探针进行重新焊接等操作，返修难度大，成本高。

在进一步改进探索中，还发现：为完成12英寸晶圆的大尺寸测试，必须同时实现12英寸晶圆同等面积的陶瓷基板（即基板23）制作，由于12英寸大尺寸陶瓷基板工艺复杂，良率不高，且对生产设备和条件要求很高。例如，该大尺寸基板要求平整度小于30μm，焊盘位置精度要求±5μm以内。因此，如此高精度要求下的大尺寸陶瓷基板很难制造，整体良率不高。

进一步，在制造大尺寸陶瓷基板中还发现：位于基板与印刷电路板之间的插座，该插座中的弹簧针是用于完成陶瓷基板与印刷电路板（也可称PCB母板）之间信号连接，但是由于基板上探针密度非常高，相应地弹簧针数量也非常庞大，例如前述示例的数量为20000个，在如此庞大数量的弹簧针作用下，陶瓷基板和PCB母板将承受异常大的力量受力，例如当前弹簧针弹力一般20g/个，则所有弹簧针的力量可达400kg。在弹簧针力量作用下，大尺寸陶瓷基板下的探针针尖与晶圆的测试焊盘之间的对准能力及精度受到极大影响。

还有，在与晶圆（如12英寸晶圆）进行一次接触就能够完成所有芯片测试的要求下，探针卡的质量只能是没有任何缺陷这一质量要求。因此，由数量庞大且体积细小的探针形成的探针卡，其良率只能是100%，哪怕个别探针存在缺陷，必然导致探针卡无法对晶圆一次接触来完成所有芯片的测试。

基于此，本说明书实施例提出了一种新的探针卡技术方案：

一方面，将探针卡的基板划分为多个基板模块，使得每个基板模块只需针对晶圆上的部分芯片进行测试，以此来极大地降低了每个基板模块需要焊接的探针数量，探针焊接到基板上的难度较小，探针焊接的良率也有保证，以及即使个别探针不达标，也只需对该不达标探针所在的基板模块进行返修，返修难度及成本均非常低；

二方面，与基板模块相对应地设置插座模块，即插座模块与基板模块一一对应设置，使得每个插座模块中弹簧针力量只作用在相应的基板模块上，有效地分散插座模块的弹簧针力量，减小基板受到弹簧针力量作用，有利于提高组装精度以及实际使用的精度和可靠性；

三方面，在探针卡中采用一体化的加固组件，加固组件的尺寸与晶圆尺寸相同，并在加固组件上设置基板模块对应的安装位置，以及设置插座模块的安装槽，使得这样每个基板模块可以固定在加固组件上，以及每个插座模块可以设置于加固组件的安装槽中。因此，通过控制加固组件的设计精度，如控制基板模块对应安装位置的平整度、安装孔精度等，可以提高基板模块安装到探针卡时的精度，比如控制插座模块对一个的安装槽的平整度及精度，可以提高插座模块安装到探针卡时的精度，保证了探针卡的整体精度，例如插座模块和基板模块安装在加固件上，要求安装精度达到晶圆测试要求（如±5μm以内）。

需要说明的是，类似于前述图2a至图2d示意，本申请中晶圆的有效区域、包含有所有基板模块的基板的有效区域、包含有所有插座模块的插座的有效区域、加固件的有效区域以及印刷电路板的有效区域均一致。

通过将基板进行模块化设置后形成多个基板模块，并将插座进行模块化设计后形成多个插座模块，以及根据基板模块和插座模块的安装及使用的精度要求在加固组件上设置相应的安装模组位置，不仅降低了探针焊接到基板的焊接难度，有利于提高探针卡整体良率，而且有效地将插座中弹簧针力量进行分散，保证了基板、插座及PCB母板的可靠性，还有通过在加固组件上设置基板模块和插座模块对应的安装位置，可以通过控制加固组件的加工精度，就能控制基板模块和插座模块的组装精度。因此，新探针卡结构有利于提高探针卡整体良率，也方便对基板模块和/或插座模块进行维修甚至是直接替换，能够降低探针卡的生产工艺难度和控制难度，有利于提高探针卡生产组装效率。

