JP2007240235A - 通電試験用プローブおよびプローブ組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】支持基板に確実にはんだ付けできるプローブを提供する。
【解決手段】通電試験用プローブは、支持基板にはんだを介して取り付けられる基端および該基端に連らなる先端を有するプローブ本体と、プローブ本体の導電性よりも高い導電性を示しかつはんだに対するプローブ本体の濡れ性よりも高い濡れ性を示しプローブ本体の表面で基端から先端へ向けて伸びる表面層とを備える。表面層の前記基端の近傍には、はんだに対する濡れ性が表面層のそれよりも小さい遮蔽領域が表面層を横切って形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路のような半導体装置の通電試験に用いるのに好適なプローブおよびプローブ組立体に関する。

半導体ウエハの各チップ領域上に形成された多数の半導体集積回路のような半導体装置は、それぞれが仕様書通りに製造されているか否かを判定するために、通電試験を受ける。この種の通電試験では、一般的にプローブカードと称されるプローブ組立体が用いられる。このプローブ組立体のプローブ基板に設けられた多数のプローブ（接触子）が被検査体の対応する各電極に押し付けられることにより、該プローブ組立体を経て、被検査体が通電試験のためのテスタに接続される。

この種のプローブ組立体のプローブに、フォトリソグラフィ技術を利用して形成するブレードタイプのものがある（特許文献１）。このブレードタイプのプローブは、板状のブレード本体を備える。板状のブレード本体は、支持基板への取付け部と、該取付け部から立ち上がる立ち上がり部と、この立ち上がり部を含む平面上で該立ち上がり部から横方向に伸長するアーム部とを有する。ブレード本体のアーム部の先端には、前記取付け部が位置する側と反対側に突出する針先が形成されている。この針先を被検査体の電極に確実に押圧するために、ブレード本体は、一般的に、ニッケルやその合金のような高靱性（しなやかさ）を有する金属材料で形成されている。しかしながら、そのような金属材料では、その電気抵抗が比較的高いことから、通電試験に用いられる矩形波信号の正確な再現性に問題がある。

そこで、本願出願人は、先に、特願２００５−１６３５４６号あるいは国際出願PCT／JP２００５／０１４８７１で、図８に示すように、プローブ１の本体２の表面を該ブレード本体の導電性よりも高い導電性を示す金のメッキ層３で覆い、この金メッキ層３を導電路として機能させることにより、プローブの電気抵抗を下げることを提案した。

金メッキ層３は、プローブ本体２を形成する金属材料に比較して、錫あるいは錫合金のようなはんだ４に対する濡れ性にも優れ、この金メッキ層３がプローブ本体２の表面を覆う。そのため、はんだ４を用いて、プローブ１をプローブ組立体の支持基板に設けられた配線路５に結合するとき、はんだ４が金メッキ層３の濡れ性によって、プローブ本体２の配線路４への結合基端から離れる方向（図８で見て上方）へ必要以上に広がることがある。

このような金メッキ層３の濡れ性によるはんだ４の過剰な広がりは、はんだ４が安定した結合力を発揮するための適正なフィレット形状の形成を困難にし、プローブと該プローブがはんだ結合される支持基板との間の安定した結合力の妨げとなる。

特開２００４−３４０６５４号公報

そこで、本発明の目的は、支持基板に確実にはんだ付けできるプローブおよびプローブ組立体を提供することにある。

本発明は、支持基板にはんだを介して取り付けられる基端および該基端に連らなる先端を有するプローブ本体と、前記プローブ本体の導電性よりも高い導電性を示しかつ前記はんだに対する前記プローブ本体の濡れ性よりも高い濡れ性を示し前記プローブ本体の表面で前記基端から前記先端へ向けて伸びる表面層とを備える通電試験用プローブであって、前記表面層の前記基端の近傍には、前記はんだに対する濡れ性が前記表面層のそれよりも小さい遮蔽領域が前記表面層を横切って形成されていることを特徴とする。

