JP2014025817A

JP2014025817A - プローブ及び電気的接続装置

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Publication number: JP2014025817A
Application number: JP2012166539A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Narita; 聡成田; Kenji Sasaki; 健司佐々木
Original assignee: Micronics Japan Co Ltd
Current assignee: Micronics Japan Co Ltd
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2032-07-27
Also published as: TWI495879B; KR101478714B1; JP5947139B2; KR20140015188A; TW201405129A

Abstract

【課題】耐久性の高いプローブ、及び電気的接続装置を提供する。
【解決手段】本発明の一形態に係るプローブ５は、台座８と、所定の間隔を隔てて配置された第１及び第２の弾性部材１０、１１と、第１の弾性部材１０と第２の弾性部材１１との間に配置され、第１の弾性部材１０の先端部と第２の弾性部材１１の先端部とを連結する第１の連結部材１２と、第１の弾性部材１０と第２の弾性部材１１との間に配置され、第１の弾性部材１０の後端部と第２の弾性部材１１の後端部とを連結する第２の連結部材１３と、第１の弾性部材１０における第１の連結部材１２と反対側に配置された第３の連結部材１４と、第３の連結部材１４によって第１の弾性部材１０の先端部に連結され、第３の連結部材１４の反対側に突出した接触子９と、を備え、第３の連結部材１４の後端縁は、第１の連結部材１２の後端縁より後方に配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、プローブ及び、このプローブを用いる電気的接続装置に関する。

半導体装置等の検査にはプローブが用いられており、検査に際しては、被検査体である半導体装置の電極にプローブを接触させる。例えば特許文献１のプローブは、台座、接触子、接触子が連結される第１の弾性部材、第１の弾性部材に連結される第２の弾性部材、第１の弾性部材の先端部と第２の弾性部材の先端部とを連結する第１の連結部材、第１の弾性部材の後端部と第２の弾性部材の後端部とを連結する第２の連結部材、及び第１の弾性部材の先端部に、第２の弾性部材と逆側に突出する接触子を連結する第３の連結部材を備えている。このようなプローブは、接触子を被検査体の電極に接触させたとき、第１の弾性部材、第２の弾性部材、第１の連結部材及び第２の連結部材で平行リンクを成すことにより高い剛性が得られる。よって、小さいオーバードライブで大きな針圧を得ることができる。

特開２００４−１５６９９３号公報

特許文献１のプローブは、第３の連結部材の後端縁が第１の連結部材の後端縁より前方に配置されている。そのため、接触子が被検査体の電極に接触してプローブがオーバードライブした際に、第１の弾性部材における第１の連結部材の後端縁が配置される位置に応力が集中するため、プローブの耐久性を損なう虞がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、耐久性の高いプローブ及び、このプローブを用いる電気的接続装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るプローブは、台座と、所定の間隔を隔てて配置された第１及び第２の弾性部材と、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材との間に配置され、前記第１の弾性部材の先端部と前記第２の弾性部材の先端部とを連結する第１の連結部材と、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材との間に配置され、前記第１の弾性部材の後端部と前記第２の弾性部材の後端部とを連結する第２の連結部材と、前記第１の弾性部材における前記第１の連結部材と反対側に配置された第３の連結部材と、前記第３の連結部材によって前記第１の弾性部材の先端部に連結され、前記第３の連結部材の反対側に突出した接触子と、備え、前記第３の連結部材の後端縁は、前記第１の連結部材の後端縁より後方に配置されている。
本発明の一形態に係る電気的接続装置は、被検査体に接触する上述のプローブと、前記プローブを片持ち梁状に支持する配線基板と、を備える。

