JP2006162422A - プローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】基板の上下間の導通不良を解消し、接触安定性に優れ、熱によるプローブカードの変形に対応し、被検査対象物との間隔を最適な状態に保ち、メンテナンス性に優れたプローブカードを提供する。
【解決手段】サブ基板３およびガイドベース２２の表面に当接するストッパー部７４と、ガイドベース２２の第４スルーホール２９内で弾性的接触を行う第２接触部７５と、第２スルーホール２２内で弾性的接触を行う第３接触部７６を有し、サブ基板３、ガイドベース２２およびガイド２１を着脱可能に弾性的に結合する接続ピン７、ガイド２１の第３スルーホール３０に挿入される挿入部６１、挿入部６１を支持しガイド２１と接触して高さ方向の位置決めを担う支持部７３、支持部７３から延在するアーム部６４と、アーム部６４の先端側に配置され、被検査対象物の電極に接触する接触部６５を有するプローブ６とからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＳＩチップなどの半導体デバイスの電気的諸特性を測定するプローブカードに関する。

ＬＳＩチップなどの半導体デバイスの電気的諸特性を測定するプローブカードには、カンチレバー型と呼ばれる横型タイプと、垂直型と呼ばれる縦型タイプとがある。このうち横型タイプのプローブカードは、近年のＬＳＩチップの大規模高集積化とテスターの多重化に伴う多チップ同時測定に適していない面があり、使用されることが少なくなっている。これに対して縦型タイプのプローブカードは、より多くのプローブを使用でき、プローブの配置の自由度が高く、多チップ同時測定にも適しているため、現在主流になっている。

縦型プローブカードは、測定器の電極と接続する電極を備えたメイン基板と、被検査対象物の電極と接続するプローブを備えたスペーストランスフォーマーと、メイン基板とスペーストランスフォーマー間に設けられたサブ基板と、メイン基板を補強する補強板とから構成され、それらの電気的接続のために接続ピンが使用される。

ＬＳＩチップなどの半導体デバイスの検査には、複数のチップを同時に測定することが求められており、近年そこで使用するプローブカードの電極数が更に増加しても、より電気的接触の安定性が高く、高性能、高信頼性のプローブカードが要求されている。

また、プローブカードは、扱う電流が微小であると共に多数回、接離を繰り返すため、特にそのプローブの接触圧の安定性や電気導通特性の安定・維持が望まれ、又、接離に伴う衝撃や振動によって発生する変形や折損に対する対応も求められている。

さらに、プローブカードに用いられるメイン基板には、プローブカード全体を支えるための機械的強度と、測定時の電気的接触により発生する熱を吸収し起こる温度分布の変化に対応する熱伝導率の高さが要求されている。従って、上記の要求に対処するために、メイン基板に補強板を設けることが一般的に行われている。このプローブカード用補強板としては、軽量化を重視したアルミニウムメタル系材料や、強度面を重視したステンレス系の材料等が用いられている。

従来のプローブカードの基板間の電気的接続に用いられる接続ピンとしては、図１２に示すような、スペーストランスフォーマーに半田付け固定され、サブ基板のスルーホールの内壁に接触するタイプのものが多く用いられてきた（上記メイン基板は図示省略）。しかし、このタイプの接続ピンは、検査する半導体デバイスの種類に合わせてプローブカードの基板構成を変更しようとしても接続ピンがスペーストランスフォーマーから取り外せないため、対応できる構成が限られてしまうという不都合があり、又、接続ピンが曲がる、折れる等の事故が発生した際も該当する接続ピンのみを取り外すことができず、スペーストランスフォーマー全体を交換する必要があるといった欠点があった。

更に、複数の接続ピンがスペーストランスフォーマーに完全に固定されることにより、各接続ピンのわずかな位置ズレがあってもサブ基板への挿入が困難となってしまうため、製作にあたっては極めて高い位置決め精度を維持しながら接続ピンを１本ずつ半田付けする必要があり、製作時間が長くなる、又、製造コストが嵩む、といった欠点があった。

半導体デバイスの測定は、プローブカードのプローブをＩＣチップ等の被検査対象物（図示省略）に押圧接触し、テスター等の検査用測定器（図示省略）をメイン基板の上部電極に接触させて行うが、従来のプローブカードでは、図１２に示すように、プローブはスペーストランスフォーマーに直に半田付け固定されているため、繰り返しの接離によるプローブの変形や折損が生じた場合にはスペーストランスフォーマー自体を交換する必要があり、時間的にも経済的にも極めて非効率的であった。

従来のプローブカードの構成では、半導体デバイス測定時は、通電によって半導体デバイスが発熱し、その熱がプローブカードにも伝わって、プローブカードの各基板の温度分布が変化する。その結果、プローブカードの各基板には、熱膨張による変形が生じ、プローブカードに変形（反り）が生じる。

変形の主な原因は、各基板の材質が異なっているため熱膨張係数がそれぞれ異なり、その結果、熱膨張量に差が生じ、熱膨張量の小さい基板側に変形（反り）が生じる。その変形（反り）がプローブカードと被検査対象物との相対的な位置変形（Ｚ変位）を生じさせる。その結果、被検査対象物に対するプローブの高さに変化が生じ、プローブが被検査対象物に対し過剰に近接し、プローブおよび被検査対象物が破損するという問題点があった。

また、接続ピンには、サブ基板とスペーストランスフォーマー間に熱により生じる熱膨張量の差により、平行な方向にせん断応力が作用し、接続ピンが曲がる、折れる等の事故が発生し易いという問題点もあった。

上述したように、従来のプローブカードの各部材の接続等には溶接等の結合手段が多数用いられており、各部材の交換は容易に行えるものではなく、交換のための時間とコストが非常にかかるものであった。

