JP2007240403A - スパイラルプローブ - Google Patents

Abstract

【課題】スパイラルプローブの性能を向上させながら、各ピッチを狭くして単位面積当たりの数を増やすことができるスパイラルプローブを提供する。
【解決手段】球状またはフラット状の接続端子を有する半導体デバイスや電子部品と電気的に接続を行い、先端をフリーとする凸形の渦巻き部２ａと、前記渦巻き部２ａを支持するベース部２ｂと、から構成されたスパイラルプローブ２であって、このベース部２ｂの輪郭を四角形とする単体にしたことを特徴とするスパイラルプローブ２である。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体デバイスや電子部品、または、集積回路チップやプリント基板の接続端子に使用するスパイラルプローブ、検査装置に使用するスパイラルプローブに関する。

図５は従来の接触子のカンチレバー型を示す断面図である。
図５に示すように、従来のたとえば、プローブ・カードに使用されているカンチレバー型のプローブ（接触子）５０は、プリント基板５１の外周部の下面に片持ち支持され、モールド台座５２によって中間部がガイドされ、左右の振れが防止されている。そして、カンチレバー５３の接触子５４の先端部は下方に折れ曲がり、プローブニードルを形成している。
図６はカンチレバーの間隔を狭ピッチにした最近のカンチレバー型を示し、下方から見上げた斜視図である。図６に示すように、プローブ（接触子）６０には、従来、存在したモールド台座などはなく、狭ピッチで並んだカンチレバー６１の先端には、プローブ（接触子）６２が配置されている。

図７の（ａ）はシリコンウエーハを示す斜視図、（ｂ）は（ａ）に示すＦ部の拡大図であり、ペリフェラルタイプのＩＣチップを示す平面図、（ｃ）、（ｄ）は（ａ）に示すＦ部の拡大図であり、エリア・アレイタイプのＩＣチップを示す平面図である。
図７の（ａ）に示すように、シリコンウエーハ７０の上面にはＩＣ回路パターンが作り込まれており、ダイシングにより切り離す前に、ＩＣチップの特性のチェックを行う。
図７の（ｂ）に示すように、従来のペリフェラルタイプのＩＣチップ７１のように、一辺に、例えば、９個ずつ外周の四辺に配置された接続端子（電極パッド）の場合は、カンチレバー型のプローブ・カードも同様に、一辺に９本ずつ並べ、外周の四辺に同様に配置することによって、ＩＣチップ１個の全電極パッド（接続端子）にプローブ・カードを当てて順次測定する。
しかし、図７の（ｃ）、（ｄ）に示すようなエリア・アレイタイプのＩＣチップ７２，７３のように、格子状に配置された接続端子の場合は、従来のカンチレバー６１では対応できないという問題があった。

そこで、これらの問題を解決したプローブ（接触子）としてスパイラルコンタクタが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
図８はこのスパイラルコンタクタの平面図、図９は図８に示すＧ−Ｇ線の断面図である。
図８に示すように、このスパイラル状接触子７，７…は、渦巻き部７ａを接触子とし、渦巻き部７ａをフリーとし、渦巻き部７ａの先端から根元に近づくにしたがってスパイラル状接触子７の渦巻き部の幅が広くなるように形成されている。
なお、このスパイラルコンタクタ６とは、平面視してスパイラル形状を有する複数のスパイラル状接触子７，７…が絶縁基板５上に格子状に配置されている全体をいう。

また、その製造方法はエレクトロフォーミングやリソグラフィ等のＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）と同じ製法を使用することにより、微細加工を可能にしている。その結果、図７の（ｂ）に示すようなエリア・アレイタイプのＩＣチップ８０の格子状に配置された接続端子の場合であっても、同じピッチで同じ配列にできるため、対応が可能である。
また、球状の接続端子９との接触の際には、図９に示すように、接続端子９によって窪み８の中に押し込まれ、接続端子９の表面に形成された酸化膜に対して、スパイラル状接触子７先端７ａの角により摺動して切り裂き、電気的接続を行うことをその特徴としている。

特許３４４０２４３号 （段落番号０００８〜００１８、図１〜図４）

しかしながら、図８に示すように、スパイラルコンタクタ６のスパイラル状接触子７，７…のような円形の輪郭をしたベース部では、ピッチがＰ２と広いため、もっと狭いピッチが可能なスパイラル状接触子、つまり、スパイラルプローブが望まれていた。