以下结合附图，说明本申请各实施例提供的技术方案。

如图3至图5所示，本申请实施例提供的一种模块化探针卡2，包括：印刷电路板21、插座22、基板23、探针24和加固件500；其中，插座22包括多个插座模块200，基板23包括多个基板模块300，并且基板模块300和插座模块200一一对应，以及每个基板模块300各自对应于待测试晶圆上的若干芯片以使待测试晶圆上的芯片均有对应的基板模块，即晶圆上的每个芯片都有其对应的基板模块300，从而可以通过探针与大尺寸晶圆（如12英寸的晶圆）进行一次接触就能够完成晶圆上所有的芯片的测试。

如图4至图8所示，加固件500分别设置有用于安装基板模块300的多个安装孔5002和用于安装插座模块200对应的安装槽5001，其中用于安装基板模块300的多个安装孔5002分布于与该基板模块对应的插座模块的安装槽5001的外围。其中，从图5示意可以看出，每个插座模块200被安装在加固件500中的安装槽5001中，与该插座模块200对应的基板模块300通过加固件500上的安装孔5002固定于加固件500上。

实施中，加固件500用于安装插座模块200和基板模块200，加固件500上有制造多个安装槽5001和多个安装孔5002，其中一个安装槽5001里安装一个插座模块200，以及通过至少两个安装孔5002固定一个基板模块300。

在一种示例中，当晶圆上芯片数量非常多的时候，一个基板模块上一般可以设置有多个芯片对应的测试线路（比如探针侧的基板表面触点与插座侧的基板表面触点之间电性能连接的线路），这时一个基板模块300所焊接的探针24可以对应晶圆上多个芯片（如前述图2a示意的芯片401）。因此，通过设置一个基板模块对应于晶圆上多个芯片，可以降低探针卡整体设计复杂度。

例如，一片12英寸晶圆上可以制造1600个芯片，则可以采用200个基板模块，每个基板模块上设计8个芯片对应的测试线路和探针，相应地采用200个插座模块。

在一种示例中，一个基板模块也可以只对应一个芯片，可以增加基板模块设计的灵活性，也可以提高基板模块与探针之间焊接效率。

因此，本领域的技术人员根据前述示例内容，在实际基板模块的设置中能够根据实际情况来设置一个基板模块对应于晶圆的芯片数量，这里不作具体限定。

结合前述图2a至图2d示意，在新的探针卡2中，基板模块300的第一侧基板焊盘（如图2b示意的第一基板焊盘2302）焊接有若干探针24，而且焊接于基板模块300的第一侧基板焊盘上的若干探针24各自的针尖与待测试晶圆上多个芯片的测试焊盘（如图2a示意的测试焊盘402）一一对应；

以及，与基板模块300对应的插座模块200安装有若干弹簧针（图中未示出），这些弹簧针各自的第一端对应于基板模块300的第二侧基板焊盘（如图2b示意的第二基板焊盘2303），以及这些弹簧针各自的第二端对应于印刷电路板的PCB焊盘（如图2d示意的PCB焊盘2102）。

通过在探针卡中，将大尺寸的基板、插座搁置对应地设置为多个基板模块和多个插座模块，以及基板模块和插座模块之间一一对应，基板模块焊接的探针与晶圆上芯片的测试焊盘一一对应，从而能够针对大尺寸晶圆进行一些接触就能够完成所有芯片的测试。

在一些实施方式中，如图6至图8示意，在加固件500中可以将多个安装孔5002和一个安装槽5001标记为一组模组孔位5000，即用于安装一组基板模块和插座模块的多个安装孔和安装槽被标记为一组模组孔位，这时加固件可以为根据各模组孔位5000对应的预设精度通过一体加工后得到的组件.具体地，在进行加固件的加工中，可以根据各模组孔位5000对应的预设精度的加工要求，通过一体加工后得到可以满足所有基板模块和插座模块安装精度要求的加固件组件，因而可以在保证加固件满足精度要求下，简化安装孔5002、安装槽5001等的加工过程。

