專利名稱：基于彈性基底的微電子機(jī)械系統(tǒng)探卡制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于彈性基底的微電子機(jī)械系統(tǒng)探卡制備方法，制得的探卡用于集成電路芯片測試，屬于集成電路測試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體晶圓測試是通過在未切割狀態(tài)下對晶圓片以及晶圓片上的集成電路進(jìn)行包括短路、斷路等電性能測試，來檢查晶圓片以及晶圓片上的集成電路理想工作狀態(tài)，從而得以找出提高成品率、降低芯片制造成本以及提升芯片功能的方法。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)向更大集成度和更高速度發(fā)展，使得輸入/輸出(Input/Output)的數(shù)量急劇增加，芯片引腳的尺寸和間距相應(yīng)縮小。這樣不僅制造技術(shù)非常重要，產(chǎn)品的檢測手段也變得更加關(guān)鍵，傳統(tǒng)手工制作的環(huán)氧樹脂針型探卡越來越難以滿足使用要求。隨著微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMSMicroelectro mechanical systems)技術(shù)的發(fā)展，給探卡的制備帶來了新的方法，并取得了很大進(jìn)展。目前報道了多種采用不同方法實(shí)現(xiàn)的MEMS探卡，如MasoudZargari等人在“A BiCOMS Active Substrate Probe-Card Technology for DigitalTesting”(IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.34，No.8，August 1999)文章中報道制作的薄膜探卡，是在聚酰亞胺薄膜加工出接觸凸點(diǎn)并用光刻的微傳輸線進(jìn)行連接，兩個探針之間距離縮小到100μm，提高了平面度，減小了對焊墊的損害，同時可以縮短信號通路長度，降低傳輸信號受到的干擾。但是因?yàn)楸∧ぬ娇ㄉ系乃刑结槺仨氃谝粋€單一應(yīng)力下同時接觸到芯片，所以隨著芯片復(fù)雜度和接觸點(diǎn)數(shù)量的增加而成為嚴(yán)重問題。Younghak Cho等人在“Si-based microprobe card with shape knife-edged tips combined metal deposition”(The 12thinternational conference on solid sensors and microsystems，Boston，June 8-12，2003)文章中報道了通過硅微加工技術(shù)制作的懸臂梁型探針結(jié)構(gòu)，但是這類MEMS探卡的主要問題是探針的尺寸繼續(xù)減小時不能承受和產(chǎn)生破壞金屬引腳表面上自然氧化層或者污染層所需要的應(yīng)力。靖向萌等申請的一種簡支梁型微電子機(jī)械系統(tǒng)探卡及其制備方法(專利申請?zhí)?00610117283.3)，采用UV-LIGA多次光刻、電鑄工藝在玻璃或硅片基片上制備彈性金屬探針，在結(jié)構(gòu)上采用簡支梁結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的懸臂梁結(jié)構(gòu)，能夠承受和產(chǎn)生更大的應(yīng)力，通過電鍍金屬電路引線的方法將信號從探針引向外圍，并通過點(diǎn)焊連接到PCB板上，便于探針的維修和更換，但是該技術(shù)工藝步驟較多。
