一种探针及其制备方法与微电子探针卡与流程

1.本发明属于探针技术领域，涉及一种探针，尤其涉及一种探针及其制备方法与微电子探针卡。


背景技术：

2.随着半导体行业的快速发展，集成电路制作精度越来越高，芯片的晶圆密度和数量都在极具增加，测试精度要求越来越高，对探针导电性的要求也越来越高，但是现有技术中探针的导电性无法满足实际生产的要求。
3.cn104730298a公开了一种用于电子测试探针的耐磨导电多层复合薄膜及其工业制备方法：1)将探针清洗干净，放置于转笼内；2)用电弧离子真空气相沉积方法制备ti界面层；3)继续沉积tin薄膜；3)在沉积的tin薄膜之上继续沉积ti界面层；4)继续沉积一层ni薄膜；5)最后利用射频磁控溅射技术沉积au薄膜；底层的tin用于提高探针测试过程中的耐磨性，上层的au薄膜用于降低探针接触电阻并提高探针的导电性。但是，该用于电子测试探针的耐磨导电多层复合薄膜的制备工艺较为复杂，从而导致用于电子测试探针的耐磨导电多层复合薄膜的生产成本较高，推广难度较大。
4.cn115029747a公开了一种探针处理方法及探针，探针处理方法，包括：覆盖感光膜，对探针的待处理部位进行曝光，对探针曝光后的部位进行显影，使用镀铑液对探针显影后的部位进行电镀。通过先覆盖感光膜，然后对探针的待处理部位进行曝光，再对曝光后的待处理部位进行显影，保证对探针待处理部位的准确定位，使用镀铑液对探针显影后的部位进行电镀，可完成对探针的局部电镀，能够节约电镀成本，经过处理后的探针具有良好的导电性，同时能够提高探针处理后部位的硬度，保证探针的使用寿命。但是该探针处理方法得到的探针的导电性仍旧不够理想，无法满足实际生产中对探针导电性越来越高的要求。
5.目前公开的探针都有一定的缺陷，存在着导电性较低问题。因此，开发设计一种新型的探针及其制备方法至关重要。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种探针及其制备方法与微电子探针卡，本发明提供的探针的导电金属层中的晶粒尺寸较小，导电性较强，大大提升了探针的导电性，从而提升了探针的测试精度。
7.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
8.第一方面，本发明提供了一种探针，所述探针包括探针基体及覆盖于所述探针基体上的导电金属层，所述导电金属层中的晶粒尺寸为5.5～6.5μm。
9.本发明中导电金属层中的晶粒尺寸为5.5～6.5μm，例如可以是5.5μm、5.55μm、5.6μm、5.65μm、5.7μm、5.75μm、5.8μm、5.85μm、5.9μm、5.95μm、6μm、6.05μm、6.1μm、6.15μm、6.2μm、6.25μm、6.3μm、6.35μm、6.4μm、6.45μm或6.5μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
10.本发明提供的探针的导电金属层中的晶粒尺寸较小，晶体致密性较高，导电性较强，大大提升了探针的导电性，从而提升了探针的测试精度。
11.优选地，所述导电金属层包括钯金属层。
12.优选地，所述探针基体的材质包括钯、金、镍、铜、钴或钨中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括钯和金的组合，金和镍的组合，镍和铜的组合，钴和钨的组合，钯、金和镍的组合，或金、镍、铜与钴的组合。
13.优选地，所述导电金属层的厚度为8～12μm，例如可以是8μm、8.2μm、8.4μm、8.6μm、8.8μm、9μm、9.2μm、9.4μm、9.6μm、9.8μm、10μm、10.2μm、10.4μm、10.6μm、10.8μm、11μm、11.2μm、11.4μm、11.6μm、11.8μm或12μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
14.第二方面，本发明提供了一种第一方面所述探针的制备方法，所述制备方法包括：
15.将探针基体浸泡于镀液中，进行电沉积，得到所述探针。
16.本发明中采用电沉积在探针基体上沉积导电金属层，从而得到探针，探针的制备方法的工艺简单，原材料成本低，易于大规模推广使用。
17.优选地，所述电沉积采用的电流为10～20ma，例如可以是10ma、10.5ma、11ma、11.5ma、12ma、12.5ma、13ma、13.5ma、14ma、14.5ma、15ma、15.5ma、16ma、16.5ma、17ma、17.5ma、18ma、18.5ma、19ma、19.5ma或20ma，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
