CN113059483A - 基板整平治具、整平方法及探针卡 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种基板整平治具、整平方法及探针卡，基板整平治具包括承载平台、锁定装置和整平装置。承载平台用于承载基板。锁定装置用于将基板锁定于承载平台。整平装置的研磨机构位于基板的上方，且平行于承载平台。在驱动机构的驱动下，研磨机构用于研磨锡球上表面的焊点处，使多个焊点均位于同一平面。本专利中，承载平台使得基板能够和研磨机构充分接触，确保研磨机构能够充分研磨锡球上表面的焊点处，使多个焊点均位于同一平面，进而可确保所有的焊点均能够和PCB测试板的锡面充分接触。可在很大程度上提高基板在焊接于PCB测试板后的平整度，使得整个基板的平整度误差缩小至50um以内，进而可大大提高制成的探针卡的测试性能。

Description

基板整平治具、整平方法及探针卡

技术领域

本发明涉及探针卡技术领域，尤指一种基板整平治具、整平方法及探针卡。

背景技术

在半导体领域，探针卡用于在制造晶圆阶段对接口进行测试分析，通过连接测试机，以和芯片进行信号传输，对芯片参数进行测试。探针卡将探针与芯片上的焊垫直接接触，引出芯片讯号，配合周边测试仪器与软件控制达到自动化量测的目的。探针卡广泛应用于内存、逻辑、消费、驱动、通讯IC等科技产品的晶圆测试，属半导体产业中相当细微的一环。当IC设计完成后，会下单给晶圆代工厂进行制作。晶圆制作完成后而尚未切割封装之际，为确保晶圆良率及避免封装的浪费，须执行晶圆电性测试及分析制程。探针卡与测试机构成测试回路，于IC封装前，以探针测晶粒，筛选出电性功能不良的芯片，避免不良品造成后段制造成本的浪费。

随着晶圆技术的不断提升，探针卡的种类不断更新，目前晶圆测试厂广泛用于晶圆测试的探针卡为悬臂式探针卡(Cantilever(Epoxy)Probe Card)与垂直式探针卡(Vertical Probe Card)。特别是悬臂探针卡使用较普及，主要特点是可更换单根探针以用于大电流测试，而垂直探针卡的特点在于能带来更高的能力及效能。随着半导体晶圆工艺进阶到28nm以下，垂直探针卡对小于150um间距的测试有着显著的成本及性能优势。垂直探针卡主要有PCB测试板(Loadboard),空间转换器(MLO/MLC基板)，探针(MEMS探针、cobra探针等)三个主要部件组成。在垂直方向与水平方向的精密度决定了探针卡的基本性能，包含PCB测试板测试区的平整度，空间转换器焊接到PCB测试板的焊接平整度，垂直探针的长度尺寸均匀性，待测芯片的C4 Pad平整度。目前空间转换器在业界常规的平面度误差控制在100um左右，优秀的平面度误差控制在50um左右。而空间转换器焊接到PCB测试板的焊接平整度误差要求小于50um。意味着在焊接过程中不但不能增加翘曲变形的幅度，而且还要将空间转换器已经存在翘曲变形量降低在50um以内。

参见图1和图2，影响空间转换器焊接到PCB测试板的焊接平整度主要因素为：空间转换器存在变形，基板在印刷锡膏后厚度存在100um左右的误差。而植球用的锡球的高度直径又是均匀一致的，在植球工序完成后，空间转换器整个焊接面凹凸不平，不能呈现出一个平面状态。

现有技术中，参见图3，为了达到空间转换器焊接到PCB测试板的焊接平整度误差小于50um的要求，目前SMT(表面贴装技术Surface Mounted Technology)在空间转换器在焊接到PCB载板上时，通常是在空间转换器表面放置一个压块，通过压块的重量，在回流焊锡膏熔化时强行将基板上的锡球与PCB载板上的锡膏熔为一体。但因所需压块在回流焊受热时变形，压块在基板分布的力无法达到每个焊点均匀一致，造成受力点大的焊点在回流焊后溢锡连锡。而且焊接后基板表面平整度介于50-100um，无法满足平整度要求。

