WO2020148960A1 - プローブ基板及び電気的接続装置 - Google Patents

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WO2020148960A1
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probe
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metal
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利則 大森
華壽也 後藤
康晃 小山内
孝志 秋庭
剛樹 杉澤
近藤 剛史
真太郎 阿部
満生 渡辺
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株式会社日本マイクロニクス
田中貴金属工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a probe substrate and an electrical connection device, and, for example, when electrically inspecting an object to be inspected formed on a semiconductor wafer, an electrical connection between an inspection device and an electrode terminal of the object to be inspected is performed. It can be applied to an electrical connection device connected to
  • tester An electrical inspection of each semiconductor integrated circuit (inspection object) formed on a semiconductor wafer is performed by an inspection device (tester) including a probe card having a plurality of probes (electrical contacts) in a test head.
  • the inspection object is placed on the chuck top, and the inspection object on the chuck top is pressed against the probe card attached to the inspection device.
  • the probe card is equipped with a plurality of probes so that the tip of each probe projects from the lower surface of the probe card, and the tip of each probe is pressed by pressing the object to be inspected against the probe card. Electrical contact is made with the corresponding electrode terminals of the device under test. Then, an electrical signal from the inspection device is supplied to the inspected object via the probe, and a signal from the inspected object is taken into the tester side via the probe to perform the electrical inspection of the inspected object. You can
  • Patent Document 1 discloses an anchor and a top portion of the anchor on a probe substrate in order to keep the horizontality of the probe card and the positions of the tips of the probes parallel to the electrode terminals of the device under test. It is disclosed that a spacer member (support portion) is provided in the. Conventionally, when an anchor is provided on a probe substrate, it is common to bond the anchor to the probe substrate using a solder material.
  • Patent Document 1 wiring is formed on the lower surface of the probe substrate, and the probe is provided on the probe land connected to the wiring.
  • the solder material is also used. Are joined using.
  • the probe substrate composed of multiple substrates, it is also required to further improve the bondability between the multiple substrates.
  • An object of the present invention is to provide a probe board and an electrical connection device that can extend the life.
  • the probe board according to the first aspect of the present invention is a probe board having a plurality of electrical contacts that are brought into electrical contact with each of a plurality of electrode terminals of a device under test,
  • a metal layer formed by sintering in which a joint portion between the first surface and the second surface of the probe substrate and a member to be joined provided on a surface to be joined contains at least 70 atomic% or more of a transition metal in a metal component.
  • the members to be joined are joined together by means of, and/or the joining surfaces between the plurality of substrates of the probe substrate are joined together by the metal layer formed by sintering, and the metal layer formed by sintering is heat-treated.
  • An electrical connection device is an electrical connection device for electrically connecting an inspection device and a plurality of electrode terminals of an object to be inspected, the wiring board having a wiring circuit connected to the inspection device. And a connection unit that connects the probe board of the first invention, the wiring circuit of the wiring board, and each of the plurality of electrical contacts of the probe board.
  • substrate is improved, and life is improved. Can be long.
  • FIG. 6 is an arrangement configuration diagram showing an arrangement of a plurality of anchors provided on the upper surface of the probe substrate according to the embodiment. It is a block diagram which shows the structure of the anchor part which concerns on embodiment. It is a figure which shows the joining structure of the anchor provided in the upper surface of the probe board
  • FIG. 9 is a flowchart showing a method for joining an anchor to the upper surface of a probe substrate using a conventional solder material. It is explanatory drawing explaining the joining method of the anchor which used the conventional solder material.
  • it is a figure showing a cycle measurement result which shows endurance of a joined part under a temperature change environment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the electrical connection device according to this embodiment.
  • the electrical connecting device 10 of FIG. 1 illustrates main constituent members, but the constituent members are not limited to these constituent members, and actually have constituent members not illustrated in FIG. 2. Further, in the following, focusing on the vertical direction in FIG. 1, “upper” and “lower” will be referred to.
  • an electrical connection device 10 is configured such that a flat plate-shaped support member 12, a flat plate-shaped wiring board 14 held on a lower surface 12 a of the support member 12, and the wiring board 14 are electrically connected to each other. And an electric connection unit 15 to be connected to, and a probe substrate 16 which is electrically connected to the electric connection unit 15 and has a plurality of electric contacts (hereinafter, also referred to as “probes”) 20.
  • the electrical connection device 10 uses a large number of fixing members (for example, screwing members such as bolts) when assembling the support member 12, the wiring board 14, the electrical connection unit 15, and the probe board 16, In FIG. 1, these fixing members are not shown.
  • fixing members for example, screwing members such as bolts
  • the electrical connection device 10 uses, for example, a semiconductor integrated circuit formed on a semiconductor wafer as the device under test 2 and performs an electrical test of the device under test 2. Specifically, the device under test 2 is pressed toward the probe substrate 16, the tip end of each probe 20 of the probe substrate 16 and the electrode terminal 2a of the device under test 2 are electrically contacted, and a tester (not shown) ( (Inspection device) supplies an electrical signal to the electrode terminal 2a of the device under test 2 and further supplies an electrical signal from the electrode terminal 2a of the device under test 2 to the tester side, thereby electrically inspecting the device under test 2. To do.
  • the electrical connection device 10 is also called, for example, a probe card.
  • the object 2 to be inspected is placed on the upper surface of the chuck top 3.
  • the chuck top 3 is capable of position adjustment in the horizontal X-axis direction, the Y-axis direction perpendicular to the X-axis direction on the horizontal plane, and the Z-axis direction perpendicular to the horizontal plane (XY plane).
  • the rotational posture can be adjusted in the ⁇ direction around the Z axis.
  • the support member 12 suppresses deformation (for example, bending) of the wiring board 14. For example, since the probe board 16 has many probes 20, the weight of the probe board 16 attached to the wiring board 14 side is large. Further, when the inspection object 2 is electrically inspected, the probe substrate 16 is pressed by the inspection object 2 on the chuck top 3 so that the tip end portion of the probe 20 protruding to the lower surface of the probe substrate 16 is removed. The electrode terminal 2a of the device under test 2 contacts. In this way, at the time of the electrical inspection, the reaction force (contact load) that pushes upward from the bottom acts, and a large load is also applied to the wiring board 14.
  • the reaction force contact load
  • the support member 12 functions as a member that suppresses deformation (for example, bending) of the wiring board 14. Further, the support member 12 is provided with a plurality of through holes 121 that penetrate the upper surface and the lower surface. Each of the plurality of through holes 121 is provided at a position corresponding to each position of the plurality of anchors 50 arranged on the upper surface of the probe substrate 16 described later, and the plurality of through holes 141 provided in the wiring substrate 14. Are provided at positions corresponding to the respective positions.
  • a spacer (hereinafter, also referred to as a “support portion”) 51 is inserted into each through hole 121 of the support member 12 from above the support member 12 toward the lower side, and a lower end portion of the spacer (support portion) 51 is formed.
  • the corresponding anchor 50 can be fixed.
  • the lower end portion of the spacer (support portion) 51 is a male screw portion
  • the substantially central portion of the anchor 50 arranged on the upper surface of the probe substrate 16 is a female screw portion 501.
  • 51 can be fixed by screwing the lower end portion (male screw portion) into the female screw portion of the anchor 50.
  • the distance between the upper surface of the probe substrate 16 and the upper surface of the support member 12 can be maintained at a predetermined distance length.
  • the wiring board 14 is formed of, for example, a resin material such as polyimide, and is, for example, a printed board formed in a substantially circular plate shape.
  • a large number of electrode terminals (not shown) for electrically connecting to a test head (not shown) of a tester (inspection device) are arranged on the peripheral portion of the upper surface of the wiring board 14.
  • a wiring pattern is formed on the lower surface of the wiring board 14, and the connection terminals 14 a of the wiring pattern are electrically connected to the upper ends of the connectors 30 such as pogo pins provided in the electrical connection unit 15. It is supposed to do.
  • a wiring circuit (not shown) is formed inside the wiring board 14, and the wiring pattern on the lower surface of the wiring board 14 and the electrode terminals on the upper surface of the wiring board 14 form a wiring circuit inside the wiring board 14. It is possible to connect via. Therefore, each connector 30 of the electrical connection unit 15 that electrically connects to the connection terminal 14a of the wiring pattern on the lower surface of the wiring board 14 via the wiring circuit in the wiring board 14, and the electrode on the upper surface of the wiring board 14. An electrical signal can be conducted with the test head connected to the terminal. On the upper surface of the wiring board 14, a plurality of electronic components necessary for electrical inspection of the device under test 2 are also arranged.
  • the wiring board 14 is provided with a plurality of through holes 141 that penetrate the upper surface and the lower surface of the wiring board 14.
  • Each of the plurality of through holes 141 is arranged at a position corresponding to each position of the plurality of anchors 50 arranged on the upper surface of the probe substrate 16, and is arranged at each position of the plurality of through holes 121 of the support member 12. It is located at the corresponding position.
  • each through hole 141 may be a shape corresponding to the shape of the support portion 51 to be inserted.
  • the inner diameter of each through hole 141 is approximately the same as or slightly larger than the outer diameter of the support portion 51 so that the support portion 51 can be inserted into each through hole 141.
  • the support portion 51 is a columnar member
  • the opening shape of the through hole 141 is substantially circular
  • the support portion 51 may be a right-angled column member having a substantially square cross section or a polygonal column member having a polygonal cross section, and in such an example, the opening of the through hole 141 is also possible.
  • the shape can be such that the support portion 51 can be inserted.
  • the electrical connection unit 15 has a plurality of connectors 30 such as pogo pins.
  • the upper end of each connector 30 is electrically connected to the connection terminal 14a of the wiring pattern on the lower surface of the wiring board 14, and the lower end of each connector 30 is connected to the probe board. It is connected to a pad provided on the upper surface of 16. Since the tip of the probe 20 electrically contacts the electrode terminal of the device under test 2, the electrode terminal of the device under test 2 is electrically connected to the tester (inspection device) through the probe 20 and the connector 30, The inspected object 2 can be electrically inspected by a tester (inspection device).
  • the electrical connection unit 15 has a plurality of insertion holes for inserting each connector 30, and when the connector 30 is inserted into each insertion hole, an upper end portion of each connector 30 and The lower end is projected.
  • the mechanism for mounting the plurality of connectors 30 in the electrical connection unit 15 is not limited to the configuration in which the through holes are provided, and various configurations can be widely applied.
  • a flange portion 151 is provided around the electrical connection unit 15.
  • the probe substrate 16 is a substrate having a plurality of probes 20, and is formed in a substantially circular shape or a polygonal shape (for example, a hexagonal shape).
  • the probe 20 is, for example, a case of a cantilever type probe (electrical contactor), but the probe 20 is not limited to this.
  • the probe board 16 has a board member 161 formed of, for example, a ceramic plate, and a multilayer wiring board 162 formed on the lower surface of the board member 161.
  • a large number of conductive paths (not shown) penetrating in the plate thickness direction are formed inside the substrate member 161 which is a ceramic substrate, and pads are formed on the upper surface of the substrate member 161.
  • One end of the conductive path in 161 is formed so as to be connected to the connection terminal of the corresponding wiring pattern on the upper surface of the substrate member 161.
  • the lower surface of the board member 161 is formed so that the other end of the conductive path in the board member 161 is connected to the connection terminal provided on the upper surface of the multilayer wiring board 162.
  • the multilayer wiring board 162 is formed of a plurality of multilayer boards made of, for example, a synthetic resin member such as polyimide, and a wiring path (not shown) is formed between the plurality of multilayer boards.
  • One end of the wiring path of the multilayer wiring board 162 is connected to the other end of the conductive path on the side of the substrate member 161 which is a ceramic substrate, and the other end of the multilayer wiring board 162 is provided on the lower surface of the multilayer wiring board 162. It is connected to the probe land 163 (see FIG. 12).
  • a plurality of probes 20 are arranged on a probe land 163 provided on the lower surface of the multilayer wiring board 162, and the plurality of probes 20 on the probe board 16 correspond to the wiring board 14 via the electrical connection unit 15. It is electrically connected to the connecting terminal 14a.
  • the member to be joined is the anchor 50 and the anchor 50 is joined to the upper surface of the probe substrate 16 (that is, the upper surface of the substrate member 161).
