JPH06213928A

JPH06213928A - プローブヘッドの製造方法

Info

Publication number: JPH06213928A
Application number: JP5023370A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Matsuda; 薫松田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1993-01-18
Filing date: 1993-01-18
Publication date: 1994-08-05

Abstract

(57)【要約】【目的】絶縁基板上でのプローブ針の接続、形成行程
を自動化することにより、微細ピッチでかつ高位置精度
のプローブヘッドを製造することができるプローブヘッ
ドの製造方法を提供することにある。【構成】プローブヘッド１０のプローブ針１４をワイ
ヤボンディングにより形成し、ボンディングされたワイ
ヤ１４０の延伸方向両端を溶着後、ワイヤ１４０を配列
させたうえで端部の一方側をカッティングしてプローブ
針の先端を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、絶縁基板上にプローブ
針を形成してなるプローブヘッドの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ＩＣウェハ等の半導体素子の電
気的特性を検査するために用いられるプローブヘッド
は、半導体素子に形成されている電極パッドの数に合せ
て多数のプローブ針を装備した構造が一般に知られてい
る。そして、プローブ針には、例えば、タングステンが
用いられている。このプローブ針を用いて半導体素子の
電気的特性を測定する場合には、オーバードライブによ
る絶縁被膜の剥離処理が実行される。つまり、この処理
は、例えば、アルミニュウム等、表面に酸化膜の絶縁層
が生成され易い材料を用いて半導体素子の電極パッドが
形成されている場合を対象として行われる処理であり、
プローブ針に電極パッドが接触した位置からさらに半導
体素子をプローブ針に向け移動させる。これにより、プ
ローブ針が撓み復元力によってパッド表面を摺動すると
きにパッド表面の酸化膜が剥ぎ取られ、プローブ針の先
端を直接アルミニュウムの表面に接触させることができ
る。

【０００３】ところで、プローブヘッドは、多数のプロ
ーブ針が支持ベース上に手作業により配列されている。
さらに、支持べース上でこれら多数のプローブ針を接着
剤により固定すると共に、その端部の電気的接続を手作
業による半田付けによって行うという極めて煩雑な作業
を要していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、上述したＩＣ等
の半導体素子では高密度化が急速に進むに従い、素子の
電極パッド間の配列ピッチも微細化し、かつ、その電極
パッドの数も大幅に増加する傾向にある。特に、近年需
要が高まってきているテレビ等の液晶ディスプレイの場
合には、例えば１５インチテレビ用ディスプレイでは、
電極パッドの数が４０００個にも及ぶことがあり、これ
に応じてプローブヘッド側のプローブ針の径および配列
ピッチも微細化されているのが現状である。

【０００５】従って、これら多数箇所を対象として１本
毎にプローブ針の配列、接着および半田付け作業を手作
業で行うには自ずと限界がある。しかも、これらプロー
ブ針同士での位置関係も正確に維持させなければならな
いことを考慮した場合、配列ピッチが微細化するに従っ
て手作業による作業時間が増加してしまい、製造コスト
の上昇を招くことは避けられなくなる。ちなみに、上記
液晶を対象としてプローブヘッドのプローブ針を形成す
る場合には、少なくとも１００時間程度の作業時間が必
要とされている。

【０００６】そこで、本発明の目的とするところは、上
記従来のプローブヘッドにおける問題に鑑み、絶縁基板
上でのプローブ針の接続、形成行程を自動化することに
より、微細ピッチでかつ高位置精度のプローブヘッドを
製造することができるプローブヘッドの製造方法を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、絶縁基板上にプローブ針を
形成するにあたり、上記絶縁基板上の導電パターン部に
予め定められた位置に延伸性が良い材料からなるワイヤ
の延伸方向一端の超音波ボンディングを行った後、この
ワイヤを所定方向に延伸してその他端を導電性基板上に
ワイヤボンディングを行う工程と、上記ワイヤを、その
配列ピッチに合せて形成されている溝に圧入する工程
と、上記ワイヤの延伸方向他端側をカッティングする工
程と、を含むことを特徴としている。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の製
造方法において、上記溝は、基材をダイシングソーによ
り切削して形成されていることを特徴としている。

