JP2013250146A

JP2013250146A - プローブカード

Info

Publication number: JP2013250146A
Application number: JP2012124843A
Authority: JP
Inventors: Teppei Kimura; 哲平木村; Kazuo Yokoyama; 和男横山
Original assignee: Japan Electronic Materials Corp
Current assignee: Japan Electronic Materials Corp
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-12-12

Abstract

【目的】本発明の目的は、プローブの電極に対する実装強度を向上させることが可能なプローブカードを提供することにある。
【構成】プローブカードは、第１面１０１と、第１面１０１上に間隔をあけて設けられた複数の電極１１０とを有する配線基板１００と、配線基板１００の第１面１０１上に少なくとも電極１１０の一部を露出させるように設けられた絶縁性を有する接着層２００と、接着層２００上に設けられた絶縁板であり且つ電極１１０に対応する位置に設けられた複数の貫通孔３１０を有するガイド板３００と、ガイド板３００の貫通孔３１０に部分的に挿入された複数のプローブ４００と、ガイド板３００の貫通孔３１０内に設けられ、貫通孔３１０内でプローブ４００を電極１１０と貫通孔３１０の内面上の金属層３２２とに接合した複数の導電接合部９００とを備えている。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、半導体チップの等の電気的所得性を検査するのに使用されるプローブカードに関する。

この種のプローブカードとしては、複数の電極を有する基板と、この基板の電極上にはんだ接続されたプローブとを備えているものがある（特許文献１参照）。

特開２０１１-１１２５１７号公報

近年、半導体デバイスの高集積化に伴って、プローブカードのプローブ及び基板の電極は微細化されている。このため、はんだのプローブと基板の電極とに対する接合面積が低減し、プローブの基板の電極に対する実装強度が低下していた。

本発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであって、その目的とするところは、プローブの電極に対する実装強度を向上させることが可能なプローブカードを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のプローブカードは、第１面と、前記第１面上に間隔をあけて設けられた複数の電極とを有する配線基板と、前記配線基板の第１面上に少なくとも前記電極の一部を露出させるように設けられた絶縁性を有する接着層と、前記接着層上に設けられた絶縁板であり且つ前記電極に対応する位置に設けられた複数の貫通孔を有するガイド板と、前記ガイド板の貫通孔に部分的に挿入された複数のプローブと、前記ガイド板の貫通孔内に設けられ、前記プローブを前記電極と前記貫通孔の内面とに接合した複数の導電接合部とを備えている。

このような発明の態様による場合、導電接合部がガイド板の貫通孔内に設けられ、プローブを配線基板の電極及び貫通孔の内面に接合している。よって、導電接合部の接合面積が増大するので、プローブの電極に対する実装強度を向上させることができる。しかも、配線基板とガイド板の間を接着する接着層が、配線基板の第１面上に少なくとも前記電極の一部を露出させるように設けられている。このため、接着層が、溶解した導電接合部が貫通孔から流れ出すのを防ぎ、隣り合う導電接合部が接続されるのを防ぐことができる。

前記ガイド板の貫通孔の内面には、当該内面よりも前記導電接合部と密着性が高い密着増強層が設けられた構成とすることが可能である。前記導電接合部は、前記プローブを前記電極と前記密着増強層とに接合する構成とすることが可能である。

このような発明の態様による場合、密着増強層は、絶縁板であるガイド板の貫通孔の内面よりも導電接合部に対する密着性が高い。このため、導電接合部が、貫通孔内でプローブを電極と密着増強層とに接合することにより、プローブの電極に対する実装強度を更に向上させることができる。

本発明の実施例１に係るプローブカードの概略的断面図である。前記プローブカードの図１Ａ中のＸ部分の概略的拡大図である。前記プローブカードのガイド板の概略的部分平面図である。前記ガイド板の２Ｂ−２Ｂ断面図である。前記ガイド板の製造工程を示す図である。前記プローブカードの設計変更例を示す図１Ａ中のＸ部分に相当する部分の概略的拡大図である。前記ガイド板の別の製造工程を示す図である。

以下、本発明の実施例１に係るプローブカードついて図１Ａ〜図３を参照しつつ説明する。

図１Ａに示すプローブカードは、配線基板１００と、接着層２００と、ガイド板３００と、複数のプローブ４００と、メイン基板５００と、複数の中継部材６００と、補強板７００と、複数の支持部８００と、複数の導電接合部９００とを備えている。以下、前記プローブカードの各構成要素について詳しく説明する。

