JP2005106690A - Junction-type probe for electrical characteristics measurement, and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
この出願の発明は、半導体集積回路等の電気的特性測定用のプローブとその製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、精度良く、長期間測定に使用することのできる電気特性測定用接合型プローブとその製造方法に関するものである。 The invention of this application relates to a probe for measuring electrical characteristics of a semiconductor integrated circuit or the like and a method for manufacturing the probe. More specifically, the invention of this application relates to a junction type probe for measuring electrical characteristics that can be used for long-term measurement with high accuracy and a method for manufacturing the same.
近年の電子機器・素子は小型化、集積化の傾向にある。それに伴い、電子回路基板のフレシキブル化による薄膜化とともに、電極数の増加および接続ピッチの微細化が進んでいる。このような半導体回路等の電気的特性の測定には通常特定の温度条件下で高剛性の金属プローブを用いて、各素子上の電極パッドと相対滑りさせ、表面に傷を付けながら接触通電するようにしている。そして、従来の電気特性測定用プローブとしては、硬くて耐磨耗性に優れたタングステン（Ｗ）が用いられることが多い。 In recent years, electronic devices and elements tend to be miniaturized and integrated. Along with this, the number of electrodes and the connection pitch have been miniaturized along with the thinning of electronic circuit boards due to flexibility. For measurement of electrical characteristics of such semiconductor circuits, etc., a high-rigidity metal probe is usually used under specific temperature conditions, and the electrodes are slid relative to the electrode pads on each element, and contact energization is performed while scratching the surface. I am doing so. In many cases, tungsten (W), which is hard and has excellent wear resistance, is used as a conventional probe for measuring electrical characteristics.
このような従来の電子素子の電気特性測定用プローブについては、先端に多数の微小な突起を有するもの（特許文献１）や、電気特性測定用プローブ先端をレーザー加工により球状化したもの（特許文献２）、プローブ先端をメッキしたもの等が提案されている。さらには、金属針先端に高硬度・耐酸化性の優れた微細線材を突き合わせて抵抗接合で接合するプローブの製造方法（特許文献３）も提案されている。 With respect to such a conventional probe for measuring electrical characteristics of an electronic element, a probe having a large number of minute protrusions at the tip (Patent Document 1), or a probe tip for electrical characteristics measurement made spherical by laser processing (Patent Document) 2) A probe having a probe tip plated is proposed. Furthermore, a probe manufacturing method (Patent Document 3) has also been proposed in which a fine wire having high hardness and excellent oxidation resistance is brought into contact with the tip of a metal needle and bonded by resistance bonding.
また、電気特性測定用プローブの製造方法にも適用できる技術として、この出願の発明者らによってマイクロプローブと金属微小物と導電性基板とを接触させた状態において、高電圧を印加してアーク放電を発生させ、このアーク放電により金属微小物を導電性基板に接合する方法や他の金属微小物同士を接合して微小部品や微小構造物を製造する方法（特許文献４）が開発されている。
しかしながら、従来の電気特性測定用プローブの場合には、いずれも最初は高硬度で高弾性であるが、電気特性測定用プローブを電極パッド部分に繰り返し接触させると、接触対象部と電気特性測定用プローブ間の相対的な滑りによる摩擦熱あるいは電極パッドの表面に形成された被膜が電気特性測定用プローブ表面に付着したり、先端のメッキ等が損耗するなどにより接触抵抗が大きくなってしまう。ところが、電気特性測定用プローブと接触対象部間の抵抗が大きくなりすぎると必要とする特性が得られなくなる。そして、電気特性測定用プローブ先端を研磨するクリーニングやプローブ交換が必要となる。 However, in the case of conventional electrical property measurement probes, all of them are initially high hardness and high elasticity. However, when the electrical property measurement probe is repeatedly brought into contact with the electrode pad portion, the contact target portion and the electrical property measurement probe are used. The contact resistance increases due to frictional heat due to relative sliding between the probes or a film formed on the surface of the electrode pad adhering to the surface of the probe for measuring electrical characteristics or wear of the plating on the tip. However, if the resistance between the probe for measuring electrical characteristics and the contact target portion becomes too large, the required characteristics cannot be obtained. Then, cleaning and probe replacement for polishing the tip of the electrical property measuring probe are required.
