JP5863168B2 - プローブカード及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体集積回路のような半導体装置の電気的試験に用いるのに好適なプローブカード及びその製造方法に関する。
半導体ウエハに作り込ま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、各チップに分離されるに先立って半導体ウエハの状態で電気的試験を受ける。この半導体ウエハを被検査体とする電気的試験では、テスタと被検査体とを電気的に接続するために、一般的にプローブカードが用いられている。
このプローブカードは、接続基板と、該接続基板の導電路に接続された多数のプローブとを備え、各プローブは、例えば、先端と反対側の基端部で、プローブ基板に設けられた導電性の対応する接続パッドにハンダで固着されている(例えば特許文献1参照)。
接続基板の各接続パッドへの各プローブの固着に先立って、各接続パッドには、例えば印刷技術を用いてクリームはんだが塗布され、対応するプローブの基端部を対応するパッド上のクリームはんだに当接させた状態で、接合部が加熱されることにより、接続基板に各プローブが電気的かつ機械的に結合される。
このようなはんだを用いたプローブの接合では、該プローブの前記基端部と対応する接続パッドとの間に、はんだによる適正なフィレットを形成することにより、各プローブの前記接続基板への結合の信頼性を高めることができる。
しかしながら、各プローブが接続される接続パッドに、印刷技術を用いて予めクリームはんだを塗布する前記したような方法では、集積回路の高密度化に伴う接続パッドの小型化によって、適正なフィレットを生じるに必要な所定量のクリームはんだを各接続パッドに塗布することが困難になる傾向が見られる。このような傾向は、各プローブがニードルと称されるクローム線のような細い金属線からなるプローブカードで顕著に見られる。
特開2002−158264号公報
そこで、本発明の目的は、プローブカードの接続基板と該接続基板に接続されるプローブとの接続部に適正なフィレットを形成するに充分なはんだを供給することにより、接続基板とプローブとのはんだ結合強度に優れたプローブカード及びその製造方法を提供することにある。
本発明に係るプローブカードの製造方法は、複数のプローブのそれぞれを接続するための複数の接続パッドが設けられた面を有する接続基板を準備すること、複数のプローブであってそれぞれが前記接続パッドへの接続端部を有する複数のプローブを準備すること、前記プローブの各接続端部を対応する前記接続パッドに対向させて保持するための貫通孔が板厚方向に形成された保持板を準備すること、各プローブが対応する前記貫通孔に配置され各プローブの前記接続端部が前記保持板の一方の面から突出した状態で前記プローブを前記保持板に保持すること、前記貫通孔に対応して形成され該貫通孔の少なくとも口径以上の口径を有する開口が貫通する板状部材であって前記開口内に前記接続端部を収容するに充分な厚さを有する板状部材の一方の面を前記保持板の一方の面に当接させて前記板状部材を配置すること、前記板状部材の各開口内に収容された前記プローブの各接続端部を埋設するように、前記板状部材の他方の面からクリームはんだを各開口内に供給すること、前記クリームはんだの供給後、前記板状部材を除去した状態で前記保持板に保持された各プローブの前記接続端部を埋設するクリームはんだを前記接続基板の対応する各接続パッドに当接させるように前記接続基板と前記保持板とを相対的に固定した状態で、各プローブの前記接続端部を対応する各接続パッドに結合すべく前記クリームはんだの溶融のために該クリームはんだを加熱することを含む。
また、本発明に係るプローブカードの他の製造方法は、前記保持板に当接して配置される前記板状部材を用いることに代えて、前記保持板の前記貫通孔に、前記保持板の一方の面に開放する拡大口径部を形成し、各プローブが対応する前記貫通孔に配置され各プローブの前記接続端部が前記貫通孔の前記拡大口径部内に位置した状態で前記プローブを前記保持板に保持し、前記保持板に前記プローブを保持した状態で前記プローブの各接続端部を埋設するように、クリームはんだを各拡大口径部から供給することを含む。
