(57)【要約】【課題】プローブカードに狭ピッチでも強固に接合されるプローブおよび狭ピッチで強固にプローブが接合されたプローブカードを提供する。【解決手段】はんだバンプが形成される実装部、上記実装部から延在するアーム部、および上記アーム部の先端に設けられた先端部から構成され、中間層の両側に外層を配置した３層構造のプローブであって、上記実装部の中間層には、上記プローブカードの電極と接するように２つの外層よりも突出させた突出部を設け、さらに、上記実装部の２つの外層には、上記実装部の底辺に繋がる切り欠きを設け、上記はんだバンプを、上記突出部を取り囲み、さらに、上記切り欠きを埋めるように形成し、上記はんだバンプを上記外層の表面と面一となるように仕上げる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部にはんだバンプが形成される実装部、上記実装部から延在するアーム部、および上記アーム部の先端に設けられた先端部から構成され、中間層の両側に外層を配置した３層構造のプローブであって、
上記実装部の中間層には、２つの外層よりも突出させた突出部を設け、さらに、上記実装部の２つの外層には、上記実装部の底辺に繋がる切り欠きを設け、
上記はんだバンプを、上記突出部を取り囲み、さらに、上記切り欠きを埋めるように形成し、上記はんだバンプを上記外層の表面と面一となるように仕上げたことを特徴とするプローブ。
【請求項２】
上記実装部の中間層には、上記外層の切り欠きと対応する位置に上記実装部の底辺に繋がる切り欠きを設け、上記はんだバンプが上記中間層の切り欠きも埋めるように形成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。
【請求項３】
上記実装部の中間層には、上記外層の切り欠きと対応する位置に開口を設け、上記はんだバンプが上記中間層の開口も埋めるように形成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。
【請求項４】
実装部、上記実装部から延在するアーム部、および上記アーム部の先端に設けられた先端部から構成され、中間層の両側に外層を配置した３層構造のプローブを複数実装したプローブカードあって、
上記プローブの実装部の中間層には、２つの外層よりも突出させた突出部が設けられ、さらに、上記実装部の２つの外層には、上記実装部の底辺に繋がる切り欠きが設けられており、
上記プローブはプローブカードの基板上に設けられた電極に、上記突出部を取り囲み、さらに、上記切り欠きを埋めるように形成されていたはんだバンプを用いて、上記突出部が上記電極に接触した状態で接合されていることを特徴とするプローブカード。
【請求項５】
上記実装部の中間層には、上記外層の切り欠きと対応する位置に、開口、あるいは、上記実装部の底辺に繋がる切り欠きが設けられており、上記中間層に設けられた開口、あるいは、切り欠きにも、はんだバンプが埋められていたことを特徴とする請求項４に記載のプローブカード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブ及びプローブが実装されたプローブカードに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の検査には、基板に複数のプローブが実装されたプローブカードを用いている。基板上には複数のプローブが狭ピッチで配置されているが、プローブは基板に設けられた電極に接合されて基板に実装されている。
【０００３】
プローブの実装方法には幾つかの方法があり、例えば、特許文献１に記載されているように、基板上の電極パッド上に予めはんだを形成しておき、各電極パッド上のはんだを加熱により溶融させた後、溶融したはんだにプローブを接触させてプローブを電極パッドに接合する方法がある。その他に、特許文献２に記載されているように、プローブ側にはんだ層を予め形成しておき、はんだを溶融させて電極パッドに接合する方法も用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１５８２６４号広報
