JP2010156594A - プローブ及びプローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】 プローブカードへの取り付け又は取り外し時における作業性の良好なプローブを提供することを目的とする。
【解決手段】
一端を先鋭化させたコンタクト軸１１と、コンタクト軸１１と交差する方向に延びるコネクト軸１２と、コンタクト軸１１及びコネクト軸１２を接続する弾性変形部１３とを備え、弾性変形部１３が、コンタクト軸１１よりもコネクト軸１２側に配置されたＳ字形状からなり、コンタクト軸１１に接続された第１屈曲部１３ａと、コネクト軸１２に接続された第２屈曲部１３ｂとからなる。このため、第２屈曲部１３ｂによって、コネクト軸１２の周辺に空間が形成されるので、プローブ交換時における作業性が良好となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プローブ及びプローブカードに係り、更に詳しくは、集積回路などの電気的特性試験に使用するプローブ、並びに、当該プローブが取り付けられたプローブカードの改良に関する。

プローブカードは、プローブ基板上に多数のプローブを取り付けて構成され、検査対象物の微小電極に対し、プローブの先端を弾性的に接触させることによって、微小電極を外部装置と導通させるための装置であり、例えば、半導体デバイスの電気的特性試験に利用されている。

半導体デバイスの電気的特性試験を行う場合、プローブカード及び半導体ウエハを近づけることによって、プローブを半導体ウエハ上の電極パッドに接触させる。このとき、全てのプローブをそれぞれが対応する電極パッドに良好に導通させるために、オーバードライブと呼ばれる動作が行われる。オーバードライブとは、プローブが電極パッドに接触すると想定される距離までプローブカード及び半導体ウエハを近づけた状態から、更に両者を近づける動作である。

このようなオーバードライブを行うことによって、全てのプローブを電極パッドに確実に接触させることができる。また、オーバードライブ時には、プローブが弾性変形することによって電極パッド上を移動し、電極パッドの表面をスクラブする。このため、電極パッド表面の酸化膜やゴミが除去され、接触抵抗を低減することができる。

従来のプローブカードは、導電性金属からなる細線を略Ｌ字状に屈曲させたプローブの一端を基板に固着し、先鋭化させた他端を検査対象物上の電極パッドに接触させるように構成されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載されたプローブは、コネクト軸及びコンタクト軸が、略半円形状の弾性変形部によって、互いに略直交するように連結されて構成されている。

このプローブは、コンタクト軸、コネクト軸及び弾性変形部を同一平面上に形成することにより、プローブを狭ピッチで配置することができる。また、コンタクト軸を基板の開口に挿入し、コネクト軸を基板の上面に半田付けすることによって基板に取り付けられるため、半田を除去して弾性変形部を手で持って引き抜けば、プローブを基板から取り外すことができる。このため、プローブ取り外しの作業性が良く、プローブを容易に交換することができる。
特許第３１６４５４２号公報

特許文献１のプローブは、コネクト軸が、半円形状の弾性変形部の端部から外側に向って延びているため、基板面上に投射した長さ（実装長）は、弾性変形部の直径とコネクト軸の和となっている。この弾性変形部の直径は、プローブの弾性特性に応じて決定される。また、プローブ交換時の作業性を考慮すれば、コネクト軸には一定の長さが必要である。このため、プローブの実装長を短くすることができず、プローブ基板への実装密度を向上させることができないという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、プローブカードへの取り付け又は取り外し時における作業性の良好なプローブを提供することを目的とする。また、基板上に高密度で実装することができるプローブを提供することを目的とする。また、オーバードライブ時におけるプローブの傾きを抑制することができるプローブを提供することを目的とする。また、このようなプローブを用いた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は、一端を先鋭化させた直線状のコンタクト軸と、上記コンタクト軸と交差する方向に延びるコネクト軸と、上記コンタクト軸及び上記コネクト軸を接続する弾性変形部とを備え、上記弾性変形部は、上記コンタクト軸よりも上記コネクト軸側に配置されたＳ字形状からなる。

