JP2004156993A - プローブ及びこれを用いた電気的接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小さなオーバードライブで大きな針圧を得ることができるようにすることにある。
【解決手段】プローブは、弾性変形可能でかつ帯状をした少なくとも２つの板部材であってそれらの厚さ方向に間隔をおいた板部材と、隣り合う板部材の一端部及び他端部に結合された少なくとも２つのスペーサと、一方の板部材の一端部からスペーサと反対側に突出する接触子であって角錐形又は円錐形の針先部を有する接触子とを含む。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路のような被検査体の通電試験に用いるプローブ及び電気的接続装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路のような被検査体は、それが仕様書通りに製造されているか否かの通電試験をされる。この種の通電試験は、被検査体の電極に個々に押圧される複数のプローブを備えた、プローブカード、プローブブロック、プローブユニット等、電気的接続装置を用いて行われる。この種の電気的接続装置は、被検査体の電極と、テスターとを電気的に接続するために利用される。
【０００３】
この種の電気的接続装置に用いられるプローブとしては、導電性金属細線から製造されたニードルタイプのもの、導電性金属板から製造されたブレードタイプのもの、電気絶縁シート（フィルム）の一方の面に形成された配線に突起電極を形成したプローブ要素を用いるプローブ要素タイプのもの、ホトレジストの露光及びエッチングとそのエッチングされた箇所へのメッキとを１回以上行う積層タイプのもの等がある。
【０００４】
プローブ針と称されている、ニードルタイプのプローブは、電気絶縁性基板に片持ち針状に組み付けられるから、被検査体の電極に対する針先の押圧力すなわち針圧を大きくするためには、基板への取り付け位置から針先までの長さ寸法を小さくするか、直径寸法を大きくしなければならず、したがって大きな針圧を得ることが難しい。また、ニードルタイプのプローブは、細い金属細線を得ることが難しく、したがって基板への配置ピッチを高めることに限度があり、したがってマイクロプローブとしては不向きである。
【０００５】
ブレードタイプのプローブは、針先を先鋭にすることができないから、針圧を大きくするためには、プローブに作用させるオーバードライブを大きくしなければならない。しかし、１つのプローブへのオーバードライブを大きくすると、プローブの弾性変形量が大きくなり、また、多数のプローブを備えた電気的接続装置においては、装置全体に作用する押圧力が大きくなってしまう。
【０００６】
プローブの弾性変形量が大きくなると、プローブの先端（針先）が被検査体の電極に対し大きく変位するから、プローブが被検査体の電極から外れやすくなる。装置全体に作用する押圧力が大きくなると、大きな押圧力の発生手段を必要とすると共に、電気的接続装置全体の機械的強度を高めなければならないから、電気的接続装置及びこれを用いる検査装置が複雑化する。
【０００７】
プローブ要素タイプ及び積層タイプのプローブは、いずれも、プローブ全体で弾性変形しやすく、したがって針圧を大きくするためには、プローブの断面積を大きくするか、プローブに作用させるオーバードライブを大きくしなければならない。しかし、プローブの断面積を大きくすると、基板への配置ピッチを高めることが難しくなり、またオーバードライブを大きくすると、ブレードタイプのプローブと同様の問題が生じる
【０００８】
ブレードタイプのプローブにおいて、被検査体の電極に接触される接触子（針先部）と、基板に取り付けられる取り付け部（針後部）とを連結する針主体部に矩形の開口を形成して、針主体部を接触子の突出方向に２重にしたものが提案されている（特許文献１）。
【０００９】
特許文献１：特開平７−１１５１１０号公報
【００１０】
【解決しようとする課題】
しかし、この従来のプローブは、ブレードタイプのものであるから、針先を先鋭にすることができず、したがって接触子の先端を半円形に形成しているにすぎない。このため、このプローブでは、針圧を大きくするためには、大きなオーバードライブをプローブに作用させなければならない。
【００１１】
本発明の目的は、小さなオーバードライブで大きな針圧を得ることができるようにすることにある。
【００１２】
