(57)【要約】【課題】      ＳｉＰ化を可能とするとともに通常のプローブ機能とプローブカード等の機能を有し、小型化と高周波対応を可能とする半導体装置等を提供する。【解決手段】  半導体装置１は、プローブ機能を備えるべく複数の金属針３と、低温焼成セラミックス（LTCC）により多層に積層された多層基板５とを備える。多層基板５は、直方体形状をしており、その一つの側面５ａには複数の金属針３が取り付けられている。半導体装置１は、半導体素子であるチップ７と半導体素子である受動素子９を備え、チップ７と受動素子９は多層基板５に搭載されている。多層基板の内部には金属針３とチップ７とを電気的に接続する配線１１が設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の探針を有するプローブであって、
前記複数の探針が取り付け可能であり、前記取り付けられる探針間には接地領域が形成される多層基板を備えた、プローブ。
【請求項２】
前記複数の探針は前記多層基板の異なる層に取り付け可能である、請求項１記載のプローブ。
【請求項３】
前記多層基板には半導体素子が搭載可能であり、前記探針と前記搭載される半導体素子とは電気的に接続可能である、請求項１又は２記載のプローブ。
【請求項４】
複数の探針を有するプローブであって、
前記複数の探針が取り付け可能な多層基板を備え、
前記多層基板には半導体素子が搭載可能であり、前記探針と前記搭載される半導体素子とは電気的に接続可能である、プローブ。
【請求項５】
前記多層基板の材料には低温焼成セラミックスが用いられる、請求項１から４のいずれかに記載のプローブ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかのプローブに用いられ、前記探針が取り付けられる穴が形成された多層基板。
【請求項７】
多層基板に半導体素子が搭載された半導体装置であって、
前記多層基板には、複数の針が取り付け可能であり、前記取り付けられる針間には接地領域が形成され、前記取り付けられる針と前記半導体素子とが電気的に接続可能である、半導体装置。
【請求項８】
基板に半導体素子が搭載された半導体装置であって、
前記基板には、針が取り付け可能であり、前記取り付けられる針と前記半導体素子とが電気的に接続可能である、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブ、多層基板、及び半導体装置に関し、特に複数の探針を有するプローブ、そのプローブに用いられる多層基板、及びプローブ機能を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハテストに用いられるプローブカードというものがある（特許文献１参照）。このプローブカードでは、通常、直径２５０μｍのタングステンの針の先端が尖らされて、その針が基板に半田付けされる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５３８８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のプローブカードでは、同一平面上から探針がのびるため、狭ピッチへの対応に限界があった。また、上記特許文献１に示されるプローブカードでは同軸ケーブルを内蔵する基板を用いて高周波対応としているが、シールド効果の点等の工夫がなされておらず、高周波対応という点では不十分である。
【０００５】
一方、近年ＬＳＩ製造プロセス技術の進歩によりＬＳＩの基板への集積度が一層進んでおり、ＳｉＰ(system in a package)という概念も出てきた。ＳｉＰは、微小なプリント基板上に複数のICチップや受動素子を実装して微小なシステムを製造する技術をいう。シリコンチップ上に回路を書き込んでシステムを作製するSoC（System On a Chip）に比較して、i)既存のチップを用いれば、短納期に量産が可能、ii)小さな設備投資で、iii)少量多品種の生産に有利などの利点を有する。
【０００６】
このようなＳｉＰという概念とプローブとの融合については、全く提案されていない。
【０００７】
