JP4494396B2

JP4494396B2 - 接続部材

Info

Publication number: JP4494396B2
Application number: JP2006348019A
Authority: JP
Inventors: 富茂田井
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2006-12-25
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2026-12-25
Also published as: JP2008157800A

Description

本発明は、接続対象物と接続する接続部材に関し、一例として半導体検査プローブに関する。

従来は、プローブピンとして、円筒状のケースにスプリングが内蔵され、接続用ピン端子がケースから突出している構造の半導体測定装置があり、接続用ピン端子が基板のランド部に押し当てられて接触する（例えば、特許文献１参照。）。

また、従来の半導体素子検査用ソケットについて、本出願前に頒布された刊行物を引用して説明する（例えば、特許文献２参照。）。

図９は、ＩＣ挿入部の概略の断面図であり、図１０はテープ回路の平面図である。

図９，１０において、テープ回路８２は、検査対象であるＩＣ８５の外部電極である半田バンプ８６（半導体素子本体の下面側に複数の外部突起電極）の配置位置に対応した位置に電極（接触）パッド８７が形成される。テープ回路８２は耐熱性に優れたポリイミド系の材料を基材とし、テープ上に形成された電極（接触）パッド８７の表面には、検査対象のＩＣ８５の外部電極である半田バンプ８６との接触抵抗を安定に保つため、種々の凹凸形状がめっき等により形成され、酸化膜を擦り取る役割を果たしている。

テープ回路８２上の電極（接触）パッド８７を含む配線パターンはエッチングプロセスかメッキプロセスを用いて形成され、配線材料には電解銅箔か圧延銅箔が用いられる。図９，１０中のテープ回路８２は周辺２列配置の半田バンプ構成のＩＣを想定したテープ回路を示しており、外周側の電極パッドは表層から引き出され、内周側の電極（接触）パッドはスルーホール９２を介してテープ回路裏面から引き出された２層配線構造である。

１層配線構造の場合、電極（接触）パッド間に配線が引き回されるため、狭ピッチ構造ではパッド／配線間でのショートが懸念される。テープ回路８２の電極（接触）パッド８７が形成されたＩＣ搭載（挿入）部分には、マザーソケット部８４に形成された凹部にエラストマシート８１が収容され、配置される。エラストマシート８１の材質としては、バーンイン試験を想定して、耐熱性に優れたシリコンゴムをベースとした絶縁性の材料であることが望ましい。

また、エラストマシート８１の厚さは、被検査対象であるＩＣ８５の半田バンプ８６の搭載領域のマクロな反りを吸収できる厚さが必要であるが、逆に厚すぎてＩＣ押し付け時の、マクロな沈み込み量が多くなると、テープ回路８２とエラストマシート８１の干渉によって高さバラツキ吸収量に位置依存性が出てしまう。そのため、その両方のバランスを考慮すると、０．３ｍｍ程度の厚さにするのが望ましいといえる。

配置されたエラストマシート８１の上面は、テープ回路８２が支持されるマザーソケット８４の上面より高く、テープ回路８２を取り付けた際、テープ回路８２とエラストマシート８１との接触面が、マザーソケット部８４の上面位置より高く、テープ回路８２とエラストマシート８１との接触面以外のその周囲の部分より高くなる構成にする。つまり、テープ回路８２とエラストマシート８１との接触面の位置と半導体素子本体の下面との第１の距離が、テープ回路８２とマザーソケット８４との接触面の位置と半導体素子本体の下面との第２の距離より小である。

または、上記第２の距離は、上記第１の距離より、上記半導体素子の検査状態での押圧力に対するテープ回路面の平均的な沈み込み量の相当量分大となるように構成される。

上記周囲に対する高さの設定値は、テープ回路８２の下面に配置するエラストマシート８１の厚さや硬さ、および検査対象であるＩＣ８５の外部電極数により異なってくるが、例えば２００〜３００ピン程度のＩＣを検査する場合には、０．１〜０．１５ｍｍ程度高くするのがよい。

外部電極（ここでは半田バンプ８６）を有するＩＣ８５は、テープ回路８２上に形成された電極（接触）パッド８７の位置に外形ガイド部８３に沿って挿入され、ＩＣ８５側から押し圧（荷重）を受けることによって検査が実施される。

