JP2004235591A

JP2004235591A - 電気的接続装置

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Publication number: JP2004235591A
Application number: JP2003025476A
Authority: JP
Inventors: Minoru Sato; 実佐藤; Hiroshi Funamizu; 浩船水
Original assignee: Micronics Japan Co Ltd
Current assignee: Micronics Japan Co Ltd
Priority date: 2003-02-03
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-02-03
Also published as: JP4209696B2

Abstract

【課題】各プローブの一端及び他端の一方に作用する押圧力が他方に影響を及ぼすことを防止すると共に、針先の高さ位置を容易に一定にすることができるようにすることにある。
【解決手段】電気的接続装置は、上板、中板及び下板を上下方向に間隔をおいて配置し、中板を上板及び下板に対し一方へ変位させることにより、上板、中板及び下板の上下方向に通された複数のプローブを上板及び中板の間で同じ方向の湾曲させている。中板は、中間板部材を上板部材及び下板部材の間に配置してプローブをそれら板部材に把持させている。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路のような半導体デバイス等、被検査体の通電試験に用いられるプローブカードのような電気的接続装置に関する。
【０００２】
本発明においては、各プローブの伸長方向、すなわちプローブが取り付けられている板状部材の厚さ方向を上下方向といい、この方向に垂直な方向を水平方向という。
【０００３】
【従来の技術】
半導体デバイス等の被検査体は、その内部回路が仕様書通りに動作するか否かの通電試験（検査）をされる。そのような通電試験は、針先を被検査体の電極に押圧されるプローブのような複数の接触子を絶縁基板の下面に配置したプローブカードのような電気的接続装置を用いて行われる。
【０００４】
この種の電気的接続装置の１つとして、金属細線から製作されたニードルタイプの複数のプローブを基板に垂直に組み付け、針先（下端）を被検査体の電極に押圧する縦型の装置がある（例えば、特開平６−３０８１６３号公報）。
【０００５】
縦型の装置は、Ｌ字状の屈曲されたニードルタイプのプローブを片持ち梁状に基板に組み付けた従来の一般的な装置に比べ、プローブの組み付け作業が容易であるから、廉価であり、また針先の配置密度を高めることができるから、電極数の多い高密度の被検査体の通電試験に好適である。
【０００６】
しかし、この種の縦型の装置では、針先を被検査体の電極に押圧したとき、各プローブが中央領域において湾曲するが、湾曲する方向が同じ方向にならない。このため、上記従来の電気的接続装置では、隣り合うプローブが接触して電気的に短絡することがある。
【０００７】
そのような問題を解決するために、下板と上板とを上下方向に間隔をおいて配置し、上下の板の間に中板を配置してプローブ支持体とし、上板、中板及び上板を貫通した状態にプローブをプローブ支持体に組み付け、中板を上下の板に対し水平方向に変位させてプローブを予め同じ方向に湾曲させた装置がある（例えば、特開平１１−２４８７４５号公報、特開平２００２−２０２３３７号公報）。
【０００８】
この従来の装置は、プローブが中板を貫通していると共に予め同じ方向に湾曲されているから、針先を被検査体の電極に押圧したとき、プローブが同じ方向に湾曲し、したがって隣り合うプローブの接触が回避される。
【０００９】
【解決しようとする課題】
しかし、上記従来の装置では、各プローブが、下板、中板及び上板をこれらに対し変位可能に貫通しているから、各プローブの一端及び他端のいずれか一方に作用する押圧力が他方に伝達されてしまうし、針先の高さ位置を揃えることが難しい。その結果、従来の装置では、被検査体の電極と針先との間に作用する接触圧が一定にならない。
