TW202139526A - 探針片及探針片之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種即便於微間距之端子中亦可獲得優異之各向異性及耐久性之探針片及探針片之製造方法。 本發明之探針片具備：可撓性片10，其具有複數個貫通電極12；第1各向異性導電性彈性體層20，其配置於可撓性片10之一個面，且自貫通電極12至表面為止使導電性粒子22於厚度方向連鎖而形成；及第2各向異性導電性彈性體層30，其配置於可撓性片10之另一個面，且自貫通電極12至表面為止使導電性粒子32於厚度方向連鎖而形成。

Description

探針片及探針片之製造方法
本技術係關於用以檢查晶圓、晶片、封裝等之電性特性之探針片及探針片之製造方法。
目前，裸晶片或封裝(PKG)之半導體裝置之電性特性評估中，使用橡膠連接器進行處理器測試。作為成為探針片之橡膠連接器，例如，提出有將經磁場配向之導電性粒子以於彈性體片之厚度方向貫通之方式配置的各向異性導電性片(例如，參照專利文獻1)。
然而，例如，於檢查BGA(ball grid array，球狀柵格陣列)封裝之情形時，為了應對焊料電極之高度不均，探針片之行程需要約為80 μm左右，於彈性體層為1層之各向異性導電性片中，為了表現出該行程，需要使檢查片之厚度為400 μm以上，導電性粒子之配置間距之極限為300 μm。又，於藉由磁場而使導電性粒子配向之情形時，由於磁通密度重疊之關係，必須使導電性粒子保持某程度之間隔而配向，故而難以應對近年來之半導體晶片之微間距化。
另一方面，亦提出有一種探針片，其積層有無論磁場配向如何均於厚度方向延伸之複數個導電部藉由絕緣部相互絕緣的片材(例如，參照專利文獻2)。
然而，專利文獻2中所記載之探針片中，由於中間層亦由彈性體構成，故而存在因熱歷程而產生膨脹或收縮，導致與PKG或半導體晶片等之接點變形，無法進行正確之檢查之情形。尤其，面向車載之PKG存在實施於150～200℃之高溫環境下進行檢查之情形，存在由於因熱膨脹所致之對準偏移而無法實施檢查之情形。
對此，提出有一種探針片，其係於以與應連接之電極之圖案對應之方式形成有圖案之複數個接點膜的兩面，積層有使表現磁性之導電性粒子於厚度方向連鎖而形成之各向異性導電性彈性體片(例如，參照專利文獻3)。
然而，專利文獻3中所記載之探針片中，由於成為中間層之接點膜之周邊部為空腔，故而耐久性存在問題。
又，近年來，PKG或半導體晶片之微間距化日益發展，先前之探針片則迎來極限。進而，實際情況是於一部分之半導體晶片中不進行檢查，於組裝後之PKG中實施檢查，進行篩選，結果良率極端惡化且價格無法降低。因此，目前強烈需求可進一步應對微間距之探針片。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2005-056860號公報 [專利文獻2]日本專利特開2010-009911號公報 [專利文獻3]日本專利特開2007-275705號公報
[發明所欲解決之問題]
本技術係鑒於此種實際情況而提出者，提供一種即便於微間距之端子中亦可獲得優異之各向異性及耐久性之探針片及探針片之製造方法。 [解決問題之技術手段]
為了解決上述問題，本技術之探針片具備：可撓性片，其具有複數個貫通電極；第1各向異性導電性彈性體層，其配置於上述可撓性片之一個面，且自上述貫通電極至表面為止使導電性粒子於厚度方向連鎖而形成；及第2各向異性導電性彈性體層，其配置於上述可撓性片之另一個面，且自上述貫通電極至表面為止使導電性粒子於厚度方向連鎖而形成。
