JP2011106980A

JP2011106980A - プローブカード

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Publication number: JP2011106980A
Application number: JP2009262532A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Hamaguchi; 新一濱口
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2011-06-02

Abstract

【課題】電子部品の電気的特性の試験を繰り返す中で増大した、接触子と回路基板上の接続端子との間の電気抵抗を低減することのできるプローブカードを提供する。
【解決手段】接続端子３１１を有する回路基板３と、一端側が被試験電子部品４の外部端子４１と接触する電子部品接触部２１１、他端側が回路基板３の接続端子３１１と接触する基板接触部２１２となっている接触子２１とを備えたプローブカード１において、接触子２１の基板接触部２１２および／または回路基板３の接続端子３１１を相手側に対して進退させることでスクラブ動作させることにより、接触子２１の基板接触部２１２と回路基板３の接続端子３１１との間の電気抵抗を低減させるリフレッシュ機構を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子製品試験装置のテストヘッドに電気的に接続されるとともに、被試験電子部品の電気的特性の試験を行うにあたり、被試験電子部品の外部端子に接触し、電気的に接続されるプローブカードに関するものである。

ＩＣデバイスなどの電子部品の製造過程においては、ＩＣチップを切り出す前の半導体ウエハや、最終的に製造されたＩＣデバイスなどの電子部品の性能や機能を試験する電子部品試験装置が必要である。電子部品試験装置としては、例えば、テスタ本体と、テスタ本体に接続されたテストヘッドと、被試験電子部品を搬送するとともに、被試験電子部品の外部端子を、テストヘッドに電気的に接続されているプローブカードのプローブに押圧するハンドリング装置とから構成されるものが用いられる。

こうした試験に用いられるプローブカードの一例として、プローブ付樹脂フィルムを複数枚積層させた接触子組立体とプリント回路基板とを組み合せたものが特許文献１に提案されている。

特許文献１に開示されているプローブカードにおいて、半導体ウエハなどの電子部品の外部端子に接触させるプローブは、短冊状の樹脂フィルム面に銅箔を接着し、この銅箔をエッチングすることによって形成されている。当該プローブは、カンチレバー構造を有しており、一端を被試験電子部品の外部端子に接触させ、他端をプローブカードのプリント回路基板上に設けられた接続端子に接触させるものである。

ところで、近年の半導体技術の進歩に伴ってＩＣデバイス等の電子部品の集積度は向上しており、そのため、各電子部品に設けられる外部端子の単位面積当たりの数も増加している。その増加に応じて、当然、プローブカードのプリント回路基板上に設けられる接続端子の数も増加し、また、各接続端子間のピッチも狭くなる。したがって、前述のプローブの一端を当該接続端子に半田付け等の接続手段で固着することは技術的に難しく、可能であっても相当に時間もコストもかかる作業となっている。

そこで、特許文献１にも記載されている通り、プローブとプリント回路基板上の接続端子とは、半田付け等の接続手段で固着することなく、半固定的に接触するだけの構成となっている。

特開２００７−２７９００９号公報

ここで、半導体ウエハの電気的特性を試験する際、不良品のふるい落としのため、被試験半導体ウエハを例えば５０〜１２５℃前後に加熱した状態で試験する、所謂バーンイン試験が通常行われる。特許文献１のプローブカードにおいては、この加熱による高温状態と、通常の室温状態とが繰り返される試験サイクルの中で、樹脂フィルムやプリント回路基板が伸縮し、その結果、半田付け等の接続手段で固着されていないプローブ先端とプリント回路基板上の接続端子との接触面にずれが生じることがある。