また、前記特許文献３は、金属または合金針先端に高硬度・耐酸化性の優れた微細線材を突き合わせて両者を押し付けながら電流を流し、大きなジュール熱を利用して接合する抵抗接合による電気特性測定用プローブの製造方法を開示しているが、この方法の場合には、電気特性測定用プローブ形状に加工する前に接合した線材を適当な長さに切断する工程が必要である。しかしながら、この方法では予め長さを短く切断した線材や粒子を接合することができない。また、複数の金属または合金を順次接合した電気特性測定用プローブを製造する場合には、電気抵抗の大きな部分での発熱が最も大きくなるので、電気抵抗の小さい物から大きくなる順番に接合しなければならず、接合する金属の組み合わせの順番が制限されることになる。 In addition, Patent Document 3 discloses electrical characteristics by resistance bonding in which a fine wire rod having high hardness and excellent oxidation resistance is abutted against the tip of a metal or alloy needle, current is applied while pressing both of them, and bonding is performed using large Joule heat. Although a method for manufacturing a measurement probe is disclosed, this method requires a step of cutting the joined wire to an appropriate length before processing into a probe shape for measuring electrical characteristics. However, with this method, it is not possible to join wires or particles that have been cut in advance. In addition, when manufacturing a probe for measuring electrical characteristics in which a plurality of metals or alloys are sequentially joined, heat generation is highest in a portion having a large electrical resistance. In other words, the order of combinations of metals to be joined is limited.
また、この出願の発明者らの提案に係わる特許文献４においては、金属微小物をマイクロプローブに吸着、保持して任意の位置に移動してマイクロプローブと金属微小物と導電性基板とを接触させた状態でアーク放電させて接合する方法が開示されているが、この方法は、マイクロプローブを使用する一般的な微小部品の製造方法であって、特定物品を製造するための具体的な方法が示されているわけではない。 In Patent Document 4 relating to the proposal of the inventors of this application, the metal probe is adsorbed and held on the microprobe and moved to an arbitrary position to contact the microprobe with the metal substrate and the conductive substrate. A method is disclosed in which arc discharge is performed in a bonded state, and this method is a general method for manufacturing a micropart using a microprobe, and is a specific method for manufacturing a specific article. Is not shown.
そこで、この出願の発明は、以上のような従来の問題点を解消し、かつ、前記特許文献４における発明者らの提案に係わる知見を発展させることで、電気特性測定用プローブ先端を常に低抵抗の状態に保持し、集積回路デバイスやその他の回路デバイス等の電気的特性を精度良く、しかも長期間にわたって測定可能とする、新しい電気特性測定用プローブとその製造方法を提供することを課題としている。 Therefore, the invention of this application eliminates the above-described conventional problems and develops the knowledge related to the proposals of the inventors in Patent Document 4 so that the tip of the probe for measuring electrical characteristics is always reduced. It is an object to provide a new probe for measuring electrical characteristics and a method for manufacturing the probe that can maintain the resistance state and accurately measure the electrical characteristics of integrated circuit devices and other circuit devices over a long period of time. Yes.
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、高融点金属針プローブの先端に金属粒子をパルス放電により接合した後に、形状加工することを特徴とする電気特性測定用接合型プローブの製造法を提供する。 In order to solve the above problems, the invention of this application is, firstly, for measuring electrical characteristics, characterized in that metal particles are joined to the tip of a refractory metal needle probe by pulse discharge, and then shape processing is performed. A method for manufacturing a bonded probe is provided.
そして、第２には、異種の金属粒子を多段に積層させる上記の電気特性測定用接合型プローブの製造方法を提供する。 Secondly, the present invention provides a method for manufacturing the above-described junction probe for measuring electrical characteristics in which different types of metal particles are stacked in multiple stages.
第３には、高融点金属針プローブは、断面直径が５００μｍ以下であって、金属粒子の直径が３００μｍ以下である上記の電気特性測定用接合型プローブの製造方法を提供する。 Third, the refractory metal needle probe has a cross-sectional diameter of 500 μm or less and a metal particle diameter of 300 μm or less.