又，本技術之檢查探針片之製造方法具有：配置工序，其於具有複數個貫通電極之可撓性片之一個面，配置包括含有導電性粒子之彈性體未硬化組合物之第1未硬化樹脂層，並且於上述可撓性片之另一個面，配置包括含有導電性粒子之彈性體未硬化組合物之第2未硬化樹脂層；配向工序，其自上述第1未硬化樹脂層及上述第2未硬化樹脂層之外側賦予磁場或電場，自上述貫通電極至上述第1未硬化樹脂層及上述第2未硬化樹脂層之表面為止，於厚度方向使導電性粒子配向；及硬化工序，其於已使上述導電性粒子配向之狀態下使上述第1未硬化樹脂層及上述第2未硬化樹脂層硬化，於上述可撓性片之兩面形成彈性體層。 [發明之效果]
根據本技術，即便於微間距之端子中亦可獲得優異之各向異性及耐久性。
以下，一面參照圖式一面按照下述順序對本技術之實施方式詳細地進行說明。 1.探針片 2.探針片之製造方法 3.實施例
＜1.探針片＞ 本實施方式之探針片具備：可撓性片，其具有複數個貫通電極；第1各向異性導電性彈性體層，其配置於可撓性片之一個面，且自貫通電極至表面為止使導電性粒子於厚度方向連鎖而形成；及第2各向異性導電性彈性體層，其配置於可撓性片之另一個面，且自貫通電極至表面為止使導電性粒子於厚度方向連鎖而形成。藉由使可撓性片具有複數個貫通電極，可自貫通電極至表面為止使導電性粒子於厚度方向連鎖而獲得各向異性，亦可應對半導體晶片之微間距化。又，藉由利用可撓性片將彈性體層分為2層，而與彈性體層為1層之探針片相比，可獲得優異之耐久性。
圖1係表示探針片之構成例之剖視圖，圖2係表示探針片之構成例之俯視圖。如圖1及圖2所示，該探針片具備可撓性片10、第1各向異性導電性彈性體層20、及第2各向異性導電性彈性體層30。
可撓性片10中，於俯視時於絕緣性樹脂片11之規定位置具有貫通電極12。貫通電極12之位置亦可對準被檢查之PKG或半導體晶片之端子位置而配置，亦可以較檢查之端子小的規定間隔以規律之微間距形成，且可不對準地檢查。
作為絕緣性樹脂片11，較佳為使用選自聚醯亞胺、聚醯胺、聚萘二甲酸乙二酯、雙軸配向型聚對苯二甲酸乙二酯之群之1種。該等樹脂由於熱膨脹係數較低，且耐熱性優異，故而可抑制因熱歷程而產生膨脹或收縮，且可通過提高間距尺寸穩定性來實現檢查之穩定性。
可撓性片10之厚度之下限較佳為5 μm，更佳為10 μm，進而較佳為20 μm。又，可撓性片10之厚度之上限較佳為100 μm，更佳為80 μm，進而較佳為60 μm。若可撓性片10之厚度過薄則耐久性降低，若過厚則難以形成貫通電極12。
貫通電極12形成於絕緣性樹脂片11之厚度方向，且與第1各向異性導電性彈性體層20之導電性粒子22及第2各向異性導電性彈性體層30之導電性粒子32相接。而且，貫通電極12自第1各向異性導電性彈性體層20之表面之導電性粒子22至第2各向異性導電性彈性體層30之表面之導電性粒子32為止電性地連接。
貫通電極12之大小根據被檢查之PKG或半導體晶片之端子來設定，例如貫通電極12之直徑之下限較佳為5 μm，更佳為10 μm，進而較佳為15 μm，貫通電極12之直徑之上限較佳為50 μm，更佳為35 μm，進而較佳為25 μm。
又，於格子狀地形成貫通電極12之情形時，間距較佳為導電性粒子之平均粒徑之2倍以上，更佳為導電性粒子之平均粒徑之5倍以上，進而較佳為導電性粒子之平均粒徑之8倍以上。藉此，與鄰接之連鎖部之距離變得適度，可獲得優異之各向異性。