  • each probe 20 of the electrical connection device 10 In order to surely bring each probe 20 of the electrical connection device 10 into contact with each electrode terminal 2a of the device under test 2, the height position of the tip of each probe 20 mounted on the probe board 16 is kept horizontal. Thus, it is required to press the tip of each probe 20 into contact with each electrode terminal 2a of the device under test 2 in a state where the height positions of the tips of the probes 20 are aligned.
  • the number of the probes 20 mounted on the probe substrate 16 has increased with the high integration of the semiconductor integrated circuit as the device under test 2, the narrowing of the pitch between the electrodes, etc.
  • a large reaction force that is, a high load
  • deformation such as bending may occur in the probe board 16 or the like, and the height positions of the plurality of probes are held horizontally. Becomes difficult.
  • a plurality of anchors 50 are provided on the upper surface of the probe board 16, and the lower ends of the support portions 51 are brought into contact with and fixed to the upper surfaces of the anchors 50. 16 and the support member 12 can be combined.
  • the electrical connection device 10 When performing an electrical inspection of the device under test 2 that is used in an environment in which the temperature of the device under test 2 is highly changed due to the high function of the device under test 2, the electrical connection device 10 includes an environment in which the device under test 2 is used. It is required to electrically inspect the device under test 2 in an environment in which the temperature changes according to the above.
  • each anchor 50 is joined to each position where each anchor 50 is arranged on the probe substrate 16 via the metal layer 60 having the characteristics described below. Thereby, durability can be improved and life can be extended.
  • FIG. 2 is an arrangement configuration diagram showing an arrangement of the plurality of anchors 50 provided on the upper surface of the probe substrate 16 according to the embodiment.
  • a plurality of anchors 50 are arranged on the upper surface of the probe board 16.
  • one anchor 50 provided at the center position of the central portion of the probe substrate 16 and eight anchors 50 provided at equal angular intervals on the first virtual circle centered on the center position The case where a total of 17 anchors 50 including 8 anchors 50 provided at equal angular intervals are provided on a second virtual circle having a radius larger than the radius of the first virtual circle is illustrated.
  • FIG. 2 illustrates the case where 17 anchors 50 are arranged, the number of anchors 50 is not limited.
  • a member formed of a cylindrical metal member as shown in FIG. 3 can be used, and has a female screw portion 501 at the center thereof.
  • the lower end portion (male screw portion) of the spacer (support portion) 51 inserted downward from above each through hole 121 of the support member 12 is screwed and fixed to the female screw portion 501 of the corresponding anchor 50. By doing so, the support member 12 and the probe substrate 16 are fixed.
  • FIG. 4 is a diagram showing a joint structure of the anchor 50 provided on the upper surface of the probe substrate 16 according to the embodiment.
  • an adhesive composition having the characteristics described below is applied to each position where each anchor 50 is arranged on the upper surface of the probe substrate 16, and each anchor 50 is provided thereon to apply heat. Thereby, the metal layer 60 in which the adhesive composition is cured is formed, and each anchor 50 is bonded to the upper surface of the probe substrate 16.
  • the metal layer 60 of the present invention is formed, for example, by using an adhesive composition containing fine metal particles (metal filler) and particles of a thermoplastic resin, and performing firing or the like. ..
  • the metal layer 60 contains a metal component, and the metal component is composed of at least 70 atomic% or more of transition metal.
  • the metal component is a component consisting of only one or more transition metals, or a component consisting of one or more transition metals and one or more typical metals.
  • a transition metal of Groups 4 to 6 of Group 8 to 11 is preferably used, more preferably a transition metal of Group 4 to 6 of Groups 10 to 11 is used, and further preferably Group 11 is used.
  • silver, copper and gold are used, and silver and copper are optimally used.
  • silver is contained in an amount of 70 atomic% or more based on the total amount of the transition metals.
  • the content of the transition metal in the metal component contained in the metal layer 60 is preferably 70 atomic% or more, more preferably 80 atomic% or more, and most preferably 90 atomic% or more.
  • the upper limit may be 100 atom %.
  • the typical metal is preferably a typical metal of 12 to 16 group, more preferably a typical metal of 12 to 14 group, further preferably zinc, aluminum or indium.
  • Germanium, tin and bismuth are used, and optimally zinc, aluminum and tin are used.
  • the content of the typical metal in the metal component contained in the metal layer 60 is preferably less than 30 atom %, more preferably less than 20 atom %, and most preferably less than 10 atom %.
  • the lower limit may be 0 atom %.
  • the content rate (atomic %) means the number of atoms of a relative specific metal component (all transition metals or all typical metals) when the total number of metal atoms (or the number of moles) of the metal component is 100 ( Or the number of moles).
  • the content rate is calculated by measuring the content of each metal component by ICP analysis, for example.
  • the metal layer 60 of the present invention preferably has a plurality of organic component sites and/or voids.
  • the organic component portion is a portion made of an organic component, preferably an organic resin component, and more preferably contains a thermoplastic resin.
  • a thermoplastic resin for example, polyethylene, polypropylene, AS resin, ABS resin, AES resin, vinyl acetate resin, polystyrene, polyvinyl chloride, acrylic resin, methacrylic resin, polyvinyl alcohol resin, polyvinyl ether, polyacetal, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyvinyl.
  • thermoplastic resin of is used.
  • the void is a hollow portion containing no metal component or organic component.
  • the plurality of organic component sites and/or voids can further improve the relaxation effect of stress caused by repeated temperature changes. Therefore, in the vertical cross section of the metal layer 60 of the present invention, the lower limit of the plurality of organic component sites and/or voids is preferably 5 area% or more, more preferably 10 area% or more, and 15 area% or more. The above is more preferable. In the vertical cross section of the metal layer 60 of the present invention, the plurality of organic component sites and/or voids have an upper limit value of preferably 80 area% or less, more preferably 60 area% or less, and 50 area% or less. The following is more preferable.
  • the plurality of organic component sites and/or voids preferably occupy, for example, 5 to 80 area%, more preferably 10 to 60 area% and 15 to 50 area. % Is more preferable.
  • the area is calculated, for example, by performing image analysis or mapping analysis by SEM or TEM at arbitrary points on the vertical cross section, and calculating the ratio of the area of all organic component sites and/or voids in the area of the entire measurement range at each point. It is calculated and calculated from the average value thereof.
  • the metal component contained in the metal layer 60 of the present invention is such that, in the vertical cross section of the metal layer 60, the area of the metal component and the organic component site and/or the void (total area of the metal layer) is 100 area %, It is preferable to occupy 20 to 95 area %. More preferably, it is 40 to 90 area %, and even more preferably 50 to 85 area %.
  • the area is calculated, for example, by performing image analysis or mapping analysis by SEM or TEM at arbitrary points on the vertical cross section, and calculating the ratio of the area of all metal components in the area of the entire measurement range at each point. It is calculated from the average value of.
  • the fine metal particles in the adhesive composition are fine particles of an alloy containing a transition metal, mixed particles of fine transition metal particles and fine metal particles other than transition metal, or composite particles of two or more of these.
  • the transition metal all general transition metals can be used, and examples thereof include simple transition metals, alloys of two or more kinds of transition metals, metal oxides, and transition metal compounds.
  • the transition metal species a transition metal of Groups 4 to 11 of the 4th to 6th periods is preferably used, more preferably a transition metal of Group 10 to 11 of the 4th to 6th periods is used, and further preferably 11 Group silver, copper and gold are used, most preferably silver and copper.
  • the content of the transition metal in the metal fine particles is preferably 70 atom% or more, more preferably 80 atom% or more, and most preferably 90 atom% or more.
  • the upper limit may be 100 atom %.
  • the transition metal content (atomic %) means the relative number of all transition metal components (or moles) when the total number (or moles) of all metal components in the metal fine particles is 100. Number).
  • the content rate is calculated by measuring the content of each metal component by ICP analysis, for example.
  • the metal component is a component consisting of only one or more transition metals, or a component consisting of one or more transition metals and one or more typical metals.
  • the transition metal contained in the adhesive composition is not limited to the pure metal, but may be contained as an alloy with another metal component.
  • the shape of the fine metal particles in the adhesive composition is not particularly limited, and examples thereof include spherical, flake-shaped, plate-shaped, foil-shaped, and dendritic-shaped, but generally flake-shaped or spherical is selected.
  • the metal fine particles in the adhesive composition in addition to particles made of a single metal, surface-coated metal particles made of two or more kinds of metals, or a mixture thereof can be used.
  • the average particle diameter (d50) of the metal fine particles in the adhesive composition is preferably 1 to 20 ⁇ m, more preferably 2 to 10 ⁇ m, and further preferably 3 to 8 ⁇ m.
  • the average particle diameter (d50) is less than 1 ⁇ m, the metal shrinkage after curing of the adhesive composition is not suppressed, so that the adhesiveness with the adherend material decreases.
  • the average particle diameter (d50) exceeds 20 ⁇ m, the sintering of the metal fine particles is difficult to proceed during the curing of the adhesive composition, and the adhesion with the adherend material is reduced.
  • the adhesive composition works well.
  • the average particle diameter is calculated as a 50% average particle diameter (D50) of the measured particle diameter distribution using a laser diffraction/scattering type particle size analyzer. For example, it can be measured using a laser diffraction/scattering particle size analyzer MT-3000 manufactured by Nikkiso Co., Ltd.
  • the surface of the fine metal particles in the adhesive composition may be coated with a coating agent.
  • the coating agent include a coating agent containing a carboxylic acid.
  • the content of metal fine particles is preferably 40 to 95% by mass, more preferably 50 to 95% by mass, and 60 to 90% by mass with respect to the total amount of the adhesive composition. Is more preferable, and optimally 70 to 90% by mass is used.
  • thermoplastic resin particles The thermoplastic resin particles in the adhesive composition are preferably solid thermoplastic resin particles at 25° C. (hereinafter, also simply referred to as “thermoplastic resin particles”).
  • solder material has been used as a bonding material for bonding the anchor 50, but the solder material has a dense structure and thus has low stress relaxation performance. Further, the metal grows due to repeated temperature changes, which further reduces the stress relaxation performance. Therefore, in the joining using the solder material, the stress caused by the difference in the coefficient of linear thermal expansion between the joined members (for example, the anchor 50, the probe substrate 16) causes the peeling between the joined member and the solder material, and the solder material. Is likely to break.
  • the adhesive composition used for the metal layer 60 according to this embodiment is cured by applying heat such as firing, some or all of the particles of the thermoplastic resin are melted to form an adhesive material. Form a plurality of voids in the cured product. Alternatively, some or all of the particles of the thermoplastic resin remain undissolved, and the undissolved part forms a part containing no metal component as a plurality of organic component parts, and a plurality of voids are formed in the melted part.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a cross-sectional structure of the metal layer (cured product of adhesive material) 60 of this embodiment.
  • the metal 61 and the voids or the organic component site 62 are formed in the particles of the thermoplastic resin.
  • the resulting stress is dispersed.
  • the movement of the metal in the metal layer 60 is hindered, and as described above, the member to be joined (anchor 50, probe substrate 16 and the like) and the metal layer (adhesive cured material) due to the stress due to the difference in linear thermal expansion coefficient.
  • peeling from 60 and breakage in the metal layer (cured product of adhesive material) 60 are apt to occur. In this way, it is considered that this contributes to the separation of the member to be joined and the metal layer 60 due to repeated temperature changes and the suppression of breakage of the metal layer 60.
  • the particles of the thermoplastic resin in this embodiment may be known resin particles, for example, polyethylene, polypropylene, AS resin, ABS resin, AES resin, vinyl acetate resin, polystyrene, polyvinyl chloride, acrylic resin, methacrylic resin.
  • the particles of the thermoplastic resin are melted during the curing of the adhesive composition to fill the voids in the cured adhesive.
  • the appropriate heating temperature for curing the adhesive composition varies depending on various conditions such as the type of metal filler (metal fine particles), but is usually 130 to 250°C. Therefore, in this embodiment, the melting point of the particles of the thermoplastic resin is 250° C. or less so that the particles of the thermosetting resin are sufficiently melted when the adhesive composition is cured. Further, the melting point of the particles of the thermoplastic resin is preferably 230° C. or lower, and more preferably 200° C. or lower.
