JP2007285980A

JP2007285980A - プローブ装置

Info

Publication number: JP2007285980A
Application number: JP2006116039A
Authority: JP
Inventors: Taizo Watabe; 泰三渡部
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2007-11-01

Abstract

【課題】ウェハー状態或いはベアチップ状態の半導体集積回路素子に対して、グランドインダクタンスを低減しかつリターンパスを最短化して高周波電気的特性を高精度にかつ効率的に測定する。
【解決手段】絶縁基板２に形成したガイド開口部９を閉塞して取り付けられるグランドシート体４を有し、このグランドシート体４とコンタクトプローブ５の先端部の近傍に位置して測定特性を向上するチップ部品８を搭載する。グランドシート体４は、絶縁樹脂シート１６にグランドパターン１７を形成してなり、コンタクトプローブ５よりも大きな可撓性を有する。
【選択図】図８

Description

本発明は、ウェハー状態やベアチップ状態の高周波半導体集積回路素子等を対象物としてその電気的特性を測定する際に好適に用いられるプローブ装置に関する。

電子機器、例えばパーソナルコンピュータ、携帯電話機、ビデオ機器或いはオーディオ機器等の各種モバイル機器においては、小型軽量化、多機能化、高機能化等が図られており、搭載される半導体集積回路素子も極めて厳しい小型化、高精度の高周波特性等が要求されている。半導体集積回路素子は、一般にエポキシ系の絶縁合成樹脂やセラミック等で封止した状態で供給されていたが、小型化の要求に対応するいわゆるベアチップ実装技術等の採用によってベアチップ状態での供給も行われるようになっている。

半導体集積回路素子は、各種のプローブ装置が用いられてウェハー状態やベアチップ状態において所定の電気的特性を有するか否かの測定が行われる。プローブ装置は、多数個の電極が微小ピッチで形成された半導体集積回路素子の電気的特性を測定するために用いられることから、電極ピッチに合わせた微小ピッチで配列された多数個のプローブが備えられる。プローブ装置は、半導体集積回路素子の高周波電気的特性を高精度に測定するために、例えばチップコンデンサ、チップコイル或いは電源とグランド間のデカップリング用コンデンサ等の受動素子部品を備えて半導体集積回路素子とのインピーダンス整合が図られるように構成される。なお、プローブ装置においては、例えば受動素子部品や信号線を交換或いは移動させ得る構造とすることによってインピーダンス整合の調整操作を可能とする対応も図られる。

プローブ装置としては、例えば高周波線路の一種であるコプレナー構造のコプレナー型プローブ装置、ポリイミド等のフレキシブル絶縁フィルム上に電気回路を形成して電極に接触させるための端子を設けたメンブレンプローブ装置或いは同軸ケーブルの信号線の先端を延長してプローブとした同軸プローブ装置等が提供されている。また、特許文献１には、マイクロストリップ伝送構造をセラミック基板等の基板上に形成して信号線から短いニードルプローブを突出させたブレード型装置が開示されている。特許文献２には、絶縁基板の下面に鋸歯状の接地探針を形成した接地プレートを取り付けるとともに、この接地プレートに形成した開口部から高周波探針とバイアス探針とを突出させたプローブカードが開示されている。

しかしながら、かかる高周波用プローブ装置においては、搬送周波数帯域の高帯域化に伴って信号損失が大きくなることから、高精度の測定を行うための改善が必要となってくる。すなわち、高周波用プローブ装置においては、いかにして信号損失を少なくして信号線路の電気的、物理的な距離を最短化してリターンパスを短縮化するかということが重要な課題となる。また、高周波用プローブ装置においては、高周波信号をインピーダンス整合のとれた状態に保持して、最短のリターンパス、最短の信号伝達経路を構成することが課題となる。

また、上述した従来のプローブ装置においては、グランドの開口部の接地面積を充分に取ることができないという問題、或いは高周波信号ラインに対するグランドの引き回しが長くなってしまうといった問題がある。さらに、従来のプローブ装置においては、セラミックブレードを用いて例えば５０Ωマッチングで整合したにもかかわらず、整合回路との間隔が大きいプローブの先端部においてインピーダンスが変動してしまうといった問題もあった。

図１０乃至図１３に示した従来のブレード型プローブ装置１００は、図１２に示すようにウェハー１０１の主面上に形成される多数個の高周波半導体集積回路素子（以下、高周波半導体素子と略称する。）１０２を測定対象物として、それぞれについて所定の電気的特性を直接測定する。プローブ装置１００は、絶縁基板１０３と、多数個のブレード１０４と、グランド金属箔１０５と、多数個のコンタクトプローブ１０６とを備えている。プローブ装置１００は、絶縁基板１０３に、半導体路素子１０２の電極形成面１０２ａよりも大きな開口寸法を有するガイド開口部１０７を形成するとともに、第１主面１０３ａと第２主面１０３ｂとに引き回されてグランドパターン１０８を形成する。