需要说明的是，插座模块200、基板模块300安装于加固件500上后，安装精度应满足预设精度要求（如探针的针尖与晶圆上芯片的测试焊盘之间对准要求）。

例如，因为探针卡实际使用中需要满足以下要求：基板模块上的焊盘是与晶圆上芯片的测试焊盘一一对应，或者说探针焊接在基板模块上之后，探针的针尖是与晶圆上芯片的测试焊盘一一对应，以及基板模块上表面的焊盘与插座模块中的弹簧针一一对应，插座模块中弹簧针位置与印刷电路板的下表面焊盘位置一一对应。因此，在探针卡组装完成后，探针的针尖与晶圆上芯片的测试焊盘中心对准的精度，既不会造成印刷电路板的下表面焊盘与插座模块中的弹簧针之间存在开路或短路，也不会造成插座模块中的弹簧针与基板模块的上表面焊盘之间存在开路或短路。

因此，可以根据各个基板模块和插座模块的精度要求，通过一体化加工来获得高精度的加固件，能够基于加固件的精度来组装出各项精度能够满足要求的探针卡，探针卡的位置度和平整度更好控制，减少探针卡返修可能，提高探针卡组装效率和良率。

在一些实施方式中，如图7至图8示意，基板模块的安装孔5002，其位置和数量可以根据基板模块在加固件上的安装空间进行设置和调整，例如数量可以4个、6个甚至8个。而且，安装孔5002可以是均匀分布在安装槽5001的外围，也可以是按其他特定形状分布在安装槽5001的外围，这里不作限定。

在一些实施方式中，如图6至图7示意，加固件500还设置有销钉孔5003，其中销钉孔5003设置于安装槽5001的周围，这些销钉孔5003可以用于与基板模块上设置的定位部（图中未示出）配合进行定位，使得基板模块和对应的插座模块组装到加固件上实现高精度的组装定位，有利于提高组装精度，可以降低返修风险。

在一些实施方式中，如图4至图8示意，加固件500中设置有方形的挖槽，即将安装槽5001设置为方形槽孔，用于放置插座模块200，当插座模块200的外形同样设置为方形柱状体时，可以通过方形槽孔与方形柱状体之间的正负公差配合，能够提高插座模块的安装精度，也有利于提高整个探针卡的组装精度。

在一些实施方式中，鉴于探针非常细小，可以将探针设置为分段式探针，在提升探针自身特性（比如加工精度、容易加工等等）外，还能够进行分段式地将探针各分段依次焊接于基板模块上。虽然分段式焊接看似增加了加工流程，但基于分段式焊接，不仅能够提高探针焊接到基板模块上的精度，同样可以降低焊接难度，提升整体焊接效率，也降低了返修的整体难度及成本。

如图9所示，分段式探针可以包括下针体2401、上针体2402和针尖部2403共三个针段体；其中，下针体2401为块状，下针体2401的第一端部（比如图9示意中块状的下端部）设置有第一焊接部，所述第一焊接部用于与基板模块300的第一侧基板焊盘相焊接；下针体2401的第二端部（比如比如图9示意中块状的上端部）设置有第二焊接部，所述第二焊接部用于与上针体2402的第一端焊接面（比如比如图9示意中上针体2402左侧块状体的下端部）相焊接，以及上针体2402的第二端焊接面（比如图9示意中上针体2402右侧柱状体的上端部）用于与针尖部2403的焊接面（比如图9示意中针尖部2403柱状体的下端部）相焊接。

实施中，可以先分别制造出高精度的各分段的针段体，然后在将探针焊接于基板模块的过程中，各自采用高精度的固定治具来将待焊接的针段体进行固定，使得待焊接针段体的焊接部的位置分布排列图，与对应焊接位置的位置分布排列图一致，依次来降低焊接难度，以及提高焊接精度。

另外，由于探针的体积非常细小，生产加工难度非常大，所以可以采用分段加工方式生产探针，能够降低MEMS工艺生产难度、降低工艺成本以及提升探针产品的生产良率。

还有，细小探针的焊接难度是非常高，而且该类探针对应的测试晶圆中相邻测试焊盘间距一般小于60微米，探针侧面的平面度要求小于5微米，否则相邻探针会发生碰撞而造成短路。这就需要保证探针的焊接保持在非常高的精度，因而可以通过高精度治具完成探针（或者说分段式针段体）的焊接，能够解决MEMS工艺成本高、良率低的问题。需要说明的是，在细小探针的制造及焊接技术领域中，分段式探针并不常见，而且即使现有技术中采用了分段式探针，但焊接方案不代表容易实现，甚至是焊接后的精度无法达到大尺寸晶圆（如当前12英寸应用场景）通过一次接触完成所有芯片测试的使用要求。而本申请实施例中，通过分段式探针设置，解决了MEMS一体成型探针的工艺成本高和良率低的缺陷，并通过高精度焊接能够实现探针卡满足晶圆测试要求。