以上のように、本発明によれば、耐久性の高いプローブ及び、このプローブを用いる電気的接続装置を提供することができる。

本発明に係る実施形態の電気的接続装置を概略的に示す底面図である。本発明に係る実施形態の電気的接続装置を概略的に示す部分断面図である。本発明に係る実施形態のプローブを概略的に示す斜視図である。比較用のプローブの先端部を概略的に示す側面図である。比較用のプローブの先端部を概略的に示す側面図である。本発明に係る実施形態のプローブ及び比較用のプローブの第１の弾性部材における第１の連結部材の後端縁が配置される位置に作用する応力を示すグラフである。本発明に係る実施形態のプローブ及び比較用のプローブの第１の弾性部材における第１の連結部材の後端縁が配置される位置に作用する応力を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。なお、以下の説明において、説明を明確にするために前後方向、左右方向及び上下方向を規定しているが、使用形態によって適宜変更される。

先ず、本実施の形態のプローブ及び電気的接続装置の構成を説明する。図１及び図２に示すように、電気的接続装置１は、半導体装置等の被検査体２が有する複数の電極３と、図示しないテスターとを、被検査体２の通電検査のために電気的に接続する装置として用いられる。

以下、理解を容易にするために、被検査体２は、複数の電極３を２列に配置しているものとする。しかし、本発明は、複数の電極を矩形の各辺に備える被検査体、複数の電極をマトリクス状に配置している被検査体等、他の被検査体用の装置及びプローブにも適用することができる。

電気的接続装置１は、図１及び図２に示すように、電気絶縁材料を用いて製造される円板状の配線基板４、及び配線基板４の下面に連結される複数のプローブ５を含む、いわゆるプローブカードとして製作されている。

配線基板４は、電気絶縁性の基板である。配線基板４は、図１に示すように、被検査体２の検査箇所より大きい開口４ａを中央に有している。また、配線基板４は、プローブ５に個々に対応した複数の接続ランド６を開口４ａの周りの下面に間隔を開けて有している。さらに配線基板４は、テスターに電気的に接続される複数のテスターランド７を上面の外周縁部に有している。

開口４ａは、図１及び図２に示すように、配線基板４を厚さ方向に貫通している。図１及び図２において、開口４ａは、被検査体２が複数の電極３を２列に配置していることから、長方形の形状を有している。しかし、実際には、開口４ａの形状は、電極３の配置状態および、これに対応するプローブの配列によって決定される。また開口４ａを備えていなくても良い。

接続ランド６は、図１及び図２に示すように、配線基板４の下面に形成された配線パターンの一部である。接続ランド６は、開口４ａを間にして２列に配置されている。開口４ａを介して反対側に位置する接続ランド６は、開口４ａの側から互いに反対側に延びている。

テスターランド７は、図１に示すように、配線基板４の外周縁部に多重円の形に配置されている。テスターランド７は、プローブ５及び接続ランド６に対応しており、また対応する接続ランド６に、配線基板４の内部配線（図示せず）により電気的に接続されている。テスターランド７は、試験に際してはテスターと電気的に接続する。

プローブ５は、図２及び図３に示すように、台座８、接触子９、第１の弾性部材１０、第２の弾性部材１１、第１の連結部材１２、第２の連結部材１３、及び第３の連結部材１４を備えている。これらの各部材は、導電部材で構成されている。プローブ５は、台座８を介して接続ランド６と接続している。

接触子９は、図２に示すように、被検査体２の電極３と接触する。接触子９は、座部１５及び針先部１６を備えており、第３の連結部材１４を介して第１の弾性部材１０に連結されている。

座部１５は、図２及び図３に示すように、第１の弾性部材１０の先端部における下面に連結されている。針先部１６は、座部１５の下面に連結されている。これにより、本実施の形態の接触子９は、第３の連結部材１４から下方に突出する突起電極の形に形成されている。

針先部１６は、図３に示すように、例えば角錐形の形状を有している。しかし、被検査体２の電極３に押圧される下端が先鋭である限り、換言すれば、外面が下端に向けて漸次減少する形状を有する限り、円錐形のような他の形状を有していても良い。

第１の弾性部材１０は、図２及び図３に示すように、帯状に形成された板状部材である。また、第２の弾性部材１１も、帯状に形成された板状部材である。つまり、第１の弾性部材１０及び第２の弾性部材１１は、板バネである。第１の弾性部材１０及び第２の弾性部材１１は、前後方向に延びるアームである。なお、図２及び図３中の前後方向が第１の弾性部材１０及び第２の弾性部材１１の長手方向である。第１の弾性部材１０と第２の弾性部材１１とは、上下に隔てて配置されており、かつ平行に延びている。

