JP2011033397A - プローブカード - Google Patents

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Abstract

【目的】 本発明の目的は、ネジの取付スペースを考慮することなく、プローブを省スペースで配置することができるプローブカードを提供する。
【構成】 このプローブカードは、ST基板300と、ST基板300の上面側に間隔を空けて平行に配置されたメイン基板100と、ST基板300の下面に設けられたプローブユニット800と、ICピン400と、補強枠500とを備えている。補強枠500は、ST基板300の上面に樹脂R1で固着され且つ略平行に配置された第1、第2の補強部材500a、500bを有する。ICピン400は、第1、第2の補強部材500a、500bの間に配置され、ST基板300とメイン基板100との間を接続する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、半導体ウエハのチップの電気的諸特性を測定するのに使用されるプローブカードに関する。
この種のプローブカードとしては、下面にプローブが配設された配線基板と、この配線基板の上面に取り付けられた補強板とを備えたものがある(特許文献1の段落0030参照)。
特開2008−134169号公報
前記補強板は前記配線基板にネジで取り付けられているため、前記配線基板の下面にネジを取り付けるための取付スペースを確保する必要がある。しかしながら、前記配線基板の下面に前記取付スペースがあると、該スペースを避けて前記プローブを配設しなければならないことから、該プローブを省スペースで配置することが困難であった。
本発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであって、その目的とするところは、ネジの取付スペースを考慮することなく、プローブを省スペースで配置することができるプローブカードを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のプローブカードは、第1面及び第1面の裏側の第2面を有する配線基板と、前記配線基板の第1面側に間隔を空けて平行に配置されたメイン基板と、前記配線基板と前記メイン基板を接続する複数の中継部材と、前記配線基板の第2面に固着されたプローブ基板と、このプローブ基板に設けられたプローブと、高さ寸法が前記配線基板と前記メイン基板の間隔よりも小さい補強部材を有する補強枠とを備えている。前記補強枠は、前記配線基板の第1面に樹脂により固着されている。前記中継部材は、間隔を空けて隣り合う前記補強部材の間に配置されている。
このようなプローブカードによる場合、前記補強枠が前記配線基板の第1面に樹脂により固着されているので、前記配線基板の第2面にネジの取付スペースを設ける必要がない。よって、前記プローブユニットのプローブ基板を前記配線基板の第2面に固着させることにより、該プローブユニットを省スペースで配置することができので、該プローブユニットのプローブを省スペースで配置することができる。しかも、前記中継部材が間隔を空けて隣り合う前記補強部材の間に配置されているので、前記補強部材により邪魔されることなく、前記中継部材により前記配線基板と前記メイン基板とを接続することができる。
前記メイン基板には補強板を取り付けることができる。この場合、柱状の支持ポストが前記補強板と前記補強枠の補強部材とを繋いでいる。このように前記支持ポストが前記補強板と前記補強枠の補強部材とを繋ぐようになっているので、該支持ポストを取り付けるためのネジの取付スペースを前記配線基板の第2面に設ける必要がない。
前記補強枠の補強部材は、互いに平行に、方形に、同心円状に又は放射状に配置することが可能である。これらの配置を組み合わせて補強部材を配置することも当然可能である。
本発明の実施の形態に係るプローブカードの概略的断面図である。 前記プローブカードのα部分の概略的斜視図である。 前記プローブカードのβ部分の拡大図である。 前記プローブカードのγ部分の拡大図であって、半導体ウエハのチップに対向させた状態を示す図である。 前記プローブカードの配線基板の概略的底面図である。 前記プローブカードの支持ポストの設計変更例を示す概略的断面図である。 前記プローブカードの別の補強部材の例を示す模式図であって、(a)は複数の補強部材が格子状に組み合わされた例を示す平面図、(b)は複数の補強部材が蜘蛛の巣状に組み合わされた例を示す平面図である。
