一种实现薄膜探针测量滑移的方法技术

本发明专利技术涉及一种实现薄膜探针测量滑移的方法，其特征在于：在薄膜探针中的刚性作用面与上设探针的薄膜之间垫设一弹性体层；该弹性体层在探针的轴向平面上，以穿过探针的任一轴向线为界线，其一侧的厚度与另一侧的厚度具有一差值，以此使测试时探针能够发生偏转从而产生测量滑移，以穿透或推开被测芯片表层氧化物，实现更稳定地接触。实现更稳定地接触。实现更稳定地接触。

【技术实现步骤摘要】
一种实现薄膜探针测量滑移的方法
[0001]

[0002]本专利技术属于探针卡、晶圆测试
，具体涉及一种实现薄膜探针测量滑移的方法，该方法适用于薄膜探针头及薄膜探针卡。

技术介绍

[0003]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。相较于其他类型探针卡，薄膜探针卡实现了小尺度的探针结构加工和高精度的信号线结构参数控制，减少了寄生电容和电感的产生，极大地缩短了信号路径，提高了阻抗匹配程度，广泛应用于面向高频的晶圆级测试分析。
[0004]晶圆测试过程中，需提供适当的测量滑移量和可控的接触力大小。
[0005]测量滑移，是指探针与被测Pad开始接触并开始垂直抬升运动时，探针作出微小的水平运动。适量的对推开被测焊垫或凸块表面氧化物，获得稳定电接触极为必要：滑移过小，可能会导致探针获得稳定接触所需的垂直接触力过大，对Pad产生损伤；滑移过大，可能导致探针接触到Pad外钝化层区域，损伤被测物。
[0006]可控的接触力对保证芯片pad不受损伤具有积极作用。目前常用的焊盘及凸块材料包括铝、金、铜或焊料：在空气中铝表面易发生氧化，测试过程中一般需要3
‑
5gf的力，以穿透或推开表层氧化物，实现稳定接触；金由于材质较软，所需接触力很小, 一般在0.1
‑
1gf之间；铜材料则需要更大的力建立良好的接触，约为5
‑
6gf。随着半导体工艺的小型化和集成化，焊垫金属层和低K层间介质层变薄，也提高了对探针接触力控制的要求。
[0007]专利US5395253中提出：初始薄膜处于拉伸状态，当探针与被测Pad开始接触并开始垂直抬升运动时，薄膜逐渐处于放松状态，探针会因此向薄膜中心区域做微小水平运动，产生测量滑移。这种方式存在的一个显著缺点在于探针的测量滑移量与探针相对薄膜中心位置有关，不均一。
[0008]现有技术中，最具代表性的结构可参见美国专利US7893704，它提出了一种新型的薄膜探针结构，它是将探针设计为类似悬臂的结构，利用测试过程中类似悬臂的探针结构绕悬臂末端的旋转实现了测量滑移的实现，但这种方式由于探针需反复绕悬臂末端进行旋转运动，该处应力集中，薄膜易损坏。
[0009]可见，本领域亟须一种实现薄膜探针测量滑移的方法，能够实现适当的测量滑移，并提供可控的接触力，特别地，可降低薄膜探针应力，延长薄膜探针寿命。

