JP2010216991A - プローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】 プローブ基板上のプローブとメイン基板との接続構造を簡素化し、製造コストを低減させたプローブカードを提供する。
【解決手段】 外部端子１１及び外部端子１１に配線された電極１２が形成されたメイン基板１０と、一方の主面をメイン基板１０に対向させて配置され、主面間を貫通するワイヤ挿通孔３ａが形成されたプローブ基板３と、プローブ基板３の他方の主面上に立設されたプローブ２と、ワイヤ挿通孔３ａに挿通され、プローブ２及び電極１２に固着された導電性材料からなる接続ワイヤ５により構成される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、プローブカードに係り、さらに詳しくは、プローブが立設されたプローブカードの改良に関する。

一般に、プローブカードは、多数のコンタクトプローブと多数の外部端子とが同一のプローブ基板上に形成され、プローブ基板上の配線パターンを介して、対応するコンタクトプローブ及び外部端子を導通させている。コンタクトプローブは、半導体集積回路上の微小な電極に接触させるための手段であり、電極と同一のピッチで配設されている。一方、外部端子は、テスト信号の入出力を行うテスター装置を接続するための端子であり、コンタクトプローブよりも広いピッチで配設されている。

半導体集積回路は、微細加工技術の進歩によって集積度が向上し、電極の配置が狭ピッチ化される傾向にある。このため、コンタクトプローブをプローブ基板上に配設する一方、外部端子はプローブ基板よりも大きなメイン基板上に配設されるようになってきた。この様なプローブカードの場合、プローブ基板及びメイン基板間において配線ピッチを拡大させ、コンタクトプローブ及び外部端子を接続するためのＳＴ（スペーストランスフォーマ）基板が必要になる。つまり、高価なＳＴ基板が必要となり、製造工程も複雑となるため、製造コストが増大してしまうという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＳＴ基板を用いる従来のプローブカードに比べて、製造が容易で安価なプローブカードを提供することを目的としている。特に、プローブ基板上のプローブとメイン基板との接続構造を簡素化し、製造コストを低減させたプローブカードを提供することを目的としている。

第１の本発明によるプローブカードは、外部端子及び上記外部端子に配線された電極が形成されたメイン基板と、一方の主面を上記メイン基板に対向させて配置され、主面間を貫通するワイヤ挿通孔が形成されたプローブ基板と、上記プローブ基板の他方の主面上に立設されたプローブと、上記ワイヤ挿通孔に挿通され、上記プローブ及び上記電極に固着された導電性材料からなる接続ワイヤとを備えて構成される。

このプローブカードでは、プローブ基板上のプローブとメイン基板上の電極とが、プローブ基板に形成されたワイヤ挿通孔を挿通させた接続ワイヤをプローブ及び電極に固着することによって電気的に接続される。この様な構成によれば、配線ピッチを拡大させるＳＴ基板を用いることなく、プローブ及び外部端子間の接続が行えるので、プローブ基板上のプローブとメイン基板との接続構造を簡素化し、製造コストを低減させることができる。

第２の本発明によるプローブカードは、上記構成に加え、上記接続ワイヤが、上記プローブと係合させる屈曲部を有し、低融点金属によって上記プローブに接合されるように構成される。この様な構成によれば、屈曲部をプローブと係合させ、当該屈曲部を低融点金属によってプローブに接合することによって接続ワイヤがプローブに固着されるので、屈曲部を予め形成した接続ワイヤを用いれば、当該接続ワイヤとプローブ及びメイン基板の電極との固着作業を容易に行うことができる。

第３の本発明によるプローブカードは、上記構成に加え、上記ワイヤ挿通孔が、径の異なる挿通孔を連通させた形状からなるように構成される。この様な構成によれば、ワイヤ挿通孔が径の異なる挿通孔を連通させた形状からなるので、プローブ基板にワイヤ挿通孔を形成する際の穴あけ加工を容易化することができる。

第４の本発明によるプローブカードは、上記構成に加え、上記プローブを上記メイン基板側へ付勢する押え板を備え、上記プローブ基板には、上記プローブの一端を収容するプローブ配設穴が形成され、上記プローブが、上記押え板及び上記プローブ配設穴によって上記プローブ基板に固着されるように構成される。この様な構成によれば、プローブをメイン基板側へ付勢する押え板と、プローブの一端を収容するプローブ配設穴とによってプローブがプローブ基板に固着されるので、プローブが高さ方向にがたつくのを抑制することができる。

