JP2006030138A

JP2006030138A - プローブ針

Info

Publication number: JP2006030138A
Application number: JP2004213355A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Inuma; 毅井沼; Takashi Ogasawara; 崇小笠原
Original assignee: Micronics Japan Co Ltd
Current assignee: Micronics Japan Co Ltd
Priority date: 2004-07-21
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2024-07-21
Also published as: JP4343789B2

Abstract

【課題】インピーダンス特性を整合させて測定精度を向上させる。
【解決手段】検査対象物に接触して電気的特性を検査する高周波プローブ針である。上記検査対象物の信号用電極パッド１９に接触する信号用プローブ針部２２と、当該信号用プローブ針部２２と並列に配設され上記検査対象物の接地用電極パッド１９に接触する接地用プローブ針部２１と、当該接地用プローブ針部２１と共に上記信号用プローブ針部２２と並列に配設されて上記電極パッド１９面の近傍まで延出した疑似プローブ針部（２１）とを備えた。当該疑似プローブ針部（２１）と上記接地用プローブ針部２１とは、その先端部でボンディングワイヤー２８によって互いに接続した。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波からミリ波帯程度あるいはそれ以上の高周波で動作する半導体装置の電気的特性を検査するためのプローブ針に関するものである。

ＩＣチップ等の半導体装置の電気的特性は、半導体ウエハをダイシングして各チップに分離する前に、プローブ針を使って検査される。このプローブ針としては、従来から種々の発明が提案されている。

例えば、特許文献１のように、同軸線路のシールド線に接地用プローブ針を設け、プロービングの際に、信号用プローブ針と接地用プローブ針を同時に接触させるようにしたものがある。

また、特許文献２のように、信号入力又は出力用プローブと、接地電位供給用プローブと、これらを保持する導体薄膜とを備え、インピーダンス特性を向上させたものがある。

さらに、特許文献３のように、信号用接触子と、共通電位用接触子とを備え、信号端子と接地端子への接触性を向上させたものがある。
特開平０４−２０６８４５号公報特開平０２−２３１７３８号公報特開平０６−１０２２８７号公報

しかし、上述した従来の各プローブ針では次のような問題がある。

あまり精度の高くない半導体装置の電気的特性を検査する場合は、上述の各特許文献に記載のプローブ針でも十分に対応できる。しかし、半導体装置の集積化が進んで高周波で動作するような装置になると、高い測定精度が要求されるようになる。この場合、プローブ針の先端部分までインピーダンス特性を正確に調整する必要が生じるが、上述の各特許文献に記載のプローブ針では、先端部分のインピーダンス特性まで正確に調整することはできず、集積化が進んで高周波で動作するような半導体装置に対しては対応することができないという問題がある。

また、信号用と接地用の各電極パッドの配列にはいくつかのパターンがある。これらの電極パッドの配列パターンに対して、従来のプローブ針で電気的特性を検査する場合は、各配列パターンに合わせて、プローブ針を個別に製作する必要があった。即ち、各配列パターンに合わせて、信号用プローブ針部と接地用プローブ針部とを組み合わせたプローブ針を個別に制作する必要があり、コストが嵩むという問題がある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、測定精度を向上させることができると共に、電極パッドの複数の配列パターンに対して簡単な改良で対応できるようにしたプローブ針を提供することを目的とする。

本発明に係るプローブ針は、検査対象物に接触して電気的特性を検査するプローブ針であって、上記検査対象物の信号用電極パッドに接触する信号用プローブ針部と、当該信号用プローブ針部と並列に配設され上記検査対象物の接地用電極パッドに接触する接地用プローブ針部と、当該接地用プローブ針部と共に上記信号用プローブ針部と並列に配設されて上記電極パッド面の近傍まで延出した疑似プローブ針部とを備え、当該疑似プローブ針部と上記接地用プローブ針部とが、その先端部で互いに接続されたことを特徴とする。

