JP2007212346A - プローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】 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】 コンタクト基板４及びメイン基板５に平行な面内において、それぞれ異なる方向に変形しやすい第１接続部６１及び第２接続部６２を連結することによって、接続部材６を形成する。これにより、コンタクト基板４及びメイン基板５に平行なあらゆる方向に変形しやすい接続部材６を形成することができる。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。
【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。

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接続部材とを備え、上記接続部材は、上記第１電極に接合された第１接続部と、上記第２電極に接合された第２接続部とが、互いに連結された形状であり、上記第１接続部は、上記第１基板及び上記第２基板に平行な第１の方向に、上記第１基板及び上記第２基板に平行な他の方向よりも変形しやすく形成され、上記第２接続部は、上記第１基板及び上記第２基板に平行な上記第１の方向とは異なる第２の方向に、上記第１基板及び上記第２基板に平行な他の方向よりも変形しやすく形成されている。

このような構成により、第１基板及び第２基板に平行な面内において、それぞれ異なる方向に変形しやすい第１接続部及び第２接続部を連結することによって、接続部材を形成することができる。これにより、第１基板及び第２基板に平行なあらゆる方向に変形しやすい接続部材を形成することができる。

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基板は熱膨張することとなるが、上記のような構成によれば、熱変形により生じる外力に対して、その方向に関わらず接続部材を変形しやすくすることができる。したがって、第１基板及び第２基板が熱膨張した場合に、各電極と接続部材との接合が外れたり、接続部材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。

第２の本発明によるプローブカードにおいて、上記第１接続部は、板状の金属材料が上記第１基板及び上記第２基板に垂直な第１の面内で湾曲又は屈曲された形状であり、上記第２接続部は、板状の金属材料が上記第１の面とは異なる上記第１基板及び上記第２基板に垂直な第２の面内で湾曲又は屈曲された形状である。このような構成により、それぞれ異なる面内で板状の金属材料が湾曲又は屈曲された形状からなる第１接続部及び第２接続部を連結することによって、第１基板及び第２基板に平行なあらゆる方向に変形しやすい接続部材を形成することができる。

第３の本発明によるプローブカードにおいて、上記第１の方向及び上記第２の方向は、互いに直交している。このような構成により、第１基板及び第２基板に平行なあらゆる方向への外力に対して、接続部材をより均一に変形させることができる。

第４の本発明によるプローブカードにおいて、上記第１接続部及び上記第２接続部は、それぞれ円環状に形成されており、それらの軸線方向が上記第１基板及び上記第２基板に対して平行になるように配置されている。このような構成により、円環状に形成された第１接続部及び第２接続部を連結することによって、第１基板及び第２基板に平行なあらゆる方向に変形しやすい接続部材を形成することができる。

本発明によれば、第１基板及び第２基板に平行なあらゆる方向に変形しやすい接続部材を形成することができる。したがって、第１基板及び第２基板が熱膨張した場合に、各電極と接続部材との接合が外れたり、接続部材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、コンタクト基板４の電極４１に接合される第１接続部６１と、メイン基板５の電極５１に接合される第２接続部６２とを備えている。第１接続部６１及び第２接続部６２は、それぞれ円環状に形成されており、各軸線が互いに直交するように、第１接続部６１の上部と第２接続部６２の下部とが連結されている。

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、第１接続部６１及び第２接続部６２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、プローブカード１を製造する際の態様を斜視図で示している。図２（ａ）に示すように、第１接続部６１及び第２接続部６２は、それぞれ、板状の金属材料が厚み方向に湾曲されることにより、その幅方向に対して軸線６３，６４が平行に延びるような円環状に形成されている。第１接続部６１及び第２接続部６２は、コンタクト基板４及びメイン基板５に垂直な互いに直交する面内で湾曲されており、これにより、第１接続部６１の軸線６３と第２接続部６２の軸線６４とが互いに直交している。

このような構成により、第１接続部６１は、コンタクト基板４及びメイン基板５に平行な面内で、その軸線６３に直交する方向Ａに変形しやすく、軸線６３に平行な幅方向に変形しにくくなっている。また、第２接続部６２は、コンタクト基板４及びメイン基板５に平行な面内で、その軸線６４に直交する方向Ｂに変形しやすく、軸線６４に平行な幅方向に変形しにくくなっている。つまり、第１接続部６１は、他の方向に比べて方向Ａに変形しやすく、第２接続部６２は、他の方向に比べて方向Ｂに変形しやすくなっている。この例では、第１接続部６１及び第２接続部６２の各軸線６３，６４が直交しているので、上記方向Ａ，Ｂも互いに直交している。

このようにして形成された接続部材６は、例えば、支持手段としてのワイヤ９を用いてコンタクト基板４の電極４１又はメイン基板５の電極５１に接合される。図２（ｂ）に示す例では、２以上の接続部材６の各第２接続部６２内に１本のワイヤ９を挿通することにより、それらの接続部材６を一体的に支持している。この状態で、ワイヤ９をコンタクト基板４に対して平行に近付けていくことにより、各接続部材６の第１接続部６１をコンタクト基板４の電極４１に当接させて接合することができる。この例では、第２接続部６２の上部は、ワイヤ９を係合させるための係合部６５を形成している。

