JP2001153885A - プローブカード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同軸ケーブルの中心導体につながっている第
１種のプローブ針の近くに、これと所定の隙間を隔て
て、接地された導電性の台座を配置することで、高周波
を用いた測定の信頼性を高める。 【解決手段】 同軸ケーブル３６の外側導体４４の先端
は、基板２６の下面の接地用導体４８に半田５０で固定
されている。基板２６の中央の開口３２のところでは、
接地用導体４８に導電性の台座５２が半田で固定されて
いる。第１種のプローブ針３４の基端は同軸ケーブル３
６の中心導体４２につながっている。第１種のプローブ
針３４は台座５２の下面５６に対して平行に配置されて
いて、両者の間には隙間５８がある。この隙間５８は誘
電体４０で埋められている。さらに、同軸ケーブル３６
の先端（すなわち外側導体４４の先端４５）から台座５
２の先端５３に達するまでの領域では、第１種のプロー
ブ針３４の周囲は誘電体４０で完全に覆われている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は高周波領域での測
定が可能なプローブカードに関する。

【０００２】

【従来の技術】ウェーハ上の半導体集積回路を高周波領
域で測定できるプローブカードとして実公平７−３９２
３１号公報に記載のものが知られている。図１１はこの
従来のプローブ針の付近を拡大して示した断面図であ
る。基板１０の下面には接地用金属１２がコーティング
されている。基板１０の下方には可撓性同軸ケーブル１
４が配置されている。この可撓性同軸ケーブル１４の外
側導体１５の先端は、金属パイプ１６を介して接地用金
属１２に半田付けされている。可撓性同軸ケーブル１４
の中心導体１８の先端は接続部２４のところでプローブ
針２０に接続されている。プローブ針２０は誘電体２２
によって基板１０に固定されている。このように同軸ケ
ーブル１４を利用することで、高周波帯域での測定が可
能になる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１１に示す従来のプ
ローブカードは、可撓性同軸ケーブル１４の外側導体１
５の先端からプローブ針２０の先端２１に至るまでの信
号線部分が、空気中に露出しているか、あるいは誘電体
２２で囲まれている。したがって、この信号線部分は、
接地導体（接地用金属１２や外側導体１５）から比較的
離れていてインピーダンス整合しておらず、集中定数と
して作用する。この信号線が伝送できる周波数は、同軸
ケーブルから露出した信号線部分の長さ（露出した信号
線部分のインダクタンスに相当）に依存してしまう。こ
の露出した信号線部分が存在するために、測定可能な周
波数の上限値が制限される。

【０００４】この発明は上述の問題点を解決するために
なされたものであり、その目的は、高周波を用いた測定
の信頼性をより高めることのできるプローブカードを提
供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明のプローブカー
ドは、同軸ケーブルの中心導体につながっている第１種
のプローブ針の近くに、これと所定の隙間を隔てて導電
性の台座を配置して、この台座を基板の接地用導体に接
続したものである。同軸ケーブルの外側導体の少なくと
も一部は基板の接地用導体に固定されている。台座と第
１種のプローブ針との隙間は誘電体で満たされている。
さらに、この誘電体は、同軸ケーブルの外側導体の先端
から台座の先端までの間の領域において信号線（同軸ケ
ーブルの中心導体と第１種のプローブ針とからなるも
の）の周囲を完全に覆っている。なお、この明細書にお
いて、同軸ケーブルや台座について「先端」とは、プロ
ーブ針の先端（被測定電極に接触する部分）の側に位置
する方の端部を意味する。

【０００６】この発明は、第１種のプローブ針の近くに
接地電位の台座が配置されているので、台座に接近して
いる部分では第１種のプローブ針のインピーダンス整合
が図られている。すなわち、第１種のプローブ針と導電
性の台座との隙間に誘電体を挟んだ構造になっているの
で、この部分が一定の容量性素子として機能することに
なる。この容量性素子によって第１種のプローブ針のイ
ンピーダンス整合を図ることができる。これにより、従
来技術と比較して、第１種のプローブ針についてインピ
ーダンス整合されていない区間が短くなり、伝送可能な
周波数をより高い帯域まで広げることができる。また、
上述の誘電体は、第１種のプローブ針を台座に固定する
機能も果たしている。この第１種のプローブ針を用い
て、例えば、アナログ信号で２〜３ＧＨｚ、デジタル信
号で５〜１０ＧＨｚの周波数帯域の信号を伝送すること
ができる。