特開２００２−１５６３８７号公報特開２００１−１３２０７号公報

前記従来のプローブピンや半導体素子検査用ソケットにおいては、リジッドな半球状の半田バンプが、荷重を加えられることによって電極パッドに圧痕や摺動圧痕を発生させ、表面の酸化膜を破壊して電気的接続を実現する。

したがって、電極パッド上に残る圧痕や摺動圧痕がワイヤボンディングや半田バンプの形成時に界面結合を阻害し、不具合が発生するという欠点がある。

そこで、本発明は、前記従来の技術の欠点を改良し、電極パッド等の接続対象物と密着させることにより接続対象物の表面の酸化膜を破壊せずに、密着面全域の酸化膜を介して電気的接続を実現する接続部材を提供しようとするものである。

本発明は、前記課題を解決するため、次の手段を採用する。

１．接続対象物(７７)と接続する接続部材（１等）において、前記接続部材は、中心となる弾性体（２等）と、前記弾性体の接続対象物との接続側である先端部以外の部分を被覆する金属製の支持体（３等）と、後端部を除く前記支持体と後端部を除く前記弾性体を被覆し、前記接続対象物と接続する接触部（４ａ１等）を備える導体（４等）とを有し、前記弾性体は、前記接触部が配設されている第１の弾性体（２）と、前記第１の弾性体を覆うキャップの第２の弾性体（２ｃ）とから構成され、前記第２の弾性体は前記第１の弾性体よりも硬さが軟らかく、前記導体は、前記支持体と前記弾性体の両方に保持され、前記接続対象物と接続する際、前記弾性体が弾性変形することにより、前記接続対象物と接続する接続部材。

２．前記接触部の表面は鏡面に形成される前記１記載の接続部材。

明細書の説明から明らかなように、本発明は、次の効果を奏する。

接続部材は、電極パッド等の接続対象物と密着することにより接続対象物の表面の酸化膜を破壊せずに、密着面全域の酸化膜を介して電気的接続を実現することができる。

本発明の４つの実施例の半導体検査金属プローブについて説明する。

本発明の実施例１について図１（Ａ）〜（Ｉ）を参照して説明する。

（Ａ）は、半導体検査金属プローブ１の斜視図、（Ｂ）は、同プローブ１の軸心に沿った断面図を、それぞれ示す。

金属プローブ１は、中心となるやり状の粘弾性体２と、粘弾性体２の先端部２ａ以外の円柱部２ｂを被覆する円筒状の金属シェル（支持体）３と、後端部を除く金属シェル３と後端部を除く粘弾性体２を被覆する金属薄膜４とから同心状に構成される。

金属薄膜４は、先端部４ａが円錐筒状に、その他の部分４ｂが円筒状に、それぞれ構成される。先端部４ａにおける検査の際の接触面４ａ１は、鏡面に構成され、また、先端部４ａにおける斜面には、数本のスリット４ａ２が形成される。

各スリット４ａ２の存在によって、粘弾性体２の変形空間が確保され、また、金属薄膜４は屈曲することができる。

粘弾性体２の弾性率は、５０〜０．１ＭＰａの範囲に設定される。

図１（Ｃ）〜（Ｅ）は、粘弾性体２が単一の場合の金属薄膜４、金属シェル３、粘弾性体２の斜視図を、それぞれ示す。

図１（Ｆ）〜（Ｉ）は、粘弾性体２が２つの場合の金属薄膜４、金属シェル３、粘弾性体２、粘弾性体からなるキャップ２ｃの斜視図を、それぞれ示す。粘弾性体２と粘弾性体２を覆うキャップ２ｃとは、硬さが異なる。キャップ２ｃの方が軟らかいので、金属プローブ１を電極パッド（図示せず）に押し付けた時に、接触面４ａ１と電極パッドとの接触面積を広くとることができる。

本発明の実施例２について図２（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。実施例２については、実施例１と同様な点の説明を省略し、相違する点の説明を行う。