メイン基板５００はプリント基板である。メイン基板５００は、図１Ａに示すように、第１面と、前記第１面の裏側の第２面とを有している。メイン基板５００の第１面には複数の電極５１０が、メイン基板５００の第２面の外縁部には複数の外部電極５２０が設けられている。電極５１０と外部電極５２０とはメイン基板５００の第１、第２面及び／又は内部に設けられた図示しない複数の導電ラインにより接続されている。

補強板７００はメイン基板５００よりも硬い板状の部材（例えばステンレス鋼等の板）である。この補強板７００は、図１Ａに示すように、メイン基板５００の第２面にネジ止めされている。この補強板７００によりメイン基板５００の撓みが抑止される。

各支持部８００は、図１Ａに示すように、本体部と、フランジとを有している。本体部はメイン基板５００に固着されている。フランジは本体部の先端部に内側に向けて突設されている。このフランジが配線基板１００の外周部を支持している。

配線基板１００は、ＳＴ（スペーストランスフォーマ）基板である。配線基板１００は、図１Ａに示すように、固定用のネジによりメイン基板５００及び補強板７００に固着されている。また、配線基板１００の外周部は支持部８００のフランジに支持されている。これにより、配線基板１００は、メイン基板５００に対して間隔をあけて平行に位置している。配線基板１００は、第１面１０１と、第１面１０１の裏側の第２面１０２とを有している。配線基板１００の第１面１０１上には、複数の電極１１０が間隔をあけて（例えば、マトリックス状に）配設されている。また、配線基板１００の第２面１０２には複数の電極１２０が間隔をあけて（例えば、マトリックス状に）配設されている。電極１２０の間隔は、電極１１０の間隔よりも広く設定されている。電極１１０と電極１２０とは配線基板１００の第１、第２面１０１、１０２及び／又は内部に設けられた図示しない複数の導電ラインにより接続されている。なお、電極１１０が特許請求の範囲の配線基板の電極に相当する。

各中継部材６００は、図１Ａに示すように、略く字状のＩＣピンである。この中継部材６００がメイン基板５００の電極５１０と配線基板１００の電極１２０との間に介在し、両者を電気的に接続している。

接着層２００は、絶縁性を有する熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂である。接着層２００は、図１Ａに示すように、配線基板１００の第１面１０１上に電極１１０の中央部を露出させるように設けられている。換言すると、配線基板１００の第１面１０１上に電極１１０の外周部は、接着層２００内に埋まっている。

ガイド板３００は、図１Ａ、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、接着層２００上に設けられ且つ接着層２００により配線基板１００の第１面１０１上に固着された絶縁板である。ガイド板３００は、複数の貫通孔３１０と、第１、第２金属層３２１、３２２とを有している。貫通孔３１０は、配線基板１００の電極１１０に対応する位置でガイド板３００を厚み方向に貫通した円柱状の孔である。すなわち、貫通孔３１０は対応する電極１１０上に位置している。

各貫通孔３１０の内面には、図１Ｂに示すように、第１金属層３２１が設けられている。各第１金属層３２１上には第２金属層３２２が設けられている。すなわち、各貫通孔３１０の内面には、第１金属層３２１及び第２金属層３２２が、この順で積層されている。第１金属層３２１は円筒状のニッケルめっき層であって、第２金属層３２２の下地をなしている。第１金属層３２１の厚みは第２金属層３２２の厚みより小さい。第２金属層３２２は円筒状の金めっき層である。第２金属層３２２は、絶縁板であるガイド板３００の貫通孔３１０の内面よりも導電接合部９００に対する密着性が高い。すなわち、第２金属層３２２が特許請求の範囲の密着増強層に相当している。なお、金めっき層のみが貫通孔３１０の内面に設けられた場合、金めっき層の厚みが大きくなり過ぎることがある。このため、金めっき層の下地としてニッケルめっき層が設けられている。

各プローブ４００は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、円柱状の針である。プローブ４００は、接続部４１０と、接触部４２０とを有している。接続部４１０は、プローブ４００の長さ方向の一端部である。接続部４１０は、ガイド板３００の貫通孔３１０に挿入されている。接触部４２０は、プローブ４００の長さ方向の他端部であり、貫通孔３１０外に位置している。電極１１０、貫通孔３１０及びプローブ４００は、半導体ウェハ又は半導体デバイス上の複数の電極に対応して配置されている。接触部４２０が半導体ウェハ又は半導体デバイス上の電極に接触可能な部位である。

