CN101258410A - 探针卡及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种可在更高温度下使用的探针卡及其制造方法。用相同的金属材料形成接触探针及电极垫的各接合界面，在真空中向各接合界面照射离子以去除杂质，然后在真空状态下直接以使各接合界面会合的方式进行对位。由此，通过各接合界面的结合键的彼此结合而在常温下使接合界面彼此接合，因此，不必如经由熔融层接合的情形那样，须于接触探针及电极垫之间形成熔点低的熔融层。因此，如果以熔点高的金属材料形成接触探针及电极垫，则接触探针及电极垫直到高温都不会熔融，因此可提供在更高温度下使用的探针卡。
Description
技术领域
本发明涉及一种探针卡及其制造方法，更详细地，涉及接触探针与基板的接合方法的改良。
背景技术
公知有一种探针卡，其通过使接触探针(contact probe)与半导体集成电路等检查对象物接触，以进行检查对象物与测试(tester)装置的电连接(例如专利文献1、2)。测试装置用以检查经由探针卡连接的检查对象物的电特性。探针卡是例如通过将具有弹性的金属制接触探针排列配置于形成有配线图案的基板上而形成。
接触探针的一端部经由熔融层与基板接合，而在另一端部侧形成有用以与检查对象物接触的接触部。在基板的配线图案上粘附有金属制的电极垫，在该电极垫与接触探针的一端部的间形成有熔点低的金属材料作为熔融层。当将接触探针接合于基板之际，通过加热使熔融层熔融之后再予以冷却凝固，由此使接触探针及电极垫粘接，使接触探针固定于基板上。
【专利文献1】日本特开2005-140677号公报；
【专利文献2】日本特开2005-140678号公报。
发明内容
然而，当在高温下使用经由熔融层将接触探针接合于基板上的探针卡时，会有熔点低的熔融层被加热到熔点而熔融的问题。
此外，在经由熔融层将接触探针接合于基板上时，会增加该接合部的电阻，同时会有因为加热而在接触探针产生扭曲或变形，或产生各接合部的安装误差的情形。当接触探针产生扭曲或变形时，或产生各接合部的安装误差时，接触探针与检查对象物的接触位置就会偏移。由于这种电阻的增加及接触探针与对检查对象物的接触位置的偏移等，有对检查对象物的电特性的检查造成不良影响之虞。
本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种可在更高温度下使用的探针卡及其制造方法。此外，本发明的目的在于提供一种可降低接触探针与基板之间的电阻的探针卡及其制造方法。此外，本发明的目的在于提供一种可防止接触探针与检查对象物的接触位置偏移的探针卡及其制造方法。
本发明的第一方式为一种探针卡，包括：接触探针，用以接触检查对象物；和基板，表面形成有与上述接触探针接合的电极垫，上述接触探针及上述电极垫的各接合界面由相同的金属材料形成，上述接触探针及上述电极垫通过使相互的接合界面在真空中会合而接合。
根据该结构，能够在常温下接合接触探针及电极垫。即，通过在真空中会合接触探针及电极垫的各接合界面，能够使形成各接合界面的金属原子的结合键相互结合，因此，即使不通过加热，也可将接触探针及电极垫牢固地接合。
尤其，由于接触探针及电极垫的各接合界面由相同的金属材料形成，因此，各接合界面的金属原子的原子间距离相等，各金属原子的结合键间的距离亦相等。因此，接触探针及电极垫的各接合界面的结合键密度大致相等，故可将结合键彼此以高密度结合，能够将接触探针及电极垫更牢固地接合。
这样，只要是在结合键之间结合接触探针及电极垫的结构，则不必如经由熔融层接合的情形那样，须于接触探针及电极垫之间形成熔点低的熔融层。因此，只要以熔点高的金属材料形成接触探针及电极垫，则接触探针及电极垫直到高温都不会熔融，因此可提供能够在更高温度下使用的探针卡。
此外，与经由熔融层将接触探针接合于接触基板上的结构相比较，由于可减小接合部的电阻，因此可降低接触探针与基板之间的电阻。
此外，通过在常温下接合接触探针及电极垫，与经由熔融层将接触探针接合于基板上的结构比较，可防止因为加热而在接触探针上产生扭曲或变形，同时可防止各接合部产生安装误差。由此，可防止接触探针与检查对象物的接触位置的偏移。