（Ａ）は、金属プローブ１１の斜視図、（Ｂ）は、同金属プローブ１１の軸心に沿った（Ａ）の要部の拡大断面図を、それぞれ示す。

金属プローブ１１の中心には、金属支持体１３が位置する。金属支持体１３は、先端部１３ａが円錐状に、その他の部分１３ｂが円柱状に、それぞれ構成される。金属支持体１３の先端部１３ａの表面の全体は、粘弾性体１２によって被覆される。粘弾性体１２の表面の全体と金属支持体１３のその他の部分１３ｂの表面の一部は、金属薄膜１４によってコーティングされる。金属薄膜１４の先端部１４ａの円錐状の表面の数箇所にレーザ・ビームにより孔１４ａ１あけを行う。

本発明の実施例３について図３（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。実施例３については、実施例２と同様な点の説明を省略し、相違する点の説明を行う。

（Ａ）は、金属プローブ２１の斜視図、（Ｂ）は、金属プローブ２１の軸心に沿った断面図を、それぞれ示す。

実施例３の金属薄膜２４は、リボン（フライイング・リード）状に構成され、金属支持体２３に貼り付けられる。金属薄膜２４と粘弾性体２２の間には、若干の隙間２５が形成される。実施例３の金属支持体２３は、実施例２の金属支持体１３と同様である。

本発明の実施例４について図４（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。実施例４については、実施例２と同様な点の説明を省略し、相違する点の説明を行う。

（Ａ）は、金属プローブ３１の斜視図、（Ｂ）は、金属プローブ３１の軸心に沿った断面図を、それぞれ示す。

金属薄膜３４の先端部３４ａの円錐状の表面の２箇所に、スリット３４ａ１が形成される。実施例４の粘弾性体３２と金属支持体３３は、それぞれ実施例２の粘弾性体１２と金属支持体１３と同様である。

以下、参考例について説明する。

[参考例１]
参考例１について図５（Ａ）〜（Ｅ）の各図を参照して説明する。（Ａ）は先端に粘弾性体４２が印刷された状態の極薄鋼板４３の概略的斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の要部の拡大斜視図、（Ｃ）は金属薄膜４４によってコーティングされた状態の極薄鋼板４３と粘弾性体４２の概略的斜視図、（Ｄ）は（Ｃ）の要部の拡大斜視図、（Ｅ）は極薄鋼板４３と除去される前の不要部を有する金属薄膜４４と粘弾性体４２の斜視図を、それぞれ示す。

金属プローブ４１の製作は、次の工程によって行われる。まず、極薄鋼板４３をフォトレジストによって製作する。次に、（Ａ），（Ｂ）に示すように、極薄鋼板４３の先端に粘弾性体４２を印刷する。続いて、（Ｃ），（Ｄ）に示すように、極薄鋼板４３と粘弾性体４２の各表面を金属薄膜４４によってコーティングする。更に、（Ｅ）に示すように、金属薄膜４４の不要部４４ａ（実施例１のスリット４ａ２参照）をレーザによって除去する。このようにして、金属プローブ４１は、製作される。

[参考例２]
参考例２の金属プローブ５１について図６（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。参考例２については、参考例１と同様な点の説明を省略し、相違する点の説明を行う。

（Ａ）は、金属薄膜５４によってコーティングされた状態の極薄鋼板５３と粘弾性体５２の概略的斜視図である。

（Ｂ）は、２枚の極薄鋼板５３の先端の間に粘弾性体５２が挟み込まれて固定されている状態の要部の拡大斜視図である。２枚の極薄鋼板５３と粘弾性体５２は金属薄膜５４によってコーティングされ、金属薄膜５４の先端部５４ａにおける検査の際の接触面５４ａ１は鏡面に構成される。

（Ｃ）は、極薄鋼板５３とレーザによって除去される前の不要部５４ａ２を有する金属薄膜５４と粘弾性体５２の斜視図である。

[参考例３]
参考例３の金属プローブ６１について図７（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。参考例３については、参考例２と同様な点の説明を省略し、相違する点の説明を行う。

（Ａ）は、粘弾性体６２と金属薄膜６４が固定されている状態の金属支持体６３の斜視図である。

（Ｂ）は、（Ａ）の要部の拡大斜視図である。金属支持体６３の先端から下方に向かって粘弾性体６２が設けられ、金属支持体６３の下側の斜辺に沿って金属薄膜６４が設けられ、金属薄膜６４の先端が粘弾性体６２の先端を被覆するように固定する。