以下、本発明の実施の形態に係るプローブカードについて図1乃至図5を参照しつつ説明する。図1に示すプローブカードは、メイン基板100、補強板200、ST(スペーストランスフォーマ)基板300(配線基板)と、複数のICピン400(中継部材)と、補強枠500と、複数の支持ポスト600と、支持部材700と、複数のプローブユニット800と、を備えている。
メイン基板100としては周知のプリント基板を用いている。このメイン基板100の下面には、複数の電極110が設けられている。また、メイン基板100の上面の外縁部には複数の外部電極120が設けられている。電極110と外部電極120とはメイン基板100の上下面又は内部に設けられた導電ラインにより各々接続されている。また、メイン基板100には、その厚み方向に貫通する円形の複数の孔部130及び孔部140が設けられている。
補強板200はメイン基板100よりも硬い板体(例えばステンレス鋼等の板体)である。この補強板200は、メイン基板100の上面にネジ止めされている。この補強板200によりメイン基板100の撓みが抑止される。また、補強板200には、複数の上側凹部210と、複数の下側凹部220と、上側凹部210と下側凹部220とを各々連通させる複数の連通孔230とが設けられている。下側凹部220はメイン基板100の孔部130に連通している。更に、補強板200には、メイン基板100の孔部140に連通するネジ孔240が設けられている。
ST基板300はセラミックで構成された板体である。このST基板300は、支持ポスト600により補強板200を介してメイン基板100に取り付けられている。ST基板300の上面(第1面)には、補強枠500が設けられている(図2参照)。また、ST基板300の上面における補強枠500の第1の補強部材500aと第2の補強部材500bとの間及び第2の補強部材500bの間には、複数の電極310(図4参照)が設けられている。また、ST基板300の下面(第2面)には、複数の接続用電極320が設けられている。電極310と接続用電極320とはST基板300の上下面又は内部に設けられた導電ラインにより各々接続されている。
ICピン400は略く字状の導電部材である。このICピン400は、補強枠500の第1の補強部材500aと第2の補強部材500bとの間及び第2の補強部材500bの間に各々配置され、メイン基板100の電極110とST基板300の電極310との間に圧縮状態で介在している。ICピン400によりメイン基板100の電極110とST基板300の電極310とが接続される。
補強枠500は、互いに平行に配置される複数の第1、第2の補強部材500a、500bを有している。第1、第2の補強部材500a、500bは図外で互いに連続していても良い。
各第1の補強部材500aはステンレスで構成されている。第1の補強部材500aは、図2に示すように、板状の補強プレート510aと、この補強プレート510aに一体的に設けられた円柱状の取付部520aとを有している。取付部520aには、図3に示すように、凹部521aと、この凹部521aの底面と取付部520aの上面とにかけて貫通する挿入孔522aとが設けられている。なお、図1に示す取付部520aのうち両端の取付部520aについては、外径が内側の取付部520aよりも大きく、且つ、凹部521a及び挿入孔522aの位置が外側に変位しているが、機能的には両端の取付部520aと内側の取付部520aは同じである。よって、区別することなく、取付部520aと称する。
各第2の補強部材500bはステンレスで構成された板体である。第1、第2の補強部材500a、500bの高さ寸法は、ST基板300とメイン基板100との間隔よりも小さくなっている。第1、第2の補強部材500a、500bは樹脂R1によりST基板300の上面に固着されている。樹脂R1は、第1、第2の補強部材500a、500bの側面及びST基板300の上面に付着している。なお、樹脂R1としては熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂(例えば、UV硬化性樹脂)を用いる。