因此，如何有效提高空间转换器焊接面的平整度，使得空间转换器在焊接于PCB测试板后，整个空间转换器的平整度的误差缩小至50um以内，进而提高制成的探针卡的测试性能，一直是本领域普通技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基板整平治具、整平方法及探针卡，基板整平治具用于研磨锡球上表面的焊点处，使多个锡球的焊点均位于同一平面，有效提高基板在焊接于PCB测试板后的平整度，使得整个基板的平整度误差缩小至50um以内，进而可在很大程度上提高制成的探针卡的测试性能。

本发明提供的技术方案如下：

本发明在第一方面提供了一种基板整平治具，包括：

承载平台，用于承载附有多个锡球的基板；

锁定装置，用于将附有多个锡球的基板锁定于所述承载平台；

整平装置，包括驱动机构和研磨机构；

所述研磨机构位于所述基板的上方，且平行于所述承载平台；

其中，在所述驱动机构的驱动下，所述研磨机构用于研磨所述锡球上表面的焊点处，使多个所述焊点均位于同一平面。

本专利中，承载平台用于水平放置基板，使得基板能够和研磨机构充分接触，确保研磨机构能够充分研磨锡球上表面的焊点处，使多个焊点均位于同一焊接平面上，且该平面和承载平台平行，如此，可确保所有的焊点均能够和PCB测试板的锡面充分接触。也即是说，通过本专利的研磨机构研磨出的平面，和理想状态的基板平行，如此可在很大程度上提高基板在焊接于PCB测试板后的平整度，使得整个基板的平整度误差缩小至50um以内，进而可大大提高制成的探针卡的测试性能。

进一步优选地，所述驱动机构包括一升降件和一组装于所述升降件的驱动电机；

所述研磨机构包括一组装于所述驱动电机驱动端的研磨轮；

所述研磨轮背对所述驱动端的一面为一平整的研磨面；

其中，当所述研磨面接触所述锡球上表面的焊点处时，所述驱动电机驱动所述研磨轮转动，以研磨所述锡球的焊点，且在研磨的过程中，所述升降件带动所述驱动电机和所述研磨轮往下运动，以将多个所述焊点均研磨呈处于同一平面的状态。

进一步优选地，所述锁定装置包括一支架和一设于所述支架的限位网板；

所述支架组装于所述承载平台的边缘；

所述限位网板平行于所述承载平台，用于锁定所述基板；

其中，所述限位网板被配置为至少让位于所述基板最低处的锡球上端的焊点经其网孔延伸至其外侧；及所述锡球延伸至所述限位网板外侧的焊点用于供所述研磨轮研磨。

进一步优选地，所述限位网板平行于所述研磨轮的研磨面；

其中，当多个所述焊点均研磨呈处于同一平面的状态时，该平面高于所述限位网板的上端面或和所述限位网板的上端面重合；

和/或

所述限位网板可上下调节地组装于所述支架，且可固定于沿所述支架运动过程中的任一位置。

本发明在第二方面还提供了一种基板整平方法，在上述的基板整平治具上实施如下步骤：

将附有多个锡球的基板组装于承载平台上；

通过锁定装置将附有多个锡球的基板锁定于承载平台；

驱动机构驱动研磨机构运行，以研磨锡球上表面的焊点处，使多个锡球的焊点均位于同一平面。

进一步优选地，还包括如下步骤：

对基板上研磨后的多个锡球的焊点进行清洁。

本发明在第三方面还提供了一种探针卡，包括基板、PCB测试板及多个探针，所述基板由上述的基板整平方法制作而成；所述基板通过焊点与所述PCB测试板进行焊接固定，以实现和所述PCB测试板电气互连；及多个所述探针依次插设于所述基板的导引孔内，用于和芯片电气互连，以引出芯片讯号。

