[发明专利]一种薄膜探针卡及其探针头

说明书

本发明涉及一种薄膜探针卡及其探针头，该薄膜探针卡包括薄膜探针头（3），该薄膜探针头（3）包括支撑体（31）、薄膜（32）、探针（33）、互连线（34）；支撑体（31）的作用面（311）与薄膜（32）之间设有一凹陷支撑结构（35），凹陷支撑结构（35）包括一凹陷结构（351）以及一支撑弹性层（352），凹陷结构（351）包括一个或多个凹陷（3511），凹陷（3511）与探针（33）位置相对应，且各凹陷（3511）与对应的探针（33）相偏心；支撑弹性层（352）的凸起嵌块（3521）嵌入对应凹陷（3511）中，以此使支撑弹性层（352）上位于每个探针（33）两侧的部分具有厚度差。

技术领域

本发明属于探针卡、晶圆测试技术领域，具体涉及一种薄膜探针卡及其探针头。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

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。

可见，本领域亟须一种薄膜探针卡，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，提高薄膜探针寿命。

发明内容

本发明目的是提供一种薄膜探针卡及其探针头，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，提高使用寿命。

为达到上述目的，本发明采用的薄膜探针卡技术方案是：一种薄膜探针卡，包括PCB板、连接件以及薄膜探针头；所述薄膜探针头包括提供一作用面的支撑体、覆在支撑体的作用面上的薄膜、以及设置在薄膜上的探针和互连线。所述支撑体的作用面与薄膜之间设有一凹陷支撑结构；所述凹陷支撑结构包括一刚性凹陷结构以及一支撑弹性层，所述刚性凹陷结构包括相对作用面固定的一个或多个刚性的凹陷，所述凹陷与探针位置相对应，且各凹陷与所对应的探针在作用面上的投影位置相偏心；所述支撑弹性层嵌在刚性凹陷结构与薄膜之间，支撑弹性层上对应于刚性凹陷结构的凹陷设有凸起嵌块，支撑弹性层的凸起嵌块嵌入对应凹陷中；以此，所述支撑弹性层上在每个探针两侧的部分具有厚度差。