JP2006214732A - プローブカード用補強板 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウエーハの試験時に発生する熱によるプローブカードの変形に対応し、プローブとウエーハ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用補強板を提供することにある。
【解決手段】 補強板を、異なる熱膨張量を有するメイン補強板およびサブ補強板から構成し、サブ補強板をメイン補強板に固定するネジにより、メイン基板に対するサブ補強板の結合状態を調整することにより、プローブカードの歪み量を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、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おいてメイン基板を補強するプローブカード用補強板に関する。

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は、一般に、測定器と接続されたメイン基板と、被検査対象物と接触するプローブが取付けられているプローブユニットから構成され、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た時に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る。

従来から、上記の要求に対処するために、図６に示すように、メイン基板３３に補強板３２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。

従来のウエーハ試験時（高温試験等）のプローブ試験に使用するプローバのウエーハチャックは、温調システムにより試験温度の調整がなされている。試験前の状態では、常温であるプローブカードと温度調整されているウエーハチャックの温度とは、温度差があり、試験開始直後は熱源であるウエーハが、プローブカードに近接することにより、プローブカードに熱が加えられ、プローブカードの各部材の温度分布が変化する。その結果、プローブカードの各部材には、熱による膨張が生じ、プローブカードに変形（反り）が生じる。

プローブカードの変形に大きな影響を与えているのは、メイン基板と補強板の変形である。従来のプローブカードは、図６に示すように、プローブユニット３４、メイン基板３３、補強板３２の３層構造となっており、この中でもプローブ構造の大部分を占める、互いに固定されたメイン基板３３と補強板３２は、異なる熱膨張係数を有しているので、熱が加えられると、それぞれ異なる熱膨張量が生じ、熱膨張量の小さい側に変形（反り）が生じる。この変形（反り）が、プローブカードの変形量、特にプローブＺ変位量に影響を与える。

従来のプローブカード用補強板で、どのような変形が起こっていたかを図６を用いて説明を行う。メイン基板３３の材質を変性ポリイミドとし、補強板３２の材質をＳＵＳ３０４とすると、熱膨張係数の大きいメイン基板３３の方が熱膨張量が大きくなり、歪みが補強板３２側に生じる。このため、図６に示すようにメイン基板３３および補強板３２の両端が上側に反り返るように変形する。このように、互いに異なる熱膨張係数を有する複数の金属が接合された金属接合板（バイメタル）は、熱膨張係数の小さい金属板の側に曲がる性質を持っている。

試験中の熱により変形が時間の経過と共に、さらに大きくなっていくと、様々な問題が生じるために、従来の対応策としては、試験前に、プレヒートを行い、プローブカードを構成する各部材の温度を事前に試験時の温度分布へと安定させていた。

上記のように、従来のプローブカードの構成では、試験時に、各部材が熱により変形を生じ、その変形が、プローブカードとウエーハとの相対的な位置変形（Ｚ変位）を生じさせる。その結果、図６に示すようにウエーハ２６に対するプローブの高さに変化が生じ、プローブがウエーハに対し過剰に近接し、プローブおよびウエーハデバイスが破損するという問題があった。

上記問題点に対して、プレヒートによる対策が行われていたが、そのためのコストや余計な時間が掛かるという問題が生じた。

本発明は、このような従来のプローブカード用補強板により生じていた課題を解決したものであって、ウエーハの試験時に発生する熱による生じるプローブカードの変形に対応し、プローブとウエーハとの間隔を最適な状態に保つことができるプローブカード用補強板を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のプローブカード用補強板は、メイン基板に固定されるメイン補強板、メイン補強板に固定されるサブ補強板、該メイン補強板と該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ことを特徴とする。

さらに、本発明のプローブカード用補強板は、前記結合状態調整手段が、前記サブ補強板を前記メイン補強板に固定する複数のネジであることが好ましい。

また、前記複数のネジが、前記メイン補強板およびサブ補強板の中心から外側に向かって配置されることをが好ましい。

そして、前記複数のネジが、皿ネジであることが好ましい。

また、前記メイン補強板と前記サブ補強板は、互いに異なる材料で構成されることが好ましい。

さらに、前記サブ補強板の熱膨張係数が、前記メイン補強板の熱膨張係数より大きいことが好ましい。

本発明のプローブカード用補強板は、メイン基板に固定されるメイン補強板、メイン補強板に固定されるサブ補強板、該メイン補強板と該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。

