JP2006208324A - プローブカード、およびその製造方法。 - Google Patents
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Abstract
さらに、液滴吐出ごとの焼結工程を必要とせず、プローブとなる微細バンプを短時間で形成できるプローブカードの製造方法を提供する。
さらにまた、半導体チップとの接触時の圧力に対してクッション効果を発揮し、均等な接触を可能とするプローブカード、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】微細インクジェット法により、基板上に金属超微粒子を含む液体材料を吐出して、微細バンプを形成するプローブカードの製造方法。
【選択図】図2
Description
また、近年、端子の配置が多様化しており、端子配置の頻繁な変更に柔軟に応えることが要求されている。一方、上述の現在用いられている形成方法では、この要求に十分に応えることが難しい。
この課題を解決する方法として、インクジェットによりプローブを形成することが試みられている。例えば、特許文献1に、導電性材料を含む液状組成物を基板に吐出し、基板上で液滴が固化するのを待ち、さらに吐出を繰り返して積み重ね、バンプとする方法が開示されている。しかしながら、この方法では、一層づつ焼結しながら積み重ねるため、十分な高さの構造物とするには時間がかかりすぎる。また、基板上に吐出する液滴量を減らすことができないため、微細なバンプの形成は困難であり、半導体端子の狭ピッチ化の要求に対応できない。
さらに本発明は、液滴吐出ごとの焼結工程を必要とせず、プローブとなる微細バンプを短時間で形成できるプローブカードの製造方法の提供を目的とする。
さらに本発明は、半導体チップとの接触時の圧力に対してクッション効果を発揮し、各々のプローブ端子の全ての均等な接触を可能とするプローブカード、およびその製造方法の提供を目的とする。
(1)微細インクジェット法により、基板上に金属超微粒子を含む液体材料を吐出して、微細バンプを形成することを特徴とするプローブカードの製造方法。
(2)前記微細バンプの核部分を銀材料で形成し、その表層部を金材料で形成することを特徴とする(1)記載のプローブカードの製造方法。
(3)前記基板として、柔軟性のある基板を用いることを特徴とする(1)または(2)記載のプローブカードの製造方法。
(4)前記基板上に、柔軟性のある樹脂を設け、該樹脂の上部に前記微細バンプを形成することを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載のプローブカードの製造方法。
(5)前記微細バンプの断面直径が1〜50μmであることを特徴とする(1)〜(4)のいずれか1項に記載のプローブカードの製造方法。
(6)前記微細インクジェット法が、電界の集中により微細液滴を飛翔付着させ乾燥固化により該液滴を堆積させる前記微細バンプの形成方法であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれか1項に記載のプローブカードの製造方法。
(7)微細インクジェット法により、基板上に金属超微粒子を含む液体材料を吐出し形成した微細バンプを有することを特徴とするプローブカード。
(8)前記基板上に柔軟性のある樹脂を設け、該樹脂の上部に前記微細バンプを形成したことを特徴とする(7)記載のプローブカード。
(9)前記微細バンプの断面直径が1〜50μmであることを特徴とする(7)または(8)記載のプローブカード。
(10)前記基板上にバンプを互いに短ピッチで配設した微細バンプ群を有することを特徴とする(7)〜(9)のいずれか1項に記載のプローブカード。
(11)前記微細バンプの核部分を銀材料で形成し、その表層部を金材料で形成したことを特徴とする(7)〜(10)のいずれか1項に記載のプローブカード。
(12)前記微細バンプを熱処理することにより該微細バンプ内にポアを形成したことを特徴とする(7)〜(11)のいずれか1項に記載のプローブカード。
また本発明のプローブカードの製造方法によれば、インクジェットの吐出を制御するプロセスデータを変更することで、多様なパターンで微細バンプを形成することができ、端子配置の頻繁な変更にも柔軟に対応できる。
さらに本発明のプローブカードの製造方法によれば、微細バンプ形成時に吐出される微細液滴の乾燥力が高いため、液滴吐出ごとの焼結工程を必要とせず、プローブとなる微細バンプを短時間で形成することが可能である。
さらに本発明の製造方法により得られたプローブカードは、微細バンプをプローブとすることから狭ピッチ化の要求に応えることができる。また該プローブカードは、プローブの接触圧力に対してクッション効果を発揮し、各々のプローブ端子の全ての均等な接触を可能とする。