プローブ装置１００は、各ブレード１０４が、高周波半導体素子１０２の電極形成面１０２ａに形成された詳細を省略する多数個の電極（パッド）１０９と相対され、それぞれの先端部をガイド開口部１０７の開口縁に臨ませて絶縁基板１０３の第１主面１０３ａ上に放射状に配列される。各ブレード１０４は、それぞれセラミック等によって略薄板状に形成された誘電基体部１１０と、この誘電基体部１１０の内層に設けられた信号線路１１１及び側面に設けられたグランド導体１１２とから構成される。各ブレード１０４は、信号線路１１１が誘電基体部１１０の底面に形成されたグランド導体パターン１３３と対向されてマイクロストリップラインを構成する。各ブレード１０４は、グランド導体１１２が絶縁基板１０３の第１主面１０３ａ上において重なることによりグランドパターン１０８と接続される。

プローブ装置１００は、グランド金属箔１０５が、例えば銅箔等の金属箔が用いられて図１２に示すように横長矩形に形成される。グランド金属箔１０５は、高周波半導体素子１０２の電極形成面１０２ａよりも大きくかつ絶縁基板１０３のガイド開口部１０７の開口幅よりも大きな外形を有しており、中央部に位置して電極形成面１０２ａに形成された電極１０９を内部に位置させるに足る開口寸法を有する横長矩形の電極開口部１１４が形成されている。グランド金属箔１０５は、長さ方向の両端部位がクランク状に折曲されることによってそれぞれグランド接続部１１５、１１５を構成する。

グランド金属箔１０５は、略凹型のアンダーブリッジのような形状を有して絶縁基板１０３の第２主面１０３ｂにガイド開口部１０７を跨ぐようにして組み合わされ、図１１に示すようにグランド接続部１１５、１１５を第２主面１０３ｂに引き回されたグランドパターン１０８に対してそれぞれ半田付けされる。したがって、グランド金属箔１０５には、グランドパターン１０８を介して各ブレード１０４のグランド導体１１２がそれぞれ共通接続される。

プローブ装置１００は、各ブレード１０４が、絶縁基板１０３の第２主面１０３ｂ側に臨ませられた誘電基体部１１０の先端部１１０ａに信号線路１１１を引き回して形成してプローブ接続部１１１ａを構成し、このプローブ接続部１１１ａにそれぞれコンタクトプローブ１０６が取り付けられる。各コンタクトプローブ１０６は、導電性を有する金属薄板或いは薄板材を素材として、リソグラフィー技術や電鋳技術によって微細かつ精密に形成される。各コンタクトプローブ１０６は、基端部１０６ａをプローブ接続部１１１ａに接続されることによってブレード１０４に片持ち支持され、略直角に折曲された先端部１０６ｂがそれぞれグランド金属箔１０５に形成した電極開口部１１４を貫通して突出される。

プローブ装置１００は、グランド金属箔１０５の電極開口部１１４内に電極形成面１０２ａを位置させるようにして高周波半導体素子１０２に組み合わされ、この高周波半導体素子１０２に対して所定の電気的特性の測定を行う。プローブ装置１００においては、電極開口部１１４から突出された各コンタクトプローブ１０６の先端部１０６ｂが、それぞれ高周波半導体素子１０２の相対する電極１０９上に圧接する。プローブ装置１００においては、各コンタクトプローブ１０６を介して電極１０９に測定信号や電源を印加し、その出力を計測することによって各高周波半導体素子１０２が所定の電気的特性を有するか否かを測定する。

特表平８−５１０５５３号公報実開平４−１２１７４０号公報

ところで、上述した特許文献１に記載されたブレード型プローブカードは、プローブを支持する絶縁基板の厚みに限界があるために、多数個の電極が微小ピッチで配列された半導体集積回路素子への適用が困難であった。ブレード型プローブカードにおいては、各電極に対してプローブを同時に接触させることが困難であり、例えばプローブを移動させながら測定を行うことも可能ではあるが測定効率が悪くなるとともに高精度の測定も行い得なくなる。

上述した従来のプローブ装置１００においては、誘電基体部１１０に信号線路１１１とグランド導体１１２とを設けて構成した各ブレード１０４にコンタクトプローブ１０６を取り付けた構造であることから、各コンタクトプローブ１０６の高周波特性の向上が図られている。プローブ装置１００においては、電極開口部１１４を有するグランド金属箔１０５を備えて高周波半導体素子１０２の電極形成面１０２ａを囲むグランド導体を構成することにより、グランド面積の向上を図るとともにグランド接続の簡易化が図られる。

しかしながら、かかるプローブ装置１００においても、高周波半導体素子１０２の電極形成面１０２ａに対して充分なグランド面積を確保することが困難であり、高周波帯域になるにしたがってリターンパスも大きくなる。また、プローブ装置１００は、各ブレード１０４のグランド導体１１２とグランド金属箔１０５とを絶縁基板１０３に引き回して形成したグランドパターン１０８によって電気的なグランドを接続することから、リターンパスの短縮化が困難であった。したがって、プローブ装置１００においても、高周波帯域における信号損失が大きくなることで、例えば高精度の電気的特性が要求される高周波ＩＣ（ＭＭＩＣ）等の測定用に用いることができなかった。

