TW202138819A

TW202138819A - 探針及電性連接裝置

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Publication number: TW202138819A
Application number: TW110111626A
Authority: TW
Inventors: 福士輝夫
Original assignee: 日商日本麥克隆尼股份有限公司
Priority date: 2020-04-08
Filing date: 2021-03-30
Publication date: 2021-10-16
Also published as: TW202303164A; JP2021165726A; JP2024059935A; TWI901905B; JP7702517B2; TWI797584B

Abstract

本發明之目的為提供一種可減少測定品質之降低的探針及電性連接裝置。

本發明之探針具備：棒狀的中心導體；包圍中心導體的側面的中間絕緣膜；以及包覆中間絕緣膜的表面的外部導電膜。在探針之與被檢查體接觸的前端部中，中心導體係露出。

Description

探針及電性連接裝置

本發明是關於一種用來測定被檢查體的電性特性的探針及電性連接裝置。

為了在不與晶圓分開的狀態下測定半導體積體電路等被檢查體的電性特性，使用具有與被檢查體接觸的探針的電性連接裝置。例如，在以探針貫穿形成於探針頭的導孔的狀態，由探針頭保持探針(參照專利文獻1)。探針是使用由金屬材構成的導電體或線材、板材、電鍍品等。

電性連接裝置是將探針配置在與被檢查體之檢查用連接墊對應的位置。因此，當半導體積體電路進一步微細化以致檢查用連接墊的配置間隔變窄時，探針的配置間隔也會變窄。因此，隨著檢查用連接墊的間距窄化，會由於細徑化而使探針變細或變薄。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

專利文獻1：日本特開2015-118064號公報

使探針細徑化時，在高頻特性上會發生傳送損耗，或是在高頻下的耐電流測定的精度會降低，以致測定品質降低。本發明之目的在於提供一種可減少測定品質之降低的探針及電性連接裝置。

根據本發明之一樣態，可提供一種探針，係具備：棒狀的中心導體；包圍中心導體的側面的中間絕緣膜；以及包覆中間絕緣膜的表面的外部導電膜，於探針之與被檢查體接觸的前端部中，中心導體係露出。

