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TWI358400B - Ceramic member, probe holder and manufacturing met - Google Patents

Ceramic member, probe holder and manufacturing met Download PDF

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TWI358400B
TWI358400B TW096126880A TW96126880A TWI358400B TW I358400 B TWI358400 B TW I358400B TW 096126880 A TW096126880 A TW 096126880A TW 96126880 A TW96126880 A TW 96126880A TW I358400 B TWI358400 B TW I358400B
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TW
Taiwan
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mica
probe
volume
ceramic
sintering
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TW096126880A
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English (en)
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TW200812930A (en
Inventor
Shinya Miyaji
Shinji Saito
Original Assignee
Nhk Spring Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nhk Spring Co Ltd filed Critical Nhk Spring Co Ltd
Publication of TW200812930A publication Critical patent/TW200812930A/zh
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Description

1358400 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係闕於，藉由將具有 zx ^ 3頂疋的組成之材料予以植 π斤獲侍之陶瓷構件，及將使用此陶 心 於將半導體積體電路等的電件料成之適用 探針固拉目 寻性檢查之探針予以固持之 才木針固持具，以及陶瓷構件之製造方法。 【先前技術】
於半導體檢查或液晶檢查甲所使用之微型接觸器中， 為了讓用以將檢杳對象的雷政播1 , ❿-對象的電路構造與送出檢查用信號的電 “予以電性連接之探針插入，係組裝有 微的貫穿孔之薄板狀的探針固持具。以往係揭示有，使用田 具有可由機械加工所快速切割的特性之陶瓷構件 (Machinable Cerami(：:可加工陶幻，來形成此探針固持 具之技術（例如參照專利文獻1)。於如此的可加工陶瓷 1，含有雲母之雲母系陶瓷，可藉由該雲母所具有的解理 (劈開：cleavage)性而實現良好的加工性。 [專利文獻1]日本專利第3697942號公報 【發明内容】 (發明所欲解決之課題） 雲母系陶瓷的熱膨脹係數約為7. 5至11χ1〇-6/ι，相 對於此，矽的熱膨脹係數約為3.4xl0-v°C，兩者的熱膨脹 係數有極大差異。因此，於由雲母系陶瓷形成探針固持具 時’若進行如石夕晶圓的燒機（burn- i η)檢查般之檢查溫度於 常溫至高溫中變化之檢查，則由於上述熱膨脹係數的差 5 319454 1358400 異，可月&導致無法進行檢查。以下係針對此點進行說明。 以下係使用熱膨脹係數為9χ許⑽ 形成探針固持具之情況為具體的例子進行說明。在此係 形士-併將探針全體接觸於晶圓之形式的微型接㈣探 針卡= 所裝載之探針固持具1探針穿通孔係設計成至少 可於吊溫下進行正確的接觸。
機㈣旦^具有上述構成之探針固持具進行梦晶圓的燒 機^查，則於溫度15代以下的檢㈣^ 附近’於該石夕晶圓與探針固持具之間產生大約120至m 二膨脹差。因此，由雲母系㈣所形 成之心針固持具，會因溫度環境的不同 所收納之探針的前端無法 '十口持-中 墊(-般約且右《η H 曰曰0上所設置之電極 為了 1Λ 的大小），而變得無法進行檢杳。 域，以带母争、η ^問題，亦考量到於依每個檢查溫度區 二㈣成探針穿通用的貫穿孔的 U小差異之多數個探針固持具之 置/、有 每個檢查溫度區域中更換微型接觸器：：:A:時必須於 高之因素。 而成為檢查成本提 此外，亦有考量到預先考慮々日日日圓 的溫度不同所導致之位置偏移，以決定貫二持具之間 法，但此方法必須多耗費設計上的考量，、二差位置之方 化並產生製造成本的上昇之_。 導致構成的複雜 相對於此，亦有考量到 以往的雲母系陶完還大之雲母iC例較上述 之方式。玻璃系材料 319454 1358400 至少混合雲母及二氧化矽之混合 外力作用於在上述混合步驟令所現合之混合=方向之 =驟;及將上述混合物予以燒結之燒結步；，藉:二： 構件。 i且具有良好的加工性之陶究 【實施方式】 以下係參照附加圖式，說明
態(以下稱為「實施型態」)。第二:本：明之最佳型 實施型態之陶究構件之_造方係顯不本發明的-項 :出以雲:及二氧化 貫施型態中所適用之雲母，較理想為非膨潤性ί ，但亦可適用其他合成雲母或天然雲母。 比凡接著對SU皆段中所量秤出之物質進行混合、分散 ㉟段）°具體而言’將水或醇類等溶劑加人S1階段旦 秤出之原材料中’並以濕式球磨機進行混合、 中所獲得之混合物，置入於蒸發器進行乾燥2 ^谷劑（S3階段）。藉此使雲母及二氧切的混合物，成為 广片狀的集合體。此混合物之雲母的體積含有率為7〇至 〇體積％’二氧化石夕的體積含有率為^至3〇體積％。 接下來，將S3階段中所獲得之混合物的集合體予以粉 =4階段）。於34階段中，乃因應於粉碎後應達成之粒 ^刀布’而使用搗砵及/或乾式球磨機。之後使料網將混 3物予以分級（S5階段），以降低該集合體的平均粒徑並使 粒度達到均一。 319454 9 之後對於降低平均粒 外力作用於預定的單方二/度相均一之混合物，使 段）。於本實施型態並進行燒結⑻階 適用熱遂燒結法。熱屢燒:法:物:：結之方法’可 置内之金屬製的槙框，輕“物置入於熱壓裝 愿-邊進行燒k方仰定的單方向進行模壓加
