JP2008241594A - プローブカード・アセンブリ用基板およびそれを用いたプローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】 ＭＥＭＳプローブ実装工程を経たプローブカードでも電極剥がれが発生しないプローブカード・アセンブリ用基板およびそれを用いたプローブカードを提供することにある。
【解決手段】 第１の面１ａおよび第２の面１ｂを有しているとともに、少なくとも第１の面１ａに複数の凹部を有する絶縁基体１と、複数の凹部に対応して配置されており、複数の凹部の底部と第２の面１ｂとの間に形成された複数のビア導体２と、複数のビア導体２に対応して配置されており、絶縁基体１の第２の面１ｂに形成された複数のパッド３と、複数のビア２に対応して複数の凹部内に形成されており、複数のプローブピン６が設けられる複数の電極４と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プローブカード・アセンブリ用基板およびそれを用いたプローブカードに関するものである。

近年、ＩＣの小型化、高性能化に伴って、プローブカード基板における電極や導体パターンのファインピッチ化がさらに求められてきている。このようなファインピッチ化の背景のなかでプローブカード・アセンブリ用基板上に設置するプローブピンもカンチレバータイプより垂直タイプに移行し、垂直タイプのなかでもＭＥＭＳ技術を応用したＭＥＭＳプローブの技術開発が盛んに行われている。

このような複数のプローブピンを有するプローブカードは、複数のプローブピンを内部に有する構造体を、プローブカード・アセンブリ用基板の表面に配置した後、構造体のプローブピン以外の部分を薬液でエッチングさせることで得られる。
特開２００１−９１５４３号公報

しかしながら、上記プローブカード・アセンブリ用基板において、ＭＥＭＳプローブピンをプローブカード・アセンブリ用基板の表面に実装する際、エッチングに使用するＫＯＨ等の強酸、強アルカリの薬液に、プローブカード・アセンブリ用基板を高温長時間浸漬させる必要がある。このため、プローブカード・アセンブリ用基板の電極が剥離しやすいという問題があった。

本発明は上記課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、電極の剥がれが発生しにくい高信頼性のプローブカード・アセンブリ用基板を提供することにある。

本発明のプローブカード・アセンブリ用基板は、第１の面および第２の面を有しているとともに、前記第１の面に複数の凹部を有する絶縁基体と、前記複数の凹部に対応して配置されており、前記複数の凹部の底面と前記第２の面との間に設けられた複数のビア導体と、前記複数のビア導体に対応して配置されており、前記絶縁基体の前記第２の面に形成された複数のパッドと、前記複数のビア導体に対応して前記複数の凹部内に設けられており、複数のプローブピンが設けられる複数の電極と、を備えたことを特徴とする。

本発明のプローブカード・アセンブリ用基板は、前記複数のビア導体が、前記複数の凹部の底面から突出していることを特徴とする
本発明のプローブカード・アセンブリ用基板は、前記複数の電極がニッケル層と金層との積層構造からなることを特徴とする。

本発明のプローブカード・アセンブリ用基板は、前記複数の電極がニッケル層と錫層との積層構造からなることを特徴とする。

本発明のプローブカード・アセンブリ用基板は、前記複数のビア導体と前記複数の電極との間に複数のコーティング層を有することを特徴とする
本発明のプローブカード・アセンブリ用基板は、前記コーティング層がニッケル層と金層との積層構造からなることを特徴とする。

本発明のプローブカード・アセンブリ用基板は、前記複数の凹部の側面は、前記複数の凹部の底面から前記基体の前記第１の面に向かって狭まることを特徴とする。

本発明のプローブカードは、上記いずれかのプローブカード・アセンブリ用基板と、該プローブカード・アセンブリ用基板の前記複数の電極に電気的に接続されており、被検査対象の電極に接触する複数のプローブピンと、を備えたことを特徴とする。

本発明の配線基板は、第１の面に複数の凹部を有する絶縁基体と、複数の凹部に対応して配置されており、複数の凹部の底面と第２の面との間に形成された複数のビア導体と、複数のビア導体に対応して複数の凹部内に形成されており、複数のプローブピンが設けられる複数の電極とを備えたことにより、プローブピンを電極に実装する際に強酸、強アルカリの薬液を用いる場合でも、複数の電極と複数のビア導体との接触面が、凹部の底面に位置されていることにより、電極の側面と絶縁基体を密着させることで薬液が複数の電極と複数のビア導体との接触面に到達しにくく、電極の剥がれを低減することができる。このため、高信頼のプローブカード・アセンブリ用基板とすることができる。