第４には、高融点金属針プローブを垂直に、かつその先端から直径の５倍以上離して保持具と接触するように保持してパルス放電させる上記の電気特性測定用接合型プローブの製造方法を提供する。 Fourth, the method for manufacturing the above-described junction probe for measuring electrical characteristics, wherein the refractory metal needle probe is held vertically and at a distance of 5 times or more of the diameter from the tip so as to be in contact with the holder and pulse discharge is performed. I will provide a.
第５には、金属粒子の上方に配置した接合用電極プローブにより２〜５ｋＶの電圧で最大電流１０ｍＡになるように高融点金属針プローブとの間にパルス放電させる上記の電気特性測定用接合型プローブの製造方法を提供する。 Fifth, the above-mentioned junction type for measuring electrical characteristics, in which a pulse discharge is performed between the metal probe and the refractory metal needle so as to obtain a maximum current of 10 mA at a voltage of 2 to 5 kV by a bonding electrode probe disposed above the metal particles. A method for manufacturing a probe is provided.
さらに、この出願の発明は、第６には、金属粒子は、その組成（重量％）が銀５０〜５５％、パラジウム２０〜３０％、銅１５〜２５％の範囲のものであって、粒径が１０μｍ〜３００μｍの合金である上記の電気特性測定用接合型プローブの製造方法を提供する。 Further, the invention of this application is that, in the sixth aspect, the metal particles have a composition (% by weight) in the range of 50 to 55% silver, 20 to 30% palladium, and 15 to 25% copper. Provided is a method for producing the above-mentioned bonded probe for measuring electrical characteristics, which is an alloy having a diameter of 10 μm to 300 μm.
第７には、高融点金属針プローブは、タングステン、レニウムータングステン合金、タングステン化合物（ＷＣ、ＷＳｉ）、高融点金属間化合物（ＭｏＳｉ、ＴｉＢ2、ＺｒＢ2またはＣｒＢ2）のいずれかよりなるものであって、その断面直径が３０〜５００μｍの範囲である上記の電気特性測定用接合型プローブの製造方法を提供する。 Seventh, the refractory metal needle probe is made of any one of tungsten, a rhenium-tungsten alloy, a tungsten compound (WC, WSi), and a refractory intermetallic compound (MoSi, TiB 2 , ZrB 2 or CrB 2 ). And the manufacturing method of said junction type probe for an electrical property measurement whose cross-sectional diameter is the range of 30-500 micrometers is provided.
この出願の上記第１の発明の製造方法によれば、高融点金属針プローブの先端に該プローブとは種類の異なる、高硬度・耐酸化性・低抵抗等の特性を有する微小な金属粒子を、高電圧、低電流下での連続的な放電が可能なパルス放電により接合することから、接合部近傍の局所領域だけが加熱・冷却されて、接合部の熱変形が非常に小さい電気特性測定用接合型プローブを製造することができる。 According to the manufacturing method of the first invention of this application, fine metal particles having characteristics such as high hardness, oxidation resistance, and low resistance, which are different from the probe, are provided at the tip of the refractory metal needle probe. Because bonding is performed by pulse discharge that enables continuous discharge under high voltage and low current, only the local region near the joint is heated and cooled, and the electrical deformation measurement of the joint is very small. A junction type probe can be manufactured.
そして、第２の発明の製造方法によれば、高融点金属針プローブの先端に複数の異種金属粒子をパルス放電で積層接合した電気特性測定用接合型プローブを製造することができる。 According to the manufacturing method of the second invention, it is possible to manufacture a junction type probe for measuring electrical characteristics, in which a plurality of different kinds of metal particles are laminated and bonded to the tip of a refractory metal needle probe by pulse discharge.
また、第３の発明の製造方法によれば、高融点金属針プローブと金属粒子が良好に接合した電気特性測定用接合型プローブを製造することができ、第４の発明の製造方法によれば、より効率的に電気特性測定用接合型プローブを製造することができる。 Further, according to the manufacturing method of the third invention, it is possible to manufacture a junction type probe for measuring electrical characteristics in which a refractory metal needle probe and metal particles are satisfactorily bonded, and according to the manufacturing method of the fourth invention, Thus, a junction type probe for measuring electrical characteristics can be manufactured more efficiently.