物進行燒結時，可因t於使用_燒結法對混合 階段的燒結步驟（於第i 階段的外力作时驟及S7 此HP階段之献壓燒：1:虛線區域中所示之肝階段)。 為㈣幻_ 度，可為9〇0至11〇〇〇C，較理想 定向於，$母粒子係形成為鱗片狀，因此可藉由使 力仙外力作用，而使鱗片狀的表面整合於與外 外力作用方向正交之方向。 .之陶上所說明之S1至S7階段’可完成本實施型態 如此製造出之陶瓷構件，係因呈鱗片狀之雲 =子的面方向幾乎整合，而於單方向產生配向。結果為， 燒結所獲得之燒結體中，外力作用方向的熱膨脹係 :2至14x1 〇 / c，相對於此，配向方向的熱膨脹係數 备，至5xl〇-Vt。因此，陶瓷構件之配向方向的熱膨脹係 ，係成為接近於矽的熱膨脹係數3.4xl(T6rc之值。 本實施型態之陶瓷橼件可適用為將探針予以保持之探 針固持具的母材，其中，該探針係為了將檢查對象之石夕晶 Q等的電路基板與送出檢查用信號的配線基板予以電性連 319454 10 之探針固持且的=所構成者。第2圖係顯示本實施型態 圖所示之探針式。此外，第3圖係顯示將第2 大圖，第4==小區域s予以擴大後之部分擴 性顯示者，各部分的厚：：二A線剖面圖。圖式為示意 之厚度的比例等，“；^\度之間的關係’以及各部分
此外，於圖式的相V之:Λ所出入’此點乃應予留意， 有所不同。 彼此的尺寸關係或比例亦可能 狀，：第4圖所示之探針固持具1係呈較薄的圓盤 号的产針=用於㊉晶κ的全晶®級測試之作為微型接觸 探二二，分(探針卡的構成將於之後詳述)。關於 配置之r料利㈣因應檢查對象之⑪晶圓的配列所 配置之探針予以收納之t办 圖之垂直方向)。貫穿孔二係！成於”方向(第4 號之配線側為對向之表面1A，：厚檢查用的信 . a在板尽方向貝穿而設置之大 =?及與大徑部lla有相同中心軸，且孔徑較大 =、，並從與檢查時的檢查對象之％晶圓為對向 又面1β ’彺板厚方向貫穿而設置之小徑部lib。 於探針固持具i中，由於雲母粒子的配向方向與探針 古寺具1的板厚方向正交，亦即與貫穿孔n的貫穿方向正 此’第4圖之水平方向的熱膨腹率，不會受到溫度 、衫響而與矽晶圓之(水平方向的)熱膨脹率大約同等“士 果為，探針固持具i並不會受到溫度㈣響，而能夠正^ 的接觸於石夕晶圓。此外，探針固持具j之雲母粒子的配向 319454 11 1358400 只要與貫穿孔U的貫穿方向 般之正交。 更理想為如上述 於探針固持具丨中形成貫穿孔11 床提高陶竞構件的平面度、平行度後，以、於使用平面磨 定的深度Hb為止形成小徑 面16開始至預 定的深…止，藉由進行鑽孔:後^
(H=Ha+Hb)。_於形成大徑部Ua及小徑部llb時，=⑴ 合各種孔徑之超硬鋼鑽以進行鑽孔加工，但適= 射、_、穿孔成形、電子束、離子束、線放電等 技也。於本實施型態之陶莞構件中，可實 :深寬比加Hb對孔徑r^#jHb/r)成為15以穿上孔^ 性顯示使用探針固持具1所構成之探針 卡的主要部分的構成之圖式。同圖所示之探針卡2係具 備.上述探針固持具1 ;收納固持於探針固持具1的貫穿 孔η之探針3;用以轉換探針固持具}之細微的配線w的
間隔之空間轉換器4;將從空間轉換器4所拉出之配線W 予以中繼(relay)之中介層5 ;由中介層5所中繼之配、“ 連接至&查裝置之配線基板6 ;設置於配線基板6側，且 與=置於檢查裝置狀母連接器加仏咖峨㈣連接 之公連接器（male connector)7 ;及用以補強配線基板6 之補強構件8。 第6圖係顯示探針3的詳細構成及探針固持具〗之探 針3的固持形態之圖式。於此探針3 t，下述财係同轴 319454 12 地連結：其前端與設置於空。 針狀構件31 ;以鱼此針 、益之電極墊41接觸 令突出，且接觸於反之方向從表㈣ 以及設置於針狀構件3】舆針:之針狀構件32; 伸縮地連結此2個針狀 之間，且以可自由 43?ΓίΓΓ"32