支持部材700は、図1に示すように、フレーム710と、取付ネジ720とを有している。フレーム710には、その高さ方向に貫通する貫通孔711が設けられている。また、フレーム710の下端部には、内側に凸のフランジ712が設けられている。取付ネジ720は、その長さ寸法がフレーム710の高さ寸法よりも高く、外径が貫通孔711の径よりも小さくなっている。この取付ネジ720が、フレーム710の貫通孔711及びメイン基板100の孔部140に挿入され、補強板200のネジ孔240に螺合されている。フランジ712は、ST基板300の上面の端部に固着された第1の補強部材500aの取付部520aを支持する。
支持ポスト600は、図1に示すように、補強板200を介してメイン基板100に取り付けられ、ST基板300をメイン基板100に対して間隔を空けて平行に支持する支持手段である。各支持ポスト600は、図3に示すように、円筒部610と、スペーサ620と、座金630と、上側、下側ネジ640、650と、皿状スプリング660と、ストッパ670とを有している。
円筒部610の内周面にはネジ溝が形成されている。この円筒部610の外径はメイン基板100の孔部130の径よりも小さく且つ第1の補強部材500aの取付部520aの挿入孔522aの径よりも大きくなっている。スペーサ620は、内径が円筒部610の内径と略同じ円筒体であって、円筒部610の長さ方向の一端部上に設置される。このスペーサ620の外径は円筒部610の外径よりも大きく且つメイン基板100の孔部130の径よりも小さい。このスペーサ620及び円筒部610の一端部がメイン基板100の孔部130に挿入されている。皿状スプリング660の外形は、補強板200の下側凹部220の径よりも小さくなっている。すなわち、皿状スプリング660は、下側凹部220に収容され、スペーサ620と下側凹部220の底面との間に圧縮状態で介在する。
上側ネジ640は、ネジ本体部641と、ヘッド部642とを有している。ネジ本体部641は、補強板200の上側凹部210から連通孔230、下側凹部220、皿状スプリング660及びスペーサ620に挿入され、円筒部610の一端部に螺合されている。ヘッド部642の外径は連通孔230の径よりも大きい。このヘッド部642は、補強板200の上側凹部210内に収容され、上側凹部210の底面の連通孔230の外周縁部に当接している。このようにネジ本体部641が円筒部610に螺合され、ヘッド部642が上側凹部210の底面の連通孔230の外周縁部に当接することにより、支持ポスト600の長さ方向の一端部が補強板200に取り付けられている。ストッパ670は、補強板200の上側凹部210に嵌合し、上側ネジ640の抜けを防止する。
座金630は、その外径が第1の補強部材500aの挿入孔522aの径よりも大きいリング体である。座金630の内径は第1の補強部材500aの挿入孔522aの径と略同じである。座金630は、円筒部610の長さ方向の他端部と第1の補強部材500aの取付部520aの上面との間に介在している。
下側ネジ650は、ネジ本体部651と、ヘッド部652とを有している。ネジ本体部651は、第1の補強部材500aの凹部521aから挿入孔522a及び座金630に挿入され、円筒部610の他端部に螺合されている。ヘッド部652の外径は挿入孔522aの径よりも大きい。このヘッド部652は、第1の補強部材500aの凹部521a内に収容され、凹部521aの底面の挿入孔522aの外周縁部に当接している。このようにネジ本体部651が円筒部610に螺合され、ヘッド部652が凹部521aの底面の挿入孔522aの外周縁部に当接することにより、支持ポスト600の長さ方向の他端部が第1の補強部材500aに取り付けられている。
各プローブユニット800は、図4に示すように、プローブ基板810と、複数のプローブ820と、複数のボンディングワイヤ830とを有している。プローブ基板810は、シリコンウエハが略矩形のタイル状にダイシングされたものである。このプローブ基板810の上面が、半導体ウエハのチップ10の位置に対応するようにST基板300の下面に樹脂R2により固着されている。樹脂R2としてはフィルム樹脂を用いる。プローブ基板810の下面上には、図5に示すように、複数のプローブ820が四辺配置されている。また、プローブ基板810の下面上には、図4に示すように、複数の電極811及び、一部のプローブ820の基部821と電極811とを各々接続する複数の導電ライン812が設けられている。ボンディングワイヤ830はプローブ基板810の電極811とST基板300の電極320とを各々接続している。残りのプローブ820の基部821は、プローブ基板810の内部及び外面に設けられた導電ラインにより配線基板300に接続されている。