したがって、本発明は、ウェハー状態或いはベアチップ状態の半導体集積回路素子に対して、グランドインダクタンスを低減するとともにリターンパスを最短として高周波電気的特性を高精度にかつ効率的に測定することを可能とするプローブ装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成する本発明にかかるプローブ装置は、絶縁基板と多数個のブレードとグランドシート体と多数個のコンタクトプローブと受動素子部品とを備え、高周波半導体集積回路素子の電極形成面に組み合わせてコンタクトプローブを電極に接触させることによりその電気的特性を測定する。プローブ装置は、絶縁基板に、高周波半導体集積回路素子の電極形成面よりも大きな開口寸法を有するガイド開口部が形成される。プローブ装置は、各ブレードが、高周波半導体集積回路素子の電極形成面に形成された電極と相対されるとともにそれぞれの先端部を絶縁基板に形成したガイド開口部内に突出させて第２主面に臨ませるようにして絶縁基板の第１主面上に放射状に配列され、それぞれ誘電基体部とこの誘電基体部に設けられた線路とグランド導体とから構成される。プローブ装置は、グランドシート体が、絶縁基板の第２主面側にガイド開口部を閉塞するようにして設けられ、このガイド開口部の開口縁の近傍において各ブレードのグランド導体と接続されるとともに、高周波半導体集積回路素子の各電極よりも大きな開口寸法を有して対向された各電極を臨ませることにより各電極に対して各コンタクトプローブを接触させる多数個の電極開口部が形成される。プローブ装置は、各コンタクトプローブが、金属薄板により形成されることにより弾性変形特性を有し、先端部を回路基板の相対する電極開口部からそれぞれ突出させて各ブレードの先端部に片持ち支持される。プローブ装置は、受動素子部品が、コンタクトプローブの先端近傍に搭載されて、このコンタクトプローブとグランドシート体とに電気的かつ機械的に接続される。

プローブ装置は、各信号線路用コンタクトプローブに、受動素子部品としてインピーダンスを整合させる整合回路の構成部品或いは終端抵抗素子を搭載する。また、プローブ装置は、電源線路用コンタクトプローブに、受動素子部品としてバイパスコンデンサ素子を搭載する。

プローブ装置は、グランドシート体が、例えばフレキシブル配線基板に用いられるポリイミド樹脂シート等の絶縁樹脂シートを基材としてその主面上にグランドパターンを形成することにより、コンタクトプローブよりも弾性変形しやすい大きな可撓特性を有して構成される。プローブ装置は、絶縁樹脂シートに形成するグランドパターンを、網目状パターンにより構成する。

プローブ装置においては、高周波半導体集積回路素子の電極形成面に組み合わすことにより、グランドシート体に形成した各電極開口部内にそれぞれ相対する電極を臨ませるとともに各電極に対してコンタクトプローブが接触する。プローブ装置においては、各コンタクトプローブを介して高周波半導体集積回路素子の各電極に対して高周波信号や電源を印加し、その出力を検出することによって高周波半導体集積回路素子の電気的特性を測定する。プローブ装置においては、グランドシート体に形成した各電極開口部内にそれぞれ相対する電極を臨ませるようにすることで、高周波半導体集積回路素子の電極形成面に対してほぼ最大限のグランド面積が確保されるようにする。

プローブ装置においては、グランドシート体と各ブレードのグランド導体部が引回しパターンを介さずに直接接続される構造であることから、リターンパスが短縮化されてグランドインダクタンスの低減が図られる。プローブ装置においては、各電極開口部内にそれぞれ相対する電極を位置させるグランドシート体が、コンタクトプローブを介して各電極から入出力される高周波信号の大きな面積を有するグランドとして作用することにより、リターンパスの短縮化を図るようにする。

プローブ装置においては、高周波半導体集積回路素子の電極形成面に設けられた各電極に当接される各コンタクトプローブの先端近傍において、グランドシート体と接続されて所定の電気的特性を得る整合回路や終端抵抗或いはバイパスキャパシタ等を構成する受動素子部品を直接搭載する。プローブ装置においては、高周波半導体集積回路素子に対して近接した位置において各コンタクトプローブに所定の特性向上回路を構成することで、配線引回しの最短化によりインダクタンス成分の低減が図られて、高精度の電気的特性の測定が行われるようにする。

プローブ装置においては、各コンタクトプローブとグランドシート体に対して受動素子部品が例えば半田付けやロウ付け或いは接着剤等により電気的かつ機械的に接続される。プローブ装置においては、各コンタクトプローブが先端部を高周波半導体集積回路素子の相対する電極に当接されることにより弾性変形が生じる。プローブ装置においては、可撓性を付与されたグランドシート体が各コンタクトプローブの弾性変形に追従して弾性変形することで、グランドシート体と各コンタクトプローブとの対向間隔が略一定状態に保持される。したがって、プローブ装置においては、受動素子部品と各コンタクトプローブ及びグランドシート体の接続部位における応力集中が低減され、半田付け部位等におけるクラックや破断の発生が防止される。