在一些实施方式中，鉴于在采用固定治具将待焊接的针段体进行高精度固定后，多个探针（也可以是对应分段式的针段体）被固定治具固定后的位置分布排列图，与基板模块中焊盘的位置分布排列图一一对应。因此，在焊接中，可以采用如激光焊接、超声波焊接等一体式焊接方式，进而能够同时对多个细小的探针进行快速、高精度且高可靠的焊接。具体地，焊接方式可以包括以下至少一种焊接方式：激光焊接、超声波焊接。

需要说明的是，固定治具对探针（也可以是分段式的针段体）固定后，被固定后的探针排布，与基板模块的焊盘排布一致，因而固定之间可以是针对焊接而预先设置的夹具，这里不再具体限定。

如图10所示，以下针体2401与基板模块300之间的焊接示意，首先多个下针体2401被固定治具6同时固定，固定后多个下针体的位置分布排列图，与基板模块300中焊盘3001的位置分布排列图一致（或者说，两者对位精度满足预设的精度要求）。在固定治具与基板模块之间高精度的对位对准下，可采用一体式焊接方式（如激光焊接、超声波焊接，或者两个之间的组合焊接方式等），同时完成多个下针体焊接到基板模块的焊盘上，焊接精度高，焊接效率高，良率高。

如图11示意，基于前述高精度的焊接，焊接前基板模块的焊盘位置分布排列图，与焊接后基板模块中探针位置分布排列图一致，有效地保证了探针的针尖能够与晶圆上芯片的测试焊盘一一对应。

以及，多个基板模块可以并行地完成焊接，

需要说明的是，各个针段体依次焊接的过程，可参见后文方法示例。

综上，本说明书实施例中提供的各个探针卡技术方案，一方面探针卡生产组装难度明显地得到了降低，组装效率高；二方面探针卡具有非常高的良品率，以及探针卡的返修难度小及成本低，探针卡整体生产成本低；三方面，探针卡中各个基板模块、各个插座模块均可以实现单个替换，探针卡的返修时间可以忽略，有利于提高探针卡在晶圆测试中的整体测试效率，同时能够降低整体测试成本。

基于相同发明构思，本说明实施例还提供一种探针卡制造方法，以获得高良率的探针卡，进而有利于提升该探针卡应用在晶圆测试时的整体效率。

需要说明的是，正如前述探针卡示例，所述探针卡可以包括印刷电路板、插座、基板、探针和加固件；其中，所述基板包括多个基板模块；所述插座包括多个插座模块；所述基板模块和所述插座模块一一对应；每个所述基板模块各自对应于待测试晶圆上的若干芯片以使待测试晶圆上的芯片均有对应的所述基板模块；所述加固件分别设置有用于安装所述基板模块的多个安装孔和用于安装所述插座模块对应的安装槽，用于安装基板模块的多个安装孔分布于与该基板模块对应的插座模块的安装槽外围。具体探针卡的描述示意可参考前述说明内容，不再一一展开说明。

下面，针对探针卡的制造过程进行示意性说明。

如图12所示，一种探针卡制造方法，可以包括以下步骤：

步骤S1201、将若干探针的第一焊接部对应焊接于基板模块的第一侧基板焊盘，以及将若干弹簧针安装于插座模块中，其中基板模块与插座模块一一对应，所述若干探针的数量与所述若干弹簧针的数量对应；

