JP2006292726A - 検査基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体ウェハ上に形成された高密度の半導体素子の回路を、一括して高精度に電気検査が行える高密度の検査基板を提供すること。
【解決手段】 絶縁基板３の上面に検査用端子２を形成するとともに絶縁基板３の下面に検査用端子２と電気的に接続された外部接続端子５を形成して成る検査基板１において、検査用端子２の上面の中央部を外周部よりも低く窪ませた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体素子等の電子部品の電気的特性を一括して測定検査するための検査基板に関するものである。

従来、半導体素子を搭載した半導体装置は、半導体素子とリードフレームとがワイヤーボンディングによって電気的に接続され、その後、樹脂封止またはセラミック容器内に収納封止された状態で供給され、外部のプリント基板等に実装されていた。近年、半導体装置の小型化の要求から、フリップチップと呼ばれる半導体素子をそのままセラミック基板やプリント基板に実装する構成が主流になりつつある。

Ｓｉウェハ等の半導体ウェハに多数個同時に形成される大規模集積回路を有する半導体素子には、半導体ウェハ上で作製される初期段階より異物の付着などに起因する電気不良等によって、ほぼ一定の割合で電気的接続および、電気的特性の不良品が含まれている。その上、従来は半導体ウェハから個片の半導体素子に切り出してから、電気検査等が行われていたため検査時間およびコストが非常にかかるという問題があった。

これらの問題を解消するために、半導体ウェハのまま同時に多数の半導体素子を一括して電気検査を行うことができるプローブカードが提案されている（下記の特許文献１参照）。

このプローブカードには、従来から一般的なカンチレバー型のプローブカードがある。このカンチレバー型はプリント基板の中央部に開いた円形の貫通穴の周囲に放射状にのびた金属針からなる。このカンチレバー型のプローブカードでは金属針の本数の制限より同時に検査可能な半導体素子数が少ないという問題があった。

また、このほかに配線基板を用いたプローブカード（検査用基板）がある。この検査基板は、検査基板に形成した端子とプローブピンが電気的に接続され半導体素子とプローブピンとを接触させて電気検査を行う。そのためにカンチレバー型のプローブカードの金属針に対し、検査基板では多くのプローブピンを接続することが可能となり、同時に多数の半導体素子を一括して電気検査を行うことができる。その検査基板は以下のようにして製造される。

まず、セラミックグリーンシートに上下面間の電気的導通をとるための貫通孔を形成し、このセラミックグリーンシートの貫通孔や配線パターン部にタングステン（Ｗ）からなる導体ペーストを印刷塗布する。

次に、このセラミックグリーンシートを配線パターンが電気的に接続されるように積層し、約１５００℃の温度で焼結する。

このようにして製造されたセラミック製の検査基板は約１５００℃の温度で焼結されるため、セラミックグリーンシートの大きさが約８割の大きさに収縮する。このため、求める検査基板は、予め焼結による収縮を見込んで設計される。しかしながら、セラミックグリーンシートの原料製造時や、セラミックグリーンシート成型時の部位によるばらつきやセラミックグリーンシート焼成時の炉内の焼成温度ばらつき等により、検査基板の寸法や表面におけるプローブピン接続用の端子の位置に検査基板の収縮ばらつきが発生する。

このような問題点を解決するため、下記の特許文献２には、焼成後の基板の表面に薄膜形成技術によって形成されたプローブピン接続用の端子を備えたセラミック検査基板が提案されている。

これによれば、焼成後の基板に薄膜形成技術によって微細な配線パターンを形成するのでプローブピン接続用の端子の位置精度が非常に良好となり、このプローブピン接続用の端子にプローブピンを微細に、かつ絶対座標に対して高精度に配置することができる。よって、この精度良く配置されたプローブピンによって、半導体ウェハに同時に形成された多数の半導体素子に形成された端子に精度良く接続することができる結果、半導体ウェハに同時に形成された多数の半導体素子を一括して精度良く電気測定検査することができる。
特開平７−２３１０１９号公報 特開平１１−１６０３５６号公報

近年、半導体ウェハの大型化が進み、これに伴い、半導体ウェハに同時に形成された多数の半導体素子を一括して精度良く電気測定検査する検査基板においても高密度化が要求されており、プローブピン接続用の端子の寸法が小さくなるとともに端子間の間隔が非常に狭くなってきている。

