CN116618836B - 一种探针卡探针焊接方法及光束整形方法、光路 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种探针卡探针焊接方法及光束整形方法、光路，应用于半导体测试技术领域。其中，光束整形方法包括：自激光器发出的用于探针焊接的圆形光斑入射到经表面处理后的光学玻璃，以将所述圆形光斑处理为椭圆形光斑，所述椭圆形光斑对应的光束为在椭圆形的短轴方向上能量强弱不同的光束；自所述光学玻璃出射的椭圆形光斑入射到衍射光学元件，以将所述椭圆形光斑处理为矩形光斑，所述矩形光斑对应的光束为在矩形的短边方向上能量强弱不同的光束。通过整型后，完美适配斜方向入射情况下的光斑能量分布，让锡膏能够均匀受热，探针下探时没有回顶的力导致探针偏移或者焊接不良；只会照射到一个需要加工的区域，不会对其它焊盘造成影响。

Description

一种探针卡探针焊接方法及光束整形方法、光路

技术领域

本申请涉及半导体测试技术领域，具体涉及一种探针卡探针焊接方法及光束整形方法、光路。

背景技术

目前，生产探针卡时，需要在一定大小的探针卡上焊接数万根探针，而且其排布十分紧凑，探针本身厚度30微米，焊盘之间的间距要求也在微米级别。采用激光设备焊接时，因为其结构性影响导致加工方式只能从侧边进行照射，在此方式下的普通光斑照射到焊盘上时圆形光斑变成椭圆形光斑，其热影响区域也会变成放大的椭圆的区域，因为探针卡本身的工艺制程要求，需要焊接的焊盘表面已经先一步预上锡，所以这种放大后的椭圆光斑的热影响区域可能会影响到下一根等待探针焊接的焊盘，因为整个照射焊接过程在空气中，加热时间稍长会导致锡膏过度氧化，下一根探针的焊接效果出现不良的可能性很高，所以需要对光束进行整形。

现有设备光路中，虽然已经有了衍射光学元件（Diffractive Optical Elements，DOE）进行光束整形，使得整形后的光斑大小与焊盘大小一致，热影响区域也较为均匀，但是实际焊接中，因为焊接时光是斜方向入射，导致锡膏受热并不均匀，焊接时因为一边锡膏没完全熔化导致顶住探针出现探针抖动偏移的情况，受热不均匀同样会导致锡膏凝固堆积成球，外形不美观，焊接质量达不到要求，造成探针焊接的工艺效果不稳定，焊接效果不可靠的问题。

因此，需要一种新的探针卡探针焊接光束及对应焊接技术方案。

发明内容

有鉴于此，本说明书实施例提供一种探针卡探针焊接方法及光束整形方法、光路，通过在原有焊接光路中加入经表面处理后的光学玻璃，使得照射到焊盘上的光斑为矩形光斑，该矩形光斑不能能够让焊盘上的锡膏受热均匀后融合实现探针的可靠焊接，而且该矩形光斑能够避免对相邻的未焊接焊盘产生影响，因而探针焊接的稳定性、可靠性等性能得到提升，探针卡焊接良率显著改善。

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探针卡探针焊接光束整形方法，包括：

自激光器发出的用于探针焊接的圆形光斑入射到经表面处理后的光学玻璃，以将所述圆形光斑处理为椭圆形光斑，所述椭圆形光斑对应的光束为在椭圆形的短轴方向上能量强弱不同的光束；其中，所述光学玻璃中的指定区域在表面处理中被处理为透光区域以及非指定区域被处理为非透光区域，所述透光区域为长轴相同、短半轴不同的椭圆形区域，且椭圆的长度与探针焊盘的长度相同但椭圆的宽度大于探针焊盘的宽度；

自所述光学玻璃出射的椭圆形光斑入射到衍射光学元件，以将所述椭圆形光斑处理为矩形光斑，所述矩形光斑对应的光束为在矩形的短边方向上能量强弱不同的光束；其中，所述矩形光斑用于照射到待焊接的探针焊盘对应加工区域，以使加工区域内的锡膏受热融化后将探针焊接于探针焊盘。

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：

通过对光学玻璃进行表面处理，使光学玻璃的中心区域预留形状范围内透光，其他区域不透光，可以很好的对光源的光束进行限制；并且可以通过调整预留形状，可以完美适配斜方向入射情况下的光斑能量分布，让锡膏能够均匀的受热并熔化，探针下探时没有回顶的力导致探针偏移或者焊接不良；通过将处理后的光学玻璃放置在光路中，对光束进行整形处理，使整形后的光束照射到焊盘上，让其只会照射到一个需要加工的区域，不会对周围其它焊盘造成影响，并且让焊盘上的锡平铺，形态更好，不会堆积成球影响焊缝周围的锡膏成形，外形美观整洁；让焊接工艺具有重复和一致的基础条件。