本発明にかかるプローブ装置によれば、高周波半導体集積回路素子の各電極に当接される各コンタクトプローブの先端近傍に、各電極をそれぞれ臨ませる多数個の電極開口部を形成したグランドシート体とを接続して所定の電気的特性を得る整合回路や終端抵抗或いはバイパスキャパシタ等を構成する受動素子部品を直接搭載する。プローブ装置によれば、引回し配線の最短化によるインダクタンス成分の低減が図られて、高周波半導体集積回路素子の電気的特性を高精度に測定することが可能となる。

また、プローブ装置によれば、コンタクトプローブよりも弾性変形しやすい大きな可撓特性を付与されたグランドシート体が高周波半導体集積回路素子の相対する電極に当接して弾性変形する各コンタクトプローブに追従して弾性変形することにより、このコンタクトプローブとグランドシート体との間に接続された受動素子部品の接続部位における応力集中を低減する。プローブ装置によれば、受動素子部品の接続部位におけるクラックや破断の発生が抑制されて信頼性の向上が図られる。

以下、本発明の実施の形態として図面に示したプローブ装置１について、詳細に説明する。プローブ装置１も、上述した従来のプローブ装置１００と同様に図示しない測定用本体装置に設置され、この本体装置に適宜のハンドリング装置等により供給されるウェハー１０１の主面上に形成されるいわゆるウェハー状態の多数個の高周波半導体素子１０２を測定対象物として、１個ずつ順番にその動作確認や所定の高周波電気的特性等の測定、検査を行う。なお、プローブ装置１は、適宜の保持部材に載置された高周波半導体素子にも用いることが可能であることは勿論である。

プローブ装置１も、基本的な構成をプローブ装置１００と同様とされ、図１及び図２に示すように、絶縁基板２と、多数個のブレード３と、グランドシート体４と、多数個のコンタクトプローブ５とを備えている。プローブ装置１は、詳細を後述するように、グランドシート体４を絶縁基板２に取り付けるための台座部材６を備える。プローブ装置１は、詳細を後述するが各コンタクトプローブ５にインピーダンス整合回路７を構成するチップ部品８が搭載され、例えば５０Ωのマッチング整合を行って高周波半導体素子１０２の高周波電気的特性を測定する。

プローブ装置１は、絶縁基板２が、適宜の絶縁合成樹脂材料、例えばＣＦＲ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）等を素材として形成され、詳細を後述するように各ブレード３やグランドシート体４を取り付けるとともに図示しない本体装置のフレームに取り付けられて支持基台を構成する。絶縁基板２には、図１に示すようにその中央部に位置して半導体路素子１０２の電極形成面１０２ａよりも大きな開口径を有する円形のガイド開口部９が形成されている。

プローブ装置１は、各ブレード３が、高周波半導体素子１０２の電極形成面１０２ａに形成された詳細を省略する多数個の電極１０９とそれぞれ相対して同数が備えられる。各ブレード３は、それぞれセラミック等を素材として略薄板状に形成された誘電基体部１０と、この誘電基体部１０の内層に設けられた信号用伝送線路や電源線路からなる線路１１及び側面に設けられたグランド導体１２及び線路１１と対向する底面に設けられたグランド導体パターン１３とから構成される。各ブレード３は、図１及び図２に示すように各誘電基体部１０が先端部１０ａを絶縁基板２側に向かって略直角に折曲されており、この先端部１０ａをガイド開口部９の開口縁に沿って第２主面２ｂ側に突出させて第１主面２ａ上に、換言すれば図３に示すように後述するグランドシート体４と対向して放射状に配列して接合される。

各ブレード３は、線路１１が、例えば誘電基体部１０に銅箔層を形成するとともにこの銅箔層に対してフォトリソグラフィー処理を施すことにより誘電基体部１０の長さ方向の全長に亘って形成される。各線路１１は、図１に示すように絶縁基板２のガイド開口部９内に突出された誘電基体部１０の先端部１０ａの端面まで引き回し形成されており、この引き回し部位が後述するコンタクトプローブ５を取り付けるプローブ取付部１１ａを構成する。各線路１１は、誘電基体部１０の基端部側に引き回されることにより、信号線路が詳細を省略する検出回路部１４（図５参照）と高周波専用コネクタを介して接続されるとともに、電源線路が電源１５と電源コネクタを介して接続される。各線路１１は、誘電基体部１０を介してグランド導体パターン１３と対向されることによって、高周波信号を効率よく伝送するマイクロストリップラインを構成する。

グランド導体１２は、誘電基体部１０に形成される上述した線路１１の形成工程と同時に、図２に示すように誘電基体部１０の側面に沿って大きな面積を有する銅箔層によって形成される。グランド導体１２は、絶縁基板２に設けたガイド開口部９に臨ませられた誘電基体部１０の先端部１０ａまで延長して形成されており、この延長部位が後述するグランドシート体４と電気的に接続するグランドシート体接続部１２ａを構成する。なお、グランド導体１２は、各ブレード３において、線路１１と絶縁を保持されて誘電基体部１０に形成されることは勿論である。