【解決手段、作用、効果】
本発明に係るプローブは、弾性変形可能でかつ帯状をした少なくとも２つの板部材であってそれらの厚さ方向に間隔をおいた板部材と、隣り合う板部材の一端部及び他端部に結合された少なくとも２つのスペーサと、一方の板部材の一端部から前記スペーサと反対側に突出する接触子であって角錐形又は円錐形の針先部を有する接触子とを含む。
【００１３】
本発明に係るプローブは、他方の板部材の他端部側において電気絶縁性の基板に取り付けられて片持ち梁状に支持され、また接触子の先端を被検査体の電極に押圧される。このため、プローブの接触子の先端は針先として作用し、他方の板部材の他端部はプローブの針後部として作用し、板部材により形成される中央領域は針主体部として作用する。
【００１４】
針先が被検査体の電極に押圧されると、プローブは、板部材において弾性変形する。このとき、針主体部が少なくとも２つの板部材と少なくとも２つのスペーサとにより平行四辺形に形成されているから、針主体部の剛性が高い。また、針先が先鋭となっているから、針先と被検査体の電極との接触面積が小さい。これらが相まって、本発明のプローブによれば、小さなオーバードライブで、大きな針圧を得ることができる。
【００１５】
前記接触子は、さらに、前記一方の板部材の一端部に結合された座部を有し、前記針先部は、前記座部に結合されていると共に、前記座部から突出していてもよい。そのようにすれば、座部を截頭円錐形や截頭角錐形にする必要がないから、接触子の軸線と直角方向における針先部の断面積小さくても、板部材からの接触子の突出量を大きくすることができる。
【００１６】
前記板部材、前記スペーサ及び前記接触子は、ニッケルで製作されていてもよい。また、前記板部材、前記スペーサ及び前記接触子は、ホトリソグラフィー技術とメッキ技術とを用いて製作されていてもよい。
【００１７】
本発明に係る電気的接続装置は、複数の接続ランドを一方の面に備えた電気絶縁性の基板と、上記のような複数のプローブとを含み、各プローブは、前記接触子が前記基板と反対側に突出する状態に、他方の板部材の他端部の側において前記接続ランドに結合されている。
【００１８】
本発明に係る電気的接続装置によっても、各プローブが上記のように作用するから、本発明のプローブと同様の作用効果を得ることができる。
【００１９】
前記基板及び前記プローブの少なくとも一方は、さらに、前記接続ランドと前記他方の板部材の他端部との間に配置されて両者に結合された台座を含むことができる。そのようにすれば、基板からの接触子の突出量が、台座を有しないプローブに比べ、大きくなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１〜図５を参照するに、電気的接続装置１０は、図５に示す被検査体１２の複数の電極１４と図示しないテスターとを被検査体１２の通電試験のために電気的に接続する装置として用いられる。
【００２１】
以下、理解を容易にするために、被検査体１２は、複数の電極１４を２列に配置しているものとする。しかし、本発明は、複数の電極を矩形の各編に備える被検査体、複数の電極をマトリクス状に配置している被検査体等、他の被検査体用の装置及びプローブにも適用することができる。
【００２２】
電気的接続装置１０は、電気絶縁材料を用いて製造された円板状の配線基板２０と、配線基板２０の下面に取り付けられた複数のプローブ２２とを含む、プローブカードに製作されている。
【００２３】
配線基板２０は、図示の例では、電気絶縁性の基板として用いられている。配線基板２０は、被検査体１２の検査箇所より大きい開口２４を中央に有しており、またプローブ２２に個々に対応された複数の接続ランド２６を開口２４の周りの下面に間隔をおいて有しており、さらにテスターに電気的に接続された複数のテスターランド２８を上面の外周縁部に有している。
【００２４】
開口２４は、配線基板２０を厚さ方向に貫通する穴とされている。開口２４は、図示の例では、被検査体１２が複数の電極１４を２列に配置していることから、長方形の形状を有している。しかし、実際には、開口２４に形状は、電極１４の配置状態に応じて決定される。開口２４を備えていなくてもよい。
【００２５】
各接続ランド２６は、配線基板２０の下面に形成された配線パターンの一部である。接続ランド２６は、開口２４を間にして２列に配置されている。開口２４を介して反対側に位置する接続ランド２６は、開口２４の側から互いに反対側に伸びている。
