一种双面基板的电通断测试方法与流程

本发明属于先进电子封装技术领域，具体属于一种双面基板的电通断测试方法。

背景技术：

多年来，包括陶瓷基板、有机基板在内的封装基板的技术发展速度远不及集成电路ic芯片，目前先进的集成电路ic芯片多采用微凸点阵列的外引脚形式，引脚数动辄上千，引脚密度增大，同时ic芯片的大尺寸、low-k介质层对平整度差、热失配明显的陶瓷基板、有机基板等传统封装基板是极大的挑战。tsv硅转接基板(siinterposer)被引入作为先进的集成电路ic芯片和陶瓷基板、有机基板等传统封装基板间的桥梁。一个或多个ic芯片微组装在tsv硅转接基板上，利用tsv硅转接基板表面的低损耗、高密度金属布线完成多个ic芯片间的互连，降低整体外引脚数量和密度；利用tsv导电通孔在垂直方向上的电互连，实现tsv硅转接基板上ic芯片到陶瓷基板、有机基板等传统封装基板上的转接。tsv硅转接基板(siinterposer)提供了一个优质的芯片集成平台：良好的热匹配，支持更高速信号互连，减少rcl寄生影响，降低功耗和esd要求等等，起到信号导通、传热和机械支撑，机械应力缓冲作用，弥补了ic芯片和传统封装基板间的技术缺口。

通常，tsv硅转接基板的上下表面都分布有引脚焊盘或(微)凸点，它们通过tsv导电通孔实现在垂直方向上的电互连。受到tsv(through-silicon-via)孔直径和深宽比的限制，以及对tsv孔电信号传输能力的考虑，tsv硅转接基板的厚度主要在200微米到50微米范围之内。由于硅材料脆而易碎，特别是对于厚度在100微米以下的大尺寸(8英寸、12英寸)tsv硅转接基板晶圆，翘曲大、受力能力弱，破片碎片风险高，难以采用传统的飞针探针台直接进行双面飞针测试。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种双面基板的电通断测试方法，解决超薄大尺寸硅转接基板晶圆的电通断测试问题，且与现有商用设备相兼容，适于自动化量产测试。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双面基板的电通断测试方法，包括以下过程，

步骤1，在双面基板制备过程中，正面电镀种子层不进行刻蚀，保留正面电镀种子层；

步骤2，在保留正面电镀种子层的双面基板上完成双面基板的背面工艺过程，对背面电镀种子层进行刻蚀，然后对双面基板的背面凸点进行第一次单面探针测试，测量两两背面凸点间电通断连接关系；

步骤3，刻蚀正面凸点以外区域的正面电镀种子层，对双面基板的正面凸点进行第二次单面探针测试，测量两两正面凸点间电通断连接关系；

步骤4，结合步骤2第一次单面探针测试结果和步骤3第二次单面探针测试结果，得到双面基板的正反表面凸点间电连接测试结果。

优选的，步骤1中，在双面基板制备过程中首先完成盲孔、正面金属布线，正面凸点下金属层和正面凸点的制备后，再保留完整的电镀种子层。

进一步的，所述正面金属布线在硅基片的正面进行水平电连接排布，当正面金属布线为多层时，各层正面金属布线之间通过正面金属层间介质进行电绝缘，各层正面金属布线之间的电连接通过各层间的连接孔实现。

优选的，步骤2中，在背面凸点进行第一次单面探针测试前，先将双面基板的正面和正面载片临时键合在一起，并减薄双面基板的背面，使得盲孔形成导电通孔，再依次进行背面金属布线和背面凸点，刻蚀电镀种子层，完成双面基板的背面工艺过程。

进一步的，步骤3中，正面凸点进行第二次单面探针测试前，将双面基板的背面和背面载片临时键合在一起，并将正面载片解键合，去除正面载片，暴露出双面基板的正面。

进一步的，所述背面金属布线在硅基片的背面进行水平电连接排布，当背面金属布线为多层时，各层背面金属布线之间通过背面金属层间介质进行电绝缘，各层背面金属布线之间的电连接通过各层间的连接孔实现。