第５の発明の製造方法によれば、電極プローブが安定に放電できるため、消耗が少なく、高融点金属針プローブと金属粒子が十分に接合した電気特性測定用接合型プローブを製造することができる。 According to the manufacturing method of the fifth invention, since the electrode probe can be stably discharged, it is possible to manufacture a junction type probe for measuring electrical characteristics in which consumption is low and the refractory metal needle probe and metal particles are sufficiently joined. .
第６の発明の製造方法によれば、先端に高硬度で耐酸化性のある合金粒子が設けられた電気特性測定用接合型プローブを製造することができる。 According to the manufacturing method of the sixth aspect of the present invention, it is possible to manufacture a junction type probe for measuring electrical characteristics, which is provided with alloy particles having high hardness and oxidation resistance at the tip.
第７の発明の製造方法によれば、安価で耐摩耗性に優れた高融点金属線材を使用した電気特性測定用接合型プローブを得ることができる。 According to the manufacturing method of the seventh aspect of the invention, it is possible to obtain a junction type probe for measuring electrical characteristics using a refractory metal wire that is inexpensive and excellent in wear resistance.
この出願の発明は上記のとおりの特徴を有しているものであるが、以下にその実施の形態について説明する。 The invention of this application has the features as described above, and an embodiment thereof will be described below.
この出願の発明の電気的特性等を測定するための接合型プローブの製造方法においては、プローブ構成の大部分を安価なタングステン等の高融点金属針として、その先端部のみを導電性の良好な金属粒子によって構成するために、タングステン等の高融点金属線針プローブの先端に高硬度・耐酸化性等の特性に優れた導電性の良好な異種金属の粒子を高電圧・低電流のパルス放電を利用して溶融接合し、所定の形状に加工することを特徴としている。接合型プローブを構成する高融点金属針プローブとしては、従来と同様にタングステンあるいはその合金をはじめ各種のものであってよく、できるだけ、安価で、しかも高融点材料で、成形性も比較的良好なものが好適である。 In the manufacturing method of the junction type probe for measuring the electrical characteristics and the like of the invention of this application, most of the probe structure is made of a refractory metal needle such as inexpensive tungsten, and only the tip portion has good conductivity. Because it is composed of metal particles, high-voltage, low-current pulse discharge is performed on the tip of a high-melting-point metal wire needle probe such as tungsten with excellent conductivity such as high hardness and oxidation resistance. It is characterized in that it is melt-bonded and processed into a predetermined shape. The refractory metal needle probe constituting the junction type probe may be various kinds of materials such as tungsten or its alloy as in the conventional case, and is as cheap as possible, is a high melting point material, and has relatively good formability. Those are preferred.
また、高融点金属針プローブの先端に接合する金属粒子については、高融点金属針プローブとは異なる種類の金属（合金を含む）であって、半導体デバイス等の電気的特性の測定の対象とその目的や条件に応じて望まれる特性、たとえば前記のとおりの高硬度性や、耐酸化性等の特性を有し、低抵抗性（良導電性）の材料として選択される。 In addition, the metal particles to be bonded to the tip of the refractory metal needle probe are different types of metals (including alloys) from the refractory metal needle probe, and are used for measuring electrical characteristics of semiconductor devices and the like. The material is selected as a low-resistance (good conductivity) material having characteristics desired according to the purpose and conditions, for example, characteristics such as high hardness and oxidation resistance as described above.
通常、一般的には、所要のパルス放電による接合を実現し、かつ形状加工を比較的容易にするとの観点からは、高融点金属針プローブとしてはその横断面の直径が５００μｍ以下のものが好ましく、また、金属粒子としてはその直径が３００μｍ以下のものであることが好適である。 In general, from the viewpoint of realizing the required pulse discharge and relatively easy shape processing, the refractory metal needle probe preferably has a cross-sectional diameter of 500 μm or less. Further, the metal particles preferably have a diameter of 300 μm or less.