进一步优选地，所述基板与所述PCB测试板进行焊接固定后，所述基板的平整度误差小于或等于50微米，及所述锡球的焊点和所述基板的距离小于或等于120微米。

本发明的技术效果在于：

1、本专利中，承载平台用于水平放置基板，使得基板能够和研磨机构充分接触，确保研磨机构能够充分研磨锡球上表面的焊点处，使多个焊点均位于同一焊接平面上，且该焊接平面和承载平台平行，如此，可确保所有的焊点均能够和PCB测试板的锡面充分接触。也即是说，通过本专利的研磨机构研磨出的平面，和理想状态的基板平行，如此可在很大程度上提高基板在焊接于PCB测试板后的平整度，使得整个基板的平整度误差缩小至50um以内，进而可大大提高制成的探针卡的测试性能。

2、本专利中，锁定装置包括一支架和设于支架的限位网板。锡球经网孔延伸至限位网板外侧。如此，在一方面，多个锡球在网孔的限位作用下，在研磨的过程中，不会轻易带动基板发生横向的窜动，使得研磨过程中的稳固性更好；在另一方面，锡球延伸至限位网板外侧的部分用于供研磨机构研磨，可有效避免因研磨过度而导致锡球的体积变地太小而导致焊接能力下降。

3、本专利中，限位网板可上下调节地组装于支架，且可固定于沿支架运动过程中的任一位置，如此，可直接调节限位网板和锡球进行抵接，操作方便且误差小，在很大程度上提高了基板在单位时间内研磨的数量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1是现有技术中基板和锡球在一种状态下的结构示意图；

图2是现有技术中基板和锡球在另一种状态下的结构示意图；

图3是现有技术中压块作用于基板的结构示意图；

图4是本专利中基板整平治具作用于基板及锡球的结构示意图；

图5是本专利中锡球研磨后的结构示意图；

图6是本专利中锡球研磨后，基板和PCB测试板在一种状态下相焊接的结构示意图；

图7是本专利中锡球研磨后，基板和PCB测试板在另一种状态下相焊接的结构示意图。

附图标号说明：

100、基板；110、锡球；111、焊点；112、焊接面；120、锡膏；200、PCB测试板；300、承载平台；400、整平装置；410、驱动机构；420、研磨机构；421、研磨面；500、锁定装置；510、支架；520、限位网板；521、网孔。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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。

空间转换器可为多层有机板或多层陶瓷板，用于固定金属探针，以和芯片进行信号传输，对芯片参数进行测试，以下简称为基板100。垂直式的探针卡在水平方向和垂直方向上的精密度在很大程度上决定了探针卡在测试过程中的基本性能。该精密度可包括PCB测试板200测试区的平整度、基板100焊接到PCB测试板200的焊接平整度、探针的长度尺寸均匀性及待测芯片的平整度。

目前基板100在业界常规的平面度误差控制在100微米左右，优秀的平面度误差控制在50微米左右。而基板100焊接到PCB测试板200的焊接平整度误差要求小于50微米。意味着在焊接过程中不但不能增加翘曲变形的幅度，而且还要将基板已经存在翘曲变形量降低在50微米以内。

参见图1和图2，影响基板100焊接到PCB测试板200的焊接平整度主要因素为：基板100不是一个平整的板状结构，其存在变形，也即是边缘存在翘起，使得整体呈现类似于弧状。基板100在印刷锡膏120后厚度存在100微米左右的误差。而植球用的锡球110的高度直径又是均匀一致的，在植球工序完成后，基板100的整个焊接面112，也即是多个锡球110的自由端面所共同形成的面凹凸不平，不能呈现出一个平面状态。

现有技术中，参见图3，为了达到基板100焊接到PCB测试板200的焊接平整度误差小于50微米的要求，目前SMT(表面贴装技术Surface Mounted Technology)在基板100和PCB测试板200焊接的过程中，通常是在基板100的表面放置一个压块600，值得一提的是，压块600的具体构造不作任何限制，只需确保压块600贴合于基板100的端面为一平整的面，且压块600对基板100的各个位置所起到的压力均匀一致即可。通过压块600的重量，在锡膏120熔化时强行将基板100上的锡球110与PCB测试板200上的锡膏120熔为一体。但因所需压块600在回流焊受热时变形，压块600在基板100分布的力无法达到每个焊点111均匀一致，造成受力点大的焊点111在回流焊后溢锡连锡。而且焊接后的基板100表面平整度介于50-100微米之间，无法满足平整度要求。