従って、本発明の目的は、上記問題点を解決するために、プローブの構成部材の結合を、弾性体の弾性力により可能とし、部材の交換がより簡単なプローブカードを提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、半導体デバイスの検査時に発生する熱によるプローブカードの変形に対応し、プローブと被検査対象物との間隔を最適な状態に保つことができるプローブカードを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のプローブカードは、
測定器と接続される上部電極が設けられた第１主面と、上記上部電極と配線にて電気的に導通する下部電極が設けられた第２主面を有するメイン基板、
上記メイン基板に結合され、上記下部電極と電気的に導通する導電層が形成された第１スルーホールを有するサブ基板、
上記サブ基板に対向配置され、第４スルーホールを有するガイドベース、
上記ガイドベースに固定され、導電層が形成された第２スルーホールと、上記第２スルーホールと配線パターンにより導通される導電層が形成された第３スルーホールを有するガイド、
上記サブ基板の第１スルーホール内に挿入される先端部と、第１スルーホール内で弾性的接触を行う第１接触部と、上記第１接触部を支える支持部と、上記ガイドベースの第４スルーホール内で弾性的接触を行う第２接触部と、上記ガイドの第２スルーホール内で弾性的接触を行う第３接触部を有し、上記サブ基板、上記ガイドベースおよび上記ガイドを着脱可能に弾性的に結合する接続ピン、
および上記ガイドの第３スルーホールに挿入される挿入部と、上記挿入部を支持し上記ガイドと接触して高さ方向の位置決めを担う支持部と、上記支持部から延在するアーム部と、上記アーム部の先端側に配置され、被検査対象物の電極に接触する接触部を有するプローブ、
を備えることを特徴とする。

また、本発明のプローブカードは、
測定器と接続される上部電極が設けられた第１主面と、上記上部電極と配線にて電気的に導通する下部電極が設けられた第２主面を有するメイン基板、
上記メイン基板に結合され、上記下部電極と電気的に導通する導電層が形成された第１スルーホールを有するサブ基板、
上記サブ基板に対向配置され、第４スルーホールを有するガイドベース、
上記ガイドベースに固定され、導電層が形成された第２スルーホールと、上記第２スルーホールと配線パターンにより導通される導電層が形成された第３スルーホールを有するガイド、
上記サブ基板の第１スルーホール内に挿入される先端部と、第１スルーホール内で弾性的接触を行う第１接触部と、上記第１接触部を支える支持部と、上記サブ基板および上記ガイドベースの表面に当接するストッパー部と、上記ガイドベースの第４スルーホール内で弾性的接触を行う第２接触部と、上記ガイドの第２スルーホール内で弾性的接触を行う第３接触部を有し、上記サブ基板、上記ガイドベースおよび上記ガイドを着脱可能に弾性的に結合する接続ピン、
および上記ガイドの第３スルーホールに挿入される挿入部と、上記挿入部を支持し上記ガイドと接触して高さ方向の位置決めを担う支持部と、上記支持部から延在するアーム部と、上記アーム部の先端側に配置され、被検査対象物の電極に接触する接触部を有するプローブ、
を備えることを特徴とする。

上記接続ピンの上記サブ基板の第１スルーホール内への上記挿入部は、上記支持部が上記ストッパー部から上記第１スルーホールの略中心部を上記第１スルーホールの内壁と略平行に延伸し、上記支持部の先端は上記第１スルーホールの内壁と接触するように屈曲しており、上記先端部は上記先端部の他端が上記ストッパー部へと向くように上記支持部の先端から湾曲して連なり、上記第１接触部は上記先端部の他端から上記第１スルーホールの内壁に上記第１接触部の先端が接触するように延伸されてなることが好ましい。

また、上記メイン基板に固定されるメイン補強板、上記メイン補強板に固定されるサブ補強板、上記メイン補強板と上記サブ補強板の結合状態を調整する結合状態調整手段からなる補強板を備えることが好ましい。

そして、上記ガイド表面の配線パターンで導通された上記第３スルーホールが、１つのプローブに対して複数個配設され、上記プローブが複数個の上記挿入部を有することが好ましい。

上記プローブの挿入部がバネ性を有し、上記第３スルーホール内部で圧力接触することが好ましい。

そして、上記補強板の結合状態調整手段が、上記サブ補強板を上記メイン補強板に結合する複数のネジであることが好ましい。

本発明のプローブカードは、
測定器と接続される上部電極が設けられた第１主面と、上記上部電極と配線にて電気的に導通する下部電極が設けられた第２主面を有するメイン基板、
上記メイン基板に結合され、上記下部電極と電気的に導通する導電層が形成された第１スルーホールを有するサブ基板、
上記サブ基板に対向配置され、第４スルーホールを有するガイドベース、
上記ガイドベースに固定され、導電層が形成された第２スルーホールと、上記第２スルーホールと配線パターンにより導通される導電層が形成された第３スルーホールを有するガイド、
上記サブ基板の第１スルーホール内に挿入される先端部と、第１スルーホール内で弾性的接触を行う第１接触部と、上記第１接触部を支える支持部と、上記ガイドベースの第４スルーホール内で弾性的接触を行う第２接触部と、上記ガイドの第２スルーホール内で弾性的接触を行う第３接触部を有し、上記サブ基板、上記ガイドベースおよび上記ガイドを着脱可能に弾性的に結合する接続ピン、
および上記ガイドの第３スルーホールに挿入される挿入部と、上記挿入部を支持し上記ガイドと接触して高さ方向の位置決めを担う支持部と、上記支持部から延在するアーム部と、上記アーム部の先端側に配置され、被検査対象物の電極に接触する接触部を有するプローブ、
を備えることにより、プローブカードの構成部材が弾性体の弾性力により接続され、各部材の交換が容易になり、メンテナンス性に優れたプローブカードを提供することができる。