貫通電極12之厚度之下限相對於絕緣性樹脂片11之厚度較佳為90%，更佳為95%，進而較佳為98%。貫通電極12之厚度之上限相對於絕緣性樹脂片11之厚度較佳為110%，更佳為105%，進而較佳為102%。藉此，可與第1各向異性導電性彈性體層20之導電性粒子22及第2各向異性導電性彈性體層30之導電性粒子32接觸。
貫通電極12由具有導電性之金屬或合金構成，其中，較佳為由具有磁性之Fe、Ni、Co等金屬或合金構成。貫通電極12亦可於形成貫通孔之後，即便藉由無電解鍍覆等而形成，亦填充導電性粒子等導電性材料。
又，可撓性片10亦可於外周部之單面或兩面具有金屬層。藉由於外周部具有金屬層，可增強基材，且可減少熱膨脹。又，藉由使第1各向異性導電性彈性體層或第2各向異性導電性彈性體層與金屬層之一部分相接，可進一步增加強度。
第1各向異性導電性彈性體層20配置於可撓性片10之一個面，於俯視時於絕緣性樹脂片11之位置配置彈性樹脂21，於貫通電極12之位置配置自貫通電極12至表面為止使導電性粒子22於厚度方向連鎖而形成之連鎖部。
彈性樹脂21只要具有橡膠彈性即可，較佳為具有耐熱性。作為彈性樹脂，可列舉聚矽氧樹脂、聚胺酯樹脂、丙烯酸樹脂等。其中，較佳為使用在檢查後殘渣不易附著於PKG或半導體晶片之聚矽氧樹脂。
第1各向異性導電性彈性體層20之厚度之下限較佳為5 μm，更佳為20 μm，進而較佳為35 μm。又，第1各向異性導電性彈性體層20之厚度之上限較佳為150 μm，更佳為100 μm，進而較佳為75 μm。若第1各向異性導電性彈性體層20之厚度過薄則作為膜之耐久性降低，若過厚則導電性粒子22之連鎖粒子數增加，導致粒子彼此之接觸電阻增加。
連鎖部較佳為以導電性粒子22與可撓性片10之貫通電極12相接之狀態形成連鎖，且連鎖之最端部之導電性粒子22自第1各向異性導電性彈性體層20之表面露出之狀態。導電性粒子22之連鎖數根據第1各向異性導電性彈性體層20之厚度或導電性粒子22之粒徑而不同，由於第1各向異性導電性彈性體層20之厚度方向上之連鎖數越少則導電性粒子22彼此之接觸電阻越降低，故而較佳為20個以下。又，導電性粒子亦可為單層(1個)之連鎖，但為了減少電阻值，較佳為對1個貫通電極12形成複數個連鎖。
導電性粒子22只要具有導電性即可，可使用Ni、Cu等金屬粒子、或對該等金屬粒子或樹脂芯、無機芯粒子實施Au、Pd、Co、Ag等金屬鍍覆而成之粒子。又，於藉由磁場而使導電性粒子連鎖之情形時，較佳為使用具有磁性之Fe、Co、Ni等金屬或合金。其中，自低電阻之觀點而言，較佳為使用對Ni粒子或Ni合金粒子之表面實施Au鍍覆層而成之導電性粒子。
導電性粒子22之平均粒徑之上限較佳為小於貫通電極12之大小，較佳為50 μm以下，更佳為20 μm以下，進而較佳為10 μm以下。又，導電性粒子較佳為球形、多邊形、尖刺狀，為了降低接觸電阻，更佳為於表面具有突起物者。
第2各向異性導電性彈性體層30配置於可撓性片10之另一個面，於俯視時於可撓性片10之絕緣性樹脂片11之位置配置彈性樹脂31，於貫通電極12位置配置自貫通電極12至表面為止使導電性粒子32於厚度方向連鎖而形成之連鎖部。彈性樹脂31、導電性粒子32及連鎖部由於分別與第1各向異性導電性彈性體層20之彈性樹脂21、導電性粒子22及連鎖部相同，故而此處省略說明。
根據具有此種構成之探針片，可於厚度方向實現高可靠性之導電性，可於鄰接端子間之面方向實現絕緣性。又，藉由利用可撓性片10將彈性體層分為2層，從而與彈性體層為1層之探針片相比，可以微間距地形成連鎖部，並且可獲得優異之耐久性。