本発明に係るプローブによれば、前記表面層を横切って形成された前記遮蔽領域は、はんだが前記表面層の濡れ性によって前記支持基板への結合端となる前記基端から遠ざかるように過剰に拡がることを阻止する。これにより、プローブのはんだ付着部ではんだに適正なフィレット形状を保持させることができるので、プローブを支持基板に確実にはんだ付けすることができ、両者間の安定したはんだ結合力が得れる。

前記プローブ本体には、前記基端を含む取付け部と、該取付け部から前記基端が位置する側と反対側へ伸長して前記先端に連なる立ち上がり部とを設けることができる。この場合、前記取付け部における前記立ち上がり部の近傍に前記遮蔽領域を形成することにより、前記取付け部から前記立ち上がり部へ前記はんだの濡れが拡がることを確実に阻止することができる。

前記取付け部および前記立ち上がり部が同一平面上に形成されるように前記プローブ本体を平板状に形成することができる。この平板状のプローブ本体の両面の少なくとも一方の面に沿って、前記取付け部から前記立ち上がり部に前記表面層を連続的に形成することができる。

前記はんだは、前記プローブ本体の前記支持基板への取付けに先立ち、前記取付け部における前記遮蔽領域よりも前記基端側で前記表面層上に、はんだ層として予め形成しておくことができる。このようなはんだ層として、過不足の無い適正量な必要量を予めプローブに保留することにより、プローブの適正なはんだ付け作業を効率的に行うことができる。

さらに、前記プローブ本体に前記立ち上がり部から横方向に伸びるアーム部を設けることができる。該アーム部の終端は前記プローブ本体の前記先端を規定し、該先端には、前記基端が位置する側と反対側へ縦方向に突出する針先を設けることができる。プローブ本体に前記したようなアーム部を設けることにより、該アーム部の弾性を伴う適度のしなり変形によって前記針先を被検査体の電極に適切に係合させることができる。

プローブの針先を適切に前記電極に係合させ、またプローブの耐久性を高める上で、前記プローブ本体を前記針先よりも高靱性に優れた金属材料で構成し、また前記針先を前記プローブ本体よりも硬度に優れた金属材料で構成することが望ましい。

このような材料の組合せの一例として、針先の材料には、ロジウムが用いられ、プローブ本体の材料にニッケル、その合金または燐青銅が用いられる。また、前記表面層の材料に金を用い、前記遮蔽領域の材料にニッケルまたはその合金を用いることができる。この場合、前記はんだは錫またはその合金からなる。

前記遮蔽領域の表面に酸化処理を施すことができる。これにより、前記遮蔽領域のはんだに対する濡れ性をさらに低下させることができるので、前記遮蔽領域がはんだの広がりを阻止する機能をさらに向上させることができる。

本発明に係る複数のプローブをそれぞれに対応する複数の取付けランドを有する支持基板にはんだ付けすることにより、該支持基板と該支持基板に強固に結合されたプローブとを含むプローブ組立体が提供される。

本発明によれば、前記したように、プローブ本体の表面層によってはんだの不要な濡れ拡がりを防止して、はんだ付着部ではんだに適正なフィレット形状を保持させることができるので、プローブを支持基板に確実にはんだ付けすることができ、両者間の安定したはんだ結合力が得れる。

以下、本発明を図示の実施例に沿って、詳細に説明する。

本発明に係るプローブ１０は、図１に示されているように、全体に板状のプローブ本体１２を備える。プローブ本体１２は、支持基板１４への接続部となる取付け部１６と、取付け部１６と同一面内で該取付け部から立ち上がる立ち上がり部１８と、該立ち上がり部の頂部から両部１６、１８と同一面内で、横方向へ水平に伸びるアーム部２０とを備える。アーム部２０は、取付け部１６が位置する側と反対側へ向けて曲がる曲部分２０ａを経て、先端面２０ｂで終端する。

図示の例では、立ち上がり部１８は取付け部１６から直角に立ち上がるが、９０度と異なる角度で立ち上がり部１８を取付け部１６から立ち上げることができる。

取付け部１６の端面１６ａは、プローブ本体１２の基端となり、支持基板１４上の配線路２２に形成されたランド部２２ａへの取付け面となる。立ち上がり部１８は取付け部１６からその端面１６ａと反対の側から立ち上がる。また、アーム部２０は、この立ち上がり部１８を経て取付け部１６に連なり、その先端面２０ｂは、プローブ本体１２の先端を規定する。図示の例では、先端面２０ｂには、該先端面から突出する針先２４がプローブ本体１２に一部を埋設された別部材で形成されている。