コンタクト軸及びコネクト軸を接続する弾性変形部をＳ字形状にすることによって、Ｓ字形状を構成する２つの湾曲部がオーバードライブ時に弾性変形し、コンタクト軸を互いに逆方向に傾けるように作用する。このため、オーバードライブ時におけるコンタクト軸の傾きを抑制することができる。

また、弾性変形部をコンタクト軸よりもコネクト軸側に配置することにより、コネクト軸の長さを確保しつつ、プローブの実装面積を小さくことができる。このため、基板上におけるプローブの実装密度を向上させることができる。

さらに、弾性変形部をＳ字形状にすることによって、コネクト軸の周辺に、外側に向かって開かれた空間が形成される。このため、コネクト軸を基板に取り付けたり、取り外したりする作業を容易に行うことができる。例えば、コネクト軸を基板に半田付けする場合であれば、半田こての先端が弾性変形部と干渉しにくく、プローブ交換時の作業性が良好となる。

なお、Ｓ字形状を構成する第１湾曲部及び第２湾曲部の曲率半径は同一でなくてもよく、また、第１湾曲部及び第２湾曲部は、完全な円弧でなくてもよい。従って、ここでいうＳ字形状には「Ｚ」や「２」のような形状も含まれる。

第２の本発明によるプローブは、上記構成に加えて、第１湾曲部の曲率半径が、第２湾曲部の曲率半径よりも大きくなるように構成される。この様な構成により、所望の弾性特性を確保しつつ、コネクト軸をコンタクト軸により近づけて配置することができるので、基板上におけるプローブの実装面積を小さくすることができる。しかも、第２湾曲部によってコネクト軸の周辺に空間が形成されているため、プローブ交換時の作業性も良好となる。

第３の本発明によるプローブは、上記構成に加えて、上記コンタクト軸、上記コネクト軸及び上記弾性変形部が、同一平面上に配置されている。この様な構成により、基板上において、上記平面を対向させて２つのプローブを配置する場合に、より近づけて配置することができる。例えば、基板上において、向きを揃えた多数のプローブを狭ピッチで配列させてプローブ列を形成することができる。

第４の本発明によるプローブカードは、第１ガイド孔を有する第１基板と、第１基板の下面に対向して配置され、第２ガイド孔を有する第２基板と、第１基板に固着され、第１ガイド孔及び第２ガイド孔を貫通するプローブとを備えたプローブカードにおいて、上記プローブが、一端を先鋭化させ、第１ガイド孔及び第２ガイド孔に挿通させる直線状のコンタクト軸と、第１基板の上面に設けられた配線に固着されるコネクト軸と、上記コンタクト軸の他端及び上記コネクト軸の一端を接続する弾性変形部とを備え、上記弾性変形部が、上記コンタクト軸よりも上記コネクト軸側に配置されたＳ字形状からなる

第１の本発明によるプローブは、コンタクト軸及びコネクト軸が、Ｓ字形状の弾性変形部によって接続され、オーバードライブ時には、Ｓ字形状を構成する２つの湾曲部が、コンタクト軸を互いに逆方向に傾けるように弾性変形する。従って、オーバードライブ時にコンタクト軸が大きく傾くのを抑制し、その先端が検査対象物上の電極パッドから外れにくくなる。

また、第１の本発明によるプローブは、弾性変形部をコンタクト軸よりもコネクト軸側に配置することにより、コネクト軸の長さを確保しつつ、プローブの実装面積を小さくすることができる。このため、基板上におけるプローブの実装密度を向上させることができる。

また、第１の本発明によるプローブは、弾性変形部をＳ字形状にすることによって、コネクト軸の周辺に、外側に向かって開かれた空間が形成されている。このため、コネクト軸を基板に取り付けたり、取り外したりする作業を容易に行うことができる。

また、第２の本発明によるプローブは、弾性変形部のコンタクト軸側の曲率半径をコネクト軸側の曲率半径よりも大きくすることにより、所望の弾性特性を確保しつつ、コネクト軸をコンタクト軸により近づけて配置することができる。従って、プローブの実装密度を更に向上させることができる。