又、本発明のプローブカードは、
測定器と接続される上部電極が設けられた第１主面と、上記上部電極と配線にて電気的に導通する下部電極が設けられた第２主面を有するメイン基板、
上記メイン基板に結合され、上記下部電極と電気的に導通する導電層が形成された第１スルーホールを有するサブ基板、
上記サブ基板に対向配置され、第４スルーホールを有するガイドベース、
上記ガイドベースに固定され、導電層が形成された第２スルーホールと、上記第２スルーホールと配線パターンにより導通される導電層が形成された第３スルーホールを有するガイド、
上記サブ基板の第１スルーホール内に挿入される先端部と、第１スルーホール内で弾性的接触を行う第１接触部と、上記第１接触部を支える支持部と、上記サブ基板および上記ガイドベースの表面に当接するストッパー部と、上記ガイドベースの第４スルーホール内で弾性的接触を行う第２接触部と、上記ガイドの第２スルーホール内で弾性的接触を行う第３接触部を有し、上記サブ基板、上記ガイドベースおよび上記ガイドを着脱可能に弾性的に結合する接続ピン、
および上記ガイドの第３スルーホールに挿入される挿入部と、上記挿入部を支持し上記ガイドと接触して高さ方向の位置決めを担う支持部と、上記支持部から延在するアーム部と、上記アーム部の先端側に配置され、被検査対象物の電極に接触する接触部を有するプローブ、
を備えることにより、サブ基板とガイドベースの離隔が一定で、プローブカードの各構成部材が弾性体の弾性力により接続され、各部材の交換が容易に適切な構成を成すことができ、メンテナンス性に優れたプローブカードを提供することができる。

又、本発明のプローブカードは、上記接続ピンの上記サブ基板の第１スルーホール内への上記挿入部は、上記支持部が上記ストッパー部から上記第１スルーホールの略中心部を上記第１スルーホールの内壁と略平行に延伸し、上記支持部の先端は上記第１スルーホールの内壁と接触するように屈曲しており、上記先端部は上記先端部の他端が上記ストッパー部へと向くように上記支持部の先端から湾曲して連なり、上記第１接触部は上記先端部の他端から上記第１スルーホールの内壁に上記第１接触部の先端が接触するように延伸されてなることにより、上記第１スルーホール内壁と上記接続ピンの支持部の間のクリアランスを確保することができ、サブ基板とガイドベース間の熱膨張率の差を吸収することが可能となる。

本発明のプローブカードは、上記メイン基板に固定されるメイン補強板、上記メイン補強板に固定されるサブ補強板、上記メイン補強板と上記サブ補強板の結合状態を調整する結合状態調整手段からなる補強板を備えることにより、試験時に発生する熱によるプローブカードの変形の原因となる歪み量をコントロールし、プローブとウエーハとの間隔を最適な状態に保つことを可能とする。

本発明のプローブカードは、上記ガイド表面の配線パターンで導通された上記第３スルーホールが、１つのプローブに対して複数個配設され、上記プローブが複数個の上記挿入部を有することにより、プローブを確実に位置決め、装着、固定でき、被検査対象物との確実な接触性を長期にわたって得ることができるようになった。

そして、本発明のプローブカードは、上記プローブの挿入部がバネ性を有し、上記第３スルーホール内部で圧力接触することにより、ガイドとプローブの導通を確実に行うことができ、プローブの交換を繰り返しても確実な接触性を長期にわたって得ることができるようになった。

又、本発明のプローブカードは、上記補強板の結合状態調整手段が、上記サブ補強板を上記メイン補強板に結合する複数のネジであることにより、上記メイン基板に対する上記サブ基板の結合状態の調整をより簡単に可能とする。

プローブカードＡは、図１に示すように、メイン基板１、メイン基板１を補強する補強板８、サブ基板３、ガイドベース２２、ガイド２１の基板類と、各基板を接続する接続ピン７と、被検査対象物の電極に接触するプローブ６により構成されている。図１では、ガイド２１の固定方法をわかりやすくするために、ガイド２１を、ガイドベース２２に固定した状態と、取り外した状態の両方を示している。

上記メイン基板１は、テスター等の検査用測定器（図示せず）に電気的に導通する複数の上部電極４を第１主面１ａに装備し、後述のサブ基板３に対する電気的導通用としての複数の下部電極５を第２主面１ｂに装備し、この下部電極５と上部電極４をメイン基板の配線１２にて電気的に導通している。

上記メイン基板１は、充填剤１４を接着剤として用いてサブ基板３と接続されており、この時メイン基板１の第２主面１ｂに設けられた下部電極５はサブ基板３に設けられている内部がメッキ処理された導電層を有する複数の第１スルーホール９と導電体である接続部材１３を介して電気的に接続され、これにより、メイン基板１とサブ基板３は、電気的に導通しながら一体的に結合することになる。

サブ基板３には、メイン基板１の第２主面１ｂと向かい合う第１主面３ａと、ガイドベース２２の第１主面２ａと向かい合う第２主面３ｂとが設けられており、この第１主面３ａと第２主面３ｂとの間を導電性メッキ層を有して貫通している複数の第１スルーホール９が設けられている。

上記サブ基板３は、第１スルーホール９に挿入された複数の接続ピン７により、ガイドベース２２と弾性的に接続される。ガイドベース２２には、サブ基板３の第２主面３ｂと向かい合う第１主面２ａと、ガイド２１と向かい合う第２主面２ｂとが設けられており、この第１主面２ａと第２主面２ｂとの間を貫通している、接続ピン７が挿入される複数の第４スルーホール２９が設けられているが、上記サブ基板３の第１スルーホール９とは異なり、メッキ層は設けられていない。