18.优选地，所述金属探针浸泡于所述镀液中的面积为35～50dm2，例如可以是35dm2、36dm2、37dm2、38dm2、39dm2、40dm2、41dm2、42dm2、43dm2、44dm2、45dm2、46dm2、47dm2、48dm2、49dm2或50dm2，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
19.优选地，所述电沉积的电流密度为0.2～0.55a/dm2，例如可以是0.2a/dm2、0.22a/dm2、0.25a/dm2、0.27a/dm2、0.3a/dm2、0.32a/dm2、0.35a/dm2、0.37a/dm2、0.4a/dm2、0.42a/dm2、0.45a/dm2、0.47a/dm2或0.5a/dm2，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
20.优选地，所述电沉积的电流密度为0.3～0.45a/dm2，例如可以是0.3a/dm2、0.31a/dm2、0.32a/dm2、0.33a/dm2、0.34a/dm2、0.35a/dm2、0.36a/dm2、0.37a/dm2、0.38a/dm2、0.39a/dm2、0.4a/dm2、0.41a/dm2、0.42a/dm2、0.43a/dm2、0.44a/dm2或0.45a/dm2，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
21.优选地，所述镀液的温度为35～45℃，例如可以是35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃、41℃、42℃、43℃、44℃或45℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
22.优选地，所述电沉积的时间为30～40min，例如可以是30min、30.5min、31min、31.5min、32min、32.5min、33min、33.5min、34min、34.5min、35min、35.5min、36min、36.5min、37min、37.5min、38min、38.5min、39min、39.5min或40min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
23.优选地，所述电沉积中的阳极包括铂阳极和/或钛阳极。
24.优选地，所述电沉积中阳极与所述探针基体之间的距离为2～5cm，例如可以是2cm、2.5cm、3cm、3.5cm、4cm、4.5cm或5cm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他
未列举的数值同样适用。
25.优选地，所述镀液为钯镀液。
26.优选地，所述钯镀液的成分包括钯盐、铵盐、光亮剂与表面活性剂。
27.优选地，所述钯盐包括氯化钯、硫酸钯或硝酸钯中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括氯化钯与硫酸钯的组合，硫酸钯与硝酸钯的组合，或氯化钯、硫酸钯与硝酸钯的组合。
28.优选地，所述铵盐包括氯化铵、硫酸铵、硝酸铵或溴化铵中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括氯化铵与硫酸铵的组合，硫酸铵与硝酸铵的组合，硝酸铵与溴化铵的组合，或氯化铵、硫酸铵与硝酸铵的组合。
29.本发明中所述光亮剂包括吡啶磺酸、吡啶羧酸或吡啶羧酸酰胺中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括吡啶磺酸与吡啶羧酸的组合，吡啶羧酸与吡啶羧酸酰胺的组合，或吡啶磺酸、吡啶羧酸与吡啶羧酸酰胺的组合。
30.本发明中所述表面活性剂包括磺基丁二酸钠.。
31.优选地，所述钯镀液中钯盐的浓度为10～12g/l，铵盐的浓度为15～40g/l，光亮剂的浓度为1～3ml/l，表面活性剂的浓度1～5ml/l。
