JP2011089815A - プローブカード - Google Patents

Abstract

【目的】 本発明の目的は、制作が容易で、機械的強度に優れたプローブカードを提供する。
【構成】 プローブカードは、配線基板３００と、配線基板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、配線基板３００とメイン基板１００を接続するＩＣピン４００と、配線基板３００の下面に設けられた収容凹部３１０に嵌合しており且つ桟部５２０を有するフレーム５００と、フレーム５００の桟部５２０に固着されたプローブ基板８１０と、このプローブ基板８１０に設けられたプローブ８２０とを備えている。
【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、配線基板と、この配線基板に設けられた薄膜配線層と、この薄膜配線層に設けられたプローブ基板と、このプローブ基板に設けられた複数のプローブとを備えたものがある（特許文献１参照）。

特開２００６−２７５７１４号公報

前記配線基板の素材としては、通常、セラミックが用いられていることから、コスト抑制のために前記配線基板の厚みを薄くすることが一般的である。また、セラミック製の前記配線基板は硬いため、貫通ビアの作成等の基板加工がし難い。このため、基板加工を応用した部品の精密実装を行うことも困難であった。

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、制作が容易で、機械的強度に優れた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面と間隔を空けて対向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中継部材と、前記配線基板の第２面に設けられた収容凹部に嵌合しており且つ桟部を有するフレームと、複数のプローブが設けられたプローブ基板とを備えている。前記フレームの桟部に前記プローブ基板が固着されている。

このようなプローブカードによる場合、配線基板の収容凹部に桟部を有するフレームが嵌合しているので、該配線基板にプローブカードにおいて必要とされる剛性を持たせることができる。このようにフレームで配線基板を補強したことにより、配線基板自体に強度の高い素材を用いる必要がなくなったため、前記配線基板に対して基板加工を容易に行うことが可能になり、且つこの基板加工を応用した部品の精密実装も容易に行うことも可能になる。よって、制作が容易で、機械的強度に優れたプローブカードを得ることができる。

前記配線基板は、前記収容凹部を有する第１基板と、この第１基板に対して平行に配置された第２基板とを有している。前記収容凹部は前記第１基板を厚み方向に貫通している。この場合、前記第１、第２基板に、内部配線等を分散することができるので、一枚の基板では限界であった内部配線等を簡単に配設することができる。

前記プローブカードは、前記メイン基板に取り付けられた補強板と、前記補強板と前記フレームとを連結する柱状の支持ポストとを更に備えた構成とすることができる。

前記フレームの桟部は、互いに平行に、格子状、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桟部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底面図である。 前記プローブカードの概略的断面図である。 （ａ）が前記プローブカードの図２中α部分の拡大図、（ｂ）が前記プローブカードの図２中β部分の拡大図である。 前記プローブカードの図２中γ部分の底面図である。 前記プローブカードのフレームの模式的底面図である。 前記プローブカードの配線基板が第１、第２基板を有する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フレームの設計変更例を示す模式図であって、（ａ）は複数の桟部が格子状に組み合わされた例を示す底面図、（ｂ）は複数の桟部が蜘蛛の巣状に組み合わされた例を示す底面図である。 前記プローブカードのメイン基板及び補強板を取り外した状態の概略的部分斜視図であって、ＩＣピン及びプローブの設計変更例を示す図である。

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及び図２に示すプローブカードは、メイン基板１００、補強板２００、配線基板３００と、複数のＩＣピン４００（中継部材）と、フレーム５００と、複数の支持ポスト６００と、複数の支持部材７００と、複数のプローブユニット８００と、複数の固定ネジ９００を備えている。

メイン基板１００は、図１及び図２に示すように、円盤状の周知のプリント基板である。このメイン基板１００の下面には、複数の接続用電極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。接続用電極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、１４０が設けられている。

配線基板３００は、図１及び２に示すように、メイン基板１００の下面側に略平行に配置されている。この配線基板３００としてはプリント基板を用いている。配線基板３００の下面（第２面）には、収容凹部３１０が設けられている。この収容凹部３１０は、リング状凹部３１１と、このリング状凹部３１１に懸架され且つ互いに平行に延びる複数のライン状凹部３１２とを有している。配線基板３００の上面（第１面）には、複数の第１、第２連通孔３２０、３３０（図３（ａ）及び図３（ｂ）参照）が設けられている。第１連通孔３２０は、その中心がメイン基板１００の孔部１３０の中心と鉛直方向に一致するように配置され且つ収容凹部３１０のリング状凹部３１１及び中央のライン状凹部３１２に連通している。第２連通孔３３０は収容凹部３１０のリング状凹部３１１及び両側のライン状凹部３１２に連通している。配線基板３００の上面には、複数の接続用電極３４０（図３（ｂ）参照）が設けられている。また、配線基板３００の下面のライン状凹部３１２の両側には複数の電極３５０（図３（ｂ）参照）が設けられている。接続用電極３４０と電極３５０とは配線基板３００の内部に設けられた導電ライン３６０（図３（ｂ）参照）により接続されている。

