一种MEMS悬臂探针的激光焊接方法与流程

本发明涉及半导体，尤其涉及一种mems悬臂探针的激光焊接方法。

背景技术：

1、在测试存储类芯片的探针卡的制造流程中，需要将mems悬臂探针（简称探针）焊接在空间转换器陶瓷基板上（简称基板），特别是在微机电系统(mems, micro-electro-mechanical system)，以光刻、外延、薄膜淀积、氧化、扩散、注入、溅射、蒸镀、刻蚀、划片和封装等为基本工艺步骤来制造复杂三维形体的微加工技术。

2、在测试过程中，探针与芯片引脚接触完成电信号的发送和采集并通过基板和测试机完成数据传输。因此，探针与基板之间的焊接质量尤为重要。一方面，要求焊接部位的焊锡材料能够确保探针与基板之间的导通良好，且探针之间或探针与基板的其他电路不发生短路；另一方面，要求焊锡材料为探针附着于基板上提供足够的强度，以保证测试过程中在探针受到应力时不会发生脱落或倾倒等失效情况。随着半导体制程的进步，芯片引脚间距及对应探针间距也越来越小，现有的常规探针焊接工艺逐渐无法应对，需要更先进的焊接方法。

3、现有技术中常规的探针焊接方法为：（1）将探针针尾进行植锡；（2）通过机械手臂将探针放置在基板焊盘之上；（3）用点光源激光照射锡膏加热至锡膏融化；（4）冷却。完成探针和基板之间的装配。

4、现有技术缺陷

5、（1）为了保证焊接强度，植锡量较大，需要焊后锡完全包覆针尾。即，需要更大的激光功率才能融化锡膏。由此，在进行小间距探针焊接时，容易导致探针之间焊锡的桥接、短路，锡球飞溅和残留，以及激光对探针和基板造成损伤等一系列缺陷。

6、（2）相应地，如果减少锡膏使用量，则无法确保焊接强度符合使用要求。

7、（3）锡膏在受到激光照射并融化后，容易产生“爬锡”的现象，即锡膏沿针尾向更高的方向流动，导致焊接强度下降。

8、（4）点光源激光的特性是在针尾长度方向上，激光功率分布不均匀，造成局部烧糊或锡球融化不完全等缺陷。

9、（5）激光从探针一侧入射，探针两端的锡膏融化行为有差异，则探针受力下的强度均匀性下降。

10、因此，急需研发一种mems悬臂探针的激光焊接方法，能够优化了探针与基板的焊接效果，使其更加适用于高密度，窄间距植针；显著提升了焊接的可靠性、均匀性及良率。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提供一种mems悬臂探针的激光焊接方法，能够优化了探针与基板的焊接效果，使其更加适用于高密度，窄间距植针；显著提升了焊接的可靠性、均匀性及良率。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种mems悬臂探针的激光焊接方法，包括:

3、悬臂探针的焊接部上设置为凹凸的焊接面；

4、焊接部上进行镀层，镀层附着在焊接面上；

5、在焊接部上覆盖锡膏，且锡膏附着在镀层上；

6、焊接面与基板上的焊接位接触，加热焊接部，凹凸的焊接面上形成的凹槽作为收纳至少部分锡膏的流道；

7、悬臂探针通过锡膏热熔后与基板上的焊接位焊接组装。

8、本发明一个较佳方案中，悬臂探针包括悬臂，悬臂的一端为针尾，悬臂的另一端设置有探针触点；针尾上设置有焊接部，且悬臂自焊接部的一侧延伸向外。

9、本发明一个较佳方案中，通过激光光斑照射在焊接部上，对焊接部进行加热；

10、激光光斑的光斑形态与焊接部的形状匹配形成适应形光斑。

11、本发明一个较佳方案中，适应形光斑采用的是与焊接部立面形状相配合的矩形光斑，且矩形光斑覆盖镀层上；

12、和/或，适应形光斑的上边缘和焊接部的镀层的上边缘重合，激光照射在焊接部上，适应形光斑不照射在基板上，热量从针尾的焊接部传递至基板。

13、本发明一个较佳方案中，焊接部上镀层区域的长度为600um，高度为150~200um；

14、和/或，镀层的镀层厚度为2um；

15、和/或，镀层采用的是镀金层；

16、和/或，适应形光斑的激光调整为宽为600um，高尾120um的面扫光斑；

17、和/或，焊接面为锯齿形结构。

18、本发明一个较佳方案中，针尾的底部距离基板预留缝隙的高度为3~7um。

19、本发明一个较佳方案中，锡膏蘸取量按照锡膏覆盖针尾上镀层区域面积占比来计算，使用时排布的相邻悬臂探针之间的相邻探针间距<80um时，锡膏蘸取量不超过70%；且随着悬臂探针的植针密度增加，锡膏蘸取量逐渐减小，单不可低于30%；

20、和/或，当锡膏用量超过镀层区域面积70%，调整针尾的底部距离基板的预留缝隙的高度为5~7um；当锡膏用量不超过镀金层区域面积的70%，调整预留缝隙的高度为3~5um。