本発明に係る前記方法によれば、前記板状部材の開口又は前記保持板の拡大開口部から前記プローブの接続端部にクリームはんだを供給することにより、前記プローブの接続端部と該接続端部が接続される前記接続基板の接続パッドとの間に適正なフィレットを形成するに充分なクリームはんだを供給することができるので、該クリームはんだの溶融後の固化により、前記プローブの接続端部と前記接続基板の接続パッドとの間に適正なフィレットを形成することができる。
前記保持板は、前記接続基板に保持されるセラミック板で構成することができ、該セラミックの前記貫通孔に適用されるフラックスにより、前記セラミック板の前記貫通孔に対応する前記プローブを保持することができる。
前記クリームはんだの溶融のための加熱に加熱炉を用いることができる。この場合、クリームはんだの溶融のための加熱と共に前記フラックスが加熱され、これにより前記フラックススを除去することができる。
本発明に係るプローブカードは、複数の接続パッドが設けられた面を有する接続基板と、対応する前記接続パッドへの接続端部を有し該接続端部が対応する前記接続パッドにはんだで接続される複数のプローブと、前記プローブを受け入れる貫通孔が形成され前記接続基板の前記面に当接して前記接続基板に保持される保持板であって前記貫通孔は前記接続基板の前記面と対向する面に開放し前記接続パッドへの前記プローブの接続端部を受け入れる拡大口径部を有する保持板とを含み、前記拡大口径部内には前記接続端部と対応する前記接続パッドとを結合するはんだでフィレットが形成されていることを特徴とする。
また、本発明に係る他のプローブカードは、複数の接続パッドが設けられた面を有する接続基板と、対応する前記接続パッドへの接続端部を有し該節軸端部が対応する前記接続パッドにはんだ接続される複数のプローブとを含み、前記接続基板の前記面には前記接続パッドを収容するに充分に大きな口径を有する凹所が設けられ、前記接続パッドは前記凹所の底面に配置され、前記凹所内には前記接続端部と対応する前記接続パッドとを結合するはんだでフィレットが形成されていることを特徴とする。
各プローブは、金属線で構成することができる。
前記接続パッドへの前記ニードルの接続端部は、その端面へ向けてのテーパが付された直線部分で構成することができる。
本発明に係る製造方法によれば、前記したように、プローブの接続端部と接続基板の接続パッドとの間に適正なはんだフィレットを形成するに必要なはんだを供給することができるので、前記接続端部と前記接続パッドとの接続強度を高めることにより、接続基板とプローブとのはんだ結合強度に優れたプローブカードを比較的容易に製造することができる。
また、本発明に係るプローブカードによれば、接続基板とプローブとのはんだ結合強度を高めることにより、接続基板とプローブとの接合強度に高い信頼性を示すプローブカードが提供される。
本発明に係るプローブカードを示す断面図である。 図1に示したプローブカードの製造工程を模式的に示す部分拡大図である。 図1に示したプローブカードの他の製造工程を模式的に示す部分拡大図である。 図1に示したプローブカードのさらに他の製造工程を模式的に示す部分拡大図である。 図4に示したプローブカードの他の製造工程の一ステップを模式的に示す部分拡大図である。
本発明に係るプローブカード10は、例えば図示しないが多数の半導体集積回路が作り込まれた半導体ウエハのような被検査体の電気的検査に用いられる。プローブカード10は、図1に示す例では、例えば全体に円形の配線基板12と、該配線基板の一方の面12aで配線基板12の中央部を補強するための補強板14と、配線基板12の他方の面12bで該配線基板に支持される接続基板16と、該接続基板に取り付けられる多数のプローブ18とを備える。補強板14は、従来よく知られているように、ボルトのような締結具20によって配線基板12の一方の面12aに固定されている。
配線基板12の一方の面12aの縁部には、前記被検査体の電気的検査のためのテスタ(図示せず)への接続端となる多数のテスタランド22が配列されている。また、配線基板12の他方の面12bの中央部には、各テスタランド22に対応する接続部(図示せず)が配列されており、該接続部は従来よく知られているように、配線基板12に設けられた図示しない導電路を経て、対応するテスタランド22に接続されている。