【００１０】
本発明の目的は、プローブの一端及び他端の一方に作用する押圧力が他方に影響を及ぼすことを防止すると共に、針先の高さ位置を容易に一定にすることができるようにすることにある。
【００１１】
【解決手段、作用、効果】
本発明に係る電気的接続装置は、上下方向に間隔をおいた水平の上板及び下板と、該上板及び下板の間に配置された水平の中板と、前記上板、前記下板及び前記中板に上下方向に通されて前記上板及び前記下板の間の領域において曲げられた複数のプローブとを含む。前記中板は、中間板部材を上板部材及び下板部材の間に配置している。前記プローブは、前記上板部材、前記中間板部材及び前記下板部材を貫通してそれら板部材に把持されている。
【００１２】
上板、中板、下板及びプローブは、上記のように組み立てられた状態において、各プローブの下端（針先）が被検査体の電極に押圧されるプローブ組立体として用いることができる。各プローブは、その上端が下方へ押されると、中板より上方の領域において弾性変形し、下端が上方へ押されると、中板より下方の領域において弾性変形する。
【００１３】
このため、各プローブの一端及び他端の一方に作用する押圧力が他方に影響を及ぼさない。また、プローブをプローブ支持体に組み付けた後に、プローブの上端及び下端の高さ位置を揃える加工を行うことができるから、針先の高さ位置を容易に揃えることができる。それらの結果、針先の高さ位置が一定に維持され、被検査体の電極と針先との間の接触圧が隣り合うプローブ同士で同じになる。
【００１４】
各プローブは、これが弾性変形されるとき前記中板の箇所において上下方向へ変位しない状態に、前記上板部材、前記下板部材及び前記中間板部材に把持されていてもよい。そのようにすれば、各プローブは、中板より上方の領域及び下方の領域のそれぞれにおいて確実に独立して弾性変形する。
【００１５】
前記中間板部材は、これのプローブ貫通穴が前記上板部材及び前記下板部材のプローブ貫通穴に対し水平方向に変位されて、前記上板部材及び前記下板部材と共同して前記プローブを把持していてもよい。そのようにすれば、各プローブは、中板より上方の領域及び下方の領域のそれぞれにおいて確実に独立して弾性変形する。
【００１６】
前記上板、前記中板及び前記下板は複数のねじ部材により分離可能に結合されていてもよい。そのようにすれば、プローブ支持体へのプローブの組み付け及びプローブ支持体の組み立てが容易になる。
【００１７】
前記下板は、前記プローブが通された水平の第１の板部材と、該第１の板部材の上に配置されて該第１の板部材と共に上方に開放する第１の凹所を形成する１以上の第１の枠部材とを備え、前記上板は、前記プローブが通された水平の第２の板部材と、該第２の板部材の下に配置されて該第２の板部材と共に下方に開放する第２の凹所を形成する１以上の第２の枠部材とを備えることができる。
【００１８】
電気的接続装置は、さらに、前記上板の上に配置された接続板と、該接続板を上方から下方に挿入されて前記プローブの上端部に個々に電気的に接続された複数の配線とを含むことができる。そのようにすれば、配線の端部を接続板に組み付けた状態で、接続板及び上板を結合させることにより、配線とプローブとは、配線の端面とプローブの上端とが相互に押圧されて、電気的に接続される。
【００１９】
電気的接続装置は、さらに、複数のテスターランドを上面に有すると共に開口を中央に有する基板であって前記接続板が下面に組み付けられた基板を含み、各配線は前記開口を通って前記接続ランドに電気的に接続されたケーブルを含むことができる。そのようにすれば、電気的接続装置をプローブカードとして用いることができる。
【００２０】
各ケーブルは、一端部が前記接続板に挿入されて前記プローブに接触されかつ他端部が前記テスターランドに電気的に接続された芯線と、該芯線の周りに配置された電気絶縁層とを含むことができる。
【００２１】
各ケーブルは、さらに、前記電気絶縁層の周りに配置された電気的シールド層を含むことができる。
【００２２】