21、具体的，锡膏用量的多少取决于使用时排布的相邻悬臂探针之间的相邻间距的植针密度的大小，为避免桥接短路情况的发生，一般悬臂探针的相邻探针间距>80um使用较多的锡膏的用量，悬臂探针的相邻探针间距<80um时则使用较少的锡膏用量。

22、本发明一个较佳方案中，适应形光斑的激光功率采用的是逐级递增的阶梯功率，阶梯功率的总跨度变化范围是14%~40%，且每级功率的激光作用时间控制在400ms±200ms，每级功率之间递增量不超过4%。

23、本发明一个较佳方案中，当完成一排悬臂探针的植针后，通过点胶在针尾处涂布焊接补强胶。

24、具体的，热固化胶水采用的是红胶。

25、本发明一个较佳方案中，焊接补强胶采用uv胶或红胶吃进深度在200~400um，高度在20~300um；uv胶使用紫外线照射进行固化，照射时间在10~60s；

26、和/或，焊接补强胶采用热固化胶水，热固化胶水通过加热固化，加热稳定为100~150℃，加热时间为60s~5min。

27、本发明解决了背景技术中存在的缺陷：

28、本发明公开的一种mems悬 臂探针的激光焊接方法，能够优化了探针与基板的焊接效果，使其更加适用于高密度，窄间距植针；显著提升了焊接的可靠性、均匀性及良率。

29、本发明通过采用较低功率激光、面激光照射、较少的锡膏用量、针尾焊接区镀金、探针针尾锯齿设计的方法优化了探针与基板的焊接效果，使其更加适用于高密度，窄间距植针。并通过针尾点胶工艺增补了焊接强度，极大地降低了桥接、冷焊、爬锡、局部烧糊、锡球不完全融化等缺陷发生的概率，显著提升了焊接的可靠性、均匀性及良率。

技术特征：

1.一种mems悬臂探针的激光焊接方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种mems悬臂探针的激光焊接方法，其特征在于：所述悬臂探针（1）包括悬臂（5），所述悬臂（5）的一端为针尾（2），所述悬臂（5）的另一端设置有探针触点（6）；所述针尾（2）上设置有所述焊接部（21），且所述悬臂（5）自所述焊接部（21）的一侧延伸向外。

3.根据权利要求2所述的一种mems悬臂探针的激光焊接方法，其特征在于：通过激光光斑照射在所述焊接部（21）上，对所述焊接部（21）进行加热；

4.根据权利要求3所述的一种mems悬臂探针的激光焊接方法，其特征在于：所述适应形光斑（b）采用的是与所述焊接部（21）立面形状相配合的矩形光斑，且所述矩形光斑覆盖所述镀层（3）上；

5.根据权利要求1所述的一种mems悬臂探针的激光焊接方法，其特征在于：所述焊接部（21）上镀层区域的长度为600um，高度为150~200um；

6.根据权利要求2所述的一种mems悬臂探针的激光焊接方法，其特征在于：所述针尾（2）的底部距离基板（7）预留缝隙的高度为3~7um。

7.根据权利要求6所述的一种mems悬臂探针的激光焊接方法，其特征在于：锡膏（23）蘸取量按照锡膏覆盖针尾（2）上镀层区域面积占比来计算，使用时排布的相邻悬臂探针（1）之间的相邻探针间距<80um时，锡膏（23）蘸取量不超过70%；且随着悬臂探针（1）的植针密度增加，锡膏蘸取量逐渐减小，单不可低于30%；

8.根据权利要求3所述的一种mems悬臂探针的激光焊接方法，其特征在于：所述适应形光斑（b）的激光功率采用的是逐级递增的阶梯功率，阶梯功率的总跨度变化范围是14%~40%，且每级功率的激光作用时间控制在400ms±200ms，每级功率之间递增量不超过4%。

9.根据权利要求2所述的一种mems悬臂探针的激光焊接方法，其特征在于：当完成一排悬臂探针（1）的植针后，通过点胶在针尾（2）处涂布焊接补强胶（c）。

10.根据权利要求9所述的一种mems悬臂探针的激光焊接方法，其特征在于：焊接补强胶（c）采用uv胶或红胶吃进深度在200~400um，高度在20~300um；uv胶使用紫外线照射进行固化，照射时间在10~60s；

技术总结本发明公开了一种MEMS悬臂探针的激光焊接方法，包括：悬臂探针的焊接部上设置为凹凸的焊接面；焊接部上进行镀层，镀层附着在焊接面上；在焊接部上覆盖锡膏，且锡膏附着在镀层上；焊接面与基板上的焊接位接触，加热焊接部，凹凸的焊接面上形成的凹槽作为收纳至少部分锡膏的流道；悬臂探针通过锡膏热熔后与基板上的焊接位焊接组装。本发明公开一种MEMS悬臂探针的激光焊接方法，能够优化了探针与基板的焊接效果，使其更加适用于高密度，窄间距植针；显著提升了焊接的可靠性、均匀性及良率。技术研发人员：宋文硕,郑淞元,夏鹤天,于海超受保护的技术使用者：强一半导体（苏州）股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13