【特許文献２】特開２００８−３０９５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、電極パッド上にはんだを形成する方法では、加熱の際に全ての電極パッド上のはんだが溶融するために、隣接するプローブの実装に用いたはんだ同士が接触して短絡が発生する恐れがあり、これを防止するためには、隣接する電極パッドの間隔にはある程度の距離が必要となり、狭ピッチでプローブを実装するのは難しいという問題があった。
【０００６】
また、プローブにはんだ層を形成する方法では、プローブの形状によって、特に、２つの外層を中間層から構成される３層構造のプローブの実装部で中間層を突出させた場合には、はんだ層の形成方法から突出させた周囲にはんだを十分に充填して積層するのが困難であり、はんだバンプの容量と形状が安定せず、接合時の強度が十分に確保できないという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような従来の問題点を解消し、プローブカードに狭ピッチでも強固に接合されるプローブおよび狭ピッチで強固にプローブが接合されたプローブカードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のプローブは、プローブカードの電極に実装される実装部、上記実装部から延在するアーム部、および上記アーム部の先端に設けられた先端部から構成され、上記実装部の底辺には、はんだバンプが形成され、中間層の両側に外層を配置した３層構造のプローブであって、上記実装部の中間層には、上記プローブカードの電極と接するように２つの外層よりも突出させた突出部を設け、さらに、上記実装部の２つの外層には、上記実装部の底辺に繋がる切り欠きを設け、上記はんだバンプを、上記突出部を取り囲み、さらに、上記切り欠きを埋めるように形成し、上記はんだバンプを上記外層の表面と面一となるように仕上げたことを特徴とする。
【０００９】
さらに、はんだの充填性を高めるために、上記実装部の中間層には、上記外層の切り欠きと対応する位置に、上記実装部の底辺に繋がる切り欠きを設け、上記はんだバンプが上記中間層の切り欠きも埋めるように形成されている、あるいは、上記実装部の中間層には、上記外層の切り欠きに対応する位置に開口を設け、上記はんだバンプが上記中間層の開口も埋めるように形成されていることが好ましい。
【００１０】
本発明のプローブカードは、実装部、上記実装部から延在するアーム部、および上記アーム部の先端に設けられた先端部から構成され、中間層の両側に外層を配置した３層構造のプローブを複数実装したプローブカードあって、上記プローブの実装部の中間層には、２つの外層よりも突出させた突出部が設けられ、さらに、上記実装部の２つの外層には、上記実装部の底辺に繋がる切り欠きが設けられており、上記プローブはプローブカードの基板上に設けられた電極に、上記突出部を取り囲み、さらに、上記切り欠きを埋めるように形成されていたはんだバンプを用いて、上記突出部が上記電極に接触した状態で接合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のプローブは、実装部の底辺には、はんだバンプが形成され、中間層の両側に外層を配置した３層構造のプローブであって、上記実装部の中間層には、上記プローブカードの電極と接するように２つの外層よりも突出させた突出部を設け、さらに、上記実装部の２つの外層には、上記実装部の底辺に繋がる切り欠きを設け、上記はんだバンプを、上記突出部を取り囲み、さらに、上記切り欠きを埋めるように形成し、上記はんだバンプを上記外層の表面と面一となるように仕上げたことにより、プローブを接合する時に、上記切り欠きに埋められたはんだが流出してプローブ接合時に必要なはんだ量を確保することができ、さらに、切り欠きを設けた場所には、高いフィレットが形成されることで接合強度を十分に確保することが可能となる。
【００１２】
さらに、上記実装部の中間層には、上記外層の切り欠きと対応する位置に、上記実装部の底辺に繋がる切り欠きを設け、上記はんだバンプが上記中間層の切り欠きも埋めるように形成されている、あるいは、上記実装部の中間層には、上記外層の切り欠きに対応する位置に開口を設け、上記はんだバンプが上記中間層の開口も埋めるように形成されていることで、はんだバンプが隅々まで充填されて形成され、さらに、はんだが十分に実装部の突出部の周囲を取り囲むことで実装強度を増加させることが可能となる。