本発明の電気的接続装置は、例えば、プローブのための貫通穴をそれぞれ有する、上板、中板及び下板をそれらの貫通穴の軸線が一致する状態に維持し、その状態でプローブを上板、中板及び下板に通し、次いで中板部材を上板部材及び下板部材に対し変位させて、プローブを上板部材、中板部材及び下板部材に把持させ、次いで少なくとも中板を上板及び下板に対して所定の方向に所定量移動させ、その状態に上板、中板及び下板を堅固に結合させることにより、プローブ組立体に容易に組み立てることができる。
【００２３】
接続板を用いる場合は、例えば、上記のようにプローブ組立体を組み立てた後、接続板と上板とを堅固に結合させればよい。また、接続板及び基板を用いる場合は、接続板とプローブ組立体とを結合させた後、接続板を基板に組み付けてもよいし、接続板を基板に組み付けた後に、接続板とプローブ組立体とを結合させてもよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１〜図６を参照するに、電気的接続装置１０は、図６に示すように、半導体ウエーハ１２上の複数（図１に示す例では、８つ）の集積回路を被検査体１４とし、それらの被検査体１４を同時に検査するプローブカードとして用いられる。各被検査体１４は、矩形の形状を有しており、また矩形の辺の方向に間隔をおいた複数の電極１６を各辺に有している。
【００２５】
電気的接続装置１０は、円板状の配線基板２０と、配線基板２０の下面に組み付けられた接続板２２と、接続板２２から配線基板２０に伸びる複数の配線２４と、接続板２２の下側に組み付けられたプローブ組立体２６とを含む。
【００２６】
配線基板２０は、ガラス入りエポキシやセラミック等の電気絶縁材料を用いて製作されている。配線基板２０は、これの中央領域を厚さ方向に貫通する開口２８を中央に有しており、テスターに電気的に接続される複数のテスターランド３０を周縁部に多重に有しており、複数の接続ランド３２を開口２８の対向する２つの辺の外側に有している。
【００２７】
開口２８は、同時に検査する集積回路の配置領域よりやや大きい矩形の形状を有している。テスターランド３０と接続ランド３２とは、図示しない接続線により、一対一の関係に電気的に接続されている。そのような接続線は、印刷配線技術のような適宜の手法により、配線基板２０内に形成された配線とすることができる。
【００２８】
接続板２２は、電気絶縁材料により、配線基板２０の開口２８より大きい矩形の形状に製作されている。接続板２２は、開口２８とほぼ同じ大きさを有する矩形の浅い上向きの凹所３４を有しており、また接続板２２を厚さ方向に貫通して凹所３４に達する複数の貫通穴３６を有している。
【００２９】
各配線２４は、図６に示すように、導電性の芯線３８をその周りを覆う電気絶縁層４０により保護したケーブルを用いている。各配線２４の一端部は、電気絶縁層４０が剥離されて露出された芯線３８が貫通穴３６に挿入されており、また芯線３８の露出した端部において接着剤４２により接続板２２に結合されている。図示してはいないが、ケーブルは、電気的シールド層を電気絶縁層の周りに配置している。
【００３０】
各芯線３８の一端面は、ほぼ接続板２２の下面の高さ位置に維持されている。各配線２４の他端部は、電気絶縁層４０が剥離されて、芯線３８の露出した端部において半田のような導電性の接着剤により接続ランド３２に結合されている。
【００３１】
プローブ組立体２６は、接続板２２とほぼ同じ大きさの矩形の平面形状を有する直方体に形成されている。プローブ組立体２６は、矩形の下板４４に矩形の中板４６を載置し、中板４６に矩形の上板４８を載置している。
【００３２】
下板４４は、矩形の第１の板部材５０に矩形の第１の枠部材５２を載置している。中板４６は、枠部材５２に載置されている。上板４８も、矩形の第２の枠部材に矩形の第２の板部材を載置した構造としてもよい。
【００３３】
第１の板部材５０、第１の枠部材５２、中板４６及び上板４８は、上記のように重ねられた状態で、複数のねじ部材５４により相互に結合されて、複数のプローブ５６を支持するプローブ支持体５８を構成している。第１の板部材５０と第２の枠部材５２とは、下板４４を形成している。ねじ部材５４は、上板４８、中板４６及び枠部材５２を貫通して、第１の板部材５０に螺合されている。
【００３４】