図4に示すプローブ820はプローブ基板810にMEMS技術を用いて直接、積層形成されている。プローブ820の積層面とプローブ基板810は平行に並んでいる。この他にプローブ820の積層面とプローブ基板810が直交する場合も考えられる。この場合、先ず、プローブ820のプロファイルを有する鋳型を作成し、この鋳型に金属をMEMS技術を用いて積層する。出来たプローブ820を鋳型から外し、プローブ基板810に半田等で接合する。
このプローブ820はダブルビーム構造となっている。このプローブ820は、基部821と、下側ビーム822と、中間ポスト823、824と、上側ビーム825と、台座部826と、接触部827とを有している。基部821は直方体であって、プローブ基板810の下面に固着されている。また、下側ビーム822は基部821上に設けられた基部821よりも長い板状体である。中間ポスト823、824は、下側ビーム822の長さ方向の両端部上に設けられた直方体である。上側ビーム825は、中間ポスト823、824に懸架された板状体である。台座部826は上側ビーム825の長さ方向の一端部上に設けられた直方体である。接触部827は台座部826上に設けられた突起である。この接触部827は、図4に示す半導体ウエハのチップ10の電極11に接触する部分である。
以下、このような構成のプローブカードの組み立て手順について説明する。第1の補強部材500aの取付部520a上に支持ポスト600の座金630及び円筒部610をセットする。この状態で、支持ポスト600の下側ネジ650のネジ本体部651を取付部520aの凹部521aから該取付部520aの挿入孔522a及び座金630に挿入し、円筒部610の他端部に螺合させる。このとき、下側ネジ650のヘッド部652が取付部520aの凹部521aの底面の挿入孔522aの外周縁部に当接し、該凹部521aに収容される。このような工程を繰り返すことにより、全円筒部610及び下側ネジ650が第1の補強部材500aに取り付けられる。
その後、ST基板300の上面に樹脂R1により第1、第2の補強部材500a、500bを固着し、ストライプ状に配置する。その一方で、メイン基板100の上面に補強板200をネジ止めする。その後、メイン基板100の孔部130から補強板200の下側凹部220に皿状スプリング660を各々挿入する。その後、メイン基板100の孔部130に支持ポスト600のスペーサ620を各々挿入する。その後、ST基板300をメイン基板100に接近させ、全円筒部610の一端部をメイン基板100の全孔部130に一度に挿入する。このとき、ICピン400をST基板300の電極310とメイン基板100の電極110と間に各々介在させる。
その後、補強板200の上側凹部210から上側ネジ640のネジ本体部641を連通孔230、下側凹部220、皿状スプリング660及びスペーサ620に挿入し、円筒部610の一端部に螺合させる。このとき、上側ネジ640のヘッド部642が上側凹部210の底面の連通孔230の外周縁部に当接し、該上側凹部210に収容される。このような工程を繰り返すことにより、全円筒部610及び上側ネジ640が補強板200及びメイン基板100に取り付けられる。その後、上側凹部210にストッパ670を嵌合させる。
その後、取付ネジ720をフレーム710の貫通孔711及びメイン基板100の孔部140に挿入し、該取付ネジ720を補強板200のネジ孔240に螺合させる。すると、フレーム710のフランジ712が、ST基板300の上面の端部に固着された第1の補強部材500aの取付部520aを支持する。