【００１３】
本発明のプローブカードは、上述のような中間層の両側に外層を配置した３層構造のプローブを複数実装したプローブカードあって、上記プローブはプローブカードの基板上に設けられた電極に、上記突出部を取り囲み、さらに、上記切り欠きを埋めるように形成されていたはんだバンプを用いて、上記突出部が上記電極に接触した状態で接合されていることにより、プローブが、狭ピッチで配置され、かつ強固に接合されたプローブカードが実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態のプローブの側面図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】プローブを形成する工程を示す図である。
【図４】プローブを形成する工程を示す図であり、図３の続きである。
【図５】プローブを実装する工程を示す断面図である。
【図６】第１の実施形態のプローブの斜視図であり、（ａ）は、はんだバンプを取除いた状態の斜視図であり、（ｂ）は、はんだバンプが形成された状態の斜視図である。
【図７】第１の実施形態のプローブの実装状態を示す斜視図である。
【図８】第２の実施形態のプローブの側面図である。
【図９】図８のＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】第３の実施形態のプローブの側面図である。
【図１１】図８のＤ−Ｄ断面図である。
【図１２】第３の実施形態のプローブのはんだバンプを形成した状態の断面図である。
【図１３】第４の実施形態のプローブの側面図である。
【図１４】本発明のプローブカードの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図を用いて本発明を以下に詳細に説明する。図１が本発明の第１の実施形態のプローブ１の側面図、図２が第１の実施形態のプローブ１の断面図、図６が第１の実施形態のプローブの斜視図である。
【００１６】
本発明の第１の実施形態のプローブ１は、図１に示すように、プローブカードの基板上に設けられた電極パッドに接合される実装部２、上記実装部２から延在しバネ性を有するアーム部３、および上記アーム部３の先端に設けられ被検査対象物の電極に接触する先端部４から構成され、上記実装部２の底辺にはプローブカードの基板に設けられた電極パッドにプローブ１を実装する際に使用するはんだバンプ９が形成されている。
【００１７】
上記プローブ１は、図２の断面図に示すように、中間層５を２つの外層６で挟み込んだ３層構造である。上記中間層５および上記外層６は、各々上述の実装部２、アーム部３、および先端部４の形状に形成されているが、上記実装部２の中間層５には、プローブカードの電極と接するように２つの外層６よりも突出させた突出部７を設けており、上記プローブ１が接合された時に、図５（ｂ）、（ｃ）の断面図に示すように、上記外層６の実装部２は電極と接しないで、上記中間層５の実装部２の突出部７が上記プローブカードの電極パッド１２と接する状態となる。本実施形態では上記突出部７を４個、等間隔に設けているが、特に個数や形状に限定するものではなく、外層６よりも下方に突出しており、プローブ１が水平に実装されるような形状であればよい。
【００１８】
さらに、上記実装部２の２つの外層６には、上記実装部２の底辺に繋がる切り欠き８を設けている。本実施形態では、上記中間層５の実装部２となる部分に上記突出部７を４つ等間隔で設けており、上記外層６の実装部２となる部分の上記突出部７の間となる場所に、１つずつ、合計３つの切り欠き８を設けている。上記切り欠き８は中間層５を間に挟んで、外層６の対向する位置に設けている。上記切り欠き８の形状は特に図に示すような上が半円で下が矩形となる形状に限定するものではなく単なる矩形や三角形等様々な形状を用いることができるが、上記実装部２の底辺とつながっている必要がある。また、上記切り欠き８の位置についても、上記突出部７の間に限定するものではない。上記切り欠き８を設けることで、図６（ａ）に示すように、上記実装部２は、外層６に凹みを設けたようになっている。