このような場合、プローブ先端とプリント回路基板上の接続端子とは当初安定して接触していたにも関わらず、接触面が酸化や有機物析出などにより劣化し、結果として電気抵抗が増大してしまうという問題がある。このようにプローブカード内で電気抵抗が増大すると、電子部品の正確な試験ができなくなるおそれがある。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、電子部品の電気的特性の試験を繰り返す中で増大した、接触子と回路基板上の接続端子との間の電気抵抗を低減することのできるプローブカードを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、電子部品試験装置のテストヘッドに電気的に接続されるとともに、電子部品の電気的特性の試験を行うにあたり、被試験電子部品の外部端子に接触し、電気的に接続されるプローブカードであって、接続端子を有する回路基板と、一端側が被試験電子部品の外部端子と接触する電子部品接触部、他端側が前記回路基板の接続端子と接触する基板接触部となっている接触子と、前記接触子の基板接触部および／または前記回路基板の接続端子を動かすことにより、前記接触子の基板接触部と前記回路基板の接続端子との間の電気抵抗を低減させるリフレッシュ機構とを備えたことを特徴とするプローブカードを提供する（発明１）。

上記発明（発明１）によれば、電子部品の電気的特性の試験を繰り返す中で、プローブカードにおける接触子の基板接触部と回路基板の接続端子との間の電気抵抗が増大しても、接触子の基板接触部および／または回路基板の接続端子を動かすことによって、接触面に形成された酸化膜や有機物などを除去したり、劣化していない接触面での接触が可能となり、それにより、接触子の基板接触部と回路基板の接続端子との間の電気抵抗を低減することができ、再び接触子の基板接触部と回路基板の接続端子との安定的な電気的接触状態を取り戻すことができる。

上記発明（発明１）において、前記リフレッシュ機構は、前記接触子の基板接触部および／または前記回路基板の接続端子を相手側に対して進退させることでスクラブ動作させるようにしてもよいし（発明２）、前記接触子の基板接触部および／または前記回路基板の接続端子を振動させることでスクラブ動作させるようにしてもよいし（発明３）、前記接触子の基板接触部および／または前記回路基板の接続端子を両者の接触面方向に動かすことでスクラブ動作させるようにしてもよい（発明４）。ここで、本明細書において「スクラブ動作」とは、接触子の基板接触部と回路基板の接続端子との接触面において、接触子の基板接触部と前記回路基板の接続端子とが擦れることにより、接触面に形成された酸化膜や有機物などを除去し、低抵抗面を露出させる動作をいう。

上記発明（発明２）において、前記接触子の基板接触部および／または前記回路基板の接続端子が相手側に対して進退したときに、前記接触子の基板接触部は、前記回路基板の接続端子との接触面方向に動くことが好ましい（発明５）。

上記発明（発明５）によれば、接触子の基板接触部および／または前記回路基板の接続端子の相手側に対する進退方向の動きを、接触子の基板接触部の回路基板の接続端子との接触面方向の動きに変換することになり、効果的にスクラブ動作させることができる。

上記発明（発明５）において、前記接触子は、一部が支持部となり当該プローブカードの主面方向に延びるカンチレバー構造を有しており、前記基板接触部は、前記カンチレバー構造の先端に位置する垂直プローブとなっていることが好ましい（発明６）。なお、本明細書における「垂直プローブ」とは、プローブカードの主面に対して略垂直方向に立っているプローブをいう。

上記発明（発明６）によれば、接触子の基板接触部および／または回路基板の接続端子が相手側に対して進退すると、支持部を支点としてカンチレバーの梁が撓み、又は撓みから復元し、その結果、カンチレバーの先端に位置する垂直プローブとしての基板接触部が回路基板の接続端子との接触面方向において動くため、簡易な構造で効果的なスクラブ動作を実現することができる。

上記発明（発明１〜６）において、前記リフレッシュ機構は、前記回路基板の接続端子を前記接触子に対して進退させることのできる可動構造体を備えていてもよい（発明７）。

上記発明（発明７）において、前記回路基板は、基板本体と、前記基板本体に固定されていない前記接続端子とを備え、前記基板本体には貫通孔が形成されており、前記可動構造体は、前記回路基板の接続端子を支持固定する支持ブロックと、前記回路基板の貫通孔に挿通され、一端が前記支持ブロックと連結するシャフトと、前記シャフトを往復移動させることのできる駆動源とを備えていることが好ましく（発明８）、上記発明（発明８）において、前記可動構造体は、前記支持ブロックとは前記基板本体を挟んで反対側に位置し、前記シャフトの他端が連結するストッパを備えており、前記駆動源は、前記基板本体と前記ストッパとの間に位置し、前記ストッパを動かすことによって前記シャフトを往復移動させるようにしてもよい（発明９）。

