JP4266331B2

JP4266331B2 - プローブユニットの製造方法

Info

Publication number: JP4266331B2
Application number: JP2003205807A
Authority: JP
Inventors: 哲司上野; 親臣森; 勝彦佐藤
Original assignee: Japan Electronic Materials Corp
Current assignee: Japan Electronic Materials Corp
Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2023-08-04
Also published as: JP2005055194A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＬＳＩチップなどの半導体デバイスの電気的諸特性を測定するプローブカードに関し、上記プローブカードに装着されるプローブユニットの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩチップなどの半導体デバイスの電気的諸特性を測定するプローブカードＡは図５に示すように、テスター等の検査用測定器（図示省略）に接触される第１接続用電極４を有するメイン基板１、上記第１接続用電極と電気的に導通する複数のスルーホール９を有するサブ基板３、上記スルーホール９に着脱可能に挿通する接続ピン７、一方の主面２ａに接続ピン７を装備し、他方の主面２ｂにＩＣチップ等の被検査対象物である半導体デバイス（図示省略）に接触される複数の接触子６を設けたスペーストランスフォーマー２、並びにこのスペーストランスフォーマー２を上記メイン基板１に装着する保持具１０とから構成されている。
【０００３】
ＬＳＩチップなどの半導体デバイスの検査には、複数のチップを同時に測定することが求められており、近年そこで使用するプローブカードの電極数が更に増加しても、より電気的接触の安定性が高く、高性能、高信頼性のプローブカードが要求されている。更に、上記プローブカードにおいては、扱う電流が微小であると共に多数回、接離を繰り返すため、特にその接触子の接触圧の安定性や電気導通特性の安定・維持が望まれ、接触子の取付強度や耐久性の向上が要求されている。又、半導体デバイスの製造工程の円滑な流れを維持するためにはプローブカードの迅速な供給が不可欠であり、特に後述するプローブユニットにおける効率の良い製造方法が求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
プローブカードにおいては、複数の接触子６，６を基板（スペーストランスフォーマー２を含む）に装着したものをプローブユニットと称し、従来のプローブユニットでは、複数の接触子６，６がスペーストランスフォーマー２の第２主面２ｂに半田付けで固定され、更に接続ピン７がスペーストランスフォーマー２の第１主面２ａに半田付けで固定される。
【０００５】
ところが、従来の半田付けによる接合方法では、半田自体の強度が繰り返し使用に対する耐久性において十分なものではなく、接触子６，６が被検査対象物に接触した際の衝撃や振動による接合部の破断、緩み、位置ズレなどが発生し易く、接合強度に対する改良が急務であった。
【０００６】
又、従来の半田付けや銀ペーストを用いる接合方法では、（接合温度）＝（接合材料の融点）となるため、一つの接触子を接合しようと加熱すると、既に接合済の、隣の接触子の接合が熱の影響を受けて緩んでしまうという不具合が生じ、従って局所的な加熱が可能な、スポット径の小さなレーザー装置等の高価な加熱装置を使用せざるを得ず、製造コスト高騰の一因となっていた。
【０００７】
加熱装置として汎用のスポット径の大きなレーザー装置等を使用する場合、従来の半田付けによる接合では、例えば一つの接触子を接合した後、隣接する次の接触子を接合する間、一つ目の接触子を動かないように押えておくなどの措置が必要であり、大量の接触子を短時間のうちに接合することが必要な実際の製造工程では極めて非効率的であり、対応不可能であった。
【０００８】
