JP2006258826A - Bump forming method and bump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気部品に対して電気的接触を行うバンプ、当該バンプを導電体の上に形成したプローブカード、及び前記バンプの形成方法に関する。特に本発明は、導電物質を導電体に融着して形成されたプローブカード及びバンプに関する。 The present invention relates to a bump for making electrical contact with an electrical component, a probe card having the bump formed on a conductor, and a method for forming the bump. In particular, the present invention relates to a probe card and a bump formed by fusing a conductive material to a conductor.
日経マイクロデバイス1996年2月号には、電気部品に対して電気的接触を行うためのバンプ形状の例が示されている。このようなバンプを形成する為には、従来、エッチング、メッキ等の方法が用いられていた。 In the Nikkei Microdevice February 1996 issue, an example of a bump shape for making electrical contact with an electrical component is shown. Conventionally, methods such as etching and plating have been used to form such bumps.
しかしながらエッチングによる方法では、生成できるバンプの形状が著しく制限されている。またバンプの寸法安定性が悪く、加工時間も長く、さらに製造コストが高く、このため大量生産に向かない。またメッキによるバンプ形成方法では、外周が丸いバンプしか製造することができない。 However, in the etching method, the shape of the bump that can be generated is significantly limited. In addition, the dimensional stability of the bumps is poor, the processing time is long, and the manufacturing cost is high. In addition, the bump forming method by plating can produce only bumps having a round outer periphery.
一方、吸引器具により半田ボールを移転してバンプを形成する方法が、M&E(工業調査会)1997年9月号に開示されている(P168−P169)。しかしながら、本方法では半田を融着させるときにバンプ形状が丸くなり、電気的部品に対して所望の接触を行うことができない。 On the other hand, a method of forming a bump by transferring a solder ball with a suction device is disclosed in the September 1997 issue of M & E (Industry Research Committee) (P168-P169). However, in this method, when solder is fused, the bump shape becomes round, and a desired contact cannot be made with the electrical component.
大久保その他による日本特許公報2691875(1997年12月17日発行、出願は1996年8月30日に公開)は、ワイヤの先端を融解して形成したボールを用いてバンプを生成する方法を開示している。また、ワイヤの先端を融解してワイヤの先端にボールを生成する工程は、日本半導体製造装置協会の半導体製造装置用語辞典(1997年11月20日発行第4版)に開示されている(P290)。しかしながらこの特許公報に記載された方法は、ワイヤの先端を切断するために多くの工程を必要とする。また複数のバンプを形成する場合には、各バンプの先端高さが均一にならないという技術的課題を有する。 Japanese Patent Publication 2691875 (issued December 17, 1997, published on August 30, 1996) by Okubo et al. Discloses a method of generating bumps using a ball formed by melting the tip of a wire. ing. In addition, the process of melting the tip of the wire and generating a ball at the tip of the wire is disclosed in the semiconductor manufacturing equipment terminology of the Japan Semiconductor Manufacturing Equipment Association (4th edition issued on November 20, 1997) (P290). ). However, the method described in this patent publication requires many steps to cut the tip of the wire. Further, when a plurality of bumps are formed, there is a technical problem that the tip height of each bump is not uniform.
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできるバンプ、プローブカード及び前記バンプの形成方法を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a bump, a probe card, and a method of forming the bump that can solve the above-described problems. This object is achieved by a combination of features described in the independent claims. The dependent claims define further advantageous specific examples of the present invention.