さらに、前記結合状態調整手段が、前記サブ補強板を前記メイン補強板に固定する複数のネジであることにより、ネジの個数や配置を調整することにより、より簡単に結合状態の調整およびサブ補強板の交換が可能となり、様々な試験条件に容易に対応できる。

また、前記複数のネジが、前記メイン補強板およびサブ補強板の中心から外側に向かって配置されることにより、歪みをより効果的にコントロールすることができる。

そして、前記複数のネジが、皿ネジであることにより、前記結合状態調整手段を基板表面に突出させずに済む。

また、前記メイン補強板と前記サブ補強板は、互いに異なる材料で構成されることにより、互いに異なる変形を生じ、その変形を利用して、結合状態が調節できるので、プローブカード全体の変形を効果的に抑制できる。

さらに、前記サブ補強板の熱膨張係数が、前記メイン補強板の熱膨張係数より大きいことにより、メイン基板によりメイン補強板に生じる変形を、サブ補強板の変形により相殺することができる。

以下に、図を用いて本発明のプローブカード用補強板の実施形態について説明する。

図１に示すように、本発明のプローブカード用補強板を用いたプローブカード１は、スルーホールを有したメイン基板４、メイン基板４を補強するメイン補強板３およびサブ補強板２、サブ基板５、ガイドベース８、ガイド９の各種プレートと、各プレートを接続したり固定するための接続ピン１２とプローブ６等により構成されている。

サブ補強板２は、メイン補強板３とサブ補強板２の結合状態を調整する手段である皿ネジ７を用いてメイン補強板３に固定されている。前記皿ネジ７は、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、結合状態の調整を行う。そして、メイン基板４はメイン補強板３にメイン補強板固定用ネジ２４を用いて固定されている。

前記メイン基板４は、充填剤１４を接着剤として用いてサブ基板５と接続されている。この時メイン基板４の下面に設けられた下部電極１８はサブ基板５に設けられている内部がメッキ処理されたスルーホール電極１１と導電体である接続部材１９を介して電気的に接続されており、さらに下部電極１８はメイン基板４内のメイン基板配線２０によってメイン基板４の上面に設けられた上部電極１７と電気的に接続されている。上部電極１７はテスタ（図示せず）に接続されている。

前記サブ基板５のスルーホール電極１１に接続ピン１２を挿入する。そして前記接続ピン１２の反対側をガイドベース８のスルーホール２１に挿入する。接続ピン１２はガイドベース８を貫通し、反対側に突出している。これによりサブ基板５とガイドベース８が弾性的に接続される。

ガイド９のプローブ固定用スルーホール２３にプローブ６を着脱可能に挿入する。ガイド９にはプローブ固定用スルーホール２３と配線により電気的に接続され、内部がメッキ処理されたガイドスルーホール２２が設けられており、このガイドスルーホール２２に前記ガイドベース８より突出している接続ピン１２を挿入し、ガイド固定用ネジ１５にてガイド９をガイドベース８に固定する。その結果、接続ピン８を介してガイドスルーホール２２とスルーホール１１とが電気的に接続され、プローブ６がテスター（図示せず）と電気的に接続され、プローブによる測定が可能となる。

上記構成により各基板が一体となったところで、ガイドベース８をフランジ１０に載せ、フランジ固定用ネジ１３により、メイン補強板３、メイン基板４およびガイドベース８をフランジ１０に固定する。この時、プライナリ調整ネジ１６によりメイン基板４とサブ基板５の平行度を調節する。