ゆえに、本発明の目的は、特に高周波に適したプローブ、そのプローブに用いられる多層基板、及びプローブ機能を有する半導体装置を提供する。本発明の他の目的は、狭ピッチにも対応できるプローブ等を提供する。本発明のさらに他の目的は、ＳｉＰ化を可能とするとともに通常のプローブ機能とプローブカード等の機能を有し、小型化と高周波対応を可能とする半導体装置等を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、複数の探針を有するプローブであって、前記複数の探針が取り付け可能であり、前記取り付けられる探針間には接地領域が形成される多層基板を備える。
【０００９】
この請求項１の発明では、接地領域が探針間に形成される多層基板により、接地領域による高いシールド効果が得られ、隣接する探針への高周波影響を抑えることができる。
【００１０】
請求項２に係る発明では、請求項１のプローブにおいて、前記複数の探針が前記多層基板の異なる層に取り付け可能である。
【００１１】
この請求項２の発明では、例えば千鳥状のように異なる層に複数の探針が取り付け可能であることから、プローブカードの場合のように探針がのびる方向と同一平面上での探針の取付による配列と異なり、構造的にも容易に、探針間隔を狭くでき、狭ピッチ対応が可能となって、多ピン化と小型化が可能となる。
【００１２】
請求項３に係る発明では、請求項１又は２のプローブにおいて、前記多層基板には半導体素子が搭載可能であり、前記探針と前記搭載される半導体素子とは電気的に接続可能である。
【００１３】
請求項４に係る発明は、複数の探針を有するプローブであって、前記複数の探針が取り付け可能な多層基板を備え、前記多層基板には半導体素子が搭載可能であり、前記探針と前記搭載される半導体素子とが電気的に接続可能である。
【００１４】
請求項３、請求項４の発明では、多層基板に半導体素子の搭載を可能とし、その搭載される半導体素子と探針とを電気的に接続することができるので、ＳｉＰ化を可能とできる。また、半導体素子とプローブとが一体的になって被測定チップまでの距離を短いものとでき、従来のプローブカードに比べてプローブ長に起因する高周波の負の影響を抑えることができる。
【００１５】
請求項５に係る発明では、請求項１から４のいずれかのプローブにおいて、前記多層基板の材料には低温焼成セラミックスが用いられる。
【００１６】
この請求項５の発明では、低温焼成セラミックスの熱膨張がシリコンに近く、特に半導体素子が搭載される場合の半導体素子と多層基板との接続信頼性が高いため、請求項３、請求項４の発明の実現に適した基板を得ることができる。
【００１７】
なお、請求項１〜５の発明において、探針は、多層基板に埋め込まれて固着されて取り付けられたものでもよく、多層基板に形成された穴に差し込まれて取り付けられたものであってもよい。特に穴に差し込まれて取り付けられる場合には、半田付けのような１度の取り付けにより着脱を阻止する構造としてもよく、或いは探針の形状と多層基板の形状に工夫をして例えばラッチ構造のように差込可能であるが抜出不能とするような１度の取り付けにより着脱を阻止する構造としてもよく、又は、電気的接続の信頼性を担保する限りにおいて着脱を可能とした状態で取り付けられてもよい。
【００１８】
請求項６に係る発明は、請求項１から５のいずれかのプローブに用いられ、前記探針が取り付けられる穴が形成された多層基板である。
【００１９】
このような穴が多数配設されることにより、所望の位置に探針の取り付けが可能となる。
【００２０】
請求項７に係る発明は、多層基板に半導体素子が搭載された半導体装置であって、前記多層基板には、複数の針が取り付け可能であり、前記取り付けられる針間には接地領域が形成され、前記取り付けられる針と前記半導体素子とが電気的に接続可能である。
【００２１】
請求項８に係る発明は、基板に半導体素子が搭載された半導体装置であって、前記基板には、針が取り付け可能であり、前記取り付けられる針と前記半導体素子とが電気的に接続可能である。
【００２２】
請求項７、請求項８の発明では、基板に半導体素子が搭載され、その搭載される半導体素子と探針とが電気的に接続され、プローブと一体的になった全く新しい発想の半導体装置を提供できる。
【発明の効果】
【００２３】
このように本願発明によれば、高周波に適したプローブ等が得られる。特に、シールド効果、狭ピッチにも対応した多ピン化と小型化、ＳｉＰ化によるプローブ長の点でも大きな利点が得られる。そして、通常のプローブ機能とプローブカード等の機能を有する全く新しい概念であるＳｗＰ（system with a probe）のシステムとしての半導体装置も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は本発明の実施の形態にかかる半導体装置を示した図である。