【００２６】
テスターランド２８は、配線基板２０の上面の外周縁部に多重円の形に配置されている。各テスターランド２８は、プローブ２２及び接続ランド２６に対応されており、また対応する接続ランド２６に内部配線（図示せず）により電気的に接続されている。
【００２７】
各プローブ２２は、図２から図５に示すように、弾性変形可能でかつ帯状をした２つの板部材３０，３２と、両板部材３０，３２がそれらの厚さ方向に間隔をおいた状態に両板部材３０，３２をそれらの一端部及び他端部において結合させている２つのスペーサ３４及び３６と、一方の板部材３０の一端部にスペーサ３４と反対側に突出する状態に結合された接触子３８と、他方の板部材３２の他端部にスペーサ３６と反対側に突出する状態に結合された台座４０とを含む。
【００２８】
板部材３０，３２は、互いに平行に伸びている。板部材３０，３２は、図示の例では、厚さ寸法（高さ寸法）、幅寸法及び長さ寸法を同じとされている。しかし、板部材３０，３２は、弾性変形可能である限り、異なる大きさ、特に厚さ寸法を有していてもよい。
【００２９】
スペーサ３４，３６は、矩形の平面形状に形成されており、また同じ高さ寸法（すなわち、厚さ寸法）を有している。このため、スペーサ３４，３６は、板部材３０，３２と共同して、弾性変形可能の平行リンクを形成している。
【００３０】
各接触子３８は、一方の板部材３０の一端部下面に結合された座部４２と、座部４２の下面に結合された針先部４４とにより、板部材３０，３２により形成される針主体部から下方へ突出する突起電極の形に形成されている。
【００３１】
針先部４４は、図示の例では、角錐形の形状を有している。しかし、被検査体１２の電極１４に押圧される先端が先鋭である限り、換言すれば、外面が先端に向けて漸次減少する形状を有する限り、円錐形のような他の形状を有していてもよい。
【００３２】
台座４０は、直方体の形状を有しており、また１つの外面において他方の板部材３２の他端部下面に結合され、その１つの面と対向する他の１つの面において接続ランド２６に半田のような導電性接着剤により結合されている。
【００３３】
上記のようなプローブ２２は、ホトレジストの露光及びエッチングを行うホトリソグラフィー技術と、エッチングされた箇所に導電性材料をメッキするメッキ技術とを複数回繰り返すことにより、一体的に製造することができる。導電性材料としては、例えば、ニッケルとすることができる。
【００３４】
各プローブ２２は、他方の板部材３２の他端部側において、台座４０を介して配線基板２０に片持ち梁状に支持され、また接触子３８の先端を被検査体１２の電極１４に押圧される。このため、各接触子３８の先端は針先として作用し、他方の板部材３２の他端部及び台座４０はプローブ２２の針後部として作用し、板部材３０，３２により形成される中央領域は針主体部として作用する。
【００３５】
針先が被検査体１２の電極１４に押圧されると、各プローブ２２には、図５に示すように、符号ＯＤで示す量のオーバードライブが作用し、各プローブ２２は板部材３０，３２により形成される針主体部において弾性変形する。
【００３６】
このとき、針主体部が２つの板部材３０，３２と２つのスペーサ３４，３６とにより平行四辺形に形成されているから、針主体部の剛性は高い。また、針先が先鋭となっているから、針先と電極１４との接触面積は小さい。
【００３７】
上記のことが相まって、電気的接続装置１０及びプローブ２２によれば、小さなオーバードライブで、大きな針圧を得ることができる。
【００３８】
プローブ２２が上記のように弾性変形すると、針先は電極１４に対し、電極１４に押圧された状態で、図５に符号ＤＬで示す量だけ滑る。これにより、電極１４に有効なこすり作用が与えられる。このこすり作用は、針先が先鋭であることと相まって、電極１４の酸化膜を効果的に掻き取るから、プローブ２２と電極１４とを良好な電気的接続状態にする。
【００３９】
電気的接続装置１０及びプローブ２２によれば、また、各接触子３８が、座部４２と、座部４２の下面に結合された針先部４４とにより、板部材３０，３２により形成される針主体部から下方へ突出する突起電極の形に形成されているから、座部４２を截頭円錐形や截頭角錐形にする必要がなく、したがって接触子３８の軸線と直角の断面積が小さくても、板部材３０，３２からの接触子３８の突出量を大きくすることができる。
【００４０】
