JP2013205098A - プローブ及びプローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】スパークの発生を抑えてプローブの焼損や抜け落ちを防止する。
【解決手段】本発明のプローブは、基端がプローブカードの基板側に接触した状態で先端が検査対象部材の電極に接触する直線状の本体部と、当該本体部の基端部に設けられ、当該本体部を上記プローブカード側に弾性的に支持する弾性支持部とを備えたプローブである。上記弾性支持部は、その基端側を上記本体部の基端部に一体的に固定されて、先端側を上記本体部の先端部へ向けて当該本体部側へ円弧状に湾曲させて形成された。また、上記弾性支持部は、上記本体部の基端部に当該本体部を挟んで両側に対称に２つ設けられ、同じ曲率半径の円弧状に湾曲させて構成された。プローブカードに複数備えるプローブとして上記プローブを用いた。
【選択図】 図５

Description

本発明は、基端が基板側に接触した状態で先端が検査対象部材の電極に接触するプローブ及び、このプローブを用いたプローブカードに関するものである。

ＬＳＩチップなどの検査対象部材を検査するためのプローブはプローブカードに組み込まれる。通常、多数本のプローブがプローブカードに組み込まれて、このプローブカードが検査装置（テスター）に組み込まれる。これにより、各プローブは、その基端がプローブカードの基板側に接触した状態で、一方、先端が検査対象部材の電極に接触して、検査信号等が印加される。

このようなプローブカードの一例としては特許文献１に記載の垂直型プローブカードがある。この垂直型プローブカードを図１，２に基づいて説明する。垂直型プローブカードは、ＬＳＩチップ(図示せず)の電気的諸特性を測定するプローブカードである。

この垂直型プローブカードは、先端の接触部１が測定対象物(図示せず)の電極パッドに接触するプローブ２と、このプローブ２を垂直方向にのみ移動可能に支持する支持部３と、導電性を有する弾性体４によって前記プローブ２の後端の接触部５と電気的に接続される導電パターン６を有する基板７とを備えている。

プローブ２は、棒状に形成され、その先端の接触部１は小さい球体に、後端の接触部５は大きい球体に形成されている。

支持部３は、上側支持板８と、下側支持板９、１０とを連結して構成され、基板７に取り付けられている。上側支持板８及び下側支持板８、９，１０には、ＬＳＩチップの電極パッドの配置に対応した複数個の貫通孔８Ａ、９Ａ、１０Ａが設けられている。

基板７の導電パターン６はスルーホール１１によって相互に接続されている。スルーホール１１の下側には弾性体４が設けられている。スルーホール１１及び弾性体４は、基板７の下面のうち、ＬＳＩチップの各電極パッドの配置に対応した位置にそれぞれ設けられている。この弾性体４は、漏斗状に成形され、中央に放射状の切れ目１２を形成されている。弾性体４は、スルーホール１１に電気的に接続されている。

プローブ２の接触部５と、基板７側の弾性体４との間には、隙間が存在する。この隙間は、プローブ２の接触部１がＬＳＩチップの電極パッドに接触した後、プローブ２の接触部５が弾性体４に接触するまでの間は接触圧が発生せず、接触部５が弾性体４に接触した後に接触圧が発生する。これにより、接触部１がＬＳＩチップの電極パッドに接触した後に、接触部１が位置ずれを起こすことがなくなる。

また、棒状のプローブの他の例としては特許文献２に記載のプローブユニットもある。このプローブユニットは、図３に示すように、複数のプローブピン１３、本体部１４および電極板１５を備えて構成されている。プローブピン１３は、全体として針状（円柱状）に構成されている。本体部１４は、第１支持部１６、第２支持部１７および連結部(図示せず)を備えて構成されている。プローブピン１３は、第１支持部１６の挿通孔１６Ａと、第２支持部１７の挿通孔１７Ａとに通されている。プローブピン１３の基端部には、ストッパ１８が設けられている。このストッパ１８が第２支持部１７に当接して、プローブピン１３が第２支持部１７に支持されている。ストッパ１８で支持部１７に支持されたプローブピン１３の基端部は電極板１５に電気的に接触される。

この他、支持する方向は逆になるが、棒状のプローブを支持する上記ストッパ１８と同様の鍔を設けた例として特許文献３が、また先端側及び基端側に上記ストッパ１８と同様の係止突起を設けた例として特許文献４がある。

