JP2006030121A

JP2006030121A - プローブヘッド

Info

Publication number: JP2006030121A
Application number: JP2004212781A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Takano; 泰明高野
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2004-07-21
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】検体の電極とその電極に接触する導線の先端部の摩耗を低減するプローブヘッドを提供する。
【解決手段】基部と、可撓性基板と、前記基部と前記可撓性基板との間に挟持される多孔質弾性体と、前記可撓性基板の前記多孔質弾性体に当接する第一面の裏側の第二面上に形成され先端部が検体の電極に接触する導線と、を備えることを特徴とするプローブヘッド。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体集積回路や液晶パネル等の電子デバイスの電気的特性を検査するためのプローブヘッドに関する。

従来、プリント配線板とプリント配線板に固定されたプローブヘッドとで構成されるプローブカードと、ウェハを載置するためのテーブルと、プローブカードとテーブルとを相対的に移動させる駆動機構とを備えた検査装置（以下、プローバという。）が知られている。
特許文献１、２には、プローブが形成された可撓性基板と基部との間にウレタンゴムなどで構成されている弾性部材が挟持されているプローブヘッドが記載されている。
特許文献３には、基板の先端から導線を突出させ、導線の突出部位がシリコンゴムなどの弾性部材で支持されているプローブヘッドが記載されている。
特許文献１，２，３に記載されたプローブヘッドが装着されたプローバでは、プローブヘッドの導線を検体の電極に接触させてから、確実な導通を得るため、さらにプローブカードとテーブルとを互いに接近させる所謂オーバドライブを実施する。オーバードライブが実施されると、それらの弾性部材は圧縮される。

しかし、ウレタンゴム、シリコンゴム等の緻密な構造を有する弾性部材は、ヤング率が大きいため、わずかなオーバードライブでも大きな負荷が検体の電極と電極に接触する導線先端部とにかかる。したがって、特許文献１，２，３に記載されたプローブヘッドによると、検体の電極と、その電極に接触するプローブヘッドの導線先端部が摩耗しやすいという問題がある。

特開２００３−６６０６７号公報特開平９−１７８７７７号公報特開２００２−３２８１３８号公報

本発明は、上述の問題に鑑みて創作されたものであって、検体の電極とその電極に接触する導線の先端部の摩耗を低減するプローブヘッドを提供することを目的とする。

上記目的を達成するためのプローブヘッドは、基部と、可撓性基板と、前記基部と前記可撓性基板との間に挟持される多孔質弾性体と、前記可撓性基板の前記多孔質弾性体に当接する第一面の裏側の第二面上に形成され先端部が検体の電極に接触する導線と、を備える。尚、本明細書において、「・・・上に形成する」とは、技術上の阻害要因がない限りにおいて、「・・・上に直に形成する」と、「・・・上に中間物を介して形成する」の両方を含む意味とする。

多孔質弾性体は、緻密な構造を有する弾性体に比べるとヤング率が小さい。このため、多孔質弾性体を基部と可撓性基板との間に挟持することにより、オーバードライブによって検体の電極と導線の先端部とに加わる負荷を低減することができる。

前記多孔質弾性体のヤング率は０．２kgf/mm²以下であってもよい。
前記多孔質弾性体は、前記可撓性基板の前記第一面の全体に接してもよい。
前記多孔質弾性体は、前記可撓性基板の前記第一面と前記導線の前記先端部近傍の裏側部位で部分的に接してもよい。

はじめに、プローブヘッドの構成及び使用方法について説明する。
（第一実施例）
図１は、本発明の第一実施例によるプローブヘッドを示す側面図である。図２は、そのプローブヘッドの使用状態を示す側面図である。
図１に示すように、本発明の第一実施例によるプローブヘッド１は、基部としての取付ブロック１０と、可撓性基板２０と、取付ブロック１０と可撓性基板２０との間に挟持される多孔質弾性体３０と、可撓性基板２０の多孔質弾性体３０に当接する第一面２２の裏側の第二面２４上に所定の間隔で配列されその先端部４２が検体の電極と接触する複数の導線４０とを備える。

取付ブロック１０は、多孔質弾性体３０、可撓性基板２０及び導線４０の形状に対応して形成された切り欠き１２を有する。多孔質弾性体３０、可撓性基板２０及び導線４０は切り欠き１２に取り付けられる。また取付ブロック１０は、先端部１４に向かうほど薄くなるように形成されている。
可撓性基板２０は、ジルコニアなどのセラミックス、樹脂、金属、ガラスや、それらの積層物からなる。

多孔質弾性体３０は、シリコンゴムスポンジ、クロロプレンスポンジ、フッ素ゴムスポンジ、ウレタンスポンジ、ＰＶＣスポンジ、発泡プラスチックなどからなり、例えば空孔率８０％、空孔径５０μｍの多孔質物質である。またヤング率が０．２kgf/mm²以下であることが好ましい。多孔質弾性体３０の第一面３２は、取付ブロック１０の切り欠き１２を構成している面１６に両面テープ、接着シート、接着剤などで接合される。多孔質弾性体３０の第二面３４は、可撓性基板２０の第一面２２全体に両面テープ、接着シート、接着剤などで接合される。