优选的，所述正面凸点下金属层或背面凸点下金属层采用图形化电镀进行制备。

优选的，步骤2中，背面凸点进行第一次单面探针测试时，所有正面凸点是并联短路关系。

优选的，所述双面基板为tsv硅转接基板、tgv玻璃转接基板或有机基板。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供一种双面基板的电通断测试方法，通过将晶圆级电通断探针测试与双面基板的制备工艺流程相结合，将原本双面基板晶圆需要双面探针测试来进行通孔垂直电互连通断检测，转变为两次单面探针测试，通过制备工艺过程中的两次单面探针测试，实现原本需要双面探针测试才可以完成的互连通断测试。通过分别先后对tsv硅转接基板背面凸点间的电通断连接关系和正面凸点间的电通断关系的测量来判断tsv硅转接基板正、背面凸点间的电通断关系，用先后两次单面探针测试代替一次双面探针测试，解决了超薄双面基板的电通断测试问题。

进一步的，通过将双面基板的正反面与载片临时键合在一起，使得两次单面测试过程，都是在双面基板晶圆与载片键合的情况下进行的，虽然双面基板晶圆自身厚度很薄，一般小于200微米，因为双面基板晶圆有载片的支撑保护，避免传片、测试和拿持过程中裂片碎片问题，也便于测试过程的实施，以及自动化量产测试操作。

附图说明

图1为本发明实施例tsv硅转接基板剖面结构示意图。

图2为本发明实施例tsv硅转接基板上下表面凸点间电连接关系示意图。

图3为本发明实施例tsv硅转接基板上下表面凸点间电连接关系图。

图4为本发明实施例完成tsv盲孔、正面多层金属布线，以及正面凸点的基板剖面示意图。

图5为本发明实施例完成tsv硅转接基板的背面工艺的剖面示意图。

图6为本发明实施例对tsv硅转接基板背面凸点进行第一次单面探针测试时，上下表面凸点间电连接关系图。

图7为本发明实施例将tsv硅转接基板背面和背面载片16临时键合，并去除tsv硅转接基板正面的正面载片14后的剖面示意图。

图8为本发明实施例局部区域的正面凸点下金属层下的电镀种子层被刻蚀掉后的剖面示意图。

附图中：1为硅基片；2为导电通孔；3为正面金属布线；4为正面金属层间介质；5为正面电镀种子层；6为正面凸点下金属层；7为正面凸点；8为背面金属布线；9为背面金属层间介质；10为背面电镀种子层；11为背面凸点下金属层；12为背面凸点；13为正面临时键合胶层；14为正面载片；15为背面临时键合胶层；16为背面载片。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明提供一种双面基板的电通断测试方法，不仅适用于超薄tsv硅转接基板晶圆电通断测试，还适用于超薄tgv玻璃转接基板晶圆电通断测试，同时也可以用于超薄有机基板电通断测试，即适合于所有超薄双面基板的电通断测试。下述实施例中以tsv硅转接基板为例。

实施例

如图1所示，贯穿硅基片1的tsv导电通孔2实现了硅基片1上下表面间的电连接。正面金属布线3进行在硅基片1上表面的水平电连接排布，正面金属布线3的层数至少1层，当正面金属布线3为多层时，各层正面金属布线3之间通过正面金属层间介质4进行电绝缘，各层正面金属布线3之间的电连接通过各层间的连接孔实现。正面凸点7通过正面凸点下金属层(ubm)6与正面金属布线3电连接。相对应的，背面金属布线8进行在硅基片1下表面的水平电连接排布，背面金属布线8的层数至少1层，当背面金属布线8为多层时，各层背面金属布线8之间通过背面金属层间介质9进行电绝缘，各层背面金属布线8之间的电连接通过各层间的连接孔实现。背面凸点12通过背面凸点下金属层(ubm)11与背面金属布线8电连接。

tsv硅转接基板上下表面凸点间电连接关系如图2所示，正面凸点a1、b1、a2、b2、a3、b3、a4和b4通过各自相应的tsv导电通孔2分别与背面凸点a1’、b1’、a2’、b2’、a3’、b3’、a4’和b4’电连接，两两凸点间电通断关系分四种情况：(1)如附图2中凸点a1、b1和a1’、b1’：凸点a1和b1在正面金属布线层中没有电导通，凸点a1’和b1’在背面金属布线层中也没有电导通。(2)如附图2中凸点a2、b2和a2’、b2’：凸点a2和b2在正面金属布线层中没有电导通，凸点a2’和b2’在背面金属布线层中有电导通。(3)如附图2中凸点a3、b3和a3’、b3’，凸点a3和b3在正面金属布线层中有电导通，凸点a3’和b3’在背面金属布线层中没有电导通。(4)如附图2中凸点a4、b4和a4’、b4’：凸点a3和b3在正面金属布线层中有电导通，凸点a3’和b3’在背面金属布线层中有电导通。

