半导体测试探针概念、产品结构、分类、使用及影响分析

从结构来看，常见的探针类型主要包括弹性探针、悬臂式探针和垂直式探针。

1.半导体测试探针基本概念

半导体测试探针主要应用于半导体的芯片设计验证、晶圆 测试、成品测试环节，是连通芯片/晶圆与测试设备进行信 号传输的核心零部件，对半导体产品的质量控制起着重要 的作用。

2.半导体测试探针产品结构

探针一般由针头、针尾、弹簧、外管四个基本部件经精密仪器铆压预压之后 形成。由于半导体产品的体积较小，尤其是芯片产品的尺寸非常细微，探针 的尺寸要求达到微米级别，是一种高端精密电子元器件，其制造技术含量高。 在晶圆或芯片测试时，探针一般用于晶圆/芯片引脚或锡球与测试机之间的精 密连接，实现信号传输以检测产品的导通、电流、功能和老化情况等性能指 标。

不同用途的探针外观有所不同，但探针内部基本上都有精密的弹簧结构，产 品表面一般镀金，具有很强的防腐蚀性、电气性能、稳定性和耐久性。作为 半导体测试设备中的关键部件，探针的结构设计（如针头形状）、针头材质 （如钨、铍铜）、弹力大小等均对探针的稳定性、细微化、信号传导精确度 等有影响，进而影响探针的测试精度。

3.半导体测试探针产品分类

从结构来看，常见的探针类型主要包括弹性探针、悬臂式探针和垂直式探针。  悬臂式探针为借由横向悬臂提供探针针部在接触待测半导体产品时适当的纵向位移，以避 免探针针部施加于待测半导体产品的针压过大。  垂直式探针可对应高密度信号接点的待测半导体产品的细间距排列，并借由针体本身的弹 性变形提供针尖在接触待测半导体产品所需的纵向位移。

按照探针材料划分，常见的有钨探针、铍铜探针及钨铼合 金探针。其中，钨铼合金探针接触电阻较稳定，同时兼顾 硬度和柔韧性，不容易出现探针偏斜，因此钨铼合金探针 是现阶段通用的性能良好的探针。

按照探针工作频率来划分，探针分为同轴探针和普通探针。 其中，同轴探针用于对测试频率较为敏感的测试环境；普 通探针用于对信号衰减不敏感的测试环境。  同轴探针类似同轴线，探针外围包含一个铜管的保护层，铜管 同探针之间填充介质材料。  普通探针为裸露在空气中的合金探针，为了防止走线交叉短路， 通常在普通探针外围涂一层绝缘层。

4.探针的使用

晶圆测试（Chip Probing，简称CP），是指用探针对生产加工完成后的晶圆产品上的芯片或半导体元器件功能进行 测试，验证是否符合产品规格。晶圆测试属于“晶圆级”工艺，数千颗甚至数万颗裸芯片高度集成于一张晶圆上， 需要大量的探针频繁地接触晶圆上的芯片。

成品测试（Final Test，简称FT），又称终测，是指对封装完成后的芯片进行功能和电参数测试，保证出厂的每颗芯 片的功能和性能指标能够达到设计规范要求。封装后的芯片被包裹在塑料、陶瓷等封装材料中，只有芯片的引脚暴 露在外面。探针需要与封装后的引脚进行接触，而引脚的形状、尺寸和排列方式会因封装方式的不同而不同。芯片 设计验证的测试环节与成品测试环节较为相似。

5.探针对半导体封测环节的影响

良率不仅代表晶圆厂自身的核心竞争力，也间接反应国家的集成电路技术水平。根据芯片大小的不同，一片晶圆可 以切下数百上千甚至几万颗芯片，达到设计性能和功能要求的有效芯片才能交付使用；有效芯片占晶圆片上的总芯 片数量的比例，被称为成品率或良率。良率越高，一片晶圆的商业价值就越高。晶圆测试、成品测试环节关于产品 良率的相关统计数据，可用于指导芯片设计、晶圆制造和封装环节的工艺改进，同时有助于提升国家芯片整体制造 水平。

晶圆测试属于高速运动下的精密控制，晶圆在高速步进情况下，探针需要在极小的测试触点（引脚/Pad）范围内， 连接测试机的功能模块进行功能和性能测试，探针针痕的大小、深度和位置偏差都需要精确控制，针痕太大、过深、 偏移等任何一项超出规格，都将造成晶圆报废。随着晶圆测试对于大电流、高频、窄间距、高密度、低阻抗等要求 越来越高，基于MEMS微机电加工工艺的探针，其探针卡线路简单，可根据特定需求研发探针，更适用于高阶的测 试需求。

探针是应用在半导体产品测试环节中的重要器件，其品质的优劣对半导体产品的测试效果、生产效率以及生产成本 控制都有着重要的影响。探针产品的品质主要体现在测试频宽、产品尺寸、加工精度、可负载电流、耐久度等方面。