32.本发明中钯镀液中钯盐的浓度为10～12g/l，例如可以是10g/l、10.2g/l、10.4g/l、10.6g/l、10.8g/l、11g/l、11.2g/l、11.4g/l、11.6g/l、11.8g/l、12g/l、12.4g/l、12.6g/l或12.8g/l，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
33.本发明中钯镀液中铵盐的浓度为15～40g/l，例如可以是15g/l、17g/l、19g/l、20g/l、22g/l、24g/l、26g/l、28g/l、30g/l、32g/l、34g/l、36g/l、38g/l或40g/l，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
34.本发明中钯镀液中光亮剂的浓度为1～3ml/l，例如可以是1ml/l、1.2ml/l、1.4ml/l、1.6ml/l、1.8ml/l、2ml/l、2.2ml/l、2.4ml/l、2.6ml/l、2.8ml/l或3ml/l，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
35.本发明中钯镀液中表面活性剂的浓度1～5ml/l，例如可以是1ml/l、1.5ml/l、2ml/l、2.5ml/l、3ml/l、3.5ml/l、4ml/l、4.5ml/l或5ml/l，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
36.作为本发明所述制备方法的优选技术方案，所述制备方法包括：
37.将探针基体浸泡于温度为35～45℃的钯镀液中，阳极与所述探针基体之间的距离为2～5cm，以0.3～0.45a/dm2的电流密度进行30～40min的电沉积，得到所述探针；
38.所述钯镀液中钯盐的的浓度为10～12g/l，铵盐的的浓度为15～40g/l，光亮剂的浓度为1～3ml/l，表面活性剂的浓度为1～5ml/l。
39.第三方面，本发明提供了一种微电子探针卡，所述微电子探针卡包括第一方面所述的探针。
40.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
41.(1)本发明提供的探针的导电金属层中的晶粒尺寸较小，导电性较强，大大提升了探针的导电性，从而提升了探针的测试精度；
42.(2)本发明中采用电沉积在探针基体上沉积导电金属层，从而得到探针，探针的制备方法的工艺简单，原材料成本低，易于大规模推广使用。
具体实施方式
43.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
44.实施例1
45.本实施例提供了一种探针，所述探针包括镍探针基体及覆盖于所述镍探针基体上的厚度为10.8μm钯金属层，所述钯金属层中的晶粒尺寸为5.73μm。
46.所述探针的制备方法包括：
47.将镍探针基体浸泡于温度为40℃的钯镀液中，铂阳极与所述镍探针基体之间的距离为3.5cm，以0.385a/dm2的电流密度进行36min的电沉积，得到所述探针；
48.所述钯镀液中氯化钯的浓度为11g/l，氯化铵的浓度为27g/l，吡啶磺酸的浓度为2ml/l，磺基丁二酸钠的浓度3ml/l。
49.实施例2
50.本实施例提供了一种探针，所述探针包括钯探针基体及覆盖于所述钯探针基体上的厚度为10μm钯金属层，所述钯金属层中的晶粒尺寸为6μm。
51.所述探针的制备方法包括：
52.将钯探针基体浸泡于温度为38℃的钯镀液中，钛阳极与所述钯探针基体之间的距离为3cm，以0.35a/dm2的电流密度进行38min的电沉积，得到所述探针；
53.所述钯镀液中硫酸钯的浓度为11.5g/l，硫酸铵的浓度为32g/l，吡啶羧酸的浓度为1.5ml/l，磺基丁二酸钠的浓度4ml/l。
54.实施例3
55.本实施例提供了一种探针，所述探针包括金探针基体及覆盖于所述金探针基体上的厚度为8μm钯金属层，所述钯金属层中的晶粒尺寸为6.2μm。
56.所述探针的制备方法包括：
57.将金探针基体浸泡于温度为42℃的钯镀液中，铂阳极与所述金探针基体之间的距离为4cm，以0.4a/dm2的电流密度进行32min的电沉积，得到所述探针；
58.所述钯镀液中硝酸钯的浓度为10.5g/l，硝酸铵的浓度为20g/l，吡啶羧酸酰胺的浓度为2.5ml/l，磺基丁二酸钠的浓度2ml/l。
59.实施例4
60.本实施例提供了一种探针，所述探针包括钴探针基体及覆盖于所述钴探针基体上的厚度为9μm钯金属层，所述钯金属层中的晶粒尺寸为6.5μm。
61.所述探针的制备方法包括：