如图3所示，图3是图2中上下表面凸点间电连接关系的简化图，表示tsv硅转接基板上下表面两两凸点间电通断关系。其中，端口a1、b1、a2、b2、a3、b3和a4、b4表示tsv硅转接基板正面(上表面)的凸点(或焊盘)，端口a1’、b1’、a2’、b2’、a3’、b3’和a4’、b4’表示tsv硅转接基板背面(下表面)的凸点(或焊盘)。上下表面间的tsv导电通孔2用一段连线表示。不管一个表面上多个凸点(或焊盘)经过一个tsv通孔引到另一个表面，或者一个表面上一个凸点(或焊盘)经过多个tsv通孔引到另一个表面，都简化成一个凸点和一个tsv孔。

如图4所示，tsv硅转接基板完成tsv盲孔、正面金属布线3，以及正面凸点下金属层(ubm)6和正面凸点7的制备后，暂时不把表面其他区域的正面凸点下金属层(ubm)6下的正面电镀种子层5刻蚀掉，而是保留完整的正面凸点下金属层(ubm)6下的正面电镀种子层5，所有正面凸点7通过正面凸点下金属层(ubm)6下的正面电镀种子层5电连接在一起，为后续tsv硅转接基板的背面单面探针测试埋下伏笔。正面临时键合胶层13将tsv硅转接基板正面与正面载片14临时键合在一起。

如图5所示，与正面不同，背面凸点下金属层(ubm)11和背面凸点12的制备后，表面其他区域的背面凸点下金属层(ubm)11下的背面电镀种子层10被正常刻蚀掉。

如图6所示，图6为对tsv硅转接基板背面凸点进行第一次单面探针测试时，上下表面凸点间电连接关系图。所有正面凸点7间是并联短路关系。

如图7所示，图7为将tsv硅转接基板背面和背面载片16临时键合，并去除tsv硅转接基板正面的正面载片14后的剖面示意图。tsv硅转接基板正面被暴露出来，此时正面凸点下金属层(ubm)6下的正面电镀种子层5仍然在tsv硅转接基板上保持整面完整。tsv硅转接基板背面和背面载片16间的临时键合是通过背面临时键合胶层15实现的。

如图8所示，图8为正面凸点下金属层(ubm)6下的正面电镀种子层5被刻蚀掉后的剖面示意图。将图7中正面凸点7和正面凸点下金属层(ubm)6区域以外的其他区域的正面凸点下金属层(ubm)下的正面电镀种子层5刻蚀掉，使得各个正面凸点分离开，各个正面凸点下金属层(ubm)6分离开，如图8所示。对tsv硅转接基板正面凸点进行第二次单面探针测试。

然后将图8中所示的背面载片16解键合后去除，形成如附图1所示的tsv硅转接基板成品。

综上所述，tsv硅转接基板的工艺制备过程大致如下：(1)首先在硅基片1上制备tsv盲孔，再制备正面金属布线3，然后再制备正面凸点7，以完成tsv硅转接基板的正面工艺制备；(2)将完成了正面工艺的tsv硅转接基板和正面载片14临时键合在一起，以便实施tsv硅转接基板的背面工艺；(3)将tsv硅转接基板的背面减薄，露出上述tsv盲孔的底部导电材料，使得tsv盲孔变为tsv导电通孔2，随后依次进行背面金属布线8和背面凸点12，以完成tsv硅转接基板的背面工艺制备；(4)将tsv硅转接基板和背面载片16分离，完成tsv硅转接基板制备。