即ち、本発明の第1の形態におけるプローブカードは、電気的部品の特性の検査に用いる電気信号を伝達する複数の導電体と、複数の導電体の各々の上に形成されたバンプであって電気部品と機械的に接触するバンプとを有する。バンプは、導電体に融着した下方部分と、バンプの先端に近づくにつれて断面の面積が小さくなる先細形状に型押成形された上方部分とを有する。バンプの上方部分の長さは、少なくとも20μm以上であることが望ましい。また先細形状としては、例えば円錐形状とすることができる。 That is, the probe card according to the first embodiment of the present invention includes a plurality of conductors that transmit electrical signals used for inspection of characteristics of electrical components, and bumps formed on each of the plurality of conductors. Bumps that are in mechanical contact with the electrical components. The bump has a lower part fused to the conductor and an upper part embossed into a tapered shape whose sectional area decreases as it approaches the tip of the bump. The length of the upper part of the bump is desirably at least 20 μm. Moreover, as a taper shape, it can be set as a cone shape, for example.
プローブカードには、バンプを電気部品に押圧する弾性体と、この弾性体により電気部品の方向へ押圧されるフレキシブルな基板を更に備えても良い。複数の導電体のそれぞれは、基板に接着された裏面とバンプが設けられた表面とを有する。他の実施形態としては、導電性の金属で構成した弾性体を導電体毎に独立に設けても良い。この場合は複数の導電体のそれぞれを、弾性体と一体に形成された金属としても良い。バンプを複数の導電体の各々の上に形成し、バンプの高さを実質的に同一に型押成形する。またバンプの表面を、導電性でバンプの上方部分の硬度より大きい硬度を有する高硬度物質でメッキする。複数の導電体の各々の上に形成されたバンプが電気部品と機械的に接触する。 The probe card may further include an elastic body that presses the bump against the electrical component and a flexible substrate that is pressed by the elastic body toward the electrical component. Each of the plurality of conductors has a back surface bonded to the substrate and a surface provided with bumps. As another embodiment, an elastic body made of a conductive metal may be provided independently for each conductor. In this case, each of the plurality of conductors may be a metal integrally formed with the elastic body. A bump is formed on each of the plurality of conductors, and the bumps are embossed with substantially the same height. The surface of the bump is plated with a high-hardness material that is conductive and has a hardness greater than the hardness of the upper portion of the bump. Bumps formed on each of the plurality of conductors are in mechanical contact with the electrical component.
また本電気部品接触用バンプの製造方法は、バンプを導電体の上に融着させる融着工程と、導電体の上に融着した導電物質をバンプ成形型により所望の形状に型押成形する成形工程とを有する。所望の形状としては、例えばバンプの先端に近づくにつれて断面の面積が小さくなる円錐形状等の先細の形状とすることが出来る。成形工程において、導電体とバンプ成形型に設けられた窪みの周辺部分との最近接距離は窪みの深さより小さいことが望ましい。成形したバンプの表面を前記導電物質より大きい硬度を有するニッケル、パラジウムニッケル等の高硬度物質でメッキし、更に金メッキすることにより、バンプの強度及び接触電気抵抗を下げることが出来る。 Further, the method for manufacturing the bump for contacting an electric component includes a fusion step in which the bump is fused on the conductor, and a conductive material fused on the conductor is embossed into a desired shape by a bump molding die. A molding step. As the desired shape, for example, a tapered shape such as a conical shape whose cross-sectional area decreases as it approaches the tip of the bump can be used. In the molding process, it is desirable that the closest distance between the conductor and the peripheral portion of the depression provided in the bump mold is smaller than the depth of the depression. By plating the surface of the formed bump with a high-hardness material such as nickel or palladium nickel having a hardness higher than that of the conductive material, and further performing gold plating, the strength and contact electric resistance of the bump can be lowered.
さらに、本発明の半導体接触用バンプ形成方法では、導電物質を有するワイヤの先端部分を放電加工により融解し、融解した先端部分を導電体に当接させる。先端部分が導電体に当接した状態でワイヤを所定の時間停止させ、ワイヤを導電体から引き離すことにより先端部分を切断する。導電物質を含むボール状物質を導電体の上に吸引搬送し、リフローにより融解してから凝固させてもよい。 Furthermore, in the semiconductor contact bump forming method of the present invention, the tip portion of the wire having a conductive material is melted by electric discharge machining, and the melted tip portion is brought into contact with the conductor. The wire is stopped for a predetermined time while the tip is in contact with the conductor, and the tip is cut by pulling the wire away from the conductor. A ball-like substance containing a conductive substance may be sucked and conveyed onto a conductor and melted by reflow and then solidified.