特開平０９−５４１１５号公報 特開２００８−２９２３２７号公報 特開２００６−８４４５０号公報 特表２００９−５２７７５９号公報

ところで、上記特許文献１の垂直型プローブカードでは、プローブ２が基板７側に常に付勢される構造にはなっていない。このため、プローブ２がＬＳＩチップの電極パッドに接触していないノードライブ状態（プローブ２がＬＳＩチップの電極パッドに接触していない状態）では、プローブ２の接触部５と基板７側の弾性体４とは接触していない。そして、プローブカードがＬＳＩチップに向かって押圧されて、プローブ２がＬＳＩチップの電極パッドに接触し、その状態を保ったまま反力によってプローブ２が上昇する（オーバードライブ）、すなわちプローブ２が基板７側に付勢されると、プローブ２の接触部５が弾性体４に接触して、プローブ２を介してＬＳＩチップの電極パッドとテスター側とが電気的に導通される。

他の特許文献においても、プローブは基板側に付勢される構造にはなっていないため、オーバードライブによって、プローブと基板側とが電気的に確実に接触される。

一方、近年のＬＳＩチップの検査等においては、高電流（例えば１Ａ程度）を流す場合もあるため、スパークが問題になる。即ち、プローブが基板側と電気的に接続した状態から、オーバードライブを解除する、あるいはプローブの位置ずれ等によってプローブと基板との間に隙間が生じるとスパークが発生し、それによってプローブが焼損したり、それによって抜け落ちたりして修理が必要になることがあるという問題がある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、スパークの発生を抑えてプローブの焼損や抜け落ちを防止することができるプローブ及びプローブカードを提供することを目的とする。

本発明に係るプローブは、基端がプローブカードの基板側に接触した状態で先端が検査対象部材の電極に接触する直線状の本体部と、当該本体部の基端部に設けられ、当該本体部を上記プローブカード側に弾性的に支持する弾性支持部とを備えたプローブである。上記弾性支持部は、その基端側を上記本体部の基端部に一体的に固定されて、先端側を上記本体部の先端部へ向けて当該本体部側へ円弧状に湾曲させて形成される。また、上記弾性支持部は、上記本体部の基端部に当該本体部を挟んで両側に対称に２つ設けられ、同じ曲率半径の円弧状に湾曲させて構成された。プローブカードに複数備えるプローブとして上記プローブを用いた。

本発明に係るプローブにおいては、基端部が常に基板側と接触子した状態にあるため、一旦プローブと基板とが電気的に接続した状態から、両者が離間した場合におけるスパークの発生を抑えてプローブの焼損や抜け落ちを防止することができる。

第１従来例に係るプローブカードを示す部分断面斜視図である。 第１従来例に係るプローブカードを示す要部断面斜視図である。 第２従来例に係るプローブカードを示す要部断面図である。 本発明の実施形態に係るプローブカードを示す要部断面図である。 本発明の実施形態に係るプローブを示す正面図である。 本発明の実施形態に係るプローブを示す要部拡大図である。 本発明の実施形態に係るプローブを示す要部拡大斜視図である。 本発明の実施形態に係るプローブの取付例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るプローブを製造する半導体ウエハを示す平面図である。 本発明の実施形態に係るプローブをトップフィルムに装着した状態を示す平面図である。 図１０の円部分の拡大図である。 本発明の実施形態に係るプローブをプローブカードに装着する例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るプローブをプローブヘッドトップ板に装着した状態を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るプローブを装着したプローブヘッドトップ板をトランスフォーマに取り付けた状態を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るプローブの変形例を示す正面図である。

以下、本発明の実施形態に係るプローブ及びプローブカードについて、添付図面を参照しながら説明する。本実施形態のプローブカードとしては、本実施形態のプローブを組み込むことができるすべてのプローブカード（垂直型プローブカード）を用いることができる。上述した従来のプローブカードも用いることができる。このため、以下では、プローブカードを概説した上で、プローブを中心に説明する。

プローブカード２０は、図４に示すように、主に、メイン基板２１と、補強板２２と、トランスフォーマ２３と、プローブヘッドトップ板２４と、プローブヘッドボトム板２５とから構成されている。