係因應檢查對象之石夕晶圓 中之·的配列圖案’ 定。 的電極墊91之配列圖案而決 由於探針固持具〗且右 固持具1的表面並不會’引起Ύ、的色調’因此’於探針 之制精密度以及谓測速度= 見象：因此可提高探針3 檢查適用於各種條件下的電性特性 度與構成探針固持具J的母:僅可適用於在檢查對象的溫 條件下之電性特性檢杳，^陶莞構件的溫度為相等的 該陶莞構件的1^/可適用於在檢查對象的溫度較 根據= 體積含右皇Α 7Λ # 貫㈣態’係將包含 =。體二V 90體贿的雲母及體積含有則 朝單方錢上述雲母 所形成之探針固持具。光構件’以及使用此陶-充構件 319454 13 1358400 此外，根據本實施型態之陶 備：至少將雲母及二氧切予製造方法’係具 體積含有率為難90體㈣ ㈣將上述雲母的 七丄 很/0上迷二氧化矽的體積含有 至3。=之混合物予以生成之混合步驟;使定 向之綱用於在上述混合步驟中所混合之以上 撕述一乳化石夕為主成分之混合物之外力作用步 驟，及將上述混合物予以燒沾
工、，，°之燒結步驟，藉此可製造出 具有接近於矽的熱膨脹係數且且 /、百良好的加工性之陶瓷構 仵0 據：實施型態之探針固持具，由於探針的穿 通方向與雲母粒子的配向方命上 ,.^ e 白正父，因此，探針所接觸的 位置因熱知服而造成之變化合 文化會跟隨矽晶圓的熱膨脹變化 而w成變化，即使於不同的、、w奋 n士 +人 个丨j的，皿度裱境下進行多數的檢查 日亦不會受到溫度的影響，而能夠使探 ； Μ圓的電極塾°因此’即不需因應溫度區域的不同而更 ^針固持具，所以能夠縮短檢查時間並降低檢查所需之 成本。 此外，於本實施型態中，藉由熱屢燒結法一併地 :力二步驟及燒結步驟，藉此可容易地製造出陶究構 件。气其疋，於本實施型態中，由於燒結溫度4 950至1000 ▲…皿目此所生成之陶瓷構件即呈現出黑色系的色 调。因此’使用本實施型態的陶究構件所形成之探針固持 t’於實際的檢查中為了侦測探針的位置而進行影像處理 …並不會於表面引起暈光現象。因此更能夠提高探針之 319454 】4 位置的谓測精密度或積測速度。 本實施型態之陶瓷構件之製 及燒結步驟，並不限定於熱麼燒^法^外力作用步驟 力，使雲母粒子於係藉由做為外力之重 時，只=用;子之集合體進行缝,i ^適用減昼燒結法或還原環境燒結法等
，結：即可。此外’於適用滑禱法後，亦可使用：：： 、，法進仃燒結。於使用熱錢結法時，^二’ 交即可。+的配向方向與熱壓燒結法的加壓方向呈正 可由本實施型態的陶究構件所製造之探針 =於-併將探針全體接觸於石夕晶圓 塾：二 =式，亦可適用於插槽型(―探針二-此外，於本實施型態中，係說明在使用收 募 ，將針聊㈣予以連結之針腳型探針之探針固；:： :，但亦可適用上述陶_，作為收納有其他形 針（鋼線型、刀型等）之探針固持具。 [實施例1 ] 接下來說明本發明的實施例。於本發明的實施例1 中’藉由使用上述實施型態中所說明之陶瓷構件之製造方 法，而生成以體積含有率為80體積％的雲母及體積含有率 為20體積％的二氧切為主成分之混合物所構成之陶究 構件。關於雲母，係適用由鉀（κ)、鎂（Mg)、矽（Si)、氧⑺）、 319454 15
1JJ04UU 氟（F)所形成之非膨潤性雲母。 於本實施例！中，係藉由熱塵燒結法，一併進行外力 驟及燒結步驟。於進行㈣燒結時，絲600職Hg
的亂軋環境中，以面壓為％M 局35MPa在早方向進行模壓加工， ^燒結溫度醜t下進行6小時的燒結。 至250°C之間的預定π谇p a # 、/JDL又區域内，對此熱壓燒結所獲得之 k、、口體，測定於轨塵燒4士拉# ^两、+人 两七人 …仄麂、、Ό纣之加壓方向的熱膨脹及與此加