  • the melting point of the thermoplastic resin particles is set to 130° C. or higher so that the thermoplastic resin particles do not melt before the sintering of the metal filler.
  • the melting point of the thermoplastic resin particles is preferably 150° C. or higher, more preferably 160° C. or higher.
  • the average particle size of the thermoplastic resin particles is also important in order to obtain the above-described effect of suppressing peeling and breaking. If the average particle size is large, the number of particles in the same amount decreases, and the effect of dispersing stress becomes poor. In addition, a portion where the existing ratio of the resin particles in the thickness direction of the adhesive material is extremely high is formed. This can be a weak point in the metal layer. Further, when the average particle diameter of the thermoplastic resin particles is large, the layer thickness of the metal layer (cured product of adhesive material) 60 cannot be reduced, and the heat generated from the adherend such as a semiconductor element can be efficiently released. From this viewpoint also, it is not preferable that the average particle size of the thermoplastic resin particles is too large. For the above reason, the particle size of the thermoplastic resin particles is set to 12 ⁇ m or less. The average particle diameter of the thermoplastic resin particles is preferably 11 ⁇ m or less, more preferably 10 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter of the thermoplastic resin particles is set to 1 ⁇ m or more.
  • the average particle size of the thermoplastic resin particles is preferably 2 ⁇ m or more, more preferably 3 ⁇ m or more.
  • the shape of the particles of the thermoplastic resin in the adhesive composition is not particularly limited, and examples thereof include substantially spherical shape, cubic shape, columnar shape, prismatic shape, conical shape, pyramidal shape, flake shape, foil shape and dendritic shape. However, a substantially spherical shape or a cubic shape is preferable.
  • the content of the thermoplastic resin particles is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and more preferably 2% by mass or more, based on the total amount of the adhesive composition. Is more preferable.
  • the particles of the thermoplastic resin are excessively contained, the voids of the metal layer tend to be weakened, and the bonding strength between the members to be bonded and the bonding portion is decreased or the strength of the bonding portion itself is decreased. % Or less, more preferably 4% by mass or less, still more preferably 3% by mass or less.
  • the metal fine particles and the thermoplastic resin particles may be dispersed in the binder resin.
  • the binder resin is not particularly limited, but for example, an epoxy resin, a phenol resin, a urethane resin, an acrylic resin, a silicone resin, a polyimide resin, or the like can be used, and these may be used alone or in combination of plural kinds of resins. You may use it.
  • the binder resin of this embodiment is preferably a thermosetting resin, and particularly preferably an epoxy resin.
  • the content of the binder resin is preferably 5% by mass or less, more preferably 4% by mass or less, and further preferably 2% by mass or less based on the total amount of the adhesive composition.
  • the content of the binder resin is 5% by mass or less, a metal network is easily formed by necking of the metal fine particles (metal filler), and a good effect of suppressing peeling or breakage can be obtained.
  • the binder resin is contained, it is preferably used in an amount of 0.5% by mass or more.
  • the adhesive composition may contain, for example, a curing agent in addition to the above components.
  • a curing agent examples include tertiary amines, amine-based curing agents such as alkylurea and imidazole, and phenol-based curing agents.
  • the content of the curing agent is preferably 2% by mass or less based on the total amount of the adhesive composition. By doing so, the uncured curing agent is less likely to remain, and the adhesion with the adherend material becomes good.
  • a curing accelerator may be added to the adhesive composition.
  • the curing accelerator include 2-phenyl-4,5-dihydroxymethylimidazole, 2-phenyl-4-methyl-5-hydroxymethylimidazole, 2-methyl-4-methylimidazole, 1-cyano-2-ethyl.
  • Examples include imidazoles such as -4-methylimidazole, tertiary amines, triphenylphosphines, urea compounds, phenols, alcohols, carboxylic acids and the like.
  • the curing accelerator may be used alone or in combination of two or more.
  • the compounding amount of the curing accelerator is not limited and may be appropriately determined, but when used, it is generally 0.01% by mass to 0.5% by mass based on the total amount of the adhesive composition. is there.
  • the adhesive composition may further contain a solvent for adjusting the adhesive composition into a paste state.
  • a solvent having a property of not dissolving the thermoplastic resin is used in order to maintain the shape of the particles of the thermoplastic resin in the paste.
  • Others are not particularly limited, but those having a boiling point of 350° C. or less are preferable, and those having a boiling point of 300° C. or less are more preferable because the solvent is easily volatilized during curing of the adhesive composition.
  • Specific examples thereof include acetate, ether and hydrocarbon, and more specifically, dibutyl carbitol, butyl carbitol acetate and the like are preferably used.
  • the content ratio of the solvent is preferably 1% by mass or more and 15% by mass or less with respect to the adhesive composition. From the viewpoint of workability, it is more preferably 10% by mass or less.
  • the adhesive composition may further include an antioxidant, an ultraviolet absorber, a tackifier, a viscosity modifier, a dispersant, a coupling agent, a toughness imparting agent, an elastomer, etc. It can be appropriately blended within a range that does not impair the effect of.
  • the adhesive composition of this embodiment can be obtained by mixing and stirring metal fine particles (metal filler), binder resin and thermoplastic resin particles, and other components in any order.
  • metal fine particles metal filler
  • binder resin binder resin
  • thermoplastic resin particles thermoplastic resin particles
  • the dispersion method for example, a method such as a two-roll, a three-roll, a sand mill, a roll mill, a ball mill, a colloid mill, a jet mill, a bead mill, a kneader, a homogenizer, and a propellerless mixer can be adopted.
  • the metal layer 60 of this embodiment is formed of the adhesive composition described above, and the adhesive composition is heated to cure the adhesive composition, whereby the metal layer 60 as an adhesive cured product is obtained.
  • the method for curing the adhesive composition is not particularly limited.
  • the adhesive composition is heat-treated at 150 to 300° C. for 0.5 to 3 hours to obtain the metal layer 60 as the cured adhesive composition. it can.
  • the adhesive composition is usually cured by heating to perform the joining.
  • the heating temperature at that time is not particularly limited, but between the metal fine particles (metal fillers), and between the member to be joined and the metal fine particles (metal filler), a point-to-point proximity state is formed and adhesion is performed.
  • the temperature is preferably 150° C. or higher, more preferably 180° C. or higher, even more preferably 200° C. or higher.
  • the members to be joined and the metal fine particles are strongly bonded and are not too hard. Is preferable, it is more preferable that it is 275° C. or lower, and it is further preferable that it is 250° C. or lower.
  • FIG. 6 shows the evaluation results of the characteristics of the joint portion (metal layer) joined by the adhesive composition according to this embodiment.
  • the method for evaluating the characteristics of the metal layer (bonded portion) is such that when the members to be bonded are bonded using the adhesive composition, the members to be bonded and the metal layer (bonded material cured product) 60 even when subjected to repeated temperature changes. It is evaluated that peeling from the metal layer and breakage of the metal layer (cured product of adhesive material) 60 are less likely to occur.
  • a characteristic evaluation method a case is shown in which a thermal cycle test is performed under the conditions described below, and the ratio of the peeled (including fractured) area after the test is measured and evaluated.
  • the ratio of the peeled area measured by the method is preferably 15% or less, more preferably 10% or less, and further preferably 5% or less.
  • the adhesive composition is applied to a 12 mm ⁇ 12 mm silver-plated copper substrate, and a 5 mm ⁇ 5 mm silver-sputtered silicon chip is placed on the coated surface, which is then heated at 250° C. for 60 minutes in a nitrogen atmosphere to remove the two coatings.
  • a metal bonded body (hereinafter, also simply referred to as “metal bonded body”) in which the adhered body was bonded by the cured adhesive material (bonded portion) was produced.
  • a thermal cycle test was performed using the metal bonded body, and the peeled area was measured.
  • the operation of holding the substrate at ⁇ 50° C. for 30 minutes and then at 150° C. for 30 minutes was repeated as 2000 cycles, and the ratio of the peeled area of the silicon chip after the test was measured. Results are shown in FIG.
  • the ratio of the peeled area was measured with an ultrasonic image/inspection device “Fine SAT FS300III” (trade name) after 2000 cycles, using a probe 140 MHz, a measurement area X12 mm, Y12 mm, a measurement pitch X0.025 mm, Y0.025 mm, and a gain of 35.
  • An image in a peeled state was obtained under the conditions of 0.0 dB, S gate delay 9.4 us, width 0.945 us, trigger 30%, F gate delay 0.076 us, width 0.035 us, and trigger 15%.
  • the obtained image was image-converted into two gradations of white and black with binarization software "image J ver. 1" and determined by the following relational expression (1).
  • the area occupied by the metal component, the area occupied by the organic component site and/or the void was calculated by observing a vertical cross section (SEM analysis) with respect to the joint surface of the joint.
  • SEM analysis a vertical cross section
  • an “SEM JSM6010LA” was used to obtain a sectional image with an acceleration voltage of 20 kV, a spot size of 40, WD of 11 mm, a high vacuum mode, a secondary electron image, and a magnification of 2000 times.
  • Cross-section observation is performed by using binarization software “image J ver.1” to cut an area of 20 ⁇ m square on each of five arbitrary images of the cross-section obtained from the SEM, and set the type to black and white 8-bit, and select “color”.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a joining method for joining the anchor 50 of this embodiment to the upper surface of the probe substrate 16, and FIG. 8 shows the joining method for the anchor 50. It is an explanatory view explaining.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a method of joining the anchor 50 to the upper surface of the probe substrate using a solder material
  • FIG. 10 is an explanatory view illustrating a joining method of the anchor 50 using a solder material
  • the probe substrate 16 is received from a pre-process (not shown) (step S51), and the joining process of the anchor 50 to the upper surface of the probe substrate 16 is started.
  • step S52 The surface of the received probe substrate 16 and the anchor 50 are washed (step S52), a portion of the upper surface of the probe substrate 16 not related to the joining of the anchor 50 is masked, and a solder material is prepared (step S53). Then, when a flux (soldering accelerator) is applied on the upper surface of the probe substrate 16 and a solder material is installed (step S54), the anchor 50 is joined using an automatic soldering machine or the like (step S55). ), and flux processing and tap processing are performed (step S56).
  • a flux solddering accelerator
  • Step S57 This processing is, for example, the height measurement of all anchors 50 provided on the upper surface of the probe substrate 16 and the inclination measurement of all anchors 50.
  • step S58 repair work is performed on the joining of the anchor 50 to be repaired (step S58), and the measurement process after joining is performed again. If the measurement result is OK, a predetermined visual inspection is performed (step S59), and the probe substrate 16 to which the anchor 50 is joined is delivered to the next step (step S60).
  • the joining method of the anchor 50 of this embodiment is as follows.
  • a film formation process using metal is performed on the bonding surface of each anchor 50 (step S11).
  • the bonding characteristics between the anchor 50 and the metal layer 60 as a cured adhesive material can be improved after firing, and the anchor 50 and the metal layer (adhesive material) can be formed. Peeling from the cured product) 60 is less likely to occur.
  • the metal formed on the adhesive surface of the anchor 50 is, for example, the same metal as the metal fine particles contained in the adhesive composition, or a metal that can be used as the metal fine particles even if it is not the same kind of metal. be able to.
  • the anchor 50 is made of an adaptable metal, the film forming process on the adhesive surface of the anchor 50 may be omitted. Further, the metal film forming process on the bonding surface of each anchor 50 can be performed in advance.
  • step S12 when the probe substrate 16 is received from the previous step (step S12), the surface of the probe substrate 16 and the anchor 50 are cleaned (step S13), and a print mask is formed on a portion of the upper surface of the probe substrate 16 that is not related to the bonding of the anchor 50. Is performed (step S14).
  • the adhesive composition is applied to the position on the upper surface of the probe substrate 16 where the anchor 50 is arranged to form a layer of the adhesive composition (step S15).
  • the anchor 50 when the anchor 50 is joined by using a solder material, on the upper surface of the probe substrate 16, the anchor 50 is attached to the outer edge portion in the contact surface where the anchor 50 is provided. , So that the solder material is present.
  • the solder material slightly rises from the bottom surface to the side surface of the anchor 50 to increase the joining strength.
