JP2006284292A

JP2006284292A - コンタクトプローブ構造体

Info

Publication number: JP2006284292A
Application number: JP2005102642A
Authority: JP
Inventors: Masaki Suyama; 正樹須山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】半導体ウエハー上の集積回路の通電検査のためのプローブカードのプローブピンを構成するコンタクトプローブ構造体において、薄型化に伴う断面積減少にかかわらず、ばね性と導電性を両立させるようにでき、且つそれら両特性のバランスポイントを細かに設定できるようにする。
【解決手段】主に導電性に寄与する特性を持つ金属Ｂの層を挟んで両側に主にばね性に寄与する特性を持つ金属Ａの層を有する２層以上の層構成で積層して成る板材を素材とし、この板材から所定の形状に切り出してコンタクトプローブ構造体１を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハー上の集積回路の通電検査のためのプローブカードのプローブピンを構成するコンタクトプローブ構造体に関する。

集積回路を構成する半導体ウエハーからカットされる集積回路チップ（半導体チップ）の電気的特性を検査するための通電検査（ウエハーテスト）には、配線基板に数十本から数千本のプローブピンを配設したプローブカードが使用され、プローブピンの先端を半導体チップの回路網端子に接触接続させて通電測定が行われる。そして、近年、半導体ウエハー上の集積回路（半導体集積回路）は、製造技術の発展に伴って回路網がきわめて微細化している。そのため、プローブカードはウエハー上の電極パッドの狭ピッチ化に対応してピン配列の狭ピッチ化が進み、それに伴い、プローブピンの細径化あるいは薄型化が進んでいる。そして、プローブピンの薄型化を可能とする技術として、単一の材料からなる板材あるいは箔から所定の形状に切り出して形成する技術（例えば、特許文献１、２参照。）や、ＬＩＧＡあるいはフォトリソグラフィにより所定の形状の雌型を作製した後、電鋳により形成する技術（例えば、非特許文献３参照。）が従来から知られている。
特開２００２−１６４１０４号公報特開２００１−９１５３７号公報「住友電工テクニカルレビュー」、第１６４号、ｐ．１０−１３

上述のように、半導体検査用プローブカードのプローブピンは、ウエハー上の電極パッドの狭ピッチ化に対応して狭ピッチ化が進むのに伴い、細径化あるいは薄型化を余儀なくされている。しかしながら、プローブピンの細径化あるいは薄型化に伴う断面積減少は、針圧の低下（ばね弾性の減少）と電気抵抗値の増加を招く。プローブピンを構成するコンタクトプローブ構造体は、所要のばね性と導電性を備えることが要求され、且つそれら両特性のバランスポイントの微妙な設計が要求されるが、従来の板材あるいは箔からの切り出しや電鋳により形成している単一あるいは合金材料から成るプローブピン構造体は、その単一あるいは合金材料の物理的特性によってばね性と導電性が決定されるため、両特性のバランスポイントに対する設計の自由度が極端に限定されたものとなり、ばね性と導電性を両立させ、且つそれら両特性のバランスポイントを細かに設定するということができない。

したがって、半導体ウエハー上の集積回路の通電検査のためのプローブカードのプローブピンを構成するコンタクトプローブ構造体において、薄型化に伴う断面積減少にかかわらず、ばね性と導電性を両立させるようにでき、且つそれら両特性のバランスポイントを細かに設定できるようにすることが課題である。本発明はこの課題解決を目的とする。

本発明のコンタクトプローブ構造体は、半導体ウエハー上の集積回路の通電検査のためのプローブカードのプローブピンを構成するコンタクトプローブ構造体であって、主にばね性に寄与する特性を持つ金属材料と主に導電性に寄与する特性を持つ金属材料とを含む物理的特性の異なる複数の金属材料を少なくとも２層以上の層構成で積層して成る例えばオーバーレイ形状の層構成を持つリボン状のクラッド板材その他の板材を素材とし、この板材から所定の形状に切り出して形成したことを特徴とする。

この場合、主にばね性に寄与する特性を持つ金属材料と主に導電性に寄与する特性を持つ金属材料とを少なくとも２層以上の層構成で複合化したクラッド板材等の板材を使用し、この板材から、プレス加工、ワイヤ放電加工、あるいはレーザー加工などにより所定のスプリング要素を持つ形状を切り出すことにより、針圧と導電性を所定のバランスで持ち合わせたコンタクトプローブ構造体を形成することができる。

すなわち、本発明のコンタクトプローブ構造体は、主にばね性に寄与する特性を持つ金属材料と主に導電性に寄与する特性を持つ金属材料とが層構成を成すことにより、単一の金属材料では成し得ないばね性と導電性の両立が可能となる。そして、２種以上の金属から成る板材における各金属の厚みの比率を適切に定めることにより、ばね性と導電性のバランスポイントを細かに設定できる。また、このコンタクトプローブ構造体は、金属材料の組み合わせを適切に選定することで、電気接点部分(ピン先)の耐摩耗性を高めることができる。さらに、このコンタクトプローブ構造体は、接触抵抗の安定性およびはんだ性の向上等を目的として、表面全体あるいは一部に金メッキその他のメッキを施すこともできる。