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。 The above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention, and sub-combinations of these feature groups can also be the invention.
上記説明から明らかなように、本発明によれば電気的部品に対して電気的接触を行うためのバンプ及びプローブカードを正確かつ高速に形成することができる。 As is apparent from the above description, according to the present invention, bumps and probe cards for making electrical contact with electrical components can be formed accurately and at high speed.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention. However, the following embodiments do not limit the claimed invention, and all combinations of features described in the embodiments are the solution of the invention. It is not always essential to the means.
1.実施形態1 1. Embodiment 1
図1は、本実施形態におけるフレキシブル基板型プローブカードの断面図である。フレキシブル基板型プローブカードは、プリント基板52、プリント基板52の中央の開口部を片面側から覆う状態で装着されたフレキシブル基板54、プリント基板52の中央部の開口内でフレキシブル基板54を押圧する弾性体50、及びフレキシブル基板54上の弾性体50の反対側に設けられたバンプ25を有する。弾性体50がフレキシブル基板54を押圧することにより、バンプ25が電気部品に対して電気的に接触し、電気部品の電気的特性を検査することができる。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a flexible substrate type probe card in the present embodiment. The flexible printed circuit board type probe card is a printed
図2は、図1のフレキシブル基板54の底面図である。フレキシブル基板54は、電気的特性の検査に用いる電気信号をバンプ25へ伝達し、又はバンプ25から受け取る複数の導電体12を有する。誘電物質を含むワイヤ等を融解して導電体12の上に融着する事により、バンプ25を各導電体12の先端部に1つづつ形成する。
FIG. 2 is a bottom view of the
図3Aは、導電物質を有するワイヤ13の先端部分を放電加工により融解する融解工程を示す。キャピラリ(ボンディングマシン)16の先からワイヤ13が少し出るようにして、ワイヤ13をキャピラリ16で掴む。ワイヤ13は、金、アルミニウム又は銅材等の導電物質を有しており、ワイヤ13と電気トーチ14との間に放電により電子スパークを生じさせてワイヤ13の先端を融解する。図3Bに示すように、融解したワイヤが表面張力により丸まり、ワイヤ13の先端にボール10が形成される。ボール10が形成されると、電気トーチ14はボール10から引き離される。
FIG. 3A shows a melting step of melting the tip portion of the
図4Aは、融解工程により融解したボール10を導電体12に当接させる当接工程を示す。キャピラリ16が下降してボール10が導電体12に接触する。ボール10が変形して形成されたバンプ基材18を、キャピラリ16の内側の凹部で支えつつ導電体12に融着させる。バンプ基材18を冷却して凝固させるために、バンプ基材18が導電体12に押しつけられた状態で、ワイヤ13を所定の時間停止させる。
FIG. 4A shows an abutting step in which the
図4Bは、ワイヤ13の先端部分に形成されたバンプ基材18を切断する切断工程を示す。ワイヤ13をフレキシブル基板54の上に設けられた導電体12から引き離す方向へ移動させることにより、バンプ基材18を導電体12に残してワイヤ13から切断する。本図では、導電体12から引き離す方向の一例として、キャピラリ16で掴んだワイヤ13を導電体12の垂直上方に移動させるている。
FIG. 4B shows a cutting process of cutting the
