JP4486248B2

JP4486248B2 - プローブカード及びその製造方法

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Publication number: JP4486248B2
Application number: JP2000347593A
Authority: JP
Inventors: 義栄長谷川
Original assignee: Micronics Japan Co Ltd
Current assignee: Micronics Japan Co Ltd
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2020-11-15
Also published as: JP2001249145A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの検査に用いるプローブカード及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路（ＩＣ）のような半導体デバイスは、回路が仕様書通りに動作するか否かの通電試験（検査）をされる。そのような通電試験は、ウエーハからチップに切り離す前に行われることが多く、また針先（接触子）をチップの電極に押圧される複数のプローブ（又はプローブ要素）を備えたプローブカードを用いて行われる。
【０００３】
この種のプローブカードの１つとして、ＩＣチップの接続工程に用いられているワイヤボンディング技術を用いて複数のプローブ要素を製作したいわゆるワイヤタイプのプローブカードがある。ワイヤタイプの縦型プローブカードにおいて、各プローブ要素は、途中において湾曲されてはいるものの、全体的に縦型に形成されている。
【０００４】
ワイヤタイプの縦型プローブカードは、金属細線から形成されたプローブをカード基板に配置したプローブカード、ブレード状のプローブをブロックに配置したプローブカード、複数のプローブ要素を有するフィルム状プローブユニット（プローブシート）を用いたプローブカード等に比べ、プローブ要素を公知のワイヤボンディング技術により製作することができることから、製作が容易で、廉価になる等の利点を有する。
【０００５】
【解決しようとする課題】
しかし、従来のワイヤタイプの縦型プローブカードでは、ボンディングワイヤ自体をプローブ要素としているから、半導体デバイスの電極に押圧されるコンタクト部が半導体デバイスに対し変位しやすく、したがって正確な検査が行われないことが多い。
【０００６】
それゆえに、ワイヤタイプの縦型プローブカードにおいては、半導体デバイスに対するコンタクト部の位置を安定させることが重要である。
【０００７】
【解決手段、作用及び効果】
本発明に係るプローブカードは、基板と、該基板の一方の面に配置されかつ前記基板と反対側に開放するケースと、該ケースの開放部に配置されたフィルム状のベースと、前記ケース及び前記ベースを前記基板の厚さ方向に貫通する複数のプローブ要素とを含む。前記プローブ要素は、前記ベースをその厚さ方向に貫通する板状の座部と、該座部から前記ケースを前記基板の厚さ方向に貫通して前記基板に達するリード部と、前記座部から前記リード部と反対側に突出する複数の突起とを備える。前記突起は仮想的な中心線の周りに角度的に間隔をおいている。前記ベースは各座部の周りを延びるスリットを有する。
【０００８】
上記のプローブカードにおいて、プローブ要素の突起は、半導体デバイスの電極に押圧されるコンタクト部として用いられる。突起すなわちコンタクト部は、フィルム状のベースをその厚さ方向に貫通する座部に設けられているから、半導体デバイスに対し大きく変位するおそれはない。このため、本発明によれば、半導体デバイスに対するコンタクト部の位置が安定する。
【０００９】
前記リード部は、導電性の心線と、該心線の周りに形成された被覆層とを備えることができる。そのようにすれば、心線として金のような軟質金属を用いても、リード部の機械的強度は被覆層により維持される。
【００１０】
前記突起は錐形の形状を有することができる。そのようにすれば、コンタクト部が半導体デバイスの電極に押圧されたことにより、突起の先端が電極に確実に食い込むから、プローブ要素と半導体デバイスの電極との電気的接続が確実になる。
