CN116171386A - 探针卡用探针及其制造方法 - Google Patents

Abstract

若为了与半导体设备的电极间距对应而使探针(1)变薄，则机械强度变得不充分。需要进行用于以薄的金属板获得充分的机械强度的设计。在探针卡用探针(1)的表面设置：凹陷形状或突出形状的多个变形区域(8)；以及设置于相邻的所述变形区域(8)的边界的骨架区域(9)，以使所述变形区域(8)的应力分散。

Description

探针卡用探针及其制造方法

技术领域

本申请涉及探针卡用探针及其制造方法。

背景技术

探针卡是用于以下情况的电气连接装置：使探针接触半导体设备的电极焊盘，进行电力的供给、信号的输入输出和接地，以进行形成于晶圆上的每一个半导体设备的动作测试。

探针设置于探针卡的表面，且构成为前端通过规定的按压力而被按压于半导体设备的电极焊盘。

为了使形成于晶圆上的半导体设备的数量增加，需要使半导体设备的尺寸变小。因此，半导体设备的电极焊盘设计得较小，并且电极焊盘间的距离(间距)设计得较小。

需要与半导体设备的微小化相应地使探针微细。但是，若使探针微细，则存在探针的机械强度变弱的问题。

因此，为了保证探针与半导体设备的电极焊盘之间的良好的电气接触和机械接触，例如，专利文献1提出了使用多层金属片的结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2018-501490号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1所示的探针利用高硬度的材料将在芯部设有高导电层和高硬度层的多层金属片的结构完全覆盖。

如专利文献1所示，为了实现良好的电气接触和机械接触，使材质不同的多个层重叠的结构是优选的，但对于响应使探针的截面厚度变薄这一要求，存在限制，需要进一步的突破。

为了使探针卡用探针可靠地进行针对半导体设备的电极焊盘的接触，在探针与电极焊盘接触之后，通过进一步使探针卡靠近半导体晶圆(过驱动)，由此将探针按压于半导体设备的电极焊盘。

因此，探针需要即便施加规定值以上的接触压力也不破损的强度。为了防止探针破损，需要防止在探针上产生局部应力集中。并且，为了防止产生应力集中，要求尽量使表面光滑、成为无伤探针。

但是，对于使金属表面光滑，也存在限制，且存在探针的截面厚度越薄则相对于外力越容易变形(应力变小)的问题。

本申请披露解决上述问题的技术，目的是提供一种探针，即便使探针微细，该探针也以适当的针压与半导体设备的电极接触，具备即便施加规定值以上的接触压力也不破损的强度。

即，本申请的探针卡用探针的目的是，通过设置成有意地对应力集中进行分散的构造而非防止产生应力集中，由此提供应力大(机械强度高)的构造。

解决技术问题所采用的技术方案

本申请公开的探针卡用探针的特征在于，在表面具有：凹陷形状或突出形状的多个变形区域；以及骨架区域，该骨架区域设置于相邻的所述变形区域的边界。

发明效果

根据本申请公开的探针卡用探针，能够提供即便使板厚变薄也能将应力提高至规定值以上的结构体。

附图说明

图1是示出实施方式1的探针的概略结构的立体图。

图2是实施方式1的探针的针压的特性图。

图3是实施方式1的探针的应力的特性图。

图4是实施方式1的探针的制造方法的说明图。

图5是实施方式1的探针的制造方法的说明图。

图6是实施方式2的探针的表面的立体图。

图7是实施方式2的探针的制造方法的说明图。

图8是示出实施方式3的面积扩张图案的图。

图9是示出实施方式4的探针的概略结构的图。

图10是示出实施方式5的探针的概略结构的图。

图11是示出实施方式5的探针的概略结构的图。

图12是示出实施方式6的探针表面的变形区域的图案的图。

图13是示出实施方式7的探针的概略结构的图。

图14是示出实施方式8的探针的概略结构的图。

具体实施方式

实施方式1

以下，根据附图对实施方式1进行说明。另外，在以下的附图中，对相同或相当的部分标注同一符号。

图1是示出本实施方式1的探针卡用的探针的结构的立体图。

本实施方式1所示的探针1是被称作所谓的垂直探针的探针，通过上侧的第一引导板2和下侧的第二引导板3保持为大致垂直。通过第二引导板3，以与半导体设备的电极焊盘5接触的方式对探针1的前端部分4进行引导。通过第一引导板2，以连接于与探针卡的电路基板相连的电极(未图示)的方式对探针1的后端部分6进行引导。