【０００７】この発明のプローブカードは、上述の第１
種のプローブ針に加えて、同軸ケーブルにつながってい
ない第２種のプローブ針も設けることができる。すなわ
ち、第１種のプローブ針と第２種のプローブ針を混在さ
せることができる。第１種のプローブ針は高周波を用い
た測定に利用できる。もちろん、第１種のプローブ針を
低周波や直流での測定に利用することも可能である。第
２種のプローブ針は、高周波以外の信号（例えば、低周
波や直流の信号）を用いた測定に利用でき、また、電源
ラインや接地ラインとしても利用できる。第１種のプロ
ーブ針のうちの少なくともひとつについては、２本の同
軸ケーブルのそれぞれの中心導体に共通に接続してもよ
い。こうすると、入力信号の反射波形をモニターできた
り、四端子法による計測ができたりする。

【０００８】第１種のプローブ針には集中定数回路部品
を接続することができる。この集中定数回路部品は、同
軸ケーブルの外側導体の先端から台座の先端までの間の
領域において誘電体で完全に覆われることになる。集中
定数回路部品としては、静電容量素子やインダクタンス
素子、抵抗素子がある。このような集中定数回路部品を
接続すると、第１種のプローブ針についてインピーダン
ス整合を図ることができる等の効果がある。そして、被
試験回路に最も近い位置での信号の補正や調整が可能と
なり、測定器との間で減衰や劣化の少ない信号の入出力
が可能となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】この発明のプローブカードの第１
の実施形態を説明する。図１はこの第１の実施形態の上
面図である。円形の基板２６の上面の外周付近にはパッ
ド状の多数の外部接続端子２８と多数の同軸コネクタ３
０が配置されている。基板２６の中央には開口３２が形
成されていて、この開口３２からプローブ針３４の先端
が見えている。この基板２６には、同軸ケーブルにつな
がっている多数の第１種のプローブ針と、同軸ケーブル
につながっていない多数の第２種のプローブ針が設けら
れている。第１種のプローブ針は主として高周波を使っ
た測定に使うものであり、第２種のプローブ針は低周波
による測定用や電源用などの高周波測定以外の用途に使
うものである。

【００１０】次に、同軸ケーブルの配置状態を説明す
る。図２は図１の２−２線断面図である。この断面図は
同軸ケーブル３６が存在する位置での断面を表示してい
る。同軸ケーブル３６は基板２６の一方の側（図面では
下側）に配置されている。同軸ケーブル３６の基端は同
軸コネクタ３０に接続されている。同軸コネクタ３０は
基板２６の上面側にあって、基板２６の下面側からネジ
３８で固定されている。同軸コネクタ３０と同軸ケーブ
ル３６との接続個所は基板２６に形成された貫通孔の近
くにある。同軸ケーブル３６は、その全長のほとんどが
誘電体４０で覆われていて、この誘電体４０によって基
板２６の下面に固定されている。

【００１１】次に、同軸ケーブルにつながっている第１
種のプローブ針の付近の構造を説明する。図３は図２の
円３で示した部分の拡大図である。同軸ケーブル３６
は、中央に線状の中心導体４２があり、外側に筒状の外
側導体４４がある。両者の間には誘電体４６がある。外
側導体４４の外周面には保護用の誘電体（同軸ケーブル
３６の構成要素としての誘電体）を備えていてもよい。
外側導体４４の先端は基板２６の下面に形成された接地
用導体４８に半田５０で固定されている。基板２６の中
央の開口３２のところでは、基板２６の下面の接地用導
体４８に導電性の台座５２が半田で固定されている。台
座５２の平面形状は、図１に示すように開口３２を取り
囲むような環状である。台座５２の断面形状は、上面
（接地用導体４８に固定される面）が平坦であり、下面
５６（第１種のプローブ針３４に対向する面）は上面に
対して図面において左下がりに傾斜している。すなわ
ち、下面５６は、第１種のプローブ針３４の先端６０に
近づくほど基板２６の下面から離れるようになってい
る。