本発明によるプローブカードによれば、配線ピッチを拡大させるＳＴ基板を用いることなく、プローブ及び外部端子間の接続が行えるので、プローブ基板上のプローブとメイン基板との接続構造を簡素化し、製造コストを低減させることができる。従って、ＳＴ基板を用いる従来のプローブカードに比べて、製造が容易で安価なプローブカードを実現することができる。

本発明の実施の形態１によるプローブカードの概略構成の一例を示した平面図であり、プローブカード１を下側から見た様子が示されている。 図１のプローブカード１の構成例を示した平面図であり、プローブカード１を上側から見た様子が示されている。 図１のプローブカード１の断面図であり、Ａ−Ａ線による切断面の様子が示されている。 図１のプローブカード１の要部における構成例を示した断面図であり、コンタクトプローブ２が配設されたプローブ基板３が示されている。 図１のプローブカード１の要部における構成例を示した平面図であり、コンタクトプローブ２が配設されたプローブ基板３が示されている。 図１のプローブカード１の要部における構成例を示した平面図であり、コンタクトプローブ２を取り付ける前のプローブ基板３を下側から見た様子が示されている。 本発明の実施の形態２によるプローブカードの構成例を示した平面図であり、プローブ取り付け前のプローブ基板３を下側から見た様子が示されている。

実施の形態１．
＜プローブカード＞
図１及び図２は、本発明の実施の形態１によるプローブカードの概略構成の一例を示した平面図であり、図１には、プローブカード１を下側から見た様子が示され、図２には、上側から見た様子が示されている。

プローブカード１は、半導体ウェハ上の電子回路の電気的特性を検査するのに用いられる検査装置であり、検査対象物に接触させる多数のコンタクトプローブ２が配設されている。プローブカード１は、プローブ装置（図示せず）によってコンタクトプローブ２が配設されている面を下にして水平に保持され、テスター装置（図示せず）が接続される。コンタクトプローブ２を電子回路上の電極に当接させれば、当該コンタクトプローブ２を介してテスト信号をテスター装置及び電子回路間で入出力させることができる。

このプローブカード１は、コンタクトプローブ２の他に、プローブ基板３、保持板４、接続ワイヤ５、補強板６及びメイン基板１０を備えて構成される。メイン基板１０は、プローブ装置に着脱可能に取り付けられる円形形状のＰＣＢ（プリント回路基板）であり、テスター装置との間で信号の入出力を行うための多数の外部端子１１が周縁部に設けられている。

このメイン基板１０には、接続ワイヤ５が固着される電極１２と、電極１２及び外部端子１１を電気的に接続する配線パターン１３とが設けられている。電極１２は、プローブ基板３上のコンタクトプローブ２に対応付けて設けられる接続端子であり、コンタクトプローブ２ごとに形成されている。

プローブ基板３は、上面をメイン基板１０に対向させて配置され、下面上に複数のコンタクトプローブ２が立設される絶縁基板であり、例えば、矩形形状のセラミック板からなる。プローブ基板３は、メイン基板１０の中央部に配置され、保持板４を介してメイン基板１０の下面に取り付けられている。

このプローブ基板３には、コンタクトプローブ２とメイン基板１０上の電極１２とを電気的に接続するための接続ワイヤ５を挿通させるワイヤ挿通孔３ａが形成されている。このワイヤ挿通孔３ａは、プローブ基板３の上面及び下面間を貫通する貫通孔であり、コンタクトプローブ２ごとに形成されている。

この例では、プローブ基板３に上面側から矩形形状の凹み穴３ｂを設けることによって形成される肉薄部に複数のワイヤ挿通孔３ａが配設されている。

接続ワイヤ５は、プローブ基板３のワイヤ挿通孔３ａに挿通され、その一端部がコンタクトプローブ２に固着され、他端部がメイン基板１０の中央部に形成された矩形形状の貫通孔１４を介して電極１２に固着される導電性材料からなる金属ケーブルである。

保持板４は、プローブ基板３を保持し、コンタクトプローブ２の先端部のメイン基板１０からの高さを調整するのに用いられるプローブユニットホルダーであり、プローブ基板３の周縁部を保持している。

コンタクトプローブ２は、電子回路の微小な電極に接触させるプローブ（探針）であり、各コンタクトプローブ２は、電子回路上の電極の配置に合わせてプローブ基板３上に整列配置されている。この例では、コンタクトプローブ２の厚さ方向に配列された複数のコンタクトプローブ２からなるプローブ列が２列形成されている。プローブ基板３の凹み穴３ｂは、この様なプローブ列に対応付けて形成されている。