＜2.探針片之製造方法＞ 本實施方式之探針片之製造方法具有：配置工序，其於具有複數個貫通電極之可撓性片之一個面，配置包括含有導電性粒子之彈性體未硬化組合物之第1未硬化樹脂層，並且於可撓性片之另一個面，配置包括含有導電性粒子之彈性體未硬化組合物之第2未硬化樹脂層；配向工序，其自第1未硬化樹脂層及第2未硬化樹脂層之外側賦予磁場或電場，自貫通電極至第1未硬化樹脂層及第2未硬化樹脂層之表面為止，於厚度方向使導電性粒子配向；及硬化工序，其於已使導電性粒子配向之狀態下使第1未硬化樹脂層及第2未硬化樹脂層硬化，於可撓性片之兩面形成彈性體層。藉此，可獲得即便於微間距之端子中亦具有優異之各向異性及耐久性之探針片。
以下，對上述配置工序、配向工序、及硬化工序進行說明。
[配置工序] 於配置工序中，於具有複數個貫通電極之可撓性片之一個面，配置包括含有導電性粒子之彈性體未硬化組合物之第1未硬化樹脂層，並且於可撓性片之另一個面，配置包括含有導電性粒子之彈性體未硬化組合物之第2未硬化樹脂層。
又，於配置工序中，亦可於具有複數個貫通電極之可撓性片之兩面，介隔含有導電性粒子之彈性體未硬化組合物配置模具，配置第1未硬化樹脂層及第2未硬化樹脂層。
圖3係表示使用磁場使導電性粒子連鎖之模具之構成例之剖視圖。該模具40係於包括磁性體之基板41上，於與可撓性片10之貫通電極12對峙之位置配置磁性體42，於與可撓性片10之絕緣性片11對峙之位置配置非磁性體43。又，模具40係於基板41上之外周部配置間隔件44，對第1各向異性導電性彈性體層20及第2各向異性導電性彈性體層30之厚度進行控制。
作為磁性體，可使用Fe、Co、Ni等金屬或合金。又，作為非磁性體，並不特別限定，例如可使用光微影工序中所使用之抗蝕劑。
使用上下2個該模具，於上下之模具之間夾入可撓性片10，使模具之磁性體與貫通電極位置對準之後，流入彈性體未硬化組合物，對彈性體未硬化組合物進行加壓，藉此可配置第1未硬化樹脂層及第2未硬化樹脂層。又，於將彈性體未硬化組合物塗佈於可撓性片10之兩面之後，將上下之模具與模具之磁性體及貫通電極位置對準並進行夾入，對彈性體未硬化組合物進行加壓，藉此可配置第1未硬化樹脂層及第2未硬化樹脂層。又，亦可藉由配置間隙間隔件44，而控制第1未硬化樹脂層及第2未硬化樹脂層之厚度。
彈性體未硬化組合物係於未硬化樹脂中使導電性粒子分散而構成。作為未硬化樹脂，例如，可使用聚矽氧樹脂、聚胺酯樹脂、丙烯酸樹脂等未硬化物。其中，自耐熱性之觀點而言，較佳為使用2液型液狀聚矽氧。再者，導電性粒子由於與探針片中所說明之導電性粒子相同，故而此處省略說明。
[配向工序] 於配向工序中，自第1未硬化樹脂層及第2未硬化樹脂層之外側賦予磁場或電場，自貫通電極至第1未硬化樹脂層及第2未硬化樹脂層之表面為止，於厚度方向使導電性粒子配向。
圖4係模式性地表示配向工序之剖視圖。如圖4所示，對可撓性片10之兩面，自經由含有導電性粒子之彈性體未硬化組合物51、52而配置之模具之外側藉由第1電磁鐵61及第2電磁鐵62施加磁場。藉此，自貫通電極至第1未硬化樹脂層及第2未硬化樹脂層之表面為止，可於厚度方向使導電性粒子配向。
[硬化工序] 於硬化工序中，於已使導電性粒子配向之狀態下使第1未硬化樹脂層及第2未硬化樹脂層硬化，於可撓性片10之兩面形成彈性體層。關於彈性體未硬化組合物51、52中使用2液型液狀聚矽氧之情形時之硬化條件，例如，較佳為溫度為50～150℃，時間為0.5～2小時。