微細液滴により形成される構造物は(本発明においては、微細液滴により形成される構造物を微細バンプまたは微細立体構造物といい、単にバンプまたは立体構造物ということもある)、断面直径(断面もしくは底面の短辺の径)が、好ましくは50μm以下、より好ましくは20μm以下、さらに好ましくは15μm以下、さらに好ましくは5μm以下、さらに好ましくは3μm以下、特に好ましくは1μm以下である。
また、立体構造物の間隔(近接する2つの立体構造物の最も近い壁面間の距離)は、本発明に用いられる微細インクジェット法によれば、必要とされる端子配置に応じて、大きくも小さくもすることができる。常用のプローブカードのプローブピッチ(15〜100μm)で製造することも当然可能であるが、微細化の要求に対しては、10μm以下(例えば5μm程度)という狭ピッチ化も可能である。
立体構造物の形状に制約はないが、例えば、円柱、楕円柱、円錐、円錐台、上からの投影形状が線状の形状もしくは箱型の形状などであってもよく、中空構造としてもよい。また、とくに従来技術で得られるバンプと区別する場合には、微細インクジェット法で形成されるバンプを微細バンプという。
また、微細インクジェットに加えられた電界による効果で、針状流体吐出体(以下、「ノズル」ともいう。)の先端部に向かう応力が、絶えず先行して付着した液滴(以下、「先行着弾液滴」ともいう。)が固化して形成された構造物の先端部に作用する。つまり、いったん構造物の成長が始まると、電界を、構造物の頂点に集中することができる。このため、吐出した液滴を、先行して付着した構造物の頂点に、確実に精度よく着弾することができるのである。
さらに、上述の電界による効果で、常にノズル方向へ引っ張りながら成長させることができ、アスペクト比の高い構造物でも倒れることなく形成することができる。これらの効果により効率よく立体構造の成長を促すことができる。また、電界は液体吐出ノズルと基板の間に印加するのではなく、ノズルとは別の位置にもうけた電極による電界を利用してもよい。また、構造物の成長にあわせ、駆動電圧、駆動電圧波形、駆動周波数などを変化させても構わない。
例えば、個々のプローブを電気的に絶縁する必要があるため、基板は絶縁体であることが好ましい。また、柔軟性のある基板を用いることが好ましい(本発明において、柔軟性のあるとは、弾力性があることを含み、バンプの高さのばらつきを吸収する程度の柔軟性または弾力性があることをいう。)。これにより、バンプをプローブとして半導体チップに接触させたとき、その接触圧が吸収される。さらに、バンプの高さのばらつきを緩和し、均等に接触(本発明において、均等に接触とは、導電性が得られる程度の接触状態が、複数のバンプ間において広く確保できる状態をいう。)させることができ、より精度の高い測定を可能とする。柔軟性のある基板としては、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、シリコーン樹脂などが挙げられ、柔軟性の低い基板としては、例えば、ガラス、シリコン、セラミクス、エポキシ樹脂などが挙げられる。基板の厚さに特に制約はないが、1〜5000μmが好ましく、100μ〜5000μmがより好ましい。
さらに、バンプに電極を接続することで、プローブの信号を取り出すことができる。基板および/または樹脂の上に電極を設ける方法は、例えば、微細インクジェットによって吐出形成すること、エッチング、露光技術、ディスペンス、凸版印刷、凹版印刷、露光技術、レーザー露光、レーザーエッチング、電子ビーム露光などが挙げられる。電極の厚さに特に制限はないが、例えば、0.1〜100μmが好ましく、1〜50μmがより好ましい。電極の材料は通常用いられるものでよく、例えば、金、銅、銀などが挙げられる。
基板、樹脂、電極などプローブカードとして用いられる材料の耐熱性は、150℃以上が好ましく、200℃以上がより好ましい。
立体構造物は、1種の材料で構成しても、2種以上の材料で構成(例えば、多層構造に)してもよいが、プローブとしての導電性を確保するため、少なくと表層部を導電性の材料で構成することが好ましい。2種以上の材料で構成する場合、芯の部分(核部分)は硬度を有する材料で構成し、表層部は導電性のよい材料で構成することが好ましく、表層部の材料として金材料を用いることが特に好ましい。この構成によれば、プローブとしたときの強度と導電性を両立することができる。好ましい組み合わせとして、核部分を銀材料で構成し、表層部を金材料で構成することが挙げられる(本発明において、表層部とは立体構造物の外表面から約0.1〜10μmの範囲であることが好ましく、核部分とはその内部をいう。)。その他の実施態様として、核部分を金属材料以外で形成し(例えば、高分子などの樹脂材料)、その表層部を金属材料(例えば、金材料)で形成してもよい。
