JP2007101456A - プローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】 メイン基板とコンタクト基板とを接続するコネクタを効率よく配置することができるプローブカードを提供することを目的とする。
【解決手段】 コンタクトプローブ２１が形成されたコンタクト基板２０と、このコンタクト基板２０を保持するメイン基板１０とを、メイン基板１０上に配置されたマイクロコネクタ１２を介して電気的に接続する。マイクロコネクタ１２を略直方体の外形とし、その長辺がメイン基板１０のほぼ中心を通る直線に沿うようにメイン基板１０上に配置する。これにより、メイン基板１０の中心に対して周方向により多くのマイクロコネクタ１２を配置することができるので、マイクロコネクタ１２を効率よく配置することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プローブカードに係り、更に詳しくは、コンタクトプローブが形成されたコンタクト基板と、このコンタクト基板を保持するメイン基板とが電気的に接続されているプローブカードの改良に関する。

プローブカードとは、半導体集積回路の電極パッドなどの検査対象物にコンタクトプローブ（接触探針）を接触させて、電極パッドの電気信号を取出すための電気的接続手段である。プローブカードには、一般的に、多層配線基板が使用され、この基板上に半導体集積回路の電極パッドの数およびピッチに対応して多数のコンタクトプローブが配列され、各コンタクトプローブは基板を通じて、より広いピッチで配置された外部端子に導通するように構成されている。

このプローブカードを使用して半導体ウエハ上のデバイスの電気的特性を検査する場合には、プローブカードをプローブ装置に取付け、プローブカードの外部端子をテスター装置に電気的に接続した後、コンタクトプローブを半導体ウエハ上の電極パッドに接触させる。その後、コンタクトプローブを更に押し付けることにより、いわゆるオーバードライブを行い、すべてのコンタクトプローブをそれぞれ電極パッドに確実に接触させることができる。

プローブカードの中には、多数のコンタクトプローブが形成されたコンタクト基板と、このコンタクト基板を保持するメイン基板とを備えているものがある。メイン基板には外部端子が形成されており、この外部端子がテスター装置に対して電気的に接続される。メイン基板及びコンタクト基板は、フレキシブル印刷配線板を介して電気的に接続することができる（例えば、特許文献１参照）。

米国特許第６８３８８９３号明細書

本願出願人は、２００５年５月１３日付の出願（特願２００５−１４０５０２号）において、メイン基板及びコンタクト基板をフレキシブル印刷配線板により接続するような構成を有するプローブカードの一構成例を提案した。

図４は、本願出願人による先願に係るプローブカード１０１の構成例を示した平面図である。このプローブカード１０１において、メイン基板１１０及びコンタクト基板１２０は、フレキシブル印刷配線板１３０によって電気的に接続されている。

メイン基板１１０は、円形形状に形成され、その周縁部には多数の外部端子１１１が形成されている。これらの外部端子１１１は、メイン基板１１０の多層配線を介して、より中央よりの位置に形成されているマイクロコネクタ１１２の端子にそれぞれ接続されている。コンタクト基板１２０は、矩形形状からなるシリコン基板であり、その下面に多数のコンタクトプローブ１２１が形成されるとともに、その上面がメイン基板１１０の下面に対向している。コンタクト基板１２０の上面の周縁部には、電極パッドが設けられており、これらの電極パッドが、フレキシブル印刷配線板１３０を介してメイン基板１１０に接続されている。

フレキシブル印刷配線板１３０は、メイン基板１１０及びコンタクト基板１２０を電気的に接続する導電線の集合体であり、可撓性を有する薄い絶縁性基板上に、複数本の配線１３３が並べて形成されている。ここでは、コンタクト基板１２０の各辺にそれぞれフレキシブル印刷配線板１３０が接続され、各フレキシブル印刷配線板１３０は、メイン基板１１０側の端部が３つの分岐端１３４に分岐した形状とされている。各フレキシブル印刷配線板１３０の各分岐端１３４には、メイン基板１１０のマイクロコネクタ１１２に対して着脱可能なマイクロコネクタ１３１が取り付けられている。

各フレキシブル印刷配線板１３０に形成されている複数本の配線１３３は、コンタクト基板１２０からメイン基板１１０へ放射状に延びており、メイン基板１１０側の各端部がマイクロコネクタ１３１に接続されている。マイクロコネクタ１３１は、長尺形状に形成され、その長手方向が配線１３３の延びる方向に対して直交するように、フレキシブル印刷配線板１３０に取り付けられている。メイン基板１１０のマイクロコネクタ１１２は、フレキシブル印刷配線板１３０のマイクロコネクタ１３１に対応する長尺形状とされている。