各導電接合部９００は、図１Ｂに示すように、貫通孔３１０内に設けられたＳｕ-Ａｇ等のはんだであって、プローブ４００の接続部４１０と電極１１０の中央部との間と、プローブ４００の接続部４１０と第２金属層３２２との間に充填されている。導電接合部９００が、貫通孔３１０内でプローブ４００の接続部４１０を電極１１０の中央部及び第２金属層３２２に接合している。

以下、上述したプローブカードのガイド板３００の製造方法について上記図３を参照しつつ説明する。まず、セラミック又はシリコン（Ｓｉ）で構成された基板１０を用意する。この基板１０上に電気めっきを行い、銅の犠牲層２０を形成する。その後、犠牲層２０上に絶縁膜３０を形成する。その後、絶縁膜３０上にレジスト４０を塗布する。その後、レジスト４０にマスクを用いて露光・現像を行い、レジスト４０に複数の開口４１を形成する。その後、レジスト４０の開口４１から露出する絶縁膜２０の一部を除去する。

その後、レジスト４０の開口４１に電気めっきを行い、開口４１に銅を充填する。その後、レジスト４０を除去する。開口４１に充填された銅が、円柱状のポスト５０となる。その後、ポスト５０の外面上に電気めっきを行い、金めっき層７０を形成する。その後、金めっき層７０上に電気めっきを行い、ニッケルめっき層６０を形成する。その後、絶縁膜３０を除去する。

その後、ポリイミド等の絶縁材８０を基板１０上に塗布し、絶縁材８０にポスト５０、金めっき層７０及びをニッケルめっき層６０埋め込む。その後、絶縁材８０を硬化させる。その後、基板１０から犠牲層２０、ポスト５０、ニッケルめっき層６０、金めっき層７０及び絶縁材８０を取り外す。その後、絶縁材８０を研磨し、ポスト５０の図示上端を絶縁材８０から露出させる。その一方で、犠牲層２０を研磨して除去し、ポスト５０の図示下端を絶縁材８０から露出させる。その後、銅（Ｃｕ）を選択的に溶解させるエッチング液を用いてポスト５０をエッチングする。研磨された絶縁材８０がガイド板３００となる。ポスト５０がエッチングにより除去されることにより、絶縁材８０に形成された孔が貫通孔３１０となる。前記孔の内面上のニッケルめっき層６０が第１金属層３２１、ニッケルめっき層６０上の金めっき層７０が第２金属層３２２となる。

以下、上記プローブカードの製造工程について詳しく説明する。まず、配線基板１００を用意する。その後、配線基板１００の第１面１０１上に電極１１０の中央部が接着層２００から露出するように接着層２００を塗布する。このとき、電極１１０の外周部が接着層２００に埋め込まれる。その後、ガイド板３００を用意する。その後、接着層２００上にガイド板３００を接着させる。このとき、ガイド板３００の貫通孔３１０が配線基板１００の対応する電極１１０上に位置する。その後、接着層２００を加熱又は紫外線等の光を照射し、硬化させる。

その後、複数のプローブ４００を用意する。その後、プローブ４１０の接続部４１０に導電接合部９００を付着させる。その後、プローブ４００の接続部４１０及び導電接合部９００をガイド板３００の対応する貫通孔３１０に挿入し、当該導電接合部９００を対応する電極１１０に接触させる。この状態で、ガイド板３００の外部から加熱し、導電接合部９００を溶解させる。溶解した導電接合部９００は、配線基板１００の電極１１０間に存在する接着層２００により、貫通孔３１０から流れ出すのが防止される。このため、隣り合う導電接合部９００が接続されるのを防ぐことができる。その後、導電接合部９００が冷えて硬化する。これにより、導電接合部９００が、貫通孔３１０内でプローブ４００の接続部４１０を電極１１０の中央部と第２金属層３２２とに接合する。

その一方で、メイン基板５００及び補強板７００を用意する。その後、メイン基板５００の第２面に補強板７００を取り付ける。その後、固定ネジにより、配線基板１００をメイン基板５００及び補強板７００に固着させる。これにより、配線基板１００がメイン基板５００に対して間隔をあけて平行に配置される。その後、支持部８００を用意する。その後、支持部８００をメイン基板５００に取り付ける。すると、支持部８００のフランジが配線基板１００の外周部に当接する。これにより、配線基板１００の外周部が支持部８００のフランジに支持される。