プローブ装置１は、グランドシート体４が、絶縁基板２のガイド開口部９の開口径よりも大きくかつ高周波半導体素子１０２の電極形成面１０２ａよりも大きな外径を有して図４に示すように円板形に形成される。グランドシート体４は、例えばフレキシブル配線基板等に用いられる可撓特性と絶縁特性を有するポリイミド樹脂シートやポリエステル樹脂シート等の絶縁樹脂シート１６を基材とし、この絶縁樹脂シート１６の組立状態において絶縁基板２と対向する主面１６ａ上に略全面に亘ってグランドパターン１７を形成して構成される。

グランドシート体４には、図２及び図４に示すように高周波半導体素子１０２に形成された電極１０９と同数でそれぞれに相対するようにして配列された多数個の電極開口部１８が厚み方向に貫通して形成されている。各電極開口部１８は、それぞれが高周波半導体素子１０２の微小な電極１０９の外形寸法よりもやや大きい開口寸法を有する微小な開口部として精密に形成されており、測定時に図２及び図３に示すように各電極１０９を１個ずつ対応位置させて臨ませるようにする。

グランドシート体４は、後述するように台座部材６を介して絶縁基板２に対してガイド開口部９を閉塞するようにして位置決めして固定される。グランドシート体４には、図４に示すように外周部の近傍位置に、第１取付孔１９Ａと第２取付孔１９Ｂとが中心対称で形成されている。グランドシート体４は、例えば第１取付孔１９Ａが円周方向の長孔として形成されるとともに第２取付孔１９Ｂが直径方向の長孔として形成されることにより、それぞれの長孔の長さ範囲で絶縁基板２に対して円周方向と直径方向とに移動して位置調整が行われて取り付けられる。

グランドシート体４には、後述する構造により絶縁基板２に取り付けた状態で、グランドリード２０を介して各ブレード３のグランド導体１２がそれぞれ接続される。グランドリード２０は、グランドシート体４に対して、図４に示すように取付孔１３の内側で各電極開口部１８に近接した外側位置でありかつ第１取付孔１９Ａと第２取付孔１９Ｂの内側位置においてリード接続部２１に底面部をそれぞれ半田付けやロウ付け或いはスポット溶接や導電接着剤等による第１接続部２６を介して電気的かつ機械的に接続される。したがって、グランドシート体４は、高周波半導体素子１０２の電極形成面１０２ａにおいて、各電極１０９のみを相対する各電極開口部１８に臨ませるようにして延在することで充分に大きな接地面を構成する。また、グランドシート体４は、各電極開口部１８に近接した位置において、グランドリード２０を介して最短長を以って各ブレード３のグランド導体１２を共通に接続する。

グランドシート体４には、各コンタクトプローブ５に搭載された詳細を後述するチップ部品８がそれぞれ接続される。グランドシート体４は、図４に示すようにそれぞれ各電極開口部１８とリード接続部２１との間に位置するチップ接続部２２において、チップ部品８を第１接続部２６を介して電気的かつ機械的に接続する。グランドシート体４は、後述する各コンタクトプローブ５に対してチップ部品８が、高周波半導体素子１０２の各電極１０９に当接される測定端部５ｂに近接した位置において搭載されるようにする。

グランドシート体４は、絶縁樹脂シート１６の主面１６ａに形成するグランドパターン１７を、例えば図６に示すように主面１６ａの全面に適宜に分割されてベタパターンにより構成する。グランドシート体４は、かかるベタパターンからなるグランドパターン１７を絶縁樹脂シート１６に形成することにより、後述するように基材として用いる絶縁樹脂シート１６が有する可撓性が保持される。なお、グランドシート体４は、上述したようにグランドパターン１７上においてチップ部品８を第２接続部２７により接続し、また図示しないがリード接続部２１を介してグランドリード２１を接続する。

また、グランドシート体４は、絶縁樹脂シート１６の主面１６ａに形成するグランドパターン１７を、例えば図７に示すように主面１６ａの全面に形成した網目状パターンによって構成するようにしてもよい。グランドシート体４は、網目状パターンによりグランドパターン１７を構成することにより絶縁樹脂シート１６の可撓性がより保持される。

プローブ装置１においては、上述したように各ブレード３が誘電基体部１０の先端部１０ａを絶縁基板２のガイド開口部９内に突出させるとともに線路１１の先端部を引き回すことにより、この先端部にプローブ取付部１１ａを形成している。プローブ装置１においては、図１に示すようにコンタクトプローブ５が各ブレード３に対して、プローブ取付部１１ａに基端部５ａを半田付けすることによってそれぞれ片持ち状態で取り付けている。各コンタクトプローブ５は、導電性を有する金属薄板等を素材として、リソグラフィー技術や電鋳技術によって微細かつ精密に形成される。

各コンタクトプローブ５は、図２に示すように略直角に折曲されて測定端部５ｂを構成する先端部がそれぞれグランドシート体４に形成した相対する電極開口部１８から２００ミクロン程度の突出量を以って貫通される。各コンタクトプローブ５は、後述する測定操作に際して、測定端部５ｂが高周波半導体素子１０２の電極１０９に対して弾性変形しながら圧接することによりスクラブ部を構成する。各コンタクトプローブ５は、その素材の特性により弾性変形特性を有しているが、上述したグランドシート体４よりも剛性が大きく、換言すればグランドシート体４よりも可撓性が小さい。