上記構成により、上記疑似プローブ針部を設けて、当該疑似プローブ針部と上記接地用プローブ針部とをその先端部で互いに接続させるため、この先端の接続部分まで、インピーダンス特性を調整することができ、測定精度を向上させることができる。

以上のように、本発明によれば、次のような効果を奏することができる。

プローブ針の基端側から先端の上記接続部分まで、そのインピーダンス特性を整合させることができるため、測定精度が向上し、検査対象物の電気的特性をより正確に検査することができるようになる。

以下、本発明の実施形態に係るプローブ針について、添付図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態に係る高周波プローブ針を示す斜視図、図２は本実施形態に係る高周波プローブを示す斜視図、図３は本実施形態に係る高周波プローブを示す断面図、図４は図３の高周波プローブのＡ−Ａ線矢視断面図、図５は本実施形態に係る高周波プローブの先端を示す側面断面図、図６は本実施形態に係る改良前の高周波プローブ針を示す側面図、図７は本実施形態に係る改良前の高周波プローブ針を示す平面断面図、図８は図１の高周波プローブ針の特性を示すグラフ、図９は改良過程での一態様に係る高周波プローブ針を示す斜視図、図１０は図９の高周波プローブ針の特性を示すグラフである。

本実施形態に係る高周波プローブの構成を図２から図４に基づいて説明する。この高周波プローブ１は、取付座２と、プローブホルダー３と、コネクター４と、アーム部５と、高周波プローブ針６とから構成されている。

取付座２は、高周波プローブ１全体を装置本体側に固定するための部材である。取付座２は、ほぼ長方体状に形成され、２カ所に固定のネジ穴８が設けられている。

プローブホルダー３は、先端側のアーム部５及び高周波プローブ針６を取付座２側に一体的に支持するための部材である。プローブホルダー３は、取付座２に一体的に形成されている。

コネクター４は、検査回路(図示せず)に接続されたケーブル(図示せず)を連結するための部材である。コネクター４にはネジ山が設けられ、検査回路側のケーブルが、ナット(図示せず)で連結される。プローブホルダー３内には、コネクター４の位置からアーム部５側までケーブル用の長穴９が設けられている。

アーム部５は、プローブホルダー３から先端側へ延ばして形成されてその先端部に高周波プローブ針６を支持するための部材である。アーム部５は、先端へ向けて細くして形成されている。アーム部５の内部には、その全長に亘って長穴１０が設けられている。この長穴１０の途中には、ケーブル受け１１が設けられている。このケーブル受け１１は、長穴９及び長穴１０に通されたセミリジットケーブル１２を支持するための部材である。ケーブル受け１１は、その上側面に断面円弧状の嵌合溝１３が設けられ、この嵌合溝１３にセミリジットケーブル１２が嵌合されて、正確な位置に支持されている。ケーブル受け１１は、押しネジ１４でアーム部５に固定されている。アーム部５の先端部は、斜め（高周波プローブ針６を電極パッドに接触させる図３の状態における先端の下側部分の水平状態）にカットされている。

セミリジットケーブル１２は、高周波の電流を通すためのケーブルである。このセミリジットケーブル１２は、芯線１６と、誘電体１７と、外皮１８とからなり、全体がある程度の強度を保ってしなるように構成されている。セミリジットケーブル１２は、コネクター４に固定されて、長穴９，１０に通され、ケーブル受け１１に支持されている。

高周波プローブ針６は、電極パッド１９（図７参照）に直接的に接触するための針材である。この高周波プローブ針６を図１及び図８から図１０に基づいて説明する。なお、ここでは、まず２本の接地用プローブ針部２１と、１本の信号用プローブ針部２２とを備えた高周波プローブ針６を説明し、次いで２本の接地用プローブ針部２１のうちの１本を完全に除いた高周波プローブ針６Ａを説明した上で、本実施形態の高周波プローブ針６Ｂについて説明する。

