JP2005037229A - 電気的接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 接続装置が効果的に冷却される構造とすることにある。
【解決手段】 電気的接続装置は、複数の第１の接続部を下面に備えるカード基板の下側にフレームを配置し、それぞれが複数の第２の接続部を備える複数のプローブ基板をフレームに面一に配置し、複数のプローブを各プローブ基板の下側に配置し、第１及び第２の接続部をカード基板とプローブ基板との間に配置された配線基板により一対一の関係に接続している。接続基板の配線は、上下方向へ伸びている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウエーハに形成された複数の集積回路領域の通電試験に用いられる電気的接続装置に関する。

本発明においては、支持基板としてのカード基板の厚さ方向を上下方向といい、カード基板に対するプローブの針先の側（半導体ウエーハの側）を下方といい、カード基板に平行な直角座標の２つの方向をＸ方向及びＹ方向という。しかし、接続装置の実際の使用に際しては、カード基板の厚さ方向を斜め又は横の方向としてもよいし、上下方向を逆にしてもよい。

半導体ウエーハ上の複数の集積回路領域の同時通電試験に用いることができるプローブカードのような電気的接続装置は、例えば特許文献１及び２に記載されているように、種々提案されている。

特開平９−３２１１００号公報 特開２００１−１１６７６７号公報

これらの従来技術においては、一度に通電試験すべき集積回路領域内の電極数と同数の、プローブ、プローブ領域又はプローブ要素（以下、それらを単に「プローブ」という。）を支持基板として作用するカード基板に取り付けている。

そのため、電気的接続装置は多数のプローブを備えなければならない。そのような接続装置においては、加熱試験にともなう半導体ウエーハの加熱、通電にともなう半導体ウエーハ自体やプローブ自体の発熱等により、接続装置自体が高温になるから、接続装置自体を冷却することが重要である。

しかし、従来のこの種の接続装置は、プローブを針押えやフレーム等によりプローブ基板に取り付けているため、接続装置、特にプローブを支持している針押えやフレーム等が効果的に冷却されず、それらの温度上昇にともなってプローブの針先と集積回路の電極との間に相対的な位置ずれが生じ、その結果正確な試験（検査）結果を得られないことがあった。

本発明の目的は、接続装置が効果的に冷却される構造とすることにある。

本発明に係る電気的接続装置は、複数の第１の接続部を下面に備えるカード基板と、該カード基板の下側に配置されたフレームと、該フレームに面一に位置する状態に配置された複数のプローブ基板であってそれぞれが前記第１の接続部に個々に接続された複数の第２の接続部を上面に備えると共に該第２の接続部に個々に接続された複数の第３の接続部を下面に備える複数のプローブ基板と、前記第３の接続部に個々に配置された複数のプローブと、前記第１及び第２の接続部を一対一の関係に接続する複数の配線を少なくとも一方の面に備える接続基板とを含む。前記接続基板は、前記配線が上下方向へ伸びる状態に、前記カード基板と前記プローブ基板との間に配置されている。

本発明の電気的接続装置においては、接続基板をその配線が上下方向に伸びる状態にカード基板とプローブ基板との間に配置しているから、空気の流動を許す空間がカード基板とプローブ基板との間に形成される。このため、そのような空間を流動する空気により、接続装置特にカード基板及びプローブ基板が効果的に冷却される。

上記の結果、複数のプローブ基板を用いることと相まって、接続装置特にプローブ基板の温度上昇にともなうプローブの針先と集積回路の電極との相対的位置ずれが防止されて、正確な試験（検査）結果を得ることができる。

電気的接続装置は、さらに、前記第１の接続部に個々に接続された複数の第１の端子を備える第１のコネクタであって前記カード基板の下面に配置された第１のコネクタと、前記第２の接続部に個々に接続された複数の第２の端子を備える第２のコネクタであって前記プローブ基板の上面に配置された第２のコネクタとを含み、前記接続基板は、各配線が前記第１及び第２の端子に接続された状態に前記第１及び第２のコネクタに結合されて、前記第１及び第２の接続部を一対一の関係に接続していてもよい。そのようにすれば、接続装置の組み立て作業が容易になる。