接続基板16は、例えば多層配線基板のような配線基板からなり、接続基板16の一方の面16aには、各プローブ18のための接続パッド24(図1の部分拡大図A参照)が配列され、その他方の面16bには、各接続パッド24に対応して設けられまた配線基板12の前記接続部に対向して設けられる接続部(図示せず)が配列されている。プローブ18の接続パッド24及び該接続パッドに対応する前記接続部は、従来よく知られているように、配線基板12の導電路(図示せず)を経て相互に接続されている。
接続基板16は、その他方の面16bに設けられた前記接続部が配線基板12の他方の面12bに設けられた対応する前記接続部に接続されるように、他方の面16bを配線基板12の他方の面12bに対向させて配置されている。補強板14及び配線基板12を貫通して配置されるボルト部材28がその先端を接続基板16の他方の面16bに設けられたアンカ部26に螺合させることより、接続基板16が所定位置で配線基板12の他方の面12bに支持されている。
各プローブ18は、図示の例では、例えばタングステン線のような金属線あるいはMEMSで作られたニッケル合金のような金属線で構成されたいわゆる垂直型プローブである。各プローブ18は、図1の部分拡大図Aに示すように、両端に一直線上に整列する一対の直線部18a、18bと両直線部間の曲線部18cとからなる。一方の直線部18aは、例えばセラミック板のような保持板30を貫通して配置されている。
保持板30には、プローブ18の配列ピッチに対応して、すなわち接続基板16の接続パッド24の配列ピッチに対応して、プローブ18の一方の直線部18aの挿通を許す貫通孔32が保持板30の板厚方向に伸長して形成されている。各プローブ18は、その一方の直線部18aの端末が対応する貫通孔32を経て保持板30の一方の面30aから対応する接続パッド24へ向けて突出する。
後で詳細に述べるプローブ18と接続基板16との接続工程の説明で参照する図2(f)に示されているように、保持板30の一方の面30aから突出する直線部18aの端末部分34がはんだ36を介して対応する接続パッド24に結合されている。したがって、接続基板16の一方の面16aに対向する保持板30の一方の面30aから突出する一方の直線部18aの端末部分34は、接続パッド24への接続端部(34)となる。
保持板30は、各プローブ18を一方の直線部18aで保持すべく、従来よく知られているように、保持板30の外縁を受け入れるべく配線基板16の一方の面16aに保持された環状の保持部材38で接続基板16に所定箇所で支持されている。
プローブカード10は、保持板30により保持された各プローブ18の他方の直線部18bの端末が針先として前記被検査体の電極に接続するように、該検査体に関して位置決められる。このとき、プローブカード10及び前記被検査体間に相近づく方向への相対変位が与えられると、各プローブ18の曲線部18cは、その弾性変形により、プローブ18の他方の直線部18bの端末である針先に直線部18bに沿った弾性変位を許す。この針先の弾性変位は、各プローブ18の針先の高さ位置の製造誤差によるばらつきに拘わらず、すべてプローブ18の針先が確実に対応する前記電極に電気的に接続することを可能にする。これにより、前記被検査体の電極は、該被検査体の電気的検査のために、対応するプローブ18及びこれに電気的に接続されるテスタランド22を経て前記テスタに電気的に接続される。
次に、図2ないし4に沿って、各プローブ18の前記接続端部を接続基板16の対応する接続パッド24に接続する作業工程を説明する。図2ないし4では、図1に示したプローブ18、保持板30及び配線基板12の姿勢が上下方向に反転して示されている。
第1具体例
図2aに示されているように、プローブ18の一方の直線部18aが保持板30の一方の面30aから所定量で突出するように、各プローブ18が対応する保持板30の各貫通孔32に挿入される。図2に示す例では、保持板30の一方の面30aから突出する直線部18aの端末部分すなわち接続端部34は、先細りのテーパ部で構成されており、平坦面34aに帰する。