探针1由作为导电部件的薄的金属板制作，在该探针1的中央部分7的表面形成有多个变形区域8和骨架区域9。

变形区域8表示使原本的平面变形后的区域。此外，骨架区域9表示将多个变形区域8之间结合的区域。此外，相当于变形区域8与骨架区域9之间的棱线的部位表示为边界部分10。

在实施方式1中，作为变形区域8，示出在原本的平面上设置有四棱柱形状的凹陷的示例。此外，变形区域8间的平面的部分属于骨架区域9。

这里，若将未设置任何变形区域8的构造的探针和在表面侧及背面侧设置有变形区域8的构造的探针进行比较，则能够获得以下结果。即，将未在表面设置变形区域8的探针的测定结果设为A，将设置有变形区域8的探针1的特性的测定结果表示为B，在探针1的前端部分4与电极焊盘5接触之后，进一步施加载荷并将探针1按压于电极焊盘5的状态(过驱动状态)下，针压相对于过驱动量的关系如图2所示。此外，应力相对于过驱动量的关系如图3所示。

如图2所示，过驱动量为70μm时的针压在无凹陷的探针中为1.72gf，相对于此，在设置有凹陷的探针1中为1.19gf。此外，如图3所示，过驱动量为110μm时的最大应力在无凹陷的探针中为670MPa，相对于此，在设置有凹陷的探针1中为891MPa，可确认处于能够满足作为探针的机械特性的状态。

对最大应力变大的主要因素进行了研究，结果，作为构造上的特异点，考虑探针1的表面积的不同。

即，通过在探针1的表面设置四棱柱的凹陷的变形区域8，增加了表面积。在是使四方形平面陷落而形成的凹陷的形状(即，表现出四棱柱形的陷落形状)的情况下，四棱柱形的顶部的表面积由于只是将原本的表面按下，因此，面积没有变化。相对于此，增加了因陷落而产生的内壁面的部分的面积。

本实施方式1中，设置于探针的表面和背面的凹陷的尺寸设为一边为20μm的四边形，且表面侧的凹陷深度为3.5μm，背面侧的凹陷的深度为2.5μm。在表面侧和背面侧分别设置有429个上述尺寸的凹陷。由此，在表面侧，增加了120120μm²的面积，在背面侧，增加了85800μm²的面积。表面积增加了通过陷落产生的凹陷的内壁面的面积的量。这里，由于大的凹陷会影响探针1的厚度，因此，对于使表面积变大，理想的是，通过设置大量小的凹陷来达成。通过对该凹陷形状的大小和配置进行设计，能够使表面积任意变化。

并且，对通过变形区域8能获得何种效果进行了分析。对于无凹陷(表面为光滑的形状)的探针A、将四棱柱形状的凹陷配置成矩阵状的探针B、将四棱柱形状的凹陷交错配置的探针C、将圆形的凹陷交错配置的探针D，基于有限元法(FEM)，求出探针的针压及最大应力的结果如表1所示。

[表1]

表1

FEM结果

如上述表1所示，在探针A的情况下，在过驱动为70μm时针压为1.72gf,在过驱动为110μm时最大应力为670MPa。相对于此，在相同条件下，探针B中，针压为1.19gf,最大应力为891Mpa，探针C中，针压为1.18gf,最大应力为899Mpa，探针D中，针压为1.18gf,最大应力为1164Mpa。

