JPH06342011A - プローブ構造および導通検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 絶縁性基材１の一方表面１１には、導電性材
料からなる回路配線２が形成され、回路配線２の一方端
部には、リベット状の突起電極３が形成されている。回
路配線２は、図示しないテスターに接続されており、突
起電極３が、図示しない被検査体の回路に接触すると、
テスターによって被検査体の導通検査が行われる。絶縁
性基材１の回路配線２が形成された領域以外の領域に
は、絶縁性基材１の一方表面１１から他方表面まで貫通
する微細貫通孔４が穿設されている。 【効果】 被検査体の導通検査を行うに際して、プロー
ブ構造Ｐ１に引っ張り応力を与えて、絶縁性基材１を引
き伸ばして、プローブ構造Ｐ１の収縮を補正することが
でき、回路配線２の寸法精度が向上する。また、接続時
の機械的弾性（クッション性）が増し、接続信頼性が向
上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プローブ構造および導
通検査方法に関し、特に半導体素子、ダイシング前の半
導体素子が形成されたウエハなどの半導体素子集合体、
半導体装置などの導通検査、および半導体装置搭載用回
路基板、ＬＣＤ用回路基板などの配線回路の導通検査に
用いられるテスターなどの試験機器の先端部に設けられ
るプローブ構造、およびこのプローブ構造を用いた上記
半導体素子などの被検査体の導通検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】多数の端子を有する電気部品の製造や、
プリント基板に対する電子部品の実装などの検査工程に
おいては、製品端子間の導通や、所定の被検箇所の電圧
状態などの測定検査が行なわれる。一方、近年における
電子機器の薄型化や小型軽量化に伴い、半導体の高集積
化や高密度実装化が行われている。そして、これらの発
展に伴い半導体装置の電極数が増加し、そのピッチも年
々狭くなっている。

【０００３】従来、半導体装置などの導通検査には、針
状の金属端子をチップのパッド上に接触させて行うメカ
ニカルプローブ方式が採用されていたが、このようなメ
カニカルプローブ方式では、高集積化、高密度化した半
導体装置の導通検査には限界があり、新しいプローブの
開発が望まれていた。

【０００４】このような背景の中で、近年、フレキシブ
ル回路基板の回路配線上に突起電極が形成された検査用
プローブが注目されている。該検査用プローブは、回路
パターンをファインピッチに形成できるので、ファイン
ピッチに配列したチップの電極パッドに対応する位置関
係を正確に実現させることができる。

【０００５】フレキシブル回路基板は、絶縁フィルムと
金属層とを一体化した２層基材、もしくは接着剤を介し
て接着する３層基材に回路形成を施したものであり、回
路がフィルム状となっているので、高密度実装される電
子部品同士の接続に適している。

【０００６】しかしながら、年々、半導体装置の集積度
も増加し、チップの電極パッドのピッチが狭くなり、検
査用プローブの回路パターンもさらに狭くする必要があ
るが、フレキシブル回路基板の絶縁フィルムが経日的に
微妙に熱収縮するので（約１％以下）、検査用プローブ
の寸法精度が低下し、ファインピッチに対応できなくな
ることがある。また、検査用プローブのパターンピッチ
が狭くなると、絶縁フィルム表面において回路パターン
が占める面積が増大し、該プローブの機械的弾性（クッ
ション性）が低下し、その結果、接続信頼性が低下する
ことがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みてなされたもので、フレキシブル回路基板の
絶縁性基材の熱収縮による回路パターンの寸法精度の低
下を防止することによって、ファインピッチ化に対応す
ることができ、また、半導体素子上の電極パッドと検査
用プローブとを接触させる際に、該プローブにクッショ
ン性を付与して、接続信頼性を向上させることができる
プローブ構造およびこれを用いた導通検査方法の提供を
その目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは上
記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、フレキ
シブル回路基板の回路配線が存在しない絶縁性基材の部
分に、貫通孔を穿設することによって、該基材に機械的
伸縮性を付与すれば、半導体素子を導通検査する際に、
該基材に引っ張り応力を与えて、パターンピッチを補正
できることを見出した。また、上記貫通孔を穿設するこ
とによって、半導体素子上の電極パッドと検査用プロー
ブとを接触させる際に、該プローブのクッション性が増
して、接続信頼性を向上させることができることを見出
し、本発明を完成するに至った。

【０００９】すなわち、本発明のプローブ構造は、絶縁
性基材の一方面に回路配線が形成され、該回路配線が形
成された領域以外の該絶縁性基材の領域に、該絶縁性基
材の厚み方向に貫通孔が穿設されていることを特徴とす
る。