そこで本発明の目的は、このような従来の製造方法が有していた課題を解決することであり、耐久性が高く、連続的に効率よく高精度に接合された接触子を備えたプローブユニットと、その製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のプローブユニット製造方法は、第１の接触子の錫メッキされた端子部を、基板上の第 1 の電極の金メッキされた接触子装着面に接触させる第1の工程、該第1の接触子の端子部と該第１の電極の接触子装着面との接触部を加熱し、金−錫の金属間化合物を形成させる第２の工程、第２の接触子の錫メッキされた端子部を、該基板上の該第１の電極に隣接する第２の電極の金メッキされた接触子装着面に接触させる第３の工程、及び該第２の接触子の端子部と該第２の電極の接触子装着面との接触部を加熱し、金−錫の金属間化合物を形成させる第４の工程を含み、該第１の工程と該第２の工程の後に該第３の工程と該第４の工程を行うことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００１１】
図１は本発明におけるプローブユニットの接合部の拡大断面図、図２は本発明の金属間化合物が生成されるプロセス図、図３はロボット装置による本発明のプローブユニットの製造方法を示す模式図で、図４は本発明の接触子接合方法の熱放射の様子、および別のロボット装置による製造方法を示す模式図を示し、図５は従来のプローブユニットを装着したプローブカードの断面を示す。
【００１２】
プローブカードは、それに装着されるプローブユニットを除き従来例に等しいため、図５を用いて説明する。
【００１３】
プローブカードＡは、図５に示すように、テスター等の検査用測定器（図示省略）に接触される第１接続用電極４を有するメイン基板１、上記第１接続用電極と電気的に導通する複数のスルーホール９を有するサブ基板３、上記スルーホール９に着脱可能に挿通する接続ピン７、一方の主面２ａに接続ピン７を装備し、他方の主面２ｂにＩＣチップ等の被検査対象物である半導体デバイス（図示省略）に接触される複数の接触子６を設けたスペーストランスフォーマー２、並びにこのスペーストランスフォーマー２を上記メイン基板１に装着する保持具１０から構成されている。
【００１４】
半導体デバイスの測定は、プローブカードＡの接触子６をＩＣチップ等の被検査対象物（図示省略）に押圧接触し、スペーストランスフォーマー２、サブ基板３を介し、テスター等の検査用測定器（図示省略）をメイン基板１の第１接続用電極４に接触させて行う。
【００１５】
メイン基板１は、図５に示すように、検査用測定器に電気的に導通する複数の第１接続用電極４，４を第１主面１ａに装備し、後述のサブ基板３に対する電気的導通用としての複数の第２接続用電極５，５を第２主面１ｂに装備し、この第２接続用電極５を第１接続用電極４とメイン基板内の配線にて電気的に導通している。
【００１６】
メイン基板１は、第２主面１ｂの狭い間隔の隣り合う第２接続用電極間隔から第１主面１ａの広い間隔の隣り合う第１接続用電極間隔へと変換して、測定器の電極間に相当する広い間隔に第１主面１ａの第１接続用電極を配置している。
【００１７】
メイン基板１は、第１主面１ａに補強板８を設けている。この補強板８は、メイン基板の第１主面１ａに接触する測定器の接触圧力の変化によって、又、電気的接触によって発生する熱をメイン基板１が吸収し、メイン基板１の温度分布による熱膨張差によって反りが発生し、メイン基板１が湾曲状に変形して電気的導通不良を起こすという不具合を解消するために設けている。
【００１８】
サブ基板３は、図５に示すように、メイン基板１の第２主面１ｂと向かい合う第１主面３ａと、後述のスペーストランスフォーマー２の第１主面２ａと向かい合う第２主面３ｂとを設け、この第１主面３ａと第２主面３ｂとの間に複数のスルーホール９，９を設けている。
【００１９】
このスルーホール９は、第１主面３ａ、第２主面３ｂ間を導電性メッキ層を有して貫通しており、第１主面３ａに装備した複数の第３接続用電極１５，１５と電気的に導通している。
【００２０】
サブ基板３は、サブ基板３の第３接続用電極１５とメイン基板１の第２接続用電極５との間を半田、導電性樹脂等による導電体１３にて固定されており、この導電体部分以外のメイン基板１の第２主面１ｂと、向かい合うサブ基板３の第１主面３ａとの間に基板接着用の樹脂部材１４を装填している。これにより、サブ基板３は、メイン基板１と電気的に導通しながら、一体的に結合することとなる。
