JP2007139687A - プローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】 コンタクトプローブに接続された第１基板と、この第１基板に対向して配置された第２基板とを備え、第１基板と第２基板との電気的な接続をより確実に行う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】 第１基板４と第２基板５との間に環状の導電部材６を配置し、導電部材６の頂部と底部とをそれぞれコンタクト基板４の上側電極４２とメイン基板５の下側電極５２とに接触させることにより、第１基板４と第２基板５との電気的な接続を行う。導電部材６の中空部分には弾性体６１を充填する。導電部材６が環状に形成されているので、細長い形状に形成された接続子の端部を電極に当接させるような構成と比較して、熱変形による電極４２，５２との当接部のずれを小さくすることができる。したがって、第１基板４と第２基板５との電気的な接続をより確実に行うことができる。
【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の電気的な接続構造の改良に関する。

半導体装置の電極との電気的な接続を行うための装置の一例として、半導体集積回路などの検査対象物にコンタクトプローブ（接触探針）を接触させることにより電気的な接続を行うプローブカードが知られている。プローブカードは、一般的に、半導体集積回路の電極数及びピッチに対応して多数のコンタクトプローブを基板上に整列配置することにより構成されている。

プローブカードの中には、前面にコンタクトプローブが形成された第１基板としてのコンタクト基板と、このコンタクト基板に対向するように配置され、コンタクト基板を保持する第２基板としてのメイン基板とを備えたものがある（例えば、特許文献１）。コンタクト基板上のコンタクトプローブとメイン基板上の配線との電気的な接続は、コンタクト基板とメイン基板との間に設けられたインターポーザと呼ばれる電気的接続手段により行うことができる。このインターポーザは、例えば、コンタクト基板及びメイン基板に両端部が接触する複数の接続子と、これらの接続子を一体的に保持する支持板とからなるユニットとして構成されている。

コンタクトプローブは、その先端において検査対象物に接触する。より具体的には、コンタクト基板に対して平行に配置された検査対象物の電極に対して、コンタクトプローブを垂直方向に接近させ、その先端を接触させる。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検査対象物の電極に確実に接触させることができる。
特開２００４−１１９９４５号公報

通常、インターポーザの接続子は、いわゆるワイヤーボンディングなどの形成方法を用いて弾性変形可能な細長い形状に形成されている。しかし、このように接続子を細長い形状に形成した場合、このプローブカードを高温環境下で使用したときに、接続子が熱変形することにより先端位置がずれて、コンタクト基板とメイン基板との電気的な接続を良好に行うことができない場合があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、コンタクトプローブに接続された第１基板と、この第１基板に対向して配置された第２基板とを備え、第１基板と第２基板との電気的な接続をより確実に行う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。

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に接続された第１電極を有する第１基板と、この第１基板に対向して配置され、上記第１電極に対向して配置された第２電極を有する第２基板と、上記第１電極と上記第２電極との間に配置され、頂部と底部とがそれぞれ上記第１電極と上記第２電極とに接触する環状の導電部材であり、上記環状の導電部材の中空部分に弾性体が充填された接続部とを備えて構成される。

このような構成により、第１基板と第２基板との間に環状の導電部材を配置することによって、導電部材の頂部と底部とをそれぞれ第１電極と第２電極とに接触させ、第１基板と第２基板との電気的な接続を行うことができる。導電部材が環状に形成されているので、細長い形状に形成された接続子の端部を電極に当接させるような構成と比較して、熱変形による電極との当接部のずれを小さくすることができる。したがって、第１基板と第２基板との電気的な接続をより確実に行うことができる。

また、導電部材の中空部分に弾性体が充填されることにより、導電部材の外周面に加わる外力に対する強度を高くすることができ、環状の導電部材の内部空間が中空状の場合と比較して、過大な圧力が加わることによって導電部材が変形してしまうのを抑制できる。

第２の本発明によるプローブカードにおいて、上記環状の導電部材の頂部と底部とが、それぞれ上記第１電極と上記第２電極とに接合されている。このような構成により、第１電極及び第２電極に対する導電部材の位置がずれるのを防止できるので、第１基板と第２基板との電気的な接続をさらに確実に行うことができる。

第３の本発明によるプローブカードは、上記環状の導電部材の外周面の一部が切り欠かれている。このような構成により、導電部材の外周面に形成されている切り欠きに保持具を係止させて導電部材を保持することができるので、第１基板と第２基板との間に導電部材を配置する作業を容易に行うことができる。