上記発明（発明８，９）によれば、駆動源がシャフト、あるいは、シャフトに連結されたストッパを往復移動させることによって、シャフトに連結された支持ブロックも往復移動し、その結果、支持ブロックに支持固定された接続端子を接触子に対して進退させることができるため、接触子を直接動かすことなく、効率的にスクラブ動作させることができる。

上記発明（発明８，９）において、前記可動構造体は、前記駆動源による駆動が停止中に、前記接触子の基板接触部と前記回路基板の接続端子とが所定の圧力にて接触するように、前記支持ブロックの前記基板本体からの距離を一定に保つ弾性部材を、前記支持ブロックと前記基板本体との間に備えていることが好ましい（発明１０）。

上記発明（発明１０）によれば、駆動源による駆動が停止中には、弾性部材が、シャフトが連結された支持ブロックを基板本体から遠ざける方向に付勢するため、他の保持手段がなくとも支持ブロックは所定の位置に保持され、接触子の基板接触部と回路基板の接続端子とが所定の圧力にて接触する状態が保たれる。

本発明のプローブカードによれば、電子部品の電気的特性の試験を繰り返す中で増大した、接触子と回路基板上の接続端子との間の電気抵抗を低減することができる。

本発明の一実施形態に係るプローブカードの断面図である。（ａ）は同実施形態に係るプローブカードにおける接触子組立体を構成するフィルム体の側面図であり、（ｂ）はフィルム体が積層された接触子組立体の斜視組立図である。同実施形態に係るプローブカードにおける回路基板の断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るプローブカードを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態に係るプローブカードは、ＬＣＤドライバ等のＩＣデバイスを試験対象とするものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、半導体ウエハ等の電子部品を試験対象とするものであってもよい。

図１および図３に示すように、本実施形態に係るプローブカード１は、被試験デバイス４の外部端子４１が接触し、電気的に接続される接触子２１を複数有する接触子組立体２と、当該接触子組立体２の接触子２１が接触し、電気的に接続される接続端子３１１を複数有する回路基板３とを備えて構成されている。なお、本実施形態では、プローブカード１の主面は、水平方向に位置しているが、これに限定されることなく、垂直方向に位置してもよい。

接触子組立体２は、図２（ａ）に示すフィルム体２０を、図２（ｂ）に示すように、複数枚積層してなるものである。各フィルム体２０は、樹脂フィルムに形成した銅箔をエッチングすることにより、導電体としての銅からなる接触子２１および補強部２２を形成してなり、部分的に切り欠き２３を有している。

図２（ａ）に示すように、本実施形態における接触子２１は、一端側（図２中、上側）が被試験デバイス４の外部端子４１と接触する電子部品接触部２１１となっており、電子部品接触部２１１は垂直プローブを構成している。また、当該接触子２１の他端側（図２中、下側）は、回路基板３の接続端子３１１と接触する基板接触部２１２となっており、この基板接触部２１２も垂直プローブを構成している。

接触子２１は、その略中央部の矩形部分が支持部２１３となり、左右略水平方向に延びるカンチレバー構造を有しており、基板接触部２１２および電子部品接触部２１１は、それぞれカンチレバー構造の先端に位置している。支持部２１３と基板接触部２１２との間には、波形状に湾曲した波形バネ部２１４が形成されており、支持部２１３と電子部品接触部２１１との間には、平行四辺形状の平行バネ部２１５が形成されている。

本実施形態のフィルム体２０において、波形バネ部２１４の上側、ならびに平行バネ部２１５の上側および平行四辺形の内側は、切り欠き２３となっており、この構造により、基板接触部２１２および電子部品接触部２１１は、それぞれ弾性的に上下動可能となっている。これにより、基板接触部２１２は回路基板３の接続端子３１１と、電子部品接触部２１１は被試験デバイス４の外部端子４１と、所定の接触圧をもって接触可能となっている。なお、基板接触部２１２が接続端子３１１と所定の接触圧をもって接触している時、接触子２１のカンチレバー構造におけるカンチレバーの梁は、撓んだ状態にある。