そこで、本願発明はこの問題に鑑み創案がなされたものであり、スパイラルプローブの性能を向上させながら、各ピッチを狭くして単位面積当たりの数を増やすことができるスパイラルプローブを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、球状またはフラット状の接続端子を有する半導体デバイスや電子部品と電気的に接続を行い、先端をフリーとする凸形の渦巻き部（１ａ）と、前記渦巻き部（１ａ）を支持するベース部（１ｂ）と、から構成されたスパイラルプローブ（１）であって、前記ベース部（１ｂ）の輪郭（ｄ）を円形とする単体にしたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、球状またはフラット状の接続端子を有する半導体デバイスや電子部品と電気的に接続を行い、先端をフリーとする凸形の渦巻き部（２ａ）と、前記渦巻き部（２ａ）を支持するベース部（２ｂ）と、から構成されたスパイラルプローブ（２）であって、前記ベース部（２ｂ）の輪郭（Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ）を四角形とする単体にしたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載のスパイラルプローブ（２）であって、前記四角形は３箇所のコーナー部（ｂ１，ｂ２，ｂ３）が形成されたことを特徴とする。

請求項１に係るスパイラルプローブによれば、平面視でベース部の外周の輪郭を円形にした単体とすることにより、スパイラルプローブの重心が下がり、転倒することはなく、安定した姿勢を保つことができる。また、マテハンロボットによる搬送が容易になり、単体ごとの組み立てが容易にできる。さらに、渦巻き部の巻き数を１回転と１／４から、２回転と１／８へ、ほぼ２倍に延長し、撓みやすくヘタリにくいという性能の向上を図ることができる。

請求項２に係るスパイラルプローブによれば、平面視でベース部の外周の輪郭を四角形にした単体とすることにより、単位面積当たりの設置数を大幅に増やすことができる。また、マテハンロボットによる搬送が容易であり、単体ごとの組み立てが容易にできる。さらに、渦巻き部の巻き数を１回転と１／４から、２回転と１／８へ、ほぼ２倍に延長し、撓みやすくヘタリにくいという性能の向上を図ることができる。

請求項３に係るスパイラルプローブによれば、四角形とする単体には３箇所のコーナー部が形成されたことにより、スパイラルプローブの重心が下がり、転倒することはなく、安定した姿勢を保つことができる。

以下、本発明のスパイラルプローブについて、適宜図面を参照して詳細に説明する。
＜第１実施の形態＞
図１は本発明の第１実施の形態のスパイラルプローブを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は拡大平面図、（ｃ）は（ｂ）に示すＡ−Ａ線の断面図である。
図１の（ｂ）に示すように、ベース部１ｂの外周の輪郭を円形とする単体にしたことにより、据わりがよく、安定した姿勢を保つことができる。また、単体にしたことにより、マテハンロボットによる搬送が容易であり、単体の組み立てが容易にできる。
また、図１の（ｂ）、（ｃ）に示すように、渦巻き部１ａは凸状になっており、その巻き数は約２回転と、従来の２倍に延長し、撓みやすくヘタリにくいという性能の向上を図っている。

＜第２実施の形態＞
図２は、本発明の第２実施の形態のスパイラルプローブを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）拡大平面図、（ｃ）は（ｂ）に示すＢ−Ｂ線の断面図である。
図２の（ｂ）に示すように、ベース部２ｂの外形の輪郭の４辺（Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ）を四角形にしたことにより、単位面積当たりの設置数を大幅に増やすことができる。また、ベース部２ｂを四角形の単体にしたことにより、マテハンロボットによる搬送が容易になり、単体の組み立てが容易にできる。また、図２の（ａ）、（ｃ）に示すように、渦巻き部１ａは凸状になっており、その巻き数は約２回転と、従来の２倍に延長し、撓みやすくヘタリにくいという性能の向上を図っている。

図２の（ｂ）に示すように、図１の（ｂ）に示す円形の外周の輪郭ｃと比較しながら説明する。円形の輪郭ｃを四角形の４辺Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇで切除して四角形にする。この切断箇所は三日月状の第１，２領域ｄ，ｅと、第３，４領域ｆ，ｇである。これらの面積を比較すると、第１領域ｄ＝第２領域ｅ、第３領域ｆ＝第４領域ｇであり、第１、第２領域ｄ，ｅ≧第３、第４領域ｆ，ｇとなっている。
つまり、三日月状の第１、第２領域ｄ，ｅと、三日月状の第３、第４領域ｆ，ｇを削除した結果、横幅W１＝Ｌ−（ｇ１＋ｇ２）、縦幅W２＝H−（ｈ１＋ｈ２）となる。