フレキシブル印刷配線板１３０のマイクロコネクタ１３１には、その長手方向、すなわち配線１３３が並ぶ方向に沿って多数の電極（図示せず）が整列配置されており、これらの電極に各配線１３３の端部が接続されている。メイン基板１１０のマイクロコネクタ１１２には、フレキシブル印刷配線板１３０のマイクロコネクタ１３１に対応する多数の電極（図示せず）が、その長手方向に沿って整列配置されている。各マイクロコネクタ１１２，１３１は、互いに嵌め合わせられることにより、それぞれに備えられた電極同士が接触して電気的に接続される。

このようなプローブカードにおけるコンタクトプローブの数は、半導体集積回路の集積度の向上等に伴って、今後も更に増加するものと考えられる。コンタクトプローブの本数が増加すると、その分、フレキシブル配線に形成される配線の本数、及び、コネクタの電極の数も増加することとなる。このような場合に、図４に示すような構成では、マイクロコネクタ１１２，１３１を更に長く形成するなどして電極の数を増加しなければならない。

フレキシブル印刷配線板上における配線の高密度化については、多層化等の種々の技術が開発されており、比較的容易に高密度化できる。しかしながら、コネクタの電極を短絡させることなく高密度で配置するのには限界があるため、配線の本数の増加に伴い、コネクタを長くして電極の配置領域を増加させる必要がある。この場合、図４において、メイン基板１１０の周方向に沿って延びるマイクロコネクタ１１２，１３１の配置領域を長くする必要が生じ、メイン基板１１０の外形を大きくするなどの対策を講じなければならないため、メイン基板１１０、ひいてはプローブカード１０１全体が大型化してしまうという問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、メイン基板とコンタクト基板とを接続するコネクタを効率よく配置することができるプローブカードを提供することを目的とする。また、フレキシブル印刷配線板の配線の増加に伴ってプローブカードが大型化するのを防止することを目的とする。

第１の本発明によるプローブカードは、コンタクトプローブが形成されたコンタクト基板と、配線を有し、上記コンタクト基板を保持するメイン基板と、略直方体の外形で、その長辺が上記メイン基板のほぼ中心を通る直線に沿うように上記メイン基板上に配置され、上記コンタクトプローブと上記メイン基板の配線とを電気的に接続するコネクタとを備えて構成される。

このような構成により、略直方体のコネクタを、その長辺がメイン基板のほぼ中心を通る直線に沿うようにメイン基板上に配置することによって、メイン基板の中心に対して周方向により多くのコネクタを配置可能にすることができるので、コネクタを効率よく配置することができる。

第２の本発明によるプローブカードにおいて、上記コンタクト基板と上記メイン基板とがフレキシブル印刷配線板によって接続され、上記フレキシブル印刷配線板が、上記コネクタに接続される。このような構成により、フレキシブル印刷配線板の配線をコンタクト基板からコネクタへ放射状に配置することができる。したがって、コネクタの長辺に沿って電極を整列配置した場合には、フレキシブル印刷配線板の配線長を長くしてメイン基板を大型化することなく、コネクタの電極間のピッチを広げることが可能になる。

すなわち、電極の増加に応じて、フレキシブル印刷配線板の配線方向にコネクタの配置領域の幅を広げ、電極列を長くすることにより、コネクタを効率よく配置することができる。これにより、フレキシブル印刷配線板の配線の増加に伴って、コネクタの配置領域の長さを長くする必要がないので、メイン基板の外形が大きくなるのを防止でき、プローブカードが大型化するのを防止できる。

本発明によれば、略直方体のコネクタを、その長辺がメイン基板のほぼ中心を通る直線に沿うようにメイン基板上に配置することによって、メイン基板の中心に対して周方向により多くのコネクタを配置可能にすることができるので、コネクタを効率よく配置することができる。また、電極の増加に応じて、フレキシブル印刷配線板の配線方向にコネクタの配置領域の幅を広げ、電極列を長くすることにより、コネクタを効率よく配置することができる。これにより、フレキシブル印刷配線板の配線の増加に伴って、コネクタの配置領域の長さを長くする必要がないので、メイン基板の外形が大きくなるのを防止でき、プローブカードが大型化するのを防止できる。