ここで、基板接触部２１２および電子部品接触部２１１が上下動したときに、接触子２１のカンチレバー構造により、支持部２１３を支点としてカンチレバーの梁が撓み、又は撓みから復元し、その結果、カンチレバーの先端に位置する垂直プローブとしての基板接触部２１２および電子部品接触部２１１は、それぞれ水平方向にも動く。すなわち、基板接触部２１２は、回路基板３の接続端子３１１との接触面方向に動き、電子部品接触部２１１は、被試験デバイス４の外部端子４１との接触面方向に動く。

本実施形態のフィルム体２０においては、支持部２１３の上下側および平行バネ部２１５の反対側、ならびに平行バネ部２１５の上における切り欠き２３の上側に、補強部２２が形成されている。平行バネ部２１５の上における切り欠き２３の上側の補強部２２には、貫通孔が形成されており、図２（ｂ）に示すように、複数のフィルム体２０の貫通孔を連結棒２４が貫通することで、それらフィルム体２０は積層されることとなり、もって接触子組立体２が構成される。

接触子組立体２における複数の接触子２１の電子部品接触部２１１は、被試験デバイス４の複数の外部端子４１の配列に対応する配列となっており、接触子組立体２における複数の接触子２１の基板接触部２１２は、回路基板３の複数の接続端子３１１の配列に対応する配列となっている。

この接触子組立体２は、後述する回路基板３の基板本体３０に対し、支持部材２５によって支持固定される。

本実施形態における回路基板３は、図３に示すように、接触子組立体２における接触子２１の基板接触部２１２が接触する接続端子３１１が複数形成されている接続端子付基板３１と、接続端子付基板３１の下側に位置し、接続端子付基板３１が固定される支持ブロック３２と、支持ブロック３２と間隙をもって当該支持ブロック３の下方に位置する基板本体３０と、接続端子３１１と基板本体３０とを電気的に接続するフレキシブル配線基板３７とを備えており、回路基板３において、支持ブロック３２および接続端子付基板３１は、基板本体３０に対して固定されていない構造となっている。

接続端子付基板３１において、接続端子３１１は、接続端子付基板３１を貫通するように形成されており、接続端子３１１の上面は接触子２１の基板接触部２１２と接触し、下面はフレキシブル配線基板３７の端子と電気的に接続されている。フレキシブル配線基板３７の上端部は、接続端子付基板３１と支持ブロック３２との間に挟まれており、その状態で、接続端子付基板３１はネジ３１２によって支持ブロック３２に固定されている。

上端部が接続端子付基板３１と支持ブロック３２との間に挟まれたフレキシブル配線基板３７は、支持ブロック３２の側面に沿って下降し、基板本体３０の上面に沿うようにして設けられている。このとき、フレキシブル配線基板３７は、支持ブロック３２の側面および基板本体３０の上面において、基板押さえ３７１によって固定されている。なお、図示しないが、フレキシブル配線基板３７の下端部に形成された端子は、基板本体３０に形成された端子と電気的に接続されている。また、本実施形態における基板本体３０には、当該基板本体３０を上下方向に貫通する貫通孔３０１が形成されている。

本実施形態における回路基板３は、可動構造体を備えており、具体的には、上記支持ブロック３２の他、上記基板本体３０の貫通孔３０１を摺動可能に貫通するシャフト３３と、シャフト３３を往復移動（上下動）させるための駆動源としてのエアシリンダ３５と、基板本体３０の下方に位置するストッパ３４とを備えている。また、支持ブロック３２の下面と基板本体３０の上面との間において、シャフト３３が貫通するようにコイルスプリング３６が設けられている。

