一种用于半导体芯片BGA封装测试的精密柔性探针的制作方法

一种用于半导体芯片bga封装测试的精密柔性探针
技术领域
1.本实用新型涉及一种用于半导体芯片bga封装测试的精密柔性探针，属于半导体芯片bga封装测试技术领域。


背景技术：

2.bga（ball grid array）封装是20世纪末出现的一种高密度半导体封装芯片封装技术，bga封装以焊球代替引线，以置球技术等工艺把金属焊球（凸点）矩阵式的分布在基板底部，解决了多功能、高集成度、高速低功耗、多引线集成电路电路芯片的封装问题。
3.为了确保封装效果，需要对半导体芯片bga封装后的阵列进行检测，现有技术的封装测试主要采用bga封装测试座，测试座里面由无数的pogo pin组成，在测试过程中测试底座里面的针端会顶出并夹住封装后的金属焊球，这种操作有很大概率会扯掉封装后的金属焊球，或是戳伤bga封装后的元器件，测试损伤较大、效果不好。此外，随着集成度越来越高、空间不变，半导体芯片的元器件的体积不断压缩，原先的测试位置的pin间距同样会压缩，传统bga封装测试座虽然可以满足封装间距在0.25
‑
0.5mm之间的测试要求，但是矩阵排列低于0.2mm的极难达到要求，因此，高精密的、矩阵排列密集的bga封装测试底座多是依托进口（日韩居多，少部分来自于欧美），测试成本较高。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中bga封装测试损伤大、效果差、难以满足球栅阵列排列间距测试需求的问题，本实用新型提出了一种用于半导体芯片bga封装测试的精密柔性探针，利用薄膜状的探针与bga封装后的金属焊球压接实现球珊阵列的检测，测试速度快、器件损伤小，而且探针的精密度更好。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术手段：
6.本实用新型提出了一种用于半导体芯片bga封装测试的精密柔性探针，包括探针单元和辅助加强单元，所述探针单元包括基板、探针本体、pin端和金手指，所述探针本体设置在基板的表面，探针本体之间的距离与半导体bga封装的球栅阵列排列间距一致，所述pin端安装在基板一面的中间位置，所述金手指安装在基板任一面的边缘，探针本体的两端分别连接pin端和金手指；所述探针单元未安装pin端的一面通过uv胶与辅助加强单元连接。
7.进一步的，所述基板采用镀有金属层的柔性板材，基板的厚度范围为25~50um，基板上金属层的厚度范围为12~40um；所述探针本体为设置在基板的金属层上的薄膜探针。
8.进一步的，所述基板采用软性覆铜板材料。
9.进一步的，所述辅助加强单元为中间镂空的矩形板块，当探针单元与辅助加强单元连接时，辅助加强单元的镂空位置与探针单元中设置探针的位置重合。
10.进一步的，在探针单元的基板和辅助加强单元的相同位置上设置有定位销孔。
11.进一步的，所述辅助加强单元采用补强材料，辅助加强单元的厚度范围为0.1~
0.3mm。
12.采用以上技术手段后可以获得以下优势：
13.本实用新型提出了一种用于半导体芯片bga封装测试的精密柔性探针，在探针单元的基板上设置探针本体，并将探针本体与pin端连接，使其间距与半导体bga封装球栅阵列排列间距一致，在后续测试过程中，探针可以和bga封装后的金属焊球紧密压接在一起，进行信号传输，实现bga封装测试，与传统探针相比，本实用新型的操作更加方便，测试速度更快。由于本实用新型中的探针本体是设置在基板的金属层上的，因此探针更薄、更细，探针本体之间的间距精确度更高，适应于任何阵列排布精度的半导体芯片bga封装测试，而且与国外高精度bga封装测试底座相比，本实用新型的成本更低。
14.本实用新型探针的辅助加强单元采用补强材料，并设置成镂空结构，在压接bga封装位置进行测试时，探针可以在辅助加强单元的镂空区域形成一定绷直的张力，进而实现软接触，可以避免bga封装的金属焊球脱落，减小bga封装测试损伤。
附图说明
15.图1为本实用新型一种用于半导体芯片bga封装测试的精密柔性探针的结构示意图；
16.图2为本实用新型实施例中探针单元的结构示意图；
17.图3为本实用新型实施例中辅助加强单元的结构示意图；
18.图中，1是探针单元，2是辅助加强单元，3是基板，4是pin端，5是金手指，6是定位销孔。
具体实施方式
19.下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明：
20.本实用新型提出了一种用于半导体芯片bga封装测试的精密柔性探针，如图1所示，精密柔性探针主要包括探针单元1和辅助加强单元2，探针单元的一面通过uv胶或其他胶类贴覆并固化在辅助加强单元上，探针单元用来连接待测试的半导体芯片和测试设备，进行电信号传输，辅助加强单元用来支撑探针单元。