図5A〜5Cは、導電体12に融着したバンプ基材18を、窪み21を有するバンプ成形型20により型押成形する様子を示す。窪み21の内周面が、バンプ基材18を押圧してバンプ基材18を整形する。またバンプ成形型20は、窪み21が導電体12に近接しすぎることを防ぐために、窪み21の深さより浅い凹部22を窪み21の周辺部分に有する。なおバンプ成形型20は、変形を防止するためにSK材又はそれと同等以上の硬度を持つ素材で製造することが望ましい。
FIGS. 5A to 5C show a state in which the
図5Bに示すように、型押成形時にはバンプ基材18の余剰部分が凹部22内にはみ出す。バンプのはみ出し部分が凹部22より更に外側にはみ出すと、隣接するバンプや導電体12に接触するおそれがある。これを防ぐためには、導電体12と窪み21の周辺部分との最近接距離はある程度大きいことが望ましい。そこで導電体12と窪み21の周辺部分との最近接距離が窪み21の深さの1/2より大きなるように、即ちバンプ基材18の高さの1/3より大きくなるように凹部22の深さを定める。更に好ましくは、導電体12と窪み21の周辺部分との最近接距離がバンプ基材18の高さの40パーセント以上となるように凹部22の深さを定める。本実施形態では、バンプ基材18の高さを40ミクロンメートルとし、導電体12と窪み21の周辺部分との最近接距離を20ミクロンメートル(μm)、即ちバンプ基材の高さの1/2とした。バンプ成形型20がバンプ基材18を成形するために、バンプ成形型20を数10ミリ秒程度バンプ基材18に押し付けて停止する。
As shown in FIG. 5B, the surplus portion of the
図5Cは、型押成形されたバンプ基材18を示す。整形されたバンプ基材18は、導電体12に融着した下方部分27と、バンプ25の先端に近づくにつれて断面の面積が小さくなる先細の形状、例えば円錐形状に成形された上方部分29とを有する。硬度を高めるために、成形されたバンプ基材18の表面にバンプ基材18より大きい硬度を有する高硬度物質15でメッキする。高硬度物質15としては、例えばニッケル又はパラジウムニッケルを用いることができる。電気的部品に対する電気的接触性を高めるために、高硬度物質15によるメッキの表面に更に金メッキ23を施す。これにより、メッキを施した上方部分29の長さを少なくとも20μm以上とする。
FIG. 5C shows an
図6は、図5に示したバンプ成形型20の凹部22の他の形態を示す。バンプ成形型20に支持体24を設けることにより、窪み21の周辺部と導電体12との間に所定の距離を確保する。この支持体24は、窪み21毎に設けても複数の窪み21に対して1つ設けても良い。支持体24により、窪み21の周囲に凹部22が確保され、窪み21をはみ出したバンプ基材18が隣接するバンプ基材18又は導電体12と接触することを防ぐことができる。
FIG. 6 shows another form of the
図7は、バンプ25をフレキシブル基板54上に格子状に成形する場合の型押し工程を示す。まずフレキシブル基板54上に導電体12を格子状に設け、それぞれの導電体12の上にバンプ基材18を融着させる。次に、窪み21を格子状に設けたバンプ成形型20を、バンプ基材18に押し付けることにより、バンプ基材18を所望の形状に整形する。
FIG. 7 shows an embossing process when the
図8は、図7に示す成形工程により成形された格子状のバンプ25を示す。バンプ成形型20に設けられた窪み21により、円錐形状のバンプ25が成形される。本実施形態によれば、格子状に配置されたバンプ基材18を単一のバンプ成形型20により一度に型押しするので、バンプの高さを均一にすることができる。
FIG. 8 shows a grid-
2.実施形態2 2. Embodiment 2
実施形態1では、ワイヤ13の先端部を融着させてバンプ基材18を成形した。本実施形態では、導電物質を含むボール状の物質を予め製造し、これを導電体12の上に融着させることによりバンプ基材18を成形する。9A及び9Bは、導電物質を含むボール状物質30を格納した容器34、及び吸着器具32の斜視図である。ボール状物質30は、銅(Cu)、金(Au)等の塑性加工することのできる導電材料で製造する。このボール状物質30を吸着器具32により吸引し、台56の上に吸引搬送する。台56には、位置決め用の案内棒48が設けられており、案内棒48に対応する案内穴を有するフレキシブル基板54が、案内棒48により位置決めされて台56の上に設置される。吸着器具32にも同様に案内穴46が設けられており、案内穴46に案内棒48が挿入されることにより、台56に対して吸着器具32が位置決めされる。
In the first embodiment, the tip of the