さらに、スパイラルプローブ２は、四角形の輪郭の４辺（Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ）によって形成された第１コーナー部ｂ１のほかに、第２コーナー部ｂ２、第３コーナー部ｂ３を二点鎖線の輪郭ｃより外側に延設したことで、スパイラルプローブ１に同等の据わりのよさを確保したため、転倒することはなく、安定した姿勢を保つことができる。
また、螺旋状の巻き数を、従来は１回転と１／４回転であったが、２回転と１／８に約２倍に増すことができるため、より接触機会を増やすことができることから、信頼性の向上が図られる。

ここで、単位面積当たりの設置個数を説明する。スパイラルプローブ１の円形の輪郭ｃの直径は、ここでは０．１６ｍｍであり、図８に示すような配列にした場合のピッチＰ２は０．１８ｍｍである。この単位面積（１００ｍｍ²）当たりの設置個数は、縦に５５個、横に５５個がマトリックスのように並び、３０２５個（５５×５５）、配置できる。
一方、スパイラルプローブ２の四角形の一辺のＷ１、Ｗ２は０．１３ｍｍであり、図３の（ｂ）に示すような配列にした場合のピッチＰ１は０．１５ｍｍである。この単位面積（１００ｍｍ²）当たりの設置個数は、縦に６６個、横に６６個がマトリックスのように並び、４３５６個（６６×６６）、配置できる。
その結果、４３５６個／３０２５個は、１４４％という設置個数の大幅な拡大ができる。

図３の（ａ）はプリント基板のパッケージの一角を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ部拡大図である。図３の（ａ）は、図７の（ｂ）に示すエリア・アレイタイプの格子状のサイズと配置に合わせた構成になっており、このスパイラルプローブ１，１…であれば、電気的接続ができる。
図３の（ｂ）に示すように、例えば、プリント基板１２のパッケージの上面には、本発明のスパイラルプローブ１を配置するための四角形の枠１２ａが形成され、これらの枠内にハンダ、または、導電性接着剤３（図４参照）が塗布され、その上にスパイラルプローブ１が載置されている。

図４は組み付け手順を説明する説明図であり、（ａ）はプリント基板の一部分を拡大した平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＥ−Ｅ線の断面図、（ｃ）は組み付け後を示し、図３の（ｂ）
に示すＤ−Ｄ線の断面図である。
図４の（ａ）に示すように、プリント基板１２のパッケージには、本発明のスパイラルプローブ２を配置するためのガイドとなる四角形の枠１２ａが形成されている。そして、これらの枠内にはハンダ、または、導電接着剤３が塗布されている。
なお、ハンダ、または、導電接着剤３の塗布領域は、ベース部の輪郭を円形にしたスパイラルプローブ１であれば全面であってもよいが、スパイラルプローブ２の場合は第１コーナー部、第２コーナー部、第３コーナー部を含めた塗布領域であればよい。

図４の（ｂ）に示すように、４枚のプリント基板を貼付した多層のプリント基板１２から構成されている。なお、このプリント基板１２は、多層以外に単層であってもよい。

ここで、スパイラルプローブ２をプリント基板１２に組立てる組立て手順を説明する。
図４の（ｃ）に示すように、このプリント基板は４枚のプリント基板を貼付した多層のプリント基板１２を用意する。このとき、別途トレー（図示せず）には、スパイラルプローブ２が整列されている。
ハンダペースト３を塗布する。
そして、このスパイラルプローブ２を、マイクロハンド（図示せず）を有するマテハンロボットにより把持し、図４の（ａ）に示すプリント基板のランドに置いてゆく。ただ置くだけであり、この動作を毎秒２〜１０個の速さで行う。
その後、ハンダペースト３にリフローをかけると、スパイラルプローブ２が浮遊してランドに合わせてスパイラルプローブ２の位置の修正が行われ、位置合わせができたところでハンダ３に硬化する。
このように、複数のスパイラルプローブ２はプリント基板１２に固着される（図２の（ｂ）参照）。要するに、置くだけ、つまり、載せるだけで組立てが終了する。