根據此種探針片之製造方法，由於自作為中間層之一部分的貫通電極至表面為止導電性粒子於厚度方向形成連鎖，故而可獲得各向異性。又，藉由利用可撓性片10將彈性體層分為2層，從而與彈性體層為1層之探針片相比，可獲得應對半導體晶片之微間距化，並且具有優異之耐久性之探針片。
再者，於上述探針片之製造方法中，於配向工序中，使用磁場，但亦可使用電場。於以電場配向之情形時，只要代替電磁鐵配置電極施加交流電壓即可。 [實施例]
＜3.實施例＞ 以下，對本技術之實施例進行說明。於本實施例中，製作作為實施例之探針片A、及作為先前例之探針片B，使用探針片A、B測定評估基材之電性特性，進行絕緣性評估、及可靠性評估。再者，本技術並不限定於該等實施例。
[可撓性片之製作] 於聚醯亞胺膜厚25 μm、銅箔厚18 μm之雙面銅箔積層板(NIKAFLEX F-30VC2，尼光工業公司製造)，藉由雷射加工以60 μmP之格子狀之間隔形成直徑20 μm之貫通孔，對貫通孔實施無電解鎳鍍覆，形成貫通電極。繼而，藉由將外周部以外之銅箔蝕刻，而製作出於包括聚醯亞胺之絕緣性樹脂片格子狀地具有貫通電極之可撓性片。
[模具之製作] 如圖3所示，製成用以使導電性粒子磁場配向之模具。於模具，於與可撓性片之貫通電極圖案對峙之位置形成鎳端子，於與可撓性片之絕緣性片對峙之位置形成抗蝕劑。
[彈性體未硬化組合物之製備] 製作出於平均粒徑5 μm之鎳粒子(Type123，Vale公司製造)之表面，藉由置換鍍覆而施有金鍍覆層之導電性粒子。向作為彈性體之將2液型液狀聚矽氧(KE-1204A/B，信越矽膠公司製造)之A劑與B劑以1:1調配而成者中混合導電性粒子，製備彈性體未硬化組合物。
＜探針片A之製作＞ 如圖4所示，於上下之模具之間夾入具有貫通電極之可撓性片，使模具之鎳端子與貫通電極位置對準之後，使真空脫泡之彈性體未硬化組合物流入至間隙。繼而，對模具彼此進行加壓，於藉由電磁鐵使磁場作用之狀態下，利用烘箱，以溫度100℃、時間1小時之條件對聚矽氧進行硬化處理，製成探針片A。各向異性導電性彈性體層之厚度為上下層各50 μm，探針片A之厚度之合計為130 μm。
＜探針片B之製作＞ 除了代替具有貫通電極之可撓性片而使用鎳框板以外，與探針片A相同地製作探針片B。即，於上下之模具之間夾入鎳框板，使真空脫泡之導電性彈性體組合物流入至間隙。繼而，於對模具彼此加壓之狀態下藉由電磁鐵使磁場作用之狀態下，於烘箱中，以溫度100℃、時間60分鐘之條件將聚矽氧硬化處理，製成探針片B。探針片B之厚度為130 μm。
＜絕緣性(各向異性)評估＞ 準備間距為200 μmP、焊球尺寸為110 μm
Figure 02_image001
、接腳數為484之5 mm見方之評估基材(以下，稱為評估PKG(package)1)。又，準備間距為500 μmP、焊球尺寸為300 μm
Figure 02_image001
、接腳數為64之6 mm見方之評估基材(以下，稱為評估PKG(package)2)。
準備具有與評估PKG1之焊球對峙之電極墊之插槽，於該插槽，設置探針片A或探針片B，並於其上配置評估PKG1。然後，於藉由加壓治具自上部將評估PKG1壓入30 μm之狀態下，測定對鄰接電極墊施加電壓30 V時之絕緣電阻值。又，關於評估PKG2，亦與評估PKG1相同地，測定絕緣電阻值。
將鄰接電極間之絕緣電阻值為1×10E－6 Ω以上之情形時設為短路(NG)，對短路數進行計數。表1表示絕緣性之評估結果。