また、この出願の発明におけるパルス放電による接合においては、従来の実施例において図面により説明したように、接合用電極プローブからの放電が高融点金属針プローブの先端に集中するように、（１）高融点金属針プローブを垂直に立て、（２）高融点金属針プローブの先端から熱シンクまでの距離を高融点金属針プローブの直径の５倍以上離すことが望ましい。つまり、高融点金属針プローブを、その先端から、断面直径の５倍以上の距離を置いて保持具に接触保持し、この状態でパルス放電することが望ましい。 Further, in the joining by the pulse discharge in the invention of this application, as described with reference to the drawings in the conventional example, the discharge from the joining electrode probe is concentrated on the tip of the refractory metal needle probe (1) It is desirable that the refractory metal needle probe be set up vertically, and (2) the distance from the tip of the refractory metal needle probe to the heat sink be at least 5 times the diameter of the refractory metal needle probe. That is, it is desirable that the refractory metal needle probe is held in contact with the holder at a distance of 5 times or more the cross-sectional diameter from the tip, and pulse discharge is performed in this state.
たとえば、高融点金属針プローブの直径が１２５μｍの場合は６５０μｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上離すことによって良好な結果が得られている。放電が高融点金属針プローブの先端から下向きの軸方向に線材直径分だけ達するが、流体力学のサン・ブナンの法則、電磁解析での電場の境界条件に経験的に見られるように、線材直径の５倍以上離れると、流れによる場は定常状態に戻ることが関係しているものと考えられる。 For example, when the diameter of the refractory metal needle probe is 125 μm, good results are obtained by separating it by 650 μm or more, preferably 1 mm or more. The discharge reaches the axial direction downward from the tip of the refractory metal needle probe by the wire diameter, but the wire diameter is empirically found in Saint-Bennan's law of hydrodynamics and the electric field boundary conditions in electromagnetic analysis. It is considered that the field due to the flow is related to returning to a steady state at a distance of 5 times or more.
また、この出願の発明はパルス放電を利用して接合するため接合時は急速加熱・急速冷却を繰り返して金属粒子の内部を溶融せず金属粒子の表面近傍のみを溶融するだけであり、高融点金属針プローブと金属粒子の接合技術は金属線先端に融点・硬さ等の物性値の異なる金属粒子を任意な順番に多段に接合することが可能である。したがって、金属粒子の選択や組み合わせ方法により、接合型電気特性測定用プローブがある特定の温度で軟化したり、外部からのエネルギーで伸縮したりする機能を融合したりすることも可能となる。 In addition, since the invention of this application is joined using pulse discharge, rapid heating / cooling is repeated at the time of joining to melt only the vicinity of the surface of the metal particle without melting the inside of the metal particle. The joining technique of the metal needle probe and the metal particles can join the metal particles having different physical properties such as melting point and hardness to the tip of the metal wire in multiple stages in an arbitrary order. Therefore, it is possible to combine the functions of softening at a certain temperature or expanding and contracting with external energy by selecting and combining metal particles.
しかも、多段に積層接合しても異種金属粒子の電気抵抗の順番に左右されることがない接合型電気特性測定用プローブを製造することができる。このため、この出願の発明の接合型電気特性測定用プローブは、これまでの電気特性測定用プローブより弱い接触で長期にわたって安定に測定することが可能になる。 In addition, it is possible to manufacture a junction-type electrical property measurement probe that does not depend on the order of electrical resistance of different kinds of metal particles even when laminated and joined in multiple stages. For this reason, the junction-type electrical property measurement probe of the invention of this application can be stably measured over a long period of time with a weaker contact than conventional electrical property measurement probes.
前記のとおり、金属粒子や高融点金属針プローブについては、その材料としての種類や組成は各種のものであってよいが、電気特性測定用の接合型プローブのための金属粒子としては、たとえば、重量％として、銀（Ａｇ）が５０〜５５％、パラジウム（Ｐｄ）が２０〜３０％、銅（Ｃｕ）が１５〜２５％の範囲のものが好適な組成として例示される。そして、この好適な粒子組成のものは、その粒径が１０μｍ〜３００μｍであることが好ましい。 As described above, the metal particles and the refractory metal needle probe may be of various types and compositions, but as the metal particles for the junction type probe for measuring electrical characteristics, for example, Examples of suitable compositions are as follows: silver (Ag) in the range of 50 to 55%, palladium (Pd) in the range of 20 to 30%, and copper (Cu) in the range of 15 to 25%. And it is preferable that the particle size of this suitable particle composition is 10 micrometers-300 micrometers.