前記第１のコネクタは、下方に開放する第１のスロットを有すると共に、該第１のスロットの少なくとも一方の側面に前記端子を備えており、前記第２のコネクタは、下方に開放する第２のスロットを有すると共に、該第２のスロットの少なくとも一方の側面に前記端子を備えており、前記接続基板の上端部及び下端部は、それぞれ、前記第１及び第２のスロットに嵌合されていてもよい。そのようにすれば、接続基板は、その配線が第１及び第２の端子に接続された状態に、確実に維持される。

各プローブ基板はその中央においてねじ部材により前記フレームに取り付けられていてもよい。そのようにすれば、プローブ基板が熱膨張しても、その熱膨張がプローブ基板の中央部からその周りの方向となるから、複数のプローブ基板を合わせた大きさと同じ大きさの単一の基板を支持用の基板として用いる場合に比べ、各プローブ基板の熱膨張量が少なくなる。

各プローブ基板は、当該プローブ基板と平行の面内で熱伸縮可能に隣のプローブ基板と共にそれらの境界の複数箇所において前記フレームに取り付けられていてもよい。そのようにすれば、プローブ基板が複数箇所においてフレームに取り付けられているにもかかわらず、各プローブ基板の熱伸縮が阻害されず、その結果、湾曲、ゆがみ、ねじれ等、プローブ基板の変形が防止される。

前記フレームは、矩形の枠部と、第１の方向に間隔をおいて前記第１の方向と交差する第２の方向に伸びる状態に前記枠部に取り付けられた複数の長板部とを備え、各プローブ基板は前記長板部の下側に取り付けられていてもよい。そのようにすれば、隣り合う長板部の間の空間を空気の流路として作用させることができる。

各プローブは、前記第３の接続部に片持ち梁状に取り付けられて、下方に突出されていてもよい。そのようにすれば、プローブの針先を集積回路の電極に確実に押圧することができる。

電気的接続装置は、さらに、複数の第４の接続部を一方の面に備える実装基板であって前記カード基板の上方に前記カード基板と平行に配置された実装基板と、該実装基板の他方の面に配置された複数の電子部品であってそれぞれが前記第４の接続部に個々に接続された複数の端子を備える電子部品と、複数の第３の端子を備える第３のコネクタであって前記カード基板の上面に取り付けられた第３のコネクタと、前記第４の接続部に個々に接続された複数の第４の端子を備える第４のコネクタであって前記実装基板の下面に取り付けられた第４のコネクタと、複数の第２の配線を少なくとも一方の面に備える第２の接続基板とを含み、前記カード基板は、さらに、前記第１の接続部に個々に接続された複数の第５の接続部を上面に備え、前記第２の接続基板は、前記第２の配線が上下方向へ伸びる状態に、前記カード基板と前記実装基板との間に配置されて、前記第３及び第４のコネクタに結合されていてもよい。そのようにすれば、カード基板の上方に実装基板を配置しているにもかかわらず、空気の流動を許す空間がカード基板と実装基板との間に形成されるから、そのような空間を流動する空気により、接続装置特にカード基板が効果的に冷却される。

図１〜図１０を参照するに、電気的接続装置１０は、半導体ウエーハに形成された複数の集積回路領域（未切断の集積回路）を同時に検査する装置に用いられる。半導体ウエーハは、矩形をした複数の集積回路領域をマトリクス状に有している。図示の例では、各集積回路領域は、複数の電極を１列に配置している。

電気的接続装置１０は、円板状のカード基板１２と、カード基板１２の下面に配置されたフレーム１４と、フレーム１４の下側に配置された複数のプローブ基板１６と、各プローブ基板１６に配置された複数のプローブ１８と、カード基板１２の上側に配置された複数の実装基板２０と、各実装基板２０の上面に配置された複数の電子部品２２とを含む。

カード基板１２は、ガラス入りエポキシ樹脂のような電気絶縁材料を用いて製作されており、また、図５に示すように複数の接続部２４を下面中央領域に有していると共に、他の複数の接続部２６を上面中央領域に有しており、さらに図２及び図４に示すようにテスターに接続される複数のテスターランド２８を上面外周縁部に多重に有している。