補強板６は、メイン基板１０の変形を防ぐための金属プレートであり、メイン基板１０の上面に固着されている。この例では、中央部に矩形形状の貫通孔６ａが形成された円形板が補強板６として用いられている。

ここでは、ワイヤ挿通孔３ａの配列ピッチが、コンタクトプローブ２の配列ピッチと同程度であるのに対して、電極１２の配列ピッチは、接続ワイヤ５の取り付け作業を容易化するために、ワイヤ挿通孔３ａの配列ピッチよりも大きくなっているものとする。

図３は、図１のプローブカード１の断面図であり、Ａ−Ａ線による切断面の様子が示されている。メイン基板１０の上面には、中央部に貫通孔６ａが形成された補強板６が固着されている。補強板６の貫通孔６ａは、電極１２と、電極１２から延伸する配線パターン１３の一部とが露出するように、メイン基板１０の貫通孔１４よりもサイズが大きくなっている。

一方、メイン基板１０の下面には、保持板４を介してプローブ基板３が配設されている。プローブ基板３には、その下面に複数のコンタクトプローブ２が固着され、各コンタクトプローブ２の近傍にワイヤ挿通孔３ａが形成されている。

ワイヤ挿通孔３ａは、プローブ基板３に凹み穴３ｂを設けることによって形成される肉薄部を厚さ方向、すなわち、上下方向に貫通する貫通孔となっている。

接続ワイヤ５は、ワイヤ挿通孔３ａを貫通し、一端部がコンタクトプローブ２に固着され、他端部が貫通孔１４を介してメイン基板１０の上面上の電極１２に固着されている。接続ワイヤ５とコンタクトプローブ２及び電極１２とは、これらの部材よりも融点の低い低融点金属を用いて接合される。例えば、接続ワイヤ５の一端部及びコンタクトプローブ２、並びに、他端部及び電極１２がそれぞれ半田付けによって固着される。

＜プローブ基板＞
図４は、図１のプローブカード１の要部における構成例を示した断面図であり、コンタクトプローブ２が配設されたプローブ基板３が示されている。プローブ基板３には、凹み穴３ｂを設けることによって複数のコンタクトプローブ２に共通の肉薄部Ｂが形成されている。

ワイヤ挿通孔３ａは、穴あけ加工を容易化するために、凹み穴３ｂの加工後に肉薄部Ｂに形成される。凹み穴３ｂは、例えば、上面側からプローブ基板３をザグリ加工することによって形成され、そのサイズは、ワイヤ挿通孔３ａの直径よりも十分に大きくなっている。また、底部３ｃの厚さは、凹み穴３ｂ以外のプローブ基板３の厚さよりも薄くなっている。

コンタクトプローブ２は、検査対象物に当接させるコンタクト部２ａと、コンタクト部２ａを支持し、プローブ基板３に固定されるベース部２ｂにより構成される。この例では、コンタクト部２ａがベース部２ｂによって弾性的に支持されるカンチレバー（片持ち梁）型のプローブとなっている。

このコンタクトプローブ２は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）による微細加工によって作成され、導電層の積層構造を有する薄い平板からなる。コンタクトプローブ２は、プローブ基板３の下面上に立設され、すなわち、その端面をプローブ基板３に対向させて配置されている。

ベース部２ｂは、水平方向に突出しており、コンタクト部２ａ側に押え板７を係合させるための押え板係合部２ｃが設けられ、反対側に接続ワイヤ５の先端部を収容するためのワイヤ端収容穴２ｄが形成されている。

プローブ基板３の下面には、コンタクトプローブ２のベース部２ｂを収容するためのプローブ配設穴３ｄが形成されている。このプローブ配設穴３ｄは、コンタクトプローブ２ごとに形成された溝状の凹み穴であり、例えば、下面側からプローブ基板３をザグリ加工することによって形成することができる。

プローブ配設穴３ｄは、その幅がコンタクトプローブ２の厚さ（約５０μｍ）と同程度であり、その長さがベース部２ｂの長手方向の長さ（約１０００μｍ）と同程度となっている。また、プローブ配設穴３ｄの深さは、７０〜１００μｍ程度となっている。