【００１０】特に、該回路配線に金属突出物が形成され
ていることを特徴とする。

【００１１】さらに、該回路配線が形成された該絶縁性
基材の領域の一部に、該絶縁性基材の厚み方向に貫通孔
が穿設されていることを特徴とする。

【００１２】また、本発明の導通検査方法は、上記のプ
ローブ構造を引き伸ばし、導通検査を行う試験機器に該
プローブ構造を接続した後に、該プローブ構造の該回路
配線または該金属突出物を被検査体の回路に接触させる
ことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明のプローブ構造によれば、回路配線が形
成された領域以外の絶縁性基材の領域に、該絶縁性基材
の厚み方向に貫通孔が穿設されているので、該絶縁性基
材は機械的伸縮性が付与され、該絶縁性基材が熱収縮し
た場合、該絶縁性基材に引っ張り応力を与えることによ
って、回路配線のパターンピッチを均等に伸ばすことが
でき、回路配線の寸法精度が向上する。また、該貫通孔
の穿設によって、該絶縁性基材に間隙が形成されるの
で、半導体素子などの被検査体と該プローブとを接触さ
せて、該被検査体の導通検査を行う際に、該プローブ構
造の機械的弾性（クッション性）が増し、接続信頼性が
向上する。

【００１４】特に、該回路配線に金属突出物が形成され
ている場合には、該金属突出物と半導体素子などの被検
査体との接続が良好となり、接続信頼性が向上する。

【００１５】さらに、該回路配線が形成された領域の一
部に該絶縁性基材の厚み方向に貫通孔が穿設されている
場合には、絶縁性基材から貫通孔を通して露出する回路
配線の部分を被検査体の回路に接触させるための回路
（電極）とすることができるので、回路配線に電極を形
成する工程を省くことができ、製造上有利である。

【００１６】また、本発明の導通検査方法によれば、上
記のプローブ構造を引き伸ばして、半導体素子などの被
検査体に合致するように、該プローブ構造の寸法を微調
整して、回路配線のパターンピッチを補正しているの
で、該プローブ構造の該回路配線または該金属突出物が
被検査体の回路に正確に接触し、試験機器による導通検
査の結果の信頼性が向上する。

【００１７】本発明において「試験機器」とは、テスタ
ーのみならず、例えば、被検査体と回路配線との間のイ
ンピーダンス整合に用いられるデバイスをも包含する。
また、「被検査体」とは、半導体素子、半導体素子集合
体（ダイシング前のシリコンウエハおよびダイシング後
のシリコンチップなど）、半導体装置、半導体装置搭載
用回路基板、ＬＣＤ用回路基板などをいい、「回路」と
は、配線パターンのみならず、電極（パッド、端子）、
リード線などを包含する広い概念のことである。「接
続」するとは、相互に接触して電気的に導通することを
いう。さらに、「貫通孔」の絶縁性基材表面における形
状は、円に限定されず、三角形、正方形、長方形、台
形、平行四辺形、その他の多角形、楕円などであっても
よく、「貫通孔」の概念は、絶縁性基材の一方端部から
他方端部にわたって連続するスリットをも包含する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を詳細に説明するため実施例を
挙げるが、本発明はこれら実施例によって何ら限定され
るものではない。

【００１９】図１は、本発明のプローブ構造の一実施例
を示す平面図であり、図２は、図１のＡ−Ｂ線断面図で
ある。図１および図２に示されるプローブ構造Ｐ１にお
いて、絶縁性基材１の一方表面１１には、導電性材料か
らなる回路配線２が形成され、回路配線２の一方端部に
は、リベット状の金属突出物である突起電極３が形成さ
れている。回路配線２は、図示しないテスターに接続さ
れており、突起電極３が、図示しない被検査体の回路に
接触すると、テスターによって被検査体の導通検査が行
われる。本実施例において注目すべきは、絶縁性基材１
の回路配線２が形成された領域以外の領域Ｎには、絶縁
性基材１の一方表面１１から他方表面２２まで貫通する
微細貫通孔４が穿設されている点である。

【００２０】絶縁性基材１の材質は、電気絶縁特性を有
するものであり、機械的特性のうち伸びの小さな材質が
好ましい。具体的には、ポリエステル系樹脂、エポキシ
系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエ
チレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、
アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）共
重合体樹脂、ポリカーボネート系樹脂、シリコーン系樹
脂などの熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂が挙げられ、
これらのうち、耐熱性および機械的強度に優れるポリイ
ミド系樹脂が特に好適に使用される。また、ポリマーの
精密加工方法として、エキシマレーザーによるアブレー
ションが効果的であることが知られているが、この方法
を採用する上でもポリイミド系樹脂を用いることが好ま
しい。