【００１１】
前記座部は前記ベースから前記ケース体と反対の側に突出していることができる。そのようにすれば、コンタクト部が半導体デバイスの電極に押圧されたとき、座部がケース側に多少変位しても、ベースが半導体デバイスの電極に接触するおそれがない。
【００１２】
前記ベースが各座部の周りを伸びるスリットを有すると、プローブ要素、特に座部が独立するから、ベースに対するプローブ要素の変位の相互干渉が小さくなる。
【００１３】
前記座部は、前記スリットにより前記ベースから完全に切り離されていてもよいし、前記座部の周りの一部において前記ベースに当接していてもよく、さらには前記ベースから切り離されていなくてもよい。
【００１４】
プローブカードは、さらに、前記ケース内に配置されたゴムや合成樹脂のような弾性体を含むことができる。そのようにすれば、ケース内におけるリード部の大きな変形が防止されるから、ベースに対する突起の位置がより安定する。
【００１５】
前記弾性体は、前記ベースの前記スリットに続く第２のスリットを有することができる。そのようにすれば、プローブ要素の座部と、これに接する弾性体の部位とが独立するから、ベースに対するプローブ要素の変位の相互干渉が著しく小さくなる。
【００１６】
前記突起が仮想的な中心線の周りに角度的に間隔をおいていると、突起の外周部の少なくとも一部を半導体デバイスの半球状のバンプ電極に接触させることができるから、そのようなバンプ電極の頂部を損傷するおそれがない。
【００１７】
前記座部は、前記ベースから前記ケースと反対側に突出しており、また隣り合う前記突出部の間に凹所を有することができる。そのようにすれば、凹所がバンプ電極の頂部の逃げとして作用するから、バンプ電極の頂部をより損傷するおそれがない。
【００１８】
本発明に係るプローブカードの製造方法は、平板状の基材に該基材を厚さ方向に貫通する貫通穴を形成すると共に、前記貫通穴の周りに角度的間隔をおいた錐形の複数の凹所を基材の一方の面側に形成し、電気的絶縁性の棒状部材を前記貫通穴に前記棒状部材の先部が前記基材の一方の面側に突出する状態に挿入し、感光剤を前記基材の一方の面に前記棒状部材が隠蔽される状態に配置し、前記棒状部材の先端及び前記凹所を含む前記感光剤の領域に感光及びエッチング処理を行って前記領域の感光剤を除去し、座及び該座から突出する複数の突起を前記除去された領域にメッキにより形成し、残存する前記感光剤を除去した後、前記座部から前記突起と反対の側に突出するリード部を形成し、第２の感光剤を前記基材の前記座部及び前記突起の側の面に塗布した後、該第２の感光剤にベースとなる膜を形成し、前記第２の感光剤を除去した後、前記膜に前記座部の周りを延びるスリットを形成することを含む。このような製造方法によれば、レーザ加工によることなく、凹所を座部に形成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１から図３を参照するに、プローブカード１０は、半導体デバイスとしての集積回路（ＩＣ）チップの通電試験（検査）に用いられるワイヤタイプの縦型プローブカードである。
【００２０】
プローブカード１０は、円形又は矩形の基板１２と、基板１２の下面に配置されたケース１４と、ケース１４の下端に配置されたフィルム状のベース１６と、ケース１４内に充填されたゴム状の弾性体１８と、ケース１４、ベース１６及び弾性体１８を基板１２の厚さ方向に貫通して基板１２に達する複数のプローブ要素２０とを含む。
【００２１】
基板１２は、プローブ要素２０に個々に対応された複数の配線を電気絶縁性のシート状部材又は板状部材に一層又は多層に形成した接続基板である。ケース１４は、合成樹脂のような電気絶縁材料により下方に開放する浅い箱の形に形成されており、また箱の底に対応する部位（上壁）において基板１２に組み付けられている。ケース１４は、円形又は矩形の平面形状を有する。
【００２２】
ベース１６は、ポリイミドのような電気絶縁材料から形成されたフィルム層であり、またケース１４にその開放端を閉鎖する状態に組み付けられている。弾性体１８は、シリコーンゴムのような電気絶縁材料から形成されている。プローブ要素２０は、検査すべきＩＣチップの電極に個々に対応されており、そのＩＣチップの電極の配列パターンに対応した配列パターンに配置されている。