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の製造方法において、上記溝に圧入されるワイヤの
配列ピッチは、ワイヤの外径が２０μｍ〜５０μｍの場
合、７０μｍ〜１０５μｍに設定されていることを特徴
としている。

【００１０】

【作用】本発明では、絶縁基板上にプローブ針を形成す
るにあたって、ワイヤボンディング、例えば超音波、熱
圧着あるいは超音波と熱圧着の併用によるワイヤボンデ
ィングを採用している。

【００１１】すなわち、ワイヤボンディングに用いられ
るワイヤは可塑性の良好な材料が選択され、具体的に
は、２０μｍ〜５０μｍの外径を設定された金（Ａｕ）
や銅（Ｃｕ）が用いられる。そして、絶縁基板上の導電
パターン部の予め定められた位置にワイヤの延伸方向の
一端をワイヤボンダーによりファーストボンディングす
る。この後、ワイヤを所定方向に延伸し、延伸方向他端
を導電性基板に対しワイヤボンダーによりセカンドボン
ディングする。このセカンドボンディングを実施するた
めに延伸されるワイヤは、ボンディングされた各端部の
間の位置をプローブ針の配列ピッチに合わせて設けられ
ている溝に圧入されると共に、プローブ針同士での配列
ピッチに位置決めされた状態で固定される。この場合の
配列ピッチは、プローブ針の外径が上記した範囲である
場合に７０μｍ〜１０５μｍの範囲に設定される。その
後、プローブ針の配列ピッチに合わせた位置に固定され
たワイヤは、延伸方向の他端側をカッティングされてプ
ローブ針の先端部を形成される。従って、従来のように
予め、別個に多数準備されたプローブ針に対する配列、
接着固定および半田付け等の手作業を必要とせず、位置
決めおよび溶着位置を正確に制御することのできるワイ
ヤボンディングによる各工程の自動化が行える。しか
も、製造時間の短縮が可能になることによって作業コス
トの低減が実現される。

【００１２】また、本発明では、ワイヤボンディングに
用いたワイヤをそのままプローブ針とすることができ
る。

【００１３】

【実施例】以下、図１乃至図７において、本発明実施例
の詳細を説明する。

【００１４】図１には、本発明の製造方法により製造さ
れるプローブヘッドの外観が示されている。このプロー
ブヘッド１０は、例えば、電極パッドの数がＩＣウエハ
よりもかなり多く形成されている液晶ディスプレイ（Ｌ
ＣＤ）を対象としたものであり、取り出し基板１２とプ
ローブ針１４およびガイド部１６とを主要部として備え
ている。

【００１５】取り出し基板１２には、液晶側の電極パッ
ド（図示されず）の数に応じて導電パターン１２Ａが形
成されている。この導電パターン１２Ａは、絶縁基板上
にメッキ工程あるいはスパッタリングにより形成された
金属膜層で構成された周知構造のものである。そして、
本実施例の場合、メッキ工程を用いる場合には金（Ａ
ｕ）が用いられ、また、スパッタリングを用いる場合に
はクローム（Ｃｒ）が用いられる。

【００１６】一方、プローブ針１４は、延長方向一端を
取り出し基板１２の導電パターンに溶着され、他端に至
る途中がガイド部１６の溝１６Ａに挿入されたうえで突
出し、プローブ針の先端として形成されている。

【００１７】このようなプローブヘッド１０は、図２以
下に示す行程によって製造される。

【００１８】まず、プローブヘッド１０を製造するにあ
たり、図２に示すように、取り出し基板１２、ガイド部
１６およびボンディング性の良い物質、例えば金などメ
ッキされたボンディング性の良い基板１８が製造装置の
セット面等に定置されて準備される。