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是本申请实施例提供的一种光束透光的基本原理的示意图；

图2是本申请实施例提供的一种处理后的光学玻璃对光束的影响的示意图；

图3是本申请实施例提供的一种光学玻璃的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种光束整形方法的流程示意图；

图5是本申请实施例提供的一种衍射光学单元的示意图；

图6是本申请实施例提供的一种在处理后的光学玻璃的位置之后加上一个非球面光学镜片的示意图；

图7是本申请实施例中的另一种光束整形方法的流程示意图；

图8是本申请实施例中的在出光口加上衍射光学元件拼装在一起的结构示意图；

图9是本申请实施例提供的一种将处理后的光学玻璃、衍射光学元件和聚焦镜放置在光路中的结构示意图；

图10是本申请实施例中一种探针卡探针焊接方法的流程示意图。

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。

现有探针卡的探针焊接，通常采用激光进行焊接。该激光发出的光斑通常为圆形光斑，若直射式照射焊盘，焊盘上的锡膏通常能受热均匀地进行融化，而且可以通过控制圆形光斑的直径大小来降低其对附近焊盘的影响。

但是，现有晶圆加工工艺已发展到更小尺寸，测试晶圆的探针通常只有几十微米的大小尺寸（如探针本身厚度约30微米），探针卡中的探针之间间隔也只有几十微米（例如60微米），探针焊接到探针卡（或者说探针卡的基板）上的焊盘，这些焊盘之间的间距要求也在微米级别。而且，探针卡的探针数量通常数万跟，甚至是十几万根，如此庞大数量的探针在探针卡中的排布十分紧凑，焊接方式已经与传统的激光焊接方式不同：焊接用的激光只能从侧边进行照射，而照射到焊盘上时原先应该为圆形光斑，却变成椭圆形光斑，其热影响区域也会变成放大的椭圆形区域。

例如，虽然现有设备光路已经采用了衍射光学元件（Diffractive OpticalElements，DOE）进行光束整形，使得整形后的光斑大小与焊盘大小一致，热影响区域也较为均匀，但斜方向入射到焊盘后，仍然导致锡膏受热并不均匀，焊接时因为一边锡膏没完全熔化导致顶住探针出现探针抖动偏移的情况，受热不均匀同样会导致锡膏凝固堆积成球，外形不美观，焊接质量达不到要求，造成探针焊接的工艺效果不稳定，焊接效果不可靠的问题。

另外，因为探针卡本身的工艺制程要求，需要焊接的焊盘表面已经先一步预上锡，这种放大后的椭圆光斑的热影响区域容易进入到相邻的焊盘（即下一根等待焊接的探针对应的焊盘）而导致该焊盘的锡膏受热，而且整个照射焊接过程在空气中进行，加热时间稍长会导致锡膏过度氧化，实际中经常导致该下一根探针的焊接效果出现焊接不良，严重影响了探针卡探针焊接的质量、可靠性和整体良率。

基于此，为了向探针卡探针焊接提供焊接性能良好的焊接光束，通过对激光焊接、光束及其光路等进行深入研究分析及改进探索后，本说明书实施例提出了一种新的光束整型处理方案：

如图1示意的光路中，原实体为AB，经过中心光学元件（即光学玻璃）折射后成像A'B'，F和F'为焦距；

如图2示意的光路中，通过光学玻璃将成像质量差的斜入射光线进行限制，例如成像质量较好的光线可以透过光学玻璃，而成像质量可能较差的光线被拦在外面而不能透过光学玻璃，只有成像较好的光线形成AB对应的向M₁N₁。具体地，如图2示意中，光学玻璃上粗黑线部分用于阻挡光线透过光学玻璃，而光学玻璃中部能够运行光线透光，因而可以通过对光束进行不同程度的限制，改善照射到焊盘的光斑形状及其能量分布，使得光斑照射焊盘后让焊盘上的锡膏受热均匀地融合，而且光斑也不会进入到附近焊盘的焊接区域而造成该相邻焊盘的锡膏受热。

因此，只要将该光学玻璃中的透光区域设置为预设形状，使得光线在该预设形状作用下形成新的焊接用光斑，而且该焊接用光斑能够让焊盘上的锡膏受热均匀进行融合，而且光斑大小又能够不影响到附近其他待焊接焊盘，则探针卡的探针焊接质量、可靠性、良率等性能必然能够得到保证。