【００１９】
上記はんだバンプ９は、図２（ｂ）に示すように、上記突出部７の両側面および底辺を囲うように形成され、さらに、図２（ａ）に示すように、上記切り欠き８を埋めるように形成されており、さらに、図２，６に示すように、上記はんだバンプ９の両側面は上記外層６の両側面と面一に形成されている。上記はんだバンプ９が形成されることで、上記突出部７は、図２で破線で示しているように完全にはんだバンプ９で覆われて、外には露出していない。このように、はんだバンプ外層６と面一にすることで、図６に示すように、切り欠き８によって生じていた実装部２の凹みははんだによって埋められた状態となっている。
【００２０】
上記中間層５および上記外層６は、導電材料からなり、全て同じ導電材料で形成されていてもよいし、各々異なる導電材料で形成されていてもよい。本実施形態では、上記中間層５および上記外層６は、ニッケルコバルト（Ｎｉ−Ｃｏ）からなる同一の導電材料で形成されている。導電材料としては、ニッケルコバルトに限らず、パラジウムコバルト（Ｐｄ−Ｃｏ）などのコバルト（Ｃｏ）を含む他の合金でもよく、パラジウムニッケル（Ｐｄ−Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、ニッケルタングステン（Ｎｉ−Ｗ）などの他の導電材料でもよい。そして、上記はんだバンプ９は、上記中間層５および上記外層６よりも融点の低い導電材料を用いる。
【００２１】
本発明のプローブ１の形成方法について説明する。まず初めに、図３（ａ）に示すように、プローブ形成用の基板２０上に、銅（Ｃｕ）からなる犠牲層２１を形成し、犠牲層２１の表面にはＡｕ、Ｃｒ、Ｔｉなどでエッチングストッパー層２２を形成する。上記エッチングストッパー層２２ははんだバンプ９を形成する場所に形成すればよいが、全面に形成してもよい。その後、図３（ｂ）に示すように、犠牲層２１上に感光性有機物質からなるフォトレジストを塗布してレジスト層２３を形成し、プローブ１の外層６の形状（切り欠き８を含めた形状）に合わせて所定の箇所には開口２４を設けておく。そして、図３（ｃ）に示すように、電気めっきによりニッケルコバルトを上記開口２４に充填し、１層目となる外層６を形成する。
【００２２】
その後、図３（ｄ）に示すように、上記レジスト層２３を除去し、図３（ｅ）に示すように、上記レジスト層２３を除去して露出した上記犠牲層２１と上記外層６を覆うように銅からなる犠牲層２５を形成し、図３（ｆ）に示すように、上記外層６が露出するまで上記犠牲層２５の表面を研磨する。
【００２３】
研磨が終わり上記外層６が露出した状態となったら、図３（ｇ）に示すように、上記外層６及び犠牲層２５の上にフォトレジストを塗布して再びレジスト層２６を形成し、プローブ１の中間層５の形状（突出部７を含めた形状）に合わせて所定の箇所に開口２４を設ける。図３（ｈ）に示すように、電気めっきによりニッケルコバルトを上記開口２４に充填し、研磨調整が必要であればレジスト層２６と中間層５を研磨して２層目となる中間層５を形成する。
【００２４】
その後、図４（ａ）に示すように、上記レジスト層２６を除去し、中間層５及び犠牲層２５の上に再びフォトレジストを塗布してレジスト層２７を形成し、プローブ１の３層目となる外層６の形状（切り欠き８を含めた形状）に合わせて所定の箇所に開口２４を設ける。図４（ｂ）に示すように、電気めっきによりニッケルコバルトを上記開口２４に充填し、研磨調整が必要であればレジスト層２７と外層６を研磨して３層目となる外層６を形成する。
【００２５】
その後、図４（ｃ）に示すように、上記レジスト層２７を除去し、３層目の外層６、２層目の中間層５の一部（突出部７等）及び犠牲層２５の上に再びフォトレジストを塗布してレジスト層２８を形成し、図４（ｄ）に示すように、上記レジスト層２８に、プローブ１に設けるはんだバンプ９の形状に合わせて所定の箇所に開口２９を設ける。さらに、犠牲層２５のはんだバンプ９を設ける部分を、エッチングを用いて除去し、図４（ｅ）に示すように、実装部２の底辺周辺にはんだバンプ９を形成するためのスペース３０を設ける。そして、図４（ｆ）に示すように、上記スペース３０に電気めっきを用いてはんだを充填しはんだバンプ９を形成する。これにより、上記突出部７の両側面および底辺を取り囲み、さらに、上記切り欠き８を埋めるようにはんだバンプ９が形成される。