また、第３の本発明によるプローブは、コンタクト軸、コネクト軸及び弾性変形部を同一平面上に配置することにより、上記平面を対向させて２つのプローブを配置する場合に、より近づけて配置することができる。従って、上記平面を互いに対向させて２以上のプローブを配列させる場合に、狭ピッチで配列させることができる。

また、第４の本発明によるプローブカードは、コンタクト軸及びコネクト軸がＳ字形状の弾性変形部によって接続されたプローブが取り付けられているため、プローブの着脱作業を容易に行うことができる。従って、プローブカードの生産やメンテナンスを容易化することができる。

実施の形態１．
図１及び図２は、本発明の実施の形態１によるプローブ１の一構成例を示した図である。図２の（ａ）は、図１のプローブ１を矢印Ａの方向から見た様子を示した矢視図であり、図２の（ｂ）は、矢印Ｂの方向から見た様子を示した矢視図である。

プローブ１は、コンタクト軸１１、コネクト軸１２及び弾性変形部１３によって構成され、導電性金属からなる細線を屈曲させて形成される。例えば、タングステン、パラジウム、レニウムタングステンの合金等からなり、円形の断面を有する細線を用いることができる。

コンタクト軸１１は、垂直方向に延びる直線形状からなり、検査対象物に接触させる下端は先細り状となるように先鋭化されている。コネクト軸１２は、水平方向に延びる直線形状からなり、プローブ基板に固着される。弾性変形部１３は、コンタクト軸１１及びコネクト軸１２を連結するＳ字形状からなる。

弾性変形部１３は、コンタクト軸１１の一端に接続され、コンタクト軸１１から離れる方向に凸となるように屈曲している第１湾曲部１３ａと、コネクト軸１２の一端に接続され、コンタクト軸１１に近づく方向に凸となるように屈曲している第２湾曲部１３ｂとからなる。オーバードライブ時にコンタクト軸１１が検査対象物から受ける圧力は、第１湾曲部１３ａ及び第２湾曲部１３ｂがそれぞれ弾性変形することによって吸収される。このため、検査対象物に対し、コンタクト軸１１の先端を弾性的に接触させることができる。

しかも、第１湾曲部１３ａ及び第２湾曲部１３ｂは、反対向きに凸となる形状であることから、それぞれの弾性変形は、コンタクト軸１１を逆向きに傾かせるように作用する。つまり、第１湾曲部１３ａが開くように弾性変形すれば、コンタクト軸１１は右回りに傾き、第２湾曲部１３ｂが開くように弾性変形すれば、コンタクト軸１１は左回りに傾く。このため、これらの湾曲部１３ａ，１３ｂの弾性変形によって生じるコンタクト軸１１の傾きは、互いに打ち消し合い、オーバードライブ時にコンタクト軸１１が大きく傾くのを抑制することができる。

また、第２湾曲部１３ｂによって、コネクト軸１２の周辺に、プローブ１の外側に向って開いている空間１３ｃが形成されているため、コネクト軸１２をプローブ基板に固着する作業が容易となる。例えば、コネクト軸１２及びプローブ基板を半田づけする場合であれば、半田こてが弾性変形部１３と干渉しにくくなるため、プローブ１の取り付けや、取り外しのための作業が容易となる。

また、弾性変形部１３をＳ字形状にすることにより、第１湾曲部１３ａ及び第２湾曲部１３ｂを垂直方向においてオーバーラップさせることにより、プローブ基板上におけるプローブ１の実装面積を小さくすることができる。また、弾性変形部１３をコンタクト軸１１よりもコネクト軸１２側に配置し、コネクト軸１２を弾性変形部１３とオーバーラップさせることにより、プローブ１の実装面積を更に小さくすることができる。

また、コンタクト軸１１，コネクト軸１２及び弾性変形部１３が同一平面上に形成されていれば、上記平面を対向させて２以上のプローブを配列させることにより、これらのプローブ１を狭ピッチで配列することができる。