利用MEMS加工工藝，制備出探針數(shù)量多、間距小、能夠承受更大應(yīng)力的彈性探卡，并且能夠連接現(xiàn)有外圍設(shè)備成為探卡的發(fā)展趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于彈性基底的微電子機(jī)械系統(tǒng)探卡制備方法，具有工藝簡單，成品率高，探針形狀尺寸可控，能夠承受更大的應(yīng)力等優(yōu)點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明采用二次光刻和電鑄工藝，在玻璃或硅片基片表面依次涂覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)和聚酰亞胺(PI)構(gòu)成彈性基底，用以代替目前的懸臂梁結(jié)構(gòu)和簡支梁結(jié)構(gòu)，來承受和產(chǎn)生更大的刺穿氧化膜應(yīng)力，并通過改變彈性基底的厚度來調(diào)節(jié)探針的位移量。彈性基底上布置電路引線，探針位于電路引線的頂端，并按照所要測試的芯片引腳的位置陣列排布，探針針尖與相應(yīng)的芯片引腳位置一一對應(yīng)。探針的底端是電鑄獲得的電路引線，電路引線從探針底端連接到探卡外圍，外圍再通過點(diǎn)焊連接到對應(yīng)的印刷電路板上面，從而連通從探針到測試機(jī)臺的信號電路。
本發(fā)明的方法通過如下步驟實(shí)現(xiàn)1、采用玻璃或者硅片為基片，用去離子水清洗基片，烘干；然后在基片表面涂覆100-500μm彈性基底聚二甲基硅氧烷(PDMSPolydimethylsiloxane)，再在PDMS上涂覆50-200μm厚的聚酰亞胺(PIPolyimide)用于增加結(jié)合力和防止PDMS在濺射時的開裂。
2、在聚酰亞胺表面濺射50-150nm的Cr/Cu金屬底膜，然后光刻、電鑄銅或金，制備高度1-20μm、線寬5-100μm的電路引線。
3、在電路引線頂端，光刻、電鑄金屬鎳，制備高度20-100μm、直徑5-50μm的探針。
4、去除光刻膠，去除聚酰亞胺上的Cr/Cu金屬底膜。
5、采用點(diǎn)焊的方法連接電路引線與印刷電路板。
利用本發(fā)明制造的基于彈性基底的MEMS探卡優(yōu)點(diǎn)在于(1)工藝簡單，成品率高，只采用二次光刻電鑄工藝，該方法可以很好的控制探針形狀尺寸，具有很高的套刻精度，非常適于大規(guī)模生產(chǎn)；(2)相對于目前懸臂梁型MEMS探卡，本發(fā)明的探卡能夠承受和產(chǎn)生更大的應(yīng)力；(3)通過電鑄金屬電路引線的方法將信號從探針引向外圍，并通過點(diǎn)焊連接到印刷電路板上，便于探針的維修和更換，相對于通孔引線方法，可以節(jié)約成本，擴(kuò)大探卡制備的適應(yīng)性；(4)玻璃基片及金屬探針結(jié)構(gòu)都耐高溫，適用于芯片老化試驗(yàn)，(5)與簡支梁型微電子機(jī)械系統(tǒng)探卡相比，本發(fā)明的制作工藝更簡單，成本更低。


圖1為本發(fā)明提供的基于彈性基底的MEMS探卡結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中，1為基片，2為聚二甲基硅氧烷(PDMS)，3為聚酰亞胺(PI)，5為電路引線，7為探針。
圖2為本發(fā)明的基于彈性基底的MEMS探卡的制作工藝流程。
圖2中，1為基片，2為聚二甲基硅氧烷(PDMS)，3為聚酰亞胺(PI)，4為金屬底膜，5為電路引線，6為光刻膠，7為探針。
步驟1涂覆PDMS和聚酰亞胺；步驟2濺射、光刻、電鑄電路引線；步驟3光刻、電鑄金屬探針；步驟4去除光刻膠和金屬底膜。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。