このような高密度化された検査基板においてプローブピンを接続した場合、正確な電気測定検査ができないという問題点があった。つまり、端子と接触するプローブピンは先端が概ね円筒形または半球形のもので材質は硬質な金属が主流であり、そのため電気検査測定のために端子にプローブピンを接触させた際、プローブピンが横滑りをしやすく、高密度化によって小さい寸法に形成された端子からプローブピンが容易にはずれ、プローブピンと端子との完全な接続を確保できないという問題点があった。また、プローブピンが端子上を横滑りすると端子の金属が削られやすく、その金属屑が高密度化によって非常に接近したプローブピン接続用の端子同士を電気的に短絡するという問題点があった。

従って、本発明の検査基板は上記問題点を鑑みて完成されたものであり、その目的は、半導体ウェハ上に形成された高密度の半導体素子の回路を、一括して高精度に電気検査が行える高密度の検査基板を提供することにある。

本発明の検査基板は、絶縁基板の上面に検査用端子を形成するとともに前記絶縁基板の下面に前記検査用端子と電気的に接続された外部接続端子を形成して成る検査基板において、前記検査用端子の上面の中央部を外周部よりも低く窪ませたことを特徴とする。

本発明の検査基板において好ましくは、前記検査用端子の上面を外周部から中央部に向かって漸次深くなるように窪ませたことを特徴とする。

本発明の検査基板において好ましくは、前記検査用端子の周囲を前記検査用端子の最上部と同じかまたは前記最上部よりも高さの高い絶縁体で取り囲んだことを特徴とする。

本発明の検査基板において好ましくは、前記絶縁体は有機物を含むことを特徴とする。

本発明の検査基板において好ましくは、前記絶縁体は前記検査端子の外周部を覆うとともに前記くぼみの外周部に達していることを特徴とする。

本発明の検査基板は、絶縁基板の上面に検査用端子を形成するとともに絶縁基板の下面に検査用端子と電気的に接続された外部接続端子を形成して成る検査基板において、検査用端子の上面の中央部を外周部よりも低く窪ませたことにより、検査用端子にプローブピンを接触させた際、プローブピンが横滑りしても、検査用端子の外周部でプローブピンを停止させることができるので、高精度に電気的な接続をすることができる。

また、プローブピンが横滑りして検査用端子が削れ、金属屑が発生しても、中央部が窪んだ検査用端子上に溜まりやすくすることができ、隣接する検査用端子同士が電気的に短絡することを有効に防ぐことができる。

本発明の検査基板において好ましくは、検査用端子の周囲を検査用端子の最上部と同じかまたは最上部よりも高さの高い絶縁体で取り囲んだことにより、プローブピンを検査用端子に接触させる際、プローブピンが検査用端子から多少外れたとしても周囲が絶縁体で囲まれているため、プローブピンを検査用端子に引き込むように力が加わり、より高精度に電気的な接続をすることができる。

また、プローブピンの横滑りによって生じた金属屑が検査用端子上により溜まり易くすることができ、隣接する検査用端子同士の電気的な短絡をより有効に防止できる。

本発明の検査基板において好ましくは、絶縁体は有機物を含むことにより、検査基板の加工性を容易とし、より安価に検査基板を供給することができるとともに、プローブピンの接触による絶縁基板のカケを有効に防止できる。

本発明の検査基板において好ましくは、絶縁体は検査用端子の外周部を覆うとともにくぼみの外周部に達していることにより、検査用端子を絶縁基板に確実に固定することができる。

次に本発明の検査基板を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の検査基板の実施の形態の一例を示す断面図である。同図において１は検査基板、２はプローブピン接続用としての検査用端子、３は絶縁基板、４は絶縁体、５は外部電気回路に接続するための外部接続端子である。

ここで、絶縁基板３は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）セラミックス、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）セラミックス、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス、ガラスセラミックス等の各種セラミックスからなる。このようにセラミック基板を用いると、スルーホール導体を同時焼成によって形成できるため量産性に優れるとともに、剛性の高いセラミックスから成るので、絶縁基板１と半導体素子が多数形成された半導体ウェハとをプローブピンを介して接続する際、プローブピンが絶縁基板３に沈みこんでプローブピンの接続不良が生じるのを有効に抑制できる。

また、絶縁基板３は、四ふっ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ）、四ふっ化エチレン・エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ）、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂よりなる基板、ガラスエポキシ樹脂よりなる基板、ポリイミド等の樹脂よりなる基板などでもよい。このような樹脂を用いた場合は、絶縁基板３の誘電率が低くなり、１００ＭＨｚ以上の高周波信号の伝送性に優れるため、高周波用の半導体素子の電気検査測定に適したものとなる。