本発明のプローブカード・アセンブリ用基板について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るプローブカード・アセンブリ用基板の構成を示す断面図である。

本実施の形態に係るプローブカード・アセンブリ用基板は、第１の面１ａおよび第２の面１ｂを有しているとともに、第１の面１ａに複数の凹部を有する絶縁基体１と、複数の凹部に対応して配置されており、複数の凹部の底部と第２の面１ｂとの間に設けられた複数のビア導体２と、複数のビア導体２に対応して複数の凹部内に設けられており、複数のプローブピンが設けられる複数の電極４とを有する。

本実施の形態において、絶縁基体１は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックス，ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）セラミックス，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス，ガラスセラミックス等のセラミックスからなる基板や、四ふっ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ），四ふっ化エチレン・エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ），四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルテロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂よりなる基板、ガラスエポキシ樹脂よりなる基板、ポリイミド等の樹脂よりなる基板などがよい。または、セラミックスからなる基板の片面もしくは両面に上記の有機樹脂からなる層を形成した基板でもよい。

図１において、絶縁基体１は、複数のビア導体２に対応して配置されており、絶縁基体１の第２の面１ｂに形成された複数のパッド３を第２の面に有する。

本実施の形態における複数のビア導体２は、絶縁基体１中に埋め込まれており、金属からなる。このような金属としてはＣｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｍｏ等の少なくとも1種類が挙げられる。

図１において、絶縁基体１の凹部内において露出されたビア導体２の端部２０には、コーティング層５が配置されている。コーティング層５は、ビア導体２の端面２０を被覆し、ビア導体２と、ビア導体２上に配置される電極４との間の電流のコンタクトを行う役目を有する。このようなコーティング層５としては、例えば、電解Ｎｉめっき層上に電解Ａｕめっき層を有する構造や、無電解Ｎｉめっき層上に無電解Ａｕめっき層を有する構造が挙げられる。複数のビア導体２の端面２０がコーティング層５を有することにより、電極４からビア導体２に加わる応力はコーティング層５を介して加えられる。このため、電極４を厚く形成しても、ビア導体２とコーティング層５との接続部２０に加わる応力を比較的低減できる。

本実施の形態における複数のパッド３は、絶縁基体１の第２の面１ｂに形成されており、金属の層からなる。このような金属の層としては、例えば、絶縁基体１との接合性を考慮し、密着層と主導体層とが順次積層されてなる構造が挙げられる。密着層を形成する材料としては、例えば、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｔａ_２Ｎ等の少なくとも１種、主導体層を形成する材料としては、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ等の少なくとも１種が挙げられる。

このような密着層は、厚さを0.01〜0.2μｍ程度とするのが良い。0.01μｍ未満では、絶縁基体１と主導体層とを強固に接合することが困難となり、0.2μｍを超えると、密着層を成膜する際の内部応力によって剥離が生じ易くなる。

本実施の形態における複数の電極４は、複数のビア導体２に対応して、絶縁基体１の複数の凹部内に設けられており、金属の層からなる。このような金属の層としては、例えば、電解Ｎｉめっき層上に電解Ａｕめっき層を有する構造や、無電解Ｎｉめっき層上に無電解Ａｕめっき層を有する構造が挙げられる。このような複数の電極４は、ビア導体２を被覆するコーティング層５と接触されており、めっき成長による自然な横方向への広がりにより絶縁基体１の凹部の側面と接触する。コーティング層５をニッケル層と金層との積層構造とし、電極５をニッケル層と金層との積層構造とすることにより、ビア導体２とコーティング層５との接続部に加わる応力を低減できる。なお、ここで、ニッケル層とは、ニッケルを５０％以上含むニッケル合金層を総称しており、ニッケルにコバルト等の他の金属がトータルで５０％未満混じっていても良い。

本実施の形態におけるプローブカード・アセンブリ用基板は、凹部内に電極４が形成されていることにより、プローブピン６を実装する際の薬液による不具合が電極４とビア導体５との接触面２０に生じにくい。このため、高信頼な検査を行えるプローブカード・アセンブリ用基板とすることができる。