上記プローブカードの構成において、皿ネジ７の配置や個数を調整することにより、メイン補強板３とサブ補強板２の結合状態を調整することができ、プローブカードの歪み量を調整可能となる。本実施形態のプローブカードにおいて、補強板以外の構造はここに記載したものに限定するものではなく、従来の様々な形態のプローブカードが使用可能である。補強板に関しても、本発明の範囲内での様々な変更や改良が可能である。

ここからは、本発明のプローブカード補強板により、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していく。

はじめに、補強板の異なる結合状態により、熱膨張量にどのような差が出てくるのかを説明する。

使用するプローブカードについて説明する。各部材の大きさ、材質は以下のとおりとする。
サブ補強板２：厚さ３ｍｍ、最大幅が２００ｍｍ、材質 Ａ７０７５（アルミニウム）
メイン補強板３：厚さ１３ｍｍ、材質 ＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）
メイン基板４：６．３ｍｍ、材質 変性ポリイミド
プローブユニット５：材質 ホトベール２Ｓ

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７を図２のような配置でサブ補強板２をメイン補強板３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範囲を結合したものであり、２つ目はプローブカードの中心１００ｍｍ範囲を結合した状態である。

上記２種類の結合状態での、ウエーハ試験時の各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、メイン基板とメイン補強板の熱膨張量を比較するとメイン基板側の熱膨張量が大きいことから、図４（ａ）に示すようにメイン補強板側に変形を生じ、メイン補強板とサブ補強板の熱膨張量を比較するとサブ補強板側の熱膨張量が大きいことから、図４（ｂ）に示すようにメイン補強板側に変形を生ずることがわかる。このことから、メイン基板によりメイン補強板に生じる変形を、サブ補強板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とサブ補強板の熱膨張量の差を求めると、
結合範囲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）
結合範囲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、２種類の結合範囲の熱膨張量の差は、
０．０２８−０．０１３＝０．０１５（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。このことから、熱膨張量の差が大きくなる場合（各基板および各補強板の材質が変わったり、基板の大きさ（径）が変わることによって生ずる）は、皿ネジを外周方向に増やす、すなわち拘束領域を大きくすることにより、プローブのＺ変位量を押え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、補強板の拘束領域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用補強板の実施例として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３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５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用補強板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、結合手段である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。

本発明によるプローブカード用補強板を用いたプローブカードの断面図。 本発明のプローブカードにおける補強板の結合状態を示す断面図。 本発明のプローブカード用補強板の平面図。 （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用補強板を用いたプローブカードの断面図。

符号の説明

１ プローブカード
２ サブ補強板
３ メイン補強板
４ メイン基板
５ プローブユニット
６ プローブ
７ 皿ネジ
８ ガイドベース
９ ガイド
１０ フランジ
１１ スルーホール電極
１２ 接続ピン
１３ フランジ固定用ネジ
１４ 充填剤
１５ ガイド固定用ネジ
１６ プラナリ調整ネジ
１７ 上部電極
１８ 下部電極
１９ 接続部材
２０ メイン基板配線
２１ スルーホール
２２ ガイドスルーホール電極
２３ プローブ固定用スルーホール電極
３１ プローブカード
３２ 補強板
３３ メイン基板
３４ プローブユニット
３５ プローブ
３６ ウエーハ表面

Claims (6)

1. 電気的諸特性を測定するプローブカードにおいてメイン基板を補強するプローブカード用補強板であって、メイン基板に固定されるメイン補強板、メイン補強板に固定されるサブ補強板、該メイン補強板と該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ことを特徴とするプローブカード用補強板。
2. 前記結合状態調整手段が、前記サブ補強板を前記メイン補強板に固定する複数のネジであることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード用補強板。
3. 前記複数のネジが、前記メイン補強板およびサブ補強板の中心から外側に向かって配置されることを特徴とする請求項２に記載のプローブカード用補強板。
4. 前記複数のネジが、皿ネジであることを特徴とする請求項２または３に記載のプローブカード用補強板。
5. 前記メイン補強板と前記サブ補強板は、互いに異なる材料で構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のプローブカード用補強板。
6. 前記サブ補強板の熱膨張係数が、前記メイン補強板の熱膨張係数より大きいことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のプローブカード用補強板。
   

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