突破微间距：开尔文弹簧探针结构在WLCSP芯片测试座中的创新应用

随着半导体封装技术向高密度、微型化发展，晶圆级芯片封装（WLCSP）因其体积小、性能优的特点，成为消费电子、汽车电子等领域的主流选择。然而，WLCSP芯片的触点间距缩至0.35mm甚至更低，对测试座的精度与可靠性提出了更高要求。开尔文弹簧探针结构为核心，结合鸿怡电子等国产芯片测试座厂商的技术，探讨其在WLCSP芯片测试中的关键应用与创新突破。Kelvin 探针头设计应用于标准阵列测试插座或Volta 晶圆级别探针头( Volta WLCSP) ，提供稳健、易于维护、长寿命的测试解决方案

一、WLCSP芯片测试的技术挑战与需求  

WLCSP封装通过直接在晶圆上完成封装与锡球焊接，其触点间距普遍缩小至0.35mm以下，传统测试探针因接触电阻大、对位精度低，易导致测试信号失真或芯片损伤。具体挑战包括：  

1. 微间距适配：探针需精准匹配0.35mm及以上间距的触点，同时避免相邻针尖短路。  

2. 温度适应性：工作温度范围需覆盖-55°C至120°C，以应对汽车电子、工业设备等严苛环境。  

3. 高可靠性：插拔次数需超过50万次，确保测试设备长期稳定运行。

开尔文弹簧探针测试座

二、开尔文弹簧探针结构的设计创新

开尔文（Kelvin）测试法通过四线制测量消除接触电阻影响，而弹簧探针的力学设计进一步提升了测试精度与寿命。以下为关键技术突破：  

1. 斜面偏移尖端设计  

精密对位：探针尖端采用斜面偏移结构，允许中心间距低至0.125mm，实现与芯片触点的精准接触。例如，鸿怡电子的WLCSP24pin测试座通过合金材质探针与翻盖式结构，确保针尖在0.07-0.14mm间距下的稳定性。  

防损伤保护：浮动弹簧设计（如专利技术中的浮动板结构）在测试时缓冲下压力度，避免锡球因硬接触而损坏。

2. 宽温域与高耐久性  

材料优化：采用特种合金（如铍铜）的探针，配合耐高温塑胶基座，可在-55°C至120°C范围内保持弹性与导电性，满足车规级芯片测试需求。  

长寿命设计：通过表面镀金工艺降低接触电阻，结合弹簧预压技术，插拔寿命超过50万次，显著降低测试成本。  

3. 多封装兼容性

模块化适配：测试座支持BGA、WLCSP、QFN等多种封装，通过可替换探针板与定位槽设计，快速切换测试场景。例如，鸿怡电子的QFN测试座通过十字形定位槽，兼容不同尺寸芯片的精确固定。

开尔文弹簧探针测试座

Kelvin探针的针尖间距仅为 70μm，PCB板Pad的间距为 250μm。Kelvin系列涵盖 0.35 毫米及以上的芯片器件引脚间距

•封装应用：BGA/WLCSP

•最小引脚间距：阵列0.35mm，

0.25mm@单排

•力：15.5gf@0.45mm建议

•工作温度范围：-55°C至120°C

•设备侧接触：2点冠尖

•PCB侧接触：锥形半径尖端

电气*

•接触电阻：平均<100mΩ

•载流能力：1.3 A

电镀

•设备侧柱塞：均质合金

•PCB侧柱塞：镀金

•桶：内部镀金

弹簧：镀金

三、国产芯片测试座的核心应用场景与案例

1. 高密度消费电子IC/芯片测试  

快充芯片测试：以华源智信HYC3606（LGA封装）为例，通过鸿怡电子多通道测试座并行检测效率（>90%）与协议兼容性（PD/QC），适配手机快充模块的批量生产。  

2. 车规级芯片老化验证  

极端环境模拟：老化座支持-55°C至155°C循环测试，结合高压（50V）负载，验证芯片在高温振动、EMC干扰下的可靠性，适用于新能源车用电源管理芯片。  

3. 自动化芯片烧录与功能测试**  

固件校验：烧录座集成智能算法，批量烧录时自动校验固件版本，并通过开尔文探针实时监测信号完整性，确保芯片功能达标。

开尔文弹簧探针测试座

四、未来技术趋势与国产化突破

1. 高频与低寄生参数优化：针对GaN/SiC芯片的高频特性，开发低电感探针结构，减少信号衰减。  

2. AI驱动的智能测试：结合大数据分析预测探针磨损周期，动态调整测试参数，提升良率。  

3. 三维堆叠封装适配：研发垂直方向多触点探针，支持3D IC的复杂测试需求。    

国产开尔文弹簧探针测试座通过斜面偏移尖端、宽温域兼容与高可靠性设计，成功突破WLCSP芯片的微间距测试瓶颈。以鸿怡电子为代表的测试座厂商，凭借模块化测试座与智能化技术整合，正推动国产半导体测试设备从“替代进口”迈向“全球领先”。未来，随着第三代半导体与异构集成的普及，高精度测试技术将成为产业升级的核心驱动力。