【００１９】ガイド部１６は、例えば、セラミックス等
の絶縁材料が用いられ、プローブ針１４の配列方向に沿
ってダイシングソー（丸鋸）により多数の溝１６Ａが形
成されている。この溝１６Ａは、本実施例の場合、幅お
よび深ささらに形成ピッチがワイヤボンディング用のワ
イヤの外径および配列ピッチに応じてワイヤを圧入でき
る寸法に設定され、そして、断面形状が矩形に形成され
ている。また、ボンディング性の良い基板１８は、ガイ
ド部材１６をはさんで取り出し基板１２と対向する位置
に配置されたダミーボードであり、後述するワイヤボン
ディング用のワイヤと同じ材質のメッキ層が表面に形成
されている。

【００２０】一方、プローブ針１４は、例えば、金（Ａ
ｕ）や水素還元して腐食防止処理を施した銅（Ｃｕ）等
の可塑性が良好な合金あるいは単一の材質をワイヤとし
て用いたワイヤボンディングによって形成されている。
そして、ワイヤボンディングに用いられるワイヤ（以
下、便宜上、符号１４０で示す）は、本実施例の場合、
外径が２５〜３０μｍに設定され、そして、配列ピッチ
がこの外径を基準として８０〜１００μｍに設定されて
いる。この配列ピッチに関しては、例えば、図５に示す
取出基板１２のパターン寸法の場合には、電極パッドか
ら延長されるラインパターンの最小距離が６０μｍとさ
れ、極めて狭いので、このような場合も含めてワイヤ１
４０の外径およびピッチが設定される。

【００２１】このような準備のもとで、プローブヘッド
１０は、図３に示す行程によって製造される。

【００２２】すなわち、図３（Ａ）において、製造装置
のセット面に定置された取り出し基板１２の導電パター
ン１２Ａ（図１参照）に対し、キャピラリ２０の先端が
対向させられるとプローブ針１４に相当するワイヤ１４
０が繰り出される。そして、ワイヤ１４０の先端が取り
出し基板１２の導電パターン１２Ａに接触するとファー
ストボンディングが実行される。このファーストボンデ
ィングは、例えば、超音波、熱圧着を利用して導電パタ
ーン１２Ａにワイヤの端部を溶着させる方法が採用され
る。

【００２３】ワイヤ１４０の端部が取り出し基板１２の
導電パターン１２Ａに溶着されると、図３（Ａ）におい
て一点鎖線で示すように、キャピラリ２０が所定方向に
移動してワイヤ１４０の延伸方向他端をボンディング性
の良い基板１８に接触させる。このときの所定方向は、
溝１６Ａが形成されている方向に沿ってワイヤ１４０を
延伸させる方向に設定されている。また、キャピラリ２
０がガイド部１６と干渉しないようにガイド部１６を跨
いだ状態で移動するため、ワイヤ１４０は延伸方向一端
と他端との間がアーチ状に張り渡されてボンディング性
の良い基板１８上に延伸方向他端が接触させられる。そ
して、このワイヤ１４０の延伸方向他端は、セカンドボ
ンディングにより溶着されるが、この場合のボンディン
グは前記した超音波熱圧着を利用した方法が用いられ
る。

【００２４】このようにして延伸方向各端部が、取り出
し基板１２とボンディング性の良い基板１８にそれぞれ
溶着されたワイヤ１４０は、ガイド部１６のガイド溝１
６Ａに圧入されて整列される。

【００２５】すなわち、図３（Ｂ）において、アーチ状
に張り渡されているワイヤ１４０は、例えば、図４に示
す摺動部材２２がガイド部１６の上面を摺動することに
よって溝１６Ａ内に押し込まれる。従って、ワイヤ１４
０は、溝１６Ａ内に圧入されることによって配列方向で
の位置決めが行われると共に抜け止めされる。なお、ワ
イヤ１４０は、常にアーチ状に張り渡されるものでもな
く、ガイド部１６の上面に接触していることもある。ま
た、ワイヤ１４０が溝１６Ａに圧入されると、蓋１６Ｂ
によって溝１６Ａの開口が塞がれてワイヤ１４０の抜け
を一層確実に防止される。