實(shí)施例1探卡結(jié)構(gòu)參數(shù)玻璃基片，聚二甲基硅氧烷厚度100μm，聚酰亞胺厚度100μm，銅電路引線，探針直徑20μm，探針高度20μm。
制備方法如圖2所示(1)彈性基底制備采用厚度為2mm的玻璃片為基片1，首先進(jìn)行基片處理用丙酮、酒精和去離子水超聲清洗干凈，在180℃真空爐中烘干3小時。然后在基片上旋涂厚度為100μm厚的聚二甲基硅氧烷2，轉(zhuǎn)速為1000rpm，在80℃下2小時進(jìn)行固化，然后旋涂厚度為100μm的聚酰亞胺3，轉(zhuǎn)速為1000rpm，在250℃下2小時進(jìn)行固化。
(2)金屬電路引線制作首先在聚酰亞胺表面濺射100nm的Cr/Cu金屬底膜4，旋涂7μm厚的正膠AZ4620，采用德國Karl Suss公司MA6光刻機(jī)曝光，曝光時間為50秒，顯影時間為60秒，電鑄厚度5μm、寬度20μm的金屬銅電路引線5，電流強(qiáng)度200mA，電鑄時間50分鐘。
(3)金屬探針制作在金屬電路引線上旋涂22μm厚的正膠AZ4903(光刻膠6)，曝光時間為220秒，顯影時間為180秒，電鑄20μm厚的金屬鎳探針7，電流強(qiáng)度為12mA，電鑄時間為60分鐘。
(4)光刻膠和金屬底膜的去除在5.5mW/cm2曝光機(jī)下曝光5分鐘，然后在顯影液中顯影10分鐘，去除光刻膠6。聚酰亞胺表面的Cr/Cu金屬底膜4采用氬氣等離子體刻蝕的方法去除，刻蝕功率20kW，氣體流量40sccm，刻蝕時間15分鐘。
(5)采用點(diǎn)焊的方法連接電路引線與印刷電路板，完成探卡制備。
實(shí)施例2探卡結(jié)構(gòu)參數(shù)玻璃基片，PDMS厚度200μm，聚酰亞胺厚度50μm，銅電路引線，探針直徑50μm，探針高度40μm。
(1)彈性基底制備采用厚度為2mm的玻璃片為基片，首先進(jìn)行基片處理用丙酮、酒精和去離子水超聲清洗干凈，在180℃真空爐中烘干3小時。然后在基片上旋涂厚度為200μm厚的聚二甲基硅氧烷，轉(zhuǎn)速為600rpm，在85℃下2小時進(jìn)行固化，然后旋涂厚度為50μm的聚酰亞胺，轉(zhuǎn)速為2000rpm，在250℃下2小時進(jìn)行固化。
(2)金屬電路引線制作首先在聚酰亞胺表面濺射100nm的Cr/Cu金屬底膜，旋涂7μm厚的正膠AZ4620，采用德國Karl Suss公司MA6光刻機(jī)曝光，曝光時間為50秒，顯影時間為60秒，電鑄厚度為5μm、寬度為20μm的金屬銅電路引線，電流強(qiáng)度200mA，電鑄時間50分鐘。
(3)金屬探針制作在電路引線上旋涂22μm厚的正膠AZ4903，曝光時間為220秒，顯影時間為180秒，電鑄20μm厚的金屬鎳，電流強(qiáng)度為12mA，電鑄時間為60分鐘；為增加探針高度，重復(fù)此工藝一次，在探針上方旋涂22μm厚的正膠AZ4903，曝光時間為220秒，顯影時間為180秒，電鑄20μm厚的金屬鎳探針，電流強(qiáng)度為12mA，電鑄時間為60分鐘。
(4)光刻膠和金屬底膜的去除在5.5mW/cm2曝光機(jī)下曝光5分鐘，然后在顯影液中顯影10分鐘，去除光刻膠。底端的Cr/Cu金屬底膜采用氬氣等離子體刻蝕的方法去除，刻蝕功率20kW，氣體流量40sccm，刻蝕時間15分鐘。
(5)采用點(diǎn)焊的方法連接電路引線與印刷電路板，完成探卡制備。
實(shí)施例3探卡結(jié)構(gòu)參數(shù)硅基片，PDMS厚度500μm，聚酰亞胺厚度50μm，金電路引線，探針直徑5μm，探針高度20μm。