【００２１】絶縁性基材１は、伸びの小さな材質が好ま
しく、室温での吸湿、乾燥の影響を受けた場合の伸縮％
において、２％以下、好ましくは０．５％以下のものが
用いられる。なお、上記の伸縮％には、テープ状にてロ
ール搬送した場合のテンションによる伸びも含まれてい
る。

【００２２】絶縁性基材１の厚さは、特に限定されない
が、十分な機械的強度や可撓性を有することが好まし
く、５〜１５０μｍ、特に１０〜１００μｍに設定する
のが好ましい。

【００２３】回路配線２を構成する導電性材料として
は、導電性を有するものであれば特に限定されず、公知
の金属材料が使用できるが、例えば金、銀、銅、白金、
鉛、錫、ニッケル、コバルト、インジウム、ロジウム、
クロム、タングステン、ルテニウムなどの単独金属、ま
たはこれらを成分とする各種合金、例えば、半田、ニッ
ケル−錫、金−コバルトなどの導電性材料が挙げられ
る。回路配線２は、絶縁性基材１上に形成された導電性
材料からなる層をエッチングして、所望の線状パターン
に形成した回路であり、被検査体の回路と電気的に接続
される。

【００２４】突起電極３の高さは特に限定されるもので
はないが、数ミクロン〜数十ミクロンとすることが好ま
しい。また突起電極３は、図１に示すようなリベット状
の他、半球状、マッシュルーム状（傘状）などの形状に
形成される。なお、突起電極３を構成する導電性材料と
しては、上記の回路配線２を構成する導電性材料と同じ
材料を用いることができる。

【００２５】微細貫通孔４の直径（孔径）は、通常、５
〜１００μｍ、好ましくは１０〜５０μｍとし、ピッチ
は５〜２００μｍ、好ましくは１０〜１００μｍとす
る。また、絶縁性基材１の表面（回路配線２が形成され
た領域を含む。）における開孔率は、３０〜６０％、好
ましくは４０〜５０％とするのがよい。

【００２６】以下に本発明のプローブ構造の他の実施例
を示す。なお、以下の実施例において、図１および図２
と同一の参照符号が付された部分は、同一または相当す
る部分を示す。

【００２７】図３は、本発明のプローブ構造の他の実施
例を示す平面図であり、図４は、図３のＣ−Ｄ線断面図
である。図３および図４に示されるプローブ構造Ｐ２に
おいて注目すべきは、絶縁性基材１の回路配線２が形成
された領域以外の領域Ｎには、絶縁性基材１の一方表面
１１から他方表面１２まで貫通する貫通溝５が穿設され
ている点である。貫通溝５の幅は、通常、５〜１００μ
ｍ、好ましくは１０〜５０μｍとし、長さは、通常、１
００〜１０００μｍ、好ましくは２００〜５００μｍと
する。本実施例によれば、回路配線２が形成された領域
の絶縁性基材１表面に対する割合が大きい場合でも、開
孔率を上記の範囲に設定することが可能となる。

【００２８】図５は、本発明のプローブ構造の他の実施
例を示す平面図であり、図６は、図５のＥ−Ｆ線断面図
である。図５および図６に示されるプローブ構造Ｐ３に
おいて注目すべきは、絶縁性基材１の回路配線２が形成
された領域の一部に、絶縁性基材１の一方表面１１から
他方表面１２まで貫通する貫通孔６が穿設され、回路配
線２の一部７が露出している点である。本実施例によれ
ば、露出した回路配線２の一部７が、被検査体の回路に
接触させるための回路（電極）となり、回路配線２に突
起電極３を形成する工程を省くことができ、製造上有利
である。

【００２９】図７は、本発明のプローブ構造の他の実施
例を示す平面図であり、図８は、図７のＧ−Ｈ線断面図
である。図７および図８に示されるプローブ構造Ｐ４に
おいて注目すべきは、絶縁性基材１を横切るスリット８
が形成され、回路配線２の一部７が露出している点であ
る。本実施例によれば、上記のように、回路配線２に突
起電極３を形成する工程を省くことができ、さらに、図
５および図６の実施例のように、回路配線２の一部７を
露出させるために、絶縁性基材１の位置決めを行って、
絶縁性基材１の一部を選択的に穿孔する必要がなく、さ
らに生産性が向上する。