各プローブ18の接続端部34の保持板30から突出する量が等しくなるように各プローブ18を揃えた状態で、各プローブ18の直線部18aと貫通孔32との間に、例えばはんだフラックスのような仮り止め手段(図示せず)が適用される。このような仮止め手段として一方の直線部18aと貫通孔32の内周壁との摩擦係合を利用することができる。
前記仮止め手段により各プローブ18を保持板30の対応する貫通孔32に保持した状態で、図2(b)に示すように、各貫通孔32に対応した開口40を有する板状部材42が保持板30の一方の面30aに適用される。
板状部材42は、例えば50〜100μmの厚さ寸法を有するポリイミド合成フィルムからなる。開口40は、板状部材42をその一方の面42aから他方の面42bへ貫通し、貫通孔32の口径にほぼ等しい口径を有する。板状部材42は、その開口40が貫通孔32に対応するように一方の面42aが保持板30の一方の面30aに当接して配置されたとき、プローブ18の端末部分34の平坦面34aが開口40内すなわち板状部材42の両面42a、42b間に位置する厚さ寸法を有する。
板状部材42を例えばはんだフラックスのような粘性剤を用いて図2(b)に示すように保持板30に付着した状態で、板状部材42の他方の面42bから開口40内にクリームはんだ36が例えばスキージを用いて充填される。このクリームはんだ36の充填により、各プローブ18の接続端部34は、クリームはんだ36内に埋設され、これにより、はんだフィレットを形成するに必要な量のクリームはんだ36を各接続端部34に適用することができる。
図2(d)に示すように、クリームはんだ36が接続端部34を埋設するように該接続端部にクリームはんだ36を残した状態で、板状部材42がその一方の面42aを保持板30の一方の面30aから離反するように、該保持部材から剥離される。
板状部材42が保持板30から剥離された状態で、各プローブ18の接続端部34に適用されたクリームはんだ36が接続基板16の一方の面16a上の対応する接続パッド24に当接される。これに先立ち、図2(e)に示されているように、従来におけると同様な印刷技術によって、接続基板16の接続パッド24に、クリームはんだ36′を適用しておくことができる。この接続パッド24へのクリームはんだ36′の適用を不要とすることができるが、クリームはんだ36′の適用により、付加的にクリームはんだの適用量を増大することができる。
この場合、各プローブ18の接続端部34のクリームはんだ36と、接続基板16の各接続パッド24上のクリームはんだ36′とが当接するように、仮止め手段あるいは保持部材38により保持板30が接続基板16に結合される。接続パッド24へクリームはんだ36′が適用されない場合、接続端部34のクリームはんだ36が接続パッド24に当接するように保持板30が接続基板16に結合される。
プローブ18を含む接続基板16及び保持板30の結合体は、例えば加熱炉で加熱処理を受ける。この加熱処理によって、両クリームはんだ36、36′が溶融し、その固化によって、図2(f)に示すように、各プローブ18の接続端部34は接続基板16上の対応する接続パッド24に結合される。
この加熱処理後のクリームはんだ36又はクリームはんだ36及び36′の固化に際し、はんだフィレットを形成するに必要な量のクリームはんだ36が板状部材42を用いて予め各プローブ18の接続端部34に適用されているので、該接続端部と接続パッド24との間には適正なはんだフィレットが形成される。
したがって、プローブ18の接続端部34と接続パッド24との接続強度を高めることができ、接続基板16と各プローブ18とのはんだ結合強度に優れたプローブカード10を比較的容易に製造することができる。
また、各プローブ18の保持板30への前記した仮止めで、平坦面34aの高さ位置に僅かなばらつきが生じていても、加熱処理時に接続端部34と接続パッド24との間隔のばらつきを吸収するに充分な量の溶融はんだを介在させることができるので、各プローブ18と対応する接続パッド24との間に確実かつ安定した接合を得ることができる。
前記したところでは、板状部材42の開口40の口径を保持板30の貫通孔32とほぼ同一に設定した例を示したが、板状部材42の隣接する開口40が干渉しない限り、必要量のクリームはんだ36を接続端部34に適用するために、開口40の口径を貫通孔32のそれよりも大きく設定することができる。また、必要とするクリームはんだ36の量に応じて厚さ寸法の大きな板状部材42を用いることができる。さらに、クリームはんだ36を板状部材42の開口40内に適用した後、板状部材42を保持板30から取り外すことなく該保持板に一体的に結合することができる。