本说明书提供一种能够满足前述焊接需要的光学玻璃：

如图图2至图3示意，光学玻璃可以是经过以下表面处理后得到的光学玻璃元件：光学玻璃中的指定区域（比如中心区域）在表面处理中被处理为透光区域（如图3示意的预留形状对应的区域）以及非指定区域被处理为非透光区域（如图3示意中除预留形状外的其他区域），其中透光区域为长轴相同、短半轴不同的椭圆形区域，且椭圆的长度与探针焊盘的长度相同但椭圆的宽度大于探针焊盘的宽度。

例如，预留形状为椭圆，椭圆的长半轴一致，短半轴大小不同。而且，可以根据光源的光斑大小和探针卡上的焊盘，使得在光学玻璃的中心区域形成该椭圆形状对应的透光光阑，而椭圆形状外部的其他区域均不透光，得到处理后的光学玻璃。

因此，当激光的光束斜入射到该光学玻璃后，即该激光器发出的用于探针焊接的圆形光斑以预设的斜入射方式入射到经表面处理后的光学玻璃，因光学玻璃中的透光区域为椭圆形区域，所以原来的圆形光斑将被处理为椭圆形光斑，而且因透光区域相当于光阑，因而椭圆形光斑将为如下能量分布的新光斑：在椭圆形的短轴方向上能量强弱不同、但在椭圆形的长轴方向上能量强弱相同的新光斑。

进而，只需要将长短轴方向上能量强弱分布不同的该椭圆形光斑转换为矩形光斑，即对长短轴方向形状进一步整型约束后得到与焊盘待焊接区域更匹配的矩形光斑，再通过斜入射方式照射于待焊接焊盘的加工区域。虽然矩形光斑仍然保留了椭圆形光斑的能量分布特点，即矩形长边方向能量强弱相同、短边方向能量强弱不同，但在结合斜入射方式后，原短边方向能量强弱不同在入射到焊盘后，实现了相同分布，因而照射到焊盘上的能量分布均匀，使得焊盘上锡膏能够均匀受热后融合完成探针焊接。另外，通过将椭圆形光斑整型处理为矩形光斑后，该矩形光斑能够覆盖焊盘对应的加工区域外，也不容易影响到附近焊盘的加工区域。

需要说明的是，光学玻璃的外形（如图3示意为圆形）、大小等可以根据实际需要进行确定，这里不作限定。另外，指定区域在光学玻璃中的位置、大小等可以根据实际需要进行确定，这里不作限定。

以下结合附图，说明本申请各实施例提供的技术方案。

在一种实施的技术构思中，通过在原有的焊接光束光路中，将表面处理后的光学玻璃加入到该光路中，由该光学玻璃对激光的圆形光斑初步整型为椭圆形光斑，进而继续利用光路中的衍射光学元件（DOE）整型为矩形光斑用于照射焊盘的加工区域。

如图4所示，本说明书实施例提供一种探针卡探针焊接光束整形方法，包括：

步骤S1：自激光器发出的用于探针焊接的圆形光斑入射到经表面处理后的光学玻璃，以将所述圆形光斑处理为椭圆形光斑。

其中，椭圆形光斑对应的光束在椭圆形的短轴方向上能量强弱不同、在长轴方向上能量强弱相同。

另外，经表面处理后的光学玻璃，可以指：光学玻璃中的指定区域在表面处理中被处理为透光区域以及非指定区域被处理为非透光区域，所述透光区域为长轴相同、短半轴不同的椭圆形区域，且椭圆的长度与探针焊盘的长度相同但椭圆的宽度大于探针焊盘的宽度。

实施中，可以根据光源的光斑大小和焊盘，对光学玻璃进行表面处理，使光学玻璃的中心区域预留形状的长度与焊盘的长度一致，宽度大于焊盘的长度，并且光学玻璃的中心区域预留形状范围内透光，其他区域不透光，得到处理后的光学玻璃。

因此，被表面处理过的光学玻璃相当于一个光阑，从而可以对焊接的照射光束进行初步整型，得到能量强弱分布特性能够符合后续斜入射照射焊盘所需的新光斑，进而在结合斜入射方式后能够在焊盘处得到能量分布均匀的照射光束。

步骤S2：自所述光学玻璃出射的椭圆形光斑入射到衍射光学元件，以将所述椭圆形光斑处理为矩形光斑。

其中，所述矩形光斑对应的光束为在矩形的短边方向上能量强弱不同的光束，所述矩形光斑通过结合原先的斜入射方式，在照射到待焊接的探针焊盘对应加工区域时，能够形成能量分布均匀的焊接光束，从而使得加工区域内的锡膏受热融化后将探针焊接于探针焊盘。