此外，对于探针A、探针B、探针C和探针D，制作应力等高线图(等高线图是以等高线表示计算结果的图)，结果，探针A中，成为以最大应力670MPa大致均匀地分布的状态。探针B中，在变形区域8的底面的平面部处为74MPa，在骨架区域9处为668MPa，最大应力为891Mpa。探针C中，在变形区域8的底面的平面部处为74MPa，在骨架区域9处为674MPa，最大应力为899Mpa。探针D中，在变形区域8的底面的球面部处为97MPa，在骨架区域9处为873MPa，最大应力为1164Mpa。

根据上述结果推定：在从外部对探针A、探针B、探针C和探针D施加力的情况下，应力集中于变形区域8与骨架区域9的边界部分10。此外，通过将变形区域8的底面设为平面形状或球面形状，使得应力集中于变形区域8与骨架区域9的边界部分10。

这表示，在以多棱柱的凹陷来形成变形区域8的情况下，会在多边形的各顶点产生应力集中，因此，在施加有外力的情况下，应力会分散至各顶点。

因此，如果通过圆锥形状或角锥形状的凹陷来形成变形区域8，则不仅是外周的各顶点，还能够以包括圆锥或角锥的顶点的方式将应力分散。

在该情况下，能够减轻在变形区域8与骨架区域9的边界部分10产生的应力集中。

另外，在边界部分10为多边形的情况下，虽然会在各顶点产生应力集中，但边数越多则各顶点负担的应力集中越小。

由此推定：在凹陷的周缘为圆形的情况下，应力会分散至该周缘，因此，如作为探针D说明的那样，将球形的凹陷形状设置为变形区域8的结构是应力最分散的结构，形成应力高的结构的探针。

接着，对上述图1所示的探针1的制造方法进行说明。

探针的制作方法有两种方法。首先，第一制作方法是通过电铸进行的方法，如图4的A所示，在基板41的表面形成与因导电层42而产生的凹陷形状对应的突出形状8a，然后，如图4的B所示，在导电层42的表面设置作为探针的部件的金属层43，由此，形成面积扩张的变形区域8，上述金属层43的形成例如能够通过电铸进行。然后，将表面加工成平坦状，设置掩膜，并进行刻蚀，制成作为目标的探针。然后，通过去除导电层42，从基板41拆下探针1。

如图5所示，第二制作方法通过具有凹陷形状的面的第一模具51和第二模具52来在金属板53的表面形成凹陷形状。在该情况下，与通过电铸形成金属层相比，具有能够缩短制作时间的效果。

另外，在实施方式1中，对将变形区域8设为凹陷形状的构造进行了说明，但将上述形状设置成突出形状也能够获得同样的效果。

实施方式2

本实施方式2中，对实施方式1中的将变形区域8的凹陷形状设为基于四棱柱的凹陷形状的情况进行变更，变更为三角锥的凹陷形状。即，如图6所示，是将探针1的表面的一部分切出的立体图，通过三角锥的图案61来形成凹陷。即，该三角锥的图案61通过如下方式形成：如图7所示，通过排列有多个三角锥的形状的阳型的模具71以及与三角锥突出的形状对应的承接侧的形状的阴型的模具72，从两侧将金属板73夹入并施加压力。

通过上述阳型的模具71和阴型的模具72来将金属板73夹入，能够在金属板73的表面和背面形成凹陷形状或突出形状的三角锥的图案61。此外，通过在形成三角锥的图案61时，同时进行金属板冲裁，能够提高探针1的制作工序的效率。尤其，通过在一个工序中利用冲压来进行金属板73的表面加工和冲裁，能够制作表面具有凹陷形状或突出形状的三角锥的图案61的探针1。

在本实施方式2的情况下，变形区域8的表面积的增加量为三角锥的侧面的表面积与底面的面积之差。若对图1示出的四棱柱的图案和图6示出的三角锥的图案61进行比较，则在四棱柱的图案的情况下，需要凹陷的内壁面，对于使四棱柱的图案接近，存在限制。相对于此，三角锥的图案61中，能够获得相邻的三角锥能无限接近的效果。