  • the adhesive composition is applied to the entire upper surface of the probe substrate 16 where the anchor 50 is provided.
  • the anchor 50 is provided on the upper surface of the probe substrate 16 with the adhesive composition layer provided on the entire bottom surface of the anchor 50.
  • the adhesive material composition is applied to the upper surface of the probe substrate 16 and the position region of the anchor 50 is illustrated, but the adhesive material composition is applied to the bottom surface of the anchor 50. You may In any case, the adhesive composition is made to exist between the probe substrate 16 and the anchor 50 that is the member to be joined.
  • the layer thickness of the metal layer applied to the upper surface of the probe substrate 16 can be increased, for example, about 10 ⁇ m to 75 ⁇ m.
  • a sintering jig for simultaneously setting a plurality of anchors 50 is set on the upper surface of the probe substrate 16 (step S16), and the plurality of anchors 50 are simultaneously set on the upper surface of the probe substrate 16.
  • the anchors 50 are joined by using a solder material, the anchors 50 are installed one by one and joined, but in this embodiment, a dedicated sintering jig is attached to the upper surface of the probe substrate 16.
  • the sintering jig holds the anchor 50 at a position corresponding to the position of each anchor 50 provided on the upper surface of the probe substrate 16, and when the anchor 50 is set, the anchor 50 faces toward the upper surface of the probe substrate 16. It is possible to use a device that presses the sintering jig and moves each anchor 50 held by the sintering jig to the upper surface of the probe substrate 16. Thereby, a plurality of anchors 50 can be simultaneously set on the upper surface of the probe substrate 16.
  • this processing can be height measurement of all anchors 50 provided on the upper surface of the probe substrate 16, tilt measurement of all anchors 50, and the like.
  • the measurement result before sintering is NG
  • all the anchors 50 and all the layers of the adhesive composition provided on the upper surface of the probe substrate 16 are removed, and then the processes of steps S15 to S17 are repeated. ..
  • the probe substrate 16 with the plurality of anchors 50 installed is sintered (step S18). By this sintering, the adhesive composition is cured, the metal layer 60 as an adhesive cured product is obtained, and the anchor 50 and the metal layer 60 are firmly bonded.
  • step S19 A measurement process after firing is performed (step S19), a predetermined visual inspection is performed (step S20), and the probe substrate 16 to which the anchor 50 is bonded is delivered to the next process (step S21).
  • FIG. 11 is a figure which shows the cycle measurement result which shows the durability of the junction part in a temperature change environment.
  • the temperature is sequentially changed in the order of the lower limit temperature “ ⁇ 10° C.” ⁇ the steady temperature “22° C.” ⁇ the upper limit temperature “110° C.”.
  • the change was defined as one cycle, and a load was continuously applied to each anchor 50 for 40 minutes at each temperature, and the number of cycles of the bonded portion was measured. The measurement was performed under the same conditions even in the case of other temperature changes.
  • the durability of the bonded portion is 448 cycles in an environment of “-10 to 110° C.” and “-10 to 125° C.”
  • the environment was 123 cycles, and the environment of "-35 to 150°C" was 4 cycles.
  • the durability of the bonded portion is 820 cycles or more in the environment of “ ⁇ 10 to 110° C.”
  • the cycle was 301 cycles in the environment of "-35 to 150°C". From this, it can be seen that the durability of the joint is improved and the life of the joint is extended as compared with the case where the solder material is used.
  • FIG. 12 is a configuration diagram showing a configuration of a probe land formed on the lower surface of the probe substrate 16 according to this embodiment and a probe connected thereto.
  • a wiring pattern 164 is formed on the lower surface of the probe board 16 (that is, the lower surface of the multilayer wiring board 162 ), and a probe land (connection terminal) 163 connected to the wiring pattern 164 is provided. ing.
  • the probe 20 is provided so as to be connected to the probe land 163 provided on the lower surface of the multilayer wiring board 162.
  • the probe 20 is, for example, a cantilever type electrical contactor, and the upper bottom portion 211 of the probe 20 on the base end portion 21 side is joined to the plate-shaped probe land 163, whereby the probe 20 is fixed and the probe 20.
  • the tip portion 22 of is electrically contacted with the electrode terminal 2a of the device under test 2.
  • the probe 20 is joined to the probe land 163 provided on the lower surface of the multilayer wiring board 162, the probe 20 is joined to the probe land 163 using a solder material.
  • the probe 20 when the probe 20 is bonded to the probe land 163 provided on the lower surface of the probe substrate 16 (multilayer wiring substrate 162), by applying the metal layer 60 to the probe land 163 and providing the probe 20, heat is applied.
  • the probe land 163 and the probe 20 can be firmly joined.
  • the upper surface (first surface) and the lower surface (second surface) of the probe substrate, or both are covered with anchors, probes, or the like.
  • a metal layer made of an adhesive composition containing at least metal fine particles and particles of a thermoplastic resin to the adhesive surface of the probe substrate and heating the member to be joined to the probe substrate.
  • the durability of the joint between the probe substrate and the member to be joined can be improved and the life can be extended.
  • SYMBOLS 10 Electrical connection device, 12... Support member, 121... Through hole, 14... Wiring board, 14a... Connection terminal, 141... Through hole, 15... Electrical connection unit, 151... Flange part, 16... Probe board, 161 ... substrate member (ceramic substrate), 162... multilayer wiring substrate, 163... probe land (connection terminal), 164... wiring pattern, 18... probe substrate supporting member, 20... probe (electrical connector), 21... base end portion , 211... Upper bottom part, 22... Tip part, 50... Anchor, 501... Female thread part, 51... Support part (spacer), 60... Metal layer, 61... Metal, 62... Void or organic component part, 2... Inspected Body, 2a... Electrode terminal, 3... Chuck top.