【００２６】
その後、図４（ｇ）に示すように、３層目の外層６が露出し、上記外層６とはんだバンプ９の表面が面一になるまで、上記レジスト層２８とはんだバンプ９の研磨を行う。研磨の後、レジスト層２８および犠牲層２５，２１を除去するとはんだバンプ９を設けたプローブ１の形成が完了する。
【００２７】
このようにして形成されたプローブ１は、研磨とエッチングストッパー層２２を用いることによって、はんだバンプ９と外層６は面一に形成されるので、はんだバンプ９には一定のはんだ量が確保され、品質のばらつきを減少させることができるようになる。
【００２８】
次に、プローブ１を実装したプローブカード１１について説明する。本発明のプローブカード１１は、図１４に示すように、テスタのポゴピンと接触して接続される外部端子３４と内部配線３３を有するメイン基板３２と、上記メイン基板３２に固定され、上記プローブ１が実装される電極１２が設けられたプローブ基板３１とを備える。
【００２９】
続いてプローブ１のプローブカード１１への実装方法について説明する。図５（ａ）に示すように、プローブ１をプローブカードのプローブ基板３１の電極パッド１２の表面に、はんだパンプ９を接触させた状態で加熱する。すると、はんだバンプ９は溶融し、図５（ｂ）、（ｃ）に示すような突出部７が電極パッド１２上に接触した状態となりプローブの高さが定まる。また、図５（ｂ）に示すように、切り欠き８に埋め込まれていたはんだも下方へと流出しフィレット１０が形成される。
【００３０】
切り欠き８が設けられていない部分での上記フィレット１０の断面形状は、図５（ｃ）に示すような形状となり、従来とあまり変わりがないように見えるが、切り欠き８が設けられた部分の上記フィレット１０の断面形状は、図５（ｂ）に示すように、切り欠き８が設けられていない部分よりも高い形状のフィレット１０が形成されており、十分な接合力が生じることがわかる。また、切り欠き８に形成されるフィレット１０は、下方にはんだが流出することで、横に膨らむのではなく、側面に窪みが生じており、隣接するプローブのはんだと短絡を生じる可能性が低くなることが判る。
【００３１】
このように、本発明は、プローブ１に切り欠き８を設けることで、適切で均一なはんだ量が確保され、さらに部分的に高いフィレット１０がされるので、プローブ１の電極１２との接合力が高くなり、かつ、隣接するプローブと短絡を生じる可能性を大幅に少なくすることができ、より狭ピッチのプローブ配置が可能なプローブカード１１が実現できる。
【００３２】
次に、第２の実施形態のプローブ１’について説明する。図８に示すのが第２の実施形態のプローブ１’の斜視図であり、図９が第２の実施形態のプローブ１’の断面図である。
【００３３】
第２の実施形態のプローブ１’は、図８に示すように、実装部２’、アーム部３、および先端部４から構成され、上記実装部２’の底辺にははんだバンプ９’が形成され、図９の断面図に示すように、中間層５を２つの外層６で挟み込んだ３層構造であり、上記中間層５の実装部２’の底辺には、上記外層６よりも突出した突出部７が形成されている。
【００３４】
本実施形態では、第１の実施形態と同様に２つの外層６に上記実装部２’の底辺と繋がる切り欠き８を設けるだけでなく、さらに、上記中間層５にも切り欠き１３を設けている。上記切り欠き１３は上記切り欠き８と重なる位置に設けており、切り欠き１３は上記切り欠き８よりも小さくする方が好ましい。上記実装部２’は２つの外層６および中間層５の３層全てを部分的に切り欠いた状態となっており、上記はんだバンプ９’は、上記切り欠き８および上記切り欠き１３の両方にはんだが埋められて形成されている。
【００３５】
このように、外層６だけでなく、中間層５にも切り欠き１３を設けることで、はんだバンプ９を形成する際に、下側の切り欠き８へのはんだの充填性を向上させることができ、より均一なはんだバンプを形成することができる。