【００１２】第１種のプローブ針３４の基端は同軸ケー
ブル３６の中心導体４２につながっている。第１種のプ
ローブ針３４と中心導体４２は、中心導体４２が同軸ケ
ーブルから露出した直後のところで互いに接続してもよ
いし、両者を一体に形成してもよい。第１種のプローブ
針３４と中心導体４２とがつながった状態のものを、以
下、全体として信号線と呼ぶことにする。第１種のプロ
ーブ針３４は台座５２の下面５６に対して平行に配置さ
れていて、両者の間には隙間５８がある。この隙間５８
は誘電体４０で埋められている。この誘電体４０は第１
のプローブ針３４を台座５２に対して電気絶縁状態を保
った状態で固定する役割を果たしている。さらに、同軸
ケーブル３６の先端（すなわち外側導体４４の先端４
５）から台座５２の先端５３に達するまでの領域では、
信号線の周囲は誘電体４０で完全に覆われている。誘電
体４０としては例えば熱硬化性のエポキシ系樹脂を用い
る。第１種のプローブ針３４の先端６０は下向きに曲げ
られていて、この先端６０がウェーハの被測定電極に接
触することになる。同軸ケーブル３６の先端から第１種
のプローブ針３４の先端６０までの距離はこの実施形態
では６ｍｍ程度である。

【００１３】上述の隙間５８の距離ｄは、第１種のプロ
ーブ針３４がインピーダンス整合するように定める。こ
の点を具体的に説明すると次のようになる。第１のプロ
ーブ針３４から同軸ケーブル３６と同軸コネクタ３０と
その先の測定器とを見た場合に、そのインピーダンスは
５０Ωに設定されている。このときに、同軸ケーブル３
６の先端から第１のプローブ針３４を見たときの特性イ
ンピーダンスが５０Ωになれば、インピーダンス整合が
図られたことになる。そこで、第１種のプローブ針３４
の直径が０．３ｍｍ、誘電体４０の比誘電率が４．２で
あると仮定すると、第１種のプローブ針３４の外周面と
台座５２の下面５６とその間の誘電体４０とで作られる
分布定数線路を考慮すれば、同軸ケーブル３６の先端か
ら第１のプローブ針３４を見たときの特性インピーダン
スが５０Ωになるようにするには、隙間５８の距離ｄは
０．２７８ｍｍにすればよい。同様にして、第１種のプ
ローブ針３４の直径が０．２５ｍｍのときは、隙間５８
の距離ｄは０．２３ｍｍに、第１種のプローブ針３４の
直径が０．２ｍｍのときは、隙間５８の距離ｄは０．１
８５ｍｍにすればよい。

【００１４】ところで、同軸ケーブル３６の先端を開口
３２のところまで延ばして、そこから第１種のプローブ
針３４を露出させれば、上述の台座５２は不要になるは
ずである。しかしながら、次のような理由により、同軸
ケーブル３６の先端を開口３２のところまで延ばすこと
は適切ではない。開口３２に近づくほど、隣り合うプロ
ーブ針の間隔は狭くなっていくので、ある程度の外形寸
法を有する同軸ケーブル３６を開口３２に近づけていく
と、同軸ケーブル同士、あるいは同軸ケーブルと隣の第
２種のプローブ針とがぶつかってしまう。同軸ケーブル
の外形寸法の可能な最小値は現状では０．８６ｍｍ程度
である。また、同軸ケーブル３６の先端を開口３２のと
ころまで延ばすと、インピーダンス不整合を解消するた
めに集中定数回路部品を第１種のプローブ針に接続する
といった手段をとるためのスペースが得られないといっ
た不都合もある。

【００１５】次に、同軸ケーブルにつながっていない第
２種のプローブ針を説明する。図４は第２種のプローブ
針６２の付近を示す断面図である。第２種のプローブ針
６２の基端は、基板２６に形成された配線導体６４のス
ルーホール６６を貫通していて、このスルーホール６６
に半田で固定されている。第２種のプローブ針６２の途
中の部分は、上述の導電性の台座５２の下面５６に対し
て平行に延びていて、台座５２の下面５６から所定距離
ｄだけ離れている。第２種のプローブ針６２の先端６３
は下方に曲がっている。この第２種のプローブ針６２
は、基板２６に固定されたところから台座５２の先端５
３の位置までの領域において誘電体４０で覆われてい
る。

【００１６】次に、２種類のプローブ針の混在状態を説
明する。図５は第１種のプローブ針３４と第２種のプロ
ーブ針６２とが混在している状況を模式的に示す斜視図
である。同軸ケーブル３６の中心導体につながっている
第１種のプローブ針３４と、同軸ケーブルにつながって
いない第２種のプローブ針６２は、混在した状態で基板
に固定されている。これらのプローブ針をどのように配
置するかは被測定回路やその端子電極の配置等に依存し
ている。