基于现有技术中存在的问题，发明人(们)经过多年不断地思考与探索，终于设计出一款基板整平治具，用于研磨锡球110上表面的焊点111，使多个锡球110的焊点111均位于同一平面，有效提高基板100在焊接于PCB测试板200后的平整度，使得整个基板100的平整度误差缩小至50um以内，进而可在很大程度上提高制成的探针卡的测试性能。

具体地，根据本发明提供的一个具体实施例，如图4和图5所示，本发明在第一方面提供了一种基板整平治具，包括承载平台300、锁定装置500和整平装置400。承载平台300用于承载附有多个锡球110的基板100。锁定装置500用于将附有多个锡球110的基板100锁定于承载平台300。整平装置400包括驱动机构410和研磨机构420。研磨机构420位于基板100的上方，且平行于承载平台300。其中，在驱动机构410的驱动下，研磨机构420用于研磨锡球110上表面的焊点111处，使多个焊点111均位于同一平面。

本技术方案中，承载平台300可使得基板100能够被水平放置，确保基板100能够和研磨机构420充分接触，使得研磨机构420能够充分研磨锡球110上表面的焊点111，以使多个焊点111均位于同一平面上，也即是焊接面112上，且该焊接面112和承载平台300平行。如此，可确保所有的焊点111均能够和PCB测试板200的锡面充分接触。也即是说，通过本专利的研磨机构420研磨出的平面，是和理想状态的平整的基板100相互平行的。锡球110在未研磨前，由于基板100存在变形，而锡球110的高度直径又是均匀一致的，因此在植球工序完成后，基板100的整个焊接面112，也即是多个锡球110的自由端面所共同形成的面凹凸不平，不能呈现出一个平面状态。因此，通过上述研磨的过程，可在很大程度上提高基板100在焊接于PCB测试板200后的平整度，使得整个基板100的平整度误差缩小至50um以内，进而可大大提高制成的探针卡的测试性能。

值得一提的是，基板100的变形程度处于微米级别，是普通人的肉眼所无法察觉的，因此，用于整平该基板100的治具，也即是处于非常精密的级别，跟现有技术中普通的打磨设备存在较大区别。

具体地，本实施例中，参见图4，承载平台300用于承载附有多个锡球110的基板100。由于基板100在宏观状态来看，其基本处于一平整的状态，其弯曲幅度无法直接被肉眼察觉，因此，承载平台300用于配合基板100的端面也应设为一非常平整的状态。为了有效确保整平装置400的研磨机构420在研磨锡球110上表面的焊点111处时，基板100不会因受到横向的力而发生位移，因此，可将承载平台300设置成一实心的块状结构，其能够提供基板100足够的横向支撑力，也即是研磨机构420的研磨力小于承载平台300的重量，使得研磨机构420无法推动承载平台300发生位移，但承载平台300具体的构造可根据实际应用场景而作具体设定，并不限于此。

进一步地，参见图4，为了有效确保基板100在组装于承载平台300后，基板100在受到研磨力作用时，不会轻易从承载平台300上脱离，因此，可通过增设一锁定装置500，用于将基板100锁定于承载平台300，使得基板100始终和承载平台300具有唯一的装配姿势，不会发生位置的横向移动。

作为本实施例的一个优选示例，锁定装置500可包括一支架510和设于支架510的限位网板520。具体地，支架510可为一中空的框体结构，且和承载平台300边缘的轮廓相适配。限位网板520组装于支架510内，且限位网板520和基板100的轮廓相适配。支架510组装于承载平台300的边缘位置，用于将限位网板520组装于承载有基板100的承载平台300上，使得限位网板520和基板100相作用配合。优选地，限位网板520和平行于承载平台300平行设置。可确保每一锡球110均能够对应于限位网板520上的网孔521，如此，每一锡球110均有一适配网孔521，便于锡球110经网孔521延伸至限位网板520外侧，且锡球110延伸至外侧的部分用于供研磨机构420研磨。如此设置，在一方面，多个锡球110在网孔521的限位作用下，在研磨的过程中，不会轻易带动基板100发生横向的窜动，使得研磨过程中的稳固性更好；在另一方面，锡球110延伸至限位网板520外侧的部分用于供研磨机构420研磨，限位网板520可作为参考目标，可有效避免因研磨过度而导致锡球110的体积变地太小而导致焊接的稳固性下降。