第2具体例
図3(a)〜(e)は、図2に示した板状部材42を用いずに、プローブ18の接続端部34にはんだフィレットを形成するに必要なクリームはんだを適用する方法を示す。
図3(a)に示すように前記したと同様な貫通孔32を有する保持板50が準備される。図2に示した保持板30と、図3に示す保持板50との違いは、保持板50の貫通孔32は、接続基板16に対向する一方の面50aに、貫通孔32の拡大口径部32aを有する点にある。プローブ18の接続端部34の平坦面34aは、この拡大口径部32a内に位置するように、プローブ18が対応する貫通孔32内に挿通されかつ前記したと同様な仮止め手段により保持板50に保持される。
プローブ18が保持板50に保持された状態で、図3(b)に示すように、保持板50の一方の面50aから貫通孔32の少なくとも拡大口径部32a内にクリームはんだ36が充填される。このクリームはんだ36の充填により、各プローブ18の接続端部34は、クリームはんだ36内に埋設され、これにより、第1具体例で述べたと同様に、はんだフィレットを形成するに必要な量のクリームはんだ36を各接続端部34に適用することができる。
図3(c)に示すように、接続端部34にクリームはんだ36が適用された状態で、接続端部34が接続パッド24に対応する位置で、図3(d)に示すように、保持板50の一方の面50aが接続基板16の一方の面16aに当接するように、前記した仮止め手段あるいは保持部材38により保持板50が接続基板16に結合される。このとき、図3(d)に示す例では、接続端部34の平坦面34aが対応する接続パッド24に当接する。
プローブ18を含む接続基板16及び保持板50の結合体は、前記したと同様な加熱処理を受ける。これにより、クリームはんだ36の溶融、その後の固化によって各プローブ18の接続端部34は、図3(e)に示すように、接続基板16上の対応する接続パッド24に結合される。
第2の具体例においても、第1具体例におけると同様、接続基板16の各接続パッド24上にクリームはんだを適用することができる。
第3具体例
図4(a)〜(d)に示すように、接続基板16の接続パッド24に充分な量のクリームはんだを供給することができる。
図4(a)に示すように、保持板30に対向する接続基板16の一方の面16aに凹所52を形成することができる。この凹所52の底面52aに前記したと同様な接続パッド24が形成されており、該凹所内に接続パッド24が収容されている。
例えばスキージを用いて凹所52にクリームはんだ36が適用され、該クリームはんだ内に接続パッド24が埋設される。図4(b)に示すように、プローブ18の接続端部34が保持板30の一方の面30aから突出するように保持板30の貫通孔32に各プローブ18が挿通された状態で、該プローブが保持板30に保持される。図4(c)に示すように、このプローブ18の接続端部34がクリームはんだ36に埋設された対応する接続パッド24に当接するように、前記した仮止め手段あるいは保持部材38により、保持板30が接続基板16に結合される。
プローブ18を含む接続基板16及び保持板30の結合体は、前記したと同様な加熱処理を受ける。これにより、クリームはんだ36の溶融、その後の固化によって各プローブ18の接続端部34は、図4(d)に示すように、接続基板16上の対応する接続パッド24に結合される。
凹所52内に適正量のクリームはんだ36が保留されるように、凹所52の深さ寸法を適宜設定することができる。また、凹所52の口径は、隣接する凹所52に干渉しない限り、必要なクリームはんだ36の量に応じて増大することができる。
図4(a)〜(d)に示した例では、接続基板16に凹所52を形成したが、これに代えて、図5に示すように、平坦な一方の面16aに接続パッド24が設けられた接続基板16に開口40を有する例えばポリイミド合成フィルムからなる板状部材42を適用することにり、前記したと同様な凹所を開口40で形成することができる。この場合、板状部材42は接続基板16から取り外すことなく、該接続基板に固着して接続基板16の一部とすることができる。