本発明によれば、第１基板と第２基板との間に環状の導電部材を配置することによって、導電部材の頂部と底部とをそれぞれ第１電極と第２電極とに接触させ、第１基板と第２基板との電気的な接続を行うことができる。導電部材が環状に形成されているので、細長い形状に形成された接続子の端部を電極に当接させるような構成と比較して、熱変形による電極との当接部のずれを小さくすることができる。したがって、第１基板と第２基板との電気的な接続をより確実に行うことができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるプローブカード１の一例を示した側面図であり、検査対象物としてのシリコンウエハ２とのコンタクト前の状態を示している。このプローブカード１は、第１基板としてのコンタクト基板４と、第２基板としてのメイン基板５とを備えている。コンタクト基板４の下面には、電気接触子としてのコンタクトプローブ３が多数形成されている。メイン基板５は、コンタクト基板４の上面に対向するように配置され、コンタクト基板４を保持している。

コンタクト基板４は、矩形形状の平板状に形成された薄いシリコン製の基板からなり、その前面としての下面には、多数のコンタクトプローブ３が複数列に整列配置されている。各列のコンタクトプローブ３は、図１における前後方向に沿って、互いに一定間隔を隔てて整列している。コンタクト基板４の下面には、多数の下側電極４１が格子状に配列され、各下側電極４１にコンタクトプローブ３が結合されている。

コンタクト基板４の背面としての上面には、各下側電極４１に対向して多数の上側電極４２が格子状に配列されている。各上側電極４２は、コンタクト基板４を貫通する配線４３を介して、対応する下側電極４１と電気的に接続されている。

メイン基板５は、コンタクト基板４よりも大きい円形形状の平板状に形成されたガラスエポキシ製の基板からなり、その中央部の下方にコンタクト基板４が対向している。メイン基板５の下面には、固定具５１により、コンタクト基板４が下方に所定間隔を隔てて対向するように取り付けられている。

メイン基板５の下面の中央部には、コンタクト基板４の上側電極４２にそれぞれ対向するように、多数の下側電極５２が格子状に配列されている。また、メイン基板５の上面には、各下側電極５２に対応する上側電極５３が形成されている。隣接する上側電極５３間の間隔は、下側電極５２間の間隔よりも広くなるように配置されており、対応する下側電極５２及び上側電極５３が、周縁側に向かって拡がるようにメイン基板５内を貫通する配線５４によって電気的に接続されている。

コンタクト基板４の上側電極４２及びメイン基板５の下側電極５２は、それぞれ平坦な板状に形成されており、互いに上下方向に対向する上側電極４２と下側電極５２との間には、円環状の金属からなる導電部材６が配置されている。各導電部材６は、同じ方向を向いた姿勢で配置されており、それらの頂部と底部とがそれぞれ上側電極４２と下側電極５２とに接触することにより、各導電部材６を介してコンタクト基板４とメイン基板５とが電気的に接続されている。すなわち、各導電部材６は、コンタクト基板４とメイン基板５とを電気的に接続するための接続部１０を構成している。各導電部材６の頂部及び底部は、上側電極４２及び下側電極５２に対して、半田付けによって接合されている。

各導電部材６の中空部分には、例えば弾力のある樹脂からなる弾性体６１が充填されている。これにより、各導電部材６は、外周面から中心に向かって作用する外力に対して、弾性変形できるように構成され、上側電極４２及び下側電極５２の間に歪んだ状態で保持されている。

メイン基板５の各上側電極５３はテスター装置（図示せず）に電気的に接続される。検査時には、集積回路が形成されている面を上にしてシリコンウエハ２が可動テーブル７上に載置されることにより、シリコンウエハ２の電極２１が水平に配置される。そして、可動テーブル７を水平面内で移動又は回転させ、コンタクトプローブ３及びシリコンウエハ２の位置合わせを行った後に、可動テーブル７を上昇させてコンタクトプローブ３をシリコンウエハ２上にコンタクトさせ、テスター装置による上記集積回路の電気的特性の検査が行われる。

このように、プローブカード１は、その下面に対して平行に配置されたシリコンウエハ２に対して垂直方向に接近し、コンタクトプローブ３の先端部がシリコンウエハ２の電極２１に接触する。このとき、シリコンウエハ２の電極２１の取付誤差等に基づく垂直方向へのずれによって、一部のコンタクトプローブ３の先端部だけが電極２１に接触した状態となる。その後、コンタクトプローブ３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３をシリコンウエハ２の電極２１に確実に接触させることができる。

本実施の形態では、コンタクト基板４とメイン基板５との間に環状の導電部材６を配置することによって、導電部材６の頂部と底部とをそれぞれコンタクト基板４の上側電極４２とメイン基板５の下側電極５２とに接触させ、コンタクト基板４とメイン基板５との電気的な接続を行うことができる。導電部材６が環状に形成されているので、細長い形状に形成された接続子の端部を電極に当接させるような構成と比較して、熱変形による電極４２，５２との当接部のずれを小さくすることができる。したがって、コンタクト基板４とメイン基板５との電気的な接続をより確実に行うことができる。