シャフト３３の上端部は、上記支持ブロック３２に連結固定されており、シャフト３３の下端部は、ストッパ３４に連結固定されている。エアシリンダ３５は、基板本体３０の下面とストッパ３４の上面との間に設けられており、エア配管３５１を介してエアが供給・排出されることで、基板本体３０とストッパ３４との間隔を変化させ、これにより、ストッパ３４に連結固定されているシャフト３３を上下動させる。このシャフト３３の上下動に伴って、支持ブロック３２を介して接続端子付基板３１の接続端子３１１が上下動する。このとき、接続端子３１１と基板本体３０の端子とを電気的に接続する導線は、柔軟なフレキシブル配線基板３７であるため、上記の接続端子３１１の動作を妨げることはない。

ここで、コイルスプリング３６は、エアシリンダ３５の駆動が停止中に、接触子２１の基板接触部２１２と回路基板３０の接続端子３１１とが所定の圧力にて接触すべく、支持ブロック３２の基板本体３０からの高さを一定に保つように設けられている。すなわち、本実施形態におけるコイルスプリング３６は、圧縮コイルばねとなっており、支持ブロック３２を基板本体３０から遠ざける方向に付勢している。

本実施形態に係るプローブカード１をテストヘッド上に備えた電子部品試験装置は、テスタ本体により、プローブカード１における電気抵抗値が所定の値より高いことが検出されると、試験の運用を中断し、プローブカード１にてリフレッシュ動作を行う。具体的には、最初に、エア配管３５１を介してエアシリンダ３５に対してエアを供給する。これにより、エアシリンダ３５は、ストッパ３４を押し下げ、シャフト３３を下方に移動させる。このシャフト３３の移動に伴って、支持ブロック３２を介して接続端子付基板３１の接続端子３１１が下方に移動する。

接続端子３１１が下方に移動すると、接続端子３１１に所定の接触圧で接触していた接触子２１の基板接触部２１２も同じく下方に移動する。なお、下方に移動した接続端子３１１は、基板接触部２１２と接触状態を維持したままであってもよいし、基板接触部２１２と離れてもよい。

このとき、接触子２１のカンチレバー構造により、支持部２１３を支点としてカンチレバーの梁が撓み状態から復元し、その結果、カンチレバーの先端に位置する垂直プローブとしての基板接触部２１２は、接続端子３１１との接触面方向（例えば図３中、左方向）に動く。

次に、エア配管３５１を介してエアシリンダ３５からエアを排出する。これにより、エアシリンダ３５は、ストッパ３４を引き上げ、シャフト３３を上方に移動させる。このシャフト３３の移動に伴って、支持ブロック３２を介して接続端子付基板３１の接続端子３１１が上方に移動する。

接続端子３１１が上方に移動すると、接続端子３１１に接触した接触子２１の基板接触部２１２も同じく上方に移動する。このとき、接触子２１のカンチレバー構造により、支持部２１３を支点としてカンチレバーの梁が撓み、その結果、カンチレバーの先端に位置する垂直プローブとしての基板接触部２１２は、接続端子３１１との接触面方向（例えば図３中、右方向）に動く。

上記のように、基板接触部２１２が接続端子３１１との接触面方向（接触面の左右方向）に動くことで、スクラブ動作が行われ、基板接触部２１２および／または接続端子３１１の接触面に形成された酸化膜や有機物などが除去されて低抵抗面が露出し、その結果、接触子２１の基板接触部２１２と回路基板３の接続端子３１１との間の電気抵抗が低減する。このようなリフレッシュ動作により、接触子２１の基板接触部２１２と回路基板３の接続端子３１１との安定的な電気的接触状態を取り戻すことができ、再度正確な試験を行うことが可能となる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

例えば、エアシリンダ３５の替わりに、油圧シリンダ、アクチュエータ、回転モータとリニアギアとの組合せ、リニアモータ、バイブレーション機能を有するモータ等を使用することもできる。

また、ストッパ３４が省略されて、エアシリンダ３５が直接シャフト３３を上下動させてもよい。

さらに、本実施形態では、回路基板３の接続端子３１１を上下方向に動かす構造となっているが、水平方向に動かすように構成してもよいし、ランダムな方向に動かすように構成してもよい。また、それらの動きは、前述した往復移動であってもよいし、振動であってもよい。また、回路基板３の接続端子３１１とともに、または回路基板３の接続端子３１１は固定して、接触子組立体２（接触子２１）を直接動かすようにしてもよい。