一方の高融点金属針プローブでは、たとえばタングステン、タングステン合金、タングステン化合物（ＷＣ、ＷＳｉ等）や、ＭｏＳｉ、ＴｉＢ2、ＺｒＢ2、ＣｒＢ2等の高融点金属間化合物等が例示され、これらの断面直径が３０μｍ〜５００μｍの範囲のものが好適なものとして示される。 Examples of refractory metal needle probes include tungsten, tungsten alloys, tungsten compounds (WC, WSi, etc.) and refractory intermetallic compounds such as MoSi, TiB 2 , ZrB 2 , CrB 2, etc. Those having a diameter in the range of 30 μm to 500 μm are indicated as suitable.
パルス放電の放電条件については対象とする材料や粒子径等を考慮して決めることができる。一般的には、金属粒子の上方に配置した接合用電極プローブにより２〜５ｋＶの電圧で最大電流１０ｍＡになるようにすることが好適な目安とされる。 The discharge conditions of the pulse discharge can be determined in consideration of the target material, particle diameter, and the like. In general, a suitable standard is that the maximum current is 10 mA at a voltage of 2 to 5 kV by means of a bonding electrode probe disposed above the metal particles.
そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん、以下の例によって発明が限定されることはない。 Therefore, an example will be shown below and will be described in more detail. Of course, the invention is not limited by the following examples.
図１の模式図で示したように、２箇所の取付け穴（３）を利用して接地された１．５ｍｍ厚、２５ｍｍ角の銅ブロック（１）に直径１２５μｍ、長さ３０ｍｍのレニウム−タングステン合金線（２）が導電性両面テープ（４）で接着・固定され、さらに保持を確実にするために線材の上から粘着テープ（５）で固定する。また、このレニウム−タングステン合金線（２）の先端は銅ブロック（１）の端面から１ｍｍ程度突き出して先端が上を向くように垂直になるように保持する。そして、このレニウム−タングステン合金線（２）の先端には図２（ａ）で示されているように球状パラジウム合金（Ａｇ：５３．９％、Ｐｄ：２５．１％、Ｃｕ：２０．９％）粒子（８）を仮接合する。 As shown in the schematic diagram of FIG. 1, rhenium-tungsten having a diameter of 125 μm and a length of 30 mm on a 1.5 mm thick, 25 mm square copper block (1) grounded using two mounting holes (3). The alloy wire (2) is bonded and fixed with the conductive double-sided tape (4), and further fixed with an adhesive tape (5) from above the wire to ensure the holding. Further, the tip of the rhenium-tungsten alloy wire (2) protrudes from the end face of the copper block (1) by about 1 mm and is held vertically so that the tip faces upward. At the tip of the rhenium-tungsten alloy wire (2), as shown in FIG. 2 (a), a spherical palladium alloy (Ag: 53.9%, Pd: 25.1%, Cu: 20.9). %) The particles (8) are temporarily joined.
この仮接合の方法としては、５０−１００μｍの球状パラジウム合金粒子（８）をレニウム−タングステン合金線（２）の先端に載せて、図２の（ａ）に示すような先端を尖らせた直径３５μｍ程度のタングステン等の接合用電極プローブ（７）で上から粒子を軽く押さえる。上から下に向かって球状パラジウム合金粒子（８）とレニウムータングステン合金（２）の酸化を防ぐためのヘリウムガスを流し、エアカーテンのようにして空気がタングステンの先端周囲に入るのを防ぐように工夫されている。この状態で接合用電極プローブ（７）に４ｋＶ以上のパルス電圧を０．５秒間印加すると、接地されている銅ブロック（１）に導電性両面テープ（４）で接着されているレニウム−タングステン合金線（２）と球状パラジウム合金粒子（８）との間に放電が生じて、球状パラジウム合金粒子（８）の下面がわずかに溶融してレニウム−タングステン合金線（２）と弱く接合される。 As this temporary joining method, 50-100 μm spherical palladium alloy particles (8) are placed on the tip of a rhenium-tungsten alloy wire (2), and the tip has a sharp diameter as shown in FIG. The particles are lightly pressed from above with a bonding electrode probe (7) of about 35 μm tungsten or the like. Flowing helium gas to prevent oxidation of the spherical palladium alloy particles (8) and the rhenium-tungsten alloy (2) from the top to the bottom, so that air enters the periphery of the tungsten tip like an air curtain. Has been devised. In this state, when a pulse voltage of 4 kV or more is applied to the bonding electrode probe (7) for 0.5 seconds, the rhenium-tungsten alloy bonded to the grounded copper block (1) with the conductive double-sided tape (4). A discharge occurs between the wire (2) and the spherical palladium alloy particle (8), and the lower surface of the spherical palladium alloy particle (8) is slightly melted and weakly joined to the rhenium-tungsten alloy wire (2).