【００２６】ところで、ワイヤ１４０の延伸方向両端を
ボンディングすることにより、通常はワイヤボンディン
グそのものが終わることになるが、本実施例において
は、ボンディングされたワイヤの端部を敢えてカッティ
ングすることが行われる。

【００２７】図３（Ｃ）において、取り出し基板１２側
と反対側に位置するワイヤ１４０の端部は、ボンディン
グ性の良い基板１８上でセカンドボンディングにより溶
着されているが、図５に示すように、溶着されている末
端部をボンディング性の良い基板１８に残した状態で切
断される。カッティングによってガイド部１６から突出
している側の端部がプローブ針の先端となる。

【００２８】この切断は、例えば、この種、分野で多用
されているダイアモンドカッタにより行われるが、その
切断面は、導電パッドへの接触が適正に行える形状に設
定されることはいうまでもない。例えば、カッティング
後に成形処理を組み合わせることによって図６（Ａ）に
示すようなボール形状や図６（Ｂ）に示すようなラウン
ド形状がある。この場合の成形処理としては、例えばト
ーチによる加熱処理や電解による研磨処理が選択され
る。加熱処理の場合には溶融した先端の表面張力によっ
てボール形状が得られ、また研磨処理の場合にはラウン
ド形状が得られる。

【００２９】本実施例は以上のような手順が実行され
る。従って、プローブ針１４を構成するワイヤ１４０
は、延伸性の良い金（Ａｕ）あるいは銅（Ｃｕ）が用い
られる。このような材質の選択はプローブ針としての機
械的特性を踏まえ、電極パッドへの接触特性の善し悪し
に基づいて行われる。そして、金（Ａｕ）をワイヤの材
質として選択した場合には、例えば、液晶の電気的特性
を測定する場合でいうと、次のような利点がある。

【００３０】すなわち、液晶側に形成されている透明電
極には、表面の抵抗値が比較的高いＩＴＯによって形成
したものがある。このような電極に対しては、接触抵抗
が存在していてもプローブ針の接触が正確に保証されれ
ば電気的特性の測定に支障がないとされている。従っ
て、プローブ針を金（Ａｕ）で形成した場合には、アル
ミニュウム製電極パッドの場合のように、表面に生成さ
れる絶縁層を剥ぎ取るような処理を要しなくても接触さ
せるだけの動作ですむ。

【００３１】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、要旨の範囲内で種々の変形実施が可能で
ある。

【００３２】例えば、ワイヤボンディングに用いられる
ワイヤの材質の一つである金（Ａｕ）は、タングステン
などに比べて撓み剛性や硬度が低い。そこで、剛性ある
いは硬度を要する場合には、ワイヤの表面に電界等によ
って金属メッキを施して必要な機械的特性をもたせるこ
とも可能である。また、機械的特性をもたせるために、
プローブ針を構成するワイヤの素材構成として、金（Ａ
ｕ）と銅（Ｃｕ）とを原子数比において、Ａｕ：Ｃｕ＝
１：１の割合で含む合金としてもよい。このような機械
的特性を変更することにより、例えば、上記実施例で対
象とした液晶だけでなく、表面抵抗が存在していても接
触させることを条件として測定が可能な組成からなる素
子にも適用範囲を拡げることも可能になる。

【００３３】また、上記実施例では、プローブ針の延伸
方向に関しては、直線状の場合を図において示したが、
例えば、プローブ針の先端に相当する端部側を折り曲げ
ることも可能である。従って、この場合には、プローブ
ヘッドの設置位置と半導体素子の位置との関係に応じて
プローブ針を適正に位置決めすることが可能になる。