根據本發明，可提供一種能減少測定品質之降低的探針及電性連接裝置。

1:電性連接裝置

2:被檢查體

10:探針

11:中心導體

12:內部導電膜

13:中間絕緣膜

14:外部導電膜

20:探針頭

21:頂部導引板

22:底部導引板

23:間隔件

24:第1中間導引板

25:第2中間導引板

26:加固件

27:導電性導引板

30:配線基板

31:連接盤

32:GND端子

101:前端部

102:基端部

110:片材

111:第1區域

112:第2區域

113:第3區域

121:第1抗蝕劑膜

200:中間區域

201:第1金屬膜

202:樹脂膜

203:第2金屬膜

圖1係顯示本發明之實施型態的探針的構造之沿著中心軸的示意剖面圖。

圖2係顯示本發明之實施型態的探針的構造之與中心軸垂直的示意剖面圖。

圖3係顯示本發明之實施型態的電性連接裝置的構造的示意圖。

圖4係顯示本發明之實施型態的電性連接裝置的探針頭的構造的示意圖。

圖5係顯示本發明之實施型態的電性連接裝置的探針頭的其他構造的示意圖。

圖6係顯示本發明之實施型態的電性連接裝置的探針頭的導電性導引板之例的示意剖面圖。

圖7係圖6所示的導電性導引板的示意俯視圖。

圖8係顯示本發明之實施型態的探針的外形之例的示意圖，圖8(a)及圖8(b)係在側面形成有凸部的探針，圖8(c)及圖8(d)係在側面形成有凹部的探針。

圖9係用來說明本發明之實施型態的探針的製造方法的步驟圖(之一)。

圖10係用來說明本發明之實施型態的探針的製造方法的步驟圖(之二)。

圖11係用來說明本發明之實施型態的探針的製造方法的步驟圖(之三)。

圖12係用來說明本發明之實施型態的探針的製造方法的步驟圖(之四)。

圖13係用來說明本發明之實施型態的探針的製造方法的步驟圖(之五)。

圖14係用來說明本發明之實施型態的探針的製造方法的步驟圖(之六)。

圖15係用來說明本發明之實施型態的探針的製造方法的步驟圖(之七)。

圖16係用來說明本發明之實施型態的探針的製造方法的步驟圖(之八)。

圖17係用來說明本發明之實施型態的探針的製造方法的步驟圖(之九)。

圖18係用來說明本發明之實施型態的探針的製造方法的步驟圖(之十)。

圖19係用來說明本發明之實施型態的探針的製造方法的步驟圖(之十一)。

圖20係用來說明本發明之實施型態的探針的製造方法的步驟圖(之十二)。

圖21係用來說明本發明之實施型態的探針的製造方法的步驟圖(之十三)。

圖22係用來說明本發明之實施型態的探針的製造方法的步驟圖(之十四)。

圖23係用來說明本發明之實施型態的探針的製造方法的步驟圖(之十五)。

圖24係用來說明本發明之實施型態的探針的製造方法的步驟圖(之十六)。

圖25係用來說明本發明之實施型態的探針的製造方法的步驟圖(之十七)。

圖26係本發明之實施型態的探針的中心導體之其他構造的示意圖。

圖27係本發明之實施型態的探針的中心導體之另外的其他構造的示意圖。

接下來，參照圖式來說明本發明之實施型態。以下圖式的記載中，在相同或類似的部分附上相同或類似的符號。然而，圖式僅為示意圖，須留意各部的厚度的比例等與現實不同。並且，在圖式彼此間當然也包含彼此的尺寸的關係或比例不同的部分。以下所示的實施型態例示出用以將本發明之技術性思維具體化的裝置及方法，本發明之實施型態並不將構成零件的材質、形狀、構造、配置等限定為以下所載的內容。

圖1所示的實施型態的探針10係用來測定被檢查體的電性特性。探針10具備：棒狀的中心導體11；包覆中心導體11的側面的內部導電膜12；包覆內部導電膜12的表面且包圍中心導體11的側面的中間絕緣膜13；以及包覆中間絕緣膜13的表面的外部導電膜14。

如圖2所示，探針10係具有在中心導體11的側面依序積層了內部導電膜12、中間絕緣膜13及外部導電膜14而成的構造。圖2係沿著圖1之II-II方向的剖面圖。內部導電膜12形成在中心導體11與中間絕緣膜13之間。圖2例示出與中心導體11的中心軸垂直且剖面為矩形狀的探針10。

又，在探針10的第1端部(以下稱為「前端部101」)及第2端部(以下稱為「基端部102」)，中心導體11係露出。前端部101係測定時會與被檢查體接觸的部分。

中心導體11的材料為例如銅(Cu)或鎳(Ni)等金屬材。內部導電膜12為例如Cu膜或Ni膜等。中間絕緣膜13為例如聚醯亞胺等低介電材膜。外部導電膜14為例如Cu膜或Ni膜等。中間絕緣膜13將中心導體11與外部導電膜14電性絕緣。

如上所述，探針10具有中心導體11與外部導電膜14經由中間絕緣膜13相對向的同軸構造。外部導電膜14作為電磁屏蔽而發揮功能。因此，根據探針10，在高頻的電氣信號於探針10傳輸的情況，可減少電氣信號的傳送特性或耐電流的損耗。

探針10例如藉由後述微影技術製造。探針10的直徑為例如50μm左右。

相對於此，使直接使用Cu材或Ni材等金屬材的比較例的探針的直徑形成與探針10的直徑相同程度的情況，於探針傳輸的電氣信號的高頻的傳送特性或耐電流會發生損耗，測定品質降低。然而，根據具有同軸構造的探針10，可減少測定品質的降低。