本実施の形態の第１の弾性部材１０と第２の弾性部材１１とは、厚さ寸法（高さ寸法）及び幅寸法が等しい。そして、第１の弾性部材１０の長さ寸法は、第２の弾性部材１１の長さ寸法より長い。なお、厚さ寸法は図２及び図３の上下方向における寸法を示し、幅寸法は図２の紙面と垂直方向及び図３の左右方向における寸法を示し、長さ寸法は図２及び図３の前後方向における寸法を示す。

ここで、図２に示すように、前後方向において第１の弾性部材１０の後端縁と第２の弾性部材１１の後端縁とは等しい位置に配置されている。その結果、第１の弾性部材１０の先端縁は第２の弾性部材１１の先端縁より前方に突出している。但し、第１の弾性部材１０及び第２の弾性部材１１の各寸法は、弾性変形可能である限り、適宜設定される。

第１の連結部材１２は、図２及び図３に示すように、第１の弾性部材１０の先端部と第２の弾性部材１１の先端部とを連結する。つまり、第１の連結部材１２の下面は、第１の弾性部材１０の先端部における上面に連結されている。また、第１の連結部材１２の上面は、第２の弾性部材１１の先端部における下面に連結されている。

本実施の形態の第１の連結部材１２は、前後方向に所定の長さを有する。前後方向において、第１の連結部材１２の先端縁は第１の弾性部材１０の先端縁と第２の弾性部材１１の先端縁との間の位置に配置されている。即ち、第１の連結部材１２の先端縁は、第１の弾性部材の先端縁より後方であって、第２の弾性部材１１の先端縁の前方に配置されている。

第２の連結部材１３は、図２及び図３に示すように、第１の弾性部材１０の後端部と第２の弾性部材１１の後端部とを連結する。つまり、第２の連結部材１３の下面は、第１の弾性部材１０の後端部における上面に連結されている。また、第２の連結部材１３の上面は、第２の弾性部材１１の後端部における下面に連結されている。

本実施の形態の第２の連結部材１３は、前後方向に所定の長さを有している。前後方向において、第２の連結部材１３の後端縁は第１の弾性部材１０及び第２の弾性部材１１の後端縁と略等しい位置に配置されている。

第１の連結部材１２及び第２の連結部材１３は、例えば第１の弾性部材１０の幅寸法と略等しい幅寸法を有する矩形の平面形状に形成されている。また、第１の連結部材１２及び第２の連結部材１３は、同じ高さ寸法（すなわち、厚さ寸法）を有している。これにより、第１の弾性部材１０、第２の弾性部材１１、第１の連結部材１２及び第２の連結部材１３は、弾性変形可能な平行リンクを形成している。即ち、第１の弾性部材１０、第２の弾性部材１１、第１の連結部材１２及び第２の連結部材１３は、ダブルアーム構造のカンチレバー（片持ち梁）を構成する。従って、オーバードライブした際に、第１の弾性部材１０と第２の弾性部材１１とが略平行な状態を維持したまま、弾性変形することとなる。

第３の連結部材１４は、図２及び図３に示すように、接触子９を第１の弾性部材１０の先端部における下面に連結する。つまり、第３の連結部材１４の下面は、接触子９の座部１５の上面に連結されている。また、第３の連結部材１４の上面は、第１の弾性部材１０の先端部における下面に連結されている。第３の連結部材１４は、第１の連結部材１２よりも長く形成されている。

ここで、第３の連結部材１４は、例えば第１の弾性部材１０の幅寸法と略等しい幅寸法を有する矩形の平面形状に形成されている。そして、第３の連結部材１４は、前後方向に所定の長さを有している。詳細には、第３の連結部材１４の先端縁は、第１の弾性部材１０の先端縁から前方に突出している。そして、第３の連結部材１４の後端縁は、第１の連結部材１２の後端縁から後方に突出している。