各コンタクトプローブ５は、上述した素材の特性から厚み方向と高さ方向とに対してある程度の弾性変形が可能とされ、測定端部５ｂが鋭利な形状に形成されている。各コンタクトプローブ５は、後述するように測定操作に際して各電極開口部１８から突出された測定端部５ｂが、この電極開口部１８に臨ませられた高周波半導体素子１０２の相対する電極１０９に圧接する。各コンタクトプローブ５は、これによって弾性力が蓄勢され、この弾性力により測定端部５ｂが電極１０９との当接状態を保持されるようにする。なお、各コンタクトプローブ５は、プローブ装置１がウェハー状態の高周波半導体素子１０２の電気的特性を測定する場合に、測定端部５ｂが電極１０９の表面に形成された薄い酸化膜層を剥離して電気的接続が確実に行われるようにする。

各コンタクトプローブ５は、図２及び図８に示すように測定端部５ｂよりも基端側でグランドシート体４と対向する部位にチップ部品８を搭載する。チップ部品８は、上述したように底面側をグランドシート体４のチップ接続部２２に接続され、上面側を半田付けやロウ付け或いはスポット溶接や導電接着剤等による第２接続部２７を介して電気的かつ機械的に接続される。チップ部品８は、コンタクトプローブ５を介して信号用伝送線路や電源線路からなる線路１１とグランドシート体４との間に介在して配置される。

プローブ装置１においては、例えば各チップ部品８がグランドリード２０とともにあらかじめグランドシート体４上にグランドパターン１７と接続されて実装される。プローブ装置１においては、グランドシート体４が絶縁基板２に設けられた台座部材６を介して位置決めされて組み付けられることにより、各チップ部品８が相対するコンタクトプローブ５と対向される。プローブ装置１においては、この状態で各チップ部品８が第１接続部２６により相対するコンタクトプローブ５と接続される。プローブ装置１においては、これにより比較的簡易な作業によりグランドシート体４と微小なコンタクトプローブ５とに対してチップ部品８を正確に取り付けることを可能とする。

プローブ装置１には、例えば図５（Ａ）に示すように線路１１の本体装置側の検出回路部１４と接続される信号線路２３に接続されたコンタクトプローブ５に搭載するチップ部品８として、グランドシート体４を介してグランドに接続されるコンデンサ７Ａと抵抗７Ｂを有してインピーダンス整合機能を奏するインピーダンス整合回路７を構成するチップ部品が搭載される。また、プローブ装置１には、同図（Ｂ）に示すように線路１１の本体装置側の検出回路部１４と接続される信号線路２３に接続されたコンタクトプローブ５に搭載するチップ部品８として、コンタクトプローブ５を測定端部５ｂの近傍においてグランドシート体４を介してグランドに接続することにより測定特性を安定化させる終端抵抗素子８Ｂが搭載される。プローブ装置１には、例えば同図（Ｃ）に示すように線路１１の本体装置側の電源１５と接続される電源線路２４に接続されたコンタクトプローブ５に搭載するチップ部品８として、グランドシート体４を介してグランドに接続される電源用バイパスコンデンサ素子２５が搭載される。

プローブ装置１においては、上述したように高周波半導体素子１０２の各電極１０９に当接される各コンタクトプローブ５の測定端部５ｂの近傍において、グランドシート体４との間に接続される特性向上回路を構成するチップ部品８を搭載する。プローブ装置１においては、上述した構成による各コンタクトプローブ５と検出回路部１４との間における配線引回しの最短化によるンダクタンス成分の低減と、測定箇所の近傍に配置したチップ部品８との構成とにより、高周波半導体素子１０２に対して高精度の電気的特性の測定を行うことを可能とする。

プローブ装置１は、絶縁基板２の第２主面２ｂに、ガイド開口部９を挟んで一対の台座部材６Ａ、６Ｂが位置決めされて固定されている。台座部材６Ａ、６Ｂには、図１に示すように上述したグランドシート体４の取付孔１９Ａ、１９Ｂに対応して位置決めピン２６Ａ、２６Ｂが突設されており、これら位置決めピン２６Ａ、２６Ｂを相対する取付孔１９Ａ、１９Ｂに嵌合してグランドシート体４が外周部を固定される。台座部材６Ａ、６Ｂは、グランドシート体４とコンタクトプローブ５とを所定の間隔に保持することにより、グランドシート体４を折曲部を有しない平坦な円板状とする。台座部材６Ａ、６Ｂは、取付孔１９Ａ、１９Ｂの長さ範囲で、グランドシート体４を位置決めして取り付けることを可能とする。