以上のようなプローブカードによる場合、導電接合部９００が、ガイド板３００の貫通孔３１０内でプローブ４００を電極１１０及び第２金属層３２２に接合している。このため、導電接合部９００の接合面積が増大するので、プローブ４００の電極１１０に対する実装強度を向上させることができる。しかも、配線基板１００とガイド板３００の間を接着した接着層２００が、配線基板１００の第１面１０１上に電極１１０の中央部を露出させるように設けられている。このため、接着層２００が、溶解した導電接合部９００が貫通孔から流れ出すのを防ぐ防波堤として機能する。よって、溶解時に、隣り合う導電接合部９００が貫通孔３１０から流れだし、互いに接続されるのを防ぐことができる。

なお、上述したプローブカードは、上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載範囲において任意に設計変更することが可能である。以下、詳しく述べる。

上記実施例では、配線基板１００は、第１、第２面１０１、１０２と、電極１１０、１２０と、複数の導電ラインとを有するとした。しかし、配線基板は、第１面と、前記第１面上に間隔をあけて設けられた複数の電極とを有する限り任意に設計変更することが可能である。例えば、配線基板の第１面に、複数の電極と、別の複数の電極とが設けられた構成とすることが可能である。電極と別の電極との間は、導電ラインにより接続されている。

上記実施例では、接着層２００は、配線基板１００の第１面１０１上に電極１１０の中央部を露出させるように設けられた熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂であるとした。しかし、接着層は、絶縁性を有し且つ配線基板の第１面上に少なくとも当該配線基板の電極の一部を露出させるように設けられている限り任意に設計変更することが可能である。すなわち、接着層は、配線基板の第１面上に当該配線基板の電極全体を露出させるように設けられた構成とすることが可能である。

上記実施例では、ガイド板３００の貫通孔３１０は、配線基板１００の電極１１０に対応する位置でガイド板３００を厚み方向に貫通した円柱状の孔であるとした。しかし、貫通孔は、配線基板の電極に対応する位置に設けられ且つガイド板を貫通する限り任意に設計変更することが可能である。すなわち、貫通孔の形状は円柱状に限定されず、任意に設計変更することが可能である。

上記実施例では、貫通孔３１０の内面上に、第１金属層３２１及び第２金属層３２２が、この順で積層されているとした。しかし、金属層は、省略可能である。例えば、図４に示すように、貫通孔３１０の内面に金属層が設けられていない場合であっても、導電接合部９００が、プローブ４００の接続部４１０を配線基板１００の電極１１０と貫通孔３１０の内面とに接合する。これによっても、導電接合部９００の接合面積が増大するので、プローブ４００の配線基板１００の電極１１０に対する実装強度を向上させることができる。

また、貫通孔の内面には、当該内面よりも前記導電接合部と密着性が高い密着増強層が設けられた構成とすることが可能である。例えば、密着増強層である一つの金属層（例えば、金めっき層のみ）が貫通孔の内面に設けられた構成とすることが可能である。また、三以上の金属層が、貫通孔の内面に積層された構成とすることも可能である。この場合、最上層の金属層が密着増強層となる。このように密着増強層は、貫通孔の内面に直接的に設けられていても良いし、他の層を介して間接的に設けられていても良い。密着増強層は、上述した第２金属層３２２（金めっき層）に限定されることはなく、絶縁材で構成されるガイド板の貫通孔の内面よりも、導電接合部と密着性が高い材料で構成されている限り任意に設計変更することが可能である。

上記実施例では、プローブ４００に導電接合部９００を付着させ、ガイド板３００の貫通孔３１０に挿入するとした。しかし、これに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、ガイド板３００を製造する過程で、導電接合部９００を貫通孔３１０に設けることが可能である。

図５に示すガイド板３００の製造工程のうち、レジスト４０に開口４１を形成し、開口４１から露出する絶縁膜２０の一部を除去するまでの工程は上記した通りである。その後、レジスト４０の開口４１内にＳｕ-Ａｇ等のはんだ９０を塗布する。その後、レジスト４０の開口４１に電気めっきを行い、開口４１に銅を充填する。その後、レジスト４０を除去する。これにより、開口４１に充填された銅が、円柱状のポスト５０となり、ポスト５０がはんだ９０上に形成される。その後、ポスト５０及びはんだ９０の外面上に電気めっきを行い、金めっき層７０を形成する。その後、金めっき層７０を上に電気めっきを行い、ニッケルめっき層６０を形成する。その後、絶縁膜３０を除去する。