図2に、好ましい実施態様として、本発明のプローブカードの製造方法により製造されたプローブカードの一例を載せている。図2では、基板201の上に柔軟性のある樹脂205が設けられ、その上に電極202を設けている。電極202の上で、樹脂205の上部にバンプを形成し、該バンプは核部分203と、表層部204の2層構造となっている。
ポアが形成されるとバンプは可塑的に変形するようになり、高さ補正(バンプの高さのばらつきを修正)をすることができる。例えば、特別な高さ補正加工を要さず、プローブを半導体チップに接触させる測定操作において、その接触圧を利用して高さがそろう変形を促すことが可能である。
本発明のプローブカードの製造方法では、プローブカード上にバンプをいくつ設けてもよいが、1〜100,000個が好ましく、10〜1000個がより好ましく、またどのような配列にしてもよい。プローブカードの大きさは特に制約されないが、例えば、その面積を円に換算したときの円相当直径で約250mm以下が好ましい。
本発明のプローブカードの製造方法によれば、バンプのピッチを広くも、狭くもできる。そのため、プローブ端子とするバンプの種類、半導体の仕様に合わせた設計が可能であり、とくに微細化要求に対しては、プローブ端子群(微細バンプ群)を精細に、桁違いに高密度に配設することもできる。プローブ端子群を、高密度に設ける場合、例えば、1000個/mm2とでき、10,000個/mm2とすることもできる。
本発明に用いられる液体材料の粘度は、立体構造を形成する上では高い方が好ましいが、インクジェット可能な範囲であることが必要であり、粘度の決定には注意が必要である。また、ペーストの種類にも依存する。例えば、銀ナノペーストの場合は3〜50センチポアズ(より好ましくは8〜30センチポアズ)が好ましい。
液体材料に用いられる溶媒の沸点は、乾燥固化が好ましく行われるものであれば特に制約はないが、300℃以下が好ましく、250℃以下がより好ましく、220℃以下が特に好ましい。また、乾燥速度がある程度速く、乾燥により粘度が大きく変化するものは、立体構造物の形成材料として好ましく使用できる。乾燥固化する時間、液滴の飛翔速度、雰囲気中の溶媒の蒸気圧などは形成材料となる溶液に応じて適宜設定可能である。好ましい条件としては、乾燥固化時間は2秒以下が好ましく、1秒以下がより好ましく、0.1秒以下が特に好ましい。また、飛翔速度は、好ましくは4m/s以上であり、6m/s以上がより好ましく、10m/s以上が特に好ましい。飛翔速度に上限は特に無いが、20m/s以下が実際的である。雰囲気は溶媒の飽和蒸気圧未満で行われることが好ましい。
また、別の制御方法としては、例えば、印加電圧を上げて吐出する液量を増やし、先に乾燥固化して積み重ねられた堆積物を再度溶解させたのち、電圧を下げて液量を抑えることで再び高さ方向への堆積および成長を促すという方法も採用できる。このように、印加電圧を変動させ液量の増減を繰り返すことにより、必要な断面直径に制御して立体構造物を形成することが可能である。
断面直径の制御範囲は、作業効率も考慮すると、断面直径を大きくする場合に、ノズル先端の内径の20倍以下が好ましく、5倍以下がより好ましい。小さくする場合には、ノズル先端の内径の1/10を下限とすることが好ましく、1/5以上がより好ましく、1/2以上が特に好ましい。
基板温度の制御手段は、特に限定されないが、ペルチェ素子、電熱ヒーター、赤外線ヒーター、オイルヒーターなど流体を使ったヒーター、シリコンラバーヒーター、またはサーミスターなどが挙げられる。また、基板温度は、材料とする流体または液滴の揮発性に応じて適宜制御できるが、好ましくは20〜150℃であり、25〜70℃がより好ましく、30〜50℃が特に好ましい。基板温度の制御は、液滴の着弾時の温度より高くなるように設定することが好ましく、好ましくは約5℃以上高く、より好ましくは約10℃以上高く設定する。
液滴の蒸発量に関しては、雰囲気温度や雰囲気中の溶媒の蒸気圧により制御することも考えられるが、本発明の製造方法では、複雑な装置などを必要とせず、基板表面温度の制御という工業上好ましい方法で立体構造物の製造を可能とするものである。
またノズルの先端の外径は、上記のノズルの先端の内径に応じて適宜に定まるが、好ましくは15μm以下、より好ましくは10μm以下、特に好ましくは8μm以下である。ノズルは針状であることが好ましい。