本发明的第二方式是一种探针卡的制造方法，通过接合用以接触检查对象物的接触探针和形成于基板表面的电极垫而制造探针卡，包括：界面形成步骤，用相同的金属材料形成上述接触探针及上述电极垫的各接合界面；界面活化步骤，在真空中将附着在上述接触探针及上述电极垫的各接合界面上的杂质予以去除，使各接合界面活化；以及界面接合步骤，在上述界面活化步骤后亦仍维持真空状态，通过使上述接触探针及上述电极垫的各接合界面会合而予以接合。
根据该构成，能够制造可达成与本发明第一方式的探针卡同样功效的探针卡。尤其，由于在真空中将附着于各接合界面上的杂质予以去除，因此大气中的杂质及从各接合界面去除的杂质难以附着到经过活化的各接合界面上，通过在该状态下使各接合界面会合，可使接合界面彼此良好地接合。
本发明的第三方式为一种探针卡的制造方法，其中，上述界面活化步骤通过离子照射上述接触探针及上述电极垫的各接合界面，在真空中将附着于各接合界面的杂质予以去除，从而使各接合界面活化。根据该结构，通过在真空中仅向接触探针及电极垫的各接合界面照射离子的简单作业，即可将附着于各接合界面的杂质去除，从而使各接合界面活化。
本发明的第四方式为一种探针卡的制造方法，包括将上述接触探针及上述电极垫的各接合界面予以平滑化的界面平滑化步骤，上述界面活化步骤是在上述界面平滑化步骤后使各接合界面活化。根据该结构，通过对接触探针及电极垫的各接合界面进行平滑化，即可将该等接合界面的接合面积确保为较大的面积。
(发明效果)
根据本发明，通过以熔点高的金属材料形成接触探针及电极垫，可提供能够在更高温度下使用的探针卡。此外，与经由熔融层将接触探针接合于接触基板上的结构相比较，由于可将接合部的电阻减小，因此可降低接触探针与基板之间的电阻。此外，通过在常温下将接触探针及电极垫予以接合，与经由熔融层将接触探针接合于接触基板上的结构相比较，可防止接触探针与检查对象物的接触位置的偏移。
附图说明
图1是示出本发明实施方式的探针卡的制造方法的示意立体图，(a)示出接触探针接合于接触基板之前的状态，(b)示出接触探针接合于接触基板之后的状态；
图2是用于对图1的探针卡的制造方法进行说明的图，其用示意剖面图示出探针卡制造装置；
图3是示出作为图1的探针卡的制造方法的常温接合处理的一例的流程图；
图4是用于对常温接合处理的原理进行说明的示意图。
【符号说明】
1探针卡
10接触探针
11接触部
12接合部
13接合界面
20接触基板
21配线图案
22电极垫
23接合界面
30块体
31对置面
40探针卡制造装置
41真空腔体
42操纵器
43离子照射装置
44排气口
50金属原子
51结合键
具体实施方式
图1是示出本发明的实施方式的探针卡1的制造方法的示意立体图，(a)是示出接触探针10接合于接触基板20之前的状态，(b)是示出接触探针10接合于接触基板20之后的状态。该探针卡1包括用以接触半导体集成电路等检查对象物的多个接触探针10、以及支承这些接触探针10的接触基板20。
接触基板20为将硅形成板状的基板，在其表面形成有配线图案21。在接触基板20的表面排列配置有两行与接触探针10接合的平板状的电极垫22，这些电极垫22连接于配线图案21。各电极垫22的表面是与接触探针接合的接合界面23，形成为平坦面。
电极垫22是由镍钴(Ni-Co)、钯镍(Pd-Ni)、钯钴(Pd-Co)、钨(W)、镍钨(Ni-W)等金属材料而形成。配线图案21延伸至接触基板20的周缘部，通过安装在接触基板20的周缘部的配线构件而与测试装置连接。
例如，接触基板20从由玻璃环氧制的多层配线基板构成的主基板通过柔性基板而悬吊着。主基板通过安装在探针装置上而与用以检查检查对象物的电特性的测试装置连接。柔性基板与接触基板20的周缘部连接，接触探针10经由电极垫22、配线图案21、柔性基板及主基板而与测试装置电连接。
接触探针10由与电极垫22相同的材料形成，即由镍钴(Ni-Co)、钯镍(Pd-Ni)、钯钴(Pd-Co)、钨(W)、镍钨(Ni-W)等具有弹性的导电性金属材料形成。接触探针10形成为弓形，其一端部形成用于接触检查对象物的接触部11，另一端部形成与接触基板20接合的接合部12。