その後、ポリイミド等の絶縁材８０を基板１０上に塗布し、絶縁材８０にポスト５０、金めっき層７０及びニッケルめっき層６０を埋め込む。その後、絶縁材８０を硬化させる。その後、基板１０から犠牲層２０、ポスト５０、ニッケルめっき層６０、金めっき層７０及び絶縁材８０を取り外す。その後、絶縁材８０を研磨し、ポスト５０の図示上端を絶縁材８０から露出させる。その一方で、犠牲層２０を研磨して除去し、はんだ９０を絶縁材８０から露出させる。その後、銅（Ｃｕ）を選択的に溶解させるエッチング液を用いてポスト５０をエッチングする。研磨された絶縁材８０がガイド板３００となる。ポスト５０がエッチングにより除去されることにより、絶縁材８０に形成された孔が貫通孔３１０となる。前記孔の内面上のニッケルめっき層６０が第１金属層３２１、ニッケルめっき層６０上の金めっき層７０が第２金属層３２２となる。貫通孔３１０に残されたはんだ９０が導電接合部９００となる。この場合、プローブ４００の接続部４１０に導電接合部９００を付着させずに、ガイド板３００の貫通孔３１０内に挿入し、導電接合部９００に当接させる。この状態で、ガイド板３００の外部から加熱し、導電接合部９００を溶解させる。導電接合部９００が冷えて硬化し、貫通孔３１０内でプローブ４００の接続部４１０を電極１１０の中央部及び第２金属層３２２に接合する。なお、貫通孔内に金属層が設けられない場合にも、ガイド板の作成時に貫通孔内にはんだを設けることが可能である。

上記実施例では、プローブ４００は、円柱状の針であるとした。しかし、プローブは、ガイド板の貫通孔に部分的に挿入され、導電接合部により配線基板の電極に接合され得るものである限り任意に設計変更することが可能である。例えば、プローブは、部分的に湾曲、折り曲げ又は傾斜した形状とすることが可能である。また、プローブの接続部の形状は、配線基板の貫通孔の形状に応じて適宜変更することが可能である。

上記実施例では、導電接合部９００は、はんだであるとした。しかし、導電接合部は、プローブを配線基板の電極及びガイド板の貫通孔の内面に接合する又はプローブを配線基板の電極及びガイド板の貫通孔の内面上の金属層に接合するものである限り任意に設計変更することが可能である。

メイン基板５００、中継部材６００、補強板７００及び支持部８００は、省略可能である。また、配線基板を他の基板（メイン基板を含む。）に接続するか否かについては適宜設計変更することが可能である。配線基板自体をメイン基板として用いることが可能である。配線基板と他の基板との電気的な接続は、中継部材６００に限定されることはなく、プローブやケーブル等の周知の接続部材を用いることが可能である。

なお、上記実施例及び設計変更例の説明では、プローブカードの各部を構成する素材、形状、寸法、数及び配置等はその一例を説明したものである。よって、プローブカードの各部を構成する素材、形状、寸法、数及び配置等は、上記実施例などと同様の機能を実現し得る限り任意に設計変更することが可能である。

１００・・・配線基板
１０１・・第１面
１０２・・第２面
１１０・・電極
１２０・・電極
２００・・・接着層
３００・・・ガイド板
３１０・・貫通孔
３２１・・第１金属層
３２２・・第２金属層
４００・・・プローブ
４１０・・接続部
４２０・・接触部
５００・・・メイン基板
６００・・・中継部材
７００・・・補強板
８００・・・支持部

Claims

第１面と、前記第１面上に間隔をあけて設けられた複数の電極とを有する配線基板と、
前記配線基板の第１面上に少なくとも前記電極の一部を露出させるように設けられた絶縁性を有する接着層と、
前記接着層上に設けられた絶縁板であり且つ前記電極に対応する位置に設けられた複数の貫通孔を有するガイド板と、
前記ガイド板の貫通孔に部分的に挿入された複数のプローブと、
前記ガイド板の貫通孔内に設けられ、前記プローブを前記電極と前記貫通孔の内面とに接合した複数の導電接合部とを備えたプローブカード。
請求項１記載のプローブカードにおいて、
前記ガイド板の貫通孔の内面には、当該内面よりも前記導電接合部と密着性が高い密着増強層が設けられており、
前記導電接合部は、前記プローブを前記電極と前記密着増強層とに接合しているプローブカード。