補強板２２は、メイン基板２１の上側面に取り付けられて、メイン基板２１を補強している。トランスフォーマ２３は、メイン基板２１の下側面に取り付けられている。このトランスフォーマ２３は、その内部に導線２３Ａ(図１４参照)が設けられている。トランスフォーマ２３は、プローブカード２０に多数装着されたプローブ２７と、メイン基板２１の配線(図示せず)とを電気的に接続する。プローブヘッドトップ板２４は、スペーサ２８、２９を介してメイン基板２１に取り付けられている。プローブヘッドボトム板２５は、スペーサ３０を介してプローブヘッドトップ板２４と共にメイン基板２１に取り付けられている。

プローブヘッドトップ板２４にはプローブ穴３１が多数設けられている。各プローブ穴３１は、トランスフォーマ２３の下側面の導線２３Ａに整合する位置に設けられている。プローブヘッドボトム板２５にはプローブ穴３２が多数設けられている。各プローブ穴３２は、検査装置内に装着された検査対象のＬＳＩチップ(図示せず)等の各電極に整合する位置に設けられている。

プローブ２７は、プローブヘッドトップ板２４のプローブ穴３１とプローブヘッドボトム板２５のプローブ穴３２とに通されて装着されている。プローブ２７は、図４、５に示すように、本体部３５と、弾性支持部３６とから構成されている。なお、本実施形態においては、本体部３５の全長は２ｍｍ程度で、弾性支持部３６の全長は０．１５ｍｍ程度である。

本体部３５は、トランスフォーマ２３の各導線２３ＡとＬＳＩチップ等の各電極とを電気的に接続するための直線状の部材である。本体部３５は、弾性を有する導電性材料で、例えば四角棒状に形成されている。なお、この本体部３５は、弾性的に撓みながら電極に接触して、電気的に接続することができる形状であればよいため、本体部３５の断面形状は、四角形状（四角棒状）に限らず、他の多角形状、円形状、楕円形、板状、薄板状等の他の断面形状の棒状にしてもよい。

本体部３５は、プローブヘッドトップ板２４のプローブ穴３１とプローブヘッドボトム板２５のプローブ穴３２とに通される。これにより、本体部３５の基端３５ａ（図中の上端）がメイン基板２１側のトランスフォーマ２３に接触した状態で、本体部３５の先端３５ｂ（図中の下端）が検査対象部材の電極に接触するようになっている。

弾性支持部３６は、上記本体部３５を上記プローブカード２０側に弾性的に支持するための部材である。弾性支持部３６は、本体部３５と同様に、弾性を有する導電性材料で、例えば四角棒状に形成されている。そして、この弾性支持部３６も、本体部３５と同様に、他の多角形状、円形状、楕円形、板状、薄板状等の他の断面形状の棒状にしてもよい。

弾性支持部３６は、本体部３５の基端３５ａ側に設けられている。弾性支持部３６は、その基端３６ａが上記本体部３５の基端３５ａに一体的に固定され、先端３６ｂが自由端となって、上記本体部３５の先端部へ向けて配設されている。

弾性支持部３６は、図６〜８に示すように、上記本体部３５の基端３５ａ側に当該本体部３５を挟んで両側に対称に２つ設けられている。弾性支持部３６は円弧状に湾曲させて形成されている。具体的には、弾性支持部３６は、同じ曲率半径の円弧状に湾曲させて構成されている。なお、この弾性支持部３６の曲率は、配置する位置やプローブ３５の長さ等によって変えてもよい。例えば、弾性支持部３６の基端３６ａ側の曲率を小さく、先端３６ｂ側の曲率を大きくしてもよい。これにより、プローブヘッドトップ板２４側に当接する弾性支持部３６の先端３６ｂ側はあまり湾曲しないで確実に踏ん張って、弾性支持部３６の基端３６ａ側が大きく湾曲して本体部３５を弾性的に支持することとなる。

プローブ２７は、例えば図９に示すように、シリコンウエハなどの基板３８上でフォトリソグラフィ工程によって製造される。

以上のように構成されたプローブ２７は、図１０〜１２に示すようにしてプローブカード２０に組み込まれる。

図１０、１１に示すように、複数の設定位置に挿入穴３９が設けられて、プローブヘッドトップ板２４上に載置されたトップフィルム４０の上側から、各挿入穴３９にプローブ２７がそれぞれ挿通され、さらにプローブ穴３１へ挿通される。このとき、トップフィルム４０の各挿入穴３９は、プローブヘッドトップ板２４の各プローブ穴３１に整合する位置にそれぞれ設けられている。さらに、挿入穴３９は、プローブ２７の本体部３５に合わせて四角穴状に形成されている。これにより、挿入穴３９に通されたプローブ２７は、この挿入穴３９によって回転方向が規制されている。また、プローブヘッドトップ板２４は、後述するオフセットが解除された際に、プローブヘッドトップ板２４のプローブ穴３１とプローブヘッドボトム板２５のプローブ穴３２とが整合する位置に調整されている。