【００２１】
スペーストランスフォーマー２は、図５に示すように、サブ基板３の第２主面３ｂと向かい合う第１主面２ａと、半導体デバイスの高密度に配置された電極パッド（図示省略）に接触するための複数の接触子６，６を装備した第２主面２ｂとを設けている。
【００２２】
スペーストランスフォーマー２の第１主面２ａには複数の第４接続用電極１６，１６を装備しており、この第４接続用電極１６上に接続ピン７が固定されている。又、スペーストランスフォーマー２の第２主面２ｂには複数の第５接続用電極１７，１７を装備しており、この第５接続用電極１７に接触子６が半田付けにより固定されている。
【００２３】
このスペーストランスフォーマー２の第４接続用電極１６は、第５接続用電極１７とスペーストランスフォーマー２内の配線にて電気的に導通されており、スペーストランスフォーマー２の複数の隣り合う接触子６間は半導体デバイスの電極パッド（図示省略）の狭い間隔に対応するようにしている。
【００２４】
スペーストランスフォーマー２をメイン基板１に装着する保持具１０は、図５に示すように、メイン基板１に螺着するネジ１１と、スペーストランスフォーマー２の歪みを抑えるスプリング１２，１２とからなっている。
【００２５】
スペーストランスフォーマー２側よりネジ１１のネジ頭を回してメイン基板１から取り外せば、サブ基板３を一体的に結合したメイン基板１と、スペーストランスフォーマー２とが分解でき、スペーストランスフォーマー２の接続ピンの不良等を取り替えることができる。又、逆にネジ１１を逆回しすることで、スペーストランスフォーマー２とメイン基板とを組立てることができる。
【００２６】
スペーストランスフォーマー２に装備された接続ピン７は、サブ基板３のスルーホール９内に向けて挿通しており、図５に示すように、導電性メッキ層を有するスルーホール９内と弾性的に接触を行い、電気的に導通するようにしている。
【００２７】
接続ピン７は、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の良導電性金属材料からエッチング、プレス、或いは電鋳等にて製造され、好ましくは金（Ａｕ）、又は錫（Ｓｎ）にてメッキ処理されたもので、その先端形状はスルーホールへの挿通をスムーズにするためＵ字型あるいはＶ字型形状としている。
【００２８】
接触子６は、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の良導電性金属材料からエッチング、プレス、或いは電鋳等にて製造され、図１、図２に示されるように、少なくとも基板と接する端子部を錫（Ｓｎ）メッキ処理されたものとする。上記加工方法では金属の曲げを伴わないで成形されるため、曲げ加工によるもののような金属疲労が残留しておらず、繰り返し使用においてもバネ性が劣化せず、耐久性に優れたものを得ることができる。
【００２９】
プローブユニットの製造は、図３に示されるように、作業台に載置した基板（スペーストランスフォーマー２）に対し、ストックされた接触子６を、ロボット装置１００を用い、チャック部１０２にて一つずつピックアップし、アーム１０１を旋回させて接合位置に運び、押圧し、加熱手段（図示省略）で溶融して装着される。
【００３０】
基板（スペーストランスフォーマー２）上の配線パターンは、図１、図２に示されるように、少なくとも接触子６との接合個所が電極として金（Ａｕ）メッキされており、接触子６は、上述したように少なくとも基板と接する端子部が錫（Ｓｎ）メッキ処理されたものを使用する。
【００３１】
接合個所の加熱は、図４に示されるように、作業台の上面から、接合しようとする接触子６にレーザー等を照射することで行われる。
【００３２】
金（Ａｕ）の融点は１０６３℃で、錫（Ｓｎ）の融点は２３２℃だが、両者が圧接され、同時に加熱される状態では２８３℃に達した時点で合金化し、溶融・混合される。半田付け等の場合、凝固させるには温度を溶融温度以下に下げる必要があるが、金−錫の場合、溶融・混合された時点で両者の金属間化合物が生成され、その金属間化合物の融点が３２０℃〜３８０℃まで上がるため、最初に溶融した温度（２８３℃）のままで凝固する。
【００３３】
