JP2006003191A - 電気的接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板の上面及びその上方空間を有効に利用可能にすることにある。
【解決手段】 電気的接続装置は、複数の接続ランドを下面に有する基板と、基板の中央に位置された支持体であって、基板と平行に伸びかつ厚さ方向に貫通する複数の第１の貫通穴を有する板部、及び板部と共同して内側空間を形成すべく板部の上方に位置する支持部を備える支持体と、板部の下側に配置されたプローブ組立体であって、上下方向へ伸びる複数のプローブを備えると共に、プローブが状態に差し込まれた複数の第２の貫通穴を有するプローブ組立体と、プローブと前記接続ランドとを接続する複数の配線であって一端が第１の貫通穴に上方から差し込まれた複数の配線とを含む。支持部は内側空間をその周りの外側空間に連通させる連通空間を有しており、配線は連通空間に通されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被検査体としての集積回路とその検査装置の電気回路とを電気的に接続するプローブカードのような電気的接続装置に関する。
〔用語の定義〕

本発明においては、基板の厚さ方向を上下方向といい、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、各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、電気的接続装置の実際の使用に際しては、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使用してもよい。

半導体デバイスのような集積回路は、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、針先を集積回路の電極に押圧される複数のプローブ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。

この種の電気的接続装置の１つとして、上板を支持板の下側に配置し、下板を上板の下方に間隔をおいて配置し、上板及び下板の間に中板を配置し、ニードルタイプの複数のプローブを下板及び上板に上下方向に貫通させ、各プローブの下端（針先）を被検査体の電極に押圧する、縦型の装置がある（特許文献１）。

特開２００２−３６５３１０号公報

上記の従来技術において、支持板に複数の貫通穴を形成し、支持板の貫通穴に差し込まれた配線の一端部に各プローブの上端を接触させ、その配線の他端部を配線基板のような基板の接続ランドに半田付けしている。

上記縦型の電気的接続装置は、Ｌ字状に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、またプローブ、ひいては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集積回路、特に半導体ウエーハから切断されていないいわゆる未切断の集積回路の通電試験に好適である。

しかし、上記従来の縦型の電気的接続装置では、プローブと接続ランドとを接続する配線が基板の上側を通るため、基板の上面及び基板の上方空間を有効に利用することができない。

本発明の目的は、基板の上面及びその上方空間を有効に利用可能にすることにある。

本発明に係る電気的接続装置は、複数の接続ランドを下面に有する基板と、該基板の中央に位置された支持体であって、前記基板と平行に伸びかつ厚さ方向に貫通する複数の第１の貫通穴を有する板部、及び該板部と共同して内側空間を形成すべく前記板部の上方に位置する支持部を備える支持体と、前記板部の下側に配置されたプローブ組立体であって、上下方向へ伸びる複数のプローブを備えると共に、該プローブが差し込まれた複数の第２の貫通穴を有するプローブ組立体と、前記プローブと前記接続ランドとを接続する複数の配線であって一端が前記第１の貫通穴に上方から差し込まれた複数の配線とを含む。前記支持部は前記内側空間をその周りの外側空間に連通させる連通空間を有しており、前記配線は前記連通空間に通されている。

複数の配線は、第１の貫通穴から、支持体の連通空間を通り抜けて、支持体の周りの外側空間に達し、さらに基板の下面に配置された接続ランドに接続されている。このため、基板の上面及びその上方空間を有効に利用することができる。

前記支持部は前記連通空間を囲む枠部材を含み、前記連通空間は前記枠部材に形成された穴を含むことができる。

複数の前記内部空間が前記支持部に形成されていてもよい。そのようにすれば、プローブ数が多くても、配線を複数のグループに分けて、グループ毎に連通空間に通すことができる。このため、装置が簡略化し、しかも装置の製造及び保守管理が容易になる。

前記プローブ組立体は、さらに、前記板部の下側に前記板部と平行に配置された第１の板状部材であって前記複数の第２の貫通穴が当該第１の板状部材をこれの厚さ方向に貫通する状態に形成された第１の板状部材と、該第１の板状部材から下方に間隔をおきかつ前記第１の板状部材と平行の第２の板状部材であってこれの厚さ方向に貫通する第３の貫通穴を有する第２の板状部材とを備え、各プローブは、前記第２の貫通に差し込まれていると共に、前記第３の貫通穴を貫通していてもよい。

前記プローブ組立体は、さらに、前記第２の板状部材から下方に間隔をおきかつ前記第２の板状部材と平行の第３の板状部材であってこれの厚さ方向に貫通する第４の貫通穴を有する第３の板状部材とを備え、各プローブは、さらに、前記第４の貫通穴を貫通していてもよい。