【００２３】
各プローブ要素２０は、ベース１６をその厚さ方向に貫通する円板状の座部２２と、座部２２から弾性体１８及びケース１４の底部（上壁）を基板１２の厚さ方向（上下方向）に貫通して基板１２に達するリード部２４と、座部２２からリード部２４と反対側（下方側）に突出する角錐状の突起２６とを備える。
【００２４】
座部２２は、その周りを伸びると共にベース１６を厚さ方向に貫通する状態にベース１６に形成された環状のスリット２８により、ベース１６から完全に切り離されて、ベース１６及び隣の座部２２から独立されている。
【００２５】
リード部２４は、図４に示すように、導電性の心線３０の周りに補強層すなわち被覆層３２を形成している。そのようなリード部２４は、金のような材料を用いた心線３０の周りにニッケルのような金属材料をメッキすることにより得ることができる。これにより、金のように導電性の軟質金属線を心線３０として用いても、リード部２４の機械的強度は補強層３２により維持される。
【００２６】
リード部２４は、ケース１４内において弧状に湾曲されている。しかし、リード部２４は、図５（Ａ）に示すようにケース１４内において湾曲されていなくてもよいし、図５（Ｂ）から（Ｇ）に示すようにケース１４内おいて他の適宜な形状に湾曲されていてもよい。いずれの場合も、座部２２はベース１６と平行に維持されている。
【００２７】
上記のようなリード部２４は、いずれも、ＩＣチップの接続工程に用いられているワイヤボンディング技術を用いて形成することができる。リード部２４は、その上端において、基板１２の対応する配線に電気的に接続されている。リード部２４を接着剤のような適宜な手段によりケース１４の底部（上壁）に固定してもよい。
【００２８】
プローブカード１０は、基板１２を例えば配線基板として作用するカード基板に装着することにより、プローブカードに組み立てられる。プローブカード１０において、プローブ要素２０の突起２６は、検査すべきＩＣチップの電極に押圧されるコンタクト部として用いられる。
【００２９】
コンタクト部すなわち突起２６が設けられている座部２２は、フィルム状のベース１６をその厚さ方向に貫通している。このため、座部２２がベース１６に対して大きく変位するおそれがないから、突起２６がＩＣチップに対し大きく変位するおそれもなく、したがってＩＣチップに対するコンタクト部の位置が安定する。
【００３０】
突起２６がＩＣチップの電極に押圧されると、プローブ要素２０は、座部２２がケース１４側に移動するように、変位される。しかし、このとき、座部２２がその周りを伸びるスリット２８によりベース１６及び隣りの座部２２から独立されているから、ベース１６に対する隣り合うプローブ要素２０の変位の相互干渉は小さい。
【００３１】
また、突起２６がＩＣチップの電極に押圧されると、座部２２は弾性体１８を圧縮する。これにより、突起２６とＩＣチップの電極との間に作用する針圧が大きくなる。このとき、リード部２４がケース１４内において変形するが、リード部の大きな変形は弾性体１８により防止され、その結果ベース１６に対する突起２６の位置がより安定する。
【００３２】
突起２６は、図示の例では角錐形であるが、円錐形のような他の錐形を有していてもよい。いずれの場合も、突起２６がＩＣチップの電極に押圧されたことにより、突起２６の鋭い先端が電極に確実に食い込むから、プローブ要素２０とＩＣチップの電極との電気的接続が確実になる。
【００３３】
上記実施例では、座部２２が環状のスリット２８によりベース１６から完全に切り離されているが、図６に示すようにＣ字状のスリット３４とすることにより座部２２をその周りの一部においてベース１６に接触させてもよい。また、スリット２８又は３４をベース１６に形成しないことにより、座部２２をベース１６から切り離さなくてもよい。
【００３４】
また、図７に示すようにスリット２８に続く環状のスリット３６を弾性体１８に形成してもよいし、図８に示すようにスリットに続くＣ字状のスリット３８を弾性体１８に形成してもよい。さらには、Ｃ字状のスリットに続くＣ字状のスリットを弾性体に形成してもよい。
【００３５】
図７又は図８に示すように、環状又はＣ字状のスリット３６又は３８を弾性体１８に形成するならば、座部２２とこれに接する弾性体１８の部位とが独立するから、ベース１６に対するプローブ要素２０の変位の相互干渉が著しく小さくなる。