次に接合用プローブ（７）を直径６６０μｍのものに交換し、先端が合金粒子の直上１００−１４０μｍのところに固定し、球状パラジウム合金粒子（８）とレニウムータングステン合金（２）の酸化を防ぐためのヘリウムガスをエアカーテンのようにして流す。
この状態で図２（ｂ）、（ｃ）のように電源（６）から接合用電極プローブ（７）に２ｋＶのパルス電圧を印加すると、接合用電極プローブ先端からレニウム−タングステン合金線（２）の先端近傍の間に、球状パラジウム合金粒子（８）を包み込むような間欠的な放電が生じ、１０−２０秒間で球状パラジウム合金粒子（８）とレニウム−タングステン合金線（２）は完全に溶融接合される。なお、完全に溶融接合されていることは実体顕微鏡で確認されている。
Next, the bonding probe (7) is replaced with one having a diameter of 660 μm, the tip is fixed at 100-140 μm immediately above the alloy particles, and the spherical palladium alloy particles (8) and the rhenium-tungsten alloy (2) are oxidized. Flow helium gas to prevent it like an air curtain.
In this state, when a pulse voltage of 2 kV is applied from the power source (6) to the electrode probe (7) for bonding as shown in FIGS. 2 (b) and 2 (c), the rhenium-tungsten alloy wire (2) from the tip of the electrode probe for bonding. An intermittent discharge enveloping the spherical palladium alloy particles (8) occurs in the vicinity of the tip of the metal, and the spherical palladium alloy particles (8) and the rhenium-tungsten alloy wire (2) are completely melted in 10-20 seconds. Be joined. In addition, it has been confirmed with a stereomicroscope that it is completely melt-bonded.
このようにして、線径１２５μｍのレニウム−タングステン合金線（２）の先端に７５μｍ径の球状パラジウム合金（Ａｇ：５３．９％、Ｐｄ：２５．１％、Ｃｕ：２０．９％）粒子（８）の１粒を接合した外観の一例を示したものが図３である。 In this way, 75 μm-diameter spherical palladium alloy (Ag: 53.9%, Pd: 25.1%, Cu: 20.9%) particles (at the tip of a rhenium-tungsten alloy wire (2) having a wire diameter of 125 μm) FIG. 3 shows an example of the appearance of joining one grain of 8).
接合後の金属粒子は金属線の中心に位置しており、ほぼ３６μｍ直径で、高さは１８μｍの半球状となっている。放電により一部が溶融した球状パラジウム合金粒子（８）はレニウム−タングステン合金線（２）に完全に接合していることが確認される。 The metal particles after bonding are located in the center of the metal wire, and are approximately 36 μm in diameter and 18 μm in height. It is confirmed that the spherical palladium alloy particles (8) partially melted by the discharge are completely joined to the rhenium-tungsten alloy wire (2).
接合界面を集束イオンビーム装置により研磨して、観察した結果を図４に示した。図４に示されるものは、集束イオンビームによる研磨であるため平滑な面は得られていない。なお、パラジウム合金粒子とレニウム−タングステン合金線（２）の接合界面にはサブミクロンオーダーの穴が数箇所観察されているが、この穴は研磨の際の加工傷と思われる。 The result of observing the bonded interface after polishing with a focused ion beam apparatus is shown in FIG. Since what is shown in FIG. 4 is polishing by a focused ion beam, a smooth surface is not obtained. Several submicron-order holes have been observed at the bonding interface between the palladium alloy particles and the rhenium-tungsten alloy wire (2), but these holes are considered to be processing scratches during polishing.