步骤S1203、将属于同一组别且焊接有探针的基板模块和安装有弹簧针的插座模块安装于加固件上的对应安装位置；

步骤S1205、将加固件安装于印刷电路板上。

需要说明的是，单个探针焊接到单个基板模块，可以传统焊接方式，也可以是基于治具同时固定多个探针的高效率焊接，甚至是多个基板模块同时进行焊接的并行焊接方式。

另外，插座模块安装的弹簧针是可以是直通式弹簧针，也可以是其他形式的弹簧针，这里不作限定。

需要说明的是，安装位置可以是前述探针卡示例中加固件中设置的安装孔（即用于安装基板模块的安装孔）和安装槽（即用于安装插座模块的安装槽）。以及，可参考前述示例内容，不再对加固件展开说明。

通过将探针卡中的基板设置为多个基板模块，以及将插座设置为多个插座模块，并在加固件上设置有这些基板模块和插座模块对应的安装位置，实现了探针卡制造中的模块化设计、模块化组装等。因此，即使数量庞大（如数量为上万，甚至几十万）且体积细小（如几十微米）的探针，其焊接难度显著地得到降低，而且返修难度和成本同样显著得到降低，以及即使是针对大尺寸晶圆（如12英寸）测试的基板（如陶瓷基板），原来基板的生产加工不易制造、良率低、成本高等缺陷，同样得到了显著改善。

因此，上述探针卡制造方案，不仅能够保证探针卡的良率，而且提高了探针卡生产组装效率，降低了探针卡生产难度，同样降低了生产成本。

在一些实施方式中，可采用固定治具对多个探针同时固定后进行焊接。

如图13示意，将若干探针的第一焊接部对应焊接于基板模块的第一侧基板焊盘中，可通过如下步骤完成探针与基板模块之间的焊接：

步骤S1301、采用固定治具对多个探针进行固定和将基板模块固定于台面，并在所述多个探针的第一焊接部增加焊料，其中所述多个探针的第一焊接部构成的排列分布图与基板模块的第一侧基板焊盘构成的排列分布图相同。

步骤S1302、移动该台面使得基板模块中各个第一侧基板焊盘对应地与各个探针的第一焊接部进行对位；

步骤S1303、判断对位是否符合第一预设要求，若是则执行步骤S1304，若否则继续执行步骤S1302；

步骤S1304、移动台面使得基板模块中各个第一侧基板焊盘对应地与探针的第一焊接部接触；

步骤S1305、判断接触是否符合第二预设要求，若是则执行步骤S1306，若否则继续执行步骤S1304；

步骤S1306、针对接触后的第一侧基板焊盘和第一焊接部进行焊接。

如图14所示，将基板模块300固定于第二台面600，使得基板模块300的焊盘朝下，而多个探针24被第四固定治具700固定，使得探针24的焊接部朝上，这时基板模块300的焊盘与探针24的焊接部朝向相对，其中基板模块300的焊盘排列图形与探针24的焊接部排列图形一致（或者说两个排列图形的差异满足精度要求）。需要说明的是，第四固定治具700可以是根据探针24的固定需要而设置的夹具，这里不对夹具的设置作具体限定。

此时，第四固定治具700不动，可以通过将第二台面600进行水平方向的移动，实现探针24的焊接部与基板模块300的焊盘实现对位，若直到对位满足要求，则停止第二台面600的水平位置调整。

在对位满足要求后，将第二台面600进行竖直方向的移动，实现探针24的焊接部与基板模块300的焊盘之间的接触，若接触符合要求，则停止第二台面600的竖直位置调整。

当探针24的焊接部与基板模块300的焊盘之间接触已经满足焊接要求，则对两者进行焊接（如激光焊接、超声波焊接等）。

需要说明的是，对位应该达到的要求、接触应该达到的要求等精度要求条件，可以是根据探针卡的精度要求而预设的条件，这里不作限定。

通过台面与固定治具之间高精度对准，可以实现探针与基板模块之间的高精度焊接，提高了焊接的良率，避免探针因焊接不到位而需要返修。另外，焊接可是多个探针同时焊接，焊接效率高。

在一些实施方式中，针对分段式的探针，比如探针包括下针体、上针体、针尖部等分段式的针段体，此时也可以采用相应固定治具依次对这些针段体进行固定后，通过治具与台面之间高精度对准来将各个针段体相对应地焊接到基板模块上。