上記ガイドベース２２の第２主面２ｂには、ガイド２１が複数の位置決めピン２３と複数のガイド用固定ネジ２４により正確に固定されている。ガイド２１には、上記接続ピン７が挿入される導電性メッキ層を有する複数の第２スルーホール１９が形成されており、第２スルーホール１９は、ガイド２１の表面に設けられた配線１７により複数の第３スルーホール３０と電気的に接続されている。第３スルーホール３０には、ＩＣチップ等の被検査対象物である半導体デバイス（図示省略）に接触される複数のプローブ６が挿入され、第２スルーホール１９に挿入された接続ピン７とプローブ６は電気的に接続される。

ガイド２１の第２スルーホール１９およびガイドベース２２の第４スルーホール２９に着脱自在に装備された接続ピン７は、サブ基板３の第１スルーホール９内を貫通しており、図１に示すように、導電性メッキ層を有する第１スルーホール９、及び第２スルーホール１９の内面と弾性的に接触を行い、電気的に導通するようにしている。この構成を採ることにより、ガイドベース２２を貫通する第４スルーホール２９の内面のめっきは不要となっており、厚みの薄いガイド２１の第２スルーホール１９のみをめっきすればよいことになる。又、ガイド２１、ガイドベース２２それぞれの役割を明確に分担することにより、それぞれに最適な材料、構造、寸法等を採用できる。

メイン基板１を補強するための補強板８は、メイン基板１に固定されるメイン補強板８ａと、メイン補強板８ａに固定されるサブ補強板８ｂ、メイン補強板８ａとサブ補強板８ｂの結合状態を調整する結合状態調整手段であるネジ８ｃとから構成されている。ネジ８ｃによりサブ補強板８ｂがメイン補強板８ａに固定され、補強板固定ネジ２５によりメイン補強板８ａがメイン基板１に固定されている

メイン補強板８ａには、メイン基板１とサブ基板３の平行度を調整するためのプラナリ調整ネジ２７およびプラナリ調整ネジ２７の緩み止めのためのナット２８が備えられている。また、プラナリ調整ネジ２７によるガイドベース２２への集中荷重を分散するためのスペーサー１５が、ガイドベース２２の上面とプラナリ調整ネジ２７の間に設けてある。

接続ピン７および各種ネジ等の接続手段により一体となった上述の各部材は、メイン補強板８ａ、メイン基板１およびガイドベース２２を貫通する複数のフランジ固定用ネジ１１によりフランジ１０に固定される。この際ガイドベース２２には、フランジ固定用スペーサー２６が設けられている。また、スプリング２０により、ガイドベース２２はフランジ１０に支持されている。

各基板の接続に用いられる接続ピン７は、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の良導電性金属材料からエッチング、プレス、或いは電鋳等にて製造され、好ましくは金（Ａｕ）、又は錫（Ｓｎ）にてメッキ処理されたもので、図２（ａ）、図３（ａ）に示すように、サブ基板３の第１スルーホール９内に挿入される先端部７１、第１スルーホール９内で弾性的接触を行う第１接触部７２、第１接触部を支える支持部７３、サブ基板３とガイドベース２２の各表面に当接するストッパー部７４、ガイドベース２２の第４スルーホール２９内で弾性的接触を行う第２接触部７５、ガイド２１の第２スルーホール１９内で弾性的接触を行う第３接触部７６からなっている。

サブ基板３の第１スルーホール９に挿入される先端部７１の形状は、第１スルーホール９への挿通をスムーズにするためＵ字型あるいはＶ字型形状としている。

接続ピン７は、上記第２接触部７５の形状およびストッパー部７４により第１スルーホール９の中心部に位置合わせされる。支持部７３はストッパー部７４からサブ基板３の第１スルーホール９の中心部を第１スルーホール９の内壁と平行に延伸することにより、支持部７３と第１スルーホール９の内壁間にクリアランスを保持できるため、基板間に生じる熱膨張量の差を吸収することが可能となる。

第１接触部７２を支える支持部７３は、前述した熱膨張によって生じるせん断応力を緩和する効果を得るために、その太さが第１スルーホール９の直径より十分小さく、第１スルーホール９の内壁とのクリアランスを十分に確保することが重要である。支持部７３の太さは第１スルーホール９の直径の１／２以下であることが好ましく、１／３以下であることがより好ましい。

ストッパー部７４は、サブ基板３及びガイドベース２２の表面に当接することで両者の間隔を適正に保つ役割を担う。したがって、サブ基板３の第１スルーホール９及びガイドベース２２の第４スルーホール２９それぞれの直径より幅広いことが必要である。

サブ基板３とガイドベース２２の間隔を適正に保つことは両者の電気的絶縁のために必要であるが、それ以外にも両者を熱的に絶縁させるという意味を持つ。前述したように、半導体デバイス測定時は、通電によって半導体デバイスが発熱し、その熱がプローブカードに伝わって各基板が熱膨張し、サブ基板３とガイドベース２２の間で平行な方向にせん断応力が作用して接続ピンが曲がる、折れる等の事故が発生し易い。このようなトラブルを防ぐために両者を適正な間隔に保ち、断熱することが重要となる。

又、サブ基板３及びガイドベース２２の間隔を適正に保つために、支持部７３と第２接触部７５に挟まれる部分の寸法精度が重要であり、使用する接続ピン７すべてが同一寸法精度を有することが望ましい。

ガイドベース２２の第４スルーホール２９に挿入される第２接触部７５は略Ｏ字型形状をなして第４スルーホール２９内で弾性的接触を行う構成となっている。この形状は、第４スルーホール２９の中心線に対して左右対称形であることから、接続ピン７は挿入するだけで自動的に第４スルーホール２９の中心に位置合わせされ、第２接触部７５につながる第３接触部７６がガイド２１の第２スルーホール１９の中心位置に導かれ、安定した弾性的接触が達成されることになる。