支持部材７００は、図１及び図２に示すように、配線基板３００をメイン基板１００に対して平行に支持している。各支持部材７００は、支持部７１０と、取付ネジ７２０とを有している。支持部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、支持部７１０の下端部には、配線基板３００の端部を支持する内側に凸のフランジ７１２が設けられている。取付ネジ７２０は、その長さ寸法が支持部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、支持部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。このようにして取付ネジ７２０により支持部７１０が補強板２００を介してメイン基板１００に取り付けられている。

フレーム５００は、図１及び図２に示すように、配線基板３００の収容凹部３１０に嵌合した４２アロイ等の低熱膨張材料で構成された枠構造体である。このフレーム５００は、リング状の外枠５１０と、この外枠５１０に懸架され且つ互いに平行に配置された複数の桟部５２０とを有している。外枠５１０は収容凹部３１０のリング状凹部３１１に嵌合している。この外枠５１０には、環状に複数の第１、第２ネジ孔５１１、５１２（図５参照）が設けられている。桟部５２０は収容凹部３１０のライン状凹部３１２に嵌合している。中央の桟部５２０には第１ネジ孔５２１（図５参照）が、両側の桟部５２０には第２のネジ孔５２２（図５参照）が設けられている。なお、フレーム５００の材質としては、４２アロイの他、カーボン、金属等を用いることが考えられるが、プローブユニット８００のプローブ基板８１０の熱膨張係数と同じ特性値を有する金属を用いることが好ましい。

固定ネジ９００は、図２及び図３に示すように、配線基板３００の第２連通孔３３０に挿入され、フレーム５００の第２ネジ孔５１２、５２２に螺合されている。この固定ネジ９００によりフレーム５００が配線基板３００に取り付けられている。

ＩＣピン４００は、図２及び図３に示すように、略円弧状の導電部材である。このＩＣピン４００により、メイン基板１００の接続用電極１１０と配線基板３００の接続用電極３４０とが接続されている。

プローブユニット８００は、図１及び図２に示すように、フレーム５００の桟部５２０の下面に固着されている。各プローブユニット８００は、図３及び図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はセラミックで構成されている。このプローブ基板８１０の上面が、半導体ウエハのチップの位置に対応するようにフレーム５００の桟部５２０の下面に樹脂Ｒにより固着されている。樹脂Ｒ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、複数のプローブ８２０が二辺配置されている。

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。なお、プローブ８２０をガイド板３００の下面に直接形成する以外の方法も考えられる。まず、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技術を用いて積層形成する。又は、プローブ８２０を別の基板上にＭＥＭＳ技術を用いて積層形成する。できたプローブ８２０を鋳型又は別の基板から外し、ガイド板３００の下面に半田等で接合するようにしても良い。

このプローブ８２０は、図３（ｂ）に示すように、基部８２１と、下側ポスト８２２と、ビーム８２３と、台座部８２４と、接触部８２５とを有している。基部８２１は平板状の部位であって、プローブ基板８１０の下面に固着されている。下側ポスト８２２は基部８２１に設けられた略直方体である。ビーム８２３は下側ポスト８２２から延びた該下側ポスト８２２よりも長い板状体である。台座部８２４はビーム８３０の先端部に設けられた直方体である。接触部８２５は台座部８２４に設けられた突起である。この接触部８２５が、半導体デバイスの電極に接触する部分である。ボンディングワイヤ８３０は、図３（ｂ）及び図４に示すように、プローブ８２０の基部８２１と配線基板３００の電極３５０とを各々接続している。

補強板２００は、図２及び図３に示すように、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）で構成されている。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。

支持ポスト６００は、図２及び図３に示すように、補強板２００とフレーム５００の外枠５１０、及び補強板２００とフレーム５００の桟部５２０を各々連結し、配線基板３００及びフレーム５００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、円筒部６１０と、ネジ６２０と、皿状スプリング６３０と、ストッパ６４０とを有している。