導線４０はＮｉや、ＮｉＦｅ、ＮｉＭｎ、ＮｉＷ、ＮｉＰ、ＮｉＣｏなどのＮｉ合金からなり、厚さ１００μｍ以下であることが好ましい。また導線４０の先端部４２の反対側には、プローバ（図示せず）に接続されるフレキシブルプリント配線板４が導電性の接着シート、接着ペーストなどで接合される。

図２に示すように、プローブヘッド１を検体の検査に用いる場合、プローブヘッド１の導線４０を検体の電極５に対して所定の角度θで傾いた状態で接触させてから、プローブヘッド１と検体とをさらに接近させるようにオーバードライブを実施する。具体的には、プローブヘッド１を導線４０と検体の電極５とが所定の接触角θをなすような姿勢でプローバ（図示せず）に装着し、プローブユニット１を検体が載置されたテーブル（図示せず）に近づけるようにプローバの駆動機構により移動させ、接触角θで導線４０の先端部４２と電極５とを接触させた後、さらにプローブユニット１をテーブルに接近させる。導線４０と検体の電極５との接触角θは、４５°以下であることが望ましい。

本実施例によると、緻密な構造を有する弾性体に比べてヤング率の低い多孔質弾性体３０を取付ブロック１０と可撓性基板２０との間に挟持することにより、オーバードライブによって検体の電極５と導線４０の先端部４２とにかかる負荷を低減することができる。
検体の電極５と導線４０の先端部４２とにかかる負荷を低減できることにより、第一に、導線４０の磨耗速度を低下させることができるため、プローブヘッド１の寿命を向上させることができる。第二に、検体及びその電極５や、導線４０及び可撓性基板２０の破損を防止できる。特に、検体またはその電極５上にある異物に導線４０の先端部４２が接触し、その異物によって電極５と導線４０の先端部４２とに局所的な負荷がかかった場合、その負荷を多孔質弾性体３０の弾性変形によって緩和できるため、プローブヘッド１及び検体の破損を防止できる。

また本実施例によると、多孔質弾性体３０を取付ブロック１０と可撓性基板２０との間に挟持することにより、プローブヘッド１と検体とが複数の導線４０の配列方向に対して相対的に傾いた状態でオーバードライブを実施した場合、多孔質弾性体３０の弾性変形によって、プローブヘッド１と検体との間の相対的な傾きを補正し全ての導線４０を検体の電極５に確実に接触させることができる。さらに、多孔質弾性体３０はヤング率が低く変位量の変化に対して荷重の変化が小さいため、プローブヘッド１と検体との間の導線４０の配列方向に対する相対的な傾きを補正したときに多孔質弾性体３０の変位量が導線４０の配列方向で異なっても、導線４０の先端部４２と検体の電極５との接触圧のばらつきを小さくすることができる。したがって、導線４０と検体の電極５に過剰な負荷を加えることなく、全ての導線４０を検体の電極５に確実に導通させることができる。
なお導線４０と検体の電極５との接触角θは、多孔質弾性体３０の上述の作用を十分に機能させる４５°以下にすることが望ましい。

（第二実施例）
図３は、本発明の第二実施例によるプローブヘッド及びその使用状態を示す側面図である。
図３に示すように、第二実施例によるプローブヘッド２では、導線４０の先端近傍部位に検体の電極５と接触するバンプ４４が形成されている。バンプ４４は、導線４０の可撓性基板２０と接する面の裏面に形成されている。
プローブヘッド２を検体の検査に用いる場合、電極５の表面に対して導線４０の長手方向軸線が傾斜するようにバンプ４４と検体の電極５とを接触させてもよいし、または電極５の表面と導線４０の長手方向軸線が平行になるようにバンプ４４と検体の電極５とを接触させてもよい。

（第三実施例）
図４は、本発明の第三実施例によるプローブヘッド及びその使用状態を示す側面図である。
図４に示すように、第三実施例によるプローブヘッド３では、多孔質弾性体３０が可撓性基板２０の第一面２２と導線４０の先端部４２側で部分的に接合されている。これに伴って取付ブロック１０の切り欠き１２は、多孔質弾性体３０が接合される部位１２ａと、可撓性基板２０及び導線４０が接合される部位１２ｂとに分かれて階段状に形成されている。可撓性基板２０は、厚さ５００μｍ以下のジルコニア基板であることが望ましい。
プローブヘッド３を検体の検査に用いる方法は、第一実施例に準ずる。
以上、プローブヘッドの構成及び使用方法について説明した。

