JP2009052939A - プローブ針と同プローブ針の組み込まれた垂直作動型プローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】不良針の取替えの容易なプローブカードを提供する。
【解決手段】先端が集積回路上の電極チップに対する接触部に形成された直線状のプローブ針２と、プローブ針２を上下方向に移動可能に支持するガイド孔５を備えた下基盤３と、下基盤３の上側に、固定ネジ８により分解可能に取り付けた上基盤１１とからなるプローブカード１において、プローブ針２の基端部をその径およびガイド孔５の径よりも大径のヘッド部２ｂに形成し、ここにリード線が電極板を介して接続され、上基盤１１におけるプローブ針２の基端部に対向する部分に板バネ６を設けた点を特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路の通電検査のためのプローブカードに組み込まれるプローブ針と同プローブ針が組み込まれたプローブカードに関し、特にプローブ針が測定対象物であるＬＳＩチップの電極に対して垂直に接触する垂直作動型プローブカードとプローブ針に関する。

ＩＣ、ＬＳＩといった集積回路の通電検査（ウエハーテスト）を行うために使用されるプローブカードは、プリント配線基板に数十本から数百本のプローブ針が配設された構成となっている。そしてこのような構成のプローブカードをプローバ（検査機）に搭載し、半導体集積回路の各電極パッドにプローブ針の先端面を当接させて通電測定することによりテストが行われる。

近年、半導体集積回路の細密化が進んでいる。その結果、半導体被検査対象も狭ピッチ化して、その結果検査治具としてのプローブカードの針配列もより狭ピッチとなってきている。このため、プローブ針が僅かでも曲がると隣接するプローブ針に接触したり、接触部が所定の電極パッドに接触しなくなったりする。したがって、曲がったプローブ針の交換が必要となってくる。

しかしながら、１つのプローブカードには数多くのプローブ針が取り付けられているため、１本のプローブ針の交換は非常に手間がかかる。またプローブ針には所定接触圧の確保を目的として、略Ｕ字形状などの弾力変形部が設けられているため、接続部と配線パターンとを接続する半田付けを除去しても簡単にはプローブ針を取り除くことはできない。このため、実際には不良プローブ針のみの交換は非常に困難な作業となっている。

このような不都合な点を解消したものとして、特許文献１に記載のような垂直針型プローブカードが従来提案されている。

これを図２により簡単に説明する。
この垂直針型プローブカード２０は、プローブ針２１の下方部分２１ｃをＩＣのパッドに垂直にコンタクトさせ、ＩＣからの電気的信号をテスターに伝達させるもので、上方部分２１ａと下方部分２１ｃと、これらを結ぶ中間部分２１ｂとを有するプローブ針２１を備える。上記プローブ針２１の上方部分２１ａは上側ガイド板２２を貫通し、上側ガイド板２２はプローブ針２１の上方部分２１ａを支持し、また、上側ガイド板２２の下には下側ガイド板２３が設けられ、プローブ針２１の下方部分２１ｃが下側ガイド板２３を貫通し、下側ガイド板２３はプローブ針２１の下方部分２１ｃを支持する。上側ガイド板２２上には導電性ゴムシート２４が設けられ、導電性ゴムシート２４上にプリント配線基板２５が設けられている構成となっている。

上側ガイド板２２はプローブ針２１の回転を防止し、下側ガイド板２３はプローブ針２１の先端をパッドにコンタクトさせるために、プローブ針の位置決めをする役割を果たす。

プローブ針２１の上方部分２１ａを支持した上方ガイド板２２と同プローブ針２１の下方部分２１ｃを支持した下側ガイド２３は水平方向にずらした構造で、上方ガイド板２２と下側ガイド板２３をずらすことによってプローブ針２１の中間部分２１ｂを湾曲させ、この湾曲部によって必要な針圧を得る構成となっている。