垂直之方向的熱膨脹。此収係依據：IS R 1618(特 用陶，之依據熱機械分析之熱膨脹的敎方法，而進行。 "第7圖係示意性顯示於本實施例i中使用於測定之測 、片之圖< #體而s ’係不意性顯示從燒結體⑻（以虛 線表示）的測試片中所切出者。同圖所示之2片的測試片 及103 + ’測试片1 〇2係作為配向方向的熱膨脹測定 用而製作出者，測試片103係作為加壓方向的熱膨脹測定 用而製作出者。表1係顯示於每個温度區域中之測定結果 之圖式。I 1之溫度區域的下限為常溫(約2〇。〇。 [表1 ] 溫度（°c) —. 熱膨脹係數（10-6/。(：） 配向方向 加壓方ιζ 至100 3. 52 11.42 至150 3.41 11.46 至200 ------ — 3. 43 11. 62 至250 3. 78 12. 06 319454 16 數，二2 1中可侍知’陶究構件之配向方向的熱膨脹係 :王部的溫度區域中約為3.4至3.8xlG_Vt：，可達成 =於㈣熱膨脹係數（3.4xl(rVt)之值。另—方面，盘 方向騎行之方向的熱賴餘，約為11至12><1〇-7 盘2果可得知，於本實施例1之Μ構件卜乃呈現出 與熱膨脹係數相關之異向性。
燒二ί實施例1中，為了確認陶:光構件的加工性，係從 進成厚度為H的陶莞構件，並對此陶究構件 .成：==鋼鑽之鑽孔加工，藉此將5〇0個貫穿孔形 在此，可將貫穿孔的孔徑形成為 =。崎叫將孔的間5£p形成為 、丨？：㈣的間距精密度。此係意味著，於本實施 .V中所製造之陶究構件，乃具有良好的加工性。 [貫施例2] …、於本發明的實施例2中，藉由使用上述實施型態中所 塌•忒明之陶瓷構件势 、 衣每方法，而生成以體積含有率為70 :二=及體積含有率為3〇體積％的二氧化梦為主 辻：施：；/斤構成之陶瓷構件。於本實施例2中，與上 相同。此外，對於夢：二條件，亦與上述實施例1 述相同的測試片1〇;及：;所獲得之燒結體’亦使用與上 進行依據川只1618之〜"刀別於不同的溫度區域中， 1618之測定。測定結果如表2所示。 319454 17 13^8400 [表2] 溫度（°c) 熱膨脹係數（1(T6/°C ) 配向方向 加壓方向 至100 3. 44 10. 84 至150 3. 42 10. 91 至200 3. 61 11. 21 至250 3. 73 -~~~~--- 11. 40 彳文表2中可得知，陶瓷構件之配向方向的熱膨脹係 數，於全部的溫度區域中約為3.4至3 7χ1〇_6/£)〇，可達成 接近於矽的熱膨脹係數（3.4χ1(Γν。^之值。另一方面，與 加壓方向為平行之方向的熱膨脹係數，約為1〇至ΐ2χ丨〇' °c 1因此，於本實施例2之陶瓷構件中，亦呈現出與熱膨 脹係數相關之異向性。 於本實施例2中，為了確認陶瓷構件的加工性，亦开 ^與上述實施例i相同之貫穿孔。結果為，於本實施例 ，所衣&之陶变構件，亦具有與於上述實施例^中所製道 之陶竞構件為同等之加工性。 [實施例3] 明於树明的實施例3中，藉由使用上述實施型態中 體積件之製造方法’而生成以體積含有率為 成分之、、曰：私及體積含有率為1〇體積％的二氧化矽為 述實施Si 2戶Γη成之陶刪。於本實施例3中’與 結 同，亦適用非膨潤性雲母，並藉由熱壓 订、結。熱壓燒結時的燒結條件，亦與上述實施 319454 18 1358400 中’進打依據nSR1618q定。測定結果如表 [表3]
1、2相同。此外’對於藉由燒結所獲得之燒結體，亦使用 :上述相同的測試片102及1〇3,分別於不同的溫度區域 I :表3中可得知，陶变構件之配向方向的熱膨脹係 數’於王部的溫度區域中約為4 ()至翁W，可 接近於矽的熱膨脹係數（3.4xl〇-Vt：)之值。另一方面，與
加麗方向為平行之方向的熱膨脹係數，約為^至12xl〇，V C。因此’於本貫施例3之陶咨搂姓士 腊係數相關之異向性。陶光構件中’亦呈現*與熱膨 於本實施例3中，為了確認陶究構件的加工性，係從 燒結體中形成厚度為2· 7Gmm的陶㈣件，並以*上述實施 例1相同之方法，將1_個貫穿孔形成矩陣狀。在此，可 =穿孔的孔徑形成為⑽㈣（深寬比為2.副鳥 的π二？間距P形成為〜。結果為可達成±5_ 丄:之：：該結果中可確認出，於本實施例3中所
