JP2002283049A - コンタクトピンのはんだ付け方法およびコンタクトピン - Google Patents

コンタクトピンのはんだ付け方法およびコンタクトピン

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JP2002283049A JP2001086191A JP2001086191A JP2002283049A JP 2002283049 A JP2002283049 A JP 2002283049A JP 2001086191 A JP2001086191 A JP 2001086191A JP 2001086191 A JP2001086191 A JP 2001086191A JP 2002283049 A JP2002283049 A JP 2002283049A
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contact pin
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electrode pad
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Shinichi Sugiyama
真一 杉山
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Ando Electric Co Ltd
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

(57)【要約】 【課題】 狭ピッチでの面配置が可能であり、保守性に
優れ、検査用電極の高さバラツキを十分に吸収して全コ
ンタクトピンに対して安定した検査用電極との接触が得
られ、かつ、高速信号伝送が可能なプローブカードを実
現するコンタクトピンのはんだ付け方法およびコンタク
トピンを提供すること。 【解決手段】 半導体チップの電気的特性を検査するた
めに半導体チップの検査用電極と接触接続されるコンタ
クトピンを、プローブカードの配線基板の表面に立設す
る、コンタクトピンのはんだ付け方法において、配線基
板の電極パッド上に、コンタクトピンのはんだ付用台座
とはんだボールとを互いに近接状態で配置し、次いでこ
のはんだボールを溶融させて電極パッドとはんだ付用台
座との間にはんだフィレットを形成することにより、こ
のはんだ付用台座を電極パッドに固定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップの電
気的特性を検査するために半導体チップの検査用電極に
接続されるコンタクトピンおよびコンタクトピンのはん
だ付け方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路（以後、デバイス
と称す。）を搭載した電子機器の小型化、低価格化が目
覚ましく進歩し、デバイスに対する小型化および低価格
化の要求も非常に強くなってきている。また、小型化へ
の強い要求に伴い、デバイス供給形態も変化してきてい
る。通常、デバイスはウェハからカットされた半導体チ
ップをワイヤーボンディングにてリードフレームに接続
し、これをプラスチックもしくはセラミックスで封止し
た形態で供給されている。
【０００３】しかし、電子機器の小型化のために、デバ
イスが半導体ウェハから切り出された半導体チップのま
まの状態（以後、この状態をベアチップと称す。）で、
プリント回路基板に直接実装する技術が開発されると、
ベアチップ状態での低価格なデバイス供給が要求される
ようになってきている。これらベアチップでの供給にお
いて、その品質を保証するためには、半導体ウェハ状態
にて全ての試験を実施する必要がある。すなわち、半導
体ウェハ状態での半導体チップのバーンイン試験および
最高速動作試験が必要となってくる。
【０００４】通常のデバイス試験行程では、まず前工程
試験としてのウェハテストで、半導体試験装置（以後、
ＩＣテスタと称す。）とウェハプローバーとによる組み
合わせにてＤＣ試験および低速ファンクション試験を実
施して製造不良半導体チップを振るい落とし、プラスチ
ックやセラミックスでパッケージングされた最終デバイ
ス形態に仕上げた後の後工程試験として、半導体バーン
イン試験装置（以後、ＴＢＴと称す。）によるバーンイ
ン試験を実施して初期不良半導体チップを振るい落と
す。そして、ＩＣテスタによる高速ファンクション試験
（選別試験）を実施して良品デバイスの性能選別を行っ
ている。