図５は、多孔質弾性体及びシリコンゴムの荷重と変位量の関係を示すグラフである。
多孔質弾性体は、孔を多く有する疎な構造であるため、孔がつぶれることで大きく変形することができる性質を有する。多孔質弾性体は、シリコンゴムなどの緻密な構造を有する弾性体に比べてヤング率が低いため、図５に示すように変位量に対する荷重の変化が小さい。一方シリコンゴムは緻密な構造を有するため、特定の変位量（約０．６ｍｍ）を限界として剛性が急激に高くなり、大きな荷重を加えてもそれ以上変位しなくなる。
変位量の変化に対して荷重の変化が小さい多孔質弾性体を取付ブロックと可撓性基板との間に挟持することにより、プローブヘッドと検体との間の複数の導線の配列方向に対する相対的な傾きを多孔質弾性体の弾性変形によって補正したときに、多孔質弾性体の変位量が導線の配列方向で異なっても導線の先端部と検体の電極との接触圧の導線間による差を小さくすることができる。

図６は、互いに異なるヤング率を有する多孔質弾性体を基部と可撓性基板との間に挟持する複数のプローブヘッドについて、プローブヘッドの荷重とオーバードライブ量の関係を示すグラフである。
図５及び図６に示すように、多孔質弾性体を基部と可撓性基板との間に挟持する本発明の実施例によるプローブヘッドは、シリコンゴムを基部と可撓性基板との間に挟持する比較例によるプローブヘッドに比べて、オーバードライブ量に対する荷重の変化が小さい。つまり本発明の実施例によれば、オーバードライブ量を大きくしても検体の電極と導線の先端部とにかかる負荷の増大を抑制することができる。検体の電極と導線の先端部とにかかる負荷を低減できることにより、検体及びその電極や、導線及び可撓性基板の破損を防止でき、また導線の磨耗速度を低下させることができる。

図７（Ａ）は、ヤング率が約０．２kgf/mm²の多孔質弾性体を備えた本発明の実施例によるプローブヘッドの１０万回使用後の導線先端部近傍を模式的に示す斜視図であり、図７（Ｂ）は比較例のシリコンゴム（ヤング率：０．４kgf/mm²）によるプローブヘッドの１０万回使用後の導線先端部近傍を模式的に示す斜視図である。図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、プローブヘッドを１０万回使用した後では、本発明の実施例及び比較例ともに、可撓性基板２０、５０上にそれぞれ形成された導線４０、６０の先端部４２、６２近傍が磨耗しているが、本発明の実施例は比較例に比べて導線４０の磨耗が少ない。具体的に本発明の実施例では、図７（Ａ）に示すように、導線４０の先端部４２の厚さＴ₁は初期厚さＴ₀の約１／２となり、導線４０の先端部４２の間隔Ｓ₁は初期間隔Ｓ₀と等しかった。一方比較例では、図７（Ｂ）に示すように、導線６０の先端部６２近傍は大きく磨耗しかつ押し潰され、導線６０の先端部６２の厚さＴ₂は０となり、導線６０の先端部６２の間隔Ｓ₂は初期間隔Ｓ₀より大変小さくなってしまった。このように多孔質弾性体を用いる本実施例によれば、導線４０の磨耗を低減できるため、プローブヘッドの寿命を向上させることができる。

本発明の第一実施例によるプローブヘッド及を示す側面図である。本発明の第一実施例によるプローブヘッドの使用状態を示す側面図である。本発明の第二実施例によるプローブヘッド及びその使用状態を示す側面図である。本発明の第三実施例によるプローブヘッド及びその使用状態を示す側面図である。多孔質弾性体及びシリコンゴムの荷重−変位量曲線を示す図である。本発明の実験例及び比較例によるプローブヘッドの荷重−オーバードライブ量曲線を示す図である。（Ａ）は本発明の実験例によるプローブヘッドの１０万回使用後の導線先端部近傍を模式的に示す斜視図であり、（Ｂ）は比較例によるプローブヘッドの１０万回使用後の導線先端部近傍を模式的に示す斜視図である。

符号の説明

１〜３プローブヘッド、５検体の電極、１０取付ブロック、２０可撓性基板、２２第一面、２４第二面、３０多孔質弾性体、４０導線、４２先端部、４４バンプ

Claims

基部と、
可撓性基板と、
前記基部と前記可撓性基板との間に挟持される多孔質弾性体と、
前記可撓性基板の前記多孔質弾性体に当接する第一面の裏側の第二面上に形成され先端部が検体の電極に接触する導線と、
を備えることを特徴とするプローブヘッド。
前記多孔質弾性体のヤング率は０．２kgf/mm²以下であることを特徴とする請求項１に記載のプローブヘッド。
前記多孔質弾性体は、前記可撓性基板の前記第一面の全体に接することを特徴とする請求項１又は２に記載のプローブヘッド。
前記多孔質弾性体は、前記可撓性基板の前記第一面と前記導線の前記先端部近傍の裏側部位で部分的に接することを特徴とする請求項１又は２に記載のプローブヘッド。