プローブ装置１は、上述したように各ブレード３が誘電基体部１０の先端部１０ａを絶縁基板２のガイド開口部６内に突出させるとともに、この先端部１０ａまでグランド導体１２の先端部を延長してグランドシート体接続部１２ａを形成している。プローブ装置１においては、図２に示すようにグランドシート体接続部１２ａに、上述したように一端をリード接続部２１に接続したグランドリード２０の他端を半田付けやロウ付け或いは接着剤等により電気的かつ機械的に接続する。プローブ装置１においては、グランドリード２０を介してグランド導体１２とグランドシート体４とが接続される。

プローブ装置１においては、上述した構造によって測定時において高周波半導体素子１０２の電極形成面１０２ａに接触して最大限の接地面積を構成するグランドシート体４に対して各ブレード３のグランド導体１２が共通接続された構造となる。プローブ装置１においては、かかる構造により引き回し配線の短縮化が図られるとともに、全体の配線構造も簡易化される。プローブ装置１においては、各ブレード３のグランド導体１２がコンタクトプローブ５や高周波半導体素子１０２の電極１０９の近傍位置でグランドシート体４と接続する最短構造とされることによって、線路長の短縮化が図られる。

以上のように構成されたプローブ装置１においては、図８（Ａ）に示すように各コンタクトプローブ５が、その測定端部５ｂをグランドシート体４に設けた相対する各電極開口部１８から突出させる。プローブ装置１においては、供給された高周波半導体素子１０２に対して、グランドシート体４の各電極開口部１８にそれぞれ電極形成面１０２ａに形成した相対する電極１０９を臨ませるようにして当てがわれ、当該高周波半導体素子１０２に対して所定の電気的特性の測定を行う。

プローブ装置１おいては、図８（Ｂ）に示すように各電極開口部１８からそれぞれ突出した各コンタクトプローブ５の測定端部５ｂが、それぞれ高周波半導体素子１０２の相対する電極１０９上に圧接する。プローブ装置１においては、各コンタクトプローブ５を介して高周波信号や電源を電極１０９に印加し、その出力を検出回路部１４において計測することによって高周波半導体素子１０２の電気的特性を測定する。

プローブ装置１においては、上述したように高周波半導体素子１０２に対して大きなグランド面積を確保するとともにリターンパスの最短化が図られ、特性向上回路を構成するチップ部品８を各コンタクトプローブ５の測定端部５ｂの近傍に位置して搭載した構造であることから、信号損失の低減が図られ、高周波数帯域においても信号レベルの減衰量が低減されることによって高精度の測定を行うことが可能である。

プローブ装置１においては、弾性特性を有してブレード３に片持ち支持された各コンタクトプローブ５が測定端部５ｂを高周波半導体素子１０２の相対する電極１０９上に接触し、さらに押し下げ動作が行われると弾性変形しながら図８（Ｂ）にΔｘで示す上方へと変位する。プローブ装置１においては、上述したように各コンタクトプローブ５が弾性変形することにより弾性力を蓄勢し、この弾性力によって測定端部５ｂの電極１０９との圧接状態が保持されて高周波半導体素子１０２の電気的特性の測定が精密に行われるようにする。

ところで、プローブ装置１においては、図９（Ａ）に示すようにコンタクトプローブ５とグランドシート体４との間に、第１接続部２６と第２接続部２７により電気的かつ機械的に接続されてチップ部品８が搭載されている。プローブ装置１においては、例えばコンタクトプローブ５よりも大きな剛性特性を有するグランドシート体４Ｈが用いられる場合に、このグランドシート体４が上述したコンタクトプローブ５の変位動作にかかわらず同図（Ｂ）に示すように変位動作が生じることなく初期位置を保持する。したがって、プローブ装置１においては、同図矢印で示すように第１接続部２６に対して引き剥がし方向の応力集中が生じ、弾性疲労等によりこの第１接続部２６にクラック２８が発生したり破損する虞もある。プローブ装置１においては、これによりチップ部品８を搭載して測定特性の向上を図るようにしても、接続部位の破断等によりその機能が損なわれる。

プローブ装置１においては、上述したようにグランドシート体４が絶縁樹脂シート１６を基材としてグランドパターン１７を形成し、コンタクトプローブ５よりも弾性変形しやすい大きな可撓特性を付与される。プローブ装置１においては、かかる特性を有するグランドシート体４が、図９（Ｃ）Δｙに示すようにコンタクトプローブ５の変位動作に追従してチップ接続部２２を頂点として上方に向かって大きく弾性変形する。換言すれば、プローブ装置１においては、コンタクトプローブ５とグランドシート体４に対して、いわゆるフローティング構造によりチップ部品８を搭載した構成が採用される。

プローブ装置１においては、上述したグランドシート体４の弾性変形動作により、このグランドシート体４とコンタクトプローブ５との対向間隔が一定状態に保持されるようになる。したがって、プローブ装置１においては、コンタクトプローブ５やグランドシート体４にチップ部品８を接続する第１接続部２６や第２接続部２７における応力集中が低減されるようになる。プローブ装置１においては、これにより第１接続部２６や第２接続部２７の接続部位におけるクラックや破断の発生が防止され、測定特性の向上を図る機能が保持される。プローブ装置１においては、弾性力が蓄勢されたコンタクトプローブ５に大きな変位が生じた場合でも、グランドシート体４がこれを吸収してクラックの発生等を確実に防止する。