なお、絶縁基板３は、内部や表面に配線導体層やスルーホール等の配線導体が形成されていてもよく、これにより検査用端子２と外部接続端子５とを電気的に接続することができる。

ここで、絶縁基板１が例えばアルミナセラミックスから成る場合、先ずアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やシリカ（ＳiＯ_２）、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状と成し、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）を得る。

その後、グリーンシートにタングステンを主成分とし、それに有機溶剤、溶媒を添加混合した印刷ペーストをスクリーン印刷等によって印刷する。またグリーンシートの上下面間の電気的導通をとるために穿設した貫通孔に加圧注入等で先の印刷ペーストを埋め込み等を行い、所定形状に打ち抜き加工するとともに必要に応じて複数枚積層し、これを約１５００℃の温度で焼成することにより製作する。

次に、この絶縁基板３の上下面をアルミナの砥粒を用いて研磨し、端子および配線導体用の薄膜を安定して形成するために算術平均粗さ（Ｒａ）を０．１μｍ以下程度とするのがよい。

絶縁基板３の上面にはプローブピン接続用の検査用端子２が形成されている。また、絶縁基板３の下面には外部接続端子５が形成されている。そして、本発明の検査基板１においては、検査用端子２の上面が外周部から中央部に向かって漸次深くなっている。これにより、検査用端子２にプローブピンを接触させた際、プローブピンが横滑りしても、検査用端子２の外周部でプローブピンを停止させることができるので、高精度に電気的な接続をすることができる。

また、プローブピンが横滑りして検査用端子２が削れ、金属屑が発生しても、中央部が窪んだ検査用端子２上に溜まりやすくすることができ、隣接する検査用端子２同士が電気的に短絡することを有効に防ぐことができる。

検査用端子２の上面における中央部と外周部との高さの差は５〜４５μｍであるのがよい。５μｍ未満ではプローブピンの横滑りに対して、検査用端子２の外周部でプローブピンを停止させるのが困難になりやすい。また４５μｍを超えると検査用端子２の中央部の厚みと外周部の厚みとの差が大きくなり、プローブピンの接触位置によって電気特性が変化し易くなる。

これらの検査用端子２、外部接続端子５は、薄膜形成法、印刷ペーストによるメタライズ法、金属箔をエッチングしてパターン化する方法、パターン状の金属箔を転写する方法、またはメッキ法等によって形成される。また、これらの形成手法を組み合わせてもよい。

薄膜形成法の場合、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法等を用いることができる。例えば、絶縁基板１の研磨した主面に、スパッタリング法によって厚さ０．１μｍ程度のチタン（Ｔｉ）層等から成る密着金属層、厚さ２μｍ程度のチタン（Ｔｉ）−タングステン（Ｗ）合金層等から成る拡散防止層、および厚さ５２μｍ程度の銅（Ｃｕ）層等から成る主導体層を順次成膜し、フォトリソグラフィ法および、エッチング法によりパターン加工することにより形成される。

なお、Ｃｕ層等からなる主導体層の表面が酸化しないように、主導体層の表面に無電解めっきによって厚さ２μｍのニッケル（Ｎｉ）めっき層および厚さ０．２μｍの金（Ａｕ）めっき層を順次被着させるのがよい。

また、印刷ペーストによるメタライズ法の場合、Ｗ、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）またはＣｕのうち少なくとも１種類を含む金属ペーストをスクリーン印刷法によってパターン加工し、焼結させることにより形成しても良い。

金属箔をエッチングしてパターン化する方法により形成することもでき、その場合は絶縁基板１に予め被着されたＣｕ等の金属箔をドライフィルム等を用いたフォトリソグラフィ法およびエッチング法によって検査用端子２および外部接続端子５を形成する。または、予めパターン加工した金属箔を絶縁基板１上に転写することによって形成してもよい。

メッキ法により形成する場合は、無電解メッキ法によるＣｕメッキ層や電解メッキ法によるＣｕメッキ層等を形成し、パターン加工して形成する。

検査用端子２および外部接続端子５の厚みは０．５μｍ〜５０μｍがよく、０．５μｍ未満では導通抵抗値が高くなる傾向にあり、５０μｍを超えると微細な配線パターンに加工するのが困難となる。