作为进一步的优化，参见图4，锡球110的直径应大于或等于限位网板520的网孔的孔径，如此，可有效确保网孔能够起到对锡球110的限位作用，不会使得锡球110从网孔漏出。其中，至少能够确保位于基板100最低位置处的锡球110的上端部经限位网板520的网孔延伸出限位网板520的外侧，及确保位于基板100最高位置处的锡球110的上部分延伸出限位网板520的外侧，其下部分只能够位于限位网板520的内侧。如此，可有效确保该焊接面112的平整性及防止研磨过度。

作为更进一步的优化，参见图4，限位网板520可上下调节地组装于支架510，且可固定于沿支架510运动过程中的任一位置。其中，限位网板520具体的调节方式不作限定，可根据实际应用场景作具体设定，在此不再过多赘述。如此设置，可直接通过调节限位网板520即可和锡球110进行抵接，操作方便且误差小，在很大程度上提高了基板100在单位时间内研磨的数量。

当然，值得一提的是，支架510和设于支架510的限位网板520仅为锁定装置500的一个优选方案，锁定装置500也可为其它构造，也就是说，任意可将基板100锁定于承载平台300，使得基板100始终和承载平台300具有唯一的装配姿势，不会发生位置的横向移动的部件或组件，均在本专利的保护范围之内，在此不再过多赘述。

本实施例中，参见图4，研磨机构420位于基板100的上方，且平行于承载平台300。如此，可确保研磨机构420正对于基板100，进而可确保研磨机构420能够将多个锡球110上表面的焊点111处研磨成一和承载平台300平行的焊接面112。如此，也就使得焊接面112和理想状态的基板100平行。

作为本实施例的一个较佳的示例，驱动机构410可包括一升降件(未图示)和一组装于升降件的驱动电机，研磨机构420可包括一组装于驱动电机驱动端的研磨轮。其中，升降件的具体构造不作限制，任意可用于升降的部件均在本专利的保护范围之内。当然，驱动机构410也可为其它任意用于驱动研磨机构420运行的机构，并不限于驱动电机；及研磨机构420也可为其它任意用于研磨的机构，也均在本专利的保护范围之内。具体地，驱动电机驱动研磨轮转动，以研磨锡球110上表面的焊点111，使多个焊点111均位于同一平面。具体地，驱动电机的驱动端朝下，且正对于基板100。且由于是精细化研磨，因此，参见图4至图7，研磨轮背对驱动端的一面为一平整的，且和限位网板520平行的研磨面421，研磨面421的表层较为光滑，当研磨面421接触锡球110上表面的焊点111处时，驱动电机驱动研磨轮转动，以研磨锡球110的焊点111，且在研磨的过程中，升降件带动驱动电机和研磨轮往下运动，以将多个焊点111研磨呈处于同一平面的状态。作为进一步的优化，焊接面112应高于限位网板520的上端面或和限位网板520的上端面重合。如此，即使是快要研磨结束时，限位网板520依然能够起到限位固定的作用。

值得一提的是，为了有效确保限位网板520的稳固性及耐磨性，该限位网板520可优先采用金属材质制作，但并不限于此。

在研磨后，每一焊点111均由球状转化为平面状，且多个呈平面状的焊点111共同形成一焊接面112。如果没有将多个锡球110进行研磨，锡球110的自由端面所共同形成的面凹凸不平，不能呈现出一个平面状态，假如直接将其焊接于PCB测试板200的锡面，会直接导致基板100存在50至100微米左右的误差。因此，本专利通过研磨锡球110上表面的焊点111处，使得其呈现出一平面的状态，可确保所有的焊点111均能够和PCB测试板200的锡面充分接触。可在很大程度上提高基板100在焊接于PCB测试板200后的平整度。