ガイド２１の第２スルーホール１９の内壁に接触する第３接触部７６は、図２（ａ）、図３（ａ）に示すように一方が開いた略Ｕ字型形状としている。この形状とすることで第３接触部７６の先端側に効果的に弾性を持たせることができ、その部分を第２スルーホール１９の内壁と接触させることでガイド２１からの突出を最小限に抑えることができる。

接続ピン７は、図１、図２、図３に示したように、サブ基板３の第１スルーホール９内に向けて先端部７１、第１接触部７２及び支持部７３を差し入れると、この第１接触部７２が導電性メッキ層を有する第１スルーホール９の内壁と接触してサブ基板３の第１スルーホール９と接続ピン７が電気的に導通可能な状態となる。勿論、ガイドベース２２を引き下げれば、第１スルーホール９内より接続ピン７の先端部７１、第１接触部７２及び支持部７３を引き抜くことができる。

接続ピン７の先端部７１、第１接触部７２及び支持部７３をサブ基板３のス第１スルーホール９内に挿通し、第１スルーホール９内で接触部を弾性的接触させ、更に、第２接触部７５及び第３接触部７６をガイド２１に設けた第２スルーホール１９およびガイドベース２２に設けた第４スルーホール２９内に挿通し、この第４スルーホール２９および第２スルーホール１９の内壁に第２接触部７５及び第３接触部７６がそれぞれ弾性的接触するようにしている。これによりガイド２１の第２スルーホール１９と接続ピン７が電気的に導通可能な状態となり、サブ基板３の第１スルーホール９とガイド２１の第２スルーホール１９が電気的に導通可能状態となる。勿論、簡単にガイドベース２２と接続ピン７とを分離することができる。

尚、この場合、サブ基板３側の接続ピン７の第１接触部７２のバネ圧と、ガイドベース２２に設けられた第４スルーホール２９と接続ピン７の第２接触部７５のバネ圧に差を設けることによって、サブ基板３からガイドベース２２を着脱する場合、接続ピン７を残す部材を選択できる。即ち、ガイドベース２２側のバネ圧をサブ基板３側のバネ圧より大きくすることでガイドベース２２着脱時に接続ピン７は必ずガイドベース２２側に残留することになる。（サブ基板３側を強く設定するとサブ基板３側に残留する。）

図２（ａ）は、図１で説明した接続ピン７の拡大図を示したもので、前述したようにサブ基板３の第１スルーホール９内に挿入される先端部７１、第１スルーホール９内で弾性的接触を行う第１接触部７２、第１接触部を支える支持部７３、サブ基板３とガイドベース２２の表面に当接するストッパー部７４、ガイドベース２２の第４スルーホール２９内で弾性的接触を行う第２接触部７５、ガイド２１の第２スルーホール１９内で弾性的接触を行う第３接触部７６からなっており、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の良導電性金属材料からエッチング、プレス、或いは電鋳等にて製造され、好ましくは金（Ａｕ）、又は錫（Ｓｎ）にてメッキ処理される。

図２（ａ）に示した接続ピン７は、第２接触部７５、第３接触部７６が第４スルーホール２９、および第２スルーホール１９の中心線に対して左右対称形であることから、挿入するだけで自動的に第４スルーホール２９、および第２スルーホール１９の中心に位置することができ、第３接触部７６と第２スルーホール１９間の安定した導通を確保できると同時に、接続ピンの間隔を詰めて配置するいわゆるファインピッチに対応可能となる。

図２（ａ）に示した形状は、エッチング、プレス、あるいは電鋳等の加工方法でしか製造できないが、これらの加工方法は金属の曲げを伴わない加工方法であるため、加工による金属疲労が残留せず、繰り返し使用においてもバネ性が劣化しない、耐久性に優れた方法である。

図２（ｂ）、図３（ｂ）には、上述した接続ピン７のストッパー部７４が無い接続ピン７が示されている。このように、ストッパー部７４が無い接続ピンを、本発明のプローブカードＡに使用することも可能である。この場合、サブ基板３とガイドベース２２の離隔を調節することが可能となる。

接続ピン７は、それぞれ挿通する基板の厚みやスルーホールの大きさに応じて接触部、支持部の長さや幅を変更することができ、また形状も図２に示したものに限定されるものではない。例えばガイドベース２２の第４スルーホール２９に挿入される第２接触部７５の略Ｏ字型形状は、基板の厚みや第４スルーホール２９の大きさに応じて図４に示されるような略８の字型形状とすることも可能である。この場合、それぞれの接触部の接触圧は同じでも挿抜力が倍加するため、基板着脱の際の、接続ピンの残留する基板を確定することができる。

上記プローブ６を挿入するためにガイド２１に設けられた電極穴である第３スルーホール３０は、１つのプローブ６に対して複数個配設され、プローブ６が第３スルーホール３０の数と同じかそれより少ない数の複数個の挿入部６１を有する構成としている。複数個の挿入部を持つことにより、プローブの方向を定めることができる。さらに第３スルーホール３０内部でバネ性を持って圧力接触することで、確実に位置決め、装着、固定でき、導通も確実なものとすることができる。本実施形態では、１個のプローブ６が挿入部６１を２個有する。

プローブ６は、図５に示されるようにガイド２１へ取り付けるための複数の挿入部６１、挿入部６１を支持し、ガイド２１の表面と接触して高さ方向の位置決めを担う支持部６２、支持部６２から延在する、湾曲部６３を含むアーム部６４、及びアーム部６４の先端側に配置され被検査対象物の電極に接触する接触部６５からなり、上記挿入部６１が、ガイド２１の表面に設けられ、配線パターンで導通された第３スルーホール３０に着脱可能に装着できる構成としている。