【００２５】
半導体装置１は、プローブ機能を備えるべく複数の金属針３を備える。金属針３は、探針の役割を果たす。半導体装置１は、低温焼成セラミックス（LTCC）により多層に積層された多層基板５を備える。多層基板５は、直方体形状をしており、その一つの側面５ａには複数の金属針３が取り付けられている。
【００２６】
また、半導体装置１は、半導体素子であるチップ７と半導体素子である受動素子９を備え、チップ７と受動素子９は多層基板５に搭載されている。多層基板の内部には、金属針３とチップ７とを電気的に接続する配線１１が設けられている。具体的には、チップ７の端子と多層基板５の端子とが例えばワイヤーボンディングで電気的に接続しており、多層基板５の端子と金属針３とが配線１１により電気的に接続している。
【００２７】
このように、通常のプローブ機能を有するのみならず、ＳｉＰによるチップなどの半導体素子も搭載しているために従来のプローブカード等の機能も内蔵するアクティブ・プローブ機能が得られる結果、新しい概念であるＳｗＰ（system with a probe）のシステムとしての半導体装置１が得られる。この半導体装置１は、システムの小型化を可能とするのみならず、システムとしてのシミュレーションを実現しつつプローブとの一体化により被測定チップまでの距離を短いものとでき、従来のプローブカードに比べてプローブ長に起因する高周波の負の影響を抑えることができ、高周波に適したものとなる。さらに、高周波の点では、金属針３の長さ自体を短くすることもでき、また金属針３の露出している部分以外は内部配線も含めてシールドされており、高周波に適したものとなっている。
【００２８】
なお、金属針３は、多層基板５の層を積層する際に埋め込まれる形で固着されて取り付けられたものでもよく、多層基板５に形成された穴に差し込まれて取り付けられてもよい。
【００２９】
また、金属針３とチップ７との電気的な接続は内部配線としているが、その配線の仕方は積層の段階で通電領域としての層をフォトエッチングにより形成してもよく、導線などの有線を配設してもよい。さらに、高周波に適するべきシールドを考慮して内部配線としているが、金属針３とチップ７との電気的接続は必ずしも多層基板５の内部である必要はなく、絶縁等を考慮しつつ配線の位置が多層基板の表面であってもよい。
【００３０】
さらに、金属針の取り付け等のために多層基板５を用いたが、ＳｗＰという概念からすれば、基板は必ずしも多層である必要はない。
【００３１】
図２は図１の多層基板の側面の一つであって金属針が取り付けられる面の他の例を示す部分拡大図である。
【００３２】
この取付面５ａには、積層された層により、５つの層が示されている。多層基板５の上面から数えて第２層には金属針３ａと金属針３ｂとが取り付けられ、第４層には金属針３ｃが取り付けられている。この金属針３ａ〜３ｃの配置は千鳥状であり、各層に配置される金属針間の距離ではなく、第２層の金属針３ａと第４層の金属針３ｃとの距離Ｗがピッチ間隔となっている。
【００３３】
このように、同一平面上に針が配置されるプローブカードとは異なり、多層基板５の異なる層に金属針が取り付けられ、ここでは千鳥状に金属針が取り付けられることにより、狭ピッチが要求される場合であっても対応できる。そのため、多ピン化と小型化も可能となり、プローブとしての高性能化が実現できる。
【００３４】
なお、上記のように千鳥状に金属針を配置したが、千鳥状に限られず、多層基板の異なる層に取り付けられた配置であれば従来の金属針がのびる方向と同一平面に配置する場合に比べて狭ピッチに対応できる効果は得られる。もちろん、狭ピッチ対応という観点からすれば、異なる層に取り付けられるかにかかわらず、金属針を曲げて先端を狭ピッチにすることは可能であるが、調整の煩雑さ、調整に適した金属針の材料を考慮する必要性からすれば、上記異なる層に取り付けることは効果的である。
【００３５】