例えば、ノズル1を成形性のよいガラスとした場合、ノズルを電極として利用することはできないから、ノズル1内には、例えばタングステン線などの金属線(金属電極線)2からなる電極を挿入してもよいし、ノズル内にメッキで電極を形成してもよい。ノズル1自体を導電性物質で形成した場合には、その上に絶縁材をコーティングしてもよい。電極を配置する位置に特に制約はなく、ノズルの内側でも外側でもよく、さらには、内側、外側の両方、またはノズルとは別の位置に配してもよい。
また、ノズル1内には吐出すべき溶液3が充填される。このとき、ノズル内に電極を挿入した場合には、電極2は溶液3に浸されるように配置される。溶液(流体)3は、図示しない溶液源から供給される。ノズル1は、シールドゴム4およびノズルクランプ5によりホルダー6に取り付けられ、圧力が漏れないようになっている。
圧力調整器7で調整された圧力は圧力チューブ8を通してノズル1に伝えられる。
以上のノズル、電極、溶液、シールドゴム、ノズルクランプ、ホルダー及び圧力ホルダーは側面断面図で示されている。ノズルの先端に近接して基板13が基板支持体(基板ホルダー)14により配設されている。
コンピューター9からの吐出信号は、任意波形発生装置10に送られ制御される。
任意波形発生装置10より発生した任意波形電圧は、高電圧アンプ11を通して、電極2へと伝えられる。ノズル1内の溶液3は、この電圧により帯電する。これによりノズル先端の集中電界強度を高めるものである。
また、図示しないが、ノズル位置検出によるフィードバック制御を行い、ノズル1を基板13に対し一定に保つようにする。また、基板13を、導電性または絶縁性の基板ホルダーに裁置して保持するようにしてもよい。
本発明のプローブカードの製造方法において、構造物を形成する位置調整は、X−Y−Zステージ上に、基板ホルダーを配置し、基板13の位置を操作することが実用的であるが、これにとらわれず、逆にX−Y−Zステージ上にノズル1を配置することも可能である。また、ノズルと基板との距離は、位置微調整装置を用いて適当な距離に調整することができる。さらに、ノズルの位置調整は、レーザー測距計による距離データを元にZ軸ステージをクローズドループ制御により移動させ、1μm以下の精度で一定に保つこともできる。
従来のラスタスキャン方式では、連続した線を形成する際に、着弾位置精度の不足や、吐出不良などにより配線がとぎれてしまうケースも起こりうる。このため、本実施の形態においては、ラスタスキャン方式に加え、ベクトルスキャン方式を採用してもよい。単ノズルのインクジェットを用いて、ベクトルスキャンにより回路描画を行うこと自体については、例えば、ジャーナル・オブ・マイクロエレクトロメカニカル・システム(Journal of Microelectromechanical systems), S. B. Fuller et al., Vol. 11, No.1, p.54 (2002)に記載されている。
例えば、使用ステージとして、シグマ光機製のSGSP−20−35(XY)と、Mark−204コントローラーを用い、また、制御用ソフトウエアとしてナショナルインスツルメンツ製のLabviewを使用して、自作し、ステージの移動速度を1μm/sec〜1mm/secの範囲内でもっとも良好な描画となるように調整した場合を考える。この場合、ステージの駆動は、ラスタスキャンの場合は、好ましくは1μm〜100μmピッチで移動させその動きに連動させ、電圧パルスにより吐出を行うことができる。また、ベクトルスキャンの場合はベクトルデータに基づき、連続的にステージを移動させることができる。
本発明のプローブカードの製造方法における、これらの吐出位置調整方法によれば、制御データーの設定、入力によって自由な位置に、かつ迅速に、立体構造物の形成位置を調節可能である。したがって、電極配置の多様化や、その頻繁な変更にも柔軟に対応し、適切なプローブ配置としたプローブカードを提供することができる。
本発明のプローブカードの製造方法によれば、アスペクト比を自由に設定しうる微細なバンプを、精度と生産性よく形成することができ、緻密で精度の高いプローブカードを提供することができる。さらには、本発明のプローブカードの製造方法を応用して、インターポーザーや、積層基板を製造することも可能である。
本発明のプローブカードの製造方法によれば、作製に要するエネルギー消費量が極めて小さく、フォトマスクや、金型を必要とせず、試作が容易に可能である。しかも、必要な場所に必要なだけの量の資源を投入できるという利点がある。また、本発明の製造方法で得られるプローブカードは、電子部品、表示素子、IC、LSI、バイオチップ、生体用電極などさまざまな電子部品の検査技術分野や、バイオエレクトロニクス分野に活用することができる。
(実施例1)