接続ピン７とプローブ６の挿入部６１の間は、図１に示されるように、ガイド２１の表面２ｂに配した配線１７で接続される。それによって、上部電極４からプローブの接続部６５は導通されることになる。

上記ガイド２１の第３スルーホール３０に挿入されるプローブ６の挿入部６１は、図６に示すように、「く」の字様、及び／又は逆「く」の字様に湾曲した形状、又は「Ｃ」の字様、及び／又は逆「Ｃ」の字様に湾曲した形状でバネ性を有し、第３スルーホール３０内部と圧力接触される。

挿入部６１の形状は、互いに逆向きの「く」の字様、及び逆「く」の字様形状の組み合わせでも良く、また互いに同方向を向いた「く」の字様、又は逆「く」の字様形状の組み合わせでも良く、又、互いに逆向きの「Ｃ」の字様、及び逆「Ｃ」の字様形状の組み合わせでも良く、又、互いに同方向を向いた「Ｃ」の字様、又は逆「Ｃ」の字様形状の組み合わせでも良い。

又、挿入部６１，６１の形状は、図示していないが「く」の字様と「Ｃ」の字様の組み合わせでも良く、別々の方向の組み合わせも自由であり、形状については、「く」の字、或いは「Ｃ」の字に限定されるものではない。

支持部６２は、プローブ６の他の部分より厚みを持たせ、曲がり難くして挿入部６１の支持を確実にすると共に、図５に示すプローブ６に記号ｘにて表した、装着した際のガイド２１との隙間を設け、湾曲部６３がガイド２１の表面と接するのを防ぐことが、短絡やノイズ発生の予防、あるいは配線パターン断線の回避の観点から望ましい。

プローブ６は、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の良導電性金属材料から、エッチング、プレス、或いは電鋳にて作成し、接触部６５を成形・研磨した後、金（Ａｕ）、又は錫（Ｓｎ）にてメッキしたものが好ましい。上記加工方法では金属の曲げを伴わないで成形されるため、曲げ加工等によるもののような金属疲労が残留しておらず、繰り返し使用においてもバネ性が劣化せず、耐久性に優れたものを得ることができる。

図６（ｄ）には、支持部６２をガイド２１から浮かせ、２つの挿入部６１の間に配線パターンを通すためにｘ’の間隔をあける例を示す。図６（ｃ）において、ｘは図５に示したものと同じく装着した際のガイド２１との隙間を示し、湾曲部６３がガイド２１表面と接するのを防ぐためのものである。

図６（ｄ）は、アーム部６４が湾曲部を持たず、直線状をなす例を示す。このように、検査する半導体デバイスの形状に応じて使い分けることができる。

図７は、ファインピッチに対応したプローブ６の配置を行った状態を示す図である。ファインピッチに対応するためには、プローブ６の間隔をより狭い間隔で配置していく必要がある。そのためには、ガイド２１に形成された第３スルーホール３０もより狭ピッチで配置しなければならない。

第３スルーホール３０の外径は、プローブ６の弾性を必要とされる挿入部６１の形状により挿入部６１の太さよりも大きくする必要があるので、プローブ６を狭ピッチで配置すると、隣り合う第３スルーホール３０に必要な間隔が取れなくなってしまう。そのための対応策として、図７に示すように、隣り合う第３スルーホール３０を互いにずらした千鳥状に配置する方法を用いる。

第３スルーホール３０を千鳥に配置し、同じ形状のプローブ６を使用すると、プローブ６の接触部６５が互い違いに配置され、接触部６５が一列にならないので、２種類の長さのアーム部６４を有するプローブ６を使用する。この２種類のアーム部６４を有するプローブ６を交互に配置することにより、図７に示すように、第３スルーホール３０の位置が異なっても、接触部６５は一列に整列することができる。このようにして、ファインピッチに対応可能なプローブカードを実現できる。

勿論、本発明の主旨からして、ここに挙げたプローブの詳細形状および配置に限定されるものではないことは明らかである。

補強板８は、結合状態調整手段である複数のネジ８ｃを用いて、サブ補強板８ｂがメイン補強板８ａに固定されて構成されている。ネジ８ｃは、図９の平面に示すような放射状に複数配置されており、その個数や配置の調整により、サブ補強板８ｂによるメイン補強板８ａの結合状態の調整を行うことができる。この結合状態の調整により、プローブカードの変形をコントロールすることができる。

この結合状態調整手段により、どのようにプローブカードの変形を抑制し、歪み量を制御するのかを説明する。初めに、異なる結合状態により、プローブカードの熱膨張量にどのような差が出てくるのかを説明する。

ここで結合状態の比較に使用するプローブカード８１について説明する。プローブカード８１は、メイン基板８４、メイン基板に８４固定されているメイン補強板８３、メイン補強板８３に皿ネジ８７で固定されているサブ補強板８２、そしてプローブユニット８５と、プローブユニットに取付けられたプローブ６からなる構成とする。各部材の大きさ、材質は以下のとおりとする。
サブ補強板８２：厚さ３ｍｍ、最大幅が２００ｍｍ、材質 Ａ７０７５（アルミニウム）
メイン補強板８３：厚さ１３ｍｍ、材質 ＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）
メイン基板８４：６．３ｍｍ、材質 変性ポリイミド
プローブユニット８５：材質 セラミックス材

上記構成からなるプローブカードを用い、２種類の結合状態を設定する。皿ネジ８７を図８に示す配置でサブ補強板８２をメイン補強板８３に固定した状態で、１つ目の結合状態はプローブカードの中心５０ｍｍの範囲を結合したものであり、２つ目の結合状態はプローブカードの中心１００ｍｍの範囲を結合したものである。