前記プローブ組立体は、さらに、前記第１及び第２の板状部材の間に配置された枠状のスペーサを備え、各プローブの一端部及び他端部は、前記第１及び第２の板状部材と平行な面内で相互にずらされていてもよい。

前記基板は配線基板を含み、該配線基板は、これの下面に配置された前記複数の接続ランドと、テスターに接続されるべく前記配線基板の上面に配置された複数の接続部と、前記接続ランド及び前記接続部を電気的に接続する複数の配線を備えていてもよい。

電気的接続装置は、さらに、前記基板の上側に配置された板状の補強部材を含むことができる。そのようにすれば、基板が補強されるのみならず、配線が基板の他方の面（上面）に露出しないから、大きな補強部材を用いて、基板をより強固に補強することができる。

前記基板は、さらに、穴を中央に備え、前記支持体は、前記穴に配置されて前記補強部材に支持されていてもよい。そのようにすれば、装置全体の厚さ寸法（高さ寸法）を小さくすることができる。

図１〜図６を参照するに、電気的接続装置１０は、半導体ウエーハ１２上の複数（図１に示す例では、８つ）の集積回路の領域を被検査体とし、それらの被検査体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を各辺に有している。

電気的接続装置１０は、円板状の配線基板２０と、配線基板２０の上面に組み付けられた板状の補強部材２２と、配線基板２０の中央に位置された支持体２４と、支持体１６の下側に組み付けられたプローブ組立体２６と、プローブ組立体２６から配線基板２０に伸びる複数の配線２８とを含む。

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穴（すなわち、開口）３０を中央に有しており、テスターに電気的に接続されるテスターランドのような複数の接続部３２を上面の周縁部に多重に有しており、複数の接続ランド３４を穴３０の対向する２つの辺の外側下面に有している。

穴３０は、同時に検査すべき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。接続部３２と接続ランド３４とは、配線３６により、一対一の関係に電気的に接続されている。

補強板２２は、セラミックや金属等で配線基板２０より小径の円板の形に製作されており、また複数のねじ部材（図示せず）により配線基板２０の上に取り付けられている。

支持体２４は、平板状の板部４０と矩形の枠状の支持部４２とにより、上方に開放する直方体状の箱の形を有しており、また電気絶縁材料で製作されている。このため、板部４０と支持部４２とは、内部空間４４を形成している。

支持体２４は、板部４０が配線基板２０から下方へわずかに突出した状態に穴３０に受け入れられており、また支持部４２において、補強板２２の下面に複数のねじ部材のような適宜な手段により取り付けられている。

板部４０は、これの厚さ方向に貫通する複数の貫通穴４６を有している。貫通穴４６は、それぞれが複数の貫通穴４６を含む複数（図示の例では、８つ）の穴グループに分けられている。

複数の貫通穴４６は、半導体ウエーハ１２上の同時に検査すべき被検査体に穴グループ毎に対応されており、また対応する被検査体の電極の配置形状とほぼ同じ形状に配置されている。

支持部４２は、複数の板状部材を矩形に組み合わせて枠部材に形成されており、また内側空間４４をその周りの外側空間に連通させる複数の連通空間４８を矩形の対向する一対の辺に対応する箇所のそれぞれに有している。各連通空間４８は、図示の例では、長方形の断面形状を有する穴であり、各穴は支持部４２の対応する板状部材を厚さ方向に貫通している。

各配線２８は、図５に示すように、導電性の芯線５０をその周りを覆う電気絶縁層５２により保護したケーブルを用いている。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。

各配線２８の一端部は、電気絶縁層５２が剥離されて露出された芯線５０が貫通穴４６に挿入されて、芯線５０の露出した端部において接着剤５４により支持体２４の板部４０に結合されている。各芯線５０の一端面は、ほぼ板部４０の下面の高さ位置に維持されている。

各配線２８は、支持体２４の内部空間４４から、連通空間４８を通り抜けて、支持体２４の周りの外部空間であって配線基板２０の下側の外部空間に伸びている。各配線２８の他端部は、電気絶縁層５２が剥離されて、芯線５０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３４に電気的に接続されている。

プローブ組立体２６は、支持体２４の板部４０よりやや小さい矩形の平面形状を有する直方体に形成されており、また板部４０の下側に取り付けられている。

図５に示すように、プローブ組立体２６は、それぞれがほぼ同じ大きさの矩形の平面形状を有する３つの板状部材６０，６２及び６４を、これらが互いに平行になるように、複数のねじ部材により組み合わせており、またこれらの板状部材６０，６２及び６４が配線基板２０と平行になるように、板状部材６０において支持体２４の板部４０に組み付けられている。

