JP2008164351A

JP2008164351A - 大電流容量対応型プローブ

Info

Publication number: JP2008164351A
Application number: JP2006352153A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Watanabe; 毅渡邊
Original assignee: Texas Instruments Japan Ltd
Current assignee: Texas Instruments Japan Ltd
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】ファインピッチ化に対応し、簡単な構成で比較的大きな電流を流すことができるプローブを提供する。
【解決手段】本発明に係るプローブＰは、プローブホルダー１１０の貫通孔１１２内に保持されるものであって、金属の線材２００から構成される。線材２００には、その軸方向に第１の接圧部２１２、第１の接圧部２１２に接続されたバネ部２４２、バネ部２４２に接続された第２の接圧部２４４を一体に形成されている。バネ部２４２には、ドリル加工によって形成された螺旋状の溝２４０が形成されている。好ましくは、線材は、タングステンである。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体基板または半導体ウエハ等に形成された電極やパッド等に電気的に接続されるプローブに関し、特に、プローブの形成方法に関する。

集積回路等の試験をウエハ上で行うために、マルチプローブを備えたプローブカードが利用されている。プローブカードには、プローブを片持ち梁に保持し、電極等への接触時にその先端を変位させるカンチレバー型と、プローブを垂直方向に保持し、電極等への接触時にプローブを垂直方向または軸方向に弾性変形させる垂直型がある。特許文献１のプローブカードは、垂直型のマルチプローブピンとＭＬＣ／ＭＬＯ等の多層配線中継用基板とを備えた構造を開示している。

特開２００６−０４１３３３号

垂直型のプローブカードに用いられるプローブは、それ自身が垂直方向に変位できるようにバネ性またはスプリング機能を内蔵している。そのようなプローブの一例の構成を図７に示す。プローブ１０は、円柱状の金属から成り、ウエハ上の電極等に接触される第１の接圧部１２と、円柱状の金属から成り、プローブカード側の基板の導電領域に接触される第２の接圧部１４と、軸方向に弾性変形が可能であり、第１の接圧部１２に一定の接圧を与える金属製のスプリング１６と、中空円筒状の金属から成り、両端に第１および第２の接圧部１２、１４を取り付け、内部にスプリング１６を保持するバレル１８とを有している。

図８は、プローブを保持するプローブホルダーの概略断面図である。プローブホルダー２０は、樹脂またはセラミック等の電気的絶縁性の材料から構成され、プローブ１０を挿入し、保持するための複数の貫通孔２２が形成されている。貫通孔２２には、段差が形成され、プローブ１０が挿入されたとき、プローブ１０のバレル１８の端部が段差に接触し、プローブホルダー２０の一面２４からプローブ１０の第１の接圧部１２が突出するようになっている。また、プローブ１０の第２の接圧部１４は、基板２６の対応する導電領域に接続されている。

試験を実施するとき、第１の接圧部１２がウエハ上の電極に一定の荷重で押圧されると、スプリング１６が弾性変形し、そのバネ力により第１の接圧部１２とウエハ上の電極間に一定の接圧が与えられる。ウエハ上の電極の高さのバラツキは、スプリング１６によって解消され、許容される範囲内の圧力で全てのプローブがウエハ上の電極に接触する。

しかしながら、上記のようなスプリングを内蔵するプローブには、構造上の欠点がある。ウエハ上の電極のピッチが微細になると、それに従いプローブのピッチおよびプローブ径を小さくしなければならない。プローブピッチが２００ミクロンになると、バレル１８の径は約１５０ミクロンとなり、バレル１８内に収納されるスプリング１６もさらに小さくしなければならない。通常、スプリング１６は、線材を巻き、それを熱処理しているが、その線材の径は約２５ミクロン程度になる。このようなプローブにおいては、集積回路等の試験時にバレル１８とスプリング１６の双方に電流が流れる。一般的に、スプリング１６に流れる電流よりもバレル１８に流れる電流の方が大きいが、大きな電流がプローブに流れる場合、スプリング１６側に流れる電流も大きくなり、スプリング１６に流れる電流による発熱でスプリング１６が高温となり、スプリング１６が焼き戻しされ、スプリング１６のバネ性が喪失してしまうことがある。また、バレル１８と第２の接圧部１４の接触部分において、両者の間の電気抵抗による焼損も発生し得る。このようなプローブについては、プローブホルダー２０から取り外し、新たなプローブに交換しなければならない。