第１の板部材５０は上方に開放する凹所６０を枠部材５２と共同して形成しており、上板４８は下方に開放する凹所６２を有している。中板４６は、凹所６０，６２を閉鎖するように、枠部材５２と上板４８との間に配置されている。凹所６０，６２及び第１の枠部材５２の内側空間は、平面的に見て、配線基板２０の開口２８とほぼ同じ大きさ及び形状を有している。
【００３５】
図６及び図７に示すように、第１の板部材５０はこれを厚さ方向に貫通して凹所６０に開口する複数の貫通穴６４を有しており、中板４６はこれを厚さ方向に貫通する複数の貫通穴６６を有しており、上板４８はこれを厚さ方向に貫通して凹所６２に開口する複数の貫通穴６８を有している。貫通穴６４，６６，６８は、同じ大きさの直径寸法を有しており、また相互に及び接続板２２の貫通穴３６に対応されている。
【００３６】
図４に示すように、中板４６は、水平の中間板部材４６ａを水平の上板部材４６ｂ及び下板部材４６ｃの間に重ねて配置した合板の形を有している。しかし、中間板部材４６ａは、これが上板部材４６ｂ及び下板部材４６ｃに結合されていない状態において、上板部材４６ｂ及び下板部材４６ｃに対し水平方向へ移動可能である。
【００３７】
中間板部材４６ａ、上板部材４６ｂ及び下板部材４６ｃは、それぞれ、中板４６の貫通穴６６を形成する貫通穴６６ａ、６６ｂ及び６６ｃを有している。貫通穴６６ａ、６６ｂ及び６６ｃは、ほぼ同じ直径寸法を有している。
【００３８】
各プローブ５６は、タングステンのような導電性の金属細線により弾性変形可能の針の形に形成されており、また貫通穴６８，６６（６６ａ，６６ｂ，６６ｃ）及び６４に通されている。各プローブ５６は、直径寸法、特に貫通穴６６の箇所における直径寸法が貫通穴６６のそれよりやや小さい円形の断面形状を有している。
【００３９】
各プローブ５６の上端面は、プローブ５６の上端部が貫通穴６８に上下方向へ移動可能に挿し込まれて、ほぼ上板４８の上面の高さ位置とされている。各プローブ５６の下端部は、貫通穴６４を上下方向へ移動可能に貫通して第１の板部材５０から下方に突出されている。
【００４０】
貫通穴６６において、水平方向における貫通穴６６ｂ及び６６ｃの位置はほぼ同じである。しかし、貫通穴６６ａは貫通穴６６ｂ及び６６ｃに対し水平方向における同じ側へ変位されている。
【００４１】
このため、プローブ５６は、中間板部材４６ａにより上板部材４６ｂ及び下板部材４６ｃの貫通穴６６ｂ及び６６ｃを形成する穴壁面に押圧されており、それによりそれらの板部材４６ａ，４６ｂ及び４６ｃに把持されて、中板４６に支持されている。
【００４２】
平面的に見て、貫通穴６８は貫通穴３６と一致している。これに対し、貫通穴６４及び６６は、相互に、並びに、貫通穴３６及び６８に対し、水平方向へ変位されている。このため、プローブ５６は、貫通穴６４，６８の間の領域において中板４６により水平方向における同じ方向に湾曲されている。
【００４３】
しかし、水平方向における貫通穴３６，６４，６８は一致していてもよい。そのようにすれば、後に説明するように、プローブ５６を貫通穴６４，６８に挿し通す作業が容易になる。
【００４４】
貫通穴６４，６６の変位量は、貫通穴６４，６６の配置ピッチとほぼ同じ程度とすることができる。貫通穴６４，６８の変位量は、わずかとすることができる。貫通穴６６，６８の変位量は、貫通穴６４，６６の変位量と同じであってもよいし、それより大きくても又は小さくてもよい。
【００４５】
各プローブ５６は、貫通穴６４，６８の間の領域において中板４６により同じ方向に湾曲されていることと、板部材４６ａ，４６ｂ，４６ｃにより把持されていることとが相まって、中板４６より上方の部位及び下方の部位のそれぞれにおいて確実に独立して弾性変形可能とされている。
【００４６】
これにより、各プローブ５６は、下端が上方へ押されると、中板４６より下方の領域において弾性変形し、上端が下方へ押されると、中板４６より上方の領域において弾性変形する。
【００４７】
プローブ組立体２６及び電気的接続装置１０は、例えば、以下のように組み立てることができる。
【００４８】
