JP2007212164A - プローブカード - Google Patents

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Kazumichi Machida
一道 町田
Shinichiro Furusaki
新一郎 古崎
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Abstract

【課題】 第1基板と第2基板との接続作業が容易なプローブカードを提供することを目的とする。
【解決手段】 複数本の接続配線を可撓性フィルムで一体的に保持し、その可撓性フィルムを湾曲させることにより接続部材6を形成する。これにより、可撓性フィルムによって一体的に保持された複数本の接続配線を、一度に湾曲させて、コンタクト基板4及びメイン基板5の電極41,51に接続することができる。したがって、複数本の接続配線をコンタクト基板4及びメイン基板5の電極41,51に1本ずつ接続するような場合と比べて、コンタクト基板4とメイン基板5との接続作業が容易である。
【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、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それぞれ形成された電極に対して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に対して、コンタクトプローブを鉛直方向に接近させ、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、その先端がコンタクト基板及びメイン基板の各電極に当接している。そのため、このようなプローブカードを高温環境下で使用したときには、コンタクト基板やメイン基板が熱膨張することにより接続子の先端位置がずれて、コンタクト基板及びメイン基板の各電極間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。
接触子をコンタクト基板及びメイン基板の各電極に接合すれば、各電極に対して接続子の先端位置がずれるのを防止することはできるが、この場合、コンタクト基板やメイン基板の熱膨張により、コンタクト基板及びメイン基板の各電極の相対位置がずれて、各電極と接触子との接合が外れたり、接続子が破損したりするおそれがある。
したがって、接触子をコンタクト基板及びメイン基板の各電極に接合する場合には、その接触子が変形しやすい方向を考慮して、その方向がコンタクト基板やメイン基板の熱膨張の方向と一致するように配置することが好ましい。しかし、通常、プローブカードには多数のコンタクトプローブが設けられているため、それらのコンタクトプローブの数に対応してコンタクト基板及びメイン基板の各電極の数も多くなる。そのため、多数の電極に対して、それぞれ方向を考慮して接触子を接合することは容易ではない。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、第1基板と第2基板との接続作業が容易なプローブカードを提供することを目的とする。また、本発明は、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導通する複数の第1電極を有する第1基板と、上記第1基板に対して平行に配置され、上記第1電極に対向する複数の第2電極を有する第2基板と、上記第1基板及び上記第2基板の間に配置され、互いに対向する上記第1電極及び上記第2電極に接合されて、それらの電極を電気的に接続する複数本の接続配線と、上記複数本の接続配線を互いに間隔を隔てて保持し、それらの接続配線とともに湾曲又は屈曲された状態で上記第1基板及び上記第2基板の間に配置された可撓性フィルムとを備えて構成される。
このような構成により、可撓性フィルムによって一体的に保持された複数本の接続配線を、一度に湾曲又は屈曲させて、第1基板及び第2基板に接続することができる。したがって、複数本の接続配線を第1基板と第2基板に1本ずつ接続するような場合と比べて、第1基板と第2基板との接続作業が容易である。
第2の本発明によるプローブカードにおいて、上記可撓性フィルムは、その幅方向が上記第1基板及び上記第2基板の各中心部に対する放射方向に直交するように配置されている。このような構成により、可撓性フィルムを第1基板及び第2基板に垂直な面内で湾曲又は屈曲させて、複数本の接続配線を第1基板及び第2基板に接続することができる。これにより、可撓性フィルムを、その変形しやすい方向が第1基板及び第2基板の各中心部に対する放射方向に延びるように配置することができる。
このプローブカードが高温環境下で使用された場合、第1基板及び第2基板は、各中心部に対して放射状に熱膨張することとなる。上記のような構成によれば、可撓性フィルムを、その変形しやすい方向が第1基板及び第2基板の熱膨張の方向と一致するように配置することができる。したがって、第1基板及び第2基板が熱膨張した場合に、各電極と接続配線との接合が外れたり、接続配線が破損したりす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より確実に行うことができる。