【０００５】ところが、ベアチップ状態でのデバイス供
給のためには、後工程試験として行っていたバーンイン
試験および選別試験を全て半導体ウェハ状態での試験
（通常の前工程試験）に移す必要がある。半導体ウェハ
状態でのバーンイン試験を実施するための装置として、
ウェハレベルバーンイン装置（以後、ＷＬＴＢＴと称
す。）が既に開発されており、装置からの試験信号を半
導体ウェハ上の半導体チップの検査用電極に接続するた
めのプローブカード（以後、ＷＬＴＢＴ用プローブカー
ドと称す。）もウェハ上の全半導体チップの全検査用電
極に一括コンタクトできる方式で主に面部連型を採用し
て開発されている。
【０００６】また、ＩＣテスタの試験信号を半導体ウェ
ハ上の半導体チップの検査用電極に接続するためのプロ
ーブカード（以後、ＩＣテスタ用プローブカードと称
す。）については、従来から多様な方式が開発されてき
ている。前記プローブカードにおける従来の方式は大別
して次の３通りの方式がある。カンチレバー型、垂直針
型、メンブレン型の３つである。現在最も多く使用され
ている方式はカンチレバー型であり、長い針状の金属
（タングステン等）を検査用電極の接触端側に近い部分
で鈍角に折り曲げた形状のコンタクトピンで、これを斜
めに傾けてプローブカード用プリント配線基板に接続固
定した方式である。このカンチレバー型は、狭ピッチ配
列への対応は容易であるが、広い範囲への面配置が非常
に困難であり、また端子長が長いために電気的特性が悪
く高速化しにくいという欠点がある。
【０００７】垂直針型は、針状のコンタクトピンを垂直
に立てた方式で、端子先端側をセラミック材等の穴で保
持させる構造となっているため、広い範囲への面配置お
よび高速化は容易であるが、セラミック微細加工の制限
から狭ピッチ化が困難である。メンブレン型は、絶縁フ
ィルム上にバンプを形成し、絶縁フィルムの背面に弾性
素材シートを配して各バンプが受ける接触圧を受け止め
る方式であり、各バンプへの電気信号は弾性素材シート
内部の導電材料を介して最背面に配された配線基板のパ
ッドに接続されている。このメンブレン型は、広い範囲
への面配置および高速化および狭ピッチ化への対応は可
能であるが、検査用電極の高さバラツキに追従しにくい
という欠点がある。
【０００８】また、このような従来のコンタクトピン
は、配線基板に対して溶接等により固着されているた
め、コンタクトピンに不具合が生じた場合には配線基板
から取り外すことができず、プローブカード全体を交換
しなければならないため、保守性、経済性にも問題があ
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな従来のプローブカードは、それぞれに一長一短があ
り、面配置、高速化、狭ピッチ化および高さバラツキ追
従性について全てを満足するものは存在しない。しか
し、現在半導体チップの小型化・高速化・多ピン化が急
速に進んでいることから、前記全ての利点を持つプロー
ブカードが強く求められるようになってきている。
【００１０】本発明は、上述する問題点に鑑みてなされ
たもので、狭ピッチでの面配置が可能であり、保守性に
優れ、検査用電極の高さバラツキを十分に吸収して全コ
ンタクトピンに対して安定した検査用電極との接触が得
られ、かつ、高速信号伝送が可能なプローブカードを実
現するコンタクトピンのはんだ付け方法およびコンタク
トピンの提供を目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、第１の手段として、半導体チップの電
気的特性を検査するために半導体チップの検査用電極と
接触接続されるコンタクトピンを、プローブカードの配
線基板の表面に立設する、コンタクトピンのはんだ付け
方法において、配線基板の電極パッド上に、コンタクト
ピンのはんだ付用台座とはんだボールとを互いに近接状
態で配置し、次いでこのはんだボールを溶融させて電極
パッドとはんだ付用台座との間にはんだフィレットを形
成することにより、このはんだ付用台座を電極パッドに
固定するという手段を採用する。
【００１２】第２の手段として、前記第１の手段におい
て、レーザー光を照射することによってはんだボールを
溶融させるという手段を採用する。
【００１３】第３の手段として、前記第１または第２の
手段において、予めフラックスを付着させたはんだ付用
台座を電極パッドに接触させてフラックスを電極パッド
に転写し、この転写フラックス上にはんだボールを配置
するとともに、転写フラックス上にはんだ付用台座を載
置するという手段を採用する。
【００１４】第４の手段として、プローブカードの配線