在接触探针10的接合部12形成有与接触基板20的电极垫22接合的接合界面13。该接合界面13形成为面积较电极垫22的接合界面23更小的平坦面。接触探针10在接合部12悬臂支撑于接触基板20上，且其前端侧以远离接触基板20的方式从接合部12弯曲成弓形状。更具体而言，接触探针10形成为其中央部具有弯曲部的2阶段的弓形状。接触部11在接触探针10的前端部朝向接触基板20的相反侧突出。
在本实施方式中，如图1(a)所示，多个接触探针10以相对位置不变化的方式由铜(Cu)等材料固定周围，作为块体30被一体化操作。多个接触探针10的各接合界面13从块体30的一个面(以下称为「对置面31」)露出于外部，将该对置面31与接触基板20相对置，使各接触探针10的接合界面13以抵接于所对应的电极垫22的接合界面23的方式进行对位，由此能够一次性对多个接触探针10进行对位。
这种块体30可通过下述公知的方法来形成，即叠层薄的铜膜，在各层通过蚀刻等来选择性地形成沟，并在该沟中填充用以形成接触探针10的金属材料。由此，能够由在块体30各层的沟内以连续的方式充填的金属材料形成接触探针10。
在将块体30相对于接触基板20进行对位，并将各接触探针10接合于所对应的电极垫22之后，使用药品等将块体30的铜熔融，由此如图1(b)所示，形成多个接触探针10被悬臂支承的接触基板20。
然而，亦可使接触探针10不以本实施方式那样使用块体30安装在接触基板20上，而是例如在形成接触探针10时用支撑层连接多个接触探针10，由此对多个接触探针10进行一体化操作，或是将在形成接触探针10时支承多个接触探针10的基台进行适当切取，由此对多个接触探针10进行一体化操作。此外，也可以不一次性地将多个接触探针10安装在接触基板20上，而是以一次一个或一次多个的方式将各接触探针10安装在接触基板20上。
图2是用于对图1的探针卡1的制造方法进行说明的图，其用示意截面图示出探针卡制造装置40。图3是示出作为图1的探针卡1的制造方法的常温接合处理的一例的流程图。图4是用于对常温接合处理的原理进行说明的示意图。
该探针卡制造装置40包括真空腔体41、操纵器(manipulator)42及离子照射装置43。块体30的对置面31中的各接触探针10的接合界面13以及接触基板20的各电极垫22的接合界面23由相同的金属材料形成，且使用所谓悬浮抛光法等公知的研磨加工法，成为表面凹凸的高低差为几十至几百埃的平滑面(平滑化处理：图3的步骤S101)。通过对接触探针10及电极垫22的各接合界面13、23进行平滑化，可将这些接合界面的接合面积确保为较大。
之后，如图2(a)所示，通过从形成于真空腔体41的排气口44抽取真空腔体41内的空气，使真空腔体41内成为气压为10-7至10-9Pa左右的高真空氛围(图3的步骤S102)。于是，将接触基板20固定在真空腔体41内的规定位置处，并且在由操纵器42保持块体30的状态下，从离子照射装置43朝块体30的对置面31及接触基板20的表面照射离子(洁净化处理：图3的步骤S103)。
从离子照射装置43照射的离子优选不易与金属原子结合的惰性离子，在本实施方式中，是照射氩离子。通过洁净化处理，使氩离子与块体30的对置面31的各接触探针10的接合界面13及接触基板20的各电极垫22的接合界面23撞击，在该撞击能量的作用下切断形成各接合界面13、23的金属原子的结合键，从而去除附着在各接合界面13、23上的杂质。
如图4(a)所示，当通过洁净化处理来切断形成各接合界面13、23的金属原子50的结合键51时，这些的结合键51被活化，处于与其它原子的结合键易于结合的状态。在此状态下，如图2(b)所示，以使各接触探针10的接合界面13与对应的电极垫22的接合界面23抵接的方式进行块体30的对位(图3的步骤S104)。由此，接触探针10及电极垫22的各接合界面13、23在真空中会合，如图4(b)所示，通过各接合界面13、23的结合键51彼此结合，使接合界面13、23在常温下彼此接合。之后，如上所述，可进行通过熔融块体30的铜等而加以去除的处理。
这样，使经过活化的结合键51彼此会合而结合的现象，被认为是基于各结合键51所具有的自由能量准位在最低状态下稳定的原理，结合键51彼此自动结合(self-alignment，自动对准)。由于在高真空氛围中将附着在各接合界面13、23的杂质去除，因此，大气中的杂质或通过洁净化处理而从各接合界面13、接合界面23去除的杂质难以附着在经过活化的各接合界面13、23上，通过在此状态下使各接合界面13、23会合，能够将接合界面13、23彼此良好地接合。