如图15示意，当探针为分段式探针，其中分段式探针包括下针体、上针体、针尖部等分段式针段体，探针的分段示意可参见前述图9示意，此时将若干探针的第一焊接部对应焊接于基板模块的第一侧基板焊盘中，可通过如下步骤完成各个分段式针段体依次焊接于基板模块上：

步骤S1501、采用第一固定治具对多个下针体进行固定，以及将所述基板模块固定于第一台面，并对所述下针体的第一焊接部增加焊料，其中各个下针体的第一焊接部构成的排列分布图与基板模块的第一侧基板焊盘构成的排列分布图相同；

实施中，采用第一固定治具固定多个下针体，以及采用第一台面固定基板模块，可以参见前述图14的示意，不再展开说明。需要说明的是，第一固定治具可以是根据下针体的固定需要而设置的夹具，这里不对夹具的设置作具体限定。另外，这时基板模块的焊盘与下针体的第一焊接部朝向相对，比如基板模块的焊盘朝下以及下针体的第一焊接部朝上，基板模块的焊盘排列图形与下针体的第一焊接部排列图形一致（或者说两个排列图形的差异满足精度要求）。

步骤S1502、移动所述第一台面使得所述基板模块中各个第一侧基板焊盘对应地与所述多个下针体的第一焊接部进行对位。

步骤S1503、判断对位是否符合第一对位预设要求，若是则执行步骤S1504，若否则继续执行步骤S1502。

步骤S1504、移动所述第一台面使得所述基板模块中各个第一侧基板焊盘对应地与所述多个下针体的第一焊接部接触。

步骤S1305、判断接触是否符合第一接触预设要求，若是则执行步骤S1506，若否则继续执行步骤S1504。

步骤S1506、针对接触后的所述第一侧基板焊盘和所述第一焊接部进行焊接操作，并在焊接后撤去第一治具。焊接可以是通过施加激光、超声波等完成焊接，这里不作限定。

需要说明的是，焊接有下针体的基板模块可参见图16的示意，其中基板模块300仍固定于第一台面800，下针体2401焊接于基板模块300的焊盘上，跟随基板模块300进入后续焊接步骤中。

步骤S1507、采用第二治具固定多个上针体，并对所述上针体的第一焊接面增加焊料，其中所述上针体的数量与所述下针体的数量相同，所述多个下针体的第二焊接部构成的排列分布图与所述多个上针体的第一端焊接面构成的排列分布图相同。

步骤S1508、移动所述第一台面使得所述多个下针体的第二焊接部对应地与所述多个上针体的第一端焊接面进行对位。

步骤S1509、判断对位是否符合第二对位预设要求，若是则执行步骤S1510，否则执行步骤S1508。需要说明的是，采用第二固定治具900固定多个上针体2402，多个下针体2401的第二焊接部对应地与多个上针体2402的第一端焊接面之间完成对位的结果示意，可参考图17的示意，不再展开说明。

步骤S1510、移动所述第一台面使得所述多个下针体的第二焊接部对应地与所述多个上针体的第一端焊接面接触。

步骤S1511、判断接触是否符合第二接触预设要求，若是则执行步骤S1512，若否则执行步骤S1510。

步骤S1512、针对接触后的所述多个下针体的第二焊接部和所述多个上针体的第一端焊接面进行焊接操作，并在焊接后撤去第二治具。

需要说明的是，焊接有下针体、上针体的基板模块可参见图18的示意，其中基板模块300仍固定于第一台面800，下针体2401焊接于基板模块300的焊盘上，上针体焊接于下针体上，一起跟随基板模块300进入后续焊接步骤中。

步骤S1513、采用第三治具固定多个针尖部，并对所述针尖部的焊接部增加焊料，其中所述针尖部的数量与所述上针体的数量相同，所述多个上针体的第二端焊接面构成的排列分布图与所述多个针尖部的焊接部构成的排列分布图相同；

步骤S1514、移动所述第一台面使得所述多个上针体的第二端焊接面对应地与所述多个针尖部的焊接部进行对位。需要说明的是，采用第三固定治具1000固定多个针尖部2404，多个针尖部2403的焊接部对应地与多个上针体2402的第二端焊接面之间完成对位的结果示意，可参考图19的示意，不再展开说明。

