CN103261896A - 探测卡 - Google Patents

Abstract

提供一种探测卡，进行高密度的被测微电路基板的电气检查时使用。具备：多个探针；绝缘体，具有该探针贯通的多个贯通孔；以及位于该绝缘体的两侧，具有分别插入探针的端部的支撑孔的一对基板，该一对基板设置为能够与所述绝缘体滑动，并且该一个基板由热膨胀系数与被测微电路基板的热膨胀系数具有相同值或近似值的材料形成，该另一个基板由热膨胀系数与信号输入输出用布线板的热膨胀系数具有相同值或近似值的材料形成。据此，即使被测微电路基板以及信号输入输出用布线板发生热膨胀，也能够使探针与被测微电路基板以及信号输入输出用布线板各自的电极始终接触，并且相邻的探针不会发生短路，因此能够一次性并且可靠地进行高密度的被测微电路基板的电气检查。

Description

探测卡

技术领域

本发明涉及进行高密度多插脚集成电路元件以及高密度多插脚集成电路等被测微电路基板的电气检查时使用的探测卡(probe card)。

背景技术

近年来，半导体集成电路、微电路、有机基板微电路中，由于精细化技术的发展，二维排列的电极的间隔变得非常狭窄。作为电气测定这种集成电路的方法的一例，在专利文献1和专利文献2中有所提及。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特许第4421550号公报

专利文献2：JP特开平11-160356号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，为了确保专利文献1提出的探头(probe)形状具有足够大的弯曲量，不得不扩大一根探针(probe pin)所占的范围，因此存在无法对目的微电路基板的整个电路一起进行电气测定的问题。

为了解决该问题，专利文献2中，作为对多个电极一起进行测定的方法，提出了组合使用在陶瓷层叠基板上利用平版印刷技术形成了多个凸点电极的基板与导电性橡胶的探测卡。

但是，使用在陶瓷层叠板上形成的凸点电极的探测卡存在着如下问题：以导电性橡胶的弯曲量难以在晶片(wafer)的整个面上取得均匀接触，另外，导电性也较低，无法确保与应连接的电极的可靠的接触。

另外，使用了一直以来用于半导体电气检查的悬臂型探头的探测卡由于探头的形状具有多根探针时，探测卡的面积变大，无法一起测量晶片上制成的全部半导体元件。因此，存在的问题是，为了进行半导体晶片上的多个元件的电气检查，必须二维地依次移动并进行测定，需要较长的检查时间，并且无法一边改变实验环境条件一边进行连续检查。

尤其是，在高密度的多插脚集成电路元件以及高密度的多插脚集成电路等中，半导体元件的电极间隔变窄，由于半导体元件的热膨胀，被测微电路基板的电极端子与探针发生移位，变得不再接触。因此，难以在与所有端子连接的状态下测定被测微电路基板的电气特性。另外，在以二维状配置探针时，为了确保探针的弹性并确保探针间的绝缘，需要设置间隙或者隔板，但是，在结构上难以使探头的间隔为0.25mm以下。

因此，不得不采取使悬臂型探头接触半导体四周边部的2至3层端子进行电气检查，或者移动测定位置逐一进行测定的方法，因此存在着检查时间的耗费、检查事项的制约、探头组装时的定位的困难、检查环境的制约等问题。

本发明着眼于上述问题，目的在于提供一种实用上非常有用的，尤其适合超高密度电路元件的探测卡，这种探测卡的探针之间不会发生短路，并且即使被测微电路基板以及信号输入输出用布线板发生热膨胀，也使探针同时接触被测微电路基板和信号输入输出用布线板各自的所有电极端子，据此能够可靠地测定高密度的多插脚集成电路元件以及高密度的多插脚集成电路等被测微电路基板的电气特性。

用于解决问题的手段

在第一方式所涉及的探测卡中，具备：多个探针，具有与被测微电路基板的电极电气接触的一端部和与信号输入输出用布线板的电极电气接触的另一端部，具有弹性；绝缘体，具有该探针分别贯通的多个贯通孔；以及位于该绝缘体的两侧，具有插入所述探针的一端部的支撑孔的一个基板和具有插入所述探针的另一端部的支撑孔的另一个基板，其中，由该一个基板和另一个基板构成的一对基板设置为能够与绝缘体滑动，并且一个基板由热膨胀系数与被测微电路基板的热膨胀系数具有相同值或近似值的材料形成，另一个基板由热膨胀系数与信号输入输出用布线板的热膨胀系数具有相同值或近似值的材料形成。