ここで、スパイラルプローブ２の動作について説明する。図４の（ｃ）に示すように、プリント基板１２に配置されたスパイラルプローブ２に、たとえば、図９に示すような球（ボール）状の接続端子９を接触させた場合は、スパイラルプローブ２の渦巻き部２ａは接続端子９の表面を摺動しながらたわみ、表面の酸化膜を切り込むようにして電気的に接触する。
また、接続端子がフラット状の接続端子（図示せず）の場合も同様に、このスパイラルプローブ２は、フラット状接続端子の厚みのバラツキにも柔軟に適合し、フラット状接続端子の表面をぬぐう動きのほかに、スパイラルプローブ２の角（エッジ）が根元から先端に向って摺動することにより、フラット状接続端子の表面の酸化膜を切り込むように摺動し、電気的な接続を行う。

しかも、従来のプローブ・カードでは、図７の（ａ）に示すように、ＩＣチップ１個の全電極パッド（接続端子）にプローブ・カードを当て、１個づつ測定していたのに対し、本発明のスパイラルプローブ１，２を接触子として使用したプローブ・カードでは、一回の測定で複数個が同時にきるため、作業効率の向上ができる。

なお、スパイラルプローブ１，２は凸形としたが、その技術思想の範囲内で種々の改造、変更が可能である。たとえば、図１に示す円形の他に、楕円形であってもよいし、Ｄ型状に切り欠いても構わない。また、図２に示す四角形は正方形、または、長方形で示したが、この他に台形、平行四辺形、ひし形などであってもよい。例えば、ひし形であっても、並び方によっては、狭ピッチに対応可能である。
さらに、スパイラルプローブ１，２は、渦巻き部１ａ，２ａを逆円錐状としてもよいし、それ以外のスパイラルであっても構わない。

本発明の第１実施の形態のスパイラルプローブを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）拡大平面図、（ｃ）は（ｂ）に示すＡ−Ａ線の断面図である。 本発明の第２実施の形態のスパイラルプローブを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）拡大平面図、（ｃ）は（ｂ）に示すＢ−Ｂ線の断面図である。 （ａ）はプリント基板の一角を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ部拡大図である。 組み付け手順を説明する説明図であり、（ａ）はプリント基板の一部分を拡大した平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＥ−Ｅ線の断面図、（ｃ）は組み付け後を示す断面図である。 従来の接触子の代表のカンチレバー型を示す断面図である。 狭ピッチに対応したカンチレバー型の接触子を示し、下方から見上げた斜視図である。 （ａ）はシリコンウエーハを示す斜視図、（ｂ）はペリフェラルタイプのＩＣチップを示す平面図、（ｃ）、（ｄ）はエリア・アレイタイプのＩＣチップを示す平面図である。 従来のスパイラルコンタクタの平面図である。 図８に示すＧ−Ｇ線の断面図である。

符号の説明

１，２ スパイラルプローブ
１ａ，２ａ 渦巻き部
１ｂ，２ｂ ベース部
３ ハンダ、ハンダペースト（導電接着剤）
５ 絶縁基板
６ スパイラルコンタクタ
７ スパイラル状接触子
７ａ 渦巻き部
８ 窪み
９ 球状の接続端子
１２ プリント基板
１２ａ 枠
ｃ 輪郭
ｄ 第１領域
ｅ 第２領域
ｆ 第３領域
ｇ 第４領域
Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ 辺

Claims (3)

1. 球状またはフラット状の接続端子を有する半導体デバイスや電子部品と電気的に接続を行い、先端をフリーとする凸形の渦巻き部と、前記渦巻き部を支持するベース部と、から構成されたスパイラルプローブであって、
   前記ベース部の輪郭を円形とする単体にしたことを特徴とするスパイラルプローブ。
2. 球状またはフラット状の接続端子を有する半導体デバイスや電子部品と電気的に接続を行い、先端をフリーとする凸形の渦巻き部と、前記渦巻き部を支持するベース部と、から構成されたスパイラルプローブであって、
   前記ベース部の輪郭を四角形とする単体にしたことを特徴とするスパイラルプローブ。
3. 前記四角形は３箇所のコーナー部が形成されたことを特徴とする請求項２に記載のスパイラルプローブ。

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