62.将钴探针基体浸泡于温度为35℃的钯镀液中，钛阳极与所述钴探针基体之间的距离为2cm，以0.3a/dm2的电流密度进行40min的电沉积，得到所述探针；
63.所述钯镀液中氯化钯的浓度为12g/l，氯化铵的浓度为40g/l，吡啶磺酸的浓度为1ml/l，磺基丁二酸钠的浓度5ml/l。
64.实施例5
65.本实施例提供了一种探针，所述探针包括钨探针基体及覆盖于所述钨探针基体上的厚度为12μm钯金属层，所述钯金属层中的晶粒尺寸为5.5μm。
66.所述探针的制备方法包括：
67.将钨探针基体浸泡于温度为45℃的钯镀液中，铂阳极与所述钨探针基体之间的距离为5cm，以0.45a/dm2的电流密度进行30min的电沉积，得到所述探针；
68.所述钯镀液中硫酸钯的浓度为10g/l，硫酸铵的浓度为25g/l，吡啶羧酸的浓度为3ml/l，磺基丁二酸钠的浓度1ml/l。
69.实施例6
70.本实施例提供了一种探针，所述探针包括镍探针基体及覆盖于所述镍探针基体上的厚度为5μm的钯金属层，所述钯金属层中的晶粒尺寸为7.14μm。
71.所述探针的制备方法包括：
72.将镍探针基体浸泡于温度为40℃的钯镀液中，铂阳极与所述探针基体之间的距离为3.5cm，以0.385a/dm2的电流密度进行20min的电沉积，得到所述探针；
73.所述钯镀液中氯化钯的浓度为11g/l，氯化铵的浓度为27g/l，吡啶磺酸的浓度为2ml/l，磺基丁二酸钠的浓度3ml/l。
74.实施例7
75.本实施例提供了一种探针，所述探针包括镍探针基体及覆盖于所述镍探针基体上的厚度为15μm的钯金属层，所述导电金属层中的晶粒尺寸为7.32μm。
76.所述探针的制备方法包括：
77.将镍探针基体浸泡于温度为40℃的钯镀液中，铂阳极与所述镍探针基体之间的距离为3.5cm，以0.385a/dm2的电流密度进行36min的电沉积，得到所述探针；
78.所述钯镀液中氯化钯的浓度为11g/l，氯化铵的浓度为27g/l，吡啶磺酸的浓度为1-3ml/l，磺基丁二酸钠的浓度1-5ml/l。
79.对比例1
80.本对比例提供了一种探针，所述探针包括镍探针基体及覆盖于所述镍探针基体上的厚度为10.8μm的钯金属层，所述钯金属层中的晶粒尺寸为7.6μm。
81.所述探针的制备方法包括：
82.将镍探针基体浸泡于温度为40℃的钯镀液中，铂阳极与所述镍探针基体之间的距离为3.5cm，以0.1a/dm2的电流密度进行60min的电沉积，得到所述探针；
83.所述钯镀液中氯化钯的浓度为11g/l，氯化铵的浓度为27g/l，吡啶磺酸的浓度为1-3ml/l，磺基丁二酸钠的浓度1-5ml/l。
84.对比例2
85.本对比例提供了一种探针，所述探针包括镍探针基体及覆盖于所述镍探针基体上的厚度为10.8μm的钯金属层，所述钯金属层中的晶粒尺寸为10.25μm。
86.所述探针的制备方法包括：
87.将镍探针基体浸泡于温度为40℃的钯镀液中，铂阳极与所述镍探针基体之间的距离为3.5cm，以1a/dm2的电流密度进行18min的电沉积，得到所述探针；
88.所述钯镀液中氯化钯的浓度为11g/l，氯化铵的浓度为27g/l，吡啶磺酸的浓度为1-3ml/l，磺基丁二酸钠.的浓度1-5ml/l。
89.以实施例1～7及对比例1和2中的探针进行导电性测试，导电性测试的方法为：采用电导率测量仪进行导电性测试，电导率测量仪的测量原理是将两块平行的极板，放到被测溶液中，在极板的两端加上一定的电势(通常为正弦波电压)，然后测量极板间流过的电
流。根据欧姆定律，电导率(g)为电阻(r)的倒数，是由电压和电流决定的。
90.测试结果如表1所示。
91.表1
[0092] 电导率(％)实施例116.427实施例215.895实施例315.762实施例415.538实施例517.153实施例611.762实施例711.519对比例110.953对比例28.217
[0093]
由表1可得：
[0094]
(1)本发明实施例1～5中得到的探针的导电性较强，本发明提供的探针的导电金属层中的晶粒尺寸较小，晶体致密性较高，导电性较强，大大提升了探针的导电性，从而提升了探针的测试精度；
[0095]
(2)通过实施例1与实施例6和7的对比可知，本发明中探针基体上覆盖的导电金属层的厚度会影响探针的导电性，当导电金属层的厚度过低时会导致探针的导电性下降，这是由于导电金属层的厚度过低，无法起到增强导电性的作用，同时厚度过低的导电金属层还容易发生破损，从而对探针的性能造成影响；导电金属的厚度过高会造成探针的生产时间过长，制造成本升高，不利于大规模推广使用；