实施方式3

在本实施方式3的探针中，在探针1的表面组合形成实施方式1的四棱柱的图案和实施方式2的三角锥的图案61。本实施方式3的探针能够以各种方式实现表面积的增加。

图8示出探针1的表面的图案。如图8所示，这里，形成为将四棱柱的图案81和三角锥的图案61组合后的平面形状。本形状中，将四棱柱的图案81和三角锥的图案61组合，配置成四棱柱的图案81的边不相接，通过三角锥的图案61来对四棱柱的图案81之间进行连接。

如此，能够由四棱柱的图案81和三角锥的图案61组合塞满整个平面。

此外，在矩形与三角形的组合以外的情况下也能扩张面积。例如，在波板形状的图案的情况下也同样能够增加面积。

实施方式4

实施方式4的探针1如图9所示，图9的A示出平面的图案，图9的B示出图9的A的直线A9-A9处的截面。如该图9的A、B所示，构成为在表面设有第一直径的球形的凹陷形状的第一变形区域91以及第二直径的球形的突出形状的第二变形区域92。

在本探针1的表面，第一变形区域91排列成交错状，并且第二变形区域92配置于第一变形区域91之间的空间。可推定：通过该第一变形区域91和第二变形区域92的配置，应力被均匀地分散，形成应力高的构造的探针。

实施方式5

在实施方式1和实施方式2中，示出以垂直的探针1为对象地形成凹陷形状或突出形状的图案的事例，但可以是，如图10所示，在悬臂形状的探针1上设有面积扩张图案区域101来作为变形区域的情况下，能够获得具有与实施方式1同样的针压以及应力的特性的探针。

此外，如图11所示，通过将面积扩张图案区域101设置于在探针1的局部产生的应力集中区域102的周边，从而使应力集中区域102的应力分散并缓和，由此，能够获得所需的机械强度。

实施方式6

在变形区域8的图案为多棱柱形状的凹陷形状或突出形状的情况下，作为多边形的具体事例，设想三角形、四边形、五边形、六边形以及更多边形的形状等。

在多边形的凹陷形状或突出形状中，应力集中会在多边形的顶点产生。并且，应力与顶点的数量相应地分散至每一个顶点。即，在三角形的情况下，相对于外力的应力被推定为在各顶点产生1/3的应力。

在应力集中于多边形的顶点，应力与顶点的数量相应地分散的情况下，在使顶点的数量变多而设置成圆形的情况下，应力会分散至圆形的整个周边。但为了掌握应力的分散并控制成最佳状态，理想的是，在预先确定的位置处配置预先确定的顶点的数量。

这里，在本实施方式6中，如图12所示，当存在于相邻的第一变形区域121之间的骨架区域9包括平面时，可以在骨架区域9的平面的部分进一步包括凹陷形状或突出形状的多个第二变形区域122。

当以与第一变形区域121同样的方式在第二变形区域122设定多边形的棱柱的凹陷形状或突出形状的情况下，优选以无间隙的方式将该第二变形区域122设置于第一变形区域121的周边，如图12所示，第一变形区域121的棱柱的凹陷优选为十二边形的棱柱。

通过将第一变形区域121设为十二边形的棱柱的凹陷形状，其周边能够由三角形、四边形、六边形的凹陷形状或突出形状无间隙地填塞，因此，不仅能够获得容易进行应力的分散的模拟这一效果，由于能够反复配置相同图案，因此，还能够获得能使应力的分散均匀这一效果。

实施方式7

图13示出实施方式7的探针1的局部截面形状。如图13所示，图13的A示出平面的图案，图13的B示出图13的A在直线A13－A13处的截面。如该图13的A、B所示，在本实施方式7中，设有覆盖层13以防止异物附着于实施方式4中示出的探针1的金属板的表面。此外，例如，以即便附着了异物也能够容易地去除的方式光滑地覆盖金属板的表面。上述结构不限于实施方式4的探针，只要是在金属板的表面具有凹陷形状或突出形状的变形区域的探针，就能够同样地通过设置覆盖层来解决异物附着的问题。