步骤S1515、判断对位符合第三对位预设要求，若是则执行步骤S1516，若否则继续执行步骤S1514。

步骤S1516、移动所述第一台面使得所述多个上针体的第二端焊接面对应地与所述多个针尖部的焊接部接触。

步骤S1517、判断接触是否符合第三接触预设要求，若是则执行步骤S1518，若否则继续执行步骤S1516。

步骤S1518、针对接触后的所述多个上针体的第二端焊接面和所述多个针尖部的焊接部进行焊接操作，并在焊接后撤去第三治具。

需要说明的是，焊接有探针24（即包括下针体、上针体和针尖部的分段式探针）的基板模块可参见图20的示意，其中下针体2401焊接于基板模块300的焊盘上，上针体焊接于下针体上，针尖部焊接于上针体上。

需要说明的是，本领域的技术人员应当能够理解，各分段式针段体通过固定治具进行固定的操作，可以采用自动化设备完成，执行效率高，自动化设备不作具体限定。

在一些实施方式中，参照前述单个基板模块与探针的焊接过程，可以将多个基板模块固定于台面，以及采用对应的多个固定治具完成探针（或者分段式针段体）的夹持固定，从而能够对多个基板模块同时进行焊接，能够显著地减少焊接次数，焊接效率更高。

例如，前述针对1600个芯片采用200块基板模块的示例中，可以同时进行多个基板模块的并行焊接，可将数万探针乃至数十万探针的焊接次数锐减到数千次甚至是数百次，更进一步的是可以同时完成200块基板模块的并行焊接，焊接次数可锐减到200次。

本说明书中，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于后面说明的产品实施例而言，由于其与方法是对应的，描述比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种模块化探针卡，其特征在于，所述模块化探针卡包括印刷电路板、插座、基板、探针，所述基板包括多个基板模块，所述插座包括多个插座模块，所述基板模块和所述插座模块一一对应，每个所述基板模块各自对应于待测试晶圆上的若干芯片以使待测试晶圆上的芯片均有对应的所述基板模块；

所述模块化探针卡包括还包括加固件，所述加固件分别设置有用于安装所述基板模块的多个安装孔和用于安装所述插座模块对应的安装槽，其中用于安装基板模块的多个安装孔分布于与该基板模块对应的插座模块的安装槽外围；

其中，所述基板模块的第一侧基板焊盘焊接有若干探针，焊接于所述基板模块的第一侧基板焊盘的所述若干探针各自的针尖与待测试晶圆上多个芯片的测试焊盘对应；与所述基板模块对应的所述插座模块安装有若干弹簧针，所述若干弹簧针各自的第一端对应于基板模块的第二侧基板焊盘，所述若干弹簧针各自的第二端对应于印刷电路板的PCB焊盘。

2.根据权利要求1所述的模块化探针卡，其特征在于，在所述加固件中，用于安装一组所述基板模块和所述插座模块的所述多个安装孔和所述安装槽，被标记为一组模组孔位，所述加固件为根据各所述模组孔位对应的预设精度通过一体加工后得到的组件。

3.根据权利要求1所述的模块化探针卡，其特征在于，所述基板模块设置有定位部，所述加固件还设置有销钉孔，所述销钉孔设置于所述安装槽的周围，所述销钉孔和所述定位部配合以使所述基板模块和对应的所述插座模块组装到所述加固件上时对所述基板模块的定位。

4.根据权利要求1所述的模块化探针卡，其特征在于，所述探针为分段式探针，所述分段式探针包括下针体、上针体、针尖部；

其中，所述下针体为块状，所述下针体的第一端部设置有第一焊接部，所述第一焊接部用于与所述基板模块的第一侧基板焊盘相焊接；所述下针体的第二端部设置有第二焊接部，所述第二焊接部用于与所述上针体的第一端焊接面相焊接，所述上针体的第二端焊接面用于与所述针尖部的焊接面相焊接。

5.根据权利要求4所述的模块化探针卡，其特征在于，焊接方式包括以下至少一种焊接方式：激光焊接、超声波焊接。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的模块化探针卡，其特征在于，所述安装槽为方形槽孔，所述插座模块的外形为方形柱状体，其中所述方形槽孔与所述方形柱状体为正负公差配合。