金属支持体６３には、（Ｃ）に示されるように、数箇所の欠除部６３ａを設けることによってスプリングの機能をもたせる。

（Ｃ）に示されるように、粘弾性体６２と金属薄膜６４が固定されている金属支持体６３の両側を２枚のガイド鋼板６５ａ，６５ｂによって挟持する。このようにして、金属プローブ６１は、製作される。

[参考例４]
参考例４の金属プローブ７１について図８（Ａ）〜（Ｄ）を参照して説明する。

（Ａ）は、金属プローブ７１の下方から見た斜視図である。金属支持体７３の下面には、金属薄膜７４の平面部７４ａが固定されている。金属薄膜７４は、長方形の平面部７４ａと３角形の斜面部７４ｂとから構成される。金属支持体７３の下面の先端には、柱状の粘弾性体７２が固定されている。金属薄膜７４の斜面部７４ｂの先端部は、粘弾性体７２の先端部を被覆するように固定する。

（Ｂ）に示されるように、金属薄膜７４の斜面部７４ｂにおける検査の際の接触面は、鏡面に構成される。

金属プローブ７１をウェーハ７６上のパッド７７に接近するときの状況を（Ｃ），（Ｄ）を参照して説明する。

（Ｃ）に示されるように、まず、金属プローブ７１を下方に移動すると、金属薄膜７４の斜面部７４ｂは、ウェーハ７６上のパッド７７に当接する。

続いて、金属プローブ７１を更に下方に移動すると、（Ｄ）に示されるように、粘弾性体７２が、破線の位置から実線の位置まで変形して、斜面部７４ｂをパッド７７に弾力的に圧接する。この際、斜面部７４ｂは、若干変形する。

実施例１〜４及び参考例１〜４では、粘弾性体により金属薄膜の先端部をパッド等に押し付ける構成なので、接触面積を広くとることができ、パッド等の接続対象物の表面の酸化膜を破壊せずに電気的接続を得られる。

（Ａ）〜（Ｉ）は、本発明の実施例１の半導体検査金属プローブの諸斜視図である。本発明の実施例２の半導体検査金属プローブの斜視図であり、（Ａ）は外観図、（Ｂ）は（Ａ）の要部の拡大断面図を、それぞれ示す。本発明の実施例３の半導体検査金属プローブの斜視図であり、（Ａ）は外観図、（Ｂ）は（Ａ）の要部の拡大断面図を、それぞれ示す。本発明の実施例４の半導体検査金属プローブの斜視図であり、（Ａ）は外観図、（Ｂ）は（Ａ）の軸心に沿った断面図を、それぞれ示す。参考例１の半導体検査金属プローブの加工工程の斜視図を順次（Ａ）〜（Ｅ）に示す。（Ａ）〜（Ｃ）は、参考例２の半導体検査金属プローブの諸斜視図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、参考例３の半導体検査金属プローブの諸斜視図である。参考例４の半導体検査金属プローブの諸図であり、（Ａ）は同プローブの下側から見た斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の要部の拡大斜視図、（Ｃ）は同プローブの先端部がウェーハ上のパッドを押圧する前の状況の正面図、（Ｄ）は押圧した後の状況の正面図を、それぞれ示す。従来の半導体素子検査用ソケットにおけるＩＣ挿入部の概略の断面図である。同ソケットにおけるテープ回路の平面図である。

１半導体検査金属プローブ
２粘弾性体
２ａ先端部
２ｂ円柱部
２ｃキャップ
３金具支持体（シェル）
４金属薄膜
４ａ先端部
４ａ１接触面
４ａ２スリット
４ｂその他の部分

Claims

接続対象物と接続する接続部材において、
前記接続部材は、中心となる弾性体と、前記弾性体の接続対象物との接続側である先端部以外の部分を被覆する金属製の支持体と、後端部を除く前記支持体と後端部を除く前記弾性体を被覆し、前記接続対象物と接続する接触部を備える導体とを有し、
前記弾性体は、前記接触部が配設されている第１の弾性体と、前記第１の弾性体を覆うキャップの第２の弾性体とから構成され、前記第２の弾性体は前記第１の弾性体よりも硬さが軟らかく、
前記導体は、前記支持体と前記弾性体の両方に保持され、前記接続対象物と接続する際、前記弾性体が弾性変形することにより、前記接続対象物と接続することを特徴とする接続部材。
前記接触部の表面は鏡面に形成されることを特徴とする請求項１記載の接続部材。