Si構件Γ冓Γ亦具有與於上述實施例W中所製造之 陶是構件為同等之加工性。 319454 19 1358400 本發明可包含在此所記載之 例’只要在不脱離由申請專利範圍施型態及實施 之範圍内，可進行種種的變更等。斤預疋出之技術性思想 [產業上之可利用性] 如上述般，本發明乃適合於，在 查尹所使用之微型接觸器中，可讓-或液晶檢
構造與送出檢查用信號的電路構造予以對象的電路 入之探針固持具的材料。 1連接之探針插 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示本發明的一頊每 造方法的概略之流程圖。項以型悲之陶究構件之製 f 2圖係顯示使用本發明的一項實 所形成之探針固持具的構成之圖式。 之陶麦構件 圖係顯示將第2圖所示之探诚 予以擴大後之部分擴大圖。 于』則、£域 第4圖係顯示第3圖的a_a線剖面圖。 針固H圖係示意性顯示使用本發明的一項實施型態之探 ^斤構成之探針卡的主要部分的構成之圖式。 保二IS示探針的詳細構成及探針固持具之探針的 第7圖係顯示於本發 的測定中使用之測試片之圖^ 6们中所知之熱膨脹 【主要元件符號說明】 1 探針固持具 U、1B表面 319454 20 1358400
2 探針卡 3 探針 4 空間轉換器（space transformer) 5 中介層 6 配線基板 7 公連接器 8 補強構件 9 發晶圓 11 貫穿孔 11a 大徑部 lib 小徑部 31 ' 32 針狀構件 33 彈簧構件 41 ' 91 電極塾 101 燒結體 102、103測試片 S 微小區域 w 配線
21 319454

Claims (1)

1368400 申請專利範圍： 1. 種陶瓷構件，其特徵為： 人古安體積合有率為70至90體積％的雲母及體積 :。為10至30體積％的二氧化矽之混合物燒結而 成，上述雲母係朝單方向配向； 。(：雲母的配向方向平行之方向上之2G至250 C蛉的熱膨脹係數為3至5xl{rVt。 2 利範圍第1項所述之陶錢件，其中，上述雲 母為非喊潤性雲母。 3. 針具’係具有可讓由導電性材料所構成之探 徵ί ,且收納上述探針，該探針固持具之特 形成^=使用申請專利範15第1或2項之陶錢件所 上这貝穿孔係在與上述雲母 向貫穿上述母材。 b母的配向方向父又之方 4. —種陶㈣件之製造方法，其特徵為具備·· 有率H體積含有率為70至90體積％的雲母及體積含 有率為]〇至30體藉0/ΛΑ 匕 3 體積％的二氧化矽之混合步驟； 所混:卜力作用於在上述混合步驟中 〇物之外力作用步驟；及 將上魏合物予以燒結之燒結步驟。 .如：請專利範圍第4項所述之陶莞構件 係藉由執塵;έ士、本 ys, 方法’其 -併進行上述外力作用步驟及上述 22 • 319454修正版 1368400 - 第96126880號專利申請案 100年10月18日修正替換頁 燒結步驟。 - 6.如申請專利範圍第4或5項所述之陶瓷構件之製造方 . 法，其中，上述燒結步驟的燒結溫度為950至1 000°C。 7. 如申請專利範圍第4或5項所述之陶瓷構件之製造方 法，其中，上述燒結步驟係於減壓環境中或還原環境中 進行。 8. 如申請專利範圍第4或5項之陶瓷構件之製造方法，其 中，上述雲母為非膨潤性雲母。
23 319454修正版
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