図５に示すように、板部材３０，３２の弾性変形領域の長さ寸法Ｌ０が０．５４５μｍ、板部材３０，３２の厚さ寸法Ｔ１，Ｔ２が０．０２５（μｍ）、板部材３０からの接触子２２の突出高さが０．１３５（μｍ）、針先の角度θが６０°の３つのプローブＮｏ．１，Ｎｏ．２，Ｎｏ．３を製造し、それぞれに表１に示すオーバードライブＯＤ（μｍ）を作用させたときの針圧（ｇ）を測定した。その結果を表１に示し、オーバードライブと針圧との関係を図６にグラフで示す。
【００４１】
図７に示すように、単一の板部材５０を用いた３つプローブＮｏ．４，Ｎｏ．５，Ｎｏ．６を製造し、それぞれに表３に示すオーバードライブＯＤ（μｍ）を作用させたときの針圧（ｇ）を測定した。その結果を表２に示し、オーバードライブと針圧との関係を図８にグラフで示す。
【００４２】
プローブＮｏ．４，Ｎｏ．５，Ｎｏ．６は、板部材５０の厚さ寸法Ｔ３を板部材３０，３２の厚さ寸法Ｔ１，Ｔ２の和０．０５（μｍ）としたことを除いて、プローブＮｏ．１，Ｎｏ．２，Ｎｏ．３と同じとした。
【００４３】
プローブを３つずつ製作した理由は、製造過程において多少の差が生じ、その結果得られたデータに差が生じることを考慮したことにある。
【００４４】
表１及び図６並びに表２及び図８から明らかなように、同じオーバードライブ量であっても、得られる針圧は、２つの板部材３０，３２を用いたプローブＮｏ．１，Ｎｏ．２，Ｎｏ．３のほうが、単一の板部材５０を用いたプローブＮｏ．４，Ｎｏ．５，Ｎｏ．６より小さい。
【００４５】
図５及び図７に示すように、２つの板部材３０，３２を用いるプローブ２２は、１つの板部材５０を用いるプローブに比べ、同じ押圧量を作用させたときの針圧が小さく、破損しにくい。
【００４６】
上記の結果、多数のプローブを基板に配置する電気的接続装置に適用した場合おいて、針先の高さ位置のバラツキを同じとしたとき、プローブ２２は、１つの板部材５０を用いるプローブに比べ、全体的な押圧力が少なくなるし、電極１４に対する針先の滑り量ＤＬが少なくなる。
【００４７】
電極１４に対する針先の滑り量ＤＬが少なくないプローブは、電極１４から外れにくく、アルミカスのような電極１４用の素材が付着しにくい。
【００４８】
図５及び図７に示すように、２つの板部材３０，３２を用いるプローブ２２は、電極１４に対する針先の滑り量ＤＬが１つの板部材５０を用いるプローブに比べ小さい。このため、プローブ２２は、わずかなオーバードライブ量でよく、したがって多数のプローブを基板に配置する電気的接続装置であっても、全体的な押圧力を少なくすることができる。
【００４９】
上記のようなプローブ２２は、以下のようなホトリソグラフィー処理とメッキ処理とを複数回繰り返すことにより製造することができる。
【００５０】
先ず、針先部４４と同じ大きさ及び同じ形状を有する凹所を備えたステンレスのような基台の上に第１のホトレジスト層を形成して、第１のホトレジスト層のうち、前記凹所及び座部４２に対応する箇所を露光し、エッチングして、前記基台の凹所に連通する穴を形成する、１回目のホトリソグラフィー処理が行われる。
【００５１】
次いで、電鋳技術のような１回目のメッキ処理が第１のホトレジスト層側から行われる。これにより、基台の凹所に針先部４４が形成されると共に、第１のホトレジスト層の穴に座部４２が形成される。
【００５２】
次いで、第１のホトレジスト層が除去される。これにより、座部４２が露出される。
【００５３】
次いで、第１のホトレジスト層の代わりに第２のホトレジスト層を基台及び座部に形成し、第２のホトレジスト層のうち、板部材３０に対応する領域を露光及びエッチングして除去する、２回目のホトリソグラフィー処理が行われる。
【００５４】
次いで、電鋳技術のような２回目のメッキ処理が第２のホトレジスト層に行われる。これにより、第２のホトレジスト層の除去部に板部材３０が形成される。
【００５５】
次いで、第２のホトレジスト層が除去される。これにより、板部材３０が露出される。
【００５６】
次いで、第２のホトレジスト層の代わりに第３のホトレジスト層を基台及び板部材に形成し、第３のホトレジスト層のうち、スペーサ３４，３６に対応する領域を露光及びエッチングして除去する、３回目のホトリソグラフィー処理が行われる。
【００５７】
次いで、第３のホトレジスト層に電鋳技術のような３回目のメッキ処理が行われる。これにより、第３のホトレジスト層の除去部にスペーサ３４，３６が形成される。
【００５８】
次いで、第３のホトレジスト層が除去される。これにより、スペーサ３４，３６が露出される。