圖3顯示具備探針10的電性連接裝置1。電性連接裝置1用來測定被檢查體2的特性。被檢查體2為例如形成在半導體基板的半導體積體電路。電性連接裝置1具備使前端部101朝向被檢查體2而保持探針10的探針頭20，以及配線基板30。此外，在圖3中，探針頭20所保持的探針10的數量為四根，但探針10的數量當然不限於四根。

如圖3所示，探針10貫穿探針頭20。探針10的基端部102與配置在配線基板30的連接盤(land)31連接。連接盤31由金屬等導電性材構成，測試器等檢查裝置(省略圖示)與連接盤31電性連接。經由電性連接裝置1，電氣信號在檢查裝置與被檢查體2間傳輸。配線基板30為例如印刷配線基板(PCB)或中介層(IP)基板。

與連接盤31接觸的探針10的基端部102，中心導體11露出。因此，被檢查體2的檢查用連接墊與連接盤31經由探針10的中心導體11電性連接。

探針頭20具有分別形成有探針10所貫穿的導孔的複數個導引板。例如，圖4所示的探針頭20是將與配線基板30相對向的頂部導引板21設為上段，將與被檢查體2相對向的底部導引板22設為下段，具有沿著探針10的軸方向配置的複數個導引板。配置在頂部導引板21的外緣區域與底部導引板22的外緣區域之間的間隔件23係在探針頭20的內部構成探針10所通過的中間區域200。

再者，圖4所示的探針頭20具有配置在頂部導引板21與底部導引板22之間，且由探針10貫穿的第1中間導引板24及第2中間導引板25。將第1中間導引板24配置在靠近頂部導引板21的區域，將第2中間導引板25配置在靠近底部導引板22的區域。以下，將第1中間導引板24及第2中間導引板25等之配置在頂部導引板21與底部導引板22之間的導引板也稱為「中間導引板」。

此外，在從頂部導引板21的主面的面法線方向觀看時(以下稱為「俯視」)，同一探針10所貫穿的頂部導引板21的導孔與底部導引板22的導孔的位置係沿與主面平行的方向錯開。透過這種導孔的配置(錯位配置)，探針10在中間區域200因為彈性變形而彎曲。因此，與被檢查體 2接觸時，探針10挫曲(buckling)，探針10受到既定的按壓而與被檢查體2接觸。

頂部導引板21及底部導引板22、間隔件23為陶瓷等絕緣材。第1中間導引板24為使用了金屬膜等導電性膜而具有導電性的導引板(以下稱為「導電性導引板」)。第2中間導引板25為樹脂等的膜。藉由於第1中間導引板24使用導電性導引板，使探針頭20所保持的複數個探針10各自的外部導電膜14彼此電性連接。

藉由使第1中間導引板24與探針頭20的外部的GND端子電性連接，將第1中間導引板24設定為接地電位。藉由設定為接地電位的第1中間導引板24與探針10的外部導電膜14接觸，可得到探針10中的屏蔽效果。

在探針頭20為保持屬於金屬單體之比較例的探針的情況，為了防止探針間的短路，在包含第1中間導引板24的所有中間導引板使用聚醯亞胺膜等絕緣性材。然而，由於探針10具有同軸構造，因此可於第1中間導引板24使用導電性導引板。在藉由使用金屬膜等導電性膜而使剛性比樹脂膜高的導電性導引板中，包含使探針10通過形成在中間導引板的貫穿孔的作業之於電性連接裝置1進行的探針10的更換容易。

又，如圖5所示，探針頭20亦可具備與導引板同樣由探針10所貫穿之由金屬材構成的加固件26。探針10通過形成在加固件26的貫穿孔。加固件26作為提升探針頭20的機械性強度的補強板而發揮功能。又，加固件26也使用在錯位配置的前後之導引板的定位及固定。