【００３６】
図９に示す実施例においては、座部４０をベース１６から下方に突出させている。このようにすれば、突起２６がＩＣチップの電極に押圧されたとき、座部４０がケース１４側に多少変位しても、ベース１６がＩＣチップの電極に接触するおそれがない。
【００３７】
次に、図１から図３に示すプローブカードの製造方法を、図１０から図１３を参照して説明する。
【００３８】
先ず、図１０（Ａ）に示すように、角錐形をした複数の穴すなわち凹所５０が金属製の基材５２の上面にあけられる。凹所５０は、プローブ要素２０の突起２６に個々に対応し、したがって検査すべきＩＣチップの電極配列に対応した配列に形成される。
【００３９】
次いで、図１０（Ｂ）に示すように基材５２の上面にホトレジストすなわち感光剤５４が塗布される。
【００４０】
次いで、その感光剤５４が所定のパターンに露光されて、感光剤５４が図１０（Ｃ）に示すように所定のパターンに除去される。感光剤５４が除去される領域は、凹所５０の位置を中央とする領域である。
【００４１】
次いで、図１０（Ｄ）に示すように、感光剤５４の除去された箇所にメッキをされて、座部２２及び突起２６が形成される。
【００４２】
次いで、図１０（Ｅ）に示すように、感光剤５４が除去される。
【００４３】
次いで、図１１（Ａ）に示すように、座部２２から伸びるリード部２４がワイヤボンディング技術により形成される。これにより、複数のプローブ要素２０が形成される。
【００４４】
次いで、図１１（Ｂ）に示すように、ポリイミドの膜５６が基材５２の上面に形成される。この膜５６は、ベース１６として作用する。
【００４５】
次いで、図１２（Ａ）に示すように、リード部２４がケース１４の上壁に形成された穴に通されてケース１４に固定され、ベース１６がケースの開放端に装着される。これらの作業は、基材５２をベース１６に装着させた状態で行うことができるから、容易である。
【００４６】
次いで、図１２（Ｂ）に示すように、シリコーンゴムのような弾性体１８がケース１４内に充填される。
【００４７】
次いで、図１３（Ａ）に示すように基材５２が取り除かれ、その後図１３（Ｂ）に示すようにスリット２８が座部２２の周りに形成される。スリット２８は、レーザ加工又はエッチング加工により形成される。
【００４８】
次に、図９に示す突出した座部４０を用いるプローブカードの製造方法を、図１４及び図１５を参照して説明する。
【００４９】
先ず、図１０（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示す工程が行われる。
【００５０】
次いで、図１４（Ａ）に示すように、感光剤５４の除去された箇所にメッキをされて、第１の座部４０ａ及び突起２６が形成される。
【００５１】
次いで、図１４（Ｂ）に示すように、第１の座部４０ａ及び感光剤５４の上面に第２の感光剤６０が塗布される。
【００５２】
次いで、第２の感光剤６０が所定のパターンに露光されて、第２の感光剤６０が図１４（Ｃ）に示すように所定のパターンに除去される。第２の感光剤６０が除去される領域は、第１の座部４０ａに対応する領域である。
【００５３】
次いで、図１４（Ｄ）に示すように、第２の感光剤６０の除去された箇所にメッキをされて、第２の座部４０ｂが形成される。
【００５４】
次いで、図１０（Ｅ）に示すように、第２の感光剤６０が除去される。
【００５５】
次いで、図１１（Ａ）及び（Ｂ）、図１２（Ａ）及び（Ｂ）並びに図１３（Ａ）の工程が行われる。これにより、図１５（Ａ）に示すように弾性体１８がケース１４内に充填され、基材５２が取り除かれる。
【００５６】
次いで、図１５（Ｂ）に示すように、感光剤５４が除去される。これにより、第１の座部４０ａがベース１６から突出される。
【００５７】
次いで、図１５（Ｃ）に示すように、スリット２８がレーザ加工又はエッチング加工により、座部２２の周りに形成される。これにより、プローブカードが形成される。
【００５８】
突起２６は、上記の実施例では角錐形（又は、円錐形）をした突起電極であるが、半球状、短い円柱状、リング状、直方体状等、他の形状を有する突起電極であってもよい。
【００５９】