【００３４】さらに、上記実施例では、単一のプローブ
ヘッドを対象として説明したが、例えば、図７に示すよ
うに、単一のプローブヘッド同士を接合することによっ
て複数列に並べてプローブヘッドを構成することも可能
である。この場合には、単一のプローブヘッドでプロー
ブ針が配列されている方向と直角な方向にもプローブ針
の配列方向が設定されることになるので、所謂、マトリ
ックス状に配置されている電極パッドの測定も可能にな
る。なお、図７には、実際に電極パッドに使用されると
きのプローブヘッド１０の向きを逆転した状態が示され
ている。

【００３５】また、ワイヤが圧入される溝を備えたガイ
ド部は、ダイシングソーによって溝を形成することに限
らず、例えば、樹脂を用いた成形加工によって溝を含む
形状に形成することも可能である。さらに、この溝への
ワイヤの圧入工程は、カッティング後に行なわれてもよ
い。

【００３６】また、ワイヤボンディングに用いられるワ
イヤをそのままプローブ針として形成することができ
る。従って、ワイヤの材料選択によっては、従来、半導
体素子の測定時に必要とされていたオーバードライブと
いう、測定工程に対する前準備工程を不要にできるので
測定時間の短縮が図れる。このため、半導体素子の大量
測定を行う場合の時間を短くして特性検査工程に要する
時間を含む半導体素子の量産効率を上げることが可能に
なる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、プ
ローブヘッドのプローブ針をワイヤボンディングによっ
て形成する。そして、ワイヤボンディングにより延伸方
向両端が溶着された後、その端部の一方をカッティング
することによりプローブ針の先端を形成することができ
る。従って、プローブ針を特別に用意することなく、か
つ、手作業による配列、接着固定および半田付けを不要
にすることが可能である。しかも、配列ピッチおよびプ
ローブ針の外径が微細化した場合でも、ワイヤボンディ
ングによる自動化が行えるので、作業時間を短縮して作
業にかかるコストを低減することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による製造方法で得られるプローブヘッ
ドの外観図である。

【図２】本発明による製造方法を実施するための構成を
概略的に示す斜視図である。

【図３】本発明による製造方法の各工程を説明するため
の模式図であり、（Ａ）はファーストボンディング工程
およびセカンドボンディング工程を、（Ｂ）は溝への圧
入工程を、（Ｃ）はカッティング工程をそれぞれ示す。

【図４】図３（Ｂ）に示した圧入工程で用いられる手段
を説明するための模式図である。

【図５】図３（Ｃ）に示したカッティング工程の状態を
示す模式的な平面図である。

【図６】プローブ針の先端形状を示す概略図であり、
（Ａ）はボール形状の場合を、（Ｂ）はラウンド形状の
場合をそれぞれ示す。

【図７】本発明による製造方法によって得られるプロー
ブヘッドの適用例の一つを示す概略斜視図である。

【符号の説明】

１０プローブヘッド１２取り出し基板１４プローブ針１６ガイド部１６Ａ溝１８導電性基板２２摺動部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板上にプローブ針を形成するにあ
たり、上記絶縁基板上の導電パターン部に予め定められ
た位置に延伸性が良い材料からなるワイヤの延伸方向一
端のワイヤボンディングを行った後、このワイヤを所定
方向に延伸してその他端を導電性基板上に超音波ボンデ
ィングを行う工程と、上記ワイヤを、その配列ピッチに合せて形成されている
溝に圧入する工程と、上記ワイヤの延伸方向他端側をカッティングする工程
と、を含むことを特徴とするプローブヘッドの製造方法。
【請求項２】請求項１記載の製造方法において、上記溝は、基材をダイシングソーにより切削して形成さ
れていることを特徴とするプローブヘッドの製造方法。
【請求項３】請求項１または２記載の製造方法におい
て、上記溝に圧入されるワイヤの配列ピッチは、ワイヤの外
径が２０μｍ〜５０μｍの場合、５０μｍ〜１２０μｍ
に設定されていることを特徴とするプローブヘッドの製
造方法。