また、上記取付面５ａには、以下の状況が示されている。第２層には金属針３ａと金属針３ｂとの間に接地領域であるグランドライン１３ａが形成され、第３層には第２層の金属針３ａと第４層の金属針３ｃとの間にグランドライン１３ｂが形成され、同じく第３層には第２層の金属針３ｂと第４層の金属針３ｃとの間にグランドライン１３ｃが形成されている。第５層には、第４層の金属針３ｃを第３層のグランドライン１３ｂとグランドライン１３ｃと共に囲むように、グランドライン１３ｄとグランドライン１３ｅとが形成されている。ここで、ＳｉＰ化された基板にはグランドが形成されるため、そのグランドを上記したグランドラインとして併用することもできる。すなわち、ＳｉＰ化された基板に形成されるグランドを上記グランドラインが１つの層に全面的に形成されたベタグランドとし、グランドラインの形成を少なくすることもできる。さらに、ベタグランドの内部に金属針の取り付けのための穴を形成することもできる。このようにグランドラインの形成は、シールド効果、基板に必要とされる構造上の要求などに応じた自由度で形成すればよい。
【００３６】
このように、互いに金属針に対してグランドラインにより高いシールド効果が得られ、隣接する金属針への高周波影響を抑えることができる。特に多層基板が用いられ、さらに金属針を異なる層に配置する場合には、製造も容易であるとともに各金属針をグランドラインで囲みことができてシールド効果を最大限に得る構成とできる。
【００３７】
ここで、接地領域については、上記したように金属針を囲む形で配置されることが好ましいが、必ずしも全ての各金属針が接地領域で囲まれる必要はなく、金属針間に接地領域が形成されている部分が少なくとも１箇所あれば従来の同軸ケーブルを内蔵する基板を用いて高周波対応としているものに比べてシールド効果の点での工夫がなされており、高周波に適したものとなる。
【００３８】
なお、図１に示した半導体装置１という技術的思想という捉え方に限らず、チップ７等が搭載されて取り付けられた金属針との電気的な接続も可能な状態でその搭載前の多層基板５という技術的思想と捉えてもよい。その場合、多層基板５としては、金属針３が固着して取り付けられたものであってもよく、又は、金属針３が取り付け可能なように穴が形成されたものであってもよい。ここで、金属針を取り付けるための穴が多数形成されて、金属針を着脱自在にして所望の位置に金属針を取り付け可能としてもよいが、１度の差込により取り付けが固定されるものであってもよい。さらに、金属針の先端が測定のために被測定チップに接触したときに例えば接触時の反力により取り付けの穴内での電気的接続が行われて通電状態になり、それ以外のときには非通電状態としてもよい。
【００３９】
また、多層基板は、ＳｉＰ化と高周波対応から低温焼成セラミックス（LTCC）を用いた。この低温焼成セラミックス基板は、グリーンシート積層法により容易に作ることができる。いわゆるＺ方向への配線はビア（Ｖｉａ）形成により、ＸＹ方向への配線は例えばスクリーン印刷法により形成できる。ここで、グリーンシート積層法により、多層基板の構造として、キャビティ構造、キャスタレーション構造などを容易に可能となる。
【００４０】
そして、このように多層基板とすることで、配線収容性が高く小型化も容易となっているが、上記低温焼成セラミックス基板以外の他の無機系材料基板（セラミック基板、金属系基板、その他の基板（ガラス基板、シリコン基板を含む））、有機系材料基板（紙基材銅張積層板、ガラス基材銅張積層板、コンポジット銅張積層板、耐熱熱可塑性基板、フレキシブル基板など）であってもよい。ここでセラミックス基板は強度、耐熱などの点から多層基板として好ましく、上記した低温焼成セラミックス（LTCC）基板のほか、アルミナ基板（HTCC）、ＡｌＮ(窒化アルミニウム)基板、ＳｉＣ(炭化けい素)基板であってもよい。
【００４１】
さらに、多層基板の異なる層に金属針を取り付けた場合に、非測定チップとの関係にもよるが、特に金属針自体の長さが異なってくる傾向も出てくるために金属針の先端までの長さが異なることも有りえる。それに対して金属針の先端までが等長であることが望まれるのであれば、図１に示したような基板内の配線の長さを調整して全体としての長さを調整すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態にかかる半導体装置を示した図である。
【図２】図１の多層基板の側面の一つであって金属針が取り付けられる面の他の例を示す部分拡大図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    半導体装置
３    金属針
５    多層基板
７    チップ
【図１】
2006349402.tif 000003
【図２】
2006349402.tif 000004