なお、実施の形態として示したプローブ装置１においては、上述したようにブレード３に片持ち支持した微小なコンタクトプローブ５と絶縁樹脂シート１６にグランドパターン１７を形成したグランドシート体４との間に第１接続部２６と第２接続部２７を介してチップ部品８を搭載したが、本発明はかかるプローブ装置１に限定されるものでは無い。本発明は、様々な形状及びサイズのコンタクトプローブに対しても対応可能であり、またカンチレバータイプ、同軸タイプ或いはブレードタイプのプローブに対しても対応可能であり、それぞれの測定端部の近傍に位置してチップ部品を設けて測定特性の向上を図ることを可能とする。

実施の形態として示すプローブ装置の要部断面図である。同プローブ装置におけるコンタクトプローブ及びグランドシート体の接続部位を示す要部断面図である。同プローブ装置のブレードとグランドシート体との配置状態を示す要部平面図である。グランドシート体の斜視図である。チップ部品の機能を説明する回路構成図であり、同図（Ａ）は整合回路素子の搭載例、同図（Ｂ）は終端抵抗素子の搭載例、同図（Ｃ）は電源用バイパスコンデンサの搭載例を示す。コンタクトプローブとベタグランドパターンを形成したグランドシート体間にチップ部品を搭載した状態を示す要部斜視図である。コンタクトプローブと網目状グランドパターンを形成したグランドシート体間にチップ部品を搭載した状態を示す要部斜視図である。測定部位を示す要部断面図であり、同図（Ａ）は非測定時、同図（Ｂ）は測定時を示す。チップ部品の接続部位の状態説明図であり、同図（Ａ）は非測定時の状態、同図（Ｂ）は剛性の大きいグランド体が備えられた場合のクラック発生状態、同図（Ｃ）は可撓性の大きいグランドシート体におけるコンタクトプローブの弾性変形動作に対する追従動作の状態を示す。従来のプローブ装置の要部断面図である。同プローブ装置におけるコンタクトプローブ及びグランド部との接続部位を示す要部断面図である。同プローブ装置に備えられるグランド金属箔の平面図である。高周波半導体素子を形成したウェハーの斜視図である。

符号の説明

１プローブ装置、２絶縁基板、３ブレード、４グランドシート体、５コンタクトプローブ、６台座部材、７インピーダンス整合回路、８チップ部品、９ガイド開口、１０誘電基体部、１１線路、１２グランド導体、１３グランド導体パターン、１４検出回路部、１５電源、１６絶縁樹脂シート、１７グランドパターン、１８電極開口部、１９取付孔、２０グランドリード、２１リード接続部、２２チップ接続部、２３信号線路、２４電源線路、２５位置決めピン、２６第１接続部、２７第２接続部、２８クラック

Claims

高周波半導体集積回路素子の電極形成面に組み合わせることによりその電気的特性を測定するプローブ装置において、
上記高周波半導体集積回路素子の電極形成面よりも大きな開口寸法を有するガイド開口部が形成された絶縁基板と、
上記高周波半導体集積回路素子の上記電極形成面に形成された各電極と相対されるとともにそれぞれの先端部を上記ガイド開口部内に突出させて第２主面に臨ませるようにして上記絶縁基板の第１主面上に放射状に配列され、それぞれ誘電基体部と、この誘電基体部に設けられた線路と、グランド導体とから構成される多数個のブレードと、
上記絶縁基板の第２主面側に上記ガイド開口部を閉塞するようにして設けられ、上記ガイド開口部の開口縁の近傍において上記各ブレードの上記グランド導体と接続されるとともに、上記高周波半導体集積回路素子の上記各電極よりも大きな開口寸法を有して対向された上記各電極を臨ませることにより上記各電極に対して上記各コンタクトプローブを接触させる多数個の電極開口部が形成されたグランドシート体と、
金属薄板により形成されることにより弾性変形特性を有し、先端部を上記回路基板に相対して設けられた上記電極開口部からそれぞれ突出させて上記各ブレードの先端部に片持ち支持される多数個のコンタクトプローブと、
上記コンタクトプローブの先端近傍に搭載されて、このコンタクトプローブと上記グランドシート体とに電気的かつ機械的に接続される受動素子部品と
を備えることを特徴とするプローブ装置。
上記受動素子部品が、信号線路用コンタクトプローブに搭載されてインピーダンスを整合させる整合回路構成部品或いは終端抵抗素子であることを特徴とする請求項１に記載のプローブ装置。
上記受動素子部品が、電源線路用コンタクトプローブに搭載されたバイパスコンデンサ素子であることを特徴とする請求項１に記載のプローブ装置。
上記グランドシート体が、絶縁樹脂シートを基材としてその主面にグランドパターンを形成して構成され、上記コンタクトプローブよりも弾性変形しやすい可撓特性を有することを特徴とする請求項１に記載のプローブ装置。
上記グランドパターンが、上記絶縁樹脂シートの主面に、網目状パターンにより形成されることを特徴とする請求項４に記載のプローブ装置。