基板の表面に複数設置されて、半導体チップの電気的特
性を検査するために半導体チップの検査用電極と接触接
続されるコンタクトピンにおいて、配線基板との接触面
に溝を形成するという手段を採用する。
【００１５】第５の手段として、第４の手段において、
コンタクトピンは、検査用電極に接触接続される電極接
触用先端部と、配線基板の電極パッドに固定されるはん
だ付用台座との間に、マイクロスプリング部を備えると
いう手段を採用する。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係るコンタクトピンの一実施形態について説明する。
【００１７】図１および図２は、本実施形態の構成を示
す図である。プローブカードは、図２（ａ）に示すよう
に、本コンタクトピン１０を配線基板２０の表面に立設
させたものである。なお、図１における数値単位は、全
てμｍ（マイクロメートル）である。
【００１８】コンタクトピン１０は、図１（ａ）および
図１（ｂ）に示すように、半導体チップ上に形成された
検査用電極に接触接続される電極接触用先端部１０ａ
と、配線基板２０の電極パッド２１に固定されるはんだ
付用台座１０ｃとを備え、この電極接触用先端部１０ａ
とはんだ付用台座１０ｃとの間にはマイクロスプリング
部１０ｂを備えている。はんだ付用台座１０ｃの、配線
基板２０（電極パッド２１）との接触面には、はんだ接
合を強化するための溝１０ｄが形成されている。この溝
１０ｄは、例えば幅１０μｍかつ深さ３０μｍに寸法設
定されており、コンタクトピン１０（はんだ付用台座１
０ｃ）の強度確保のためはんだ付用台座１０ｃの両端側
を避けて、中央部分に一定間隔で設けられている。
【００１９】このような形状のコンタクトピン１０は、
例えば光またはＸ線リソグラフィー技術を利用した金属
析出法（アディティブ法）によって高寸法精度に成形さ
れた導電性金属からなるものである。なお、この導電性
金属は、例えば純ニッケルあるいはニッケル合金等のニ
ッケル系金属素材である。また、コンタクトピン１０の
全表面には、接触抵抗を低下させるために金メッキが施
されている。
【００２０】配線基板２０は、その表面にはんだ付用台
座１０ｃを半田付けするための電極パッド２１が形成さ
れると共に、ＷＬＴＢＴあるいはＩＣテスタとの電気信
号インターフェース機能を備えるものである。この電極
パッド２１へのコンタクトピン１０のはんだ付けは、は
んだボール３０を使用したレーザー照射加熱によって行
われる。本実施形態では、配線基板２０としてコンタク
トピン１０の位置精度を確保するために熱収縮等による
変形が極力小さな超ファインピッチセラミック多層基板
を採用している。
【００２１】このコンタクトピン１０の配列間隔は、図
２（ｂ）に示すように、例えば１００μｍ以下であり、
これに対してコンタクトピン１０の配列方向における電
極パッド２１の幅は例えば６０μｍ以下、また同方向に
おけるはんだ付用台座１０ｃの幅は、例えば４０μｍ以
下に設定されている。
【００２２】ここで、本実施形態におけるはんだ付方法
について、図３から図５を参照して説明する。まず、図
３（ａ）に示すように、フラックス３２ａが厚さ２０〜
３０μｍで塗布されたプレート４０の表面に、はんだ付
用台座１０ｃを接触させる。これにより、図３（ｂ）に
示すように、はんだ付用台座１０ｃにフラックス３２ａ
が付着する。
【００２３】図５（ａ）は、配線基板２０の表面に電極
パッド２１が形成されている状態を示す側面図である。
この電極パッド２１に、上述のようにしてフラックス３
２ａが付着されたはんだ付用台座１０ｃを図５（ｂ）に
示すように一旦接触させてから離し、フラックス３２ａ
を電極パッド２１に転写して、電極パッド２１上に転写
フラックス３２ｂを形成する（図５（ｄ））。このよう
にすることにより、電極パッド２１上に転写フラックス
３２ｂを形成すると同時に、予めはんだ付用台座１０ｃ
および溝１０ｄの内部にフラックス３２ａを付着させる
ことができる。
【００２４】次に、図５（ｅ）に示すように、この転写
フラックス３２ｂ上に、例えば吸着機構５０によりはん
だボール３０を配置する。このはんだボール３０は、転
写フラックス３２ｂに付着されるため位置がずれにく
い。なお、吸着機構５０は図４（ａ）に示すように真空
ポンプ５１に接続され、はんだボール３０を先端部５２
に吸着することによりはんだボール３０を移動させるこ
とができる。先端部５２は、図４（ｂ）に示すように、
直径約１００μｍのはんだボール３０を１個ずつ吸着す
ることができるように寸法設定されている。図４（ｂ）