【００３０】図９は、本発明のプローブ構造の製造工程
を示す断面図であり、例えば以下のようにして製造する
ことができる。

【００３１】まず、図９（ａ）に示されるように、絶縁
性基材１と導電性物質層９とが積層されて形成された積
層基材を用意する。絶縁性基材１の表面への導電性物質
層９の形成方法としては、メッキ法、スパッタリング
法、ＣＶＤ法などが挙げられる。また、導電性物質層９
として導電体箔を用い、該導電体箔上に絶縁性基材１を
ラミネートする方法、あるいは導電体箔上に絶縁体を塗
布して固化させ、導電性物質層９の表面に絶縁性基材１
を形成する方法が挙げられる。積層基材は、絶縁性基材
１と導電性物質層９とが直接積層された２層状基材だけ
に限らず、例えば絶縁性基材１と導電性物質層９との間
に接着剤層を介した３層状基材であってもよい。

【００３２】次いで、図９（ｂ）に示されるように、導
電性物質層９の表面にレジスト層１０を形成して絶縁し
た後、フォト工程を用いて、化学的エッチング処理によ
って、突起電極３を形成すべき位置のレジストを除去し
て、導電性物質層９の一部が露出するホール２０を穿設
する。

【００３３】次に、図９（ｃ）に示されるように、ホー
ル２０内に導電性物質を充填して、突起電極３を形成す
る。突起電極３の形成は、物理的に導電性物質をホール
２０内に埋め込む方法、ＣＶＤ法、電解メッキや無電解
メッキなどのメッキ法、上記工程により得られた構造物
を導電性物質の溶融浴に浸漬し引き上げて導電性物質を
析出させる化学的方法などにより行うことができる。し
たがって、本発明において導電性物質の充填とは、物理
的に導電性物質を埋め込むことだけでなく、上記化学的
析出などによるものも含む広い概念のことである。な
お、接続信頼性を考慮して、必要に応じて、突起電極３
に金、銀、半田などをメッキすることが好ましい。

【００３４】さらに、図９（ｄ）に示されるように、残
存するレジスト層１０を除去した後、再びフォト工程を
用いて、回路配線図を投影し、化学的エッチング処理ま
たは電解腐食によって、回路配線２を形成する。なお、
上記の突起電極３の形成は、回路配線２を形成した後に
行ってもよい。

【００３５】次に、回路配線２が形成された領域以外の
絶縁性基材１の領域Ｎに、厚さ方向に複数の微細貫通孔
４を穿設して、プローブ構造Ｐ１を得る。微細貫通孔４
の穿孔は、パンチングなどの機械的穿孔方法、プラズマ
加工、レーザー加工、フォトリソグラフィー加工、また
は絶縁性基材１と耐薬品性の異なるレジストなどを用い
た化学エッチング、ファインピッチ化に対応するために
は微細加工が可能なレーザー加工などの方法により行う
ことができ、なかでもパルス数またはエネルギー量を制
御したエキシマレーザーの照射による開孔加工が好まし
い。特に、絶縁性基材１にダメージを与えず、加工断面
が非常にシャープな形状となる発振波長４００ｎｍ以下
の紫外線レーザーが適している。なお、図３〜図８に示
される貫通溝５、貫通孔６およびスリット８もまた、微
細貫通孔４と同様にして穿設することができる。

【００３６】図５〜図８に示されるプローブ構造Ｐ３，
Ｐ４においては、突起電極３を形成する必要がなく、図
９（ｂ）の工程を省くことができ、微細貫通孔４の穿設
と同時に、貫通孔６またはスリット８を穿設することが
できるので、製造上有利であり、生産性が高い。

【００３７】以下に、本発明のプローブ構造のより具体
的な製造例を示す。

【００３８】厚さ３５μｍの銅箔上にポリアミド酸を塗
工し、乾燥、硬化させ、厚さ１３μｍのポリイミド層を
形成して、銅箔とポリイミドフィルムの２層基材を作製
した。

【００３９】次いで、銅箔表面にレジストを塗工し、突
起電極を形成する部分を除いて硬化させた後に、化学研
磨液中に５０℃で２分間浸漬した。これらを水洗した
後、銅箔部を電極に接続して６０℃のシアン化金メッキ
浴に浸漬し、銅箔をマイナス極として、レジスト層に穿
設されたホール内に金メッキを成長させ、このメッキが
高さ約１５μｍに成長したとき、メッキ処理を中断し、
突起電極を形成した。