这样，采用由绝缘体与该绝缘体两侧配置的两块基板构成的三层结构，该层与层之间能够相互滑动，并且一个基板由热膨胀系数与被测微电路基板的热膨胀系数具有相同值或近似值的材料形成，另一个基板由热膨胀系数与信号输入输出用布线板的热膨胀系数具有相同值或近似值的材料形成，据此，例如被测微电路基板和信号输入输出用布线板由于热膨胀而发生位置变化，各自的电极的位置发生移位，与其面对的基板也由于同等的热膨胀以相同的变化量移动位置，与绝缘体发生滑动，探针随着也到达电极的移位后的位置，因此探针与被测微电路基板和信号输入输出用布线板的各自的电极始终接触，并且探针保持在绝缘体的贯通孔内。另外，探针之间不会发生短路。

在第二方式所涉及的探测卡中，一对基板由随着湿度变化而伸缩的伸缩量相同的材料形成。

据此，在进行电气检查的环境的湿度发生变化时，一对基板与被测微电路基板和信号输入输出用布线板的湿度变化相应地同时伸缩，探针仍然接触被测微电路基板和信号输入输出用布线板的各自的电极。

在第三方式所涉及的探测卡中，绝缘体两侧的两块基板材料由硅、硅氧化物、硅碳化物、蓝宝石(sapphire)中任一种非导体形成，选择与包含半导体的无机基板电路的热膨胀系数具有相同值或近似值的合适的材料。

另外，若被测微电路基板的材料和信号输入输出用布线板的材料不同，则这两块基板的材料相应地也不同。

在第四方式所涉及的探测卡中，绝缘体两侧的两块基板材料由环氧玻璃、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯中任一种非导体形成，选择与包含半导体的有机基板电路的热膨胀系数具有相同值或近似值、并且随着湿度变化而伸缩的伸缩量相同的合适的材料。

在此情况下，若被测微电路基板的材料和信号输入输出用布线板的材料不同，则这两块基板的材料相应地也不同。

在第五方式所涉及的探测卡中，探针利用电铸由钯的二元合金或三元合金制作，据此得到追从足够的弯曲量并具有所需弹力的探针。

作为以往的弹簧材料，使用磷青铜、铍铜的蚀刻材料、Ni、NiCo等的电铸材料等，但这些材料制作成微小的弹簧形状后复原力都会降低，无法得到足够的复原力即弹力。尤其是在温度为80℃至130℃的环境下测定时该现象较为显著。因此，探针的间距为250μm以下时弹簧效果较差。对此，根据本方式的基于钯合金的二元合金、三元合金的弹性系数完全可以满足需求。

在第六方式所涉及的探测卡中，绝缘体使用X射线掩膜对聚四氟乙烯直接照射X射线而形成，据此使用一个工序形成，其中，尤其是聚四氟乙烯，探针容易滑动，因而是最适合的。

在第七方式所涉及的探测卡中，绝缘体由使用模具成型的丙烯酸树脂、聚碳酸酯、酚醛树脂、苯乙烯树脂、ABS树脂、聚丙烯、聚乙烯、环氧树脂、硅树脂、硅橡胶中任一种绝缘性聚合物形成，所述模具利用X射线曝光工序和电铸以高成形系数制成，因而绝缘体通过多个工序高精度地形成。

发明效果

如以上所说明，根据本发明的第一方式所涉及的探测卡，采用由绝缘体与其两侧配置的两块基板构成的三层结构，该层与层之间能够相互滑动，并且一个基板由热膨胀系数与被测微电路基板的热膨胀系数具有相同值或近似值的材料形成，另一个基板由热膨胀系数与信号输入输出用布线板的热膨胀系数具有相同值或近似值的材料形成，因此，即使被测微电路基板的电极的间距间隔窄至30μm至200μm，被测微电路基板和信号输入输出用布线板发生热膨胀，探针也与被测微电路基板和信号输入输出用布线板的各自的电极始终接触，并且相邻的探针之间不会发生短路，因此能够一次性并且可靠地进行高密度多插脚集成电路元件以及高密度多插脚集成电路等被测微电路基板的电气检查，可收到良好的效果。

根据第二方式所涉及的探测卡，即使进行电气检查的环境的湿度发生变化，一对基板也与被测微电路基板和信号输入输出用布线板的湿度变化相应地同时伸缩，据此探针始终接触被测微电路基板和信号输入输出用布线板的各自的电极，因此能够可靠地进行电气检查，可收到良好的效果。