理想的是，覆盖层13的材质是不妨碍金属板的变形的树脂层。尤其，在实施方式1至实施方式6中，在表面设有凹陷形状或突出形状的多个变形区域8，因而有可能产生异物附着，因此，为了去除上述可能性，用于使表面光滑的覆盖层13是有效的。通过在导电体的表面具有凹陷形状或突出形状的多个变形区域8和骨架区域9，并在表面设置覆盖层13，由此，能够获得机械强度提高、且无异物附着的探针。

实施方式8

在探针构成为利用比第一金属层141硬的材质的第二金属层142包裹低阻力的第一金属层141的情况下，如图14所示，通过在表层的第二金属层142的表面或背面设置凹陷形状或突出形状的变形区域8以分散应力，由此，能够提供机械强度高的探针。

另外，“凹陷形状或突出形状”表示仅排列有“凹陷形状”的情况、仅排列有“突出形状”的情况以及排列有“凹陷形状”和“突出形状”的情况。

图14的A是探针的概略立体图，图14的B示出图14的A在A14-A14线处的截面。如图所示，高硬质的第二金属层142覆盖低阻力的第一金属层141。并且，在第二金属层142的表面设有凹陷形状的变形区域8。

即便在该因凹陷形状而产生的变形区域8变成突出形状的情况下，使应力分散这一效果也不变。

此外，通过如实施方式7那样在凹陷形状或突出形状的变形区域8的表面设置覆盖层13，能够防止异物附着。

本申请记载有各种各样的例示的实施方式和实施例，但一个或多个实施方式所记载的各种各样的特征、方式以及功能并不局限于应用于特定的实施方式，能单独或以各种组合的方式应用于实施方式。

因此，未被例示的无数变形例被设想在本申请说明书所公开的技术范围内。例如，包含对至少一个构成要素进行变形的情况、追加的情况或省略的情况，另外，还包含将至少一个构成要素抽出并与其他实施方式的构成要素组合的情况。

符号说明

1探针；2第一引导板；3第二引导板；4前端部分；5电极焊盘；6后端部分；7中央部分；8变形区域；9骨架区域；10边界部分；13覆盖层；41基板；42导电层；43金属层；51第一模具；52第二模具；53金属板；61三角锥的图案；71阳型的模具；72阴型的模具；73金属板；81四棱柱的图案；91第一变形区域；92第二变形区域；101面积扩张图案区域；102应力集中区域；121第一变形区域；122第二变形区域；141第一金属层；142第二金属层。

Claims (10)

1.一种探针卡用探针，其特征在于，

在表面具有：凹陷形状或突出形状的多个变形区域；以及骨架区域，该骨架区域设置于相邻的所述变形区域的边界。

2.根据权利要求1所述的探针卡用探针，其特征在于，

所述变形区域呈多棱柱形的凹陷形状或突出形状。

3.根据权利要求1所述的探针卡用探针，其特征在于，

所述变形区域呈多角锥形的凹陷形状或突出形状。

4.根据权利要求1所述的探针卡用探针，其特征在于，

所述变形区域呈球形的凹陷形状或突出形状。

5.根据权利要求1所述的探针卡用探针，其特征在于，

所述变形区域呈将四棱柱的图案和三角锥的图案组合后的形状。

6.根据权利要求1所述的探针卡用探针，其特征在于，

所述变形区域包括十二边形的凹陷形状或突出形状。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的探针卡用探针，其特征在于，

所述变形区域和所述骨架区域由覆盖层覆盖。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的探针卡用探针，其特征在于，

利用硬的材质的第二金属层对低阻力的第一金属层进行包裹，在所述第二金属层的表面具备所述变形区域。

9.一种探针卡用探针的制造方法，其特征在于，

在基板的表面形成导电层，在所述导电层的表面形成有凹陷形状或突出形状的变形区域以及设定于所述变形区域的边界的骨架区域。

10.一种探针卡用探针的制造方法，其特征在于，

通过在表面具有凹陷形状或突出形状的第一模具和在表面具有突出形状或凹陷形状的第二模具，在金属板的表面形成有凹陷形状或突出形状的变形区域以及设定于所述变形区域的边界的骨架区域。

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