図１は、本発明の実施の形態によるプローブカード１の一例を示した平面図である。図２は、プローブ装置に取り付けられた状態のプローブカード１を示した概略図であり、図中の（ａ）には、シリコンウエハ４０とのコンタクト前、（ｂ）には、シリコンウエハ４０とのコンタクト後の様子がそれぞれ示されている。

メイン基板１０及びコンタクト基板２０は、フレキシブル印刷配線板３０によって緩やかに係合され、メイン基板１０がプローブ装置によって水平に保持されている状態において、コンタクト基板２０は、メイン基板１０から吊り下げられ、フレキシブル印刷配線板３０によって制限される範囲内において、メイン基板１０に対して変位自在かつ揺動自在となる。

メイン基板１０は、プローブ装置に着脱可能に取り付けられ、コンタクト基板２０及びフレキシブル印刷配線板３０を支持する基板である。ここでは、円形形状からなるガラスエポキシ製の多層配線基板が、メイン基板１０として用いられている。このメイン基板１０の周縁部には多数の外部端子１１が形成されている。これらの外部端子１１は、図示しないテスター装置の信号端子と導通させるための端子であり、プローブ装置の構成に応じて、メイン基板１０の上面又は下面に設けられている。これらの外部端子１１は、メイン基板１０の多層配線を介して、より中央寄りの位置に形成されているマイクロコネクタ１２の端子にそれぞれ接続されている。

コンタクト基板２０は、その下面に多数のコンタクトプローブ２１が形成され、その上面をメイン基板１０の下面に対向させて吊り下げられる基板である。ここでは、矩形形状からなるシリコン基板が、コンタクト基板２０として用いられている。本実施の形態において、コンタクト基板２０の下面は、コンタクトプローブ２１が形成される前面であり、コンタクト基板２０の上面は、メイン基板１０に対向して配置される背面である。

コンタクトプローブ２１は、電気鋳造法により形成された金属針であり、コンタクト基板２０の下面の中央に２列に整列配置されている。コンタクト基板２０の下面には複数本の配線（図示せず）が放射状に延びるように形成されており、各配線におけるコンタクト基板２０の中央部側の端部が、対応するコンタクトプローブ２１に接続されている。

コンタクト基板２０の上面側には、中央部に金属板２５が貼付されるとともに、周縁部に電極パッド２２が形成されている。コンタクト基板２０の下面側の配線は、周縁部においてコンタクト基板２０を貫通するスルーホール（図示せず）を介して、電極パッド２２に接続されている。各電極パッド２２には、フレキシブル印刷配線板３０の端子３２がバンプボンディングにより接続されている。コンタクト基板２０及び金属板２５は、一体として、変位自在かつ揺動自在にメイン基板１０に支持されるコンタクトユニット２である。

フレキシブル印刷配線板３０は、メイン基板１０及びコンタクト基板２０を電気的に接続する導電線の集合体であり、可撓性を有する薄い絶縁性基板上に、複数本の配線３３が並べて形成されている。ここでは、コンタクト基板２０の各辺にそれぞれフレキシブル印刷配線板３０が接続され、各フレキシブル印刷配線板３０は、メイン基板１０側の端部が７つの分岐端３４に分岐した形状とされている。各フレキシブル印刷配線板３０の各分岐端３４には、メイン基板１０のマイクロコネクタ１２に対して着脱可能なマイクロコネクタ３１が取り付けられている。上記絶縁性基板としては、ポリイミド、ガラスエポキシ、ＴＬＣＰ（Thermotropic Liquid Crystal Polymer）などを用いることができる。

各フレキシブル印刷配線板３０のマイクロコネクタ３１がメイン基板１０のマイクロコネクタ１２に取り付けられ、メイン基板１０とコンタクトプローブ２１がマイクロコネクタ１２，３１を介してフレキシブル印刷配線板３０により導通された状態では、図１に示すように、フレキシブル印刷配線板３０に形成されている複数本の配線３３が、コンタクト基板２０からマイクロコネクタ１２へと放射状に延びている。すなわち、フレキシブル印刷配線板３０の各配線３３が、メイン基板１０の中央部から径方向に延びており、各配線３３の間隔が周縁側に向かうにつれて広くなっている。