また、導電部材６の頂部と底部とが、コンタクト基板４の上側電極４２とメイン基板５の下側電極５２とに接合されているので、上側電極４２及び下側電極５２に対する導電部材６の位置がずれるのを防止できる。したがって、コンタクト基板４とメイン基板５との電気的な接続をさらに確実に行うことができる。

また、導電部材６の内部空間に弾性体６１が充填されているので、導電部材６の外周面に加わる外力に対する強度を高くすることができ、環状の導電部材６の内部空間が中空状の場合と比較して、過大な圧力が加わることによって導電部材６が変形してしまうのを抑制できる。

図２は、図１の導電部材６の製造工程を概略的に示した図である。導電部材６を製造する際には、まず、円柱状の金属棒６２をめっき液に浸けて、その金属棒６２に直流電流を流すことにより、いわゆる電気めっき法によって金属棒６２の表面に金属を析出させる。これにより、図２（ａ）に示すように、金属棒６２の表面に金属膜からなる円筒体６３が形成される。

その後、図２（ｂ）に示すように、形成された円筒体６３から金属棒６２を引き抜く。そして、図２（ｃ）に示すように、円筒体６３の内部空間に弾性体６１を充填させた後、軸線方向に直交する面で一定間隔ごとに輪切りすることによって、図２（ｄ）に示すように、内部空間に弾性体６１が充填された円環状の導電部材６を多数製造することができる。導電部材６は、その外径が７０μｍ、内径が５０μｍ、厚みが１０μｍ、軸線方向の幅が４０μｍであって、ニッケルなどの金属材料で形成することができる。

ただし、円筒体６３を形成した後に、その円筒体６３の内部空間に弾性体６１を充填するような方法に限らず、円柱状の弾性体６１を形成した後に、その弾性体６１の表面に金属膜からなる円筒体６３を形成するような方法であってもよい。

図３は、コンタクト基板４とメイン基板５との間に導電部材６を配置する方法の一例について説明するための図である。この例では、多数の導電部材６をコンタクト基板４とメイン基板５との間に一度に配置するために、ポリイミドなどの耐熱性の樹脂により薄板状に形成された保持板８が用いられる。図３（ａ）は、保持板８を斜め上方から見た斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。

図３（ａ）に示すように、保持板８には、長方形状の開口８１が格子状に複数形成されている。各開口８１は、その短辺が導電部材６の厚みと同程度であり、長辺が導電部材６の直径よりも短く形成されている。したがって、保持板８を水平にして、弾性体６１が充填された導電部材６を上方から各開口８１に挿入することにより、各開口８１に導電部材６の一部を嵌め込んだ状態で保持することができる。

開口８１内に導電部材６を嵌め込んだ状態では、図３（ｂ）に示すように、導電部材６の下部が保持板８の下方に張り出している。したがって、保持板８の各開口８１に導電部材６を嵌め込んだ状態で、コンタクト基板４とメイン基板５との間に保持板８を配置し、各導電部材６の下部をコンタクト基板４の上側電極４２に、各導電部材６の上部をメイン基板５の下側電極５２にそれぞれ半田付けすることにより、多数の導電部材６を上側電極４２及び下側電極５２の間に一度に取り付けることができる。

上記実施の形態１では、導電部材６の内部空間に弾性体６１が充填された構成について説明したが、導電部材６の製造工程において図２（ｃ）の工程を省略すれば、弾性体６１が充填されていない導電部材６を得ることができ、その導電部材６をコンタクト基板４とメイン基板５との間に配置することも可能である。このような場合であっても、図３に示すような保持板８を用いて、各開口８１に導電部材６を嵌め込むことにより、多数の導電部材６を上側電極４２及び下側電極５２の間に容易に取り付けることができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２による導電部材６の構成例及び配置方法の一例について説明するための図である。この例では、図４（ａ）に示すように、導電部材６の外周面の一部に切り欠き６５が形成されている。

切り欠き６５は、導電部材６の頂部及び底部以外の一部、例えば右側部又は左側部に形成され、導電部材６の中心に向かって先細りした形状に形成されている。切り欠き６５は、導電部材６の外周面を貫通し、その内部空間に充填されている弾性体６１内に到達している。このように、導電部材６の外周面の一部に切り欠き６５が形成されることにより、導電部材６は略Ｃ字形状となっている。

この導電部材６をコンタクト基板４とメイン基板５との間に配置する際には、細いワイヤ状の保持棒９を導電部材６の切り欠き６５に係止させることにより、保持棒９を介して導電部材６を保持し、コンタクト基板４とメイン基板５との間に移動させる。このとき、図４（ｂ）に示すように、２以上の導電部材６を同軸上に配置し、それらの切り欠き６５が軸線方向に並ぶようにして、直線状の保持棒９を各導電部材６の切り欠き６５に係止させれば、多数の導電部材６を同時に保持することができる。