例如，将处理后的光学玻璃加入到光路中，对光源发射的光束进行初步整形处理，衍射光学研究再进一步整形后的光束照射到探针卡的一个焊盘的加工区域，使斜方向入射的光束在焊盘的加工区域产生的光斑让锡膏均匀受热并融化。

综上，通过光学玻璃后，初步获得能量分布不均匀的光斑，进而利用衍射光学元件的光阑特性形成矩形光斑，而该矩形光斑结合斜入射方式后，能够在焊盘的加工区域形成能量分布均匀的焊接光斑，而且该焊接光斑不会跑出加工区域而造成附近焊盘上待焊接的锡膏受热。因此，在该光束照射下进行探针焊接，焊接可靠性有保证，有利于保证探针卡的良率。

在一些实施方式中，所述光学玻璃可以为按以下表面处理加工得到的光学玻璃：根据所述圆形光斑的大小和所述探针焊盘的大小，采用超快激光对所述光学玻璃的表面进行填充照射，以在指定区域留下所述椭圆形区域对应的所述透光区域，以及非指定区域被处理为非透光区域。

在一种示例中，可以将一片圆形的光学玻璃进行表面处理，应用超快激光在焦点处对其表面进行填充照射，中心区域留下一个尺寸和探针的焊盘长度一致，宽度略大且左右大小不一致的椭圆，直到光学玻璃表面其它区域都不透光，只有中心未被加工区域透光为止。

例如，前述图3示意的光学玻璃中，预留形状可以为椭圆，椭圆的长轴一致，短半轴大小不同，例如光源光斑为2.5mm，可加工此图形为左半长轴2mm，短轴1mm，右半长轴2mm，短轴0.7mm，根据光源的光斑修改不规则椭圆的大小，始终让不规则椭圆小于出口光斑。

实施中，预留形状的面积小于光斑的面积，相差程度可以根据实际应用情况进行确定，这里不作限定。

在一些实施方式中，光学玻璃的表面处理过程可以如下：在采用超快激光对所述光学玻璃的表面进行填充照射中，采用超快激光器在光学玻璃的中心区域填充加工扫描一个圆，圆中心为预留下的未加工的小尺寸矩形，以通过超快激光在所述小尺寸矩形对应的区域内加工形成所述椭圆形区域对应的所述透光区域。

实施中，小尺寸矩形可以根据光源的光斑大小、焊盘等来确定。

这里表面处理的方式不做限制，示例性的，可以为对光学玻璃的表面进行填充照射，以使被照射到的区域不透光，未被照射到的地方透光，实现对于光束的限制。

具体地，在本说明书实施例中根据光源的光斑大小和探针卡上的焊盘，使用超快激光对光学玻璃的表面进行填充照射，在光学玻璃的中心区域留下一个预留形状，预留形状范围内透光，其他区域不透光，得到处理后的光学玻璃。

在一些示例中，小尺寸矩形的尺寸包括：160μm×240μm。需要说明的是，尺寸还可以是其他尺寸，这里只作为示意性说明举例。

在一些实施方式中，衍射光学元件（DOE）可以为包含有若干分级凸台的光学元件，所述分级凸台用于对自所述光学玻璃出射的椭圆形光斑的光分级延时发散后形成所述矩形光斑。

在一些实施方式中，可以对DOE输出的光场进行聚焦，使得聚焦后的光场更有利于焊接。具体地，所述探针卡探针焊接光束整形方法还包括：所述衍射光学元件出射的所述矩形光斑入射到聚焦镜后，照射到待焊接的探针焊盘对应的加工区域。

下面对于本申请实施例中的衍射光学单元进行示意说明。

图5是本申请实施例提供的一种衍射光学单元的示意图，如图5所示，①表示衍射光学元件（DOE），DOE是一种利用计算机辅助设计，采用半导体制造工艺在传统光学器件表面刻蚀出台阶或连续浮雕结构而形成的光学元件，通过其特殊的浮雕结构对出光进行分级，例如分成-1层，0层，1层，2层等等，实现光场强度分布的分级；②表示聚焦镜，让光从左侧照射输入，经过①和②以后光束发生分级分布，输出的光斑呈矩形显示。

具体地，将一块衍射光学元件（DOE）配合加工件加入到光路中，光路出口镜片摆放顺序为经过处理的光学玻璃、衍射光学元件（DOE），最后为聚焦镜，由于衍射光学元件本身有很多分级的凸台，光经过这些凸台后会分级延时发散，可以看到出口的光斑呈矩形条状，将整形后的光束照射到焊盘上，让其只会照射到一个需要加工的区域，不会对周围其它焊盘造成影响。