【００１７】図６は信号線を分岐した例を模式的に示す
斜視図である。第１種のプローブ針３４のうちの少なく
ともひとつは、２本の同軸ケーブル３６ａ、３６ｂのそ
れぞれの中心導体に共通に接続することができる。第１
種のプローブ針３４は二つに分岐していて、その一方が
同軸ケーブル３６ａに、他方が同軸ケーブル３６ｂにつ
ながっている。このような分岐線路は次のような用途に
使うことができる。第１の用途は入力信号の反射波形の
モニターである。この場合には、一方の同軸ケーブル３
６ａによって外部から第１種のプローブ針３４に入力信
号を伝送する。そして、他方の同軸ケーブル３６ｂで入
力信号の反射波形をモニターする。これにより、入力信
号の反射波形を被試験回路の直近でモニターすることが
可能になり、測定誤差を確認することができる。第２の
用途は微小電流や微小容量の測定である。２本の同軸ケ
ーブル３６ａ、３６ｂを使うことにより、四端子法によ
る計測が可能となり、測定誤差を除去することができ
る。

【００１８】次に、この発明の第２の実施形態を説明す
る。図７は第２の実施形態における第１種のプローブ針
の付近の断面図である。図３の第１の実施形態とは、誘
電体４０の形成場所だけが異なっている。誘電体４０
は、同軸ケーブル３６の先端から台座５２の先端５３に
達するまでの領域のすべてと、同軸ケーブル３６の先端
付近とを覆っている。同軸ケーブル３６の先端付近以外
の大部分は誘電体４０に覆われていない。

【００１９】次に、この発明の第３の実施形態を説明す
る。図８は第３の実施形態における第１種のプローブ針
の付近の断面図である。第１種のプローブ針３４と、基
板２６に形成された配線導体６４との間には、集中定数
回路部品６８が接続されている。集中定数回路部品６８
は、同軸ケーブル３６の外側導体４４の先端４５から台
座５２までの間の領域に配置されていて、誘電体４０で
完全に覆われている。集中定数回路部品６８の例として
は、静電容量素子（すなわち、コンデンサ）や、インダ
クタンス素子（例えば、コイル）、抵抗素子（すなわ
ち、抵抗器）がある。インピーダンス不整合となってい
る第１種のプローブ針３４に静電容量素子やインダクタ
ンス素子等の集中定数回路部品を取り付けることで、イ
ンピーダンス整合を図ることができる。また、インピー
ダンス不整合となっている第１種のプローブ針３４に、
測定器のインピーダンスと等しい抵抗器（終端抵抗器）
を接続することで、信号の反射を取り除くことができ
る。なお、このような集中定数回路部品は、必要に応じ
て、第２種のプローブ針にも接続することができる。例
えば、高周波以外の信号を伝送するプローブ針や電源用
のプローブ針と、接地電位との間に、静電容量素子を接
続することで、ノイズフィルターの効果をもたせること
ができる。これにより、被試験半導体回路の動作不良を
誘発するような雑音信号を除去できる。

【００２０】次に、この発明の第４の実施形態を説明す
る。図９は第４の実施形態における第１種のプローブ針
の付近の断面図である。この第４の実施形態では、図３
の第１の実施形態における誘電体４０に相当するもの
が、第１の誘電体４０ａと第２の誘電体４０ｂとに分か
れている。第１の誘電体４０ａは第１種のプローブ針３
４と台座５２の下面５６との間の隙間５８を埋めるとと
もに、台座５２の近傍で第１種のプローブ針３４の周囲
を取り囲んでいる。この第１の誘電体４０ａによって第
１種のプローブ針３４は台座５２に対して電気絶縁状態
を保った状態で固定される。第２の誘電体４０ｂは、同
軸ケーブル３６の先端（すなわち外側導体４４の先端４
５）から台座５２までの領域において信号線（第１種の
プローブ針３４と同軸ケーブル３６の中心導体４２）の
周囲を覆う役割を果たすと共に、同軸ケーブル３６を基
板２６の下面に固定する役割も果たしている。誘電体４
０ａ、４０ｂとしては例えば熱硬化性のエポキシ系樹脂
を用いる。このように誘電体を分けると、プローブ針を
基板に接着固定する作業が容易になる。その作業の一例
を示すと次のようになる。最初に、第１の誘電体４０ａ
を用いて第１種のプローブ針３４を台座５２に接着固定
する。この固定作業のときに第１種のプローブ針３４の
先端６０の配列が被測定電極の配列に合致するように第
１種のプローブ針３４同士の相対的な位置関係を正確に
位置決めする。次に、第１種のプローブ針３４を同軸ケ
ーブル３６の中心導体４２に半田付けで接続する。次
に、台座５２を基板２６の接地用導体４８に半田付けで
接着固定すると共に、同軸ケーブル３６の外側導体４４
を半田５０で接地用導体４８に接着固定する。そのあと
で、第２の誘電体４０ｂで同軸ケーブル３６を覆うよう
にして基板２６に同軸ケーブル３６を接着固定する。な
お、第２種のプローブ針を台座へ接着固定する作業も、
第１種のプローブ針と一緒に実施する。