この状態で、各プローブ２７が各挿入穴３９とプローブ穴３１とにそれぞれ通される。これにより、図１２（Ａ）に示すように、各プローブ２７は、各挿入穴３９を介して、プローブヘッドトップ板２４のプローブ穴３１とプローブヘッドボトム板２５のプローブ穴３２とに通される。次いで、図１２（Ｂ）に示すように、プローブヘッドトップ板２４が、水平方向にオフセットされて、固定される。

プローブ２７を交換する場合は、上記工程と逆の工程を辿って、特定位置のプローブ２７や、すべてのプローブ２７を交換する。このとき、プローブ２７の基端部では、図１３に示すように、弾性支持部３６は、ほとんど撓まない状態でトップフィルム４０に接触して、本体部３５を支持している。このとき、本体部３５の上端部は、図１３中のｔのように、３０μｍ程度突き出している。

次いで、これらプローブヘッドトップ板２４及びプローブヘッドボトム板２５をメイン基板２１側に取り付けると、図１４に示すように、本体部３５の基端部がトランスフォーマ２３の導線２３Ａに当接して、本体部３５が下方へ押し下げられる。

これにより、弾性支持部３６は、その先端３６ｂがトップフィルム４０に当接して湾曲する。これにより、本体部３５は弾性的に支持されて上方へ付勢され、本体部３５の基端３５ａがトランスフォーマ２３の導線２３Ａに常時当接した状態になる。

以上により、プローブ２７のプローブカード２０への組み込みが完了する。

このプローブカード２０を検査装置に組み込んで検査する際は、プローブ２７の本体部３５の先端３５ｂをＬＳＩチップの各電極等に当接させて信号電流を流す。このとき、プローブ２７の本体部３５の基端３５ａがトランスフォーマ２３の導線２３Ａと常時電気的に接続した状態になるため、両者が離間することによるスパークが発生することがなくなる。

この結果、プローブ２７が焼損したり、それによって抜け落ちたりするのを確実に防止することができる。

これにより、プローブ２７を組み込んだプローブカード２０の耐久性及び信頼性が向上することとなる。

[変形例]
上記実施形態では、プローブ２７の弾性支持部３６を本体部３５の両側に２つ設けたが、図１５に示すように、弾性支持部３６を本体部３５に１つだけ設けてもよい。この場合も、弾性支持部３６で本体部３５を弾性的に支持することができ、上記実施形態同様の作用、効果を奏することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除等が可能である。

２０：プローブカード、２１：メイン基板、２２：補強板、２３：トランスフォーマ、２４：プローブヘッドトップ板、２５：プローブヘッドボトム板、２７：プローブ、２８、２９、３０：スペーサ、３１：プローブ穴、３２：プローブ穴、３５：本体部、３６：弾性支持部、３８：基板、３９：挿入穴、４０：トップフィルム。

Claims (4)

1. 基端がプローブカードの基板側に接触した状態で先端が検査対象部材の電極に接触する直線状の本体部と、
   当該本体部の基端部に設けられ、当該本体部を上記プローブカード側に弾性的に支持する弾性支持部とを備えたことを特徴とするプローブ。
2. 請求項１に記載のプローブにおいて、
   上記弾性支持部は、その基端側を上記本体部の基端部に一体的に固定されて、先端側を上記本体部の先端部へ向けて当該本体部側へ円弧状に湾曲させて形成されたことを特徴とするプローブ。
3. 請求項２に記載のプローブにおいて、
   上記弾性支持部は、上記本体部の基端部に当該本体部を挟んで両側に対称に２つ設けられ、同じ曲率半径の円弧状に湾曲させて構成されたことを特徴とするプローブ。
4. 複数のプローブを備えたプローブカードにおいて、
   上記プローブとして請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプローブを用いたことを特徴とするプローブカード。

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