本実施の形態では、導電部材６の外周面に形成されている切り欠き６５に保持棒９を係止させて導電部材６を保持することができるので、コンタクト基板４とメイン基板５との間に導電部材６を配置する作業を容易に行うことができる。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３による導電部材６の構成例を示した側面図であり、導電部材６の外周面に平坦面６４が形成された構成を示している。

図５（ａ）の例では、円環状の導電部材６の外周面における１箇所にのみ、接線方向に延びる平坦面６４が形成されており、その平坦面６４がコンタクト基板４の上側電極４２に当接するように配置されている。ただし、図５（ａ）に示す状態から導電部材６を１８０°回転させて、平坦面６４がメイン基板５の下側電極５２に当接するように導電部材６が配置されていてもよい。

図５（ｂ）の例では、円環状の導電部材６の外周面における２箇所に、それぞれ接線方向に延びる平坦面６４が形成されている。これらの平坦面６４は、導電部材６の軸線を中心にして対称配置され、互いに平行に延びている。この導電部材６は、一方の平坦面６４がコンタクト基板４の上側電極４２に当接し、他方の平坦面６４がメイン基板５の下側電極５２に当接するように配置される。

本実施の形態では、円環状の導電部材６の外周面に形成された平坦面６４を介して、コンタクト基板４の上側電極４２又はメイン基板５の下側電極５２に導電部材６を安定して当接させることができるとともに、接触面積を大きくすることができる。このような導電部材６の外周面に対する平坦面６４の形成は、図２（ｂ）に示した金属棒６２を引き抜く工程において、円筒体６３の外周面に対して軸線方向に沿って切断手段を接触させてスライスすることにより容易に行うことができる。

ただし、本実施の形態のような構成に限らず、図４に示したように切り欠き６５が形成された導電部材６において、その頂部又は底部に平坦面６４を形成し、その平坦面６４をンタクト基板４の上側電極４２又はメイン基板５の下側電極５２に当接するように配置してもよい。

以上の実施の形態では、導電部材６が円環状に形成されている場合について説明したが、このような構成に限らず、導電部材は、多角形形状からなる環状に形成されたものであってもよい。この場合、それぞれコンタクト基板４の上側電極４２及びメイン基板５の下側電極５２に当接する互いに平行な平坦面が形成されるように、導電部材は２ｎ角形（ｎは２以上の整数）の形状からなるものであることが好ましい。

図１では、プローブカード１がシリコンウエハ２に対して上方から接触するような構成について説明したが、このプローブカード１は、コンタクトプローブ３が形成されている前面が上方を向いた状態、すなわち図１に対して上下を逆転させた状態で使用することも可能である。

また、以上の実施の形態では、検査対象物の一例としてのシリコンウエハ２にプローブカード１を接触させる場合について説明したが、このプローブカード１は、シリコンウエハ２などの半導体集積回路に限らず、他の半導体装置の電極に接触させて使用することも可能である。

本発明の実施の形態１によるプローブカードの一例を示した側面図であり、検査対象物としてのシリコンウエハとのコンタクト前の状態を示している。 図１の導電部材の製造工程を概略的に示した図である。 コンタクト基板とメイン基板との間に導電部材を配置する方法の一例について説明するための図である。 本発明の実施の形態２による導電部材の構成例及び配置方法の一例について説明するための図であり、導電部材の外周面の一部に切り欠きが形成された構成を示している。 本発明の実施の形態３による導電部材の構成例を示した側面図であり、導電部材の外周面に平坦面が形成された構成を示している。

符号の説明

１ プローブカード
２ シリコンウエハ
３ コンタクトプローブ
４ コンタクト基板
５ メイン基板
６ 導電部材
８ 保持板
９ 保持棒
１０ 接続部
２１ 電極
４１ 下側電極
４２ 上側電極
４３ 配線
５２ 下側電極
５３ 上側電極
５４ 配線
６１ 弾性体
６４ 平坦面
６５ 切り欠き
８１ 開口

Claims (3)

1. コンタクトプローブに接続された第１電極を有する第１基板と、
   この第１基板に対向して配置され、上記第１電極に対向して配置された第２電極を有する第２基板と、
   上記第１電極と上記第２電極との間に配置され、頂部と底部とがそれぞれ上記第１電極と上記第２電極とに接触する環状の導電部材であり、上記環状の導電部材の中空部分に弾性体が充填された接続部とを備えたことを特徴とするプローブカード。
2. 上記環状の導電部材の頂部と底部とが、それぞれ上記第１電極と上記第２電極とに接合されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
3. 上記環状の導電部材の外周面の一部が切り欠かれていることを特徴とする請求項２に記載のプローブカード。

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