＜耐久性評估＞ 使用上述評估PKG2，進行溫度100℃環境下之電壓測定。藉由加壓治具將評估PKG2以5秒鐘壓入30 μm之狀態設為1次而重複進行加壓，監視經常施加直流電流10 mA時之電壓V。
利用下述(1)式求出電阻值，將電阻值R為1 Ω以上之情形時判定為NG，測定NG判定時之加壓次數。表1表示耐久性之評估結果。 R＝V/I   (1)
[表1]
   探針片A 探針片B
絕緣性評估(短路不良之比率) 200P評估PKG1 0/484 141/484
500P評估PKG2 0/64 0/64
耐久性評估 (直至成為1 Ω以上為止之測定次數) 500P評估PKG2 10萬次以上 2萬次
如表1所示，於探針片B中，於絕緣性評估之200P之評估PKG1中，於鄰接電極間產生短路，於耐久性評估中加壓次數為2萬次時電阻值上升。另一方面，於探針片A中，於絕緣性評估之200P之評估PKG1中，於鄰接電極間亦未產生短路，於耐久性評估中電阻值上升之加壓次數為10萬次以上，可獲得優異之各向異性及耐久性。
10:可撓性片 11:絕緣性樹脂片 12:貫通電極 20:第1各向異性導電性彈性體層 21:彈性樹脂 22:導電性粒子 30:第2各向異性導電性彈性體層 31:彈性樹脂 32:導電性粒子 40:模具 41:基板 42:磁性體 43:非磁性體 44:間隙間隔件 51:彈性體未硬化組合物 52:彈性體未硬化組合物 61:電磁鐵 62:電磁鐵
圖1係表示探針片之構成例之剖視圖。 圖2係表示探針片之構成例之俯視圖。 圖3係表示使用磁場使導電性粒子連鎖之模具之構成例之剖視圖。 圖4係模式性地表示配向工序之剖視圖。
10:可撓性片
11:絕緣性樹脂片
12:貫通電極
20:第1各向異性導電性彈性體層
21:彈性樹脂
22:導電性粒子
30:第2各向異性導電性彈性體層
31:彈性樹脂
32:導電性粒子

Claims (6)

  1. 一種探針片，其具備： 可撓性片，其具有複數個貫通電極； 第1各向異性導電性彈性體層，其配置於上述可撓性片之一個面，且自上述貫通電極至表面為止使導電性粒子於厚度方向連鎖而形成；及 第2各向異性導電性彈性體層，其配置於上述可撓性片之另一個面，且自上述貫通電極至表面為止使導電性粒子於厚度方向連鎖而形成。
  2. 如請求項1之探針片，其中上述可撓性片為選自聚醯亞胺、聚醯胺、聚萘二甲酸乙二酯、雙軸配向型聚對苯二甲酸乙二酯之群之1種。
  3. 如請求項2之探針片，其中上述可撓性片格子狀地具有上述貫通電極。
  4. 如請求項1至3中任一項之探針片，其中上述貫通電極為Ni或Ni合金， 上述導電性粒子為Ni粒子或Ni合金粒子。
  5. 如請求項1至4中任一項之探針片，其中上述第1彈性體層及上述第2彈性體層之各厚度為5 μm以上150 μm以下。
  6. 一種探針片之製造方法，其具有： 配置工序，其於具有複數個貫通電極之可撓性片之一個面，配置包括含有導電性粒子之彈性體未硬化組合物之第1未硬化樹脂層，並且於上述可撓性片之另一個面，配置包括含有導電性粒子之彈性體未硬化組合物之第2未硬化樹脂層； 配向工序，其自上述第1未硬化樹脂層及上述第2未硬化樹脂層之外側賦予磁場或電場，自上述貫通電極至上述第1未硬化樹脂層及上述第2未硬化樹脂層之表面為止，於厚度方向使導電性粒子配向；及 硬化工序，其於已使上述導電性粒子配向之狀態下使上述第1未硬化樹脂層及上述第2未硬化樹脂層硬化，於上述可撓性片之兩面形成彈性體層。
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