根据第三方式所涉及的探测卡，一对基板的材料能够从分别与被测微电路基板以及信号输入输出用布线板的热膨胀系数具有相同值或近似值的硅、硅氧化物、硅碳化物、蓝宝石(sapphire)中的任一种非导体中做出选择，可收到良好的效果。

根据第四方式所涉及的探测卡，一对基板的材料能够从分别与被测微电路基板以及信号输入输出用布线板的热膨胀系数具有相同值或近似值的、并且随着湿度变化而伸缩的伸缩量相同的环氧玻璃、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯中的任一种非导体中做出选择，可收到良好的效果。

根据第五方式所涉及的探测卡，探针在为长度0.5至4.5mm，粗细5至25μm的极细的方形时也能够保持高的弹性率、耐久性、以及稳定的电阻值，可收到良好的效果。

根据第六方式所涉及的探测卡，使用X射线掩膜对聚四氟乙烯直接照射X射线，据此能够使用一个工序形成具有高成形系数的孔的绝缘体，尤其是选择滑动特性良好的聚四氟乙烯，使得探针能够顺畅地伸缩，可收到良好的效果。

根据第七方式所涉及的探测卡，以往，将蚀刻昂贵的硅而得到的基板层叠多块来形成，将绝缘性硅孔结构板层叠多层以制作绝缘体，与此相对，利用X射线曝光工序和电铸以高成形系数制作模具，实施注射成形以形成绝缘体，因而能够廉价地制作具有高成形系数的孔的绝缘体，可收到良好的效果。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的探测卡的剖视图。

图2是表示本发明的实施方式的探测卡的分解立体图。

图3是表示本发明的实施方式的探针的立体图。

图4是表示本发明的实施方式的探针的耐力的图。

图5是表示本发明的实施方式的探针的疲劳强度的图。

具体实施方式

下面，基于图1至图5说明本发明的实施方式所涉及的探测卡7，但本发明并不受下面的实施方式的任何限定。

在图1及图2中，1是一个基板，2是另一个基板，在一个基板1上设置有多个探针3的一端部31穿过的支撑孔11，在另一个基板2上设置有多个探针3的另一端部32穿过的支撑孔21。

4为绝缘体，配置于一对基板1、2之间，设置有多个探针3分别贯通的多个贯通孔41，如后所述，该贯通孔41与支撑孔11、12相比内径设定得较大。

这样，通过绝缘体4与位于其两侧的一对基板1、2构成三层结构，虽然图1中并未示出，但一个基板1与另一个基板2同绝缘体4之间为了能够滑动，设置微小的间隙而接合。

5是被测微电路基板，一个基板1由热膨胀系数与该被测微电路基板5具有相同值或近似值的材料形成。

6是信号输入输出用布线板，另一个基板2由热膨胀系数与信号输入输出用布线板6具有相同值或近似值的材料形成。

作为它们的材料，若被测微电路基板5和信号输入输出用布线板6为无机材质，则使用硅、硅氧化物、硅碳化物、蓝宝石(sapphire)的非导体。

另外，作为它们的材料，若被测微电路基板5和信号输入输出用布线板6为有机材质，则使用随着湿度变化而伸缩的伸缩量相同的、环氧玻璃、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯的非导体。

另外，所谓热膨胀系数的近似值，是指以如下条件为前提的热膨胀系数的数值：支撑孔11因温度变化而移位的距离为被测微电路基板5的电极51的最小间距以内，同样，支撑孔12因温度变化而移位的距离为信号输入输出用布线板6的电极61的最小间距的二分之一以内。

这样，基板1与基板2不必是相同材质。如上所述，若使用与被测微电路基板5的材料具有相同热膨胀系数的材料制成基板1，使用与信号输入输出用布线板6的材料具有相同热膨胀系数的材料制成基板2，则例如在基板1与基板2的热膨胀系数不同时，也能够保证被测微电路基板5和信号输入输出用布线板6同探针3的接触，因而是有利的。

如图3所示，探针3由利用电铸制作的钯合金形成，图4是表示探针3的耐力(弹性极限应力)的测定结果的图。在图4中，横轴为应变(％)，纵轴为应力(MPa)，A表示使用60％钯与40％镍的合金作为探针3的合金的情况，B表示使用80％镍与20％钴的合金作为以往的合金的情况，可以确认，基于本发明的A的耐力为2700MPa，远大于B的500MPa。