さらにまた、回路基板３の可動構造体（例えばシャフト３３、ストッパ３４およびエアシリンダ３５）は、プローブカード１に設けずに、保守用治具として別途用意してもよい。この場合、テストヘッドから取り外したプローブカード１に対して可動構造体を取り付けることで、前述した動作を行うことができる。

本発明に係るプローブカードは、ＬＣＤドライバ等のＩＣデバイスや、半導体ウエハ等の電子部品を試験対象とする電子部品試験装置のテストヘッドに設置されるプローブカードとして好適である。

１…プローブカード
２…接触子組立体
２０…フィルム体
２１…接触子
２１１…電子部品接触部
２１２…基板接触部
２２…補強部
２３…切り欠き
２４…連結棒
２５…支持部材
３…回路基板
３０…基板本体
３０１…貫通孔
３１…接続端子付基板
３１１…接続端子
３１２…ネジ
３２…支持ブロック
３３…シャフト
３４…ストッパ
３５…エアシリンダ（駆動源）
３５１…エア配管
３６…コイルスプリング（弾性部材）
３７…フレキシブル配線基板
３７１…基板押さえ
４…被試験デバイス
４１…外部端子

Claims

電子部品試験装置のテストヘッドに電気的に接続されるとともに、電子部品の電気的特性の試験を行うにあたり、被試験電子部品の外部端子に接触し、電気的に接続されるプローブカードであって、
接続端子を有する回路基板と、
一端側が被試験電子部品の外部端子と接触する電子部品接触部、他端側が前記回路基板の接続端子と接触する基板接触部となっている接触子と、
前記接触子の基板接触部および／または前記回路基板の接続端子を動かすことにより、前記接触子の基板接触部と前記回路基板の接続端子との間の電気抵抗を低減させるリフレッシュ機構と
を備えたことを特徴とするプローブカード。
前記リフレッシュ機構は、前記接触子の基板接触部および／または前記回路基板の接続端子を相手側に対して進退させることでスクラブ動作させることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
前記リフレッシュ機構は、前記接触子の基板接触部および／または前記回路基板の接続端子を振動させることでスクラブ動作させることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
前記リフレッシュ機構は、前記接触子の基板接触部および／または前記回路基板の接続端子を両者の接触面方向に動かすことでスクラブ動作させることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
前記接触子の基板接触部および／または前記回路基板の接続端子が相手側に対して進退したときに、前記接触子の基板接触部は、前記回路基板の接続端子との接触面方向に動くことを特徴とする請求項２に記載のプローブカード。
前記接触子は、一部が支持部となり当該プローブカードの主面方向に延びるカンチレバー構造を有しており、前記基板接触部は、前記カンチレバー構造の先端に位置する垂直プローブとなっていることを特徴とする請求項５に記載のプローブカード。
前記リフレッシュ機構は、前記回路基板の接続端子を前記接触子に対して進退させることのできる可動構造体を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のプローブカード。
前記回路基板は、基板本体と、前記基板本体に固定されていない前記接続端子とを備え、前記基板本体には貫通孔が形成されており、
前記可動構造体は、
前記回路基板の接続端子を支持固定する支持ブロックと、
前記回路基板の貫通孔に挿通され、一端が前記支持ブロックと連結するシャフトと、
前記シャフトを往復移動させることのできる駆動源と
を備えていることを特徴とする請求項７に記載のプローブカード。
前記可動構造体は、前記支持ブロックとは前記基板本体を挟んで反対側に位置し、前記シャフトの他端が連結するストッパを備えており、
前記駆動源は、前記基板本体と前記ストッパとの間に位置し、前記ストッパを動かすことによって前記シャフトを往復移動させる
ことを特徴とする請求項８に記載のプローブカード。
前記可動構造体は、前記駆動源による駆動が停止中に、前記接触子の基板接触部と前記回路基板の接続端子とが所定の圧力にて接触するように、前記支持ブロックの前記基板本体からの距離を一定に保つ弾性部材を、前記支持ブロックと前記基板本体との間に備えていることを特徴とする請求項８または９に記載のプローブカード。