板状部材６０及び６２の間には、スペーサ６６が配置されている。同様に、板状部材６２及び６４の間にも、スペーサ（図示せず）が配置されている。板状部材６０，６２及び６４は、それらの間に配置されたスペーサと共に、後に説明するプローブ８０を支持するプローブ支持体を構成している。

板状部材６０の厚さ寸法は、板状部材６２及び６４の厚さ寸法より大きい。板状部材６０及び６２間の間隔は、板状部材６２及び６４の間隔より大きい。

板状部材６０，６２及び６４は、それぞれ、それらの厚さ方向に貫通する複数の貫通穴７０，７２及び７４を有している。貫通穴７０，７２及び７４は、相互に及び支持体２４の貫通穴４６に個々に対応されている。

このため、貫通穴７０，７２及び７４は、いずれも、貫通穴４６の穴グループに個々に対応された複数の穴グループに分けられており、また対応する被検査体１２の電極の配置形状とほぼ同じ形状に配置されている。

板状部材６０の貫通穴７０は、配線基板２０と平行な面内において、板部４０の貫通穴４６に整合されてその貫通穴４６に連通されている。

これに対し、板状部材６２及び６４の貫通穴７２及び７４は、配線基板２０と平行な面内において、互いに一致されているが、板部４０の貫通穴４６及び板状部材６０の貫通穴７０に対しては一方向にずらされている。

しかし、貫通穴４６，７０，７２，７４を配線基板２０と平行な面内において一致させてもよい。

図５に示すように、各プローブ８０は、タングステン線のような導電性金属細線により、貫通穴７０，７２及び７４の直径寸法よりやや小さい直径寸法を有する円形の断面形状の弾性変形可能の針の形に製作されており、また貫通穴７０，７２及び７４に上下方向へ移動可能に通されて、貫通穴７０，７２及び７４を貫通している。

各プローブ８０の上端面は、プローブ８０の上端部が貫通穴７０に上下方向へ移動可能に下方から挿し込まれており、また配線２８の芯線５０の下端面に接触されて、ほぼ板状部材６０の上面の高さ位置に制限されている。

図５及び図６に示すように、各プローブ８０は、貫通穴７２及び７４を通り抜けることができない突出部８２を板状部材６２及び６４の間に備えている。各突出部８２は、図示の例では、プローブ８０の所定の箇所を直径方向に押し潰した扁平の形状を有している。

各プローブ８０のうち、突出部８２より下方の部分は、板状部材６４から下方に突出した針先部とされている。針先部は、直径寸法を先端（針先）側ほど小さくされている。

各プローブ８０は、貫通穴７２及び７４が配線基板２０と平行の面内において貫通穴４６及び７０に対し一方向に変位されていることと、突出部８２が板状部材６４に接触した状態に芯線５０により押圧されていることとから、板状部材６０及び６２の間の領域において同じ側に湾曲されている。

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。

先ず、プローブ８０の先端部が板状部材６４の貫通穴７４に通され、プローブ８０の突出部８２より上方の部位が板状部材６２の貫通穴７２に通され、プローブ８０の上端部が板状部材６０の貫通穴７０に通されるように、板状部材６０，６２及び６４が重ねられて組み合わされる。

次いで、板状部材６０と、他の板状部材６２及び６４とが相対的に変位されて、貫通穴７２及び７４が上下方向に整列しかつ貫通穴７０及び他の貫通穴７２，７４が整列しない状態に、板状部材６０，６２及び６４が維持される。これにより、貫通穴７０が貫通穴７２及び７４に対し水平方向に変位されるから、プローブ８０は板状部材６０及び６２の間において一方向に弾性変形して確実に曲げられる。

上記のように組み立てられた状態において、各プローブ８０はその上端部を板状部材６０からわずかの突出させている。プローブ組立体２６は、複数のねじ部材（図示せず）により、補強板２２を介して配線基板２０に堅固に結合される。

プローブ組立体２６が配線基板２０及び補強板２２に結合されるとき、各プローブ８０は、その上端面を対応する配線２８の芯線５０により下方に押される。これにより、各プローブ８０は、上端を下方に押されることにより、図５に一点鎖線で示すように、突出部８２を板状部材６４に押圧され、板状部材６２より上方の領域で弾性変形する。

板状部材６０．６２及び６４の水平面内での位置関係、並びに、プローブ組立体２６，補強板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の板状部材６０，６２，６４を相互に位置決めた状態で、それらをねじ部材により結合することにより、並びに、配線基板２０及び補強板２２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（図示せず）により、一定の関係に維持される。

被検査体１２の通電試験時、電気的接続装置１０は、プローブ８０の下端（針先）が被検査体１２の電極に当接された状態で、各プローブ８０の下端を被検査体１２の電極に押圧される。