21.如图2所示，探针单元主要包括基板3、探针本体、pin端4和金手指5，基板采用镀有金属层的柔性板材，具体的采用软性覆铜板材料，基板的厚度范围为25~50um，基板上金属层的厚度范围为12~40um，探针本体设置在基板的金属层上，受到基板材料的影响，探针本体为柔性薄膜探针，压接受力后可发生一定形变；具体的，本实用新型的探针本体及其金属线路是利用基板表面的金属制作而成的，探针本体之间的距离与半导体bga封装的球栅阵列排列间距一致，确保进行bga测试的时候可以与金属焊球紧密连接，根据不同的探针大小或间距要求，基板上可以镀多层金属，基板上除了探针本体之外的金属线路需要进行绝缘处理。探针本体的一端与pin端连接，另一端与金手指连接，pin端用来压接bga封装的金属焊球，金手指用来连接测试设备，探针单元可以实现电信号传递功能。
22.在本发明实施例中，pin端安装在基板的一面，并以基板的中间位置为中点向外安装，金手指安装在基板任一面的边缘处，相邻金手指的长度不一样，通常按照一长一短间隔开来的形式安装，这样可以方便布线。一般情况下，金手指与pin端安装在同一面上，但是当
测试所需的探针数量较多时，探针本体对应的pin端也较多，可能出现基板一面全是pin端、没有足够的位置安装金手指的情况，这时金手指可以安装在基板另一面上，此外，如果金手指数量过多，也可以堆叠安装。
23.如图3所示，辅助加强单元采用补强材料，如fr4、钢片等，辅助加强单元设计成中间镂空的矩形板块，其厚度范围为0.1~0.3mm。当探针单元与辅助加强单元连接时，辅助加强单元的镂空位置与探针单元中设置探针的位置重合，辅助加强单元的高度可以给探针单元提供一定的形变空间。为了方便对齐探针单元和辅助加强单元，本实用新型在探针单元的基板和辅助加强单元的相同位置上设置有定位销孔6，通过穿过定位销孔的螺栓/定位销钉可以将精密柔性探针固定在测试机台的压头上。
24.本实用新型探针的制备方法为：根据待测试芯片bga封装区域的结构图纸等信息进行探针设计，根据bga封装位置、数量、阵列间距等确定探针的数量、排列、间距等，bga封装金属焊球的间距与探针本体之间的间距相同，球栅阵列中金属焊球的大小与针端直径的大小相同，一般薄膜探针本体针端的pad尺寸大小是金属焊球直径的1/2，若金属焊球直径低于0.1mm，则针端的pad尺寸大小按照1:1设计。完成探针设计后，根据设计结果切割补强材料得到辅助加强单元，切割软性覆铜板得到基板，在基板的金属层上一次性制作所有探针本体及其线路，获得探针单元，通过uv固化胶或是纯胶进行探针单元和辅助加强单元的压合，压合时考量张力数据，使探针单元贴覆在辅助加强单元上时，在辅助加强单元的镂空区域形成一定绷直的张力，辅助加强单元的厚度可以在镂空区域镂空后形成一定的镂空高度，便于探针单元压接测试位置时有一定的形变空间，这样探针在压接bga封装位置进行测试时可以实现软接触，不会硬碰硬的压接bga封装区的球栅阵列，从而实现对探针和芯片的保护，防止金属焊球在测试过程中破损、划伤或脱落。
25.本实用新型精密柔性探针的工作原理如下：
26.本实用新型精密柔性探针的探针单元向外、辅助加强单元向内，通过穿过定位销孔的螺栓/定位销钉将精密柔性探针固定在测试机台的压头上，进行芯片测试时，压头带着精密柔性探针下压，基板上的pin端与芯片bga封装的金属焊球压接在一起，实现电连接，与此同时，探针单元在压力的作用下可以向辅助加强单元的镂空位置形变，减轻压力，实现探针和芯片的软接触；测试机台输出的电信号依次通过金手指、探针本体、pin端输入芯片，芯片响应的信号依次通过pin端、探针本体、金手指输入测试机台，实现bga封装测试功能。
27.传统的杆式或刀片式探针是在固定的模具上将一根根探针插进去组装起来，而本实用新型探针不需要进行组装，是直接设置在基板的金属层上的，可以在探针生产过程中一体成型，探针更薄、更细，探针本体之间的间距精确度更高，能够满足更小间距的测试需求，而且本实用新型精密柔性探针的操作更加方便、测试速度更快，测试实现软接触，不容易损伤芯片。本实用新型的精密柔性探针可以有效的解决集成芯片bga封装后的金属焊球（凸点）矩阵式的分布以及焊盘式矩阵式分布的性能测试问题，在芯片矩阵式排列的数量上、精度上（焊盘的间距）、测试压接的损伤都能完美的替换掉传统的bga封装测试底座并达到高要求的测试水准。
28.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。