その後、プローブユニット800のプローブ基板810をバキュームで吸着し、該プローブ基板810に樹脂R2を塗布する。その後、CCDカメラの映像を確認しながらプローブ基板810をST基板300の下面に半導体ウエハのチップ10に配置に応じて接着させる。その後、ボンディング装置によりボンディングワイヤ830をプローブ基板810の電極811とST基板300の電極320とに各々接続する。このような工程を繰り返すことにより、全プローブユニット800を半導体ウエハのチップ10に各々対応するようにST基板300に取り付ける。なお、プローブユニット800をST基板300に取り付けた後、該ST基板300を上述の通り、補強板200に取り付けるようにしても良い。
このように組み立てられたプローブカードは、テスターのプローバに取り付けられ、半導体ウエハのチップ10の電気的諸特性を各々測定するのに使用される。具体的には、本プローブカードのプローブユニット800が半導体ウエハのチップ10の位置に対応するように前記プローブカードを配置し、この状態で同プローブカードと半導体ウエハとを相対的に接近させる。すると、同プローブカードのプローブユニット800のプローブ820の接触部827が、半導体ウエハのチップ10の電極11に各々接触し、チップ10の電気的諸特性が各々測定される。
以上のようなプローブカードによる場合、補強枠500の第1、第2の補強部材500a、500bが樹脂R1によりST基板300の上面に固着されているので、ST基板300の下面に第1、第2の補強部材500a、500bを取り付けるためのネジの取付スペースを設ける必要がない。よって、プローブユニット800のプローブ基板810をST基板300の下面に樹脂R2で固着することにより、該プローブユニット800を省スペースで配置することができ、その結果、該プローブユニット800のプローブ820を省スペースで配置することができる。しかも、第1、第2の補強部材500a、500bがST基板300の上面に互いに平行に配置され、且つICピン400が第1の補強部材500aと第2の補強部材500bとの間及び第2の補強部材500bの間に各々配置されているので、第1、第2の補強部材500a、500bが邪魔になることなく、ICピン400によりST基板300とメイン基板100との間を接続することができる。
なお、上述したプローブカードは、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載の範囲において任意に設計変更することが可能である。以下、詳しく述べる。
上記実施の形態では、支持ポスト600は、円筒部610と、スペーサ620と、座金630と、上側、下側ネジ640、650と、皿状スプリング660と、ストッパ670とを有する構成であるとしたが、これに限定されるものではない。例えば、支持ポスト600’は、図6に示すように、ベース部610’と、ネジ620’と、皿状スプリング630’と、ストッパ640’とを備えた構成とすることができる。ベース部610’は、その長さ方向の一端部にネジ孔が設けられている。また、ベース部610’の長さ方向の他端部の外周面に雄ねじが形成されている。第1の補強部材500a’の取付部520a’には雌ねじが形成されている。両者(すなわち、雄ねじ及び雌ねじ)が螺合している。ネジ620’は上側ネジ640と略同じ構成である。皿状スプリング630’及びストッパ640’も皿状スプリング660及びストッパ670と同じ構成である。ネジ620’のネジ本体部621’は、補強板200の上側凹部210から、連通孔230、下側凹部220及び皿状スプリング630’を通ってベース部610’の前記ネジ孔に螺合している。この場合、第1、第2の補強部材500a、500bをST基板300に樹脂R1で固着した後であっても、取付部520a’からベース部610’を取り外すことができる。
また、前記支持ポストを棒状体とし、その長さ方向の一端部を補強板及びメイン基板に設けられた圧入孔に圧入する一方、長さ方向の他端部を第1の補強部材に設けられた圧入孔に圧入する構成とすることも可能である。或いは、支持ポストをネジとし、一端部を補強板又はメイン基板に設けたネジ孔に螺合させると共に、他端部を第1の補強部材に設けたネジ孔に螺合させることも可能である。なお、支持ポストの取り付けに関しては、上述した例を組み合わせることが可能である。また、支持部材700等によりST基板300がメイン基板100に十分な強度で固着されている場合には、支持ポストを省略することができる。