２本の接地用プローブ針部２１を備えた高周波プローブ針６は図５から図７に示すようになっている。この高周波プローブ針６は、スリーブ管２０と、接地用プローブ針部２１と、信号用プローブ針部２２とから構成されている。

スリーブ管２０は接地用プローブ針部２１を支持するための部材である。スリーブ管２０は、セミリジットケーブル１２の先端に取り付けられて、その両側で接地用プローブ針部２１を支持している。スリーブ管２０の両側には、取付スリット２４と、予圧スリット２５とがそれぞれ設けられている。取付スリット２４は、接地用プローブ針部２１の厚さとほぼ同じ幅に設定され、接地用プローブ針部２１を固定している。これにより、接地用プローブ針部２１は、予圧スリット２５内で自由に動いて比較的弱い力で撓むようになっている。予圧スリット２５は、接地用プローブ針部２１の厚さよりも広い幅に設定されている。これにより、接地用プローブ針部２１は、オーバードライブにより予圧スリット２５内で撓んで、その先端部が信号用プローブ針部２２の先端部と同じ高さになった状態で、接点に接触して、十分な強度で支持されるようになっている。

接地用プローブ針部２１は、電極パッド１９に接触して接地状態にするための端子である。この接地用プローブ針部２１は、信号用電極パッド１９の両側に接地用電極パッド１９を設けた配列パターンの検査対象回路に対応して、信号用プローブ針部２２の両側に２つ設けられている。各接地用プローブ針部２１は、その先端を尖らせて形成され、電極パッド１９からはみ出さないで確実に接触させることができるようになっている。各接地用プローブ針部２１は、信号用プローブ針部２２の両側に設定間隔を保ち、信号用プローブ針部２２の先端部と同じ位置まで延ばして配設されている。各接地用プローブ針部２１の厚さ、信号用プローブ針部２２との間の寸法等は、セミリジットケーブル１２でのインピーダンスと同じ特性になるように設定されている。即ち、セミリジットケーブル１２でのインピーダンスを、各接地用プローブ針部２１及び信号用プローブ針部２２の先端部分まで同じ特性に保てるように設定されている。各接地用プローブ針部２１は、スリーブ管２０に対して、図６の点線で示すように、僅かに傾けて配設されている。これは、オーバードライブをかけた状態で、図６の実線で示すように、各接地用プローブ針部２１の先端部分と信号用プローブ針部２２の先端部分とが同じ高さ及び同じ針圧になるようにするためである。

信号用プローブ針部２２は、電極パッド１９に信号電圧を印加するための部材である。この信号用プローブ針部２２は、セミリジットケーブル１２の芯線１６の先端部分を細く尖らせて形成されている。

以上のように構成された高周波プローブ針６は、その両側の接地用プローブ針部２１が接地用の電極パッド１９に接触され、中央の信号用プローブ針部２２が信号用の電極パッド１９に接触されて、高い精度で電気的特性が検査される。

次に、電極パッド１９の配列パターンとして、信号用と接地用の各電極パッド１９を１つずつ配列したパターンに対する高周波プローブ針６の構成を説明する。

この場合、高周波プローブ針６は、接地用プローブ針部２１を１つだけ設けることになる。この１つの接地用プローブ針部２１を設けた高周波プローブ針６を新たに設計し直すと、費用がかかるため、上記構成の高周波プローブ針６を改良することが考えられる。即ち、図９に示すように、２つの接地用プローブ針部２１のうち１つを完全に除いて、信号用プローブ針部２２と接地用プローブ針部２１を１つずつ設けて、高周波プローブ針６Ａを構成することが考えられる。このとき、インピーダンスの整合性をとる必要がある。このため、接地用プローブ針部２１の厚さを増す必要がある。例えば、後述する本実施形態の高周波プローブ針６Ｂの場合に比べて、６倍の厚さにする必要がある。なお、図中の２７は仮想ポートで、電極パッド１９に対応する部分である。