なお、第１湾曲部１３ａ及び第２湾曲部１３ｂは、任意の大きさにすることができるが、図１に示したように、第１湾曲部１３ａの曲率半径を第２湾曲部１３ｂの曲率半径よりも大きくすることによって、オーバードライブ量が大きい場合にも対応することができる。オーバードライブ量とは、プローブが検査対象物に接触した後に、両者を更に近づける距離であり、コンタクト軸１１を上下動させる距離に相当する。

図３は、図１のプローブ１を用いたプローブカード１００の一例を示した断面図である。プローブカード１００は、外部端子２１を有するメイン基板２０と、多数のプローブ１が配設されたサブ基板３０と、上記プローブ１を挿通させるガイド基板４０とを備えている。

メイン基板２０は、図示しないプローブ装置に取り付けられる基板であり、例えば、ガラスエポキシやポリイミドを主成分とする多層プリント基板が用いられる。メイン基板２０は、支持部材２６を介して、サブ基板３０及びガイド基板４０を支持している。また、メイン基板２０の上面には、外部端子２１及びコネクタ２２が設けられている。外部端子２１は、図示しないテスター装置に接続され、外部信号の入出力を行うための端子であり、メイン基板２０の基板上又は基板内の配線２３を介して、コネクタ２２に接続されている。コネクタ２２は、外部端子２１及びケーブル２４を着脱自在に接続する接続手段である。

ケーブル２４は、メイン基板２０を貫通する配線挿通孔２５を通って、メイン基板２０及びサブ基板３０を電気的に接続する可撓性を有する配線であり、例えば、フレキシブルプリント基板を用いることができる。なお、耐ノイズ特性を向上させるためには、ケーブル２４として同軸ケーブルを用いることが望ましい。

サブ基板３０は、メイン基板２０の下面に対向して配置されている基板であり、例えば、ガラスエポキシやポリイミドを主成分とする多層プリント基板が用いられる。サブ基板３０の上面には、多数のプローブ１と、１又は２以上のコネクタ３２が設けられている。プローブ１は、その一端がサブ基板３０を貫通し、更にガイド基板４０を貫通した状態で、他端がサブ基板３０の上面に固着されている。コネクタ３２は、プローブ１及びケーブル２４を着脱自在に接続する接続手段であり、サブ基板３０の基板上又は基板内の配線３３を介して、プローブ１に接続されている。このため、プローブ１は、配線３３、ケーブル２４及び配線２３を介して、メイン基板２０上の外部端子２１に接続されている。

ガイド基板４０は、サブ基板３０の下面に対向して配置されている基板であり、例えば、セラミックや合成樹脂などの絶縁性材料からなる。プローブ１は、ガイド基板４０を下向きに貫通し、その先端がガイド基板４０から下向きに突出している。

検査対象物である半導体ウエハ５０の主面上には、多数の電極パッド５１が形成されている。これらの電極パッド５１がガイド基板４０の下面に対向するように配置した半導体ウエハ５０をプローブカード１００に近づけることによって、各プローブ１をそれぞれが対応する電極パッド５１に接触させることができる。

図４は、図３のプローブカード１００の要部について詳細な構成例を示した拡大図である。メイン基板２０の上面には、配線パターン２３ａが形成されている。この配線パターン２３ａは、外部端子２１及びコネクタ２２を接続する配線２３である。

サブ基板３０には、多数の第１ガイド孔３５が形成されている。これらの第１ガイド孔３５は、プローブ１を挿通するためのサブ基板３０の貫通孔であり、半導体ウエハ５０の電極パッドに対応する位置に形成されている。また、第１ガイド孔３５のサブ基板３０上における開口の近傍には、配線パターン３３ａが形成されている。この配線パターン３３ａは、サブ基板３０の上面に形成された配線３３であり、その一端にはコネクタ３２が接続されている。プローブ１は、コンタクト軸１１を第１ガイド孔３５に挿通させた状態で、半田３６を用いてコネクト軸１２が配線パターン３３ａに固着される。

ガイド基板４には、多数の第２ガイド孔４５が形成されている。これらの第２ガイド孔４５は、プローブ１を挿通するためのガイド基板４０の貫通孔であり、サブ基板３０上の第１ガイド孔３５に対応する位置に形成されている。