本発明によれば、可撓性フィルムによって一体的に保持された複数本の接続配線を、一度に湾曲又は屈曲させて、第1基板及び第2基板に接続することができるので、複数本の接続配線を第1基板と第2基板に1本ずつ接続するような場合と比べて、第1基板と第2基板との接続作業が容易である。また、本発明によれば、可撓性フィルムを、その変形しやすい方向が第1基板及び第2基板の熱膨張の方向と一致するように配置することができる。したがって、第1基板及び第2基板が熱膨張した場合に、各電極と接続配線との接合が外れたり、接続配線が破損したりす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より確実に行うことができる。
図1は、本発明の実施の形態によるプローブカード1の一例を示した断面図であり、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は、平板状に形成された薄いシリコン製の基板からなり、その下面には、検査対象物としてのシリコンウエハ2の電極21に接触させるための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。コンタクト基板4の上面には、多数の電極41が形成されている。これらの電極41は、コンタクト基板4に形成されている多数の配線を介して、それぞれ対応するコンタクトプローブ3に導通している。
メイン基板5は、平板状に形成されたガラスエポキシ製の基板からなり、コンタクト基板4よりも表面積及び厚みが大きく形成されている。コンタクト基板4は、メイン基板5の中央部の下方に平行に配置されており、メイン基板5の下面におけるコンタクト基板4に対向する領域には、コンタクト基板4の上面に形成されている電極41に対向する多数の電極51が形成されている。
コンタクト基板4及びメイン基板5の互いに対向する電極41,51は、接続部材6により電気的に接続されている。メイン基板5には、各電極51に導通する多数の配線が形成されており、これらの配線がテスター装置(図示せず)と電気的に接続されている。このように、コンタクト基板4に形成されている多数のコンタクトプローブ3は、電極41,51及び接続部材6を介して、それぞれテスター装置に接続されている。
検査時には、シリコンウエハ2が可動テーブル7上に載置されて、シリコンウエハ2の電極21がプローブカード1に対向した状態となる。この状態から、可動テーブル7を水平面内で移動又は回転させ、各コンタクトプローブ3と各電極21との位置合わせを行った後、可動テーブル7を上昇させて各コンタクトプローブ3を対応する電極21に接触させ、テスター装置による集積回路の電気特性の検査が行われる。
このように、プローブカード1は、シリコンウエハ2に対して鉛直方向に向かって接近し、各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の取付誤差等に起因して、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を更に電極21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。
コンタクト基板4は、メイン基板5により上下動可能に保持されている。コンタクト基板4の周縁部には、それぞれコンタクト基板4を貫通して上方へ延びる棒材からなる複数の保持部材8が固定されている。各保持部材8の上端部は、メイン基板5に形成された貫通孔52を介してメイン基板5を貫通している。
各保持部材8には、上下方向に真っ直ぐ延びる軸部81と、この軸部81の上端部に形成された頭部82とが備えられている。頭部82は、軸部81よりも大きい外径を有している。各保持部材8の軸部81を貫通孔52に貫通させた状態で、頭部82をメイン基板5の上面における貫通孔52の周縁部に係合させることにより、コンタクト基板4が複数の保持部材8を介してメイン基板5に保持されている。
各接続部材6は、複数本の接続配線を可撓性フィルム上に保持することにより形成された可撓性を有する薄板状の部材であり、コンタクト基板4及びメイン基板5に垂直な面内で厚み方向に湾曲されることにより、開口部61を有する略U字形状に形成されている。
各接続部材6は、開口部61がコンタクト基板4及びメイン基板5に対向しないように配置され、外周面の下部がコンタクト基板4の電極41に当接するとともに、外周面の上部がメイン基板5の電極51に当接している。すなわち、各接続部材6は、コンタクト基板4及びメイン基板5に対して平行に延び、コンタクト基板4の電極41及びメイン基板5の電極51にそれぞれ当接する1対の当接部62と、これらの1対の当接部62を連結する連結部63とを備えている。本実施の形態のような略U字形状の接続部材6においては、連結部63が、コンタクト基板4及びメイン基板5に垂直な面内で湾曲された湾曲部64として形成されている。