Abstract

【課題】プローブ基板の基板間及び又はプローブ基板と被接合部材との耐久性を向上させる。 【解決手段】本発明に係るプローブ基板は、被検査体の複数の電極端子のそれぞれに対して、電気的に接触させる複数の電気的接触子を有するプローブ基板において、該プローブ基板の第1面と第2面のいずれか又は両方の面に設ける被接合部材との接合部は、金属成分中に少なくとも70原子%以上の遷移金属を含む、焼結形成した金属層によって前記被接合部材が接合され、及び又は、該プローブ基板の複数の基板間の接合面は、前記焼結形成した金属層によって基板同士が接合され、前記焼結形成した金属層には、熱可塑性樹脂を含む接着材組成物の加熱により形成された、複数の有機成分部位及び又は空隙が残存し、前記焼結形成した金属層に含まれる前記複数の有機成分部位及び又は空隙は、前記焼結形成した金属層の垂直断面において5~80面積%であることを特徴とする。

Description

プローブ基板及び電気的接続装置
 本発明は、プローブ基板及び電気的接続装置に関し、例えば、半導体ウェハ上に形成された被検査体の電気的な検査等の際に、検査装置と被検査体の電極端子との間を電気的に接続させる電気的接続装置に適用し得るものである。
 半導体ウェハ上に形成された各半導体集積回路(被検査体)の電気的な検査には、テストヘッドに複数のプローブ(電気的接触子)を有するプローブカードを備えた検査装置(テスタ)が用いられる。
 検査の際、チャックトップ上に被検査体が載置され、チャックトップ上の被検査体が、検査装置に取り付けられたプローブカードに対して押圧される。プローブカードは、当該プローブカードの下面から各プローブの先端部が突出するように、複数のプローブを装着しており、被検査体をプローブカードに対して押圧することにより、各プローブの先端部と被検査体の対応する電極端子とを電気的に接触させる。そして、検査装置からの電気信号を、プローブを介して被検査体に供給し、被検査体からの信号を、プローブを介してテスタ側に取り込むことで、被検査体の電気的検査を行なうことができる。
 特許文献1には、被検査体の電極端子に対して、プローブカードの水平性と、複数のプローブの針先の位置を平行に保持するために、プローブ基板上にアンカーと、そのアンカーの頂部にスペーサ部材(支持部)を設けることが開示されている。従来、プローブ基板上にアンカーを設ける際、半田材を用いてアンカーをプローブ基板上に接合することが一般的である。
 また、特許文献1には、プローブ基板の下面には配線が形成されており、その配線と接続するプローブランドにプローブが設けられているが、プローブをプローブランドに接合する際にも、半田材を用いて接合している。
国際公開番号WO2006/126279号
 近年、半導体集積回路の高集積化、電極間の狭ピッチ化等に伴い、プローブ基板に装着されるプローブの数が増加し、プローブ基板に被検査体を押圧すると、電気的接続装置には大きな反力が作用することになるが、従来のプローブ基板上のアンカー接合部として利用されている半田材の耐久性が充分でなく、強固に接合することが難しいという課題がある。
 また、被検査体の高機能化等に伴い、温度変化が大きい環境で使用される被検査体の電気的検査を行なう場合、電気的接続装置には、被検査体の使用環境に応じた温度変化の環境で検査を行なうことが要求される。しかし、特に高温環境下では、接合部としての半田材が軟化してしまい、十分な耐久性を確保することが難しく、その結果、十分な寿命を確保することが難しいという課題もある。
 なお、複数の基板で構成されるプローブ基板に関して、複数の基板同士の接合性をより向上させることも求められている。
 そこで、上記課題に鑑み、プローブ基板の基板間、及び又は、プローブ基板の上面(第1面)と下面(第2面)のいずれか又は両方に設ける被接合部材との耐久性を向上させ、寿命を長くできるプローブ基板及び電気的接続装置を提供しようとするとものである。
 かかる課題を解決するために、第1の本発明に係るプローブ基板は、被検査体の複数の電極端子のそれぞれに対して、電気的に接触させる複数の電気的接触子を有するプローブ基板において、該プローブ基板の第1面と第2面のいずれか又は両方の面に設ける被接合部材との接合部は、金属成分中に少なくとも70原子%以上の遷移金属を含む、焼結形成した金属層によって前記被接合部材が接合され、及び又は、該プローブ基板の複数の基板間の接合面は、前記焼結形成した金属層によって基板同士が接合され、前記焼結形成した金属層には、熱可塑性樹脂を含む接着材組成物の加熱により形成された、複数の有機成分部位及び又は空隙が残存し、前記焼結形成した金属層に含まれる前記複数の有機成分部位及び又は空隙は、前記焼結形成した金属層の垂直断面において5~80面積%であることを特徴とする。
 第2の本発明に係る電気的接続装置は、検査装置と、被検査体の複数の電極端子とを電気的に接続させる電気的接続装置において、前記検査装置と接続する配線回路を有する配線基板と、第1の本発明のプローブ基板と、前記配線基板の配線回路と、前記プローブ基板の複数の電気的接触子のそれぞれとを接続させる接続ユニットとを備えることを特徴とする。
 本発明によれば、プローブ基板の基板間、及び又は、プローブ基板の上面(第1面)と下面(第2面)のいずれか又は両方に設ける被接合部材との耐久性を向上させ、寿命を長くできる。
実施形態に係る電気的接続装置の構成を示す構成図である。 実施形態に係るプローブ基板の上面に設けられる複数のアンカーの配置を示す配置構成図である。 実施形態に係るアンカー部の構成を示す構成図である。 実施形態に係るプローブ基板の上面に設けられるアンカーの接合構造を示す図である。 実施形態の金属層(接着材硬化物)の断面構成を説明する説明図である。 実施形態に係る接着材組成物で接合した接合部分の特性を評価した評価結果である。 実施形態のアンカーをプローブ基板の上面に接合する接合方法を示すフローチャートである。 実施形態に係るアンカーの接合方法を説明する説明図である。 従来の半田材を用いてアンカーをプローブ基板の上面に接合する方法を示すフローチャートである 従来の半田材を用いたアンカーの接合方法を説明する説明図である。 実施形態において、温度変化環境下での接合部の耐久性を示すサイクル測定結果を示す図である。 実施形態に係るプローブ基板の下面に形成されるプローブランド及びこれに接続されるプローブの構成を示す構成図である。 変形実施形態において多段構造のアンカー及び支持部の構成を示す構成図である。
(A)主たる実施形態
 以下では、本発明に係るプローブ基板及び電気的接続装置の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
(A-1)電気的接続装置
 図1は、この実施形態に係る電気的接続装置の構成を示す構成図である。
 図1の電気的接続装置10は、主要な構成部材を図示しているが、これらの構成部材に限定されるものではなく、実際には図2に示していない構成部材をも有する。また、以下では、図1中の上下方向に着目して、「上」、「下」を言及するものとする。
 図1において、この実施形態に係る電気的接続装置10は、平板状の支持部材12と、前記支持部材12の下面12aに保持される平板状の配線基板14と、前記配線基板14と電気的に接続される電気的接続ユニット15と、前記電気的接続ユニット15と電気的に接続すると共に複数の電気的接触子(以下では、「プローブ」とも呼ぶ)20を有するプローブ基板16とを有する。
 電気的接続装置10は、支持部材12、配線基板14、電気的接続ユニット15、プローブ基板16を組み立てる際に、多数の固定部材(例えば、ボルト等の螺合部材など)を用いているが、図1ではこれらの固定部材を図示していない。
 電気的接続装置10は、例えば半導体ウェハ上に形成された半導体集積回路等を被検査体2とし、被検査体2の電気的な検査を行なうものである。具体的には、被検査体2をプローブ基板16に向けて押圧し、プローブ基板16の各プローブ20の先端部と被検査体2の電極端子2aとを電気的に接触させ、図示しないテスタ(検査装置)から被検査体2の電極端子2aに電気信号を供給し、さらに被検査体2の電極端子2aからの電気信号をテスタ側に与えることにより、被検査体2の電気的な検査を行なう。電気的接続装置10は、例えばプローブカードとも呼ばれている。
 検査対象である被検査体2はチャックトップ3の上面に載置される。チャックトップ3は、水平方向のX軸方向、水平面上においてX軸方向に対して垂直なY軸方向、水平面(X-Y平面)に対して垂直なZ軸方向に位置調整が可能なものであり、さらに、Z軸回りのθ方向に回転姿勢を調整可能である。被検査体2の電気的検査を実施する際には、上下方向(Z軸方向)に昇降可能なチャックを移動させて、被検査体2の電極端子2aをプローブ基板16の各プローブ20の先端部に電気的に接触させるため、電気的接続装置10のプローブ基板16の下面と、チャックトップ3の上面の被検査体2とが相対的に近づくように移動させる。
 [支持部材]
 支持部材12は、配線基板14の変形(例えば、撓み等)を抑えるものである。例えば、プローブ基板16は多数のプローブ20を有しているため、配線基板14側に取り付けられるプローブ基板16の重量は大きくなっている。また、被検査体2の電気的な検査の行なう際、プローブ基板16が、チャックトップ3上の被検査体2によって押し付けられることにより、プローブ基板16の下面に突出しているプローブ20の先端部と被検査体2の電極端子2aとが接触する。このように、電気的検査の際、下から上に向けて突き上げる反力(コンタクト荷重)が作用し、配線基板14にも大きな荷重が加えられる。支持部材12は、配線基板14の変形(例えば、撓み等)を抑える部材として機能する。また、支持部材12には、上面と下面とを貫通させた複数の貫通孔121が設けられている。複数の貫通孔121のそれぞれは、後述するプローブ基板16の上面に配置させる複数のアンカー50のそれぞれの位置と対応する位置に設けられており、かつ、配線基板14に設けた複数の貫通孔141のそれぞれの位置と対応する位置に設けられている。支持部材12の各貫通孔121には、スペーサ(以下、「支持部」とも呼ぶ。)51が、支持部材12の上方から下方に向けて挿通され、スペーサ(支持部)51の下端部と、対応するアンカー50とが固定可能な構成となっている。例えば、スペーサ(支持部)51の下端部は雄ネジ部となっており、またプローブ基板16の上面に配置されるアンカー50の略中央部は雌ネジ部501となっており、スペーサ(支持部)51の下端部(雄ネジ部)がアンカー50の雌ネジ部に螺合することで固定できる。これにより、プローブ基板16の上面と、支持部材12の上面との間の距離を所定の距離長に保持できるようにしている。
 [配線基板]
 配線基板14は、例えばポリイミド等の樹脂材料で形成されたものであり、例えば略円形板状に形成されたプリント基板等である。配線基板14の上面の周縁部には、テスタ(検査装置)のテストヘッド(図示しない)と電気的に接続するための多数の電極端子(図示しない)が配置されている。また、配線基板14の下面には、配線パターンが形成されており、配線パターンの接続端子14aが、電気的接続ユニット15に設けられているポゴピン等の接続子30の上端部と電気的に接続するようになっている。
 さらに、配線基板14の内部には配線回路(図示しない)が形成されており、配線基板14の下面の配線パターンと、配線基板14の上面の電極端子とは、配線基板14内部の配線回路を介して接続可能となっている。したがって、配線基板14内の配線回路を介して、配線基板14の下面の配線パターンの接続端子14aに電気的に接続する電気的接続ユニット15の各接続子30と、配線基板14の上面の電極端子に接続するテストヘッドとの間で電気信号を導通させることができる。配線基板14の上面には、被検査体2の電気的検査に必要な複数の電子部品も配置されている。
 また、配線基板14には、当該配線基板14の上面と下面とを貫通させた複数の貫通孔141が設けられている。複数の貫通孔141のそれぞれは、プローブ基板16の上面に配置される複数のアンカー50のそれぞれの位置と対応する位置に配置され、かつ、支持部材12の複数の貫通孔121のそれぞれの位置と対応する位置に配置されている。
 なお、各貫通孔141の開口形状は、挿通される支持部51の形状に対応した形状とすることができる。また、各貫通孔141に支持部51を挿通可能にするために、各貫通孔141の内径は、支持部51の外径と同程度又はわずかに大きくなっている。
 この実施形態では、支持部51が円柱部材である場合を例示するため、貫通孔141の開口形状が略円形である場合を例示するが、これに限定されるものではない。例えば、支持部51の断面形状が略正方形等の直角柱の部材や、当該断面形状が多角形の多角柱の部材等であってもよく、そのような例の場合でも、貫通孔141の開口形状は、支持部51を挿通可能な形状とすることができる。
 [電気的接続ユニット]
 電気的接続ユニット15は、例えばポゴピン等のような複数の接続子30を有している。電気的接続装置10の組み立て状態では、各接続子30の上端部を、配線基板14の下面の配線パターンの接続端子14aに電気的に接続され、また各接続子30の下端部を、プローブ基板16の上面に設けられたパッドに接続される。プローブ20の先端部が被検査体2の電極端子に電気的に接触するので、被検査体2の電極端子はプローブ20及び接続子30を通じてテスター(検査装置)と電気的に接続されるので、被検査体2はテスター(検査装置)による電気的な検査が可能となる。
 例えば、電気的接続ユニット15は、各接続子30を挿通するため、複数の挿通孔を有しており、各挿通孔に接続子30が挿通されることにより、各接続子30の上端部及び下端部が突出するようになっている。なお、電気的接続ユニット15において、複数の接続子30を装着する仕組みは、貫通孔を設ける構成に限定されるものではなく、種々の構成を広く適用することができる。電気的接続ユニット15の周囲にはフランジ部151が設けられている。
 [プローブ基板]