さらに、バレル１８に対して第２の接圧部１４がどの程度の面積で接触するのかを特定することができないので、接触部での電気抵抗が不確実となる。従って、使用回数（測定回数）が一万回をはるかに超えるプローブにおいては、プローブそのものの特性変動を考慮した測定が要求され、プローブの許容電流量も不確実となる。例えば、許容電流量に２００ｍＡ〜５００ｍＡの幅が生じてしまった場合、下限である２００ｍＡが仕様上の許容電流量となり、プローブに大きな電流を流すことができず、安定した試験を行うことができないという問題があった。

さらに図７に示すプローブは、第１の接圧部１２、第２の接圧部１４、スプリング１６およびバレル１８の４つの部品から構成されるため、部品点数が多く、プローブの低コスト化を図ることが難しかった。

本発明は、上記のような従来の課題を解決するものであり、ファインピッチ化に対応し、簡単な構成で比較的大きな電流を流すことができるプローブ、プローブの形成方法、プローブカードを提供することを目的とする。

本発明に係るプローブは、プローブホルダーの貫通孔内に保持されるものであって、金属の線材から構成され、線材の軸方向に、第１の接圧部、第１の接圧部に接続されたバネ部、バネ部に接続された第２の接圧部が一体に形成され、バネ部には、線材をドリル加工することによって形成された螺旋状の溝が形成されている。

さらに本発明に係るプローブカードは、上記構成のプローブと、プローブを挿入するための貫通孔が複数形成されたプローブホルダーと、プローブホルダーに固定される基板とを有するものであって、プローブホルダーは、その一面からプローブの第１の接圧部の少なくとも一部を突出させ、第２の接圧部を基板の導電領域に接触させ、かつ貫通孔内のプローブのバネ部にプリロードを与える。

好ましくは第１の接圧部が被接触領域に接触したとき、バネ部はプローブの軸方向に弾性変形する。また、第１の接圧部、バネ部および第２の接圧部は、電流経路を形成する。

本発明に係る、プローブホルダーの貫通孔内に保持されるプローブの形成方法は、金属の線材を用意し、前記線材の一定の深さ以上にドリルの加工深度を設定し、線材を回転させながら線材を軸方向に送り、線材に一定ピッチの螺旋状の溝を形成する。好ましくは、ドリルの加工深度は、線材の中心以上である。

本発明によれば、プローブの第１の接圧部、バネ部および第２の接圧部を一つの線材または一つの部品から構成するようにしたので、従来と比較して、バネ部に流れる許容電流量を高くすることができ、かつ、その許容電流量を一定にすることができ、安定した試験を行うことができる。さらに、プローブを構成する部品点数を減らすことで、プローブの低コスト化を図り、ひいてはプローブカードのコストを抑えることができる。

以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例に係るプローブカードの概略構成を示す図である。本実施例に係るプローブカード１００は、複数のプローブＰと、複数のプローブＰを保持するプローブホルダー１１０と、プローブホルダー１１０を取り付ける配線基板１２０とを有する。配線基板１２０の表面には、金属配線パターンに接続された複数の半田付け用パッド１３０が形成され、半田付け用パッド１３０は、被覆配線１４０によりカード基板１５０の電極パッドに電気的に接続されている。

次に、本実施例に係るプローブＰの形成方法について説明する。初めに、図２（ａ）に示すような段差のある中実の線材２００を用意する。線材２００は、好ましくはタングステンからなり、全体の長さＬは、約７ｍｍ、段差の付いた先端部２１０の径Ｄ１は、１００μｍ、先端部２１０に接続される主部２２０の径Ｄ２は、１５０μｍである。

次に、図２（ｂ）に示すように、加工深度Ｆが主部２２０の径の１／２以上となるように、ドリル２３０を主部２２０の中心以上に深さに入れる。ドリル２３０は、例えば、タングステンカーバイトのような超硬度鋼を用いることができ、ドリル径Ｗを有している。回転されたドリル２３０を、主部２２０の端部において中心以上の深さに入れた後、線材２００を回転させながら線材２００を軸方向Ｈに一定速度で送る。これにより、図２（ｃ）に示すように、主部２２０には、螺旋状の溝２４０（図中、ハッチングで表示）が形成される。溝２４０の幅は、ドリル２３０の径Ｗに等しく、溝２４０は、主部２２０の端部から軸方向に加工長さＬで形成される。