(1)彈性基底制備采用厚度為1mm的硅片為基片，首先進(jìn)行基片處理用丙酮、酒精和去離子水超聲清洗干凈，在180℃真空爐中烘干3小時。然后在基片上旋涂厚度為500μm厚的聚二甲基硅氧烷，轉(zhuǎn)速為200rpm，在90℃下2小時進(jìn)行固化，然后旋涂厚度為50μm的聚酰亞胺，轉(zhuǎn)速為2000rpm，在250℃下2小時進(jìn)行固化。
(2)金屬電路引線制作首先在聚酰亞胺表面濺射100nm的Cr/Cu金屬底膜，旋涂7μm厚的正膠AZ4620，采用德國Karl Suss公司MA6光刻機(jī)曝光，曝光時間為50秒，顯影時間為60秒，電鑄厚度5μm、寬度為20μm的金屬金電路引線，電流強(qiáng)度為200mA，電鑄時間為50分鐘。
(3)金屬探針制作在電路引線上方旋涂22μm厚的正膠AZ4903，曝光時間為220秒，顯影時間為180秒，電鑄20μm厚的金屬鎳探針，電流強(qiáng)度為12mA，電鑄時間為60分鐘。
(4)光刻膠和金屬底膜的去除在5.5mW/cm2曝光機(jī)下曝光5分鐘，然后在顯影液中顯影10分鐘，去除光刻膠。底端的Cr/Cu金屬底膜采用氬氣等離子體刻蝕的方法去除，刻蝕功率20kW，氣體流量40sccm，刻蝕時間15分鐘。
(5)采用點(diǎn)焊的方法連接電路引線與印刷電路板，完成探卡制備。
權(quán)利要求
1.一種基于彈性基底的微電子機(jī)械系統(tǒng)探卡，包括基片(1)、探針(7)和電路引線(5)，其特征在于所述基片(1)表面依次涂覆聚二甲基硅氧烷(2)和聚酰亞胺(3)構(gòu)成彈性基底，彈性基底上布置電路引線(5)，探針(7)位于電路引線(5)的頂端，并按照所要測試的芯片引腳的位置陣列排布，探針針尖與相應(yīng)的芯片引腳位置一一對應(yīng)，探針(7)底端的電路引線(5)連到外圍通過點(diǎn)焊連接到印刷電路板上，再通過印刷電路板連接到測試機(jī)臺。
2.如權(quán)利要求1的基于彈性基底的微電子機(jī)械系統(tǒng)探卡的制備方法，其特征在于包括如下步驟1)采用玻璃或者硅片為基片，用去離子水清洗并烘干；然后在基片表面涂覆100-500μm聚二甲基硅氧烷，再在聚二甲基硅氧烷上涂覆50-100μm厚的聚酰亞胺；2)在聚酰亞胺表面濺射50-150nm的Cr/Cu金屬底膜，然后光刻、電鑄銅或金，制備高度2-20μm、線寬5-100μm的電路引線；3)在電路引線頂端，光刻、電鑄金屬鎳，制作高度20-100μm、直徑5-50μm的金屬探針；4)去除光刻膠，去除聚酰亞胺上的Cr/Cu金屬底膜；5)采用點(diǎn)焊的方法連接電路引線與印刷電路板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于彈性基底的微電子機(jī)械系統(tǒng)探卡制備方法，采用二次光刻和電鑄工藝，在玻璃或硅基片表面依次涂覆聚二甲基硅氧烷和聚酰亞胺構(gòu)成彈性基底，用以代替目前的懸臂梁和簡支梁結(jié)構(gòu)，來承受和產(chǎn)生更大的刺穿氧化膜應(yīng)力，并通過改變彈性基底厚度來調(diào)節(jié)探針的位移量。彈性基底上布置電路引線，探針位于電路引線的頂端，并按照所要測試的芯片引腳的位置陣列排布，探針針尖與相應(yīng)的芯片引腳位置一一對應(yīng)。探針的底端是電鑄獲得的電路引線，電路引線從探針底端連接到探卡外圍，外圍再通過點(diǎn)焊連接到對應(yīng)的印刷電路板上面，從而連通從探針到測試機(jī)臺的信號電路。本發(fā)明制造的探卡工藝簡單，成品率高，具有很高的套刻精度，能夠承受更大的應(yīng)力。
文檔編號G01R31/26GK101078738SQ20071004231
公開日2007年11月28日 申請日期2007年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月21日
發(fā)明者陳迪, 靖向萌, 陳翔, 朱軍, 劉景全 申請人:上海交通大學(xué)