このような構成により、各接続部材6は、コンタクト基板4及びメイン基板5の各電極41,51から受ける上下方向の力に対して、連結部63が弾性変形するようになっている。言い換えれば、各接続部材6は、コンタクト基板4及びメイン基板5を弾性的に連結している。したがって、オーバードライブ時などのようにコンタクト基板4に上下方向の外力が作用した場合には、各保持部材8の軸部81がメイン基板5の貫通孔52内を摺動するようにして、コンタクト基板4がメイン基板5に対して上下動することとなる。
図2は、図1の接続部材6の構成例を示した図であり、(a)は、接続部材6の斜視図を示しており、(b)は、接続部材6を製造する際の態様を側面図で示している。図2(a)に示すように、この接続部材6は、2本以上の接続配線65を可撓性フィルム66で保持することにより形成されている。各接続配線65は、可撓性フィルム66上で互いに平行になるように幅方向に一定間隔を隔てて配置されている。
可撓性フィルム66に保持されている各接続配線65の両端部には、コンタクト基板4の電極41及びメイン基板5の電極51にそれぞれ当接して接合される接続パッド67が形成されている。各接続配線65の両端部に形成された1対の接続パッド67は、上下方向、すなわちコンタクト基板4及びメイン基板5に垂直な方向に対向しており、接続配線65をコンタクト基板4及びメイン基板5の間に配置した状態で、互いに対向するコンタクト基板4及びメイン基板5の電極41,51にそれぞれ当接する。
この接続部材6を製造する際には、複数本の接続配線65が保持された平板状の可撓性フィルム66が、図2(b)に示すように、円柱状又は円筒状の芯材9の外周面に押し当てられる。これにより、可撓性フィルム66を複数本の接続配線65とともに湾曲させた状態で癖付けて、略U字状の接続部材6を形成することができる。つまり、複数本の接続配線65が保持された可撓性フィルム66は、湾曲又は屈曲された状態を保持することができる程度の可撓性を有している。
このようにして形成された接続部材6は、芯材9を取り外した状態でコンタクト基板4及びメイン基板5の間に配置されてもよいし、図2(b)に示すように芯材9を当接部62間に挟んだ状態のまま、コンタクト基板4及びメイン基板5の間に配置されてもよい。芯材9を当接部62間に挟んだ状態のまま、接続部材6をコンタクト基板4及びメイン基板5の間に配置する場合には、芯材9を耐熱性のある材料で形成することが好ましい。
この例では、可撓性フィルム66の厚みが10μm程度であり、コンタクト基板4及びメイン基板5の電極41,51間の距離が70μm程度である。この場合、外径が50μm程度の芯材9を用いて可撓性フィルム66を湾曲させれば、1対の当接部62の間隔を電極41,51の間隔に対応させることができる。
本実施の形態では、可撓性フィルム66によって一体的に保持された複数本の接続配線65を、一度に湾曲させて、コンタクト基板4及びメイン基板5の電極41,51に接続することができる。したがって、複数本の接続配線65をコンタクト基板4及びメイン基板5の電極41,51に1本ずつ接続するような場合と比べて、コンタクト基板4とメイン基板5との接続作業が容易である。
図3は、プローブカード1の構成例を示した平面図であり、(a)は、コンタクト基板4が円形状に形成された構成例、(b)は、コンタクト基板4が矩形状に形成された構成例を示している。図3に示すように、この例では、メイン基板5は円形状に形成されている。
図3(a)の例では、円形状に形成されたコンタクト基板4が、メイン基板5の中心部53に対向するように配置されている。すなわち、コンタクト基板4は、その中心部43がメイン基板5の中心部53に対向するように配置されている。ここで、コンタクト基板4の中心部43は、円形状のコンタクト基板4における中心点44近傍の領域であり、この中心部43にコンタクトプローブ3が形成されている。また、メイン基板5の中心部53は、円形状のメイン基板5における中心点54近傍の領域である。
各接続部材6は、コンタクト基板4及びメイン基板5の各中心部43,53に対して外側に、環状に並べて配置されている。より具体的には、コンタクト基板4及びメイン基板5の中心点44,54に対する放射方向に対して、各接続部材6の幅方向、すなわち各接続部材6における接続配線65の整列方向が直交している。この例では、中心点44,54を中心に一定角度ごとに8つの接続部材6が配置されている。
このように接続部材6を配置することにより、各接続部材6の接続パッド67を、コンタクト基板4及びメイン基板5の各中心部43,53に対して環状に並べて配置することができる。コンタクト基板4及びメイン基板5の各電極41,51は、これらの接続パッド67にそれぞれ対向するように、コンタクト基板4及びメイン基板5の各中心部43,53に対して環状に並べて配置されている。