こうして形成された線材は、プローブＰとして用いられる。線材２００の先端部２１０は、プローブＰの第１の接圧部２１２として機能し、主部２２０に形成された螺旋状の溝２４０は、軸方向に弾性変形するバネ部２４２として機能し、主部２２０に溝２４０が形成されなかった領域が第２の接圧部２４４として機能する。

図３に、溝が形成された主部を軸方向と直交する面で切断したときの加工断面を示す。ドリルの加工深度Ｆを一定以上の大きさにし、線材２００を回転させながら軸方向Ｈに送ることで、線材２００には、図３に示すように、金属部材が残る有効な導電面２５０と、ドリル２３０によって切断された加工部分２６０が形成される。導電面２５０の大きさは、ドリル径Ｗ、加工深度Ｆ、線材の回転速度、線材の送り速度および加工長さＬにより選択することができる。この導電面２５０の大きさは、プローブＰの許容電流量を決定する。

図４は、プローブホルダーの概略断面図である。プローブホルダー１１０は、樹脂またはセラミック等の電気的絶縁材料から構成される。プローブホルダー１１０には、プローブＰを挿入し、保持するための複数の円筒状の貫通孔１１２が形成されている。貫通孔１１２の径は、プローブＰの径よりも幾分大きいが、貫通孔１１２の下部には、その径を細くした段差１１４が形成されている。段差１１４は、プローブＰが挿入されたとき、プローブＰのストッパーとして機能し、プローブＰの第１の接圧部２１２とバネ部２４２の境界が段差１１４と接触する。段差１１４の位置は、プローブホルダー１１０の下面１１６からプローブＰの第１の接圧部２１２が一定の距離だけ突出するように選択される。

また、貫通孔１１２内にプローブＰが挿入されたとき、プローブホルダー１１０の上面１１８からプローブＰの第２の接圧部２４４が一定の距離だけ突出される。プローブＰの挿入後、図５に示すように、プローブホルダー１１０の上面１１８には配線基板１２０が固定される。このため、上面１１８から突出していた第２の接圧部２４４は、貫通孔１１２内に圧縮され、すなわち、プローブＰのバネ部２４２が軸方向に撓み、バネ部２４２にプリロードが与えられる。これにより、プローブカード１００をウエハに対向させ、第１の接圧部２１２をウエハ上の電極等に押圧させたとき、当該電極には一定の接圧が加わり、プローブＰとウエハ上の電極間の確実な電気的な接続を得ることができる。この接圧は、例えば、５〜１０グラムである。

次に、本実施例によるドリル加工されたプローブの効果について説明する。比較例として、従来例で用いたスプリングプローブ（図７を参照）を次のように構成した。

バレル径：１５０μｍ、バレル肉厚：２０μｍ、スプリング径：２５μｍ、
導電断面積Ｒ１＝バレル断面積（８，１６８μｍ^２）＋スプリング断面積（４９１μｍ^２）＝８，６５９μｍ^２

但し、スプリングプローブは、上記したようにバレルに対してどれくらいの電流が流れるか特定できないため、有効な導電断面積は、上記の計算値よりも小さいと考えられる。

一方、本実施例のプローブＰを次のように構成した。
線材径Ｄ２：１５０μｍ、ドリル径Ｗ：３０μｍ、螺旋角度θ：２６度（このときの螺旋ピッチ＝２３０μｍ）、加工面の内径：５０μｍのとき、導電断面積Ｒ２＝Ａ×Ｂ＝８，９８０μｍ^２である。ここで、ＡおよびＢは、図６に示すように、溝２４０間の主部２２０の距離であり、Ｂは、主部の有効な導電面２５０の半径方向の距離である。Ａは、Ａ＝（π×線材径×ｔａｎθ−ドリル径）×ｃｏｓθで表される。

以上の結果から、本実施例によるプローブＰの導電断面積Ｒ２は、従来のスプリングプローブの導電断面積Ｒ１よりも大きくなる。仮に、他のパラメータを同じにし、螺旋角度θのみを３０度にした場合の導電断面積Ｒ２は、１０，４８２μｍ^２となり、さらに大きくなる。

このように、本実施例のプローブＰは、加工仕様により従来のスプリングプローブよりも大きな導電断面積をもつことができ、その結果、許容電流量を大きくすることができ、電流量の大きなテストを行うことができる。例えば、従来のスプリングプローブであれば、許容電流量は、おおよそ５００ｍＡであったが、本実施例のプローブであれば、約１Ａ程度の電流を流すことができる。また、バネ部２４２の縮み量は、プローブの長さ５〜１０ｍｍに対して１００μｍ程度であるため、バネ部の縮みによる線径の増大はほぼ無視することができる。