先ず、図４（Ａ）及び図５（Ａ）に示すように、貫通穴６６ａ，６６ｂ，６６ｃが上下方向に整列する状態（貫通穴６６ａ，６６ｂ，６６ｃの軸線が一致する状態）に、板部材４６ａ，４６ｂ，４６ｃが維持されると共に、各プローブ５６のための貫通穴６４，６６，６８が上下方向に整列する状態（貫通穴６４，６６，６８の軸線が一致する状態）に、下板４４、中板４６及び上板４８が維持される。
【００４９】
次いで、その状態で各プローブ５６が、その上端部を上板４８からわずかに突出させかつ下端部を下板５０から突出させた状態に、貫通穴６４，６６（６６ａ，６６ｂ，６６ｃ），６８に通される。
【００５０】
次いで、図４（Ｂ）に示すように、プローブ５６を挟持するように、中板４６の中間部材４６ａが上板部材４６ｂ及び下板部材４６ｃに対して水平方向に所定量移動される。これにより、プローブ５６は中板４６に支持される。
【００５１】
次いで、図４（Ｃ）及び図５（Ｂ）に示すように、中板４６及び上板４８が下板４４に対してそれぞれ水平方向に所定量移動され、その状態に下板４４、中板４６及び上板４８がねじ部材５４により堅固に結合される。
【００５２】
板部材４６ａ，４６ｂ，４６ｃは、下板４４、中板４６及び上板４８をねじ部材５４により結合させることにより、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示す状態に結合させてもよいし、それ以前に他のねじ部材により図４（Ｂ）に示す状態に結合させてもよく、さらにはそのような状態に接着剤により固定してもよい。
【００５３】
上記のように組み立てられたプローブ組立体２６は、図３及び図６に示すように、上板４８を接続板２２に図示しない複数のねじ部材により堅固に結合される。接続板２２とプローブ組立体２６とを結合させた後に、配線基板２０と接続板２２とを組み付けてもよいし、接続板２２と配線基板２０とを組み付けた後に、接続板２２とプローブ組立体２６とを結合させてもよい。
【００５４】
接続板２２とプローブ組立体２６とを結合させるとき、各プローブ５６は、その上端面を対応する配線２４の芯線３８により下方に押される。これにより、各プローブ５６は、上端を下方に押されて、中板４６より上方のプローブ領域で弾性変形する。このときの弾性変形は、中板４６より下方のプローブ領域に影響を及ぼさない。
【００５５】
下板４４，中板４６及び上板４８の水平面内での位置関係、並びに、プローブ組立体２６、接続板２２及び配線基板２０の水平面内での位置関係は、プローブ組立体２６の第１の板部材５０、枠部材５２、中板４６及び上板４８を相互に位置決めた状態で、それらをねじ部材５４により結合することにより、並びに、接続板２２及び配線基板２０を貫通してプローブ組立体２６に挿入された複数の位置決めピン７０（図１参照）により、一定の関係に維持される。
【００５６】
被検査体１４の通電試験時、電気的接続装置１０は、図６に示すように、各プローブ５６の下端（針先）を被検査体１４の電極１６に当接された状態で、図６に示すように、各プローブ５６の下端（針先）を被検査体１４の電極１６に押圧される。
【００５７】
このとき、各プローブ５６は、これが中板４６に把持されているから、中板４６より下方のプローブ領域において弾性変形することにより、下端が電極１６に対しわずかに水平方向へ移動して、電極１６にこすり作用を与える。このときの弾性変形は、プローブ５６が中板４６に把持されていることから、中板４６より上方のプローブ領域に影響を及ぼさない。
【００５８】
電気的接続装置１０においては、各プローブ５６の下端及び上端のいずれか一方に作用する押圧力が他方に影響を及ぼさないように、各プローブ５６が中板４６に把持されていることにより、各プローブ５６が中板４６より上方のプローブ領域及び下方のプローブ領域のそれぞれにおいて確実に独立して弾性変形する。
【００５９】
これにより、プローブ５６をプローブ支持体５８に組み付けた後に、プローブ５６の上端及び下端の高さ位置を揃える加工を行うことができ、針先の高さ位置を容易に揃えることができる。その結果、針先の高さ位置が一定に揃えられ、被検査体１４の電極１６と針先との間の接触圧が一定になる。
【００６０】