次に本発明のプローブカード・アセンブリ用基板の製造方法を説明する。

（ア）凹部とビア導体２を有する絶縁基体１を準備する。

（イ）絶縁基体１にパッド３およびコーティング層５を形成する。

（ウ）絶縁基体１の凹部内に電極４を形成する。

工程（ア）において、絶縁基体１がアルミナセラミックスから成る場合、先ずアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やシリカ（ＳｉＯ_２），カルシア（ＣａＯ），マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤，溶媒を添加混合して泥漿状と成し、これをシート状に成形してグリーンシートを得る。その後、グリーンシートを所定形状に打ち抜き加工するとともにビア打ち抜きを行い、ビア埋め込み金属の粉末にバインダーや熱膨張係数を調整するための添加剤を加えたペーストを打ち抜き穴に加圧注入し、表面に必要に応じ導体パターンをプリントする。打ち抜く径をビア導体２の径ではなく、凹部の径とした物を準備して、絶縁基体１の表層とする。必要に応じてこれを複数枚積層し焼成することにより、凹部とビア導体２を有する絶縁基体１が製作される。

ここで、例えば凹部を形成するグリーンシートの打ち抜き時に、打ち抜き型のメス型の径を多少大きくしておく。これにより打ち抜かれたグリーンシートの穴径は、メス型側が大きくなる。径の大きい面をビア３側として複数のグリーンシートを積層焼成することにより、開口付近が狭まる凹部とすることができる。このような構造により、絶縁基体１から電極５に対して圧縮応力が加わるため、ビア導体２とコーティング層５との接続部分への薬液の侵入を、より効果的に防ぐことができる。このような構造により、電極が機械的にも引っ張り応力に対して強くなることに加え、ニッケルめっき時のペーハーを低くして製膜した場合には、ニッケルめっき層には圧縮応力が加わるようになるため、絶縁基体１から電極５に対して圧縮応力が加わることになり、ビア導体２とコーティング層５との接続部分への薬液の侵入を、より効果的に防ぐことができる。

なお、焼成後の基板に穴加工を施し、金属をビア３に埋め込む場合、焼成による収縮誤差が無いためビア３の寸法精度をより高精度に作成することができる。この場合、絶縁基体１のパッド３が形成された第２の面１ｂと反対側に位置する第１の面１ａに凹部を形成する。凹部は、ドリルマシーン若しくはマイクロブラスト加工により形成できる。

次に、上記工程（イ）について説明する。工程（イ）において、まず絶縁基体１の全面にパラジウム等の触媒層を形成する。次に、部分的にエッチング処理を施し、触媒層の一部を取り除き、パッド３とコーティング層５を形成する部分のみに触媒層を残す。本実施形態のプローブカード・アセンブリ用基板は、核となる触媒層を絶縁基体１の所望のエリアに形成できることから、無電解めっきの析出エリアをコントロールすることができる。

ここで、触媒層を形成する方法としては、絶縁基体１の全面に真空蒸着またはスパッタリング蒸着などにより形成する。蒸着法によることで、触媒層の厚みを制御しやすくなり、無電解めっきに対する触媒効果を安定とすることができる。

なお、触媒層を部分的にエッチングする方法としては、パッド３とコーティング層５とを形成する部分にマスクを施しフォトリソグラフィ法でエッチングを行い、パッド３とコーティング層５とを形成する部分以外の触媒層を取り除く方法が挙げられる。

そして触媒が施された絶縁基体１に無電解ニッケルめっき、無電解金めっきを施すことで、パッド３とコーティング層５とを形成することができる。絶縁基体１がアルミナセラミックスからなり、工程（ア）において絶縁基体１の凹部がマイクロブラスト加工により形成されている場合、アルミナセラミックスよりビア導体２に充填した金属の方がブラストされにくい傾向があるので、図２に示すような絶縁基体１の凹部の底面からビア導体２が突出した構造となりやすい。このようなビア導体２上にコーティング層５を形成する場合、コーティング層５の中央部が盛り上がった構造となる。つまり、図２において、コーティング層５は、ビア導体２の直上部分に位置し第１の面１ａ側に突出した第１の部分５ａと、ビア導体２を覆う第２の部分５ｂとからなる。このような構造により、複数の電極４にプローブピンを形成する際に、仮に、薬液がビア導体２とコーティング層５との接続部２０に侵入して、接続強度が低下したとしても、接続部２０に加わる応力がコーティング層５の第１の部分５ａによって緩和されるだけではなく、電極４に支持されたコーティング層５の側面においても緩和されることで、接続強度の低下を小さくすることができる。

次に、上述の工程（ウ）について説明する。工程（ウ）において、パッド３を覆うようにレジスト膜を形成し、その後コーティング層５上にニッケルめっきを形成し、必要に応じて、金めっきを形成し電極５とする。