正面凸点下金属层(ubm)6或背面凸点下金属层(ubm)11通常采用图形化电镀的方法制备，即采用pvd、蒸发、溅射的方法先制备一整层正面凸点下金属层(ubm)下的正面电镀种子层5或背面凸点下金属层(ubm)下的背面电镀种子层10，再在其上涂覆光刻胶，曝光显影出正面凸点下金属层(ubm)6或背面凸点下金属层(ubm)11的图形，然后再电镀出一定厚度的正面凸点下金属层(ubm)6或背面凸点下金属层(ubm)11；当正面凸点7或背面凸点12是电镀凸点时，会在电镀完正面凸点下金属层(ubm)6或背面凸点下金属层(ubm)11后直接电镀正面凸点7或背面凸点12；然后再刻蚀掉其他地方的正面凸点下金属层(ubm)下的正面电镀种子层5或背面凸点下金属层(ubm)下的背面电镀种子层10，将各个正面凸点下金属层(ubm)图形分离开或将各个背面凸点下金属层(ubm)图形分离开。当正面凸点7或背面凸点12不是电镀凸点，或者tsv硅转接基板的正面或背面不需要正面凸点7或背面凸点12，而只需要在正面凸点下金属层(ubm)6或背面凸点下金属层(ubm)11上形成焊盘，后以备后续使用时，正面凸点下金属层(ubm)6或背面凸点下金属层(ubm)11上焊盘图形需要进行表面处理，如化镀镍钯金或化镀镍金。综上所述，无论tsv硅转接基板正面或背面是需要凸点，还是需要焊盘，都需要凸点下金属层(ubm)，在凸点下金属层(ubm)的制备过程中都需要再tsv硅转接基板表面整个面积上沉积一整层凸点下金属层(ubm)下的电镀种子层，最后tsv硅转接基板上非凸点或非焊盘区域的上述凸点下金属层(ubm)下的电镀种子层会被刻蚀掉。

针对超薄tsv硅转接基板晶圆，特别是厚度小于150微米的tsv硅转接基板晶圆，薄、脆而易碎，进行双面探针测试的风险大，不易实施。本发明将晶圆级电通断探针测试与tsv硅转接基板的制备工艺流程相结合，通过制备工艺过程中的两次单面探针测试，实现原本需要双面探针测试才可以完成的tsv互连通断测试。

一种tsv硅转接基板的电通断测试方法，具体实施过程如下：

步骤1：在tsv硅转接基板晶圆完成tsv盲孔、正面金属布线3，以及正面凸点下金属层(ubm)6和正面凸点7的制备后，暂时不把表面其他地方的正面凸点下金属层(ubm)下的正面电镀种子层5刻蚀掉，而是保留完整的正面凸点下金属层(ubm)下的正面电镀种子层5，如附图4所示。

步骤2：将上述的tsv硅转接基板正面和正面载片14临时键合在一起，减薄tsv硅转接基板的背面，露出上述tsv盲孔的底部导电材料，随后依次进行背面金属布线8和背面凸点12，刻蚀掉背面其他地方的背面凸点下金属层(ubm)下的背面电镀种子层10，完成tsv硅转接基板的背面工艺制备，如附图5所示。此时，对tsv硅转接基板的背面凸点12进行第一次单面探针测试，测量背面凸点12两两凸点间电通断连接关系。

步骤3：将上述的tsv硅转接基板背面和背面载片16临时键合在一起，并将上述的tsv硅转接基板正面上的正面载片14解键合，去除tsv硅转接基板正面上的正面载片14，清洗，暴露出tsv硅转接基板正面，如附图7所示。

步骤4：刻蚀掉tsv硅转接基板正面凸点下金属层(ubm)6和正面凸点以外的其他区域的正面凸点下金属层(ubm)下的正面电镀种子层5，如附图8所示。对tsv硅转接基板晶圆的正面凸点7进行第二次单面探针测试，测量正面凸点7两两凸点间电通断连接关系。

步骤5：综合上述两次单面探针测试结果，得到tsv硅转接基板的上下表面凸点间电连接测试结果。

本发明在tsv硅转接基板制备过程中，将测试与工艺相结合，通过分别先后对tsv硅转接基板背面凸点12间的电通断连接关系和正面凸点7间的电通断关系的测量来判断tsv硅转接基板正面凸点7、背面凸点12间的电通断关系，用先后两次单面探针测试代替一次双面探针测试，解决了超薄双面基板的电通断测试问题。