接続部材６の第２接続部６２内にワイヤ９を挿通した状態では、ワイヤ９が延びる方向と第２接続部６２の軸線６４とが平行になる。すなわち、各接続部材６の係合部６５は、各接続部材６をワイヤ９により一定の姿勢で支持することができるような構造を有している。したがって、複数の接続部材６をワイヤ９で支持してコンタクト基板４に取り付けることにより、各第２接続部６２の軸線６４が同軸上に延びるように複数の接続部材６を配置することができる。

その後、コンタクト基板４に取り付けられた複数の接続部材６の第２接続部６２上にメイン基板５を配置し、メイン基板５の各電極５１を対応する第２接続部６２に当接させて接合することにより、互いに対向する電極４１，５１を接続部材６で電気的に接続することができる。

ただし、上記のように、接続部材６の第２接続部６２内にワイヤ９を挿通して第１接続部６１をコンタクト基板４の電極４１に接合させるような方法に限らず、接続部材６の第１接続部６１内にワイヤ９を挿通することにより接続部材６を支持し、第２接続部６２をメイン基板５の電極５１に接合させるような方法により、プローブカード１を製造することも可能である。

図３は、プローブカード１の構成例を示した平面図である。この例では、メイン基板５は円形状に形成されている。また、コンタクト基板４はメイン基板５よりも小さい円形状に形成され、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。

複数の接続部材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を挟んで、２列に整列配置されている。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。

本実施の形態では、コンタクト基板４及びメイン基板５に平行な面内において、それぞれ異なる方向Ａ，Ｂに変形しやすい第１接続部６１及び第２接続部６２を連結することによって、接続部材６を形成することができる。これにより、コンタクト基板４及びメイン基板５に平行なあらゆる方向に変形しやすい接続部材６を形成することができる。

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に対して放射方向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。

本実施の形態のような構成によれば、熱変形により生じる外力に対して、その方向に関わらず接続部材６を変形しやすくすることができる。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。

このように、各接続部材６は、その方向に関わらず、コンタクト基板４及びメイン基板５に平行なあらゆる方向に変形しやすいので、必ずしも本実施形態のように軸線６４が同軸上に延びるように整列配置する必要はない。すなわち、第１接続部６１及び第２接続部６２の変形しやすい方向Ａ，Ｂが接続部材６によって異なる方向を向いたような構成であってもよい。

また、各接続部材６における第１接続部６１及び第２接続部６２は、各軸線６３，６４が互いに交差するような構成であれば、各軸線６３，６４が直交するような構成に限られるものではない。ただし、第１接続部６１及び第２接続部６２の各軸線６３，６４が直交するような構成であれば、コンタクト基板４及びメイン基板５に平行なあらゆる方向への外力に対して、接続部材６をより均一に変形させることができる。

第１接続部６１及び第２接続部６２は、板状の金属材料が円環状に湾曲されたような構成に限らず、楕円形状などの他の形状に湾曲されていてもよいし、多角形状などに屈曲された形状であってもよい。また、接続部材６は、第１接続部６１と第２接続部６２とを連結することにより形成するような構成に限らず、１枚の板状の金属材料を捩りながら湾曲させることにより、第１接続部６１及び第２接続部６２が形成されていてもよい。

さらに、第１接続部６１及び第２接続部６２は、環状ではなく、その一部に開口部が形成されることにより略Ｃ字形状などに形成されていてもよい。第１接続部６１又は第２接続部６２が略Ｃ字形状などであっても、ワイヤ９などの支持手段を接続部材６に係合させるための係合部があれば、支持手段で接続部材６を支持して容易にプローブカード１を製造することができる。

上記実施の形態では、コンタクト基板４及びメイン基板５が円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又はメイン基板５が矩形状やその他の形状に形成されていてもよい。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、プローブカードを製造する際の態様を斜視図で示している。 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 接続部材
４１ 電極
４３ 中心部
４４ 中心点
５１ 電極
５２ 貫通孔
５３ 中心部
５４ 中心点
６１ 第１接続部
６２ 第２接続部
６３，６４ 軸線
６５ 係合部

Claims (4)

1. コンタクトプローブに導通する第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接続部材とを備え、
   上記接続部材は、上記第１電極に接合された第１接続部と、上記第２電極に接合された第２接続部とが、互いに連結された形状であり、
   上記第１接続部は、上記第１基板及び上記第２基板に平行な第１の方向に、上記第１基板及び上記第２基板に平行な他の方向よりも変形しやすく形成され、
   上記第２接続部は、上記第１基板及び上記第２基板に平行な上記第１の方向とは異なる第２の方向に、上記第１基板及び上記第２基板に平行な他の方向よりも変形しやすく形成されていることを特徴とするプローブカード。
2. 上記第１接続部は、板状の金属材料が上記第１基板及び上記第２基板に垂直な第１の面内で湾曲又は屈曲された形状であり、
   上記第２接続部は、板状の金属材料が上記第１の面とは異なる上記第１基板及び上記第２基板に垂直な第２の面内で湾曲又は屈曲された形状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。
3. 上記第１の方向及び上記第２の方向は、互いに直交していることを特徴とする請求項１又は２に記載のプローブカード。
4. 上記第１接続部及び上記第２接続部は、それぞれ円環状に形成されており、それらの軸線方向が上記第１基板及び上記第２基板に対して平行になるように配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプローブカード。

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