【００５９】
次いで、第３のホトレジスト層の代わりに第４のホトレジスト層を基台、板部材３０及びスペーサ３４，３６に形成し、第４のホトレジスト層のうち、板部材３２に対応する領域を露光及びエッチングして除去する、４回目のホトリソグラフィー処理が行われる。
【００６０】
次いで、第４のホトレジスト層に電鋳技術のような４回目のメッキ処理が行われる。これにより、第４のホトレジスト層の除去部に板部材３２が形成される。
【００６１】
次いで、第４のホトレジスト層が除去される。これにより、板部材３２が露出される。
【００６２】
次いで、第４のホトレジスト層の代わりに第５のホトレジスト層を基台及び板部材３２に形成し、第４のホトレジスト層のうち、台座４０に対応する領域を露光及びエッチングして除去する、５回目のホトリソグラフィー処理が行われる。
【００６３】
次いで、第５のホトレジスト層に電鋳技術のような５回目のメッキ処理が行われる。これにより、第５のホトレジスト層の除去部に台座４０が形成される。
【００６４】
次いで、第５のホトレジスト層が除去される。これにより、台座４０が露出される。
【００６５】
１回目のホトグラフィー処理及びメッキ処理は、針先部と座部とに分けて行ってもよい。また、１回目及び２回目のホトリソグラフィー処理及びメッキ処理を同時に行ってもよい。さらには、３回目及び４回目のホトリソグラフィー処理及びメッキ処理を同時に行ってもよい。
【００６６】
本発明は、半導体集積回路のような被検査体用のプローブ及び電気的接続装置のみならず、液晶表示パネルのような他の平板状被検査太陽のプローブ及び電気的接続装置にも適用することができる。例えば、本発明が液晶表示パネルのような表示用基板用に適用されるとき、電気絶縁性のブロックが基板として用いられ、プローブはブロックに取り付けられる。
【００６７】
【表１】

【００６８】
【表２】

【００６９】
本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気的接続装置の一実施例を示す底面図である。
【図２】図１に示す電気的接続装置におけるプローブの配置状態を示す斜視図である。
【図３】図１に示す電気的接続装置におけるプローブの配置状態を示す底面図である。
【図４】図１に示す電気的接続装置で用いるプローブの一実施例を示す図である。
【図５】本発明に係るプローブの動作を説明するための図である。
【図６】図４及び図５に示すプローブの試験結果を示す図である。
【図７】単一の板部材を用いたプローブの動作状態を示す図である。
【図８】図７に示すプローブの試験結果を示す図である。
【符号の説明】
１０ 電気的接続装置
１２ 被検査体
１４ 被検査体の電極
２０ 配線基板（基板）
２２ プローブ
２６ 接続ランド
３０，３２ 板部材
３４，３６ スペーサ
３８ 接触子
４０ 台座
４２ 座部
４４ 針先部

Claims (6)

1. 弾性変形可能でかつ帯状をした少なくとも２つの板部材であってそれらの厚さ方向に間隔をおいた板部材と、隣り合う板部材の一端部及び他端部に結合された少なくとも２つのスペーサと、一方の板部材の一端部から前記スペーサと反対側に突出する接触子であって角錐形又は円錐形の針先部を有する接触子とを含む、プローブ。
2. 前記接触子は、さらに、前記一方の板部材の一端部に結合された座部を有し、前記針先部は、前記座部に結合されていると共に、前記座部から突出している、請求項１に記載のプローブ。
3. 前記板部材、前記スペーサ及び前記接触子は、ニッケルで製作されている、請求項１及び２のいずれか１項に記載のプローブ。
4. 前記板部材、前記スペーサ及び前記接触子は、ホトリソグラフィー技術とメッキ技術とを用いて製作されている、請求項１，２及び３のいずれか１項に記載のプローブ。
5. 複数の接続ランドを一方の面に備えた電気絶縁性の基板と、請求項１，２，３及び４のいずれか１項に記載の複数のプローブとを含み、各プローブは、前記接触子が前記基板と反対側に突出する状態に、他方の板部材の他端部の側において前記接続ランドに結合されている、電気的接続装置。
6. 前記配線基板及び前記プローブの少なくとも一方は、さらに、前記接続ランドと前記他方の板部材の他端部との間に配置されて両者に結合された台座を含む、請求項５に記載のプローブ。

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