押え板７は、コンタクトプローブ２の押え板係合部２ｃをメイン基板１０側へ付勢することによって、ベース部２ｂをプローブ基板３上に固定する平板状の係止部品であり、プローブ基板３の下面に固着されている。つまり、コンタクトプローブ２は、押え板７及びプローブ配設穴３ｄによってプローブ基板３に固着される。

この例では、押え板７が、矩形形状の板バネからなり、１つの押え板７によって複数のコンタクトプローブ２が同時に固着されている。コンタクトプローブ２をメイン基板１０側へ付勢する押え板７と、コンタクトプローブ２のベース部２ｂを収容するプローブ配設穴３ｄとによってコンタクトプローブ２がプローブ基板３に固着されるので、コンタクトプローブ２が高さ方向、すなわち、上下方向にがたつくのを防止することができる。

接続ワイヤ５は、コンタクトプローブ２と係合させるためのＶ字形状の屈曲部５ａを有し、屈曲部５ａの先端をコンタクトプローブ２のベース部２ｂに引っ掛けた状態で、当該先端が半田付けによってベース部２ｂに接合される。具体的には、屈曲部５ａの先端をワイヤ端収容穴２ｄに挿入した状態で、当該先端部が半田付けされる。

図５は、図１のプローブカード１の要部における構成例を示した平面図であり、コンタクトプローブ２が配設されたプローブ基板３が示されている。プローブ基板３の下面には、コンタクトプローブ２のベース部２ｂをそれぞれ収容する複数のプローブ配設穴３ｄが形成されている。

押え板７は、複数のコンタクトプローブ２に共通の係止部品であり、プローブ列ごとに配設されている。つまり、１つの押え板７によって、対応するプローブ列を構成する複数のコンタクトプローブ２が同時に固着される。

図６は、図１のプローブカード１の要部における構成例を示した平面図であり、コンタクトプローブ２を取り付ける前のプローブ基板３を下側から見た様子が示されている。各プローブ配設穴３ｄは、細長い矩形形状の凹み穴からなり、その長手方向に交差する方向に配列されている。

各ワイヤ挿通孔３ａは、凹み穴３ｂを上面側から加工することによって形成されるプローブ基板３の肉薄部Ｂに形成されている。

本実施の形態によれば、配線ピッチを拡大させるＳＴ基板などの高価で構造が複雑な部品を用いることなく、コンタクトプローブ２及び外部端子１１間の接続が行えるので、プローブ基板３上のコンタクトプローブ２とメイン基板１０との接続構造を簡素化し、製造コストを低減させることができる。

また、屈曲部５ａをコンタクトプローブ２と係合させ、当該屈曲部５ａの先端を半田付けによってコンタクトプローブ２に接合することによって接続ワイヤ５がコンタクトプローブ２に固着されるので、屈曲部５ａを予め形成した接続ワイヤ５を用いれば、当該接続ワイヤ５とコンタクトプローブ２及びメイン基板１０の電極１２との固着作業を容易に行うことができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、プローブ基板３上のコンタクトプローブ２とメイン基板１０上の電極１２とを接続するための接続ワイヤ５がコンタクトプローブ２に直接に固着される場合の例について説明した。これに対して、本実施の形態では、接続ワイヤ５の一端部をプローブ配設穴３ｄから延伸させた配線パターンに固着する場合について説明する。

図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態２によるプローブカードの構成例を示した平面図であり、コンタクトプローブ２を取り付ける前のプローブ基板３を下側から見た様子が示されている。

プローブ基板３の下面には、コンタクトプローブ２のベース部２ｂをそれぞれ収容する複数のプローブ配設穴３ｄと、接続ワイヤ５が固着される端子部２２，２４と、コンタクトプローブ２及び端子部２２，２４を電気的に接続する配線パターン２１，２３とが設けられている。

図７（ａ）には、コンタクトプローブ２の配列方向に交差する方向に端子部２２の配列ピッチを拡大させたプローブ基板３が示されている。各配線パターン２１は、プローブ配設穴３ｄの一端から、コンタクトプローブ２の配列方向に交差する方向、この図では、左右方向に配列された端子部２２まで延伸している。この端子部２２の配列ピッチは、プローブ配設穴３ｄの配列ピッチよりも大きくなっている。