プローブ本体１２は、例えばニッケル、その合金あるいは燐青銅のような比較的高い靱性を有する金属材料からなり、図示の例では、アーム部１６の可撓性を高めるに、該アーム部の板厚方向に貫通しかつアーム部１６の長手方向に沿って伸長する長穴２６が形成されている。プローブ本体１２は、従来よく知られているように、フォトレジストの選択露光および現像処理を利用したフォトリソグラフィ技術と、フォトレジストの選択露光および現像によって形成されたパターンに金属材料を堆積させるエレクトロフォーミングのようなメッキ技術とを用いて形成することができる。

針先２４をプローブ本体１２と同一金属材料で該プローブ本体と一体に形成することができる。しかしながら、耐久性の向上の点で、図示のように、角錐台の針先２４をコバルト、ロジウムあるいはそれらの合金のような、プローブ本体１２を形成する金属材料よりも高い硬度を有する金属材料で形成し、この針先２４をアーム部２０の先端部に埋め込むことが好ましい。これにより、プローブ本体１２のしなやかさを損なうことなく、針先の耐久性を高めることができる。

プローブ１０の導電性を高めるために、プローブ本体１２の両面には、図２および図３に示されているように、該プローブ本体の導電性よりも高い導電性を示す表面層２８が形成されている。この表面層２８は、例えば金をプローブ本体１２に例えば電気メッキで形成することができる。

例えば錫の単体あるいは錫合金のような溶融可能の導電性接着材料からなるはんだ３０は、表面層２８を形成する金に対し、プローブ本体１２を構成する金属材料に対するよりも高い濡れ性を示す。すなわち、表面層２８は、プローブ本体１２に比較して、高いはんだ濡れ性を示す。錫合金としては、錫と、金、銀、銅またはビスマスのいずれか一種以上との合金が挙げられる。

高いはんだ濡れ性を示す表面層２８は、図３に示すように、プローブ本体１２の取付け部１６の周面を取り巻いて該取付け部を覆うように形成されている。また、図１に示すように、表面層２８は、取付け部１６から立ち上がり部１８およびアーム部２０を経てその先端面２０ｂに至る領域でプローブ本体１２の両面を覆うように連続的に形成されおり、先端面２０ｂで針先２４に電気的に接触する。この表面層２８は、先端面２０ｂで必ずしも針先２４ｂに直接接続する必要はなく、プローブ本体１２の部分的な導電バイパス路として機能する限り、プローブ１０の導電性の向上に寄与する。

取付け部１６を覆う表面層２８上には、立ち上がり部１８に沿って伸びる表面層２８を横切るように、帯状の遮蔽領域３２が取付け部１６における立ち上がり部１８の近傍に形成されている。この遮蔽領域３２は、該遮蔽領域よりも取付け部１６の端面１６ａの側で、はんだ３０の結合面のために、表面層２８の広い領域の露出を許す。

遮蔽領域３２は、プローブ本体１２と同様な金属材料、例えばニッケルあるいはその合金のメッキ層で形成することができる。この遮蔽領域３２は、プローブ本体１２と同一材料で形成されていることから、表面層２８に比較して低いはんだ濡れ性を示す。この遮蔽領域３２は自然酸化によってもはんだ濡れ性をより低下させるが、例えば２００℃、３時間の加熱処理によって遮蔽領域３２のはんだ濡れ性を迅速に一層低下させることができる。

本発明に係るプローブ１０を支持基板１４の配線路２２に設けられたランド部２２ａに接続するために、図３に示すように、表面層２８の取付け部１６の周面を覆う部分の中、遮蔽領域３２よりも端面１６ａの側で該遮蔽領域から露出する領域に、適量のはんだ３０が塗布される。はんだ３０が塗布されたプローブ１０は、その端面１６ａをランド部２２ａに当接させた状態で、はんだ３０を例えばレーザ光で溶融した後、これを固化させることにより、ランド部２２ａに固定され、これにより片持ち梁状に支持基板１４に支持される。