図１６及び図１７に示すプローブ要素７０のように、各プローブ要素は、、座部からリード部と反対側に突出してかつ仮想的な中心線の周りに等角度的に間隔をおいた複数の突起２６を有していてもよい。
【００６０】
図１６及び図１７に示すプローブ要素７０において、座部４０は、ベース１６からリード部２４と反対側に突出しており、またスリット２８によりベース１６から切り離されており、さらに突出部２６の間に凹所７２を有している。弾性体１８は、スリット２８に続くスリット３６を有している。
【００６１】
プローブ要素７０によれば、突起２６の外周部の少なくとも一部を半導体デバイスの半球状のバンプ電極に接触させることができるから、そのようなバンプ電極の頂部を損傷するおそれがない。また、凹所７２がバンプ電極の頂部の逃げとして作用するから、バンプ電極の頂部をより損傷するおそれがない。
【００６２】
次に、図１６及び図１７に示すプローブ要素７０の製造方法の一例を、図１８及び図１９を参照して以下に説明する。
【００６３】
先ず、図１８（Ａ）に示すように、金属製の平板状基材８０に基材８０を厚さ方向に貫通する複数の貫通穴８２が形成されると共に、貫通穴８２の周りに角度的間隔をおいた錐形の複数の穴すなわち凹所８４が基材８０の上面側に形成される。
【００６４】
次いで、図１８（Ｂ）に示すように、電気的絶縁性の棒状部材８６が貫通穴８２に、棒状部材８６の先部が基材８０の上方に突出する状態に、挿入される。
【００６５】
次いで、図１８（Ｃ）に示すように、感光剤８８が基材８０の上面に、棒状部材８６が隠蔽される状態に、塗布される。
【００６６】
次いで、図１８（Ｄ）に示すように、棒状部材８６の先端及び凹所８４を含む感光剤８８の箇所９０が所定のパターンに感光され、エッチング処理をされて、その箇所９０の感光剤８８が除去される。、
次いで、図１８（Ｅ）に示すように、感光剤８８を除去された箇所９０にメッキがされて、座４０及び座４０から突出する複数の突起２６が形成される。
【００６７】
次いで、図１８（Ｆ）に示すように、残存する感光剤８８が除去される。これにより、座４０及び複数の突起２６が露出される。
【００６８】
次いで、座部４０から伸びるリード部２４がワイヤボンディング技術により形成される。この工程は図１１（Ａ）に示す工程と同じである。これにより、複数のプローブ要素２０が形成される。
【００６９】
次いで、図１９（Ａ）に示すように、感光剤９２が基材８０の上面にプローブ要素７０におけるベース１６からの座部４０の突出高さに対応する厚さ寸法に塗布される。
【００７０】
次いで、図１９（Ｂ）に示すように、ポリイミドの膜９４が感光剤９２の上面に形成される。この膜９４は、プローブ要素７０においてベース１６として作用する。
【００７１】
次いで、リード部２４がケース１４の上壁に形成された穴に通されてケース１４に固定され、ベース１６がケース１４の開放端に装着される。この工程は、図１２（Ａ）に示す工程と同じである。これらの作業は、基材８０をベース１６に装着させた状態で行うことができるから、容易である。
【００７２】
次いで、シリコーンゴムのような弾性体１８がケース１４内に充填される。この工程は、図１２（Ｂ）に示す工程と同じである。
【００７３】
次いで、図１９（Ｃ）に示すように基材８０及び棒状部材８６が取り除かれた後、図１９（Ｄ）に示すように感光剤９２が除去される。
【００７４】
その後、図１６及び図１７に示すスリット２８，３６がレーザ加工又はエッチング加工により座部４０の周りに形成される。
【００７５】
本発明は、半導体ウエーハの未切断チップのみならず、切断後のチップ、パッケージされた集積回路等、他の半導体デバイスの通電試験に用いるプローブカードにも適用することができる。
【００７６】
本発明は、上記実施例に限定されない。本発明は、その趣旨を逸脱しない限り、種々変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプローブカードの要部の縦断面図である。
【図２】図１に示すプローブカードの要部の拡大した縦断面図である。
【図３】図２に示す要部の底面図である。
【図４】プローブ要素の拡大断面図である。
【図５】リード部の伸長状態の各種の変形例を示す図である。
【図６】ベースに形成されたスリットの他の実施例を示す図であって、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は一部を破断して底面側を示す斜視図である。