在一些实施方式中，前述光学玻璃、衍射光学单元和聚焦镜与超快激光的光束中心同轴，能够通过处理后的光学玻璃限制成像光束和成像范围。

在另一种实施的技术构思中，可以在光学玻璃初步整型得到椭圆形光斑后，采用另一种思路将该椭圆形光斑形成焊接所需的光束。

具体地，通过在原有的焊接光束光路中，将表面处理后的光学玻璃加入到该光路中，由该光学玻璃对激光的圆形光斑初步整型为椭圆形光斑，进而再采用非球面镜片将椭圆形光斑形成均匀光场，最后在将该均匀光场通过矩形光阑后得到矩形光斑，使得该矩形光斑仍然保留椭圆形光斑中能量分布不均匀的特性，进而在结合斜入射到焊盘的入射方式，仍然能够在焊盘的加工区域形成能量均匀的焊接光束。虽然使用矩形光阑在一定程度上造成能量损失，但相比于采用衍射光学元件（DOE），工作原理和技术实施难度等方面，都更加方便和快捷，更易于搭建和更换耗材，实施成本更低，更方便在不同应用场合下快速搭建出光路。

如图6所示，本说明书实施例提供另一种探针卡探针焊接光束整形方法，包括：

步骤S10：自激光器发出的用于探针焊接的圆形光斑入射到经表面处理后的光学玻璃，以将所述圆形光斑处理为椭圆形光斑。需要说明的是，步骤S10与前述示例的步骤S1相似，这里不再展开说明。

步骤S20：自所述光学玻璃出射的椭圆形光斑入射到非球面光学镜片。

其中，步骤S20中，是在光学玻璃的位置之后加上一个非球面光学镜片，此镜片的作用是通过一种可控的方式更改光束的出射场，以约束高斯区域-平顶区域的变换关系，再通过优化非球面面型参数变量，能够获得特定距离上光斑能量的重新分配，使高斯分布的光束在经过此光学镜片后会在出射面得到一个均匀分布的光场。

如图7所示，得到均匀分布的光场后再把实施例A的衍射光学元件替换成一个可调大小的矩形光阑，最小需要到160μm×240μm大小，如实施例A组合在一起，也可以得到所需要的分布不均匀的矩形光斑。增加光阑的方式会损失比较大的能量，所以需要同步提升激光器的功率，但是这种方式比衍射光学元件（DOE）原理和技术都更加方便和快捷，更易于搭建和更换耗材。通过所述非球面光学镜片更改光束的出射场，以约束高斯区域-平顶区域的变换关系，获得特定距离上光斑能量的重新分配，使高斯分布的光束在经过所述非球面光学镜片在出射面得到一个均匀分布的光场。

步骤S30：自所述非球面光学镜片出射的均匀分布的光场入射到预设的矩形光阑，以将所述椭圆形光斑处理为矩形光斑，所述矩形光斑对应的光束为在矩形的短边方向上能量强弱不同的光束。需要说明的是，步骤S30与前述示例的步骤S2相似，这里不再展开说明。

需要说明的是，本实施例与前述各个实施例不同之处在于：在光学玻璃后采用非球形镜片替代衍射光学元件，并采用可以调节大小尺寸的矩形光阑将非球形镜片处理后的光场整型为矩形光斑，光路及其工作原理更简单，更便于根据实际应用需要进行部署。

综上，通过光学玻璃初步获得椭圆形光斑，并在后续处理中将该椭圆形光斑处理为矩形光斑，进而矩形光斑作为斜入射到焊盘的光束，可以完美适配斜方向入射情况下的光斑能量分布，让锡膏能够均匀的受热并熔化，探针下探时没有回顶的力导致探针偏移或者焊接不良；让焊盘上的锡平铺，形态更好，不会堆积成球影响焊缝周围的锡膏成形，外形美观整洁；让焊接工艺具有重复和一致的基础条件。

基于相同的发明构思，本说明书实施例还提供与前述光束整型相对应的光路，进而可以利用该光路结合前述整型方法获得所需的焊接光束。

下面以两个示例实施例对光路及其光束整型过程进行示意性说明。

第一个实施例

图8和图9是本申请实施例中的在出光口加上衍射光学元件拼装在一起的两种不同集成光路的结构示意图。

如图8示意，该探针卡探针焊接光束整形光路包括：

经表面处理后的光学玻璃，所述光学玻璃中的指定区域在表面处理中被处理为透光区域以及非指定区域被处理为非透光区域，所述透光区域为长轴相同、短半轴不同的椭圆区域，且椭圆的长度与探针焊盘的长度相同但椭圆的宽度大于探针焊盘的宽度；

衍射光学元件；

其中，用于探针焊接的自激光器发出的圆形光斑以预设的斜入射方式入射到经表面处理后的光学玻璃，以将所述圆形光斑处理为椭圆形光斑，所述椭圆形光斑对应的光束为在椭圆形的短轴方向上能量强弱不同的光束；