プローブ１は、コンタクト軸１１を第１ガイド孔３５に挿通させ、更に第２ガイド孔４５に挿通させて、ガイド基板４０から下側へ突出させた状態で、コネクト軸１２がサブ基板３０に半田付けされる。このようにして取り付けられたプローブ１のコンタクト軸１１は、両ガイド孔３５，４５によって、垂直方向の移動は規制されないが、水平方向の移動が規制される。

半導体ウエハ５０の検査時には、まず、半導体ウエハ５０及びプローブカード１００を相対的に近づけ、コンタクト軸１１の先端が電極パッド５１に接触する状態とし、この状態から更に両者を近づけるオーバードライブが行われる。その結果、電極パッド５１からの圧力によって弾性変形部１３が変形し、コンタクト軸１１が上方向に移動する。また、コンタクト軸１１の先端は、水平方向に短い距離だけ移動して電極パッド５１上をスクラブし、電極パッド５１上の酸化膜や塵を除去する。しかも、コンタクト軸１１が大きく傾くことはないため、コンタクト軸１１の先端が、電極パッド５１から外れることはなく、電極パッド５１との間で、電気的に良好な接触状態が得られる。

図５は、プローブ１の交換作業の様子を示した図である。プローブ１の着脱作業は、サブ基板３０をメイン基板２０から取り外した状態で、半田こて６の先端をコネクト軸１２に近づけ、半田３６を溶融させることによって行われる。このとき、プローブ１の弾性変形部１３がＳ字形状であれば、第２湾曲部１３ｂによって、コネクト軸１２の上方に、半田こての先端を挿入することができる空間１３ｃが形成されている。このため、半田こて６が弾性変形部１３と干渉しにくく、良好な作業性が得られる。

実施の形態２．
上記実施の形態では、プローブ１を取り付けるためのサブ基板３０を含む３枚の基板によって構成されるプローブカードの例について説明した。これに対し、本実施の形態では、２枚の基板によって構成されるプローブカードの例について説明する。

図６は、本発明の実施の形態２によるプローブカード１０１の一例を示した断面図である。このプローブカード１０１は、サブ基板３０を有しておらず、プローブ１は、メイン基板２０に取り付けられている。

メイン基板２０には、図４に示したサブ基板３０と同様の第１ガイド孔３５及び配線パターン３３ａが形成されている。このため、プローブ１は、コンタクト軸１１をメイン基板２０の第１ガイド孔３５に上側から挿通させ、更に第２ガイド孔４５に挿通させて、ガイド基板４０から下側へ突出させた状態で、コネクト軸１２がメイン基板２０上の配線パターン２３ａに半田付けされる。

つまり、このプローブカード１０１は、プローブ１が、メイン基板２０の上面側から取り付けられている。このため、基板を分離することなく、直ちにプローブ１を交換することができるため、プローブ１の交換作業を更に容易に行うことができる。また、サブ基板３０が不要であるため、容易に製造することができ、製造コストも低減することができる。

実施の形態３．
上記実施の形態では、プローブ１を基板２０，３０の上面に形成された配線パターン２３ａ，３３ａに半田付けする場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、プローブ１をメイン基板２０のスルーホール３４に半田付けする場合について説明する。

図７は、本発明の実施の形態３によるプローブカード１０２の一例を示した断面図である。このプローブカード１０２は、プローブを固着するためのスルーホール３４がサブ基板３０上に形成されている。このスルーホール３４は、サブ基板３０の基板上又は基板内の配線を介してコネクタ３２に接続されている。図中では、スルーホール３４が、サブ基板３０の下面に形成された配線パターン３３ｂを介して他のスルーホール３４に接続され、当該他のスルーホール３４が、サブ基板３０の上面に形成された配線パターン３３ａを介してコネクタ３２に接続されている。

一方、プローブ１は、先端を下側に向けて屈曲させたＬ字形状のコネクト軸１２を有しており、サブ基板３０への取り付けは、Ｌ字形状の先端側をスルーホール３４内に挿入した状態で、スルーホール３４に半田付けされる。すなわち、コンタクト軸１１をガイド孔３５，４５に挿通するとともに、コネクト軸１２の先端をスルーホール３４に挿入した状態で、半田３６を用いて、コネクト軸１２がスルーホール３４に固着される。