接続部２４及び２６は、カード基板１２に形成された配線パターンの一部である。接続部２４は、接続部２６及びテスターランド２８のいずれかに内部の配線により一対一の形に電気的に接続されている。接続部２４及び接続部２６の各々は、それぞれが２列ずつの複数の接続部列群とされている。

フレーム１４は、熱膨張係数の小さい金属材料を用いて製作されている。フレーム１４は、複数の長板部３０を、これらの幅方向が上下方向となる状態で矩形の枠部３２内を第１の方向に間隔をおいて第１の方向と交差する第２の方向に伸びるように、枠部３２に一体的に形成している。枠部３２は、フレーム１４をカード基板１２に取り付けるフランジ部として作用する。

図６から図１０に示すように、各プローブ基板１６は、セラミックのような電気絶縁材料を用いて矩形の形状に製作されている。各プローブ基板１６は、接続部２４に個々に電気的に接続された複数の接続部３４を上面に備えると共に、内部又は接続ビアにより接続部３４に個々に電気的に接続された複数の接続部３６を下面に備えている。

複数のプローブ基板１６は、これらの厚さ方向が上下方向となってこれらが面一となる状態に、その中央においてねじ部材３８によりフレーム１４の長板部３０の下面に取り付けられている。

接続部３４及び３６は、プローブ基板１６に形成された配線パターンの一部である。接続部３４及び３６の各々は、それぞれが２列ずつの複数の接続部列群とされている。

各プローブ基板１６は、また、これの外周縁部の複数箇所に形成された貫通穴や切欠部等の凹欠部４０に遊びをもって配置されたリング状の座４２とこの座４２に通されたねじ部材４４とにより、隣の複数のプローブ基板１６と共に、長板部３０に取り付けられている。このため、各カード基板１２は、これと平行の面内で熱伸縮可能である。

図示の例では、４つのプローブ基板１６が隙間をおいて十字状に及び面一に配置されている。しかし、プローブ基板１６の数は、同時に検査すべき集積回路数夜、プローブ基板１６自体の大きさ等により異なる。

各プローブ１８は、図１１に示すように、上下方向に間隔をおいてプローブ基板１６の幅方向へ伸びる第１及び第２のアーム部４６，４８と、両アーム部４６，４８をそれらの先端部及び基端部においてそれぞれ連結する第１及び第２の連結部５０，５２と、第１の連結部５０の下縁側に続く針先部５４と、第２の連結部５２から上方へ伸びる延長部５６と、第１及び第２のアーム部４６，４８から上方に間隔をおくように延長部５６の上端に続く取り付け部５８とを含む。

針先部５４は、第１の連結部５０の下縁部と第２のアーム部４８の先端側の下縁部とに一体的に続く台座部６０と、台座部６０の下縁部から突出する接触部６２とを備えている。

アーム部４６，４８、第１及び第２の連結部５０，５２、延長部５６、取り付け部５８及び台座部６０は、ほぼ同じ厚さ寸法を有する一体的な板の形状とされており、したがってプローブ１８は、全体的に平坦なブレードタイプのプローブとされている。しかし、プローブ１８は、ニードルタイプのような他のプローブであってもよい。

接触部６２は、截頭円錐形又は截頭角錐形の形状を有しており、またそのような円錐形又は角錐形の底面に対応する箇所において台座部６０の下面に一体的に形成されている。接触部６２の先端面は、図示の例では、集積回路領域の電極に押圧される針先として作用する。接触部６２は、半球状のバンプ電極、先鋭な突起電極、リング状の電極等、他の形状のものであってもよい。

各プローブ１８は、取り付け部５８の上端面において接続部３６の下面に半田のような導電性接着剤により接着されている。図示の例では、プローブ１８は、２列ずつの複数列に配置されている。しかし、プローブ１８は、それら針先が平板状被検査体としての集積回路領域の電極に個々に対応するように、プローブ基板１６に装着されている。

各実装基板２０は、ガラス入りエポキシ樹脂のような電気絶縁材料を用いて長板状に製作されており、また図５に示すように、複数の接続部６４を下面に備えると共に、内部配線又は接続ビアにより接続部６４に個々に電気的に接続された他の複数の接続部（図示せず）を上面に備えている。