以上の構成の高周波プローブ針６の特性を調べた結果を図１０のグラフに示す。このグラフは周波数と反射量との関係を示している。このグラフと、後述する図８のグラフ（本実施形態の高周波プローブ針６Ｂにおける、周波数と反射量との関係を示すグラフ）との比較から分かるように、２つの接地用プローブ針部２１のうち１つを完全に除いてしまうと、反射量が増えてしまう。

これは、インピーダンスの整合性が崩れたためである。即ち、信号用プローブ針部２２の両側を接地用プローブ針部２１で挟むことで、この信号用プローブ針部２２及び接地用プローブ針部２１の部分のインピーダンスと、セミリジットケーブル１２の外皮１８が覆われた部分のインピーダンスとを整合させていたが、２つの接地用プローブ針部２１のうちの片方が無くなることで、この部分のインピーダンス特性が変化して、その整合性が崩れたためである。

このため、２つの接地用プローブ針部２１を設けるという基本的な構成は変えずに、信号用と接地用の電極パッド１９を１つずつ配列したパターンに対する必要がある。本願発明者は、この点を踏まえて、図１に示す本実施形態の高周波プローブ針６Ｂを発明するに至った。

この高周波プローブ針６Ｂは、図１及び図８に示すように、基本的な構成を図７の高周波プローブ針６と同じくしている。なお、２つの接地用プローブ針部２１の形状は多少異なっているが、基本的な設計は同じである。

２つの接地用プローブ針部２１のうちの片方の先端部分を僅かにカットして、電極パッド１９面まで届かないようにした。この先端部分をカットした接地用プローブ針部２１で、電極パッド１９面の近傍まで延出した疑似プローブ針部を構成した。さらに、２つの接地用プローブ針部２１の先端部分を電気的に接続した。具体的には、ワイヤーボンディングによって電気的に接続した。このワイヤーボンディングは、その設置位置を正確に調整することができるため、予め設定した位置に高い精度で設ける。これは、各高周波プローブ針６で、その特性に個体差が生じるのを防止するためである。

この接地用プローブ針部２１のカットする位置及びワイヤーボンディングにより接続する位置は、可能な限り先端部に近づける。これは、セミリジットケーブル１２の外皮１８に覆われた部分から、電極パッド１９との接触点まで、同じインピーダンスにするのが望ましいためである。

また、ボンディングワイヤー２８の直径等もインピーダンス特性に影響するため、半導体装置の電気的特性を、より高い精度で測定する場合は、ボンディングワイヤー２８の直径及び長さも特定する。

この高周波プローブ針６Ｂの各部の寸法の一例を示す。

セミリジットケーブル１２の先端から延出する接地用プローブ針部２１の長さＬ１＝０．６ｍｍ、セミリジットケーブル１２の先端からボンディングワイヤー２８までの距離Ｌ２は、ボンディングワイヤー２８をなるべく先端部に設ける観点から、Ｌ１に近いほど望ましい。接地用プローブ針部２１の厚さｔ＝０．０３ｍｍ、ボンディングワイヤー２８の直径φ＝０．１ｍｍとした。

これにより、セミリジットケーブル１２でのインピーダンス特性（５０Ω）に対して、接地用プローブ針部２１及び信号用プローブ針部２２の部分をそのボンディングワイヤー２８の位置まで、同じインピーダンス特性（５０Ω）にすることができた。この結果、仮想ポート２７でも同じインピーダンス特性（５０Ω）にすることができた。

以上の構成の高周波プローブ針６Ｂの特性を調べた結果を図８のグラフに示す。このグラフから分かるように、片方の接地用プローブ針部２１を完全に取り除いた高周波プローブ針６Ａの場合（図１０のグラフ）に比べて、反射量が全域で減少している。

以上のように、高周波プローブ針６Ｂの基端側から先端のボンディングワイヤー２８まで、そのインピーダンス特性を整合させることができるため、測定精度が向上し、検査対象物の電気的特性をより正確に検査することができるようになる。