【図７】スリットを弾性体にも形成した実施例を示す図であって、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は底面図である。
【図８】弾性体に形成されたスリットの他の実施例を示す図であって、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は一部を破断して底面側を示す斜視図である。
【図９】座部をベースから突出させた実施例を示す図であって、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は一部を破断して底面側を示す斜視図である。
【図１０】図１から図３に示すプローブカードの製造工程を説明するための図である。
【図１１】図１０に続く製造工程を説明するための図である。
【図１２】図１１に続く製造工程を説明するための図である。
【図１３】図１２に続く製造工程を説明するための図である。
【図１４】図９に示すプローブカードの製造工程を説明するための図である。
【図１５】図１４の製造工程後の製造工程を説明するための図である。
【図１６】プローブ要素の他の実施例を示す断面図である。
【図１７】図１６に示すプローブ要素の底面図である。
【図１８】図１６に示すプローブ要素の製造工程を説明するための図である。
【図１９】図１８に続く製造工程を説明するための図である。
【符号の説明】
１０プローブカード
１２基板
１４ケース
１６ベース
１８弾性体
２０，７０プローブ要素
２２，４０座部
２４リード部
２６突起
２８，３４ベースのスリット
３０心線
３２被覆層
３６，３８弾性体のスリット

Claims

基板と、該基板の一方の面に配置されかつ前記基板と反対側に開放するケースと、該ケースの開放部に配置されたフィルム状のベースと、前記ケース及び前記ベースを前記基板の厚さ方向に貫通する複数のプローブ要素とを含み、
前記プローブ要素は、前記ベースをその厚さ方向に貫通する板状の座部と、該座部から前記ケースを前記基板の厚さ方向に貫通して前記基板に達するリード部と、前記座部から前記リード部と反対側に突出する複数の突起とを備え、
前記突起は仮想的な中心線の周りに角度的に間隔をおいており、
前記ベースは各座部の周りを延びるスリットを有する、プローブカード。
前記リード部は、導電性の心線と、該心線の周りに形成された被覆層とを備える、請求項１に記載のプローブカード。
前記突起は錐形の形状を有する、請求項１又は２に記載のプローブカード。
前記座部は前記ベースから前記ケースと反対の側に突出している、請求項１から３のいずれか１項に記載のプローブカード。
前記座部は前記スリットにより前記ベースから完全に切り離されている、請求項１に記載のプローブカード。
前記座部はその周りの少なくとも一部において前記ベースに当接している、請求項１に記載のプローブカード。
さらに、前記ケース内に配置された弾性体を含む、請求項１から６のいずれか１項に記載のプローブカード。
前記弾性体は、前記ベースの前記スリットに続く第２のスリットを有する、請求項７に記載のプローブカード。
前記座部は、前記ベースから前記ケースと反対側に突出しており、また隣り合う前記突出部の間に凹所を有する、請求項１に記載のプローブカード。
平板状の基材に該基材を厚さ方向に貫通する貫通穴を形成すると共に、前記貫通穴の周りに角度的間隔をおいた錐形の複数の凹所を基材の一方の面側に形成し、
電気的絶縁性の棒状部材を前記貫通穴に前記棒状部材の先部が前記基材の一方の面側に突出する状態に挿入し、
感光剤を前記基材の一方の面に前記棒状部材が隠蔽される状態に配置し、
前記棒状部材の先端及び前記凹所を含む前記感光剤の領域に感光及びエッチング処理を行って前記領域の感光剤を除去し、
座部及び該座部から突出する複数の突起を前記除去された領域にメッキにより形成し、
残存する前記感光剤を除去した後、前記座部から前記突起と反対の側に突出するリード部を形成し、
第２の感光剤を前記基材の前記座部及び前記突起の側の面に塗布した後、該第２の感光剤にベースとなる膜を形成し、
前記第２の感光剤を除去した後、前記膜に前記座部の周りを延びるスリットを形成することを含む、プローブカードの製造方法。