7.一种探针卡制造方法，其特征在于，所述探针卡制造方法包括：

将若干探针的第一焊接部对应焊接于基板模块的第一侧基板焊盘，以及将若干弹簧针安装于插座模块中，其中基板模块与插座模块一一对应，所述若干探针的数量与所述若干弹簧针的数量对应；

将属于同一组别且焊接有探针的基板模块和安装有弹簧针的插座模块安装于加固件上的对应安装位置；

将加固件安装于印刷电路板上；

其中，所述探针卡包括印刷电路板、插座、基板、探针和加固件；所述基板包括多个基板模块；所述插座包括多个插座模块；所述基板模块和所述插座模块一一对应；每个所述基板模块各自对应于待测试晶圆上的若干芯片以使待测试晶圆上的芯片均有对应的所述基板模块；所述加固件分别设置有用于安装所述基板模块的多个安装孔和用于安装所述插座模块对应的安装槽，用于安装基板模块的多个安装孔分布于与该基板模块对应的插座模块的安装槽外围。

8.根据权利要求7所述的探针卡制造方法，其特征在于，所述探针为分段式探针，其中分段式探针包括下针体、上针体、针尖部；

将若干探针的第一焊接部对应焊接于基板模块的第一侧基板焊盘包括：

采用第一固定治具对多个下针体进行固定，并对所述下针体的第一焊接部增加焊料，其中各个下针体的第一焊接部构成的排列分布图与基板模块的第一侧基板焊盘构成的排列分布图相同；将所述基板模块固定于第一台面，移动所述第一台面使得所述基板模块中各个第一侧基板焊盘对应地与所述多个下针体的第一焊接部完成对位，并当对位符合预设要求后，移动所述第一台面使得所述基板模块中各个第一侧基板焊盘对应地与所述多个下针体的第一焊接部接触，针对接触后的所述第一侧基板焊盘和所述第一焊接部进行焊接操作，并在焊接后撤去第一治具；

采用第二治具固定多个上针体，并对所述上针体的第一焊接面增加焊料，其中所述上针体的数量与所述下针体的数量相同，所述多个下针体的第二焊接部构成的排列分布图与所述多个上针体的第一端焊接面构成的排列分布图相同；移动所述第一台面使得所述多个下针体的第二焊接部对应地与所述多个上针体的第一端焊接面完成对位，并当对位符合预设要求后，移动所述第一台面使得所述多个下针体的第二焊接部对应地与所述多个上针体的第一端焊接面接触，针对接触后的所述多个下针体的第二焊接部和所述多个上针体的第一端焊接面进行焊接操作，并在焊接后撤去第二治具；

采用第三治具固定多个针尖部，并对所述针尖部的焊接部增加焊料，其中所述针尖部的数量与所述上针体的数量相同，所述多个上针体的第二端焊接面构成的排列分布图与所述多个针尖部的焊接部构成的排列分布图相同；移动所述第一台面使得所述多个上针体的第二端焊接面对应地与所述多个针尖部的焊接部完成对位，并当对位符合预设要求后，移动所述第一台面使得所述多个上针体的第二端焊接面对应地与所述多个针尖部的焊接部接触，针对接触后的所述多个上针体的第二端焊接面和所述多个针尖部的焊接部进行焊接操作，并在焊接后撤去第三治具。

9.根据权利要求7所述的探针卡制造方法，其特征在于，将若干探针的第一焊接部对应焊接于基板模块的第一侧基板焊盘包括：

采用第四固定治具对多个探针进行固定，并在所述多个探针的第一焊接部增加焊料，其中所述多个探针的第一焊接部构成的排列分布图与基板模块的第一侧基板焊盘构成的排列分布图相同；

将基板模块固定于第二台面，移动所述第二台面使得基板模块中各个第一侧基板焊盘对应地与各个探针的第一焊接部完成对位，以及当对位符合预设要求后，移动第二台面使得基板模块中各个第一侧基板焊盘对应地与探针的第一焊接部接触，针对接触后的第一侧基板焊盘和第一焊接部进行焊接。

10.根据权利要求7-9中任意一项所述的探针卡制造方法，其特征在于，针对多个基板模块进行并行焊接。

Images