【００３６】
次に、第３の実施形態のプローブ１’’について説明する。図１０に示すのが第３の実施形態のプローブ１’’の斜視図であり、図１１が第３の実施形態のプローブ１’’の断面図である。
【００３７】
第３の実施形態のプローブ１’’は、図１０に示すように、実装部２’’、アーム部３、および先端部４から構成され、上記実装部２’’の底辺にははんだバンプ９’’が形成され、図１１の断面図に示すように、中間層５を２つの外層６で挟み込んだ３層構造であり、上記中間層５の実装部２’’の底辺には、上記外層６よりも突出した突出部７が形成されている。
【００３８】
本実施形態では、上述の実施形態と同様に２つの外層６に上記実装部２’’の底辺と繋がる切り欠き８を設けるだけでなく、さらに、上記中間層５の上記外層６の切り欠き８と重なる位置に、孔１４を設けている。上記孔１４を設けることで、図１２に示すように、プローブ１’’にはんだバンプ９’’を形成する際に、下側の切り欠き８に上記孔１４を通してはんだを流し込むことが可能となり、はんだパンプ９’’をより均質な状態に形成することが可能となる。
【００３９】
次に、第４の実施形態のプローブ１’’’について説明する。図１３に示すのが第４の実施形態のプローブ１’’’の斜視図である。第４の実施形態のプローブ１’’’は、図１２に示すように、実装部２’’’、アーム部３、および先端部４から構成され、上記実装部２’’の下側にははんだバンプ９’’’が形成され、中間層５を２つの外層６で挟み込んだ３層構造であり、上記中間層５の実装部２’’’の底辺には、上記外層６よりも突出した突出部７’が形成されている。
【００４０】
また、本実施形態でも上述の実施形態と同様に、２つの外層６に上記実装部２’’’の底辺と繋がる切り欠き８を設けており、ここでは、１つの外層６に６個の切り欠き８を設けている。また、本実施形態では、第３の実施形態と同様に、上記中間層５の上記外層６の切り欠き８と重なる位置に、孔１５を設けている。
【００４１】
さらに、本実施形態では、上記突出部７’は複数ではなく、１つにつなげた形状を用いており、このような突出部７’を用いることで、上述のように切り欠き８の数を増やすことによって生じる実装部２’’’の強度不足を補うものとなっている。このように、突出部７’の個数は特に限定するものではなく、また、切り欠き８や孔１５の形状も特に限定するものではない。
【００４２】
第２から４の実施形態のプローブ１’，１，’’１’’’についても、第１の実施形態と同様の方法でプローブカード１１に実装され、同じように、従来よりも狭ピッチで、かつ強固にプローブ１’，１，’’１’’’が実装されたプローブカード１１が実現できる。
【００４３】
このように、本発明は、プローブに必要最小限の微細で均一なはんだ量のはんだバンプを形成し、少ないはんだ量で、接合面積が大きく、接合強度の高いフィレットを形成することによって、安定した接合強度を得ることができ、より狭ピッチの実装が可能となる。
【符号の説明】
【００４４】
１、１’、１’’、１’’’  プローブ
２、２’、２’’、２’’’  実装部
３        アーム部
４        先端部
５        中間層
６        外層
７、７’  突出部
８        切り欠き
９        はんだバンプ
１０      フィレット
１１      プローブカード
１２      電極パッド
１３      切り欠き
１４      孔
１５      孔
２０      基板
２１      犠牲層
２２      エッチングストッパー層
２３      レジスト層
２４      開口
２５      犠牲層
２６      レジスト層
２７      レジスト層
２８      レジスト層
２９      開口
３０      スペース
３１      プローブ基板
３２      メイン基板
３３      内部配線
３４      外部端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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