技术实现思路

[0010]本专利技术目的是提供一种实现薄膜探针测量滑移的方法，可实现测试过程中探针的适当测量滑移，提供可控的接触力，特别地，可降低薄膜探针使用过程中的应力，延长使用
寿命。
[0011]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种实现薄膜探针测量滑移的方法，在薄膜探针中头的刚性作用面与上设探针的薄膜之间垫设一弹性体层；该弹性体层在探针的轴向平面上，以穿过探针的任一轴向线为界线，其一侧的厚度与另一侧的厚度具有一差值，以此使测试时探针能够发生偏转从而产生测量滑移。
[0012]上述方案中，在所述刚性作用面上开设凹槽，且将凹槽壁对准所述界线，并以弹性体层布满整个刚性作用面以及填充凹槽，使所述弹性体层以穿过探针的任一轴向线为界线，使其一侧的厚度与另一侧的厚度具有差值。
[0013]上述方案中，将所述刚性作用面设计为在探针的轴向平面上倾斜的斜面，并以所述弹性体层一侧表面与该斜面相贴合。
[0014]上述方案中，在所述刚性作用面上设置一个或多个在探针的轴向平面上内凹的曲面，并以所述弹性体层一侧表面与所述曲面相贴合。
[0015]上述方案中，所述弹性体层在探针的轴向平面上，靠所述刚性作用面中心侧的厚度大于其外侧的厚度。
[0016]上述方案中，所述界线与探针的轴心线相重合。
[0017]现有技术通常的薄膜探针卡，包括PCB板、连接件以及薄膜探针头，而薄膜探针头包括提供一刚性作用面的支撑体、覆在支撑体的刚性作用面上的薄膜、以及设置在薄膜上的探针和互连线，其薄膜直接覆于刚性作用面上。
[0018]而本专利技术突破性地在刚性作用面与上设探针的薄膜之间垫设一弹性体层，且该弹性体层在探针的轴向平面上，以穿过探针的任一轴向线为界线，其一侧的厚度与另一侧的厚度具有一差值，从而使探针在接触过程能够发生适量偏转产生测量滑移，以穿透或推开被测芯片表层氧化物，实现更稳定地接触。
[0019]所述“穿过探针的任一轴向线为界线，其一侧的厚度与另一侧的厚度具有一差值”中的差值的数值具体需根据弹性体弹性系数进行调整，一般来说，测试过程中探针卡的垂直方向运动在60
‑
100um之间，水平滑移量仅需3
‑
8um左右。按照针长50um计算，产生3
‑
8um的水平滑移量，需要探针的偏转角度在3
‑
10
°
左右，即要求探针两侧的弹性体表面与水平角度仅为3
‑
10
°
。假设探针针座水平方向长度为300um，此时探针两端的高度差在18
‑
48um。如单位厚度弹性体，弹性范围内的极限压缩量为a，则要求两端弹性体厚度差至少为18/a。假设，弹性体弹性系数为b，即压缩单位位移所需力为b，探针测试过程中所需接触力为c，则弹性体总体厚度不得小于c/b。
[0020]在测试过程中：初始状态探针与被测芯片Pad未接触，衬在刚性支撑体上方的弹性组件处于初始压缩状态，弹性体层也处于未压缩状态；随着测试OD的施加，探针与被测芯片Pad接触，垂直方向发生位移，大部分位移被弹性组件吸收，剩余部分位移由探针和弹性体层共同吸收；这时就由于探针两侧所衬的弹性体的厚度的不一致，在探针垂直运动的同时就发生了稍稍地偏转，探针在水平方向上产生滑移，可推开被测芯片表面脏污和氧化物，实现更稳定的电连接。
[0021]本专利技术有益效果：1、本专利技术每个探针两侧所衬的弹性体层具有厚度差，使得探针在垂直方向运动的同时实现了水平方向的侧滑，实现了稳定可靠的电接触。
[0022]2、本专利技术通过控制所述界线与探针轴心线之间的偏心量，以及两侧弹性体的厚度差值等参数，即可最终控制弹性体层在探针两侧的厚度差，就可实现测量滑移量的控制，再通过控制弹性体层的平面部分的厚度，就实现了接触力的控制。
[0023]3、本专利技术通过增加弹性体层，实现了探针局部高度差异及整体倾斜等平面度问题的吸收和兼容，防止由于局部探针过长或多短导致的接触力过大，被测Pad损伤或探针虚接、开路等问题。
附图说明
[0024]图1为应用本专利技术实施例一及实施例二的薄膜探针卡的结构示意图；图2为应用本专利技术实施例一、实施例二的薄膜探针头的结构示意图；图3为应用本专利技术实施例一及实施例二的薄膜探针头的局部放大示意图；图4为应用本专利技术实施例一的薄膜探针头的各凹槽与探针的对应位置的示意图；图5为应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现薄膜探针测量滑移的方法，其特征在于：在薄膜探针头的刚性作用面与上设探针的薄膜之间垫设一弹性体层；该弹性体层在探针的轴向平面上，以穿过探针的任一轴向线为界线，其一侧的厚度与另一侧的厚度具有一差值，以此使测试时探针能够发生偏转从而产生测量滑移。2.根据权利要求1所述实现薄膜探针测量滑移的方法，其特征在于：在所述刚性作用面上开设凹槽，且将凹槽壁对准所述界线，并以弹性体层布满整个刚性作用面以及填充凹槽，使所述弹性体层以穿过探针的任一轴向线为界线，使其一侧的厚度与另一侧的厚度具有差值。3.根据权利要求1所述实现薄膜探针...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵梁玉，于海超，王艾琳，
申请(专利权)人：强一半导体苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：