上記２種類の結合状態での、ウエーハ試験時の各部材の熱膨張量を求めたものを以下の表に示す。表１は、結合範囲が５０ｍｍの場合であり、表２は、結合範囲が１００ｍｍの場合である。

上記表を見ると、メイン基板８４とメイン補強板８３の熱膨張量を比較するとメイン基板８４の熱膨張量が大きいことから、図１０（ａ）に示すようにメイン補強板８３側に変形を生じ、メイン補強板８３とサブ補強板８２の熱膨張量を比較するとサブ補強板８２の熱膨張量が大きいことから、図１０（ｂ）に示すようにメイン補強板８３側に変形を生ずることがわかる。このことから、メイン基板８４によりメイン補強板８３に生じる変形を、サブ補強板８２で相殺することができるのがわかる。

このように、補強板を異なる膨張係数を有するメイン補強板とサブ補強板から構成することにより、プローブカードの変形を抑制する効果がある。

そして、上記表よりメイン補強板８３とサブ補強板８２の熱膨張量の差を求めると、
拘束領域５０ｍｍの場合、
サブ補強板の熱膨張量−メイン補強板の熱膨張量＝０．０４５−０．０３２＝０．０１３（ｍｍ）
拘束領域１００ｍｍの場合、
サブ補強板の熱膨張量−メイン補強板の熱膨張量＝０．０９１−０．０６３＝０．０２８（ｍｍ）
となり、各領域の熱膨張量の差は、
０．２８−０．１３＝０．１５（ｍｍ）となる。

このように、結合範囲の違いから、熱膨張量に差が生じる。この差を利用し、プローブカードの変形量を制御することが可能となる。

このように、補強板を熱膨張係数の異なるメイン補強板とサブ補強板から構成することにより、プローブカード全体の変形を抑制し、さらにプローブカードを構成する部材の熱膨張量の差を利用し、補強板の結合状態の調整を行うことによって、プローブカードの変形量を制御することができ、試験時のプローブのＺ変位量は、試験時間が経過しても初期変位量より大きく変化することなく、一定の変位量に収まり、対ウエーハとの最適な距離を保つことができる。

ここで、従来のプローブカードと、本発明によるプローブカードの変位量が、試験時間の経過と共にどのような、変化をするかを説明する。

プローブカードを構成する部材の内サブ補強板とメイン補強板以外の部材の大きさおよび試験条件は同じとする。従来のプローブカードとしては、２種類、本発明のプローブカードの実施例として３種類を用意する。
従来例１：サブ補強板 無；メイン補強板の材質 Ｓ５０Ｃ
従来例２：サブ補強板 無；メイン補強板の材質 ＳＵＳ
実施例１：サブ補強板 有；メイン補強板の材質 ＳＵＳ；皿ネジの数 ７個
実施例２：サブ補強板 有；メイン補強板の材質 ＳＵＳ；皿ネジの数 ８個
実施例３：サブ補強板 有；メイン補強板の材質 ＳＵＳ；皿ネジの数 １０個
（皿ネジの数は、プローブカードの中心から放射状に外側に向かっての個数。図１の断面図を例にすると、皿ネジの数１０個の場合は、断面図に中心から両側に各１０個配置され、図９の平面図で見ると中心から、放射状に各１０個配置され、合計４０個となる。）

この結果を図１１のグラフに示す。従来例１が◆、従来例２が▲、実施例１が＊、実施例２が●、実施例３が×で示されている。従来例１，２は、試験開始５分を過ぎても、Ｚ変位量は増加しつづけている。これに対し、実施例１〜３は、試験開始５分までは従来例と同様にＺ変位量は増加するが、変位量は少なく、５分経過後は変位量は一定となり、増加しなくなる。

このように、本発明のプローブカードを用いることにより、プローブカードの変位は、少なくなり、一定時間経過後は一定になることがわかる。また今回の実施例では、皿ネジの数が多いほど変位量が小さくなることもわかる。

本発明のプローブカード用補強板は、サブ補強板によるメイン補強板の結合状態を調整することにより、プローブカードの変位を調整することができるが、結合状態の調整方法としては、皿ネジの個数やピッチを変えたり、皿ネジの配置を中心部を密に外側を疎に配置したりすることが考えられる。しかし、これは一例であり、様々な方法により結合状態の調整は可能である。

上述の本発明のプローブカードは、従来のプローブカードに較べると、構成部材の結合を弾性体の弾性力を用いることにより、各部材の交換が容易になり、メンテナンス性に優れ、熱による影響が少なく、より確実な測定を可能としている。ここに記載した、各部材の形状や材質等については、本発明の範囲内での様々な変更や改良が可能である。

本発明のプローブカードを示す一部概略図。 （ａ）は、本発明のプロブカードに用いる接続ピンの形状を示す拡大図であり、（ｂ）は（ａ）の接続ピンのストッパー部が無い実施形態の接続ピンの形状を示す拡大図である。 （ａ）は図１に示すＢ部拡大図であり、（ｂ）は（ａ）の接続ピンのストッパー部が無い実施形態の接続ピンを使用した場合を示す図である。 本発明のプローブカードに用いる接続ピンの形状の実施例を示す拡大図。 本発明のプローブカードに用いる着脱式プローブの拡大側面図。 本発明のプローブカードに用いる別の形状をした着脱式プローブの拡大側面図。 ファインピッチに対応するためのプローブの配置を示した斜視図。 本発明のプローブカードにおいて補強板による結合状態を示す断面図。 本発明のプローブカードに用いる補強板の平面図。 （ａ）は、熱膨張量の違いによりメイン基板によりメイン補強板が変形する様子を示し、（ｂ）は、熱膨張量の違いによりサブ補強板によりメイン補強板が変形する様子を示す断面図。 試験時間の経過に伴い変化するプローブカードのＺ変位量を示すグラフ。 従来のプローブカードを示す概略図。