另外，图5是表示疲劳强度的测定结果的图，横轴为反复次数(次)，纵轴为最大应力(MPa)。在图5中，C基于本发明，表示使用60％钯与40％镍的合金作为探针3的合金的情况，D和E是以往的材料，D表示使用镍/钴合金的情况，E表示使用镍的情况，在最大应力为1000MPa时，D在反复70万次时截断，E在反复5万次时截断，与此相对，基于本发明的C反复1000万次仍未截断，因此可以确认，基于本发明的C具有以往的镍/钴合金材料或镍材料的2倍至4倍以上的较大的疲劳强度。

另外，可以确认，作为其他的钯合金，80％钯与20％钴、60％钯、20％镍与20％钴中的任一种合金都与上述60％钯与40％镍的合金同样，具有较高的耐力和疲劳强度。

并且，探针3使用长度为2.0mm，粗细为3×3μm至10×25μm的方材，形成波形宽度的最大宽度为30至150μm，用于确保弯曲量的弯曲部的数量为两处以上的波形，方材为10×25μm的情况下具有加重10克时的弹簧变形量为100μm的特性。

该加重压力是由一般的弹簧材料、磷青铜、含磷铜等制作的以往的探针完全无法耐受的很高的压力。探针3确保了具有可耐受这种高压力的超高弹性，并且疲劳强度与以往的探针相比也高数倍至数十倍左右。这有利于延长探测卡7的寿命。

该探针3通过波形两端部33、34抵止于一个基板1与另一个基板2各自的支撑孔11、21而得到支撑。支撑孔11为了使探针3的一端部31电气接触于被测微电路基板5的电极51，在与电极51相同位置处设置4μm至40μm的方孔或圆孔，支撑孔12为了使探针3的另一端部32电气接触于信号输入输出用布线板6的电极61，设置4μm至40μm的方孔或圆孔。

绝缘体4使用X射线掩膜对聚四氟乙烯直接照射X射线而形成，或者由使用模具成型的绝缘性聚合物形成，该模具利用X射线曝光工序和电铸制成，绝缘体4具有1.0mm至5.0mm的厚度。

贯通孔41的孔尺寸为30μm至180μm，方孔的孔尺寸为5×5μm至120×120μm，多个探针3分别贯通多个贯通孔41，从而阻止探针3之间的接触，防止短路，并且确保探针3的姿势。

另外，贯通孔41与支撑孔11、21的数量任意，例如，若是32pin×32pin的半导体元件则有1024个，若是64pin×64pin的半导体元件则有4096个。

(作用)

本实施方式以上述方式构成，下面说明其作用。首先，将探针3插入贯通孔41后，将探针3的一端部31穿过一个基板1的支撑孔11，将探针3的另一端部32穿过另一个基板2的支撑孔21，从而使波形两端部33、34抵于支撑孔11、21，在此状态下，将绝缘体4与一个基板1和另一个基板2相结合，从而完成探测卡7。

作为探测卡7使用时，使探针3的一端部31与被测微电路基板5的电极51电气接触，并且使探针3的另一端部32与信号输入输出用布线板6的电极61电气接触，据此能够进行高密度多插脚集成电路元件以及高密度多插脚集成电路等被测微电路基板5的电气检查。

在此情况下，探针3保持在绝缘体4的贯通孔41内，因此即使被测微电路基板5的电极51的间隔窄至50μm至200μm，探针3之间也不会相互接触，因此不会发生短路，并且由于利用电铸用钯合金制作探针3，且在表面镀镍、镀金，所以能够保持较高的弹性率和耐久性以及稳定的电阻值。

此外，即使被测微电路基板5发生热膨胀而使电极51的位置移位，一个基板1也因同等的热膨胀而发生位置变化，探针3跟随电极51到达移位后的位置，因此能够使探针3位于与被测微电路基板5的电极51一致的位置，因而能够使探针3始终接触被测微电路基板5的电极51。

同样，即使信号输入输出用布线板6发生热膨胀而使电极61的位置移位，另一个基板2也因同等的热膨胀而发生位置变化，探针3跟随电极61到达移位后的位置，因此能够使探针3位于与信号输入输出用布线板6的电极61一致的位置。因而能够使探针3始终接触信号输入输出用布线板6。

这样，能够一次性并且可靠地进行高密度多插脚集成电路元件以及高密度多插脚集成电路等被测微电路基板5的电气检查。

另外，即使进行电气检查的环境的湿度发生变化，一对基板1、2与被测微电路基板5和信号输入输出用布线板6的湿度变化相应地同时伸缩，探针3分别接触被测微电路基板5和信号输入输出用布线板6的电极51、61，因此能够可靠地进行电气检查。