図10Aは、図9Aに示した容器34及び吸着器具32を横方向から見た断面図である。吸着器具32の下面には吸着穴31が設けられており、吸着器具32が矢印方向に向かって下降すると各吸着穴31にボール状物質30が1つづつ吸引される。図10Bは、ボール状物質30を吸着器具32の吸着穴31に吸着させた状態を示す。吸着穴31は、導電体12上のバンプの形成位置に対応する位置に予め設けられている。
FIG. 10A is a cross-sectional view of the
図10Cは、ボール状物質30を吸着器具32の吸着穴31に吸着させてフレキシブル基板54に対向する位置へ搬送する工程を示す。位置決め用の案内穴46の位置を案内棒48に合わせる。フレキシブル基板54の上面には導電体12が設けられている。ボール状物質30を導電体12に融着したときに良好な電気伝導度及び機械的強度が得られるように、導電体12の上面には半田ペースト又はフラックス等の導電接着剤36を予め散布しておく。
FIG. 10C shows a process in which the ball-shaped
図10Dは、ボール状物質30を導電体12の上に設置する工程を示す。ボール状物質30を導電体12の上に設置した後、ボール状物質30をリフローにより融解し、凝固させて導電体12の上面に融着させる。融着したバンプ基材を実施形態1と同様にバンプ成形型20で型押して先細のバンプを成形する。型押工程は実施形態1と同様なので説明を省略する。
FIG. 10D shows a process of installing the ball-shaped
本実施形態によれば、多数のボール状物質30を一度に導電体12の上に配置することができるので、形成するバンプの数が多い場合に、実施形態1よりも早くバンプを形成することができる。
According to the present embodiment, since a large number of ball-shaped
3.実施形態3 3. Embodiment 3
図11は、金属プローブ型のプローブカードを示す。実施形態1から2では、導電体12はフレキシブル基板54の上に設けられていたが、本実施形態では導電体12がプリント基板52の上に直接取り付けられている。本導電体12は実施形態1又は2の導電体12より厚く、曲げに対するバネ係数が大きい。このため導電体12自体の弾性により、バンプ25を電気部品に押し付けることができる。実施形態1又は2における導電体12を本実施形態のように直接プリント基板52に取り付けた場合でも、実施形態1又は2と同様の方法により導電体12上にバンプ25を形成することができる。
FIG. 11 shows a metal probe type probe card. In the first and second embodiments, the
本実施例によれば、電気的部品に対して電気的接触を行うためのバンプ及びプローブカードを正確かつ高速に形成することができる。以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることができることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれることが、添付のクレームの記載から明らかである。 According to this embodiment, it is possible to accurately and rapidly form bumps and probe cards for making electrical contact with electrical components. As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the appended claims that the embodiments added with such changes or improvements are also included in the technical scope of the present invention.
10 ボール
12 導電体
13 ワイヤ
14 電気トーチ
15 高硬度物質
16 キャピラリ(ボンディングマシン)
18 バンプ基材
20 バンプ成形型
21 窪み
22 凹部
23 金メッキ
24 支持体
25 バンプ
27 下方部分
29 上方部分
30 ボール状物資
31 吸着穴
32 吸着器具
34 容器
36 導電接着剤
46 案内穴
48 案内棒
50 弾性体
52 プリント基板
54 フレキシブル基板
56 台
10
18
Claims (25)
The probe card according to claim 17, wherein a surface of the bump is plated with a high hardness material having a hardness larger than that of the upper portion.
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