符号の説明

Ａ プローブカード
１ メイン基板
１ａ メイン基板の第１主面
１ｂ メイン基板の第２主面
２ スペーストランスフォーマー
２ａ ガイドベースの第１主面
２ｂ ガイドベースの第２主面
３ サブ基板
３ａ サブ基板の第１主面
３ｂ サブ基板の第２主面
４ 上部電極
５ 下部電極
６ プローブ
７ 接続ピン
８ 補強板
８ａ メイン補強板
８ｂ サブ補強板
８ｃ ネジ
９ 第１スルーホール
１０ フランジ
１１ フランジ固定用ネジ
１２ 配線
１３ 接続部材
１４ 充填剤
１５ スペーサー
１７ 配線
１９ 第２スルーホール
２０ スプリング
２１ ガイド
２２ ガイドベース
２３ 位置決めピン
２４ ガイド用固定ネジ
２５ 補強板固定ネジ
２６ フランジ固定用スペーサー
２７ プラナリ調整ネジ
２８ ナット
２９ 第４スルーホール
３０ 第３スルーホール
６１ 挿入部
６２ 支持部
６３ 湾曲部
６４ アーム部
６５ 接触部
６７ バネ部
７１ 先端部
７２ 第１接触部
７３ 支持部
７４ ストッパー部
７５ 第２接触部
７６ 第３接触部
８１ プローブカード
８２ サブ補強板
８３ メイン補強板
８４ メイン基板
８５ プローブユニット
８６ プローブ
８７ 皿ネジ
９０ 半田付け

Claims (7)

1. 測定器と接続される上部電極が設けられた第１主面と、上記上部電極と配線にて電気的に導通する下部電極が設けられた第２主面を有するメイン基板、
   上記メイン基板に結合され、上記下部電極と電気的に導通する導電層が形成された第１スルーホールを有するサブ基板、
   上記サブ基板に対向配置され、第４スルーホールを有するガイドベース、
   上記ガイドベースに固定され、導電層が形成された第２スルーホールと、上記第２スルーホールと配線パターンにより導通される導電層が形成された第３スルーホールを有するガイド、
   上記サブ基板の第１スルーホール内に挿入される先端部と、第１スルーホール内で弾性的接触を行う第１接触部と、上記第１接触部を支える支持部と、上記ガイドベースの第４スルーホール内で弾性的接触を行う第２接触部と、上記ガイドの第２スルーホール内で弾性的接触を行う第３接触部を有し、上記サブ基板、上記ガイドベースおよび上記ガイドを着脱可能に弾性的に結合する接続ピン、
   および上記ガイドの第３スルーホールに挿入される挿入部と、上記挿入部を支持し上記ガイドと接触して高さ方向の位置決めを担う支持部と、上記支持部から延在するアーム部と、上記アーム部の先端側に配置され、被検査対象物の電極に接触する接触部を有するプローブ、
   を備えたプローブカード。
2. 測定器と接続される上部電極が設けられた第１主面と、上記上部電極と配線にて電気的に導通する下部電極が設けられた第２主面を有するメイン基板、
   上記メイン基板に結合され、上記下部電極と電気的に導通する導電層が形成された第１スルーホールを有するサブ基板、
   上記サブ基板に対向配置され、第４スルーホールを有するガイドベース、
   上記ガイドベースに固定され、導電層が形成された第２スルーホールと、上記第２スルーホールと配線パターンにより導通される導電層が形成された第３スルーホールを有するガイド、
   上記サブ基板の第１スルーホール内に挿入される先端部と、第１スルーホール内で弾性的接触を行う第１接触部と、上記第１接触部を支える支持部と、上記サブ基板および上記ガイドベースの表面に当接するストッパー部と、上記ガイドベースの第４スルーホール内で弾性的接触を行う第２接触部と、上記ガイドの第２スルーホール内で弾性的接触を行う第３接触部を有し、上記サブ基板、上記ガイドベースおよび上記ガイドを着脱可能に弾性的に結合する接続ピン、
   および上記ガイドの第３スルーホールに挿入される挿入部と、上記挿入部を支持し上記ガイドと接触して高さ方向の位置決めを担う支持部と、上記支持部から延在するアーム部と、上記アーム部の先端側に配置され、被検査対象物の電極に接触する接触部を有するプローブ、
   を備えたプローブカード。
3. 上記接続ピンの上記サブ基板の第１スルーホール内への上記挿入部は、上記支持部が上記ストッパー部から上記第１スルーホールの略中心部を上記第１スルーホールの内壁と略平行に延伸し、上記支持部の先端は上記第１スルーホールの内壁と接触するように屈曲しており、上記先端部は上記先端部の他端が上記ストッパー部へと向くように上記支持部の先端から湾曲して連なり、上記第１接触部は上記先端部の他端から上記第１スルーホールの内壁に上記第１接触部の先端が接触するように延伸されてなることを特徴とする請求項２に記載のプローブカード。
4. 上記メイン基板に固定されるメイン補強板、上記メイン補強板に固定されるサブ補強板、上記メイン補強板と上記サブ補強板の結合状態を調整する結合状態調整手段からなる補強板を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のプローブカード。
5. 上記ガイド表面の配線パターンで導通された上記第３スルーホールが、１つのプローブに対して複数個配設され、上記プローブが複数個の上記挿入部を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のプローブカード。
6. 上記プローブの挿入部がバネ性を有し、上記第３スルーホール内部で圧力接触することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のプローブカード。
7. 上記補強板の結合状態調整手段が、上記サブ補強板を上記メイン補強板に結合する複数のネジであることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれかに記載のプローブカード。
   
   

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