自所述光学玻璃出射的椭圆形光斑入射到衍射光学元件，以将所述椭圆形光斑处理为矩形光斑，所述矩形光斑对应的光束为在矩形的短边方向上能量强弱不同的光束；其中，所述矩形光斑用于照射到待焊接的探针焊盘对应加工区域，以使加工区域内的锡膏受热融化后将探针焊接于探针焊盘。

其中，图8中，最左侧为该集成光路的左视图，中间为前视图，最右边为右视图。

前视图上方为两个固定光学镜片的结构件，一个为处理后的光学玻璃光阑，另一个为衍射光学元件，两者组合形成一个光学整形镜片组。其中，根据光斑大小要求更改或增加聚焦镜，在实际应用中因为焊接的焊盘尺寸有变化，所以可以通过选用不同型号的聚焦透镜来达到改变光斑大小，这种聚焦透镜的光斑计算公式为ω'=λf/πω，当激光光束正入射透镜时，λ表示入射激光波长，f表示透镜焦距，ω表示激光入射到透镜表面光斑半径，ω'表示聚焦光斑的半径，即可通过改变聚焦透镜的形状改变聚焦透镜的半径或者改变光源波长以及激光入射到透镜表面的光斑大小达到改变光斑的结果。

在本说明书实施例中将经过处理的光学玻璃和衍射光学元件（DOE）配合聚焦镜加入到光路中，保证它们与激光光束中心同轴，可观测到出射的光束光斑为焊接需要的矩形光斑。

图9是本申请实施例提供的一种将处理后的光学玻璃、衍射光学元件和聚焦镜放置在光路中的结构示意图。

如图9所示，将一块2mm厚，半径5mm的圆形光学玻璃，用超快激光器对光学玻璃的表面进行加工，具体方法为在玻璃的正中心填充加工扫描一个圆，圆中心是预留下的未加工的左右半轴不一致的椭圆，将此处理后的光学玻璃固定于特制夹具，再固定在出光口；其次在光学玻璃后加上一片衍射光学元件（DOE），衍射光学元件（DOE）是一种基于光波衍射理论，利用计算机辅助设计，采用半导体制造工艺在传统光学器件表面刻蚀出台阶或连续浮雕结构而形成的光学元件，这种结构能够在保持高衍射的同时对光强分布进行精确控制，可以准确的对光斑进行整形；增加的光学玻璃光阑可以让光束透过中心区域，其它都会被不透光的区域过滤掉，左右两边大小不对称的椭圆完美适配斜入射的光束光斑，会让初始入射到衍射光学元件（DOE）上的光束左右两边能量强弱出现不同，从而达到最后的光斑左右强弱不同的效果。通过衍射光学元件表面不同层级的浮雕凸台，将出射的光束进行分级延时，把圆形光斑处理成矩形光斑，然后出射到需要的位置，保证出光的能量和之前一致，照射到焊盘上的光斑呈矩形。保证光学玻璃中心和光束同轴，使出来的光斑呈规则的矩形。可以在激光器出光的同时对光斑进行观测，看其是否符合要求的形状和大小，如果形状错误或者光斑不完整则需要调整光学玻璃的位置，保证光束和光学玻璃的同心度。

第二个实施例

参见前述图7，并结合前述图8和图9示意，本说明实施例提供的另一种光路示意如下：

本申请实施例提供的一种探针卡探针焊接光束整形光路，包括：

经表面处理后的光学玻璃，所述光学玻璃中的指定区域在表面处理中被处理为透光区域以及非指定区域被处理为非透光区域，所述透光区域为长轴相同、短半轴不同的椭圆区域，且椭圆的长度与探针焊盘的长度相同但椭圆的宽度大于探针焊盘的宽度；

非球面光学镜片；

矩形光阑；

其中，用于探针焊接的自激光器发出的圆形光斑以预设的斜入射方式入射到经表面处理后的光学玻璃，以将所述圆形光斑处理为椭圆形光斑，所述椭圆形光斑对应的光束为在椭圆形的短轴方向上能量强弱不同的光束；

入射到非球面光学镜片，以通过所述非球面光学镜片更改光束的出射场，以约束高斯区域-平顶区域的变换关系，获得特定距离上光斑能量的重新分配，使高斯分布的光束在经过所述非球面光学镜片在出射面得到一个均匀分布的光场；

自所述非球面光学镜片出射的均匀分布的光场入射到预设的矩形光阑，以将所述椭圆形光斑处理为矩形光斑，所述矩形光斑对应的光束为在矩形的短边方向上能量强弱不同的光束；其中，所述矩形光斑用于照射到待焊接的探针焊盘对应加工区域，以使加工区域内的锡膏受热融化后将探针焊接于探针焊盘。