上記プローブ針２１は上方部分２１ａと下方部分２１ｃと、これらを結ぶ中間部分２１ｂとからなり、上方部分２１ａは、ほぼ９０°に折曲がり、導電性ゴムシート２４内にできた導通路の一端が接触しやすいようにされた水平部分であるストッパ部分２１ｄを有し、中間部分２１ｃは一定の長さを有しており、上方部分２１ａおよび下方部分２１ｃよりも若干細めにされている。上記プローブ針２１の中間部分２１ｂの断面形状は丸型又は長方形である。

上記構成のプローブカード２０における不良プローブ針の交換方法は以下のとおりである。
すなわち、水平方向にずれていた下側ガイド２３を元の位置に戻し、上側ガイド板２２に設けられていた貫通孔２６と下側ガイド板２３に設けられていた貫通孔２７とを垂直方向に揃える。下側ガイド板２３を上に上げ、上側ガイド板２２と下側ガイド板２３との隙間部分Ａをなくし、不良プローブ針（図省略）を抜き取り、新しいプローブ針を挿入する。その後、上側ガイド板２２と下側ガイド板２３とを、プローブ針の中間部分を露出させるように一定の距離離し、上側ガイド板２２と下側ガイド板２３を水平方向にずらし、それによってプローブ針の中間部分を湾曲させて不良のプローブ針の交換を完了するというものである。

特開平１１―１２５６４６号公報

特許文献１に記載の垂直針型プローブカードは、プローブ針の構造が略Ｕ字形状などの弾力変形部を有していない直線形状であるため不良プローブ針の交換が可能である。
しかし、プローブ針の形状が、上方部分と下方部分と、これらを結ぶ中間部分とからなり、上方部分は、ほぼ９０°に折曲がり、導電性ゴムシート内にできた導通路の一端が接触しやすいようにされた水平部分であるストッパ部分を有し、中間部分は上方部分および下方部分よりも若干細めにされ、断面形状は丸型又は長方形と非常に複雑で、細径の針をこのような形状に加工するのは非常に難しく、プローブ針の単価が高くなるという課題がある。

しかも、上側ガイド板と下側ガイド板に支持された状態でプローブ針が回転すると隣り合うプローブ針同士が接触してしまうため、上側ガイド板の導電性ゴムシート側には、プローブ針のストッパ部がはまり込む溝を加工しなければならないが、プローブ針は極細で、この極細のプローブ針がはまり込む極細の溝を加工するのは非常に難しく、よってプローブカードの製造コストが高くなるという課題もある。

さらに、上方ガイド板と下側ガイド板をずらすことによってプローブ針の中間部分を湾曲させ、この湾曲部によって必要な針圧を得る構成となっているから、プローブカードに要求される種々の針圧に対応するため、形状の異なる交換用スペア針を多数用意しておく必要があり、プローブ針のストックコストが高くなる。
本発明は、上述の従来技術における上述のような課題を解決しようとするものである。

具体的には、垂直作動型プローブカードに組み込まれるプローブ針であって、同プローブ針はヘッド部と、その下側に一体的に形成され上記ヘッド部よりも小径の針形状部とからなり、上記のヘッド部と針形状部との間に形成された段差部が同プローブ針の落下機能を奏することを特徴とする。

また、半導体検査ウエハー上の集積回路の通電検査のためのプローブカードであって、直線状のプローブ針と、非導電性材料からなり上記プローブ針を上下方向に移動可能に支持するガイド孔を備えた下基盤と、非導電性材料からなり上記下基盤の上側に同下基盤との間に所定間隔を空けて分解可能に取り付けられた上基盤とを備え、上記プローブ針は、先端を被測定物としての上記集積回路上の電極チップに対する接触部に形成し、基端部を同プローブ針の径および上記ガイド孔の径よりも大径のヘッド部に形成し、上記上基盤における上記プローブ針の基端部に対向する部分にバネ性を備えさせるとともに、この箇所にリード線を接触接続したことを特徴とする。

