在晶圆制造完成之后，芯片切割封装之前，通常需要进行晶圆级电性能测试，通过探针与晶圆Pad或Bump建立临时电连接，以筛选出性能符合要求的Die。
随着先进制程、高密度I/O以及晶圆级测试的发展，测试点数量越来越多、Pitch不断缩小，对探针卡的接触精度和一致性也提出了更高要求，MEMS探针卡因此逐渐应用于高密度晶圆测试。
MEMS探针卡示意图，仅作展示
那么，MEMS探针卡是什么？它由哪些结构组成？探针在测试过程中涉及哪些机械性能？探针接触力、压缩位移及一致性应该如何保证？本文科准测控小编将从MEMS探针卡的结构和工作方式出发，重点介绍探针机械性能及Alpha-W260推拉力测试机在MEMS探针卡测试中的应用。
一、什么是MEMS探针卡？
MEMS探针卡是一类利用微机电系统（MEMS）制造技术加工微型探针或探针结构，用于晶圆级电性能测试的精密测试接口。
测试时，将探针卡安装在测试设备上，探针按照芯片Pad、Bump等测试点的位置进行排列。当晶圆移动到指定测试位置后，探针与对应测试点接触，从而在晶圆与测试机之间建立临时电连接。
与传统尺寸较大的探针结构相比，MEMS工艺可以实现更加微型化、阵列化的探针结构，并通过精密加工控制探针尺寸、Pitch及排列方式，因此适合测试点数量较多、间距较小的晶圆测试应用。
二、MEMS探针卡有哪些关键机械结构？
从机械测试角度来看，MEMS探针卡比较值得关注的是探针本体、探针固定位置以及探针与晶圆之间的接触区域。
1. MEMS微型探针
MEMS探针是探针卡直接与晶圆Pad或Bump接触的部件。
探针通常需要具有一定的弹性变形能力。当探针接触晶圆并继续产生一定Overdrive后，探针发生弹性变形，同时向Pad施加接触力。
探针既不能过软，也不能过硬。接触力过小，可能影响探针与Pad之间的稳定接触；接触力过大，则可能增加Pad损伤以及探针自身机械负荷。
2. 探针尖
Probe Tip是MEMS探针与晶圆直接接触的位置。
在反复测试过程中，探针尖需要经历大量接触—分离循环，同时还可能与Pad表面发生摩擦。因此需要关注探针尖的尺寸、位置、高度一致性、磨损以及接触状态。
探针尖状态发生变化后，可能进一步影响接触力和电接触稳定性。
3. 探针弹性结构
不同MEMS探针设计会采用不同的梁、弹簧或其他微机械结构产生弹性变形。
当探针产生一定压缩位移时，弹性结构提供对应的反作用力。
因此，MEMS探针的机械性能通常具有明显的Force—Displacement（力—位移）关系。
4. 探针固定及连接区域
MEMS探针还需要通过相应结构固定在基板或空间转换结构上。
除了探针尖接触性能外，探针根部、固定位置以及相关连接界面的机械可靠性，也会影响探针在长期重复测试中的稳定性。
尤其在大量循环接触之后，需要关注是否出现探针偏移、永变形或局部连接失效。
三、MEMS探针机械性能怎么测？
MEMS探针的机械测试是根据实际需求评价单根探针或探针阵列在规定位移条件下的受力变化和机械稳定性。
1. 单根探针接触力测试
单针接触力是MEMS探针机械性能中比较直观的参数。
测试时，通过微型压头或平头探针对目标探针进行加载，使探针产生规定方向的位移。
随着压头继续移动，探针逐渐发生弹性变形，力传感器同步记录受力变化。
通过测试可以获得规定位移下的接触力；最大力值；加载过程中的力值变化。
对于不同位置的探针，还可以在相同测试条件下进行比较。
2. 探针力—位移测试
仅测一个最大力值并不能完整反映MEMS探针的机械响应。
因此，可以在加载过程中同步记录力值与位移，得到Force—Displacement曲线。
例如：
位移较小时，观察探针初始接触后的受力变化；
随着位移增加，分析探针弹性结构的响应；
卸载后，再观察探针是否能够恢复至原始状态。
通过曲线可以进一步分析探针在不同压缩位移下的机械响应及一致性。
3. 探针阵列一致性测试
实际MEMS探针卡往往不是一根探针，而是由大量微型探针组成阵列。
因此，仅测试其中一根探针并不能全代表整张探针卡的状态。
对于具备测试条件的探针阵列，可以选取不同位置进行多点测试，例如：中心区域；边缘区域；不同功能区域；不同批次探针。
记录每个位置在相同位移条件下的力值，并比较数据离散程度，可以用于分析探针机械性能的一致性。
4. 探针固定强度测试
如果需要评价探针与基板或固定结构之间的连接可靠性，可以根据实际结构设计相应的推力、拉力或其他机械加载方式。
测试重点主要是判断探针固定区域在规定载荷下是否发生：脱落、断裂、塑性变形或连接界面失效。
这类测试需要根据具体MEMS探针结构选择加载位置，不能直接套用统一测试参数。
四、推拉力测试机在MEMS探针卡中的应用
MEMS探针通常具有尺寸小、Pitch密、单针力值小、测试点数量多等特点，因此进行机械性能测试时，对测试设备的力值分辨能力、位移控制以及微小位置定位都有较高要求。
科准测控Alpha-W260自动推拉力测试机可根据MEMS探针卡实际结构配置相应力值模块、微型压头及测试工装，通过显微视觉系统对目标探针位置进行定位。
针对不同测试需求，可用于：MEMS单针接触力测试；探针Force—Displacement力—位移测试；不同探针位置力值一致性测试；探针固定结构推力/拉力测试；部分微型连接结构机械强度测试。对于规则排列的探针阵列，还可以根据实际结构进行多测试点定位，将不同探针位置与对应力值数据进行记录，从而比较不同位置探针的机械响应。
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