 プローブ基板16は、複数のプローブ20を有する基板であり、略円形若しくは多角形(例えば16角形等)に形成されたものである。プローブ20は、例えば、カンチレバー型のプローブ(電気的接触子)である場合を例示するが、これに限定されるものではない。また、プローブ基板16は、例えばセラミック板で形成される基板部材161と、この基板部材161の下面に形成された多層配線基板162とを有する。
 セラミック基板である基板部材161の内部には、板厚方向に貫通する多数の導電路(図示しない)が形成されており、また基板部材161の上面には、パッドが形成されており、基板部材161内の導電路の一端が、当該基板部材161の上面の対応する配線パターンの接続端子と接続するように形成されている。さらに、基板部材161の下面では、基板部材161内の導電路の他端が、多層配線基板162の上面に設けられた接続端子と接続されるように形成されている。
 多層配線基板162は、例えばポリイミド等の合成樹脂部材で形成された複数の多層基板で形成されており、複数の多層基板の間に配線路(図示しない)が形成されたものである。多層配線基板162の配線路の一端は、セラミック基板である基板部材161側の導電路の他端と接続しており、多層配線基板162の他端は、多層配線基板162の下面に設けられたプローブランド163(図12参照)に接続されている。多層配線基板162の下面に設けられたプローブランド163には、複数のプローブ20が配置されており、プローブ基板16の複数のプローブ20は、電気的接続ユニット15を介して、配線基板14の対応する接続端子14aと電気的に接続している。
 (A-2)被接合部材の接合
 次に、プローブ基板16の上面(第1面)及び下面(第2面)のいずれか一方又は両方への被接合部材の接合に関して、図面を参照して説明する。
 以下では、被接合部材がアンカー50であり、プローブ基板16の上面(すなわち、基板部材161の上面)にアンカー50を接合することを例示して説明する。
 電気的接続装置10の各プローブ20を、被検査体2の各電極端子2aに確実に接触させるためには、プローブ基板16に装着された各プローブ20の先端の高さ位置を水平に保持して、各プローブ20の先端の高さ位置が揃った状態で、被検査体2の各電極端子2aに各プローブ20の先端を押圧して接触させることが求められる。
 しかし、近年、被検査体2である半導体集積回路の高集積化、電極間の狭ピッチ化等に伴い、プローブ基板16に装着されるプローブ20の数が増加し、プローブ基板16に被検査体2を押圧すると、電気的接続装置10には大きな反力(すなわち、高荷重)が作用し、プローブ基板16等に撓み等の変形が生じ得、複数のプローブの高さ位置を水平に保持することが難しくなる。
 このような撓みを抑圧するために、プローブ基板16の上面に複数のアンカー50を設けて、各アンカー50の上面に、各支持部51の下端部を当接させて固定することにより、プローブ基板16と支持部材12とを結合させることができる。
 ところで、従来、半田材を用いてプローブ基板16の上面にアンカー50を接合することが一般的である。しかし、上述したような、プローブ20数の増加、高コンタクト荷重等の下では、半田材の耐久性が十分ではなく、プローブ基板16の下面に配置された複数のプローブ20の先端部から形成される仮想平面と、半導体ウェハ上の複数の電極端子2aから形成される平面との平行を保持することが難しいという課題がある。
 また、被検査体2の高機能化等に伴い、温度変化が大きい環境で使用される被検査体2の電気的検査を行なう場合、電気的接続装置10には、被検査体2の使用環境に応じた温度変化の環境で、被検査体2の電気的な検査を行なうことが求められている。
 しかし、温度変化が大きい環境で、被検査体2の電気的検査を行なう場合、特に高温環境で被検査体2の電気的検査を行なう場合、半田材の軟化等により、半田材が変形してしまい、プローブ基板16とアンカー50とを接合している半田材の耐久性を十分に保持することが難しいという課題もある。
 そこで、この実施形態では、プローブ基板16において各アンカー50を配置する各位置に、後述するような特性を有する金属層60を介して各アンカー50を接合する。これにより、耐久性を向上させ、寿命を長くすることができる。
 [アンカー50の配置]
 図2は、実施形態に係るプローブ基板16の上面に設けられる複数のアンカー50の配置を示す配置構成図である。
 図2に示すように、プローブ基板16の上面には、複数のアンカー50が配置されている。図2では、プローブ基板16の中央部の中心位置に設けた1個のアンカー50と、その中心位置を中心とした第1の仮想円上に等角度間隔に設けた8個のアンカー50と、前記第1の仮想円の半径よりも大きい半径の第2の仮想円上に等角度間隔に設けた8個のアンカー50との合計17個のアンカー50を設けた場合を例示している。なお、図2では、17個のアンカー50が配置されている場合を例示しているが、アンカー50の数は限定されるものではない。
 アンカー50は、図3に例示するように円柱形状の金属部材で形成された部材を用いることができ、その中央部に雌ネジ部501を有している。例えば、支持部材12の各貫通孔121の上方から下方に向けて挿通されたスペーサ(支持部)51の下端部(雄ネジ部)が、対応するアンカー50の雌ネジ部501に螺合され固定されることにより、支持部材12とプローブ基板16とが固定されるようになっている。
 図4は、実施形態に係るプローブ基板16の上面に設けられるアンカー50の接合構造を示す図である。
 図4に示すように、プローブ基板16の上面において、各アンカー50を配置する各位置に、後述する特性を有する接着材組成物を塗布し、その上に各アンカー50を設けて熱を加えることにより、接着材組成物が硬化した金属層60が形成されて各アンカー50がプローブ基板16の上面に接合される。
 (A-2-1)金属層
 本発明の金属層60は、例えば、金属微粒子(金属フィラー)と熱可塑性樹脂の粒子とを含有する接着材組成物を用い、焼成など行うことで形成される。
 また、金属層60は、金属成分を含み該金属成分が少なくとも70原子%以上の遷移金属で構成される。金属成分とは、一以上の遷移金属のみからなる成分、または一以上の遷移金属と一以上の典型金属とからなる成分である。遷移金属としては、好ましくは8~11族の第4~6周期の遷移金属が用いられ、より好ましくは、10~11族の第4~6周期の遷移金属が用いられ、更に好ましくは11族の銀、銅、金が用いられ、最適には銀、銅が用いられる。また、二以上の遷移金属を用いる場合は、遷移金属の合計量に対し、銀を70原子%以上含むことが好ましい。金属層60に含まれる金属成分中の遷移金属の含有率は、70原子%以上であることが好ましく、80原子%以上がより好ましく、90原子%以上が最適である。上限としては100原子%であっても良い。金属成分に典型金属を含む場合は、典型金属として、好ましくは12~16族の典型金属が用いられ、より好ましくは、12~14族の典型金属が用いられ、更に好ましくは亜鉛、アルミニウム、インジウム、ゲルマニウム、スズ、ビスマスが用いられ、最適には、亜鉛、アルミニウム、スズが用いられる。金属層60に含まれる金属成分中の典型金属の含有率は、30原子%未満であることが好ましく、20原子%未満がより好ましく、10原子%未満が最適である。下限としては0原子%であっても良い。ここで、含有率(原子%)とは、金属成分の全金属原子数(またはモル数)を100とした場合の相対的な特定の金属成分(全遷移金属または全典型金属)の原子数(またはモル数)である。含有率は、例えばICP分析により各金属成分の含有量を測定し算出される。
 本発明の金属層60は、複数の有機成分部位及び又は空隙を有することが好ましい。該有機成分部位とは、有機成分からなる部位であり、好ましくは有機樹脂成分からなり、熱可塑性樹脂を含有することがより好ましい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、AS樹脂、ABS樹脂、AES樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルエーテル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、フェノキシ樹脂ポリエーテルイミド、エチルセルロース、酢酸セルロース、各種のフッ素樹脂、ポリオレフィンエラストマー、シリコーン樹脂、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン6等の公知のポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂が用いられる。該空隙とは、金属成分や有機成分を含まない空洞の部位である。
 また、該複数の有機成分部位及び又は空隙は、繰り返しの温度変化に起因する応力の緩和作用をより向上させることができる。よって、本発明の金属層60の垂直断面において、該複数の有機成分部位及び又は空隙は、下限値としては、5面積%以上を占めることが好ましく、10面積%以上がより好ましく、15面積%以上が更に好ましい。また、本発明の金属層60の垂直断面において、該複数の有機成分部位及び又は空隙は、上限値としては、80面積%以下であることが好ましく、60面積%以下がより好ましく、50面積%以下が更に好ましい。また、本発明の金属層60の垂直断面において、該複数の有機成分部位及び又は空隙は、例えば、5~80面積%を占めることが好ましく、より好ましくは10~60面積%、15~50面積%が更に好ましい。面積の算出は、例えば、垂直断面の任意の複数箇所のSEMやTEMによる画像分析またはマッピング分析などを行ない、一箇所毎の全測定範囲の面積における全有機成分部位及び又は空隙の面積の割合を算出し、それらの平均値より算出される。
 また、本発明の金属層60に含まれる金属成分は、該金属層60の垂直断面において、金属成分と有機成分部位及び又は空隙の面積(金属層の全面積)を100面積%とした場合、20~95面積%を占めることが好ましい。より好ましくは40~90面積%、50~85面積%が更に好ましい。面積の算出は、例えば、垂直断面の任意の複数箇所のSEMやTEMによる画像分析またはマッピング分析などを行ない、一箇所毎の全測定範囲の面積における全金属成分の面積の割合を算出し、それらの平均値より算出される。
 [金属微粒子]
 接着材組成物における金属微粒子は、遷移金属を含む合金の微粒子、遷移金属微粒子と遷移金属以外の金属微粒子との混合粒子、またはこれら2種以上の複合粒子である。遷移金属としては、一般的な遷移金属は全て利用することができ、遷移金属の単体、または2種以上の遷移金属からなる合金、金属の酸化物、あるいは遷移金属の化合物等が挙げられる。遷移金属種としては、好ましくは8~11族の第4~6周期の遷移金属が用いられ、より好ましくは、10~11族の第4~6周期の遷移金属が用いられ、更に好ましくは11族の銀、銅、金が用いられ、最適には銀、銅が用いられる。また、遷移金属を2種以上用いる場合は、遷移金属の合計量に対し、銀を70原子%以上含むことが好ましい。金属微粒子中の遷移金属の含有率は、70原子%以上であることが好ましく、80原子%以上がより好ましく、90原子%以上が最適である。上限としては100原子%であっても良い。ここで、遷移金属の含有率(原子%)とは、金属微粒子中の全金属成分の合計原子数(またはモル数)を100とした場合の相対的な全遷移金属成分の原子数(またはモル数)である。含有率は、例えばICP分析により各金属成分の含有量を測定し算出される。金属成分とは、一以上の遷移金属のみからなる成分、または一以上の遷移金属と一以上の典型金属とからなる成分である。接着材組成物に含まれる遷移金属は、純金属として含まれる態様に限らず、他の金属成分との合金として含まれてもよい。
 接着材組成物における金属微粒子の形状は特に限定されず、例えば、球状、フレーク状、プレート状、箔状および樹枝状等が挙げられるが、一般的にはフレーク状または球状が選択される。また、接着材組成物における金属微粒子には、単一の金属からなる粒子のほか、2種以上の金属からなる表面被覆された金属粒子、またはこれらの混合物を用いることができる。
 接着材組成物における金属微粒子の平均粒子径(d50)は1~20μmであることが好ましく、より好ましくは2~10μm、更に好ましくは3~8μmである。平均粒子径(d50)が1μm未満であると、接着材組成物の硬化後の金属収縮が抑制されなくなるため被接着材料との密着性が低下してしまう。平均粒子径(d50)が20μmを超えると接着材組成物の硬化の際に金属微粒子の焼結が進みにくく被接着材料との密着性が低下してしまう。また、金属微粒子がナノ粒子やサブミクロン粒子を含む場合であっても、金属微粒子全体として平均粒子径(d50)が1~20μmの範囲であれば、接着材組成物として良好に機能する。平均粒子径は、レーザー回折・散乱式粒度分析計を用い、測定された粒子径分布の50%平均粒子径(D50)として算出される。例えば、日機装株式会社製のレーザー回折・散乱式粒度分析計MT-3000を用いて測定することができる。
 接着材組成物における金属微粒子は、その表面がコーティング剤で被覆されていてもよい。コーティング剤としては、例えば、カルボン酸を含むコーティング剤が挙げられる。
 接着材組成物において、金属微粒子の含有量は接着材組成物の全体量に対して40~95質量%であることが好ましく、50~95質量%であることがより好ましく、60~90量%であることがさらに好ましく、最適には70~90質量%で用いられる。
 [熱可塑性樹脂の粒子]
 接着材組成物における熱可塑性樹脂の粒子は、25℃において固体状の熱可塑性樹脂の粒子(以下、単に「熱可塑性樹脂の粒子」ともいう。)であることが好ましい。
 従来は、アンカー50を接合する接合材として半田材が用いられているが、半田材は緻密な構造を有するため応力緩和性能が低い。また、繰り返しの温度変化を受けることにより金属が成長し、このことによって応力緩和性能がさらに低下する。そのため、半田材を用いた接合では、被接合部材(例えば、アンカー50、プローブ基板16など)同士の線熱膨張率の差により生じる応力によって、被接合部材と半田材との剥離や、半田材の破断が生じやすい。
 しかし、この実施形態に係る金属層60に用いられる接着材組成物は、例えば焼成等のように熱を加えて硬化させる際に、熱可塑性樹脂の粒子の一部または全部が溶融し、接着材硬化物内の複数の空隙を形成する。または熱可塑性樹脂の粒子の一部または全部が溶け残り、溶け残った部位は複数の有機成分部位として金属成分を含まない部位を形成し、溶けた部位については複数の空隙を形成する。
 図5は、この実施形態の金属層(接着材硬化物)60の断面構成を説明する説明図である。