【００４０】次に、塗工したレジスト層を剥離し、再び
銅箔表面にレジストを塗工し、回路配線図を投影して硬
化させた後に、化学研磨液中に５０℃で２分間浸漬し
た。これらを水洗した後、２層基材の銅箔を塩化第二銅
で溶解除去した。

【００４１】次に、ポリイミドフィルム表面に発振波長
２４８nmのＫｒＦエキシマレーザー光をマスクを通して
照射してドライエッチングを施し、回路パターンが形成
された領域以外のポリイミドフィルムに２５μｍφ，ピ
ッチ５０μｍの微細貫通孔を穿設した。

【００４２】図１０は、本発明の導通検査方法を示す断
面図である。被検査体である半導体素子３０の導通検査
を行うに際して、プローブ構造Ｐ１に引っ張り応力を与
えて、絶縁性基材１の表面積が１％以下（通常０．４〜
０．５％）程度増加するように引き伸ばして、半導体素
子３０の電極３１とプローブ構造Ｐ１の突起電極３とを
整合させるべく、プローブ構造Ｐ１の収縮を補正する。
引き伸ばされたプローブ構造Ｐ１の回路配線２は、図示
しない外部接続用電極を介して、同じく図示しないテス
ターに接続されており、回路配線２に形成された突起電
極３は、テスターに導通している。

【００４３】プローブ構造Ｐ１の突起電極３と、半導体
素子３０の電極３１とが対向するように配置した後、プ
ローブ構造Ｐ１および／または半導体素子３０を相互に
近接する方向に変移させ、突起電極３と電極３１とを接
触させる。半導体素子３０の回路を導通検査するための
特定周波数の信号が、テスターから突起電極３を介し
て、半導体素子３０の電極３１に入力され、半導体素子
３０の導通検査が行われる。導通検査が終了した後、プ
ローブ構造Ｐ１および／または半導体素子３０を相互に
離反する方向に変移させ、新たな半導体素子の導通検査
を行うべく、上記の動作を繰り返す。

【００４４】本発明のプローブ構造は、上記のような半
導体素子などの導通検査の他、半導体素子実装用の異方
導電体、液晶表示素子などの導通検査、プリント配線基
板、フレキシブル基板の検査、あるいはハイブリッドＩ
Ｃなどのファインピッチ回路間の接続または検査などに
も使用することができる。

【００４５】

【発明の効果】本発明のプローブ構造によれば、絶縁性
基材に形成された回路配線のパターンピッチが熱により
収縮した場合でも、絶縁性基材に引っ張り応力を与える
ことによって、回路配線のパターンピッチを補正でき、
回路配線の寸法精度が向上する。また、半導体素子など
の被検査体と接触させて、被検査体の導通検査を行う際
に、接続時の機械的弾性（クッション性）が増し、接続
信頼性が向上する。

【００４６】本発明の導通検査方法によれば、プローブ
構造の回路配線または金属突出物が被検査体の回路に正
確に接触し、試験機器による導通検査の結果の信頼性が
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプローブ構造の一実施例を示す平面図
である。

【図２】図１のＡ−Ｂ線断面図である。

【図３】本発明のプローブ構造の他の実施例を示す平面
図である。

【図４】図３のＣ−Ｄ線断面図である。

【図５】本発明のプローブ構造の他の実施例を示す平面
図である。

【図６】図５のＥ−Ｆ線断面図である。

【図７】本発明のプローブ構造の他の実施例を示す平面
図である。

【図８】図７のＧ−Ｈ線断面図である。

【図９】本発明のプローブ構造の製造工程を示す断面図
である。

【図１０】本発明の導通検査方法を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 絶縁性基材 ２ 回路配線 ３ 突起電極 ４ 微細貫通孔 ５ 貫通溝 ６ 貫通孔 ８ スリット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基材の一方面に回路配線が形成さ
   れ、該回路配線が形成された領域以外の該絶縁性基材の
   領域に、該絶縁性基材の厚み方向に貫通孔が穿設されて
   いることを特徴とするプローブ構造。
2. 【請求項２】 該回路配線に金属突出物が形成されてい
   ることを特徴とする請求項１記載のプローブ構造。
3. 【請求項３】 該回路配線が形成された該絶縁性基材の
   領域の一部に、該絶縁性基材の厚み方向に貫通孔が穿設
   されていることを特徴とする請求項１記載のプローブ構
   造。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか記載のプローブ
   構造を引き伸ばし、導通検査を行う試験機器に該プロー
   ブ構造を接続した後に、該プローブ構造の該回路配線ま
   たは該金属突出物を被検査体の回路に接触させることを
   特徴とする導通検査方法。