メイン基板１０のマイクロコネクタ１２及びフレキシブル印刷配線板３０のマイクロコネクタ３１は、それぞれ、略直方体の外形に形成されている。メイン基板１０のマイクロコネクタ１２は、メイン基板１０の周方向に沿って円環状に並べて配置され、その長辺がメイン基板１０の径方向、すなわちメイン基板のほぼ中心を通る直線に沿うように延びている。これにより、メイン基板１０には、コンタクト基板２０よりも外側で、かつ、外部端子１１が配置されている周縁部よりも内側に、マイクロコネクタ１２の配置領域１３が円環状に形成されている。このように、略直方体のマイクロコネクタ１２を、その長辺がメイン基板１０のほぼ中心を通る直線に沿うようにメイン基板１０上に配置することによって、メイン基板１０の中心に対して周方向により多くのマイクロコネクタ１２を配置することができるので、マイクロコネクタ１２を効率よく配置することができる。

フレキシブル印刷配線板３０のマイクロコネクタ３１は、その長手方向が配線３３と同じ方向に延びるように、フレキシブル印刷配線板３０の各分岐端３４に固定されている。したがって、フレキシブル印刷配線板３０のマイクロコネクタ３１をメイン基板１０のマイクロコネクタ１２に取り付けた状態では、マイクロコネクタ１２，３１の長手方向がフレキシブル印刷配線板３０の配線３３が延びる方向に沿った状態となる。

図３は、マイクロコネクタ１２，３１の拡大斜視図であって、マイクロコネクタ１２，３１が取り外された状態を示している。メイン基板１０のマイクロコネクタ１２は、背面がメイン基板１０に固定された略直方体のハウジング５０を備え、このハウジング５０の前面には、ハウジング５０の長手方向に沿って整列配置された多数の電極５１からなる２列の電極列５２が保持されている。

フレキシブル印刷配線板３０のマイクロコネクタ３１は、背面がフレキシブル印刷配線板３０に固定された矩形のハウジング６０を備え、このハウジング６０の前面には、ハウジング６０の長手方向に沿って整列配置された多数の電極６１からなる２列の電極列６２が保持されている。図３には示していないが、フレキシブル印刷配線板３０の各配線３３は、マイクロコネクタ３１のハウジング６０の長手方向、すなわち、各電極列６２における電極６１の配列方向に延びており、それらの先端がマイクロコネクタ３１の対応する電極６１に接続されている。このように、各配線３３の延びる方向に沿って電極６１を整列配置させた場合、各電極６１への配線３３の引き回しが複雑化するが、周知の多層配線技術を用いることにより、各配線３３を対応する電極６１に対して良好に接続することができる。

各マイクロコネクタ１２，３１の電極５１，６１は、ハウジング５０，６０の短手方向、すなわちフレキシブル印刷配線板３０の配線方向と直交する方向に延びる細長い形状からなる。マイクロコネクタ１２のハウジング５０の前面における電極列５２間には、ハウジング５０の長手方向に延びる凹部５３が形成され、マイクロコネクタ３１のハウジング６０の前面における電極列６２間には、ハウジング６０の長手方向に延びる凸部６３が形成されている。これらのマイクロコネクタ１２，３１の凹部５３及び凸部６３が嵌め合わせられることにより、マイクロコネクタ１２，３１が互いに固定されるとともに、対向する電極５１，６１同士が接触して電気的に接続される。

本実施の形態では、フレキシブル印刷配線板３０の配線３３をコンタクト基板２０からマイクロコネクタ１２，３１へ放射状に配置するとともに、マイクロコネクタ１２，３１の電極列５２，６２を上記配線方向に配置することによって、フレキシブル印刷配線板３０の配線長を長くしてメイン基板１０を大型化することなく、マイクロコネクタ１２，３１の電極５１，６１間のピッチを広げることが可能になる。

すなわち、電極５１，６１の増加に応じて、フレキシブル印刷配線板３０の配線方向、すなわちメイン基板１０の径方向にマイクロコネクタ１２の配置領域１３の幅を広げ、電極列５２を長くすることにより、マイクロコネクタ１２を効率よく配置することができる。これにより、フレキシブル印刷配線板３０の配線３３の増加に伴って、メイン基板１０の周方向に沿ってマイクロコネクタ１２の配置領域１３の長さを長くする必要がないので、メイン基板１０の外形が大きくなるのを防止でき、プローブカード１が大型化するのを防止できる。