接続部６４及び他の接続部も、実装基板２０に形成された配線パターンの一部であり、またそれぞれが２列ずつの複数の接続部列群とされている。

実装基板２０は、カード基板１２から上方に間隔をおいてプローブ１８の配列方向へ伸びていると共に、プローブ１８の配列方向と直交する方向に相互に間隔をおいている。

各電子部品２２は、複数の電極を有しており、各電極を実装基板２０の上面の図示しない他の接続部に半田のような導電性接着剤により接着されている。各実装基板２０は、複数の電子部品２２を上面に２列に配置している。

実装基板２０とカード基板１２との間には、補強板６６が配置されている。補強板６６は、金属材料を用いて円板状に製作されており、また矩形の穴６８を中央部に有している。

カード基板１２とフレーム１４とは、カード基板１２から下方へ伸びてプローブ基板１６の穴７２に通された複数の位置決めピン７０により相互の位置決めをされる。カード基板１２と補強板６６とは、カード基板から上方へ伸びて補強板の穴７４に通された図示しない複数の位置決めピンにより相互の位置決めをされる。

カード基板１２とフレーム１４と補強板６６とは、複数のボルト７６をフレーム１４の枠部３２及びカード基板１２の貫通穴７８，８０に通して補強板６６のねじ穴８２に螺合させることにより、分離可能に組み立てられる。

コネクタ８４及び８６は、それぞれ、それらが対向するように、カード基板１２の下面及びプローブ基板１６の上面に複数列に組み付けられている。同様に、コネクタ８８及び９０は、それぞれ、それらが対向するように、カード基板１２の上面及び実装基板２０の下面に複数列に組み付けられている。各コネクタ列は、カード基板１２、プローブ基板１６及び実装基板２０の接続部列群に一対一の関係に対応されている。

コネクタ８４，８６，８８及び９０の各々は、その１つ８６を図６及び図７に拡大して示すように、対応する接続部の長手方向間隔をおいて対応する接続部列群の方向に伸びる角柱状の一対の部材９２を備えており、また両部材９２の間をスロット９４としている。

各部材９２は、これの長手方向に間隔をおいて平行に伸びる複数の溝９６を隣り合う面に有している。各溝９６は、隣り合う面の溝部分が相互に連続するように，Ｌ字状に屈曲されている。各溝９６には、端子９８が配置されている。

各端子９８は、Ｌ字状に屈曲されている。各端子９８のうち、スロット９４内に位置された領域は、これがばね性を有するように弧状に湾曲されている。

各コネクタは、スロット９４が対向する相手側のコネクタに向けて開放しかつ各端子９８が対応する接続部に接触された状態に、対応する基板にねじ止めのような適宜な手段で取り付けられている。

対向するコネクタ８４及び８６並びに８８及び９０は、それぞれ、長い板状をした接続基板１００及び１０２により連結されている。

接続基板１００及び１０２の各々は、その１つ１００を図６及び図７に拡大して示すように、接続基板の長手方向に間隔をおいて接続基板の幅方向に伸びる複数の配線１０４を一方の面及び他方の面のそれぞれに有している。

各接続基板は、各配線１０４が対応するコネクタの端子９８に電気的に接続されるように、幅方向における一端部及び他端部をそれぞれ対向する一方及び他方のコネクタのスロット９４に嵌合されて、フレーム１４の長板部３０と平行に伸びている。

このため、各接続基板１００を対応するコネクタ８４，８６に嵌合させた状態で、カード基板１２、プローブ基板１６及び補強板６６を組み付け、次いで各接続基板１０２の一端部を対応するコネクタ８８に嵌合させ、その後コネクタ９０を各接続基板１０２の他端部に嵌合させることができるから、接続装置１０の組み立て作業が容易になる。

また、各接続基板を対応するコネクタに嵌合させると、接続基板１００，１０２は、それらの配線１０４が対応するコネクタの端子９８に接続された状態に、確実に維持される。

各プローブ１８は、プローブ基板１６の接続部３６，３４、コネクタ８６の端子９８、接続基板１００の配線１０４及びコネクタ８４の端子９８により、カード基板１２の下面の接続部２４に電気的に接続されている。