各接続部材6は、開口部61をコンタクト基板4及びメイン基板5の放射方向に沿って中心部43,53側に向けた姿勢で配置されている(図1参照)。このような構成により、複数の接続部材6が、コンタクト基板4及びメイン基板5の各中心点44,54に対して点対称に配置されている。この場合、環状の芯材9を用いて、その周方向に複数の可撓性フィルム66を配置し、それらの可撓性フィルム66を芯材9の外周面に押し当てることにより略U字状の接続部材6を複数形成して、その芯材9ごと複数の接続部材6を一体的にコンタクト基板4及びメイン基板5の間に配置してもよい。
各保持部材8は、コンタクト基板4及びメイン基板5の各中心部43,53に対して接続部材6の外側に配置されている。メイン基板5の各貫通孔52は、周方向よりも径方向の長さの方が長い長孔として形成されている。したがって、各貫通孔52に貫通された保持部材8は、メイン基板5の径方向である放射方向に沿ってスライド可能となっている。
図3(b)の例では、矩形状に形成されたコンタクト基板4が、メイン基板5の中心部53に対向するように配置されている。この例のコンタクト基板4は、その対角線の交点としての中心点44近傍の領域を中心部43として、その中心部43がメイン基板5の中心部53に対向するように配置されている。このような円形状でないコンタクト基板4においては、その中心点44に対して放射状に延びる方向を放射方向とし、この放射方向に直交する方向を周方向とする。
各接続部材6は、コンタクト基板4及びメイン基板5の各中心部43,53に対して外側に、環状に並べて配置されている。この例において、各接続部材6の配置態様は、図3(a)の例と同様であるので、その説明を省略することとする。また、各保持部材8も、図3(a)の例と同様に、メイン基板5における接続部材6の外側に放射方向に延びるように形成された長孔52に対して、放射方向にスライド可能に取り付けられている。
本実施の形態において、各接続部材6は、その幅方向がコンタクト基板4及びメイン基板5の周方向に沿っているので、周方向へ変形しにくくなっている。すなわち、各接続部材6は、コンタクト基板4及びメイン基板5の周方向に比べて、図1に矢印Aで示すように、コンタクト基板4及びメイン基板5の各中心部43,53に対する放射方向に変形しやすく形成されている。
特に、各接続部材6は、環状ではなく開口部61を有しているので、コンタクト基板4及びメイン基板5の各中心部43,53に対する放射方向により変形しやすい。ただし、各接続部材6の開口部61が、すべてコンタクト基板4及びメイン基板5の中心部43,53側を向くような構成に限らず、その一部又はすべてがコンタクト基板4及びメイン基板5の中心部43,53と反対側を向くように配置されていてもよい。
このように、本実施の形態では、接続部材6を、その変形しやすい方向がコンタクト基板4及びメイン基板5の各中心部43,53に対する放射方向に延びるように配置して、コンタクト基板4及びメイン基板5の各電極41,51に接合することができる。接続部材6がそれぞれコンタクト基板4及びメイン基板5の各電極41,51に接合されるので、各電極41,51の接続をより強固に行うことができる。また、接続部材6がコンタクト基板4及びメイン基板5の周方向に変形しにくいので、コンタクトプローブ3とシリコンウエハ2の電極21との接触時の安定性を確保することができる。
このプローブカード1が高温環境下で使用された場合、コンタクト基板4及びメイン基板5は、各中心部43,53に対して放射状に熱膨張することとなる。ここで、コンタクト基板4及びメイン基板5は、それぞれ材質が異なるので、各中心部43,53に対する放射方向への熱膨張率が異なる。
本実施形態のような構成によれば、接続部材6を、その変形しやすい方向がコンタクト基板4及びメイン基板5の熱膨張の方向と一致するように配置することができる。したがって、コンタクト基板4及びメイン基板5が熱膨張した場合に、各電極41,51と接続部材6との接合が外れたり、接続部材6が破損したりするのを防止できるので、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、本実施の形態では、各中心部43,53に対して放射状に熱膨張するコンタクト基板4及びメイン基板5が、各中心部43,53内の1点である中心点44,54に対して点対称に配置された複数の接続部材6により接続されている。これにより、コンタクト基板4及びメイン基板5の熱膨張時に、各接続部材6に作用する力を均一化することができ、コンタクト基板4及びメイン基板5の相対的な位置ずれを抑制することができる。したがって、各電極41,51と接続部材6との接合が外れたり、接続部材6が破損したりするのをより効果的に防止でき、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。
図4は、図1の接続部材6の変形例を示した図であり、(a)は、変形例に係る接続部材6aが適用されたプローブカード1の一部断面図を示しており、(b)は、この接続部材6aの斜視図を示している。