図２（ａ）に示すように、検査対象物としてのシリコンウエハ４０は、集積回路が形成された面を上にして可動テーブル４１上に載置され、真空吸着されている。この可動テーブル４１を水平面内で移動又は回転させ、コンタクトプローブ２１及びシリコンウエハ４０の位置合わせを行った後に、可動テーブル４１を上昇させてコンタクトプローブ２１をシリコンウエハ４０上の電極パッドにコンタクトさせて、上記集積回路の電気的特性の検査が行われる。

図２（ａ）に示す非検査時には、コンタクト基板２０は、フレキシブル印刷配線板３０によって吊り下げられ、コンタクトユニット２の重量に相当する垂直成分を有する反力をフレキシブル印刷配線板３０から受けている。検査時には、可動テーブル４１を所定の検査位置で停止させることによって、コンタクトプローブ２１がオーバードライブ状態となる。このとき、図２（ｂ）に示すように、コンタクト基板２０はシリコンウエハ４０によって僅かに持ち上げられ、フレキシブル印刷配線板３０が撓んだ状態になっている。

オーバードライブ状態においてコンタクト基板２０がフレキシブル印刷配線板３０から受ける力の垂直成分は、コンタクトユニット２の重量に比べれば、無視できる値となっている。従って、各コンタクトプローブ２１に付与される針荷重の合計、すなわち、オーバードライブの荷重は、実質的に、コンタクトユニット２の重量に一致している。このため、コンタクト基板２０に貼付する金属板２５の重量を調整すれば、所定のオーバードライブ荷重を確保することができる。

上記実施の形態では、コンタクト基板２０をフレキシブル印刷配線板３０によりメイン基板１０から吊り下げるような構成について説明したが、このような構成に限らず、フレキシブル印刷配線板３０は、単にメイン基板１０及びコンタクト基板２０を電気的に接続するためだけのものであってもよい。

マイクロコネクタ１２，３１に保持されている電極列５２，６２は、電極５１，６１が２列に整列配置されたものに限らず、電極が１列又は３列以上に整列配置されたものであってもよい。また、マイクロコネクタ１２，３１の係合は、マイクロコネクタ１２の凹部５３とマイクロコネクタ３１の凸部６３との嵌め合わせによるものに限らず、マイクロコネクタ１２に凸部を形成し、マイクロコネクタ３１に凹部を形成して、それらを嵌め合わせるものであってもよいし、凹部及び凸部の嵌め合わせ以外の方法で係合されるものであってもよい。

フレキシブル印刷配線板３０は、メイン基板１０側の端部が７つの分岐端３４に分岐しているものに限らず、６つ以下又は８つ以上の分岐端に分岐していてもよい。

本発明の実施の形態によるプローブカードの一例を示した平面図である。 プローブ装置に取り付けられた状態のプローブカードを示した概略図であり、図中の（ａ）には、シリコンウエハとのコンタクト前、（ｂ）には、シリコンウエハとのコンタクト後の様子がそれぞれ示されている。 マイクロコネクタの拡大斜視図であって、マイクロコネクタが取り外された状態を示している。 本願出願人による先願に係るプローブカードの構成例を示した平面図である。

符号の説明

１ プローブカード
２ コンタクトユニット
１０ メイン基板
１１ 外部端子
１２ マイクロコネクタ
１３ （マイクロコネクタの）配置領域
２０ コンタクト基板
２１ コンタクトプローブ
２２ 電極パッド
３０ フレキシブル印刷配線板
３１ マイクロコネクタ
３２ 端子
３３ 配線
３４ 分岐端
５０ ハウジング
５１ 電極
５２ 電極列
５３ 凹部
６０ ハウジング
６１ 電極
６２ 電極列
６３ 凸部

Claims (2)

1. コンタクトプローブが形成されたコンタクト基板と、
   配線を有し、上記コンタクト基板を保持するメイン基板と、
   略直方体の外形で、その長辺が上記メイン基板のほぼ中心を通る直線に沿うように上記メイン基板上に配置され、上記コンタクトプローブと上記メイン基板の配線とを電気的に接続するコネクタとを備えたことを特徴とするプローブカード。
2. 上記コンタクト基板と上記メイン基板とがフレキシブル印刷配線板によって接続され、
   上記フレキシブル印刷配線板が、上記コネクタに接続されることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。

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