カード基板１２の下面のいくつかの接続部２４は、カード基板１２の内部配線によりテスターランド２８に電気的に接続されている。残りの接続部２４は、カード基板１２の内部配線により、カード基板１２の上面の接続部２６に電気的に接続されている。

各電子部品２２の各電極は、実装基板２０の接続部６４、コネクタ９０の端子９８、接続基板１０２の配線１０４及びコネクタ８８の端子９８により、カード基板１２の接続部２６に電気的に接続されている。

ほぼ２分の１の接続部２６は、また、カード基板１２の内部配線により、テスターランド２８に電気的に接続されている。

上記から明らかなように、各プローブ１８は、テスターランド２８に電気的に接続されている。各テスターランド２８はテスターに電気的に接続される。

集積回路領域の検査時、各プローブ１８の針先が集積回路領域の電極に押圧された状態で、各プローブ１８に通電される。検査内容や集積回路の種類によっては、検査の間、半導体ウエーハはこれを支持する部材に配置されたヒーターにより所定の温度に維持されることがある。

しかし、電気的接続装置１０においては、接続基板１００，１０２を、それぞれ、それらの配線１０４が上下方向に伸びる状態にカード基板１２とプローブ基板１６との間並びにカード基板１２と実装基板２０との間に並列的に配置しているから、空気の流動を許す空間がカード基板１２とプローブ基板１６との間並びにカード基板１２と実装基板２０との間に形成される。このため、そのような空間を流動する空気により、カード基板１２、プローブ基板１６及び実装基板２０が効果的に冷却される。

特に、図示の例のように、複数の長板部３０及び複数の接続基板１００，１０２が一方向に間隔をおいて並列的に伸びていることにより、それらの空間が空気の流路として作用し、空気はそれらの空間を確実に流動する。

また、フレーム１４の長板部３０と接続基板１００との間の空間、並びに、隣り合う接続基板１０２の間の空間が接続装置１０の周囲の空間に開放していることにより、それらの空間が空気の流路として確実に作用し、空気はそれらの空間を確実に流動して、接続装置１０を効果的に冷却する。

上記の結果、複数のプローブ基板１６を用いることと相まって、プローブ基板１６及びカード基板１２の温度上昇にともなうプローブ１８の針先と集積回路の電極との相対的位置ずれが防止されて、正確な試験（検査）結果を得ることができる。

接続装置１０においては、各プローブ基板１６が、その中央においてねじ部材によりフレーム１４に取り付けられているから、プローブ基板１６が熱膨張しても、その熱膨張がプローブ基板１６の中央部からその周りの方向となり、その結果複数のプローブ基板１６を合わせた大きさと同じ大きさを有する単一の基板を支持用の基板として用いる場合に比べ、各プローブ基板１６の熱膨張量が少なくなる。

また、各プローブ基板１６がプローブ基板１６と共にそれらの境界の複数箇所においてフレーム１４に遊びを有する状態に取り付けられているから、プローブ基板１６が複数箇所においてフレーム１４に取り付けられているにもかかわらず、各プローブ基板１６の熱伸縮が阻害されず、その結果、湾曲、ゆがむ、ねじれ等、プローブ基板１６の変形が防止される。

さらに、各プローブ１８がプローブ基板１６の下面の接続部３６に片持ち梁状に取り付けられて、下方に突出しているから、プローブ１８の針先を集積回路領域の電極に確実に押圧することができる。

実装基板２０を用いない場合、図１２に示すように、電子部品２２をカード基板１２の上面に配置してもよい。また、電子部品２２を接続基板１００又は１０２に配置してもよい。

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。

本発明に係る電気的接続装置の下面斜視図である。 図１に示す電気的接続装置の上面斜視図である。 図１に示す電気的接続装置の下面分解斜視図である。 図１に示す電気的接続装置の上面分解斜視図である。 図１に示す電気的接続装置の要部の拡大断面図である。 図１に示す電気的接続装置におけるプローブ基板近傍の拡大断面図である。 図１に示す電気的接続装置におけるコネクタ近傍の拡大斜視図である。 図１に示す電気的接続装置におけるプローブ基板近傍の底面図である。 図１に示す電気的接続装置におけるプローブ基板の分解斜視図である。 図１に示す電気的接続装置におけるプローブ基板の底面図である。 図１に示す電気的接続装置におけるプローブの一実施例を示す図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図である。 電気的接続装置の他の実施例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 電気的接続装置
１２ カード基板
１４ フレーム
１６ プローブ基板
１８ プローブ
２０ 実装基板
２２ 電子部品
２４，２６，３４，３６，６４ 接続部
３０ 長板部
３２ 枠部
３８，４４ ねじ部材
４０ 凹欠部
４２ 座
７０ 位置決めピン
７６ ボルト
８４，８６，８８，９０ コネクタ
９４ スロット
９８ 端子
１００，１０２ 接続基板
１０４ 配線