在本实施方式中，能够在常温下将接触探针10及电极垫22予以接合。亦即，通过在真空中使接触探针10及电极垫22的各接合界面13、23会合，能够使形成各接合界面13、23的金属原子50的结合键51相互结合，因此，即使不进行加热，亦可牢固地接合接触探针10及电极垫22。
尤其由于接触探针10及电极垫22的各接合界面13、23是由相同的金属材料形成，因此如图4所示，各接合界面13、23的金属原子50的原子间距离相等，各金属原子50的结合键51间的距离亦相等。因此，接触探针10及电极垫22的各接合界面13、23的结合键51的密度大致相等，故可将结合键51彼此以高密度结合，且可将接触探针10及电极垫22更牢固地接合。
这样，只要是在结合键51之间结合接触探针10及电极垫22的结构，则不必如经由熔融层接合的情形那样，须于接触探针10及电极垫22之间形成熔点低的熔融层。因此，只要以熔点高的金属材料形成接触探针10及电极垫22，则接触探针10及电极垫22直到高温都不会熔融，因此可提供能够在更高温度下使用的探针卡1。
此外，与经由熔融层将接触探针10接合于接触基板20上的结构相比较，由于可减小接合部的电阻，因此可降低接触探针10与接触基板20之间的电阻。
此外，通过在常温下接合接触探针10及电极垫22，与经由熔融层将接触探针10接合于接触基板20上的结构比较，可防止因为加热而在接触探针10上产生扭曲或变形，同时可防止各接合部产生安装误差。由此，可防止接触探针10与检查对象物的接触位置的偏移。
在上述实施方式中，虽是对将电极垫22形成于接触基板20上，且在该电极垫22上连接有接触基板20上的配线图案21的结构进行了说明，然而并不限于该结构，亦可以是将电极垫粘附于接触基板的配线图案上的结构。电极垫既可由与配线图案不同的金属材料形成，也可以由与配线图案相同的金属材料一体形成。
接触探针10及电极垫22的接合界面13、23并不限于平坦面，也可以是弯曲形状或凹凸形状。例如，也可以将接触探针及电极垫的各接合界面中的一方形成为凸形状，将另一方形成为对应的凹形状，通过使其嵌合而使各接合界面会合。
此外，并不限于用相同的金属材料形成接触探针10及电极垫22的整体的结构，只要用相同的金属材料形成至少各接合界面13、23即可。因此，并不以接触探针10整体与电极垫22用相同的金属材料形成的结构为限，例如，在以可伸缩的方式将柱塞(plunger)配置于套筒(barrel)内的由多种零件所组成的接触探针中，也可以仅使包括接合界面的一部分由与电极垫相同的金属材料来形成。
接触基板20并不限于硅制部件，亦可是由其它材料形成的基板，例如玻璃环氧制的基板等。
Claims (4)
1.一种探针卡，其特征在于，包括：
接触探针，用以接触检查对象物；和
基板，表面形成有与上述接触探针接合的电极垫，
上述接触探针及上述电极垫的各接合界面由相同的金属材料形成，
上述接触探针及上述电极垫通过使相互的接合界面在真空中会合而接合。
2.一种探针卡的制造方法，通过接合用以接触检查对象物的接触探针和形成于基板表面的电极垫而制造探针卡，其特征在于，包括：
界面形成步骤，用相同的金属材料形成上述接触探针及上述电极垫的各接合界面；
界面活化步骤，在真空中将附着在上述接触探针及上述电极垫的各接合界面上的杂质予以去除，使各接合界面活化；以及
界面接合步骤，在上述界面活化步骤后亦仍维持真空状态，通过使上述接触探针及上述电极垫的各接合界面会合而予以接合。
3.如权利要求2所述的探针卡的制造方法，其特征在于，
上述界面活化步骤通过离子照射上述接触探针及上述电极垫的各接合界面，在真空中将附着于各接合界面的杂质予以去除，从而使各接合界面活化。
4.如权利要求2或3所述的探针卡的制造方法，其特征在于，
包括将上述接触探针及上述电极垫的各接合界面予以平滑化的界面平滑化步骤，
上述界面活化步骤是在上述界面平滑化步骤后使各接合界面活化。
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