円筒部６１０の外径はメイン基板１００の孔部１３０及び配線基板３００の第１連通孔３２０の径よりも小さく、且つフレーム５００の外枠５１０の第１ネジ孔５１１及び桟部５２０の第１ネジ孔５２１の径よりも大きくなっている。円筒部６１０の上端部がメイン基板１００の孔部１３０に、下端部が配線基板３００の第１連通孔３２０に挿入されている。皿状スプリング６３０の外径は、補強板２００の下側凹部２２０の径よりも小さく且つメイン基板１００の孔部１３０の径よりも大きくなっている。すなわち、皿状スプリング６３０が、下側凹部２２０に収容され、円筒部６１０の上端部と下側凹部２２０の底面との間に圧縮状態で介在している。

ネジ６２０は、ネジ本体部６２１と、ヘッド部６２２とを有している。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、皿状スプリング６３０、円筒部６１０に挿入され、フレーム５００の第１ネジ孔５１１、５２１に螺合されている。ヘッド部６２２の外径は連通孔２３０の径よりも大きい。このヘッド部６２２が、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６２１がフレーム５００の第１ネジ孔５１１、５２１に螺合され、ヘッド部６２２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、補強板２００とフレーム５００の外枠５１０、及び補強板２００とフレーム５００の桟部５２０を各々連結している。ストッパ６４０は、補強板２００の上側凹部２１０に嵌合し、ネジ６２０の抜けを防止している。

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。まず、補強板２００の下側凹部２２０に皿状スプリング６３０を各々挿入する。その後、補強板２００をメイン基板１００の上面にネジ止めする。その一方で、フレーム５００を配線基板３００の収容凹部３１０に嵌合させる。その後、固定ネジ９００を配線基板３００の第２連通孔３３０から挿入し、フレーム５００の第２ネジ孔５１２、５２２に各々螺合させる。その後、支持ポスト６００の円筒部６１０の上端部をメイン基板１００の孔部１３０に、該円筒部６１０の下端部を配線基板３００の第１連通孔３２０に各々挿入する。このとき、ＩＣピン４００を配線基板３００の接続用電極３４０とメイン基板１００の接続用電極１１０との間に各々介在させる。この状態で、支持ポスト６００のネジ６２０のネジ本体部６２１を補強板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６３０及び円筒部６１０に挿入し、フレーム５００の第１ネジ孔５１１、５２１に螺合させる。すると、ネジ６２０のヘッド部６２２が補強板２００の上側凹部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。

その後、取付ネジ７２０を支持部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、支持部７１０のフランジ７１２が配線基板３００の端部に当接する。

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Ｒ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をフレーム５００の桟部５２０の下面に半導体ウエハのチップ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８２０の基部８２１と配線基板３００の電極３５０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がフレーム５００の桟部５２０に取り付けられる。なお、プローブユニット８００をフレーム５００の桟部５２０に取り付けた後、該配線基板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８２５が、半導体ウエハのチップの電極に各々接触し、チップ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、配線基板３００の収容凹部３１０に桟部５２０を有するフレーム５００が嵌合しているので、該配線基板３００にプローブカードにおいて必要とされる剛性を持たせることができる。このようにフレーム５００で配線基板３００を補強したことにより、配線基板３００自体に強度の高い素材を用いる必要がなくなったため、該配線基板３００としてプリント基板を用いることができる。よって、配線基板３００に対して基板加工を容易に行うことが可能になり、且つこの基板加工を応用した部品の精密実装も容易に行うことも可能になるので、本プローブカードの歩留まりの向上及び工期の短縮を図ることができ、その結果として本プローブカードの低コスト化を図ることができる。すなわち、制作が容易で、機械的強度に優れた本プローブカードを得ることができる。また、フレーム５００として半導体ウエハのチップの熱膨張係数が近い４２アロイ等の素材が用いられているため、熱膨張により該フレーム５００の桟部５２０に固着されたプローブユニット８００のプローブ８２０が半導体ウエハのチップの電極から位置ズレするのを防止することができる。