また、疑似プローブ針部と接地用プローブ針部２１とを、その先端部でワイヤーボンディングにより互いに接続したため、その接続位置を高い精度で調整することができる。これにより、高周波プローブ針６の特性のばらつきを小さくすることができる。即ち、高周波プローブ針６に予め設定された特性値に高い精度で調整することができ、再現性に優れた、信頼性の高い高周波プローブ針６とすることができる。

［変形例］
上記実施形態では、接地用の２つの電極パッド１９と、信号用の１つの電極パッド１９とを配列したパターンを例に説明したが、本発明はこれに限るものではない。各電極パッド１９の配列パターンは種々あるため、それらに対応して配設された接地用プローブ針部２１及び信号用プローブ針部２２にも本願発明を適用することができる。既存の接地用プローブ針部２１を用いて疑似プローブ針部を成形してもよく、新たに疑似プローブ針部を成形してもよい。

この場合も、上記実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

また、上記実施形態では、疑似プローブ針部と接地用プローブ針部２１の先端部を電気的に接続する手段としてボンディングワイヤー２８を用いたが、他の接続手段でもよいことは言うまでもない。既存の導電性ワイヤを用いたり、接地用プローブ針部２１と疑似プローブ針部に予め接続部分を一体的に成形しておく等の種々の手段を用いることができる。

さらに、ボンディングワイヤー２８の本数も、１本に限らず、２本以上でもよい。ボンディングワイヤー２８を取り付ける部分も、上記実施形態においては、検査対象物と反対側である上側に設けたが、検査対象物との接触の問題がなければ、下側でもよい。

本発明の実施形態に係る高周波プローブ針を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る高周波プローブを示す斜視図である。本発明の実施形態に係る高周波プローブを示す断面図である。図３の高周波プローブのＡ−Ａ線矢視断面図である。本発明の実施形態に係る高周波プローブの先端を示す側面断面図である。本発明の実施形態に係る改良前の高周波プローブ針を示す側面図である。本発明の実施形態に係る改良前の高周波プローブ針を示す平面断面図である。本発明の実施形態に係る高周波プローブ針の特性を示すグラフである。本発明の改良過程での一態様に係る高周波プローブ針を示す斜視図である。図９の高周波プローブ針の特性を示すグラフである。

符号の説明

１：高周波プローブ、２：取付座、３：プローブホルダー、４：コネクター、５：アーム部、６：プローブ針、８：ネジ穴、９：長穴、１０：長穴、１１：ケーブル受け、１２：セミリジットケーブル、１３：嵌合溝、１４：押しネジ、１６：芯線、１７：誘電体、１８：外皮、１９：電極パッド、２０：スリーブ管、２１：接地用プローブ針部、２２：信号用プローブ針部、２４：取付スリット、２５：予圧スリット、２７：仮想ポート、２８：ボンディングワイヤー。

Claims

検査対象物に接触して電気的特性を検査するプローブ針であって、
上記検査対象物の信号用電極パッドに接触する信号用プローブ針部と、
当該信号用プローブ針部と並列に配設され上記検査対象物の接地用電極パッドに接触する接地用プローブ針部と、
当該接地用プローブ針部と共に上記信号用プローブ針部と並列に配設されて上記電極パッド面の近傍まで延出した疑似プローブ針部とを備え、
当該疑似プローブ針部と上記接地用プローブ針部とが、その先端部で互いに接続されたことを特徴とするプローブ針。
請求項１に記載のプローブ針において、
上記接地用プローブ針部と上記疑似プローブ針部とが、上記信号用プローブ針部を挟んで両側の、互いに対向する位置に配設されたことを特徴とするプローブ針。
請求項１に記載のプローブ針において、
上記疑似プローブ針部及び上記接地用プローブ針部が、上記信号用プローブ針部を中心にした対称形状で、かつ同じ寸法に設定されたことを特徴とするプローブ針。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のプローブ針において、
上記疑似プローブ針部及び上記接地用プローブ針部が、その先端部でワイヤーボンディングにより互いに接続されたことを特徴とするプローブ針。