[0096]
(3)通过实施例1与对比例1和2的对比可知，当电沉积的电流密度偏低时，探针的导电性下降，这是由于当电流密度低于允许电流密度的下限时，电流密度较低，超电势很小，晶核形成速度很低，只有少数晶体长大，镀层的结晶比较粗大；当电沉积的电流密度偏高时，探针的导电性下降，这是由于当电流密度超过允许电流密度的上限时，阴极附近放电金属离子贫乏，一般在棱角和凸出部位放电，出现结瘤或枝状结晶，这称为边缘效应，如电流密度继续升高，由于析氢，使阴极区ph值显著升高，形成碱式盐或氢氧化物，这些物质在阴极吸附或夹杂在镀层中会形成海绵状沉积物。
[0097]
综上所述，本发明提供的探针的导电金属层中的晶粒尺寸较小，导电性较强，大大提升了探针的导电性，从而提升了探针的测试精度；本发明中采用电沉积在探针基体上沉积导电金属层，从而得到探针，探针的制备方法的工艺简单，原材料成本低，易于大规模推广使用。
[0098]
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

技术特征：
1.一种探针，其特征在于，所述探针包括探针基体覆盖于所述探针基体上的导电金属层，所述导电金属层中的晶粒尺寸为5.5～6.5μm。2.根据权利要求1所述的探针，其特征在于，所述导电金属层包括钯金属层；优选地，探针基体的材质包括钯、金、镍、铜、钴或钨中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的探针，其特征在于，所述导电金属层的厚度为8～12μm。4.一种权利要求1～3任一项所述探针的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将探针基体浸泡于镀液中，进行电沉积，得到所述探针。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述电沉积的电流密度为0.2～0.55a/dm2；优选地，所述电沉积的电流密度为0.3～0.45a/dm2。6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述镀液的温度为35～45℃；优选地，所述电沉积的时间为30～40min。7.根据权利要求4～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述电沉积中的阳极包括铂阳极和/或钛阳极；优选地，所述电沉积中阳极与所述探针基体之间的距离为2～5cm。8.根据权利要求4～7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述镀液为钯镀液；优选地，所述钯镀液的成分包括钯盐、铵盐、光亮剂与表面活性剂；优选地，所述钯盐包括氯化钯、硫酸钯或硝酸钯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述铵盐包括氯化铵、硫酸铵、硝酸铵或溴化铵中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述钯镀液中钯盐的浓度为10～12g/l，铵盐的浓度15～40g/l，光亮剂的浓度为1～3ml/l，表面活性剂的浓度为1～5ml/l。9.根据权利要求4～8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将探针基体浸泡于温度为35～45℃的钯镀液中，阳极与所述探针基体之间的距离为2～5cm，以0.3～0.45a/dm2的电流密度进行30～40min的电沉积，得到所述探针；所述钯镀液中钯盐的浓度为10～12g/l，铵盐的浓度为15～40g/l，光亮剂的浓度为1～3ml/l，表面活性剂的浓度为1～5ml/l。10.一种微电子探针卡，其特征在于，所述微电子探针卡包括权利要求1～3任一项所述的探针。

技术总结
本发明提供了一种探针及其制备方法与微电子探针卡，所述探针包括探针基体及所述探针基体上覆盖的导电金属层，所述导电金属层中的晶粒尺寸为5.5～6.5μm。本发明提供的探针的导电金属层中的晶粒尺寸较小，晶体致密性较高，导电性较强，大大提升了探针的导电性，从而提升了探针的测试精度。提升了探针的测试精度。


技术研发人员：叶红亮 石磊 古智 施元军
受保护的技术使用者：苏州晶晟微纳半导体科技有限公司
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/8/13