本发明在第二方面还提供了一种基板整平方法，可在上述的基板整平治具上实施如下步骤：将附有多个锡球110的基板100组装于承载平台300上；通过锁定装置500将附有多个锡球110的基板100锁定于承载平台300；驱动机构410驱动研磨机构420运行，以研磨锡球110上表面的焊点111位置处，使多个锡球110的焊点111均位于同一平面；对基板100上研磨后的多个锡球110的焊点111进行清洁，也即是对焊接面112进行全方面地清理，确保其不会存在杂质等以影响焊接的稳固性；最后基板100通过焊点111与PCB测试板200进行焊接固定。

本发明在第三方面还提供了一种探针卡，该探针卡包括基板100、PCB测试板200和多个探针。基板100由上述的基板整平方法制作而成。基板100通过焊点111与PCB测试板200进行焊接固定，以实现和PCB测试板200的电气互连。多个探针依次插设于基板100的导引孔内，用于和芯片电气互连，以引出芯片讯号。具体地，参见图6和图7，将基板100与PCB测试板200进行焊接固定后，整个基板100的平整度误差缩小至50微米以内，及锡球110的焊点111和基板100的距离小于或等于120微米，进而可大大提高制成的探针卡的测试性能。其中，可通过在PCB测试板200的锡面增设锡膏120以和焊点111进行焊接固定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基板整平治具，其特征在于，包括：

承载平台，用于承载附有多个锡球的基板；

锁定装置，用于将附有多个锡球的基板锁定于所述承载平台；

整平装置，包括驱动机构和研磨机构；

所述研磨机构位于所述基板的上方，且平行于所述承载平台；

其中，在所述驱动机构的驱动下，所述研磨机构用于研磨所述锡球上表面的焊点处，使多个所述焊点均位于同一平面。

2.根据权利要求1所述的基板整平治具，其特征在于，

所述驱动机构包括一升降件和一组装于所述升降件的驱动电机；

所述研磨机构包括一组装于所述驱动电机驱动端的研磨轮；

所述研磨轮背对所述驱动端的一面为一平整的研磨面；

其中，当所述研磨面接触所述锡球上表面的焊点处时，所述驱动电机驱动所述研磨轮转动，以研磨所述锡球的焊点，且在研磨的过程中，所述升降件带动所述驱动电机和所述研磨轮往下运动，以将多个所述焊点研磨呈处于同一平面的状态。

3.根据权利要求2所述的基板整平治具，其特征在于，

所述锁定装置包括一支架和一设于所述支架的限位网板；

所述支架组装于所述承载平台的边缘；

所述限位网板平行于所述承载平台，用于锁定所述基板；

其中，所述限位网板被配置为至少让位于所述基板最低处的锡球上端的焊点经其网孔延伸至其外侧；及所述锡球延伸至所述限位网板外侧的焊点用于供所述研磨轮研磨。

4.根据权利要求3所述的基板整平治具，其特征在于，

所述限位网板平行于所述研磨轮的研磨面；

其中，当多个所述焊点研磨呈处于同一平面的状态时，该平面高于所述限位网板的上端面或和所述限位网板的上端面重合；

和/或

所述限位网板可上下调节地组装于所述支架，且可固定于沿所述支架运动过程中的任一位置。

5.一种基板整平方法，其特征在于，在权利要求1-4任一项所述的基板整平治具上实施如下步骤：

将附有多个锡球的基板组装于承载平台上；

通过锁定装置将附有多个锡球的基板锁定于承载平台；

驱动机构驱动研磨机构运行，以研磨锡球上表面的焊点处，使多个锡球的焊点均位于同一平面。

6.根据权利要求5所述的基板整平方法，其特征在于，还包括如下步骤：

对基板上研磨后的多个锡球的焊点进行清洁。

7.一种探针卡，包括基板、PCB测试板及多个探针，其特征在于，所述基板由权利要求5或6所述的基板整平方法制作而成；

所述基板通过焊点与所述PCB测试板进行焊接固定，以实现和所述PCB测试板电气互连；及

多个所述探针依次插设于所述基板的导引孔内，用于和芯片电气互连，以引出芯片讯号。

8.根据权利要求7所述的探针卡，其特征在于，

所述基板与所述PCB测试板进行焊接固定后，所述基板的平整度误差小于或等于50微米，及所述锡球的焊点和所述基板的距离小于或等于120微米。

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