プローブ８０の下端が被検査体１２の電極に押圧されると、プローブ８０は、図５に実線で示すように、所定のオーバードライブを受けて、板状部材６０及び６２の間の領域において弾性変形する。これにより、プローブ８０は、これの針先部が貫通穴７４を遊びを有して貫通していることに起因して、その下端が被検査体１２の電極に対しわずかに水平方向へ移動して、その電極にこすり作用を与える。

上記オーバードライブによるプローブ８０の過大な変位は、突出部８２が板状部材６２に当接することにより抑えられる。また、プローブ８０は、オーバードライブにより、板状部材６０及び６２の間の領域において確実に変形する。

連通空間４８を穴とする代わりに、支持部４２にこれの上方から形成した切り込みのような連通空間としてもよいし、複数の支柱により支持部を形成してそれら支持部の間の空間を連通空間としてもよい。

本発明は、プローブ組立体が被検査体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。

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一実施例を示す底面図であって、配線を除去して示す図である。 図１における２−２線にそっれ得た断面図である。 支持体及びプローブ組立体近傍の拡大断面図である。 支持体の一実施例を示す斜視図である。 プローブ組立体の一部の拡大断面図である。 プローブの一実施例を示す図であって、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図である。

符号の説明

１０ 電気的接続装置
１２ 被検査体
２０ 配線基板
２２ 補強板
２４ 支持体
２６ プローブ組立体
２８ 配線
３０ 穴
３２ 接続部
３４ 接続ランド
３６ 配線基板の配線
４０ 板部
４２ 支持部
４４ 内部空間
４６ 貫通穴
４８ 連通空間
５０ 芯線
５２ 電気絶縁層
５４ 接着剤
６０，６２，６４ 板状部材
７０，７２，７４ 貫通穴
８０ プローブ
８２ 突出部

Claims (9)

1. 複数の接続ランドを下面に有する基板と、
   該基板の中央に位置された支持体であって、前記基板と平行に伸びかつ厚さ方向に貫通する複数の第１の貫通穴を有する板部、及び該板部と共同して内側空間を形成すべく前記板部の上方に位置する支持部を備える支持体と、
   前記板部の下側に配置されたプローブ組立体であって、上下方向へ伸びる複数のプローブを備えると共に、該プローブが差し込まれた複数の第２の貫通穴を有するプローブ組立体と、
   前記プローブと前記接続ランドとを接続する複数の配線であって一端が前記第１の貫通穴に上方から差し込まれた複数の配線とを含み、
   前記支持部は前記内側空間をその周りの外側空間に連通させる連通空間を有しており、前記配線は前記連通空間に通されている、電気的接続装置。
2. 前記支持部は前記内部空間を囲む枠部材を含み、
   前記連通空間は前記枠部材に形成された穴を含む、請求項１に記載の電気的接続装置。
3. 複数の前記連通空間が前記支持部に形成されている、請求項１及び２のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
4. 前記プローブ組立体は、さらに、前記板部の下側に前記板部と平行に配置された第１の板状部材であって前記複数の第２の貫通穴が当該第１の板状部材をこれの厚さ方向に貫通する状態に形成された第１の板状部材と、
   該第１の板状部材から下方に間隔をおきかつ前記第１の板状部材と平行の第２の板状部材であってこれの厚さ方向に貫通する第３の貫通穴を有する第２の板状部材とを備え、
   各プローブは、前記第２の貫通に差し込まれていると共に、前記第３の貫通穴を貫通している、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. 前記プローブ組立体は、さらに、前記第２の板状部材から下方に間隔をおきかつ前記第２の板状部材と平行の第３の板状部材であってこれの厚さ方向に貫通する第４の貫通穴を有する第３の板状部材とを備え、
   各プローブは、さらに、前記第４の貫通穴を貫通している、請求項４に記載の電気的接続装置。
6. 前記プローブ組立体は、さらに、前記第１及び第２の板状部材の間に配置された枠状のスペーサを備え、
   各プローブの一端部及び他端部は、前記第１及び第２の板状部材と平行な面内で相互にずらされている、請求項４及び５のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
7. 前記基板は配線基板を含み、該配線基板は、これの下面に配置された前記複数の接続ランドと、テスターに接続されるべく前記配線基板の上面に配置された複数の接続部と、前記接続ランド及び前記接続部を電気的に接続する複数の配線を備える、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、前記基板の上側に配置された板状の補強部材を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
9. 前記基板は、さらに、穴を中央に備え、前記支持体は、前記穴に配置されて前記補強部材に支持されている、請求項８に記載の電気的接続装置。

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