在晶圓制造完成之后，芯片切割封裝之前，通常需要進行晶圓級電性能測試，通過探針與晶圓Pad或Bump建立臨時電連接，以篩選出性能符合要求的Die。

隨著先進制程、高密度I/O以及晶圓級測試的發展，測試點數量越來越多、Pitch不斷縮小，對探針卡的接觸精度和一致性也提出了更高要求，MEMS探針卡因此逐漸應用于高密度晶圓測試。

MEMS探針卡示意圖，僅作展示

那么，MEMS探針卡是什么？它由哪些結構組成？探針在測試過程中涉及哪些機械性能？探針接觸力、壓縮位移及一致性應該如何保證？本文科準測控小編將從MEMS探針卡的結構和工作方式出發，重點介紹探針機械性能及Alpha-W260推拉力測試機在MEMS探針卡測試中的應用。

一、什么是MEMS探針卡？

MEMS探針卡是一類利用微機電系統（MEMS）制造技術加工微型探針或探針結構，用于晶圓級電性能測試的精密測試接口。

測試時，將探針卡安裝在測試設備上，探針按照芯片Pad、Bump等測試點的位置進行排列。當晶圓移動到指定測試位置后，探針與對應測試點接觸，從而在晶圓與測試機之間建立臨時電連接。

與傳統尺寸較大的探針結構相比，MEMS工藝可以實現更加微型化、陣列化的探針結構，并通過精密加工控制探針尺寸、Pitch及排列方式，因此適合測試點數量較多、間距較小的晶圓測試應用。

二、MEMS探針卡有哪些關鍵機械結構？

從機械測試角度來看，MEMS探針卡比較值得關注的是探針本體、探針固定位置以及探針與晶圓之間的接觸區域。

1. MEMS微型探針

MEMS探針是探針卡直接與晶圓Pad或Bump接觸的部件。

探針通常需要具有一定的彈性變形能力。當探針接觸晶圓并繼續產生一定Overdrive后，探針發生彈性變形，同時向Pad施加接觸力。

探針既不能過軟，也不能過硬。接觸力過小，可能影響探針與Pad之間的穩定接觸；接觸力過大，則可能增加Pad損傷以及探針自身機械負荷。

2. 探針尖

Probe Tip是MEMS探針與晶圓直接接觸的位置。

在反復測試過程中，探針尖需要經歷大量接觸—分離循環，同時還可能與Pad表面發生摩擦。因此需要關注探針尖的尺寸、位置、高度一致性、磨損以及接觸狀態。

探針尖狀態發生變化后，可能進一步影響接觸力和電接觸穩定性。

3. 探針彈性結構

不同MEMS探針設計會采用不同的梁、彈簧或其他微機械結構產生彈性變形。

當探針產生一定壓縮位移時，彈性結構提供對應的反作用力。

因此，MEMS探針的機械性能通常具有明顯的Force—Displacement（力—位移）關系。

4. 探針固定及連接區域

MEMS探針還需要通過相應結構固定在基板或空間轉換結構上。

除了探針尖接觸性能外，探針根部、固定位置以及相關連接界面的機械可靠性，也會影響探針在長期重復測試中的穩定性。

尤其在大量循環接觸之后，需要關注是否出現探針偏移、永變形或局部連接失效。

三、MEMS探針機械性能怎么測？

MEMS探針的機械測試是根據實際需求評價單根探針或探針陣列在規定位移條件下的受力變化和機械穩定性。

1. 單根探針接觸力測試

單針接觸力是MEMS探針機械性能中比較直觀的參數。

測試時，通過微型壓頭或平頭探針對目標探針進行加載，使探針產生規定方向的位移。

隨著壓頭繼續移動，探針逐漸發生彈性變形，力傳感器同步記錄受力變化。

通過測試可以獲得規定位移下的接觸力；最大力值；加載過程中的力值變化。

對于不同位置的探針，還可以在相同測試條件下進行比較。

2. 探針力—位移測試

僅測一個最大力值并不能完整反映MEMS探針的機械響應。

因此，可以在加載過程中同步記錄力值與位移，得到Force—Displacement曲線。

例如：

位移較小時，觀察探針初始接觸后的受力變化；

隨著位移增加，分析探針彈性結構的響應；

卸載后，再觀察探針是否能夠恢復至原始狀態。

通過曲線可以進一步分析探針在不同壓縮位移下的機械響應及一致性。

3. 探針陣列一致性測試

實際MEMS探針卡往往不是一根探針，而是由大量微型探針組成陣列。

因此，僅測試其中一根探針并不能全代表整張探針卡的狀態。

對于具備測試條件的探針陣列，可以選取不同位置進行多點測試，例如：中心區域；邊緣區域；不同功能區域；不同批次探針。

記錄每個位置在相同位移條件下的力值，并比較數據離散程度，可以用于分析探針機械性能的一致性。

4. 探針固定強度測試

如果需要評價探針與基板或固定結構之間的連接可靠性，可以根據實際結構設計相應的推力、拉力或其他機械加載方式。

測試重點主要是判斷探針固定區域在規定載荷下是否發生：脫落、斷裂、塑性變形或連接界面失效。

這類測試需要根據具體MEMS探針結構選擇加載位置，不能直接套用統一測試參數。

四、推拉力測試機在MEMS探針卡中的應用

MEMS探針通常具有尺寸小、Pitch密、單針力值小、測試點數量多等特點，因此進行機械性能測試時，對測試設備的力值分辨能力、位移控制以及微小位置定位都有較高要求。

科準測控Alpha-W260自動推拉力測試機可根據MEMS探針卡實際結構配置相應力值模塊、微型壓頭及測試工裝，通過顯微視覺系統對目標探針位置進行定位。

針對不同測試需求，可用于：MEMS單針接觸力測試；探針Force—Displacement力—位移測試；不同探針位置力值一致性測試；探針固定結構推力/拉力測試；部分微型連接結構機械強度測試。對于規則排列的探針陣列，還可以根據實際結構進行多測試點定位，將不同探針位置與對應力值數據進行記錄，從而比較不同位置探針的機械響應。

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