プローブ１の先端をスルーホール３４に挿入して半田付けすることにより、サブ基板３０上の実装面積を増大させることなく、サブ基板３０上の配線パターンとプローブ１とを確実に導通させることができる。また、プローブ１の取り付けは、コンタクト軸１１及びコネクト軸１２をサブ基板３０と係合させた状態で行われるため、プローブの位置決めが容易となり、また、取り付け作業中に位置ずれが生じることがない。このため、プローブ取り付けの作業性が良好となる。

なお、上記実施の形態では、プローブ１の弾性変形部１３が、１対の第１湾曲部１３ａ及び第２湾曲部１３ｂからなる例について説明したが、本発明はこの様な場合には限定されない。例えば、弾性変形部１３が、２対以上の第１湾曲部１３ａ及び第２湾曲部１３ｂによって構成されていてもよい。

また、上記実施の形態では、プローブ１が細線を屈曲させて形成される場合の例について説明したが、本発明は、この様な場合には限定されない。例えば、プローブ１を電気鋳造法によって製作することもできる。電気鋳造法により製作されたプローブ１の場合、その断面は矩形や三角形となる。

本発明の実施の形態１によるプローブ１の一構成例を示した図である。 図１のプローブ１を矢印Ａ，Ｂの方向から見た様子を示した矢視図である。 図１のプローブ１を用いたプローブカード１００の一例を示した断面図である。 図３のプローブカード１００の要部について詳細な構成例を示した拡大図である。 プローブ１の交換作業の様子を示した図である。 本発明の実施の形態２によるプローブカード１０１の一例を示した断面図である。 本発明の実施の形態３によるプローブカード１０２の一例を示した断面図である。

符号の説明

１ プローブ
４ ガイド基板
１１ コンタクト軸
１２ コネクト軸
１３ 弾性変形部
１３ａ 第１湾曲部
１３ｂ 第２湾曲部
１３ｃ 空間
２０ メイン基板
２１ 外部端子
２２ コネクタ
２３，２３ａ，３３ａ 配線（配線パターン）
２４ ケーブル
２５ 配線挿通孔
２６ 支持部材
３０ サブ基板
３２ コネクタ
３３，３３ａ，３３ｂ 配線（配線パターン）
３４ スルーホール
３５ 第１ガイド孔
３６ 半田
４０ ガイド基板
４５ 第２ガイド孔
５０ 半導体ウエハ
５１ 電極パッド
１００〜１０２ プローブカード

Claims (4)

1. 一端を先鋭化させた直線状のコンタクト軸と、上記コンタクト軸と交差する方向に延びるコネクト軸と、上記コンタクト軸及び上記コネクト軸を接続する弾性変形部とを備え、
   上記弾性変形部は、上記コンタクト軸よりも上記コネクト軸側に配置されたＳ字形状からなることを特徴とするプローブ。
2. 上記弾性変形部は、上記コンタクト軸に連結された第１湾曲部と、上記コネクト軸に連結された第２湾曲部とを有し、
   第１湾曲部の曲率半径が、第２湾曲部の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
3. 上記コンタクト軸、上記コネクト軸及び上記弾性変形部は、同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
4. 第１ガイド孔を有する第１基板と、第１基板の下面に対向して配置され、第２ガイド孔を有する第２基板と、第１基板に固着され、第１ガイド孔及び第２ガイド孔を貫通するプローブとを備えたプローブカードにおいて、
   上記プローブは、一端を先鋭化させ、第１ガイド孔及び第２ガイド孔に挿通させる直線状のコンタクト軸と、第１基板の上面に設けられた配線に固着されるコネクト軸と、上記コンタクト軸の他端及び上記コネクト軸の一端を接続する弾性変形部とを備え、
   上記弾性変形部は、上記コンタクト軸よりも上記コネクト軸側に配置されたＳ字形状からなることを特徴とするプローブカード。

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