前記した遮蔽領域３２が表面層２８上に存在しない場合、図８に沿って従来技術として説明したように、金メッキ層３の濡れ性により、溶融したはんだ４が配線路５から離れる方向へ大きく濡れ広がる。また、この液状のはんだ４は重力の影響を受けて下方へ向けてのたれを生じる。しかしながら、前記したように、金メッキ層３のはんだ濡れ性が大きいため、広い領域に濡れ広がるはんだ４は、その温度低下に伴って固化するとき、配線路５とプローブ１との接合面の近傍領域でプローブ本体２の外方に大きく膨らむことはなく、固化したはんだ４によって薄肉のフィレット部が形成されるに過ぎない。

これに対して、本発明によれば、図２に示すように、はんだ濡れ性の低い遮蔽領域３２が該領域を越えて表面層２８上を立ち上がり部１８に沿って広がることを阻止する。このため、溶融したはんだ３０がランド部２２ａとプローブ本体１２の端面１６ａとの接合部から遠く離れた領域に迄、必要以上に濡れ広がることはない。これにより、はんだ３０はその固化によって前記接合部の近傍で大きくプローブ本体１２の表面から張り出す良好なフィレット形状を形成する。その結果、プローブ１０と支持基板１４との良好で安定した結合が達成できる。

プローブ１０の支持基板１４への結合時にはんだ３０をプローブ１０に塗布することに代えて、図４に示すように、取付け部１６で遮蔽領域３２から露出する表面層２８に予めはんだ３０をメッキ層として形成しておくことが望ましい。このメッキ層３０は、例えば電気鋳造技術（エレクトロフォーミング技術）を用いたメッキ法で形成することができる。このはんだ層３０は、その厚さ寸法を制御することにより、その厚さと該はんだメッキ層が形成される表面層２８上の面積との積で表されるはんだ量を正確に制御することができる。したがって、このはんだ層３０を予め各プローブ１０に形成しておくことにより、過不足のない適正なはんだ量をプローブ１０毎に容易に供給することができる。そのため、このメッキ層は、はんだのはみ出しをも確実に防止できるので、狭ピッチで配置されるプローブに特に有効である。

遮蔽領域３２を表面層２８上に形成することに代えて、図５に示すように、表面層２８を分断するようにプローブ本体１２の表面を露出する環状領域を設け、該環状領域に遮蔽領域３２を埋設することができる。この場合、表面層２８による電路がこれよりも導電性の低い遮蔽領域３２により分断されるが、表面層２８が前記したようにプローブ本体１２の部分的な導電バイパス路として機能するので、表面層２８はプローブ１０の導電性の向上に寄与する。

しかしながら、図１ないし図４に示した例におけると同様、表面層２８による導電性の向上の確実に図る上で、図示しないが、表面層２８にプローブ本体１２の表面を露出させない浅溝の環状凹溝を形成し、該凹溝に遮蔽領域３２を収容することが望ましい。

前記したプローブ１０は、図６および図７に示すプローブ組立体３４に使用することができる。

このプローブ組立体３４は、たとえば図示しないが半導体ウエハ上にマトリクス状に配列された多数の半導体チップのような半導体集積回路の導通試験に適用される。プローブ組立体３４は、図６および図７に示すように、円形の配線基板３６と、該配線基板の下面に配置された矩形のプローブ基板３８とを含む。図６に示すように、配線基板３６の上面には、通電試験のための図示しないテスタに接続される多数のテスターランド３６ａが形成されている。

プローブ基板３８は、図示しないが従来よく知られているような例えばセラミックのような電気絶縁板を備え、該絶縁板の下面には多数の配線路２２（図１ないし図５参照。）が形成されている。各配線路２２は、これに対応する各テスターランド３６ａに電気的に接続されている。また、各配線路２２に形成されたプローブ用ランド部２２ａ（図１ないし図５参照。）にプローブ１０が固着されている。