さらに、上記垂直作動型プローブカードにおいて、上記上基盤のバネ性を有する部分を、同上基盤に形成された凹部に弾性材料を電鋳して成形したことを特徴とする。

本発明のプローブ針は、ヘッド部と、その下側に一体的に形成され上記ヘッド部よりも小径の針形状部から成る構成で、プローブ針自体は特有の弾性特性を備えることを要求されていないので、プローブ針の交換に際して針自体の弾性特性を考慮する必要はない。その結果、針の形状を単純化できて針の製作コストの低減化が可能となる。
また、上記のヘッド部と針形状部との間に形成された段差部が同プローブ針の落下機能を奏する構成なので、プローブ針を接着剤で固定するなどの固定手段が不必要となるので、プローブカードの組み立てコストや不良針の交換手数の抑制が可能となる。

さらに、適正な針圧を得るため、本発明によれば（パターンが同じ場合は）上基盤のバネ性を有する部分のバネ特性を変更するだけでよいので、適正な針圧の設定に簡単に対応することができる。

また、適正な針圧の設定は、上基盤に設けられているバネ部分のバネ特性により行われるため、つまりプローブ針により針圧の設定を行う必要がなくなるので、プローブ針は１本の直線形状のものでよく、その結果不良針の入れ替え時の操作が簡単となるばかりか、交換用スペア針のコストの低減化が可能となり、その結果、プローブ針のストックコストの低減化が可能となる。

さらに、上基盤のバネ性を有する部分を、同上基盤に形成された凹部に弾性材料を電鋳により製作するので、製作コストの低減化が可能となる。

以下、本発明を図１に示す実施形態により具体的に説明する。
図１に示す実施形態にかかるプローブカード１は、タングステンあるいはタングステン系合金を素材とし直線形状に形成されたプローブ針２と、非導電性材料からなりプローブ針２を上下方向に移動可能に支持するガイド孔５を備えた下基盤３と、非導電性材料からなり下基盤３の上側に下基盤３との間に所定間隔を空けて固定ネジ８により取り付けられた上基盤４とを有する。

プローブ針２は、先端が被測定物としての集積回路（ＬＳＩチップ）９上の電極パッド１０に対する接触部を形成する針形状部（針主体部）２ａと、針形状部２ａの径よりも大径のヘッド部（上側部）２ｂとで形成されている。
ヘッド部２ｂは円弧状断面の有する略半球形状に形成され、この略半球形状部の下側縁部（大径のヘッド部２ｂとヘッド部２ｂよりも小径の針形状部２ａとの間に形成された段差部）が、ガイド孔５の略直線状に形成されている上端部に係合できるように略直線状に形成されていて、プローブ針２の落下を防止する構成となっている。

上基盤４は、セラミック材、ガラス材のような非導電性の板材からなり、プローブ針２のヘッド部２ｂに対向する部分には貫通孔が形成され、ここに導電性の弾性材（板バネ）６が電鋳成形されている。各弾性材６は電気的に独立するとともに、各プローブ針２のヘッド部２ｂにそれぞれ一対一対応する構成となっている。さらに、各弾性材６には、上基盤４に取り付けられた接続部７がそれぞれ接続されている。各接続部７は、回路基盤１１上の各電極板（配線パターン）１２にそれぞれ接続されている。

すなわち、回路基盤１１には、積層プリント基盤が用いられるとともに、貫通孔１１ａが開設され、この貫通孔１１ａに接続部７が挿入され、この接続部７が回路基盤１１に形成された電極板１２に半田付けで接続されるようになっている。

なお、回路基盤１１に形成された電極板１２の終端部は、図外のテスターにこのプローブカードを電気的に接続するためのランドに接続され、このランドは接続子に接続されている。

このように構成されたこの実施形態に係るプローブカードにおいて、交換の必要なプローブ針２（不良針）の交換は、固定ネジ８を緩めて上基盤４を下基盤３から分離してから行う。上基盤４の下基盤３からの分離は簡単な作業であるから、この実施形態のプローブカードでは、交換の必要なプローブ針２（不良針）の交換は極めて簡単な作業で行うことができるとともに、プローブ針自体は特有の弾性特性を備えることを要求されていないので、プローブ針の交換に際して針自体の弾性特性を考慮する必要はない。その結果、針の形状を単純化できて針の製作コストの低減化が可能となる。