ここで、例えばコーティング層５上に形成するニッケルめっきを１層ではなく、ニッケルめっき層、錫めっき層、ニッケルめっき層とが積層された構造とし、複数のニッケルめっき層間にニッケルめっきに拡散しやすい錫めっき層を挟む。このような構成により、ニッケルめっき中に錫めっきが拡散すると共に、錫の拡散した部分のニッケルめっき層が体積膨張しニッケルめっき層に部分的に圧縮応力が加わることで絶縁基体１から電極５に対して部分的に圧縮応力が加わることになり、複数のビア導体２と複数の電極５との複数の接続面２０まで薬液が到達し難くなる事で接続信頼性を高くすることができるので、より好ましい。

そして、絶縁基体１の第１の面１ａを研磨や、ＣＭＰ等によって平面化することで、複数の電極４の表面を平坦化することができる。このような電極４の表面には、表面保護や接続性向上のために金メッキを形成する。その後、パッド３を覆っているレジスト膜を剥離する。

以上の工程により、本実施形態のプローブカード・アセンブリ用基板を製造することができる。

図３に、本実施形態のプローブカード・アセンブリ用基板を用いたプローブカードの断面図を示す。図３に示すプローブカードは、半導体ウェハの複数の電極に接触される複数のプローブピン６と、複数のプローブピン６が接続された複数の電極４を有するプローブカード・アセンブリ用基板とからなる。図３に示した構成は、プローブカードと電気的に接続され、半導体ウェハの試験を行うテスターをさらに備えている。

図３に示すプローブカードは次のようにして製造される。例えば、まず、上述のプローブカード・アセンブリ用基板を治具に固定する。次に、ＭＥＭＳ構造の複数のプローブピン６を内部に有する構造体（多数個取りのブロック）を、プローブカード・アセンブリ用基板の第１の面２ａ上に配置し、複数の電極５上に複数のプローブピン６を接合する。その後、構造体のプローブピン６以外の部分を薬液で溶解させることで、プローブピン６を電極５上に形成させる。これにより、プローブピンを有するプローブカードを得ることができる。

そして、上述したプローブピン６を有するプローブカードのパッド３と、テスター７とをコード８により電気的に接続させることで、半導体ウェハの試験が可能となる。なお、テスター７とコード８との電気的な接続とは、テスター７とパッド３との間に、適宜、中継基板等の接続構造が組み込まれる接続をいう。

本発明のプローブカード・アセンブリ用基板は、薬液に浸漬させてもビア導体２と電極４および基板１との接続強度が低下しにくいため、このようなプローブカード・アセンブリ用基板にプローブピンを有するプローブカードは、電気的信頼性に優れたプローブカードとすることができる。また、本発明のプローブカードは、研磨によって電極４の表面を容易に平面に形成することができるので、プローブピン６を高精度に接続することができる。よって、位置合わせ精度が高く高速に検査できる生産性のよいプローブカードとなる。

本発明のプローブカード・アセンブリ用基板の実施の形態の一例を示す概念断面図である。 本発明のプローブカード・アセンブリ用基板の実施の形態の別の例を示す概念断面図である。 本発明のプローブカードの実施の形態の一例を示す概念断面図である。

符号の説明

１：絶縁基体
２：ビア導体
４：電極
５：コーティング層

Claims (8)

1. 第１の面および第２の面を有しているとともに、前記第１の面に複数の凹部を有する絶縁基体と、
   前記複数の凹部に対応して配置されており、前記複数の凹部の底面と前記第２の面との間に設けられた複数のビア導体と、
   前記複数のビア導体に対応して前記複数の凹部内に設けられており、複数のプローブピンが設けられる複数の電極と、
   を備えたプローブカード・アセンブリ用基板。
2. 前記複数のビア導体が、前記複数の凹部の底面から突出していることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード・アセンブリ用基板。
3. 前記複数の電極がニッケル層と金層との積層構造からなることを特徴とする請求項１または２に記載のプローブカード・アセンブリ用基板。
4. 前記複数の電極が、ニッケル層と錫層との積層構造からなることを特徴とする請求項１または２に記載のプローブカード・アセンブリ用基板。
5. 前記複数のビア導体と前記複数の電極との間に複数のコーティング層を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプローブカード・アセンブリ用基板。
6. 前記複数のコーティング層がニッケル層と金層との積層構造からなることを特徴とする請求項５に記載のプローブカード・アセンブリ用基板。
7. 前記複数の凹部の側面は、前記複数の凹部の底面から前記基体の前記第１の面に向かって狭まることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のプローブカード・アセンブリ用基板。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のプローブカード・アセンブリ用基板と、
   該プローブカード・アセンブリ用基板の前記複数の電極に電気的に接続されており、被検査対象の複数の電極に接触する複数のプローブピンと、を備えたことを特徴とするプローブカード。

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