また、上記の実施例では、プローブ組立体２６に組み立てられた状態において、平面的に見て、貫通穴６４，６８の軸線をわずかに変位させてプローブ５６の上端部と下端部とをわずかにずらせているが、図７に示すように、貫通穴６４と６８とを貫通穴６６に対して反対側に位置させてプローブ５６をステップ状に変形させることにより、プローブ５６の上端部と下端部とをずらせてもよいし、プローブ５６の上端部と下端部とをずらすことなく、一致させてもよい。
【００６１】
本発明は、プローブ組立体が半導体ウエーハの上側又は下側となる状態で使用してもよいし、プローブ組立体を斜めにした状態で使用してもよい。
【００６２】
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平面図であって、配線の大部分を除去して示す図である。
【図２】図１に示す電気的接続装置の正面図である。
【図３】図１における３−３線に沿って得た断面図である。
【図４】図１に示す電気的接続装置のプローブ組立体の一部の拡大断面図であって、プローブ組立体の組み立て方法を説明するための断面図である。
【図５】図１に示す電気的接続装置のプローブ組立体の組み立て方法を説明するための断面図である。
【図６】図１に示す電気的接続装置のプローブを被検査体の電極に押圧した状態を示す断面図である。
【図７】プローブ組立体の他の実施例を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１０電気的接続装置
１２半導体ウエーハ
１４被検査体
１６電極
２０配線基板
２２接続板
２４配線
２６プローブ組立体
２８開口
３０テスターランド
３２接続ランド
３４，６０，６２凹所
３６，６４，６６，６８貫通穴
３８芯線
４０電気絶縁層
４２接着剤
４４下板、
４６中板
４８上板
５０第１の板部材
５２第１の枠部材
５６プローブ
５８プローブ支持体
４６ａ中間板部材
４６ｂ上板部材
４６ｃ下板部材

Claims

上下方向に間隔をおいた水平の上板及び下板と、該上板及び下板の間に配置された水平の中板と、前記上板、前記下板及び前記中板に上下方向に通されて前記上板及び前記下板の間の領域において曲げられた複数のプローブとを含み、
前記中板は、中間板部材を上板部材及び下板部材の間に配置しており、
前記プローブは、前記上板部材、前記中間板部材及び前記下板部材を貫通してそれら板部材に把持されている、電気的接続装置。
各プローブは、これが弾性変形されるとき前記中板の箇所において上下方向へ変位しない状態に、前記上板部材、前記下板部材及び前記中間板部材に把持されている、請求項１に記載の電気的接続装置。
前記中間板部材は、これのプローブ貫通穴が前記上板部材及び前記下板部材のプローブ貫通穴に対し水平方向に変位されて、前記上板部材及び前記下板部材と共同して前記プローブを把持している、請求項１又は２に記載の電気的接続装置。
前記上板、前記中板及び前記上板は複数のねじ部材により分離可能に結合されている、請求項項１から３のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
前記下板は、前記プローブが通された水平の第１の板部材と、該第１の板部材の上に配置されて該第１の板部材と共に上方に開放する第１の凹所を形成する１以上の第１の枠部材とを備え、前記上板は、前記プローブが通された水平の第２の板部材と、該第２の板部材の下に配置されて該第２の板部材と共に下方に開放する第２の凹所を形成する１以上の第２の枠部材とを備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
さらに、前記上板の上に配置された接続板と、該接続板を上方から下方に挿入されて前記プローブの上端部に個々に電気的に接続された複数の配線とを含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
さらに、複数のテスターランドを上面に有すると共に開口を中央に有する基板であって前記接続板が下面に組み付けられた基板を含み、各配線は前記開口を通って前記接続ランドに電気的に接続されたケーブルを含む、請求項６に記載の電気的接続装置。
各ケーブルは、一端部が前記接続板に挿入されて前記プローブに接触されかつ他端部が前記テスターランドに電気的に接続された芯線と、該芯線の周りに配置された電気絶縁層とを含む、請求項７に記載の電気的接続装置。