さらに、検査用端子２は、その周縁部に絶縁体４やレジスト層を形成したのちに、機械的もしくは化学的、あるいは、その両方を組み合わせて、研磨加工を施すことにより、上面を外周部から中央部に向かって漸次深くなるように形成できる。その上面形状としては、例えば、検査用端子２の縦断面において、上面が、円弧状などの凹形状、外周部が円弧状で中央部が平坦な凹形状（図１参照）などの形状とし得る。

なお、本実施形態による検査基板では、検査用端子２の上面を外周部から中央部に向かって漸次深くなるように窪ませたが、外周部と中央部との間に段差を設けることにより中央部を外周部より低く窪ませてもよい。検査用端子２の上面の高さを外周部から中央部にまで緩やかに変化させるか急峻に変化させるかに関わらず、検査用端子２の上面において中央部を外周部よりも低く窪ませることができれば、検査用端子２にプローブピンを接触させた際、プローブピンが横滑りしても、検査用端子２の外周部でプローブピンを停止させることができる。

好ましくは、検査用端子２の周囲を検査用端子２の最上部と同じかまたは最上部よりも高さの高い絶縁体４で取り囲むのがよい。これにより、プローブピンを検査用端子２に接触させる際、プローブピンが検査用端子２から多少外れたとしても周囲が絶縁体４で囲まれているため、プローブピンを検査用端子２に引き込むように力が加わり、より高精度に電気的な接続をすることができる。

また、プローブピンの横滑りによって生じた金属屑が検査用端子２上により溜まり易くすることができ、隣接する検査用端子２同士の電気的な短絡をより有効に防止できる。

絶縁体４は、セラミックスや樹脂等から成り、絶縁基板３と同じ材料であってもよく、異なるものであってもよい。好ましくは、ポリイミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂などの有機物であるのがよい。これにより、検査基板１の加工性を容易とし、より安価に検査基板１を供給することができるとともに、プローブピンの接触による絶縁基板３のカケを有効に防止できる。なお、絶縁体４には、有機物のほかに、その有機物の熱膨張率を抑える無機物のフィラー等が含まれていてよい。

このような絶縁体４は、スピンコート法、ロールコート法、ダイコート法または印刷法等を用いて絶縁基板３に塗布することにより形成できる。また、フィルム状に加工された樹脂を絶縁基板３に被着させることによって形成してもかまわない。絶縁基板３を、研削加工や、マイクロブラスト加工で掘り下げて絶縁体４のような形状にすることも可能である。

また、好ましくは絶縁体４の検査用端子２を取り囲む開口縁部において、上面が検査用端子２に近づくほど低くなった傾斜面とされているのがよい。これにより、プローブピンが検査用端子２から多少ずれて接触したとしても、絶縁体４の傾斜面を伝って良好に検査用端子２上にプローブピンを誘導させることができ、より正確な電気検査測定を行なうことができる。

さらに、上記絶縁体４は、検査用端子２の外周部を覆うとともにくぼみの外周部に達していてもよい。すなわち、上記絶縁体４は、検査用端子２の上面における窪んだ中央部を残して、検査用端子２の周縁部からその窪んだ中央部の周囲までも覆うように形成されてよい。このように検査用端子２の周縁部だけでなく、検査用端子２の上面の一部領域上にも絶縁体４を形成することにより、検査用端子４を絶縁基板３に確実に固定することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を行うことは何等差し支えない。

本発明の検査基板の実施の形態の一例を示す断面図である。

符号の説明

１：検査基板
２：検査用端子
３：絶縁基板
４：絶縁体
５：外部接続端子

Claims (5)

1. 絶縁基板の上面に検査用端子を形成するとともに前記絶縁基板の下面に前記検査用端子と電気的に接続された外部接続端子を形成して成る検査基板において、前記検査用端子の上面の中央部を外周部よりも低く窪ませたことを特徴とする検査基板。
2. 前記検査用端子の上面を外周部から中央部に向かって漸次深くなるように窪ませたことを特徴とする請求項１記載の検査基板。
3. 前記検査用端子の周囲を前記検査用端子の最上部と同じかまたは前記最上部よりも高さの高い絶縁体で取り囲んだことを特徴とする請求項１または請求項２記載の検査基板。
4. 前記絶縁体は有機物を含むことを特徴とする請求項３記載の検査基板。
5. 前記絶縁体は前記検査用端子の外周部を覆うとともに前記くぼみの外周部に達していることを特徴とする請求項３または請求項４記載の検査基板。

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