このように、本発明によれば、半導体ウエハー上の集積回路の通電検査のためのプローブカードのプローブピンを構成するコンタクトプローブ構造体において、薄型化に伴い断面積が減少しても、単一の金属材料では成し得ないばね性と導電性の両立が可能であり、且つ２種以上の金属から成る板材における各金属の厚みの比率を適切に定めることにより、ばね性と導電性のバランスポイントを細かに設定することが可能となる。

図１および図２は本発明の実施の形態の一例を示している。図１は本発明の実施の形態の一例のコンタクトプローブ構造体の正面図（ａ）および側面図（ｂ）、図２は同コンタクトプローブ構造体の、プローブカードの配線基板に装着した状態の正面図（ａ）および側面図（ｂ）である。

図１および図２において、１は半導体ウエハー上の集積回路の通電検査のためのプローブカードのプローブピンを構成するコンタクトプローブ構造体（以下、プローブ構造体という。）である。

このプローブ構造体１は、主にばね性に寄与する特性を持つ金属Ａと、主に導電性に寄与する特性を持つ金属Ｂとからなり、主に導電性に寄与する特性を持つ金属Ｂの層を挟んで、両側に主にばね性に寄与する特性を持つ金属Ａの層を有する３層構造でオーバーレイ形状の層構成を持つリボン状のクラッド板材から、プレス加工、ワイヤ放電加工、あるいはレーザー加工などにより切り出されたもので、一端（先端）に半導体ウエハー上の回路網端子に接触接続させる電極接続部１ａを有し、他端(基端)にプローブカードの配線基板２に接続固定される基端接続部１ｂを有し、中間に弾性変形可能な曲折したばね部１ｃを有する垂直針型のプローブピンを構成している。なお、このプローブ構造体は、垂直針型の他、カンチレバー型その他のプローブピンを構成するものであってよい。

外側の２層を構成する主にばね性に寄与する特性を持つ金属Ａは、例えばステンレス鋼である。また、中間の主に導電性に寄与する特性を持つ金属Ｂは、例えば金合金、ニッケルあるいはニッケル合金等である。そして、必要に応じ、プローブ構造体１の表面全体あるいは一部にメッキ(金メッキなど)、絶縁コーティング等が施される。

プローブ構造体１は、数十本から数千本が略垂直となる姿勢でプローブカードの配線基板２に所定のピッチｐ（例えば４０〜７０μｍピッチ）で立設され、ハンダ付けされる。プローブ構造体１の厚みｔは、プローブ構造体の配列ピッチｐにより、ｔ＜ｐに制約される。

プロービングは図１に示す矢印方向になされ、その際、主にばね部１ｃの弾性変形により針圧を発生する。

こうして、主にばね性に寄与する特性を持つ金属Ａと主に導電性に寄与する特性を持つ金属Ｂとが層構成を成す板材から切り出してプローブ構造体を形成することにより、単一の金属材料では成し得ないばね性と導電性の両立が可能となる。そして、２種以上の金属から成る板材における各金属の厚みの比率を適切に定めることにより、ばね性と導電性のバランスポイントを細かに設定できる。また、金属材料の組み合わせを適切に選定することで、電気接点部分(ピン先)の耐摩耗性を高めることができる。

なお、本発明によるプローブ構造体は、設計目標値である構造体寸法、針圧および電気抵抗値を総合的に考慮して、使用する金属材料および層構成（層の配列および各層の厚み）が決定される。金属材料の選定に際しては、クラッドが可能な金属の組み合わせであることが不可欠な条件となるが、プローブ構造体が使用される温度において金属の熱膨張係数の違いに起因して構造体に大きな応力あるいは歪みを生じさせないことも考慮する必要がある。

また、そのプローブ構造体の金属の層構成は、例外を除き、３層以上の奇数の層から成るものとし、かつ中間層を中心とした対称構造とすることが望ましい。これは、中間層を中心として非対称な構造の場合、弾性係数の非対称性に起因して、針圧発生時に、図３の比較例のように針圧発生時にプローブピン１´に意図しない変形（一点鎖線で示す）を生じる可能性が高いためであり、また、熱膨張係数の非対称性に起因して、温度変化に伴い同様の変形が起こり得るためである。

本発明の実施の形態の一例のコンタクトプローブ構造体の正面図（ａ）および側面図（ｂ）である。本発明の実施の形態の一例のコンタクトプローブ構造体の、プローブカードの配線基板に装着した状態の正面図（ａ）および側面図（ｂ）である。比較例の説明図である。

符号の説明

１コンタクトプローブ構造体（プローブ構造体）
１ａ電極接触部
１ｂ基板接続部
１ｃばね部
２配線基板
Ａ主にばね性に寄与する特性を持つ金属
Ｂ主に導電性に寄与する特性を持つ金属
ｔプローブ構造体の厚み
ｐプローブ構造体の配列ピッチ

Claims

半導体ウエハー上の集積回路の通電検査のためのプローブカードのプローブピンを構成するコンタクトプローブ構造体であって、主にばね性に寄与する特性を持つ金属材料と主に導電性に寄与する特性を持つ金属材料とを含む物理的特性の異なる複数の金属材料を少なくとも２層以上の層構成で積層して成る板材を素材とし、この板材から所定の形状に切り出して形成したことを特徴とするコンタクトプローブ構造体。
上記板材がクラッド板材である請求項１記載のコンタクトプローブ構造体。