【００２１】次に、この発明の第５の実施形態を説明す
る。図１０は第５の実施形態におけるプローブカードの
断面図である。図２の第１の実施形態とは高周波コネク
タの部分だけが異なっている。この第５の実施形態で
は、同軸ケーブル３４の基端に近い部分が、基板２６の
貫通孔７２を下方から上方へ通り抜けている。そして、
同軸ケーブル３４の基端が基板２６の上方の空間で高周
波コネクタ７０に接続されている。同軸ケーブル３４は
誘電体４０によって基板２６の下面に固定されているの
で、高周波コネクタ７０自体が基板２６に固定されてい
なくても、同軸ケーブル３４を固定する上での問題はな
い。高周波コネクタ７０はどこにも固定されていないフ
リーの状態にある。

【００２２】

【発明の効果】この発明のプローブカードは、同軸ケー
ブルの中心導体につながっている第１種のプローブ針の
近くに、これと所定の隙間を隔てて、接地された導電性
の台座を配置しているので、高周波を用いた測定の信頼
性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態の上面図である。

【図２】図１の２−２線断面図である。

【図３】図２の円３で示した部分の拡大図である。

【図４】第２種のプローブ針の付近を示す断面図であ
る。

【図５】第１種のプローブ針と第２種のプローブ針とが
混在している状況を模式的に示す斜視図である。

【図６】信号線を分岐した例を模式的に示す斜視図であ
る。

【図７】第２の実施形態における第１種のプローブ針の
付近の断面図である。

【図８】第３の実施形態における第１種のプローブ針の
付近の断面図である。

【図９】第４の実施形態における第１種のプローブ針の
付近の断面図である。

【図１０】第５の実施形態におけるプローブカードの断
面図である。

【図１１】従来のプローブカードのプローブ針の付近を
拡大して示した断面図である。

【符号の説明】

２６ 基板 ３０ 同軸コネクタ ３２ 開口 ３４ 第１種のプローブ針 ３６ 同軸ケーブル ４０ 誘電体 ４２ 中心導体 ４４ 外側導体 ４８ 接地用導体 ５２ 台座 ５８ 隙間

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 次の構成を備えるプローブカード。 （イ）接地用導体と配線導体が設けられた基板。 （ロ）中心導体と外側導体とを備える同軸ケーブルであ
   って、前記外側導体の少なくとも一部が前記接地用導体
   に固定された同軸ケーブル。 （ハ）前記中心導体につながっている第１種のプローブ
   針。 （ニ）前記接地用導体に接続された導電性の台座であっ
   て、前記第１種のプローブ針との間に所定の隙間を設け
   て配置された台座。 （ホ）前記隙間を満たすとともに、前記外側導体の先端
   から前記台座の先端までの間の領域において前記中心導
   体と前記第１種のプローブ針とからなる信号線の周囲を
   完全に覆う誘電体。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のプローブカードにおい
   て、前記同軸ケーブルにつながっている前記第１種のプ
   ローブ針と前記同軸ケーブルにつながっていない第２種
   のプローブ針とが混在していることを特徴とするプロー
   ブカード。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のプローブカードにおい
   て、前記第１種のプローブ針のうちの少なくともひとつ
   は、１本の第１種のプローブ針に対して２本の同軸ケー
   ブルの各中心導体が共通につながっていることを特徴と
   するプローブカード。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のプローブカードにおい
   て、前記外側導体の先端から前記台座の先端までの間の
   領域において前記信号線と前記配線導体との間に集中定
   数回路部品が接続されていて、前記集中定数回路部品の
   周囲が誘電体で完全に覆われていることを特徴とするプ
   ローブカード。