参见图7的示意，一种在处理后的光学玻璃的位置之后加上一个非球面光学镜片的结构示意图。

如图7所示，在第一个实施例中处理后的光学玻璃的位置之后加上一个非球面光学镜片（可以理解为一种定制的透镜，作用是聚焦和匀化光斑），此镜片的作用是通过一种可控的方式更改光束的出射场，以约束高斯区域-平顶区域的变换关系，再优化非球面面型参数变量，获得特定距离上光斑能量的重新分配，使高斯分布的光束在经过此光学镜片后会在出射面得到一个均匀分布的光场，如图7所示，得到均匀分布的光场后再把第一个实施例中的衍射光学元件替换成一个可调大小的矩形光阑（市面上常见的可变方形光阑即可），最小需要到160微米*240微米大小，然后参照图8或图9的集成管路组合在一起，矩形光阑的中心在安装时需要偏向光斑的右侧，再安装一个聚焦镜也可以得到所需要的分布不均匀的矩形光斑。

虽然，这种增加光阑的方式的缺点是会损失比较大的能量，所以需要同步提升激光器的功率，但是这种操作比衍射光学元件（DOE）原理和技术都更加方便和快捷，更易于搭建和更换耗材。

基于相同发明构思，本说明书实施例还提供一种探针卡探针焊接方法，可以基于前述任意一个实施例示例的整型方法或光路得到焊接所需光束。

如图10所以，一种探针卡探针焊接方法包括：

步骤100：在探针卡的探针焊盘上预先上锡膏，以形成待焊接的探针焊盘对应的加工区域；

步骤200：利用本说明书中任意一项所述的探针卡探针焊接光束整形方法，或者利用本说明书中任意一项所述的探针卡探针焊接光束整形光路，获得焊接用的矩形光斑；

步骤300：将所述矩形光斑照射到待焊接的探针焊盘对应加工区域，以使加工区域内的锡膏受热融化后将探针焊接于探针焊盘。

需要说明的是，焊接方法可以与现有焊接方案相同或相近，本实施例给出了获取焊接光束并将其结合到整个焊接方案中，因而探针进行焊接的其他方法步骤不再展开说明。

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)

1.一种探针卡探针焊接光束整形方法，其特征在于，包括：

自激光器发出的用于探针焊接的圆形光斑入射到经表面处理后的光学玻璃，以将所述圆形光斑处理为椭圆形光斑，所述椭圆形光斑对应的光束为在椭圆形的短轴方向上能量强弱不同的光束；其中，所述光学玻璃中的指定区域在表面处理中被处理为透光区域以及非指定区域被处理为非透光区域，所述透光区域为长轴相同、短半轴不同的椭圆形区域，且椭圆的长度与探针焊盘的长度相同但椭圆的宽度大于探针焊盘的宽度；

自所述光学玻璃出射的椭圆形光斑入射到衍射光学元件，以将所述椭圆形光斑处理为矩形光斑，所述矩形光斑对应的光束为在矩形的短边方向上能量强弱不同的光束；其中，所述矩形光斑用于照射到待焊接的探针焊盘对应加工区域，以使斜方向入射的光束在焊盘的加工区域产生的光斑让加工区域内的锡膏均匀受热融化后将探针焊接于探针焊盘。

2.一种探针卡探针焊接光束整形方法，其特征在于，包括：

自激光器发出的用于探针焊接的圆形光斑入射到经表面处理后的光学玻璃，以将所述圆形光斑处理为椭圆形光斑，所述椭圆形光斑对应的光束为在椭圆形的短轴方向上能量强弱不同的光束；其中，所述光学玻璃中的指定区域在表面处理中被处理为透光区域以及非指定区域被处理为非透光区域，所述透光区域为长轴相同、短半轴不同的椭圆区域，且椭圆的长度与探针焊盘的长度相同但椭圆的宽度大于探针焊盘的宽度；

自所述光学玻璃出射的椭圆形光斑入射到非球面光学镜片，以通过所述非球面光学镜片更改光束的出射场，以约束高斯区域-平顶区域的变换关系，获得特定距离上光斑能量的重新分配，使高斯分布的光束在经过所述非球面光学镜片在出射面得到一个均匀分布的光场；

自所述非球面光学镜片出射的均匀分布的光场入射到预设的矩形光阑，以将所述椭圆形光斑处理为矩形光斑，所述矩形光斑对应的光束为在矩形的短边方向上能量强弱不同的光束；其中，所述矩形光斑用于照射到待焊接的探针焊盘对应加工区域，以使斜方向入射的光束在焊盘的加工区域产生的光斑让加工区域内的锡膏均匀受热融化后将探针焊接于探针焊盘。