 図5に示すように、金属層(接着材硬化物)60の垂直断面において、金属61と、熱可塑性樹脂の粒子に空隙又は有機成分部位の部位62が形成されるので、金属層60内で生じる応力が分散される。そうすると、金属層60内での金属の移動が妨げられ、上記のように、線熱膨張率の差によって応力による被接合部材(アンカー50、プローブ基板16等)と金属層(接着材硬化物)60との剥離や、金属層(接着材硬化物)60内の破断が生じやすくなることを防いでいるものと考えられる。このように、繰り返しの温度変化による被接合部材と金属層60との剥離や、金属層60の破断の抑制に寄与していると考えられる。
 この実施形態における熱可塑性樹脂の粒子としては公知の樹脂の粒子であってよく、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、AS樹脂、ABS樹脂、AES樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルエーテル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、フェノキシ樹脂ポリエーテルイミド、エチルセルロース、酢酸セルロース、各種のフッ素樹脂、ポリオレフィンエラストマー、シリコーン樹脂、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン6等の公知のポリアミド樹脂等の粒子が挙げられ、それらの混合物であっても良い。
 上述の剥離や破断の抑制の効果を得るには、熱可塑性樹脂の粒子が接着材組成物の硬化の際に溶融して、接着材硬化物内の空隙を充填する必要がある。接着材組成物の硬化の際の適切な加熱温度は、例えば金属フィラー(金属微粒子)の種類等、様々な条件により変化するが、通常130~250℃である。したがって、この実施形態においては、接着材組成物の硬化の際に熱硬化性樹脂の粒子が十分に溶融するように、熱可塑性樹脂の粒子の融点は250℃以下とする。また、熱可塑性樹脂の粒子の融点は、230℃以下が好ましく、200℃以下がより好ましい。
 一方、接着材組成物の硬化の際に金属フィラーの焼結より先に熱可塑性樹脂の粒子が溶融すると、金属フィラーの焼結を妨げるおそれがある。金属フィラーの焼結温度はその種類等によっても異なるが、通常は130℃以下である。したがって、この実施形態においては、金属フィラーの焼結より先に熱可塑性樹脂の粒子が溶融しないように、熱可塑性樹脂の粒子の融点は130℃以上とする。また、熱可塑性樹脂の粒子の融点は、150℃以上が好ましく、160℃以上がより好ましい。
 また、上述の剥離や破断の抑制の効果を得るには、熱可塑性樹脂の粒子の平均粒子径も重要となる。平均粒子径が大きいと同じ量での個数が少なくなり、応力を分散する効果が乏しくなる。また、接着材厚み方向に対しての樹脂粒子の存在比率が非常に高い箇所ができる。これは金属層内の脆弱点になり得る。さらに、熱可塑性樹脂の粒子の平均粒子径が大きいと、金属層(接着材硬化物)60の層厚を薄くすることができなくなり、半導体素子等の被着体から発生した熱を効率よく逃がせなくなるため、この観点からも熱可塑性樹脂の粒子の平均粒子径が大きすぎることは好ましくない。上述した理由より、熱可塑性樹脂の粒子の粒径は、12μm以下とする。また、熱可塑性樹脂の粒子の平均粒子径は、11μm以下が好ましく、10μm以下がより好ましい。
 また、平均粒子径が小さいと応力緩和の能力および亀裂進展抑制効果が乏しくなる。したがって、上述した理由より、熱可塑性樹脂の粒子の平均粒子径は、1μm以上とする。また、熱可塑性樹脂の粒子の平均粒子径は、2μm以上が好ましく、3μm以上がより好ましい。
 接着材組成物における熱可塑性樹脂の粒子の形状は特に限定されず、例えば、略球状、立方体状、円柱状、角柱状、円錐状、角錐状、フレーク状、箔状および樹枝状等が挙げられるが、略球状、立方体状が好ましい。
 接着材組成物において、繰り返し温度変化を受けた場合の被接合部材と金属層(接着材硬化物)60との剥離や、金属層(接着材硬化物)60の破断を高い水準で防止するために、熱可塑性樹脂の粒子の含有量は接着材組成物の全体量に対して0.5質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、2質量%以上であることがさらに好ましい。
 また、熱可塑性樹脂の粒子を過剰に含有することによって、金属層の空隙が弱くなる傾向があり、被接合部材と接合部との接合強度の低下や接合部自体の強度低下のため、5質量%以下であることが好ましく、4質量%以下であることがより好ましく、3質量%以下であることがさらに好ましい。
 [その他の成分]
 <バインダ樹脂>
 接着材組成物において、金属微粒子、及び熱可塑性樹脂の粒子は、バインダ樹脂中に分散されてもよい。バインダ樹脂は特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂又はポリイミド樹脂等を用いることができ、これらを単独で用いてもよいし、複数種類の樹脂を組み合わせて用いてもよい。作業性の観点から、この実施形態のバインダ樹脂は熱硬化性樹脂であることが好ましく、エポキシ樹脂であることが特に好ましい。
 バインダ樹脂の含有量は、接着材組成物の全体量に対して5質量%以下であることが好ましく、4質量%以下であることがより好ましく、2質量%以下であることがさらに好ましい。バインダ樹脂の含有量が5質量%以下であると、金属微粒子(金属フィラー)のネッキングによる金属ネットワークが形成され易く、良好な剥離や破断の抑制効果が得られる。またバインダ樹脂を含有させる場合は、0.5質量%以上用いることが好ましい。
 <硬化剤>
 接着材組成物は、上記成分のほかにも、例えば、硬化剤を含有していてもよい。硬化剤としては、例えば、第3級アミン、アルキル尿素、イミダゾール等のアミン系硬化剤や、フェノール系硬化剤等が挙げられる。
 硬化剤の含有量は接着材組成物の全体量に対して2質量%以下であることが好ましい。そうすることで未硬化の硬化剤が残りにくくなり、被接着材料との密着性が良好となる為である。
 <硬化促進剤>
 接着材組成物には硬化促進剤を配合することもできる。硬化促進剤としては、例えば、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール、2-メチル-4-メチルイミダゾール、1-シアノ-2-エチル-4-メチルイミダゾール等のイミダゾール類、第3級アミン類、トリフェニルフォスフィン類、尿素系化合物、フェノール類、アルコール類、カルボン酸類等が例示される。硬化促進剤は1種類だけ使用しても2種類以上を併用してもよい。
 硬化促進剤の配合量は限定されるものではなく適宜決定すればよいが、使用する場合は一般には、接着材組成物の全体量に対して0.01質量%~0.5質量%以下である。
 <溶剤>
 接着材組成物には、さらに接着材組成物をペースト状態に調整するため溶剤を含んでいてもよい。溶剤を含む場合は、ペースト中において熱可塑性樹脂の粒子の形状を維持するために、これを溶解しない性質の溶剤を用いる。その他は特に限定されないが、接着材組成物の硬化の際に溶剤が揮発しやすいことから沸点350℃以下のものが好ましく、沸点300℃以下のものがより好ましい。具体的にはアセテート、エーテル、炭化水素等が挙げられ、より具体的には、ジブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート等が好ましく用いられる。
 溶剤の含有率は、溶剤を用いる場合、接着材組成物に対して1質量%以上が好ましく、15質量%以下が好ましい。作業性の観点からより好ましくは10質量%以下である。
 また、接着材組成物には、上記成分の他にも、酸化防止剤、紫外線吸収剤、粘着付与剤、粘性調整剤、分散剤、カップリング剤、強靭性付与剤、エラストマー等を、本発明の効果を損なわない範囲で適宜配合することができる。
 この実施形態の接着材組成物は、金属微粒子(金属フィラー)、バインダ樹脂及び熱可塑性樹脂の粒子並びにその他の成分を、任意の順序で、混合、撹拌することにより得ることができる。分散方法としては、例えば、二本ロール、三本ロール、サンドミル、ロールミル、ボールミル、コロイドミル、ジェットミル、ビーズミル、ニーダー、ホモジナイザー、及びプロペラレスミキサー等の方式を採用することができる。
 この実施形態の金属層60は上述した接着材組成物で形成され、接着材組成物を加熱して、接着材組成物を硬化させることにより、接着材硬化物としての金属層60が得られる。接着材組成物の硬化方法は、特に限定されないが、例えば、接着材組成物を150~300℃で0.5~3時間熱処理することで、接着材硬化物としての金属層60を得ることができる。
 また、接着材組成物を用いて被接合部材同士を接合する際には、通常加熱により接着材組成物を硬化させて接合を行なう。その際の加熱温度は、特に限定はされないが、金属微粒子(金属フィラー)同士、及び、被接合部材と金属微粒子(金属フィラー)との間に、互いに、点接触した近接状態を形成させ、接着部としての形状を安定させるために150℃以上であることが好ましく、180℃以上であることがより好ましく、200℃以上であることがさらに好ましい。
 金属微粒子(金属フィラー)同士の結合が過度に進行し、金属フィラー間のネッキングが生じて、被接合部材と金属微粒子とが強固に結合し、硬すぎる状態となることを避けるために300℃以下であることが好ましく、275℃以下であることがより好ましく、250℃以下であることがさらに好ましい。
 図6は、この実施形態に係る接着材組成物で接合した接合部分(金属層)の特性を評価した評価結果である。
 金属層(接合部分)の特性評価方法は、接着材組成物を用いて被接合部材を接合した場合に、繰り返し温度変化を受けたときでも、被接合部材と金属層(接着材硬化物)60との剥離や、金属層(接着材硬化物)60の破断が生じにくくなっていることを評価している。
 この接合部分の特性評価方法としては、種々の方法が挙げられる。この実施形態では、特性評価方法として、後述する条件下で冷熱サイクル試験を行ない、試験後の剥離(破断含む)面積の割合を測定して評価した場合を示す。
 当該方法で測定した剥離面積の割合は15%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましく、5%以下であることがさらに好ましい。
 接着材組成物を12mm×12mmの銀メッキした銅基板に塗布し、塗布面に5mm×5mmの銀スパッタしたシリコンチップを戴置後、窒素雰囲気下、250℃で60分加熱し、2つの被着体が接着材硬化物(接合部)により接合された金属接合体(以下、単に「金属接合体」ともいう。)を作製した。
 金属接合体を用いて冷熱サイクル試験を行い、剥離面積を測定した。この試験では、基板を-50℃に30分間保持した後に150℃に30分間保持する操作を1サイクルとして2000サイクル繰返し、試験後のシリコンチップの剥離面積の割合を測定した。結果を図6に示す。
 なお、剥離面積の割合は、2000サイクル後の超音波映像・検査装置「Fine SAT FS300III」(商品名)で、プローブ140MHz、測定エリアX12mm、Y12mm、測定ピッチX0.025mm、Y0.025mm、ゲイン35.0dB、Sゲートディレイ9.4us、幅0.945us、トリガ30%、Fゲートディレイ0.076us、幅0.035us、トリガ15%の条件で剥離状態の画像を得た。得られた画像を二値化ソフト「image J ver.1」で濃淡を白と黒の二階調に画像変換し、以下の関係式(1)で求めた。詳細な「image J ver.1」の手順として接合部をSAT画像から切り取り、タイプを白黒8ビットとし、“色を反転”を選択後、閾値設定を“Default”で“自動”を適用することで二値化画像を得た。
 剥離面積の割合(%)=剥離面積(黒色画素数)÷チップ面積(黒色画素数+白色画素数)×100  …(1)
 図6に示すように、実施例1~6においては、剥離面積が2~10%と良好な結果が得られ、繰り返し温度変化を受けた場合にも被接合部材の剥離や接合部の破断が生じにくいことが確認された。
 また、接合部の接合面に対する垂直断面観察(SEM分析)により、金属成分が占める面積、有機成分部位および/または空隙が占める面積をそれぞれ算出した。詳細な観察条件として、「SEM JSM6010LA」を用いて加速電圧20kV、スポットサイズ40、WD11mm、高真空モード、二次電子像、倍率2000倍で断面画像を得た。断面観察は、SEMから得られる断面の任意の5箇所の画像について、二値化ソフト「image J ver.1」を用いて、それぞれ20μm四方の領域を切り取り、タイプを白黒8ビットとし、“色を反転”を選択後、閾値設定を“Default”で“自動”を適用することで二値化画像を得た。金属成分が占める面積は、以下の関係式(2)で求め、それらの平均値から面積%を算出した。
 金属成分が占める面積割合(%)=金属成分が占める面積(黒色画素数)÷選択された領域の面積(黒色画素数+白色画素数)×100  …(2)
 (A-2-2)被接合部材の接合方法
 図7は、この実施形態のアンカー50をプローブ基板16の上面に接合する接合方法を示すフローチャートであり、図8は、アンカー50の接合方法を説明する説明図である。
 なお、図9は、半田材を用いてアンカー50をプローブ基板の上面に接合する方法を示すフローチャートであり、図10は、半田材を用いたアンカー50の接合方法を説明する説明図であり、従来の半田材を用いたアンカー50の接合方法と比較しながら、この実施形態に係るアンカー50の接合方法を説明する。
 まず、従来の半田材を用いたアンカー50の接合方法を簡単に説明する。図9に示すように、従来のアンカー50の接合方法は、図示しない前工程からプローブ基板16を受け入れて(ステップS51)プローブ基板16の上面へのアンカー50の接合処理を開始する。
 受け入れたプローブ基板16の表面及びアンカー50を洗浄し(ステップS52)、プローブ基板16の上面においてアンカー50の接合に関係ない部分をマスキングすると共に、半田材を作成する(ステップS53)。そして、プローブ基板16の上面において、フラックス(半田付け促進剤)を塗布して半田材を設置すると(ステップS54)、例えばはんだ付け自動機等を用いて、アンカー50の接合作業を行ない(ステップS55)、フラックス処理やタップ処理を行なう(ステップS56)。