また、検査時の針圧は、上基盤４に設けられている板バネ６のバネ特性により得られる構成であるから、パターンが同じであれば、板バネ６のバネ特性の異なった上基盤１１を取り替えるという簡単な作業により、プローブカード１のすべてのプローブ針２の針圧の変更が可能となる。

また、この実施形態に係るプローブ針２は、針形状部２ａと針形状部２ａの径よりも大径のヘッド部（上側部）２ｂとで形成されているから、プローブカード１全体が上昇し、針形状部２ａの先端部（電極パッド１０に対する接触部）が電極パッド１０から離れても、大径のヘッド部２ｂとヘッド部２ｂよりも小径の針形状部２ａとの間に形成された段差部（ヘッド部２ｂの略直線状に形成された下縁部）がガイド孔５の上端部に係合して、プローブ針２の落下を防止するという、プローブ針落下防止機能を奏する構成となっているので、プローブ針を接着剤で固定するなどの固定手段が不必要となるばかりか、プローブカードの組み立てコストや不良針の交換手数の抑制が可能となる。

また、適正な針圧の設定はバネ部分のバネ特性で行われるため、つまりプローブ針２により針圧の設定を行う必要がなくなるので、プローブ針２は１本の直線形状のものでよく、その結果不良針の入れ替え時の操作が簡単となるばかりか、交換用スペア針のコストの低減化が可能となり、その結果、プローブ針のストックコストの低減化が可能となる。

プローブ針２の大径のヘッド部を、上側部を円弧状断面の有する略半球形状に形成したのは、主として製作コストを考慮した結果であり、本発明はプローブ針２の大径のヘッド部の上側部の形状については、円弧状断面の有する略半球形状に限定するものではない。

また、プローブ針のヘッド部を、その下側部の下縁部をガイド孔の上端部に係合可能な直線状に形成したので、プローブ針の落下防止手段を別に設ける必要がなく、全体構造の簡素化とコスト低減化が可能となる。さらに、本発明では、プローブ針をプローブカードに固定する構成となっていないので、不良針の交換作業を簡単に行うことができる。

本発明に一実施形態に係るプローブカードの要部の拡大断面図である。 従来のプローブカードの模式断面図である。

符号の説明

１：プローブカード
２：プローブ針
２ａ：プローブ針の針形状部
２ｂ：プローブ針のヘッド部
３：下基盤
４：上基盤
５：ガイド孔
６：板バネ
７：接続部
８：固定ネジ
９：集積回路
１０：電極パッド
１１：回路基盤
１１ａ：貫通孔

Claims (3)

1. 垂直作動型プローブカードに組込まれるプローブ針であって、
   同プローブ針はヘッド部と、その下側に一体的に形成され上記ヘッド部よりも小径の針形状部とからなり、上記のヘッド部と針形状部との間に形成された段差部が同プローブ針の落下防止機能を奏するものであることを特徴とするプローブ針。
2. 半導体集積回路の通電検査のためのプローブカードにおいて、
   直線形状のプローブ針と、非導電性材料からなり同プローブ針を上下方向に移動可能に支持するガイド孔を備えた下基盤と、非導電性材料からなり上記下基盤の上側に同下基盤との間に所定間隔をあけて分解可能に取り付けられた上基盤とからなり、
   上記プローブ針はヘッド部とその下側に一体的に形成された針形状部とからなり、上記上基盤における上記プローブ針のヘッド部の頭頂部に対向する部分はバネ性を有するとともに、この箇所にリード線が接触接続され、
   上記プローブ針の上記針形状部は先端が被測定物としての上記集積回路上の電極チップに対する接触部に形成され、上記ヘッド部は上記針形状部の径および上記ガイド孔の径よりも大径形状に形成されていることを特徴とする垂直作動型プローブカード。
3. 上記上基盤のバネ性を有する部分が、同上基盤に形成された凹部に弾性材料を電鋳することにより成形されていることを特徴とする請求項２に記載の垂直作動型プローブカード。