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、配線基板３００は一枚のプリント基板であるとしたが、これに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、配線基板３００’は平行に配置される２枚の第１、第２基板３０１’、３０２’を有する構成とすることも可能である。第１、第２基板３０１’、３０２’はプリント基板である。第１基板３０１’には、該第１基板３０１’を厚み方向に貫通する収容凹部３１０と同形状の孔であり且つフレーム５００を収容する収容凹部３１０’が設けられている。この第１基板３０１’の下面には、プローブユニット８００のボンディングワイヤ８３０に接続される複数の電極３５１’が、第１基板３０１’の上面には複数の半田ボール３５２’が設けられている。第１基板３０１’の内部には、電極３５１’と半田ボール３５２’とを各々接続する複数の貫通ビアホール３６１’が設けられている。また、第２基板３０２’の下面には、半田ボール３５２’に接触する複数の電極３４１’が、第２基板３０２’の上面には接続用電極３４２’が設けられている。第２基板３０２’の内部には、電極３４１’と接続用電極３４２’とを各々接続する導電ライン３６２’が設けられている。このように配線基板３００’を第１、第２基板３０１’、３０２’の２層構造とすることにより、第１、第２基板３０１’、３０２’に貫通ビアホール３６１’や導電ライン３６２’を分散配置することができる。なお、第１、第２基板３０１’、３０２’は、半田ボール３５２’が電極３４１’に接触することにより接続されだけでなく、その他周知の接続手段により接続することが可能である。また、配線基板は３枚以上の基板を積層した構成とすることが可能である。

上述した配線基板３００、第１、第２基板３０１’、３０２’としてはプリント基板を用いるとしたが、これに限定されるものではなく、基板加工をし易いものを適宜選択すれば良い。また、配線基板３００及び第１基板３０１’には、少なくとも、フレームを収容し得る収容凹部が設けられていれば良い。

また、上述したフレーム５００は、外枠５１０及び桟部５２０を有するとしたが、少なくとも桟部５２０を有している限り任意に設計変形することが可能である。また、桟部５２０は互いに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。例えば、図７（ａ）に示すフレーム５００’のように、桟部５２０’を格子状に配置することが可能であるし、図７（ｂ）に示すフレーム５００’’のように、桟部５２０’’を同心円状及び放射状に配置することもが可能である。また、上述した配線基板の収容凹部の形状は、フレームの形状に応じて適宜設計変更することが可能である。なお、第１、第２ネジ孔５１１、５１２、５２１、５２２、５１１’、５１２’、５２１’、５２２’５１１’’、５１２’’、５２１’’、５２２’’の位置は、任意に設計変形することが可能である。

上記実施の形態では、支持ポスト６００は、円筒部６１０と、ネジ６２０と、皿状スプリング６３０と、ストッパ６４０とを有する構成であるとしたが、補強板２００とフレーム５００、５００’、５００’’とを連結し得るものである限り任意に設計変更することが可能である。例えば、円筒部の内周面にネジ溝を形成し、該円筒部に補強板２００及びメイン基板１００を貫通する上側ネジ、及びフレーム５００及び配線基板３００を貫通する下側ネジを各々螺合させる構成とすることも可能である。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の桟部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、他端部をフレームに設けたネジ孔に螺合させることも可能である。なお、支持部材７００等により配線基板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をフレームの桟部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。例えば、図８に示すプローブユニット８００’のように、ダブルビーム構造のプローブ８２０’とすることも可能である。

また、上記実施の形態では、ＩＣピン４００により配線基板３００とメイン基板１００とを接続するとしたが、配線基板３００とメイン基板１００とを接続し得る導電部材である限り任意に設計変形することが可能である。例えば、図８に示すように、略く字状のＩＣピン４００’により配線基板３００とメイン基板１００とを接続することも可能である。

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
２００・・・・補強板
３００・・・・配線基板
３１０・・・収容凹部
４００・・・・ＩＣピン（中継部材）
５００・・・・フレーム
５１０・・・外枠
５２０・・・桟部
６００・・・・支持ポスト
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
９００・・・・固定ネジ

Claims (7)

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面と間隔を空けて対向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中継部材と、
   前記配線基板の第２面に設けられた収容凹部に嵌合しており且つ桟部を有するフレームと、
   複数のプローブが設けられたプローブ基板とを備えており、
   前記フレームの桟部に前記プローブ基板が固着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、
   前記配線基板は、前記収容凹部を有する第１基板と、この第１基板に対して平行に配置された第２基板とを有しており、
   前記収容凹部は前記第１基板を厚み方向に貫通していることを特徴とするプローブカード。
3. 請求項１又は２記載のプローブカードにおいて、
   前記メイン基板に取り付けられた補強板と、
   前記補強板と前記フレームとを連結する柱状の支持ポストとを更に備え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、
   前記フレームの桟部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。
5. 請求項１記載のプローブカードにおいて、
   前記フレームの桟部は格子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、
   前記フレームの桟部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。
7. 請求項１記載のプローブカードにおいて、
   前記フレームの桟部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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