における数値単位は、全てμｍ（マイクロメートル）で
ある。
【００２５】さらに、図５（ｆ）に示すように、転写フ
ラックス３２ｂ上に配置したはんだボール３０を避ける
ように、転写フラックス３２ｂ上にはんだ付用台座１０
ｃを配置する。これにより、はんだボール３０とはんだ
付用台座１０ｃとは互いに近接状態で電極パッド２１上
に配置される。
【００２６】この状態において、図５（ｇ）に示すよう
に、スポット径１００μｍ程度のレーザー光Ｌを、はん
だボール３０とはんだ付用台座１０ｃの両方を加熱する
ように照射する。これによりはんだボール３０が溶融し
て、図５（ｈ）に示すように、電極パッド２１上の転写
フラックス３２ｂおよびはんだ付用台座１０ｃに付着し
たフラックス３２ａによって、電極パッド２１とはんだ
付用台座１０ｃとに付着するはんだフィレット３１が形
成されて、電極パッド２１にはんだ付用台座１０ｃがは
んだ付け接合される。
【００２７】このようなコンタクトピン１０によれば、
コンタクトピン１０をはんだ付けにより電極パッド２１
に固定する構造なので、コンタクトピン１０の交換が容
易であり、よって保守性に優れている。特に、はんだボ
ール３０を用いることにより、コンタクトピン１０のは
んだ接合に適した量のはんだを容易に供給することがで
き、隣接するコンタクトピン１０間のショートを防ぐこ
とができる。また、レーザー光Ｌを用いることにより、
はんだボール３０を集中的に加熱することができるの
で、コンタクトピン１０の狭ピッチ化が可能となり、熱
効率がよく、また配線基板２０の熱変形を小さくするこ
とができる。さらに、予めはんだ付用台座１０ｃにフラ
ックス３２ａを付着させ、このフラックス３２ａを電極
パッド２１に転写させるので、適量のフラックス３２ａ
を容易に電極パッド２１に供給すると同時に、はんだ付
用台座１０ｃに適量のフラックス３２ａを付着させるこ
とができ、作業の省力化、作業時間の短縮が実現され
る。
【００２８】また、はんだ付用台座１０ｃに溝１０ｄが
形成されているので、フラックス３２ａの付着性が良好
であるとともに、溶融されたはんだボール３０が溝１０
ｄの内部に入り込むことによりコンタクトピン１０と電
極パッド２１とのはんだ接合が強固になり、コンタクト
ピン１０を電極パッド２１に確実に固定することができ
る。さらに、配線基板２０を半導体チップ上に所定高さ
で対向配置させて検査を行う場合に、コンタクトピン１
０がマイクロスプリング構造を有するマイクロスプリン
グ部１０ｂを有するので、半導体チップ上の検査用電極
の高さバラツキを吸収して、電極接触用先端部１０ａを
検査用電極に確実に接触させることが可能である。
【００２９】なお、前記実施形態において示した各構成
部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の
趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種
々変更可能である。図示のものでは、マイクロスプリン
グ構造を有するマイクロスプリング部１０ｂはＳ字型で
あるが、交互に反対方向にコ字型が連続する折り返し型
や、ジグザグ型のような構成であってもよく、折り返し
箇所を多くすることによりＳ字型と同等の弾性特性をよ
り小さい幅のマイクロスプリング部１０ｂで得ることも
でき、配線基板２０上にさらに高密度にコンタクトピン
１０を配置することができる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るコン
タクトピンのはんだ付け方法およびコンタクトピンによ
れば、配線基板に狭ピッチで確実に取り付けられるコン
タクトピンが実現できるとともに、このコンタクトピン
を配線基板から容易に取り外すことができるため、保守
性、経済性に優れている。また狭ピッチで半導体チップ
上に配列された複数の検査用電極に対して、検査用電極
の高さバラツキを十分に吸収して、各コンタクトピンを
確実に接触させることが可能であり、さらにコンタクト
ピン自体が微小でその全経路長が非常に短いため、高速
信号伝送が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態におけるコンタクトピン
の形状を示す正面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【図２】 本発明の一実施形態におけるコンタクトピン
を立設されたプローブカードを示す斜視図（ａ）および
電極パッドとはんだ付用台座の寸法を示す平面図（ｂ）
である。
【図３】 本発明の一実施形態におけるコンタクトピン