図６に示す例では、前記した多数のプローブ１０が多数の平行ラインL１〜Lｎに沿って針先２４が整列するように、ラインL１〜Lｎ毎にそれぞれの両側から交互に針先２４が各ライン上に挿入されるように、配置されている。

本発明に係るプローブ１０によれば、半導体チップに対応した極めて微細な狭ピッチ配列においても、隣合うプローブ１０間のはんだ部分での短絡を生じることなく、各プローブ１０を対応する配線路２２のランド部２２ａに確実にはんだ結合することができる。

本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々に変更することができる。

本発明に係るプローブの実施例を示す正面図である。 図１に示す線II-IIに沿って得られた断面図である。 本発明に係るプローブの電気配線路への接続工程を模式的に示す部分的な斜視図である。 本発明に係るプローブの他の実施例を示す図２と同様な図面である。 本発明のプローブのさらに他の実施例を示す図２と同様な図面である。 本発明に係るプローブが組み込まれたプローブ組立体の底面図である。 本発明に係るプローブが組み込まれたプローブ組立体の正面図である。 従来のプローブを示す図２と同様な図面である。

符号の説明

１０ プローブ
１２ プローブ本体
１４ 支持基板
１６ 取付け部
１６ａ 端面（基端）
１８ 立ち上がり部
２０ アーム部
２０ｂ 先端面（先端）
２２ 配線路
２４ 針先
２８ 表面層
３０ はんだ（はんだ層）
３２ 遮蔽領域

Claims (9)

1. 支持基板にはんだを介して取り付けられる基端および該基端に連らなる先端を有するプローブ本体と、前記プローブ本体の導電性よりも高い導電性を示しかつ前記はんだに対する前記プローブ本体の濡れ性よりも高い濡れ性を示し前記プローブ本体の表面で前記基端から前記先端へ向けて伸びる表面層とを備える通電試験用プローブであって、前記表面層の前記基端の近傍には、前記はんだに対する濡れ性が前記表面層のそれよりも小さい遮蔽領域が前記表面層を横切って形成されていることを特徴とする通電試験用プローブ。
2. 前記プローブ本体は、前記基端を含む取付け部と、該取付け部から前記基端が位置する側と反対側へ伸長し、前記先端に連なる立ち上がり部とを有し、前記遮蔽領域は、前記取付け部から前記立ち上がり部への前記はんだの濡れ広がりを阻止すべく、前記取付け部における前記立ち上がり部の近傍に形成されている、請求項１に記載のプローブ。
3. 前記プローブ本体は、前記取付け部および前記立ち上がり部が同一平面上に形成されるように平板状に形成されており、前記表面層は、前記プローブ本体の両面の少なくとも一方の面に沿って前記取付け部から前記立ち上がり部に連続的に形成されている、請求項１に記載のプローブ。
4. 前記はんだは、前記プローブ本体の前記支持基板への取付けに先立ち、前記取付け部における前記遮蔽領域よりも前記基端側で前記表面層上に、はんだ層として形成されている、請求項１に記載のプローブ。
5. 前記プローブ本体は、さらに、前記立ち上がり部から横方向に伸び、終端が前記先端を規定するアーム部を有し、前記先端には前記基端が位置する側と反対側へ縦方向に突出する針先が設けられている、請求項１に記載のプローブ。
6. 前記プローブ本体は、前記針先よりも高靱性に優れた金属材料からなり、前記針先は前記プローブ本体よりも硬度に優れた金属材料からなる、請求項１に記載のプローブ。
7. 前記プローブ本体は、ニッケル、その合金または燐青銅からなり、前記表面層は金であり、前記遮蔽領域はニッケルまたはその合金からなり、前記はんだは錫またはその合金からなる、請求項５に記載のプローブ。
8. 前記遮蔽領域の表面は、はんだに対する濡れ性をさらに低下させるために酸化処理が施されている、請求項６に記載のプローブ。
9. 複数の取付けランドを有する支持基板と、請求項１に記載の複数のプローブであってそれぞれの前記基端が対応する前記取付けランドにはんだを介して片持ち梁状に取り付けられたプローブとを含む、プローブ組立体。

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