さらに、市販のスプリングプローブを用いる場合、スプリングの強度を確保するために、スプリングに使用する材料が限られてしまうが、本実施例では、硬度、弾性、導電性がある範囲内であれば、広い材料の中から選択が可能である。上記の例では、タングステン（硬度＝６５０[Ｈｖ]、ヤング率＝３９５[ＧＰａ]、抵抗率＝５．７[μΩｃｍ]）を用いたが、これ以外にも、ステンレスやその他の金属、あるいはこれらの金属に防錆性のあるメッキを施した金属を用いることができる。

また、上記実施例では、ドリルの加工深度Ｆを線材の中心を越える位置としたが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、ドリルの加工深度Ｆを線材の径を超えるように、すなわちドリルが線材を貫通するようにして線材を回転させながら軸方向に送ることで、線材に２重螺旋構造の溝を形成するようにしてもよい。さらに、上記実施例は、線材をドリル加工することで線材に螺旋状の溝（バネ部）を形成する例を示したが、ドリル加工以外にも、放電加工やレーザ加工により螺旋状の溝を形成するようにしてもよい。

本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明に係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本発明に係るプローブは、垂直型のプローブカードに搭載される大電流容量対応型のマルチプローブとして利用することができる。

本発明の実施例に係るプローブカードの概略構成を示す断面図である。本実施例のプローブを形成するステップを示す図である。線材を軸方向と直交する面で切断したときの加工断面を示す図である。本実施例のプローブホルダーの概略断面図である。プローブホルダーに配線基板を取り付けた状態を示す図である。本実施例のプローブの導電断面積を説明する図である。従来の垂直型プローブカードのプローブの構成を示す断面図である。従来の垂直型プローブカードのプローブホルダーの概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１００：プローブカード
１１０：プローブホルダー
１１２：貫通孔
１１４：段差
１１６：下面
１１８：上面
１２０：配線基板
１３０：半田付けパッド
１４０：被覆配線
１５０：カード基板
２００：線材
２１０：先端部
２１２：第１の接圧部
２２０：主部
２３０：ドリル
２４０：溝
２４２：バネ部
２４４：第２の接圧部
２５０：有効な導電面
２６０：加工部分

Claims

プローブホルダーの貫通孔内に保持されるプローブであって、
金属の線材から構成され、線材の軸方向に、第１の接圧部、第１の接圧部に接続されたバネ部、バネ部に接続された第２の接圧部が一体に形成され、
バネ部には、線材をドリル加工することによって形成された螺旋状の溝が形成されている、プローブ。
前記線材は、タングステンである、請求項１に記載のプローブ。
請求項１または２に記載のプローブと、プローブを挿入するための貫通孔が複数形成されたプローブホルダーと、プローブホルダーに固定される基板とを有するプローブカードであって、
前記プローブホルダーは、その一面からプローブの第１の接圧部の少なくとも一部を突出させ、第２の接圧部を基板の導電領域に接触させ、かつ貫通孔内のプローブのバネ部にプリロードを与える、プローブカード。
前記第１の接圧部が被接触領域に接触したとき、バネ部は軸方向に弾性変形する、請求項３に記載のプローブカード。
第１の接圧部、バネ部および第２の接圧部は、電流経路を形成する、請求項３または４に記載のプローブカード。
プローブホルダーの貫通孔内には段差が形成され、第１の接圧部の径はバネ部の径よりも小さく、プローブが貫通孔内に挿入されたとき、第１の接圧部とバネ部の境界が前記段差に接触する、請求項３に記載のプローブカード。
プローブホルダーは、複数のプローブを垂直方向に保持し、プローブホルダーが被接触部材に対して垂直方向に移動される、請求項３ないし６いずれか１つに記載のプローブカード。
プローブホルダーの貫通孔内に保持されるプローブの形成方法であって、
金属の線材を用意し、
前記線材の一定の深さ以上にドリルの加工深度を設定し、前記線材を回転させながら前記線材を軸方向に送り、
前記線材に一定ピッチの螺旋状の溝を形成する、
プローブの形成方法。
前記ドリルの加工深度は、前記線材の中心以上である、請求項８に記載の形成方法。
前記螺旋状の溝は、線材の中間部分に形成される、請求項８に記載の形成方法。