再者，加固件26作為將導電性導引板接地時的輔助板而發揮功能。如圖5所示，配置在加固件26與底部導引板22的交界的導電性導引板27的端部被拉出至探針頭20的外部而與配線基板30的GND端子32連接。加固件26與導電性導引板27接觸，探針10的外部導電膜14經由加固件26及導電性導引板27而接地。由於導電性導引板27接地，與導電性導引板27接觸的加固件26也發揮探針10當中的屏蔽效果。此外，亦可在加固件26與頂部導引板21的交界配置導電性導引板27。加固件26的貫穿孔比導電性導引板27的貫穿孔長，因此在加固件26的貫穿孔中，探針10確實與加固件26電性接觸，而可更確實地將探針10設定為接地電位。

圖6顯示導電性導引板之例。圖6所示的導電性導引板係積層第1金屬膜201、樹脂膜202、第2金屬膜203而成的構造。第1金屬膜201及第2金屬膜為例如Cu膜、Ni膜、鈦膜等金屬膜。樹脂膜202為例如聚醯亞胺膜等低介電材膜。

導電性導引板之由探針10所貫穿的導孔為使導電性導引板的金屬膜與探針10的外部導電膜14容易進行接觸的構造。例如，使用金屬膜從導孔的外緣向內側伸出的形狀。具體而言，如圖7所例示，以覆蓋形成在樹脂膜202的矩形狀的導孔之一部份的方式，在第1金屬膜201及第2金屬膜203形成俯視時為星型形狀或十字形狀的導孔。

圖8(a)至圖8(d)顯示出探針10的形狀之例。圖8(a)及圖8(b)所示的探針10係使形成在側面的凸部比導引板的導孔的內徑粗的形狀。因此，探針頭20以凸部卡在導引板的狀態保持探針10。圖8(c)及圖 8(d)所示的探針10係形成在側面的凹部比導引板的導孔的內徑細，且凹部以外的部分比導孔的內徑粗的形狀。因此，探針頭20以凹部貫穿導引板的導孔的狀態保持探針10。

因此，根據圖8(a)至圖8(d)所示的探針10，可防止探針10從導引板脫落。例如依探針頭20的導電性導引板的位置來設定形成在探針10之側面的凸部或凹部的位置。

以下，參照圖面來說明探針10的製造方法。此外，以下所述的探針10的製造方法僅為一例，包含該變形例，可藉由其他各種製造方法來實現。

首先，如圖9所示，將剝離用片材110接著在基材100的上面。片材110係使用利用異丙醇(IPA)等溶劑等而可容易從基材100剝離的片材。

如圖10所示，在片材110的上方形成第1抗蝕劑膜121。第1抗蝕劑膜121的膜厚係依探針10的直徑而設定。接下來，如圖11所示，使用微影技術將第1抗蝕劑膜121的一部份蝕刻去除。圖12顯示出使第1抗蝕劑膜121圖案化之後的俯視圖。第1抗蝕劑膜121係依從探針10的側面觀看時的形狀被圖案化。

接下來，如圖13所示，在露出的片材110的表面及第1抗蝕劑膜121的表面形成外部導電膜14。例如，利用濺鍍法形成銅膜或Ni膜作為外部導電膜14。再者，如圖14所示，在外部導電膜14的表面利用濺鍍法等形成中間絕緣膜13。中間絕緣膜13為例如聚醯亞胺膜。然後，如圖15所示，在中間絕緣膜13的表面利用濺鍍法等形成內部導電膜12。內部導電膜12為例如Cu膜。

如圖16所示，以Ni膜埋入第1抗蝕劑膜121的凹部而形成中心導體11。例如，使用內部導電膜12作為電鍍用電極，利用電解電鍍法形成中心導體11。然後，如圖17所示，藉由平面研磨，去除堆積在第1抗蝕劑膜121上面的Ni膜、外部導電膜14、中間絕緣膜13及內部導電膜12。