当在两个背面凸点12上扎探针测量两个背面凸点间的电通断关系时，正面凸点是电并联在一起的。tsv硅转接基板上正面凸点7、背面凸点12间的电连接关系如附图2和附图3所示，可以看作是一个个四端口网络，每个四端口网络通过两两端口的通断关系来判断四端口间的通断关系。分为四种情况：第一种情况：一个tsv通孔(及其正、背面rdl层和正、背面凸点)，与另一个tsv通孔(及其正、背面rdl层和正、背面凸点)是电绝缘的，这种情况多出现在信号线、地址线和控制线通路间，电源线和地线间，以及信号线、地址线、控制线与电源线、地线之间；第二种情况：一个tsv通孔与另一个tsv通孔在正面rdl层中被电连接在一起，这种情况多出现在tsv硅转接基板上两个及以上正面凸点有相同引脚定义的情况，可用于电源和地引脚；第三种情况：一个tsv通孔与另一个tsv通孔在背面rdl层中被电连接在一起，这种情况多出现在tsv硅转接基板上两个及以上背面凸点有相同引脚定义的情况，可用于电源和地引脚；第四种情况：一个tsv通孔与另一个tsv通孔在正面rdl层中和背面rdl层中都被电连接在一起，这种情况多出现在两个及以上正面凸点和两个及以上背面凸点有相同引脚定义的情况，如电源和地引脚

上述四种情况中，两个tsv通孔两端凸点间的凸点电连接关系，以及在本发明公开的先后两次单面探针测试中是否分别能直接检测到上述凸点电连接关系，同时根据上述先后两次单面探针测试结果的综合是否能间接检测和间接判断上述凸点电连接关系，如表1-4所示。

上述第一种情况下：对tsv硅转接基板的背面凸点进行第一次单面探针测试能直接检测到正面凸点a1、b1和相应背面凸点a1’、b1’的短路关系，但不能检测到正面和背面凸点a1、b1、a1’、b1’间的开路关系，但是对tsv硅转接基板晶圆的正面凸点进行第二次单面探针测试，可以判断正面和背面凸点a1、b1、a1’、b1’间的开路关系，所以综合上述两次单面探针测试可以判断第一种情况下正面和背面凸点a1、b1、a1’、b1’间的电通断关系。

上述第二种情况下：从对tsv硅转接基板的背面凸点进行第一次单面探针测试不能判断正面和背面凸点a2、b2、a2’、b2’间的短路关系，但是从对tsv硅转接基板晶圆的正面凸点进行第二次单面探针测试，可以判断正面和背面凸点a2、b2、a2’、b2’间的短路关系，所以综合上述两次单面探针测试可以判断第二种情况下正面和背面凸点a2、b2、a2’、b2’间的电通断关系。

上述第三种情况下：对tsv硅转接基板的背面凸点进行第一次单面探针测试能判断正面凸点a3、b3和相应背面凸点a3’、b3’的短路关系是否正常，虽然不能判断正面和背面凸点a3、b3、a3’、b3’间的短路关系，但对正面和背面凸点a3、b3、a3’、b3’间的短路关系的判断有参考意义；从对tsv硅转接基板晶圆的正面凸点进行第二次单面探针测试，可以判断正面凸点a3和b3间的短路关系，虽然不能判断正面凸点a3和背面凸点b3'间、正面凸点b3和背面凸点a3'间、以及背面凸点a3’和b3’间的短路关系，但同样具有参考意义，综合上述两次探针测试结果，能间接判断正面凸点a3和背面凸点b3'间、正面凸点b3和背面凸点a3'间、以及背面凸点a3’和b3’间的短路关系。所以综合上述两次单面探针测试可以判断第二种情况下正面和背面凸点a3、b3、a3’、b3’间的电通断关系。

上述第四种情况下：无论是对tsv硅转接基板的背面凸点进行的第一次单面探针测试，还是对tsv硅转接基板的正面凸点进行的第二次单面探针测试，都不能确切判断第四种情况下正面和背面凸点a4、b4、a4’、b4’间的短路关系。但是因为正面凸点a4、b4在正面rdl层中被电连接在一起，背面凸点a4’、b4’在背面rdl层中被电连接在一起，正面凸点a4、b4的引脚定义相同，背面凸点a4’、b4’的引脚定义也相同，所以在测试网络中正面凸点a4、b4可视为同一点，同样背面凸点a4’、b4’也可视为同一点，四端口网络(a4、b4、a4’、b4’)可以视为一个二端口网络(a4+b4、a4’+b4’)，上述二端口网络(a4+b4、a4’+b4’)可以通过与tsv硅转接基板上其它正面凸点和背面凸点再构成四端口网络，以判断a4+b4和a4’+b4’间的电通断关系。

表1.两个tsv通孔(及其正、背面rdl层和正、背面凸点)电绝缘的情况

表2.两个tsv通孔通过正面rdl层电连接的情况

表3.两个tsv通孔通过背面rdl层电连接的情况

表4.两个tsv通孔同时通过正面rdl层和背面rdl层电连接的情况