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、例えばプローブは、前記した金属線に限らず、接続基板への接続端部が直線に沿って形成された種々のタイプのものを適用することができる。
また、前記したところでは、図2及び図3に関連してプローブの接続端部に予めクリームはんだを適用する例を示し、図4に関連して接続パッドに予めクリームはんだを適用する例を示したが、プローブの接続端部及び該接続端部が接続される接続パッドの双方に、前記したように予めクリームはんだを適用することができる。
10 プローブカード
12 配線基板
16 接続基板
18 プローブ
18a、18b プローブの直線部
24 接続基板の接続パッド
30、50 保持板
32 保持板の貫通孔
34 プローブの接続端部
36 クリームはんだ
42 板状部材
40 板状部材の開口
52 接続基板の凹所

Claims (4)

  1. 複数のプローブのそれぞれを接続するための複数の接続パッドが設けられた面を有する接続基板を準備すること、
    複数のプローブであってそれぞれが前記接続パッドへの接続端部を有する複数のプローブを準備すること、
    前記プローブの各接続端部を対応する前記接続パッドに対向させて保持するための貫通孔が板厚方向に形成された保持板を準備すること、
    各プローブが対応する前記貫通孔に配置され各プローブの前記接続端部が前記保持板の一方の面から突出した状態で前記プローブを前記保持板に保持すること、
    前記貫通孔に対応して形成され該貫通孔の少なくとも口径以上の口径を有する開口が貫通する板状部材であって前記開口内に前記接続端部を収容するに充分な厚さを有する板状部材の一方の面を前記保持板の一方の面に当接させて前記板状部材を配置すること、
    前記板状部材の各開口内に収容された前記プローブの各接続端部を埋設するように、前記板状部材の他方の面からクリームはんだを各開口内に供給すること、
    前記クリームはんだの供給後、前記板状部材を除去した状態で前記保持板に保持された各プローブの前記接続端部を埋設するクリームはんだを前記接続基板の対応する各接続パッドに当接させるように前記接続基板と前記保持板とを相対的に固定した状態で、各プローブの前記接続端部を対応する各接続パッドに結合すべく前記クリームはんだの溶融のために該クリームはんだを加熱すること、を含むプローブカードの製造方法。
  2. 複数のプローブのそれぞれを接続するための接続パッドが設けられた面を有する接続基板を準備すること、
    複数のプローブであってそれぞれが前記接続パッドへの接続端部を有する複数のプローブを準備すること、
    前記プローブの各接続端部を対応する前記接続パッドに対向させて保持するための貫通孔が板厚方向に形成された保持板であって前記貫通孔は前記保持板の一方の面に開放する拡大口径部を有する保持板を準備すること、
    各プローブが対応する前記貫通孔に配置され各プローブの前記接続端部が前記貫通孔の前記拡大口径部内に位置した状態で前記プローブを前記保持板に保持すること、
    前記保持板に前記プローブを保持した状態で前記プローブの各接続端部を埋設するように、クリームはんだを各拡大口径部へ供給すること、
    前記クリームはんだの供給後、前記保持板に保持された各プローブの前記接続端部を埋設するクリームはんだを前記接続基板の対応する各接続パッドに対向させるように前記接続基板に前記保持板の前記一方の面を当接させ、前記接続基板と前記保持板とを相対的に固定した状態で、各プローブの前記接続端部を対応する各接続パッドに結合すべく前記クリームはんだの溶融のために該クリームはんだを加熱することを含むプローブカードの製造方法。
  3. 前記保持板は、前記接続基板に保持されるセラミック板であり、該セラミックの前記貫通孔に適用されるフラックスにより、前記セラミック板の前記貫通孔に対応する前記プローブが保持されている、請求項1又は2に記載の製造方法。
  4. 前記クリームはんだの溶融のための加熱に加熱炉が用いられる、請求項3に記載の製造方法。
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