図５は別の試料を樹脂埋めして機械研磨した断面であるが、やはり欠陥は認められず、良好な接合が得られていることが確認できる。
さらに図６右上の接合部写真に示した実線に沿って、接合界面の組成分析を行なった。合金線材中のＷ、Ｒｅおよび合金粒子中のＰｄ、Ａｇ、Ｃｕについて調べたが、この結果から接合界面は２〜３μｍの狭い範囲で相互に溶融しているだけで、プローブ先端に加工すべき合金粒子部分は、当初の組成がそのまま保たれていることが確認できた。
FIG. 5 shows a cross section of another sample filled with resin and mechanically polished. However, no defects are observed, and it can be confirmed that good bonding is obtained.
Further, the composition analysis of the joint interface was performed along the solid line shown in the joint photograph in the upper right of FIG. W and Re in the alloy wire and Pd, Ag and Cu in the alloy particles were examined. From this result, the bonding interface should be processed into the probe tip only by melting in a narrow range of 2 to 3 μm. It was confirmed that the initial composition of the alloy particle part was maintained as it was.
図７は本実施例で接合した線材から作った接合型の電気特性測定用プローブの模式図である。金属粒子部分を先端として軸方向に研磨すれば、先端部が異種金属となるプローブを製造することが可能である。また、図８は図１〜図７で示されたものと同じ方法を利用して、単一の金属粒子を接合したものでなく、先端とプローブの軸の間に弾力性や電気伝導性が優れた数種の金属粒子（８）〜（１０）を積層接合したものである。
このプローブにより、所定の電気特性を長期間に亘って精度良く測定できると考えられる。
FIG. 7 is a schematic diagram of a bonding-type probe for measuring electrical characteristics made from the wires bonded in the present embodiment. By polishing the metal particle portion in the axial direction with the tip as a tip, it is possible to manufacture a probe whose tip is a dissimilar metal. Further, FIG. 8 is not a single metal particle joined by using the same method as shown in FIGS. 1 to 7, but has elasticity and electrical conductivity between the tip and the probe shaft. Several excellent metal particles (8) to (10) are laminated and joined.
With this probe, it is considered that predetermined electrical characteristics can be accurately measured over a long period of time.
もちろん、この出願の発明は以上の実施形態および実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能である。 Of course, the invention of this application is not limited to the above embodiments and examples, and various details are possible for the details.
以上詳しく説明した通り、この出願の発明によって、高融点金属線材の先端部のみに電気的特性が良好な金属を１種以上接合することによって集積回路デバイスやその他の回路デバイス等の電気的特性の測定を安価で精度よく、しかも長期間使用できる電気特性測定用プローブが提供される。 As described above in detail, according to the invention of this application, the electrical characteristics of integrated circuit devices and other circuit devices can be improved by bonding one or more metals having good electrical characteristics only to the tip of the refractory metal wire. Provided is a probe for measuring electrical characteristics that can be used for a long period of time at low cost and with high accuracy.
１ Ｃｕ基板
２ 金属線（レニウム−タングステン線）
３ 取付け穴
４ 導電性両面テープ
５ 粘着テープ
６ 電源
７ 接合用プローブ
８〜１０ 金属粒子
1 Cu substrate 2 Metal wire (rhenium-tungsten wire)
3 Mounting hole 4 Conductive double-sided tape 5 Adhesive tape 6 Power supply 7 Joining probe 8-10 Metal particles
Claims (7)
Priority Applications (1)
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2009040986A1 (en) * | 2007-09-27 | 2009-04-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Probe needle material, probe needle and probe card each using the same, and inspection process |
| JP2016085133A (en) * | 2014-10-27 | 2016-05-19 | 富士通セミコンダクター株式会社 | Probe needle, probe card, method for manufacturing probe needle, and method for regenerating probe needle |
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2003
- 2003-09-30 JP JP2003341876A patent/JP2005106690A/en active Pending
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