にフラックスを付着させる手順を示す斜視図（ａ）と要
部拡大図（ｂ）である。
【図４】 はんだボールを移動させるための吸着機構を
示す概要図（ａ）と要部拡大図（ｂ）である。
【図５】 本発明にかかるコンタクトピンのはんだ付け
方法を示す側面図であり、（ａ）は配線基板と電極パッ
ドを示す図、（ｂ）は電極パッドにはんだ付用台座を接
触させた状態を示す図、（ｃ）および（ｄ）は電極パッ
ドにフラックスが付着された状態を示す図、（ｅ）は転
写フラックスにはんだボールを配置する状態を示す図、
（ｆ）ははんだ付用台座をはんだボールと近接状態で配
置した状態を示す図、（ｇ）ははんだボールをレーザー
光で加熱する状態を示す図、（ｈ）ははんだフィレット
が形成されて電極パッドにはんだ付用台座が固定された
状態を示す図である。
【符号の説明】
１０…コンタクトピン １０ａ…電極接触用先端部 １０ｂ…マイクロスプリング部 １０ｃ…はんだ付用台座 １０ｄ…溝 ２０…配線基板 ２１…電極パッド ３０…はんだボール ３１…はんだフィレット ３２ａ…フラックス ３２ｂ…転写フラックス
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｂ ５Ｅ３１９ Ｈ０１Ｒ 4/02 Ｈ０１Ｒ 4/02 Ｚ 43/00 43/00 Ｚ Ｈ０５Ｋ 3/34 ５０５ Ｈ０５Ｋ 3/34 ５０５Ａ ５０７ ５０７Ｅ // Ｂ２３Ｋ 101:36 Ｂ２３Ｋ 101:36 Ｆターム(参考） 2G003 AA07 AB01 AG03 AG12 2G011 AA01 AA16 AB01 AB06 AC14 AC32 AE22 4M106 AA02 BA01 CA70 DD04 DD10 DD30 5E051 GA08 GB09 KA01 KB05 5E085 BB08 BB19 BB30 CC03 DD02 DD04 EE03 EE07 EE13 HH01 HH02 JJ26 JJ28 5E319 AC01 BB04 CC46 CD04 GG03

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体チップの電気的特性を検査するた
    めに半導体チップの検査用電極と接触接続されるコンタ
    クトピン（１０）を、プローブカードの配線基板（２
    ０）の表面に立設する、コンタクトピンのはんだ付け方
    法であって、 前記配線基板（２０）の電極パッド（２１）上に、前記
    コンタクトピン（１０）のはんだ付用台座（１０ｃ）と
    はんだボール（３０）とを互いに近接状態で配置し、次
    いで該はんだボール（３０）を溶融させ、前記電極パッ
    ド（２１）と前記はんだ付用台座（１０ｃ）との間には
    んだフィレット（３１）を形成することにより前記はん
    だ付用台座（１０ｃ）を前記電極パッド（２１）に固定
    することを特徴とするコンタクトピンのはんだ付け方
    法。
  2. 【請求項２】 レーザー光を照射することによって前記
    はんだボール（３０）を溶融させることを特徴とする請
    求項１記載のコンタクトピンのはんだ付け方法。
  3. 【請求項３】 予めフラックス（３２ａ）を付着させた
    前記はんだ付用台座（１０ｃ）を前記電極パッド（２
    １）に接触させて該フラックス（３２ａ）を該電極パッ
    ド（２１）に転写し、この転写フラックス（３２ｂ）上
    に前記はんだボール（３１）を配置するとともに、該転
    写フラックス（３２ｂ）上に前記はんだ付用台座（１０
    ｃ）を載置することを特徴とする請求項１または２記載
    のコンタクトピンのはんだ付け方法。
  4. 【請求項４】 プローブカードの配線基板（２０）の表
    面に複数設置されて、半導体チップの電気的特性を検査
    するために前記半導体チップの検査用電極と接触接続さ
    れるコンタクトピン（１０）であって、 前記配線基板（２０）との接触面に、溝（１０ｄ）が形
    成されていることを特徴とするコンタクトピン。
  5. 【請求項５】 前記コンタクトピン（１０）は、検査用
    電極に接触接続される電極接触用先端部（１０ａ）と、
    前記配線基板（２０）の電極パッド（２１）に固定され
    るはんだ付用台座（１０ｃ）との間に、マイクロスプリ
    ング部（１０ｂ）を備えることを特徴とする請求項４記
    載のコンタクトピン。
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