図3に示したインクジェットにより、銀超微粒子ペースト(ハリマ化成社製、銀ナノペースト、銀含有量58質量%、比重1.72、粘度8.4cps)を吐出し、金を蒸着したガラス基板の上に、バンプの核部分を形成した。なお、ノズル先端の内径は1μm、室温(22℃)雰囲気下、ノズル内のペーストに印加した電圧は交流のピーク・ツ・ピーク電圧で約450V、ノズルと基板との距離は約100μmにそれぞれ設定した。1つのバンプの核部分を形成するのに要した時間は10秒であった。
さらに、バンプの核部分の上から、図3のインクジェットにより、金超微粒子ペースト(ハリマ化成社製、金ナノペーストNPG−J、金含有量:66.9質量%、比重2.15、粘度29.0cps)を吐出し、バンプの表層部を形成し、プローブカードを作製した。
1つのバンプの表層部を形成するのに要した時間は5秒であった。なお、ノズル先端の内径は1μm、室温(22℃)雰囲気下、ノズル内のペーストに印加した電圧は、交流のピーク・ツ・ピーク電圧で約200V、ノズルと基板との距離は約100μmにそれぞれ設定した。
作製したプローブカードのバンプ(核部分と表層部を合計した全体)の断面直径は約5μm、高さは約20μm、各バンプのピッチは50μmであった。
図5に、形成した6つのバンプのレーザー顕微鏡写真を載せた。また、図6には、図5中のバンプの1つをさらに拡大した顕微鏡写真(倍率5,000倍)を載せた。
ノズルを旋回半径7.5μmで旋回させながら行った以外は、実施例1に示したバンプ核部分の形成方法と同様にしてバンプ核部分を形成した。次いで、実施例1に記載のバンプ表層部の形成方法と同様にして、バンプ表層部を形成し、プローブカードを作成した。
作製したプローブカード上のバンプは中空の円錐台形状であり、壁面の厚さが約3μmであり、先端部付近の円錐台形状の断面直径が約8μm、高さは約40μmであった。
図7に、形成したバンプの顕微鏡写真(倍率2,000倍)を載せた。
2 金属電極線
3 流体(溶液)
4 シールドゴム
5 ノズルクランプ
6 ホルダー
7 圧力調整器
8 圧力チューブ
9 コンピュータ
10 任意波形発生装置
11 高電圧アンプ
12 導線
13 基板
14 基板ホルダー
100 基板
101 ノズル(針状流体吐出体)
102 微細液滴(微細径液滴)
103 液滴固化物
104 構造物
105 立体構造物
201 基板
202 電極
203 バンプ(核部分)
204 バンプ(表層部)
205 樹脂(柔軟性のある樹脂)
Claims (12)
- 微細インクジェット法により、基板上に金属超微粒子を含む液体材料を吐出して、微細バンプを形成することを特徴とするプローブカードの製造方法。
- 前記微細バンプの核部分を銀材料で形成し、その表層部を金材料で形成することを特徴とする請求項1記載のプローブカードの製造方法。
- 前記基板として柔軟性のある基板を用いることを特徴とする請求項1または2記載のプローブカードの製造方法。
- 前記基板上に、柔軟性のある樹脂を設け、該樹脂の上部に前記微細バンプを形成することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のプローブカードの製造方法。
- 前記微細バンプの断面直径が1〜50μmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のプローブカードの製造方法。
- 前記微細インクジェット法が、電界の集中により微細液滴を飛翔付着させ乾燥固化により該液滴を堆積させる前記微細バンプの形成方法であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のプローブカードの製造方法。
- 微細インクジェット法により、基板上に金属超微粒子を含む液体材料を吐出し形成した微細バンプを有することを特徴とするプローブカード。
- 前記基板上に柔軟性のある樹脂を設け、該樹脂の上部に前記微細バンプを形成したことを特徴とする請求項7記載のプローブカード。
- 前記微細バンプの断面直径が1〜50μmであることを特徴とする請求項7または8記載のプローブカード。
- 前記基板上にバンプを互いに短ピッチで配設した微細バンプ群を有することを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載のプローブカード。
- 前記微細バンプの核部分を銀材料で形成し、その表層部を金材料で形成したことを特徴とする請求項7〜10のいずれか1項に記載のプローブカード。
- 前記微細バンプを熱処理することにより該微細バンプ内にポアを形成したことを特徴とする請求項7〜11のいずれか1項に記載のプローブカード。
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