また、上記実施の形態では、前記プローブカードは、プローブユニット800を備えるとしたが、これに限定されるものではない。例えば、プローブ820をST基板300の下面に直接形成することも可能である。プローブ820の形状は、上記実施の形態に限定されるものではない。また、プローブ820はプローブ基板810に積層形成されているとしたが、これに限定されるものではない。例えば、プローブ820はタングステン等の金属で構成された針であっても良い。
また、上記実施の形態では、補強枠500は、第1、第2の補強部材500a、500bが平行に配置されているとしたが、これに限定されるものではない。また、補強枠500は、第1、第2の補強部材500a、500bを有するとしたが、これに限定されるものではない。例えば、図7(a)に示す補強枠500’のように、補強部材500a’を方形(格子状)に配置した構成としたり、図7(b)に示す補強枠500’’ように、円形の補強部材501a’’を同心円状に配置し且つ直線板状の補強部材502a’’を放射状に配置した構成としたりすることができる。補強部材500a’、501a’’、502a’’の交差点には取付部520a’、520a’’が設けられている。取付部’、520a’’は取付部520aと同じ構成である。ICピン400は、隣り合う補強部材500a’、501a’’、502a’’の間に配置され、上記実施の形態と同様に、ST基板300の電極310とメイン基板100の電極110と間に各々介在する。
樹脂R1については、第1の補強部材500aをST基板300に固着できるものであれば良く、樹脂接着剤等でも代用することができる。樹脂R2についても、ST基板300にプローブ基板810が固着できるものであれば良く、樹脂接着剤等でも代用することができる。なお、プローブ基板810は樹脂以外の取付手段によりST基板300に固着させることができる。
なお、上記実施の形態では、プローブカードの各部を構成する素材、形状や寸法等はその一例を説明したものであって、同様の機能を実現し得る限り任意に設計変更することが可能である。
100・・・・メイン基板
130・・・孔部
200・・・・補強板
210・・・上側凹部
230・・・下側凹部
230・・・連通孔
300・・・・ST基板(配線基板)
400・・・・ICピン(中継部材)
500・・・・補強枠
500a・・・第1の補強部材
521a・・凹部
522a・・挿入孔
500b・・・第2の補強部材
600・・・・支持ポスト
610・・・円筒部
620・・・スペーサ
630・・・座金
640・・・上側ネジ
650・・・下側ネジ
700・・・・支持部材
800・・・・プローブユニット
810・・・プローブ基板
820・・・プローブ

Claims (6)

  1. 第1面及び第1面の裏側の第2面を有する配線基板と、
    前記配線基板の第1面側に間隔を空けて平行に配置されたメイン基板と、
    前記配線基板と前記メイン基板を接続する複数の中継部材と、
    前記配線基板の第2面に固着されたプローブ基板と、
    このプローブ基板に設けられたプローブと、
    高さ寸法が前記配線基板と前記メイン基板の間隔よりも小さい補強部材を有する補強枠とを備えており、
    前記補強枠は、前記配線基板の第1面に樹脂により固着されており、
    前記中継部材は、間隔を空けて隣り合う前記補強部材の間に配置されていることを特徴とするプローブカード。
  2. 請求項1記載のプローブカードにおいて、
    前記メイン基板には補強板が取り付けられており、
    柱状の支持ポストが前記補強板と前記補強枠の補強部材とを繋いでいることを特徴とするプローブカード。
  3. 請求項1記載のプローブカードにおいて、
    前記補強枠の補強部材は、互いに平行に配置されていることを特徴とするプローブカード。
  4. 請求項1記載のプローブカードにおいて、
    前記補強枠の補強部材は、方形に配置されていることを特徴とするプローブカード。
  5. 請求項1記載のプローブカードにおいて、
    前記補強枠の補強部材は、同心円状に配置されていることを特徴とするプローブカード。
  6. 請求項1記載のプローブカードにおいて、
    前記補強枠の補強部材は、放射状に配置されていることを特徴とするプローブカード。
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