図4に示す接続部材6aは、可撓性フィルム66aがコンタクト基板4及びメイン基板5に垂直な面内で屈曲されることにより、3つの開口部61aを有する略Σ字形状に形成されている。可撓性フィルム66aは、2本以上の接続配線65aを互いに平行になるように幅方向に一定間隔を隔てて保持しており、各接続配線65aの両端部には、コンタクト基板4の電極41及びメイン基板5の電極51にそれぞれ当接して接合される接続パッド67aが形成されている。
各接続配線65aの両端部に形成された1対の接続パッド67aは、上下方向、すなわちコンタクト基板4及びメイン基板5に垂直な方向に対向しており、接続部材6aをコンタクト基板4及びメイン基板5の間に配置した状態で、互いに対向するコンタクト基板4及びメイン基板5の電極41,51にそれぞれ当接する。
この接続部材6aは、コンタクト基板4及びメイン基板5に対して平行に延び、コンタクト基板4の電極41及びメイン基板5の電極51にそれぞれ当接する1対の当接部62aと、これらの1対の当接部62aを連結する連結部63aとを備えている。連結部63aには、コンタクト基板4及びメイン基板5に垂直な面内で屈曲された3つの屈曲部64aが形成されている。この接続部材6aは、その幅方向がコンタクト基板4及びメイン基板5の周方向に沿うように、開口部61aをコンタクト基板4及びメイン基板5の放射方向に向けた姿勢で、コンタクト基板4とメイン基板5の間に配置される。
ただし、接続部材の構成は、上記のような構成に限られるものではない。すなわち、可撓性フィルムが湾曲又は屈曲されることにより、コンタクト基板4の電極41及びメイン基板5の電極51にそれぞれ当接する1対の当接部と、これらの1対の当接部を連結する連結部とが形成され、連結部に少なくとも1つの湾曲部又は屈曲部が含まれるような構成であれば、略U字形状や略Σ字形状に限らず、略V字形状、略S字形状、略Z字形状などの他の形状であってもよい。
また、可撓性フィルムにより保持される複数本の接続配線は、互いに平行に保持された構成に限らず、例えば、コンタクト基板4及びメイン基板5の各中心部43,53から遠ざかるにつれて互いの間隔が拡がるように、放射状に延びていてもよい。
上記実施の形態では、コンタクト基板4が円形状や矩形状に形成された構成について説明したが、このような構成に限らず、コンタクト基板4が多角形などの他の形状に形成されていてもよい。また、メイン基板5も、円形状に限らず、矩形状やその他の形状であってもよい。この場合、コンタクト基板4及びメイン基板5の各中心点を、コンタクト基板4及びメイン基板5の各重心とし、それらの重心近傍の領域を中心部としてもよい。
また、上記実施の形態では、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によるプローブカードの一例を示した断面図であり、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の接続部材の構成例を示した図であり、(a)は、接続部材の斜視図を示しており、(b)は、接続部材を製造する際の態様を側面図で示している。 プローブカードの構成例を示した平面図であり、(a)は、コンタクト基板が円形状に形成された構成例、(b)は、コンタクト基板が矩形状に形成された構成例を示している。 図1の接続部材の変形例を示した図であり、(a)は、変形例に係る接続部材が適用されたプローブカードの一部断面図を示しており、(b)は、この接続部材の斜視図を示している。
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
6,6a 接続部材
9 芯材
41 電極
43 中心部
44 中心点
51 電極
53 中心部
54 中心点
61,61a 開口部
62,62a 当接部
63,63a 連結部
64,64a 湾曲部
65,65a 接続配線
66,66a 可撓性フィルム
67,67a 接続パッド

Claims (2)

  1. コンタクトプローブに導通する複数の第1電極を有する第1基板と、
    上記第1基板に対して平行に配置され、上記第1電極に対向する複数の第2電極を有する第2基板と、
    上記第1基板及び上記第2基板の間に配置され、互いに対向する上記第1電極及び上記第2電極に接合されて、それらの電極を電気的に接続する複数本の接続配線と、
    上記複数本の接続配線を互いに間隔を隔てて保持し、それらの接続配線とともに湾曲又は屈曲された状態で上記第1基板及び上記第2基板の間に配置された可撓性フィルムとを備えたことを特徴とするプローブカード。
  2. 上記可撓性フィルムは、その幅方向が上記第1基板及び上記第2基板の各中心部に対する放射方向に直交するように配置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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011059021A (ja) * 2009-09-11 2011-03-24 Tokyo Electron Ltd 基板検査装置及び基板検査装置における位置合わせ方法

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