3.根据权利要求1或2所述的探针卡探针焊接光束整形方法，其特征在于，所述光学玻璃为按以下表面处理加工得到的光学玻璃：根据所述圆形光斑的大小和所述探针焊盘的大小，采用超快激光对所述光学玻璃的表面进行填充照射，以在指定区域留下所述椭圆形区域对应的所述透光区域，以及非指定区域被处理为非透光区域。

4.根据权利要求3所述的探针卡探针焊接光束整形方法，其特征在于，在采用超快激光对所述光学玻璃的表面进行填充照射中，采用超快激光器在光学玻璃的中心区域填充加工扫描一个圆，圆中心为预留下的未加工的小尺寸矩形，以通过超快激光在所述小尺寸矩形对应的区域内加工形成所述椭圆形区域对应的所述透光区域。

5.根据权利要求4所述的探针卡探针焊接光束整形方法，其特征在于，所述小尺寸矩形的尺寸包括：160μm×240μm。

6.根据权利要求1所述的探针卡探针焊接光束整形方法，其特征在于，所述衍射光学元件为包含有若干分级凸台的光学元件，所述分级凸台用于对自所述光学玻璃出射的椭圆形光斑的光分级延时发散后形成所述矩形光斑。

7.根据权利要求6所述的探针卡探针焊接光束整形方法，其特征在于，所述探针卡探针焊接光束整形方法还包括：所述衍射光学元件出射的所述矩形光斑入射到聚焦镜后，照射到待焊接的探针焊盘对应的加工区域。

8.一种探针卡探针焊接光束整形光路，其特征在于，包括：

经表面处理后的光学玻璃，所述光学玻璃中的指定区域在表面处理中被处理为透光区域以及非指定区域被处理为非透光区域，所述透光区域为长轴相同、短半轴不同的椭圆区域，且椭圆的长度与探针焊盘的长度相同但椭圆的宽度大于探针焊盘的宽度；

衍射光学元件；

其中，用于探针焊接的自激光器发出的圆形光斑以预设的斜入射方式入射到经表面处理后的光学玻璃，以将所述圆形光斑处理为椭圆形光斑，所述椭圆形光斑对应的光束为在椭圆形的短轴方向上能量强弱不同的光束；

自所述光学玻璃出射的椭圆形光斑入射到衍射光学元件，以将所述椭圆形光斑处理为矩形光斑，所述矩形光斑对应的光束为在矩形的短边方向上能量强弱不同的光束；其中，所述矩形光斑用于照射到待焊接的探针焊盘对应加工区域，以使加工区域内的锡膏均匀受热融化后将探针焊接于探针焊盘。

9.一种探针卡探针焊接光束整形光路，其特征在于，包括：

经表面处理后的光学玻璃，所述光学玻璃中的指定区域在表面处理中被处理为透光区域以及非指定区域被处理为非透光区域，所述透光区域为长轴相同、短半轴不同的椭圆区域，且椭圆的长度与探针焊盘的长度相同但椭圆的宽度大于探针焊盘的宽度；

非球面光学镜片；

矩形光阑；

其中，用于探针焊接的自激光器发出的圆形光斑以预设的斜入射方式入射到经表面处理后的光学玻璃，以将所述圆形光斑处理为椭圆形光斑，所述椭圆形光斑对应的光束为在椭圆形的短轴方向上能量强弱不同的光束；

入射到非球面光学镜片，以通过所述非球面光学镜片更改光束的出射场，以约束高斯区域-平顶区域的变换关系，获得特定距离上光斑能量的重新分配，使高斯分布的光束在经过所述非球面光学镜片在出射面得到一个均匀分布的光场；

自所述非球面光学镜片出射的均匀分布的光场入射到预设的矩形光阑，以将所述椭圆形光斑处理为矩形光斑，所述矩形光斑对应的光束为在矩形的短边方向上能量强弱不同的光束；其中，所述矩形光斑用于照射到待焊接的探针焊盘对应加工区域，以使加工区域内的锡膏均匀受热融化后将探针焊接于探针焊盘。

10.一种探针卡探针焊接方法，其特征在于，包括：

在探针卡的探针焊盘上预先上锡膏，以形成待焊接的探针焊盘对应的加工区域；

利用如权利要求1-7中任意一项所述的探针卡探针焊接光束整形方法获得焊接用的矩形光斑；

将所述矩形光斑照射到待焊接的探针焊盘对应加工区域，以使加工区域内的锡膏受热融化后将探针焊接于探针焊盘。