接下來，在全面形成第2抗蝕劑膜122之後，如圖18所示，以使中心導體11的上面露出之方式，使用微影技術去除第2抗蝕劑膜122的一部份。接下來，將第2抗蝕劑膜122用來作為蝕刻遮罩，如圖19所示，蝕刻去除露出的中心導體11的上部及內部導電膜12的上部。

如圖20所示，在中心導體11的上面形成內部導電膜12及中間絕緣膜13。然後，如圖21所示，去除第1抗蝕劑膜121及第2抗蝕劑膜122。

接下來，如圖22所示，將濺鍍用的金屬遮罩130配置成金屬遮罩130的開口部位於中心導體11的上方。接下來，將金屬遮罩130用來作為濺鍍用遮罩，如圖23所示，利用濺鍍法在中間絕緣膜13的上面形成外部導電膜14。如上所述，使用乾式電鍍法形成外部導電膜14。

然後，在全面形成蝕刻抗蝕劑140。接下來，如圖24所示的俯視圖，使用微影技術去除探針10的前端部101及基端部102的上方的蝕刻抗蝕劑140。接下來，將蝕刻抗蝕劑140用來作為蝕刻遮罩，蝕刻去除外部導電膜14、中間絕緣膜13及內部導電膜12。藉此，如圖25所示，在探針10的前端部101及基端部102，中心導體11係露出。

然後，去除蝕刻抗蝕劑140。接下來，使片材110剝離而完成探針10。如以上所說明，探針10可用MEMS製程來製造。

根據上述製造方法，藉由在中心導體11的表面積層絕緣膜及薄膜電鍍膜，比起屬於金屬單體的比較例的探針，不需要大幅增加外徑，便可製造具有屏蔽效果的同軸構造的探針10。此外，藉由可利用微影技術形成的抗蝕劑膜的膜厚及長寬比等的上限，探針10的直徑被限定。例如，探針10的直徑為50μm左右。又，若考慮在探針頭20的組裝，則探針10的全長為例如2至3mm左右。

雖為了使探針10形成同軸構造而形成中間絕緣膜13，但一旦絕緣，電流就無法流通。因此，上述製造方法是在中心導體11的表面形成內部導電膜12，以作為通電用的較薄的導電膜，並利用電解電鍍法形成中心導體11。例如，將內部導電膜12設為Cu膜，並利用電解電鍍法來形成Ni膜作為中心導體11。

以上說明了在中心導體11的材料使用了Ni材的例子，但亦可於中心導體11的材料使用Cu材。並且，中心導體11亦可並非單一的材料。

例如，如圖26所示，中心導體11亦可為積層了由Cu材構成的第1區域111、由Ni材構成的第2區域112及由Cu材構成的第3區域113的構造。或是，如圖27所示，中心導體11亦可為積層了由Ni材構成的第1區域111、由Cu材構成的第2區域112及由Ni材構成的第3區域113的構造。圖26及圖27係在以上所說明的探針10的製程中參照圖16而說明之形成中心導體11的步驟的狀態。圖26及圖27所示的構造的探針10中，中心導體11的Ni材的部分有助於探針10的彈性的強化。藉由使用會彈性變形的探針10，可施加過載以使探針10壓接在被檢查體2，或是可施加前負荷以使探針10按壓在連接盤31。藉此，可確保被檢查體2及連接盤31與探針10的電性連接。

(其他實施型態)

如上述，本發明已利用實施型態來記載，但形成本揭示之一部份的論述及圖面不應理解為限定本發明的內容。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應可從本揭示明白各樣的替代實施型態、實施例及運用技術。

例如，以上顯示了剖面形狀為矩形狀的探針10之例，但探針10的剖面形狀亦可為其他多角形狀，或是探針10的剖面形狀可為圓形形狀。

如此，本發明當然包含在此未記載的各樣實施型態等。