従って、製造に際して接触子を一回接合する度に温度を下げる必要がなく、また接合済の隣の接触子が熱の影響を受けることもないため、連続して接合可能であり、図４に楕円範囲で示されるようにスポット径の大きい汎用レーザー等が使用可能となる。ただし、加熱装置についてはこれに限定されるものではない。
【００３４】
更に、こうして得られた金−錫の金属間化合物による接合は、従来の半田付けと比較して３倍以上の剥離強度を有し、接触子が被検査対象物に接触した際の衝撃や振動による接合部の破断、緩み、位置ズレなどが抑えられ、十分な繰り返し耐久性を得ることができる。
【００３５】
又、接合済の隣の接触子が熱の影響を受けることがないため、プローブユニット基板に対する接触子の位置決め・接合をロボット装置で連続的に行えるようになり、正確で処理能力が高く、コストの安い製造方法を得ることができる。
【００３６】
図４は又、プローブハンドラー２００という、図３に示したロボット装置１００とは別のロボットを示している。プローブハンドラー２００は、多数の接触子６を自身のアームにストックし、ロボット装置１００のような旋回動作を行うことなく連続的にプローブユニット基板に対する接触子の位置決め・接合を行う装置で、より高速化を図ったものである。ただし発明の主旨から明らかなように、ロボット装置はこれらに限定されるものではない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のプローブユニット製造方法は、第１の接触子の錫メッキされた端子部を、基板上の第1の電極の金メッキされた接触子装着面に接触させる第1の工程、該第1の接触子の端子部と該第１の電極の接触子装着面との接触部を加熱し、金と錫が合金化する温度で溶融して金−錫の金属間化合物を形成させ、最初に溶融した温度のままで凝固させる第２の工程、第２の接触子の錫メッキされた端子部を、該基板上の該第１の電極に隣接する第２の電極の金メッキされた接触子装着面に接触させる第３の工程、及び該第２の接触子の端子部と該第２の電極の接触子装着面との接触部を加熱し、金と錫が合金化する温度で溶融して金−錫の金属間化合物を形成させ、最初に溶融した温度のままで凝固させる第４の工程を含み、該第１の工程と該第２の工程の後に該第３の工程と該第４の工程を行うことを特徴とするが、その時に形成される金−錫の金属間化合物が金−錫の合金化温度を上回る融点を持つため、最初に溶融した温度のままで凝固し、製造に際して接触子を一回接合する度に温度を下げる必要がなく、また接合済の隣の接触子が熱の影響を受けることもないため、連続して接合可能であり、加熱装置においてもスポット径の大きい、汎用レーザー等が使用可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプローブユニットの接合部の拡大断面図を示す。
【図２】本発明の金属間化合物が生成されるプロセスを示す。
【図３】本発明のプローブユニットのロボット装置による製造方法を示す模式図。
【図４】本発明の接触子接合方法の熱放射の様子、および別のロボット装置による製造方法を示す模式図。
【図５】従来のプローブユニットを装着したプローブカードの断面を示す。
【符号の説明】
Ａプローブカード
１メイン基板
１ａメイン基板の第１主面
１ｂメイン基板の第２主面
２スペーストランスフォーマー
２ａスペーストランスフォーマーの第１主面
２ｂスペーストランスフォーマーの第２主面
３サブ基板
３ａサブ基板の第１主面
３ｂサブ基板の第２主面
４第１接続用電極
５第２接続用電極
６接触子
７接続ピン
８補強板
９スルーホール
１０保持具
１１ネジ
１２スプリング
１３導電体
１４樹脂部材
１５第３接続用電極
１６第４接続用電極
１７第５接続用電極
１００ロボット装置
１０１アーム
１０２チャック
２００プローブハンドラー

Claims

第１の接触子の錫メッキされた端子部を、基板上の第1の電極の金メッキされた接触子装着面に接触させる第1の工程、該第1の接触子の端子部と該第１の電極の接触子装着面との接触部を加熱し、金と錫が合金化する温度で溶融して金−錫の金属間化合物を形成させ、最初に溶融した温度のままで凝固させる第２の工程を含み、
上記第 1 の工程と上記第２の工程を繰り返して、複数の接触子を基板上の各電極に接合する際に、
接合済みの接触子の温度を下げずに、接触子を基板上の各電極に順次接合することを特徴とするプローブユニットの製造方法。