 ここで、従来のアンカー50の接合方法では、作業者が、アンカー50を1個ずつ、プローブ基板16の上面に接合作業を行なうこととしている。したがって、作業者は、プローブ基板16の上面に設けるアンカー50の数に応じて、ステップS51~S56の処理を繰り返し行ない、全てのアンカー50の接合作業が終了すると、接合後測定処理が行なわれる(ステップS57)。この処理は、プローブ基板16の上面に設けた全てのアンカー50の高さ測定や、全てのアンカー50の傾き測定等である。
 接合後の測定結果がNGである場合、リペア対象のアンカー50の接合についてリペア作業を行ない(ステップS58)、再度、接合後の測定処理を行なう。測定結果がOKであると、所定の外観検査が行なわれ(ステップS59)、アンカー50が接合されたプローブ基板16は次工程に受け渡される(ステップS60)。
 これに対して、この実施形態のアンカー50の接合方法は、以下のとおりである。
 図7において、各アンカー50の接着面に対して金属で成膜処理を行なう(ステップS11)。このように、各アンカー50の接触面を成膜することにより、焼成後、アンカー50と、接着材硬化物としての金属層60との接合特性を良好にでき、アンカー50と金属層(接着材硬化物)60との剥離等が生じにくくなる。
 ここで、アンカー50の接着面に成膜する金属は、例えば、接着材組成物に含有される金属微粒子と同じ金属、若しくは、同種の金属でなくても金属微粒子として用いることができる金属とすることができる。なお、アンカー50が適応可能な金属で形成されている場合には、アンカー50の接着面の成膜処理を省いてもよい。また、各アンカー50の接着面の金属成膜処理は、事前に行なっておくことができる。
 次に、前工程からプローブ基板16を受け入れると(ステップS12)、プローブ基板16の表面及びアンカー50を洗浄し(ステップS13)、プローブ基板16の上面においてアンカー50の接合に関係ない部分に印刷マスクを行なう(ステップS14)。
 プローブ基板16の上面において、アンカー50を配置する位置に、接着材組成物を塗布して、接着材組成物の層を形成する(ステップS15)。
 ここで、図10(A)~図10(B)のように、半田材を用いてアンカー50を接合する場合には、プローブ基板16の上面において、アンカー50を設ける接触面内の外縁部に、半田材が存在するように接合される。これは、半田材を用いて接合する場合には、図10(C)に示すように、アンカー50の底面から側面にかけて半田材が僅かに盛り上がることで、接合強度を上げている。
 これに対して、この実施形態では、図8(A)に示すように、プローブ基板16の上面において、アンカー50を設ける接触面の全面に、接着材組成物を塗布するようにする。これにより、図8(B)~図8(C)に示すように、アンカー50の底面全面に接着材組成物の層が設けられた状態で、アンカー50がプローブ基板16の上面に設けられる。なお、この実施形態では、プローブ基板16の上面であって、アンカー50の位置領域に接着材組成物を塗布する場合を例示しているが、アンカー50の底面に接着材組成物を塗布するようにしてもよい。いずれにしても、プローブ基板16と被接合部材であるアンカー50との間に接着材組成物が存在するようにする。
 また、プローブ基板16の上面に塗布する金属層の層厚は、例えば10μm~75μm程度等のように厚くすることができる。
 プローブ基板16の上面に対して、複数のアンカー50を同時に設置する焼結治具をセットし(ステップS16)、プローブ基板16の上面に複数のアンカー50を同時に設定する。
 従来、半田材を用いてアンカー50を接合するときには、アンカー50を1個ずつ設置して接合するようにしているが、この実施形態では、専用の焼結治具を、プローブ基板16の上面にセットすることで、複数のアンカー50を一斉同時に設定することができる。なお、焼結治具は、例えば、プローブ基板16の上面に設ける各アンカー50の位置と対応する位置にアンカー50を保持しており、アンカー50をセットする際、プローブ基板16の上面に向けて焼結治具を押圧させて、焼結治具に保持されている各アンカー50を、プローブ基板16の上面に移動させるようなものを用いることができる。これにより、プローブ基板16の上面に複数のアンカー50を一斉同時にセットすることができる。
 その後、焼結前の測定処理が行なわれる(ステップS17)。この処理は、上述した従来の測定処理と同様に、プローブ基板16の上面に設けた全てのアンカー50の高さ測定や、全てのアンカー50の傾き測定等とすることができる。
 焼結前の測定結果がNGの場合、プローブ基板16の上面に設けた全てのアンカー50及び全ての接着材組成物の層を除去した上で、再度、ステップS15~ステップS17の処理を繰り返し行なう。焼結前の測定結果がOKのとき、複数のアンカー50を設置した状態のプローブ基板16を焼結する(ステップS18)。この焼結により、接着材組成物が硬化し、接着材硬化物としての金属層60が得られ、アンカー50と金属層60とが強固に接合されることになる。
 焼成後の測定処理が行なわれ(ステップS19)、所定の外観検査が行なわれ(ステップS20)、アンカー50が接合されたプローブ基板16は次工程に受け渡される(ステップS21)。
 [温度変化環境下での接合部の耐久性測定]
 図11は、温度変化環境下での接合部の耐久性を示すサイクル測定結果を示す図である。
 ここでは、この実施形態の金属層60でアンカー50を接合したプローブ基板16と、半田材を用いてアンカー50を接合したプローブ基板16の温度変化環境下での接合部の耐久性を測定するサイクル測定を行った。
 具体的には、「-10~110℃」、「-10~125℃」、「-35~150℃」の3つの範囲で温度変化させた各環境で、プローブ基板16の上面に9個のアンカー50を接合させ、各アンカー50には40Kgfの荷重を加えたときの接合部の耐久性を測定した。9個のアンカー50のうち、任意に選択した5個のアンカー50の接合部をサンプルとした。
 より具体的には、例えば「-10~110℃」の場合、下限温度「-10℃」→定常温度「22℃」→上限温度「110℃」のように順番に温度を変化させ、この温度変化を1サイクルとし、各温度で40分間、各アンカー50に荷重を加え続け、接合部が何サイクル耐えられるかを測定した。他の温度変化の場合でも同様の条件で測定した。
 図11に示すように、半田材を用いてアンカー50をプローブ基板16に接合した場合、接合部の耐久性は、「-10~110℃」の環境で448サイクル、「-10~125℃」の環境で123サイクル、「-35~150℃」の環境で4サイクルであった。
 これに対して、金属層(接着材硬化物)60でアンカー50をプローブ基板16に接合した場合、接合部の耐久性は、「-10~110℃」の環境で820サイクル以上であり、「-35~150℃」の環境で301サイクルであった。このことから、半田材を用いた場合と比較して、接合部の耐久性は向上しており、接合部の寿命が長くなっていることがわかる。
 (A-2-3)プローブの接合
 以上では、被接合部材がアンカー50である場合を例示し、プローブ基板16の上面に金属層60を塗布し、熱を加えてアンカー50を接合する場合を例示したが、被接合部材はアンカー50に限定されるものではない。以下では、被接合部材がプローブ20である場合を例示する。
 図12は、この実施形態に係るプローブ基板16の下面に形成されるプローブランド及びこれに接続されるプローブの構成を示す構成図である。
 図12に示すように、プローブ基板16の下面(つまり、多層配線基板162の下面)には配線パターン164が形成されており、その配線パターン164に接続するプローブランド(接続端子)163が設けられている。
 プローブ20は、多層配線基板162の下面に設けられたプローブランド163に接続して設けられている。プローブ20は、例えばカンチレバー型の電気的接触子であり、プローブ20の基端部21側の上底部211が、板状のプローブランド163と接合されることで、プローブ20が固定され、プローブ20の先端部22が、被検査体2の電極端子2aに電気的に接触される。
 従来、多層配線基板162の下面に設けられたプローブランド163にプローブ20を接合する際、半田材を用いてプローブ20をプローブランド163に接合している。
 しかし、プローブ20の先端部22を被検査体2の電極端子2aに接触させる際に、高いコンタクト荷重が作用し、半田材の耐久性が充分でない。また、温度変化環境(特に高温環境)で、半田材が軟化してしまい、プローブランド163とプローブ20との間の接合強度が充分でなくなってしまうという問題がある。
 そこで、プローブ基板16(多層配線基板162)の下面に設けられたプローブランド163にプローブ20を接合する際、プローブランド163に金属層60を塗布しプローブ20を設けた上で熱を加えることで、プローブランド163とプローブ20との間を強固に接合させることができる。
 (A-4)実施形態の効果
 以上のように、この実施形態によれば、プローブ基板の上面(第1面)と下面(第2面)のいずれか又は両方に、アンカーやプローブ等の被接合部材を接合する際、少なくとも金属微粒子及び熱可塑性樹脂の粒子を含有する接着材組成物でなる金属層をプローブ基板の接着面に塗布して加熱することで、被接合部材をプローブ基板に対して強固に接合することができる。その結果、高荷重により、プローブ基板と被接合部材との間の接合部の耐久性を向上させ、寿命を長くすることができる。
 (B)他の実施形態
 上述した実施形態においても種々の変形実施形態を言及したが、本発明は、以下の変形実施形態にも適用できる。
 (B-1)上述した実施形態では、上述した金属層60の特性を利用して、プローブ基板16の上面にアンカー50を接合する場合、プローブ基板16の下面にプローブ20を接合する場合を例示した。しかし、上述した金属層60の特性より、プローブ基板16の基板部材(セラミック基板)161と多層配線基板162との間に金属層60を塗布して加熱することで、基板部材161と多層配線基板162との基板同士を接合するようにしてもよい。また、複数の基板同士を接合させた多層配線基板において、各基板間に金属層60を塗布して加熱して基板同士を接合するようにしてもよい。
 (B-2)また、上述した実施形態において、金属層60を用いて、プローブ基板16の上面にアンカー50を接合する際、図13に示すように、プローブ基板16と支持部材12とを固定するため、複数の支持部(スペーサ)51を用いた多段構造としてもよい。その場合、図13に示すように、アンカー50と支持部(スペーサ)51との間に金属層60を塗布し、さらに結合させる複数の支持部(スペーサ)51の間に金属層60を塗布して加熱することで、アンカー50と支持部(スペーサ)51と間の接合や、支持部(スペーサ)51との間の接合を強固にしてもよい。勿論、図1に示すように、1段の水平性保持部材とする場合に、アンカー50と支持部(スぺーサ)51との間に金属層60を用いて接合するようにしてもよい。
 10…電気的接続装置、12…支持部材、121…貫通孔、14…配線基板、14a…接続端子、141…貫通孔、15…電気的接続ユニット、151…フランジ部、16…プローブ基板、161…基板部材(セラミック基板)、162…多層配線基板、163…プローブランド(接続端子)、164…配線パターン、18…プローブ基板支持部材、20…プローブ(電気的接続子)、21…基端部、211…上底部、22…先端部、50…アンカー、501…雌ネジ部、51…支持部(スペーサ)、60…金属層、61…金属、62…空隙又は有機成分部位、2…被検査体、2a…電極端子、3…チャックトップ。
 

Claims (10)

  1.  被検査体の複数の電極端子のそれぞれに対して、電気的に接触させる複数の電気的接触子を有するプローブ基板において、
     該プローブ基板の第1面と第2面のいずれか又は両方の面に設ける被接合部材との接合部は、金属成分中に少なくとも70原子%以上の遷移金属を含む、焼結形成した金属層によって前記被接合部材が接合され、及び又は、該プローブ基板の複数の基板間の接合面は、前記焼結形成した金属層によって基板同士が接合され、
     前記焼結形成した金属層には、熱可塑性樹脂を含む接着材組成物の加熱により形成された、複数の有機成分部位及び又は空隙が残存し、
     前記焼結形成した金属層に含まれる前記複数の有機成分部位及び又は空隙は、前記焼結形成した金属層の垂直断面において5~80面積%である
     ことを特徴とするプローブ基板。
  2.  該プローブ基板の前記第1面上に配置させる複数のアンカー部材と、前記複数のアンカー部材のそれぞれに配置させる複数の支持部材とを備え、
     前記被接合部材が前記各アンカー部材であり、該プローブ基板の前記第1面上における前記各アンカー部材の接合位置には、前記焼結形成した金属層によって前記各アンカー部材が接合されている
     ことを特徴とする請求項1に記載のプローブ基板。
  3.  該プローブ基板の前記第2面に形成した複数の接続端子に前記複数の電気的接触子を配置させ、
     前記被接合部材が前記各電気的接触子であり、該プローブ基板の前記第2面の前記複数の接続端子には、前記焼結形成した金属層によって前記各電気的接触子が接合されている
     ことを特徴とする請求項1又は2に記載のプローブ基板。
  4.  前記焼結形成した金属層に含まれる前記遷移金属は、11族金属であることを特徴とする請求項1又は2に記載のプローブ基板。
  5.  前記焼結形成した金属層に含まれる前記遷移金属は、11族金属であることを特徴とする請求項3に記載のプローブ基板。
  6.  前記焼結形成した金属層に含まれる前記遷移金属は、主成分として銀を含むことを特徴とする請求項4に記載のプローブ基板。
  7.  前記焼結形成した金属層に含まれる前記遷移金属は、主成分として銀を含むことを特徴とする請求項5に記載のプローブ基板。
  8.  前記焼結形成した金属層に含まれる前記複数の有機成分部位及び又は空隙は、平均粒子径が1~12μmの前記熱可塑性樹脂を含む前記接着材組成物の加熱により形成されたものであることを特徴とする請求項1に記載のプローブ基板。
  9.  前記焼結形成した金属層の厚さが、20~75μmであることを特徴とする請求項1に記載のプローブ基板。
  10.  検査装置と、被検査体の複数の電極端子とを電気的に接続させる電気的接続装置において、
     前記検査装置と接続する配線回路を有する配線基板と、
     請求項1~9のいずれかに記載のプローブ基板と、
     前記配線基板の配線回路と、前記プローブ基板の複数の電気的接触子のそれぞれとを接続させる接続ユニットと
     を備えることを特徴とする電気的接続装置。
     
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