Claims (8)

1. 半導体ウエーハに形成された複数の集積回路領域の通電試験用電気的接続装置であって、
   複数の第１の接続部を下面に備えるカード基板と、該カード基板の下側に配置されたフレームと、該フレームに面一に位置する状態に配置された複数のプローブ基板であってそれぞれが前記第１の接続部に個々に接続された複数の第２の接続部を上面に備えると共に該第２の接続部に個々に接続された複数の第３の接続部を下面に備える複数のプローブ基板と、前記第３の接続部に個々に配置された複数のプローブと、前記第１及び第２の接続部を一対一の関係に接続する複数の配線を少なくとも一方の面に備える接続基板とを含み、前記接続基板は、前記配線が上下方向へ伸びる状態に、前記カード基板と前記プローブ基板との間に配置されている、電気的接続装置。
2. さらに、前記第１の接続部に個々に接続された複数の第１の端子を備える第１のコネクタであって前記カード基板の下面に配置された第１のコネクタと、前記第２の接続部に個々に接続された複数の第２の端子を備える第２のコネクタであって前記プローブ基板の上面に配置された第２のコネクタとを含み、前記接続基板は、各配線が前記第１及び第２の端子に接続された状態に前記第１及び第２のコネクタに結合されて、前記第１及び第２の接続部を一対一の関係に接続している、請求項１に記載の電気的接続装置。
3. 前記第１のコネクタは、下方に開放する第１のスロットを有すると共に、該第１のスロットの少なくとも一方の側面に前記端子を備えており、前記第２のコネクタは、下方に開放する第２のスロットを有すると共に、該第２のスロットの少なくとも一方の側面に前記端子を備えており、前記接続基板の上端部及び下端部は、それぞれ、前記第１及び第２のスロットに嵌合されている、請求項２に記載の電気的接続装置。
4. 各プローブ基板はその中央においてねじ部材により前記フレームに取り付けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
5. 各プローブ基板は、当該プローブ基板と平行の面内で熱伸縮可能に隣のプローブ基板と共にそれらの境界の複数箇所において前記フレームに取り付けられている、請求項４に記載の電気的接続装置。
6. 前記フレームは、矩形の枠部と、第１の方向に間隔をおいて前記第１の方向と交差する第２の方向に伸びる状態に前記枠部に取り付けられた複数の長板部とを備え、各プローブ基板は前記長板部の下側に取り付けられている、請求項５に記載の電気的接続装置。
7. 各プローブは、前記第３の接続部に片持ち梁状に取り付けられて、下方に突出されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
8. さらに、複数の第４の接続部を一方の面に備える実装基板であって前記カード基板の上方に前記カード基板と平行に配置された実装基板と、該実装基板の他方の面に配置された複数の電子部品であってそれぞれが前記第４の接続部に個々に接続された複数の端子を備える電子部品と、複数の第３の端子を備える第３のコネクタであって前記カード基板の上面に取り付けられた第３のコネクタと、前記第４の接続部に個々に接続された複数の第４の端子を備える第４のコネクタであって前記実装基板の下面に取り付けられた第４のコネクタと、複数の第２の配線を少なくとも一方の面に備える第２の接続基板とを含み、
   前記カード基板は、さらに、前記第１の接続部に個々に接続された複数の第５の接続部を上面に備え、
   前記第２の接続基板は、前記第２の配線が上下方向へ伸びる状態に、前記カード基板と前記実装基板との間に配置されて、前記第３及び第４のコネクタに結合されている、請求項２又は３に記載の電気的接続装置。

Images