(实施例)

利用X射线曝光工序或者光刻工序在导电体基底上形成探针3的形状，浸渍在钯镍或者钯镍钴的合金镀金液中，利用电铸，通电50分钟，使宽度达到10μm，厚度达到20μm，从而在导电体基底上形成探针3。

接着，从达到了规定厚度的导电体基底取下探针3后，能够作为探测卡用探针进行使用。

说明探测卡7的组装。首先，准备在厚度为0.2mm的硅基板上设置1024个孔尺寸为12×27μm的支撑孔11而得到的基板1，以及在厚度为0.2mm的硅基板上设置1024个孔尺寸为12×27μm的支撑孔12而得到的基板2，并且准备厚度为2.0mm，设置了1024个40×40μm的方孔为50间距的贯通孔41的绝缘体4。接着，使绝缘体4的贯通孔41与基板1的支撑孔11一致且可滑动地接合后，从贯通孔41的上方使探针3落入贯通孔41内，并使一端部31穿过支撑孔11。随后，使另一端部32从基板1的支撑孔21穿过，空出间隙以使基板2与绝缘体4能够滑动，在基板1、基板2与绝缘体4各自的固定孔18、28、48中插入固定具8从而将它们接合在一起，这样就结束了探测卡7的组装。

产业上的可利用性

一般而言，在被测微电路基板的制造过程中，为了确认对热负荷的质量保证、可靠性，将裸芯片投入预热(burn-in)装置，在设定的热条件下放置后，从预热装置中取出，用使用了悬臂型探头的探测卡分别进行晶片上的被测微电路基板的电气评价。

这是因为，进行电气评价的探测卡由于探针的形状而无法小型化，不得不从预热装置中取出后进行电气评价。

另一方面，通过使用本发明的探测卡7，可以在探测卡7接触晶片状的被测微电路基板5的状态下投入预热装置，能够进行具有对加热负荷的升温时、一定程度的加热时以及冷却时的连续热负荷的可靠性的测定，并且即使测定环境的湿度发生变化也能够可靠地测定，能够更高地保证被测微电路基板在市场上的可靠性。

另外，能够同时进行加热负荷与电气评价，能够缩短被测微电路基板的制造过程中的制造时间，实现生产性能的提高。

(符号说明)

1  一个基板

2  另一个基板

3  探针

4  绝缘体

5  被测微电路基板

6  信号输入输出用布线板

7  探测卡

Claims (7)

1.一种探测卡，具备：

多个探针，具有与被测微电路基板的电极电气接触的一端部和与信号输入输出用布线板的电极电气接触的另一端部，并且具有弹性；

绝缘体，具有该探针分别贯通的多个贯通孔；以及

位于该绝缘体的两侧的一个基板和另一个基板，所述一个基板具有插入所述探针的一端部的支撑孔，所述另一个基板具有插入所述探针的另一端部的支撑孔，其中，

由该一个基板和另一个基板构成的一对基板设置为能够与所述绝缘体滑动，并且所述一个基板由热膨胀系数与所述被测微电路基板的热膨胀系数具有相同值或近似值的材料形成，所述另一个基板由热膨胀系数与所述信号输入输出用布线板的热膨胀系数具有相同值或近似值的材料形成。

2.根据权利要求1所述的探测卡，其特征在于：

所述一对基板由随着湿度变化而伸缩的伸缩量相同的材料形成。

3.根据权利要求1所述的探测卡，其特征在于：

所述一对基板由硅、硅氧化物、硅碳化物、蓝宝石中任一种非导体形成。

4.根据权利要求1或2所述的探测卡，其特征在于：

所述一对基板由环氧玻璃、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯中任一种非导体形成。

5.根据权利要求1所述的探测卡，其特征在于：

所述探针通过电铸由钯的二元合金或三元合金制作。

6.根据权利要求1所述的探测卡，其特征在于：

所述绝缘体通过使用X射线掩膜对聚四氟乙烯直接照射X射线而形成。

7.根据权利要求1所述的探测卡，其特征在于：

所述绝缘体由使用模具而成型的丙烯酸树脂、聚碳酸酯、酚醛树脂、苯乙烯树脂、ABS树脂、聚丙烯、聚乙烯、环氧树脂、硅树脂、硅橡胶中任一种绝缘性聚合物形成，所述模具利用X射线曝光工序和电铸制成。

Images