各ワイヤ挿通孔３ａは、この様な端子部２２に対応付けて形成され、左右方向に配列されている。

一方、図７（ｂ）には、コンタクトプローブ２の配列方向に端子部２４の配列ピッチを拡大させたプローブ基板３が示されている。各配線パターン２３は、プローブ配設穴３ｄの一端から、コンタクトプローブ２の配列方向、この図では、上下方向に配列された端子部２４まで延伸している。この端子部２４の配列ピッチは、プローブ配設穴３ｄの配列ピッチよりも大きくなっている。

各ワイヤ挿通孔３ａは、この様な端子部２４に対応付けて形成され、コンタクトプローブ２の配列方向に配列されている。

この様なプローブ基板３としては、例えば、セラミック板、或いは、セラミック板にＬＣＰ（液晶ポリマー）板を接合させたものを用いることができる。プローブ配設穴３ｄは、セラミック板に直接に形成され、或いは、ＬＣＰ基板上に形成される。

各コンタクトプローブ２は、そのベース部２ｂをプローブ配設穴３ｄ内に収容させ、例えば、接着性を有する樹脂を用いて固定される。また、コンタクトプローブ２のベース部２ｂと配線パターン２１，２３の端部とは、半田付け、或いは、溶接によって電気的に接続される。

図７（ａ）及び図７（ｂ）では、ワイヤ挿通孔３ａが、配線パターン２１，２３から離れた領域に形成されているが、端子部２２，２４に直接設けても良い。

本実施の形態では、プローブ基板３上のコンタクトプローブ２とメイン基板１０上の電極１２とが、プローブ基板３に形成されたワイヤ挿通孔３ａを挿通させた接続ワイヤ５の一端部をプローブ基板３の端子部２２，２４に固着し、他端部をメイン基板１０の電極１２に固着することによって電気的に接続される。この様な構成によれば、配線ピッチを拡大させるＳＴ基板などの高価で構造が複雑な部品を用いることなく、コンタクトプローブ２及び外部端子１１間の接続が行えるので、プローブ基板３上のコンタクトプローブ２とメイン基板１０との接続構造を簡素化し、製造コストを低減させることができる。

なお、実施の形態１及び２では、接続ワイヤ５が貫通孔１４を介してメイン基板１０上面の電極１２に固着される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、メイン基板１０の下面に外部端子１１に配線された電極を設け、この電極に接続ワイヤ５を固着するようなものであっても良い。

また、実施の形態１及び２では、凹み穴３ｂを上面側から加工することによって形成されるプローブ基板３の肉薄部Ｂにワイヤ挿通孔３ａが形成される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、径の小さなワイヤ挿通孔をプローブ基板に形成する際の穴あけ加工を容易化するために、ワイヤ挿通孔を径の異なる少なくとも２つの挿通孔を連通させて形成しても良い。具体的には、内径を順次に小さくしながら多段階で挿通孔を加工することによって、内径の異なる複数の挿通孔が連通する形状からなり、階段状の段差を有するワイヤ挿通孔を形成することができる。

１ プローブカード
２ コンタクトプローブ
２ａ コンタクト部
２ｂ ベース部
２ｃ 押え板係合部
２ｄ ワイヤ端収容穴
３ プローブ基板
３ａ ワイヤ挿通孔
３ｂ 凹み穴
３ｃ 底部
３ｄ プローブ配設穴
４ 保持板
５ 接続ワイヤ
５ａ 屈曲部
６ 補強板
６ａ 貫通孔
７ 押え板
１０ メイン基板
１１ 外部端子
１２ 電極
１３ 配線パターン
１４ 貫通孔
２１，２３ 配線パターン
２２，２４ 端子部
Ｂ 肉薄部

Claims (4)

1. 外部端子及び上記外部端子に配線された電極が形成されたメイン基板と、
   一方の主面を上記メイン基板に対向させて配置され、主面間を貫通するワイヤ挿通孔が形成されたプローブ基板と、
   上記プローブ基板の他方の主面上に立設されたプローブと、
   上記ワイヤ挿通孔に挿通され、上記プローブ及び上記電極に固着された導電性材料からなる接続ワイヤとを備えたことを特徴とするプローブカード。
2. 上記接続ワイヤは、上記プローブと係合させる屈曲部を有し、低融点金属によって上記プローブに接合されることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
3. 上記ワイヤ挿通孔は、径の異なる挿通孔を連通させた形状からなることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
4. 上記プローブを上記メイン基板側へ付勢する押え板を備え、
   上記プローブ基板には、上記プローブの一端を収容するプローブ配設穴が形成され、
   上記プローブは、上記押え板及び上記プローブ配設穴によって上記プローブ基板に固着されることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。

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