つまり、第３の連結部材１４は、第１の弾性部材１０における第１の連結部材１２の後端縁が配置される位置Ｐ１を下方、即ち接触子９側から覆う。そのため、プローブ５の接触子９が被検査体２の電極３に接触して、さらに当該プローブ５の先端部が上方にオーバードライブによって上昇した際に、第１の弾性部材１０の位置Ｐ１に応力集中が生じることがなく、そのため第１の弾性部材１０の位置Ｐ１に作用する応力を低減することができる。

しかも、第３の連結部材１４は、第１の弾性部材１０における第１の連結部材１２の先端縁が配置される位置Ｐ２も下方から覆う。そのため、プローブ５の接触子９が被検査体２の電極３に接触して、さらに当該プローブ５の先端部が上方にオーバードライブによって上昇した際に、第１の弾性部材１０の位置Ｐ２に応力集中が生じることがなく、それゆえ第１の弾性部材１０の位置Ｐ２に作用する応力を低減することができる。

よって、第１の弾性部材１０の耐久性を向上させることができ、ひいてはプローブ５の耐久性を向上させることができる。

このようなプローブ５の後端部は、図２に示すように台座８を介して接続ランド６に電気的に接続されている。つまり、第２の弾性部材１１の後端部における上面が台座８を介して接続ランド６に電気的に接続されている。これにより、プローブ５は、配線基板４に片持ち梁状に支持される。

ちなみに、プローブ５は、ホトレジストの露光及びエッチングを行うホトリソグラフィー技術と、エッチングされた箇所に導電性材料をメッキするメッキ技術とを複数回繰り返すことにより、一体的に製造することができる。導電性材料としては、例えば、ニッケルとすることができる。

このような電気的接続装置１を用いて、以下のように被検査体２を検査する。まず、接触子９の下端を被検査体２の電極３に接触させて押圧し、次いでテスターから出力される検査信号をテスターランド７及び接続ランド６等を介してプローブ５に入力し、さらに接触子９を介して被検査体２の電極３に入力する。一方、被検査体２の電極３から出力される応答信号を接触子９を介してプローブ５に入力し、さらに接続ランド６及びテスターランド７等を介してテスターへ出力する。

このとき、オーバードライブによってプローブ５に上向きの力が加わるが、上述したようにプローブ５における第３の連結部材１４が第１の弾性部材１０の位置Ｐ１を下方から覆うので、第１の弾性部材１０の位置Ｐ１に作用する応力を低減することができ、プローブ５の耐久性を向上させることができる。

次に、本実施の形態のプローブ５における第１の弾性部材１０の位置Ｐ１に作用する応力の低減効果を検証する。比較のため、第３の連結部材１４の後端縁が第１の連結部材１２の後端縁より前方に配置された図４に示すプローブＡ、及び前後方向において第３の連結部材１４の後端縁が第１の連結部材１２の後端縁と略等しい位置に配置された図５に示すプローブＢを想定した。本実施の形態のプローブ、プローブＡ及びＢに加わる応力のシミュレーション結果を図６及び７に示す。

先ず、本実施の形態のプローブ５、プローブＡ及びＢをヤング率１６５００ｋｇｆ／ｍｍ^２の材料を用いて形成した場合の、各プローブにおける第１の弾性部材１０の位置Ｐ１（図２、図４および図５参照）に作用する応力を図６に示す。図６に示すように、本実施の形態のプローブ５における第１の弾性部材１０の位置Ｐ１に作用する応力は、プローブＡ及びＢにおける第１の弾性部材１０の位置Ｐ１に作用する応力に比べて、低減されていることが解り、この応力を約２３％低減することができる。

次に、本実施の形態のプローブ５、プローブＡ及びＢをヤング率１１２００ｋｇｆ／ｍｍ^２の材料を用いて形成した場合の、各プローブにおける第１の弾性部材１０の位置Ｐ１（図２、図４および図５参照）に作用する応力を図７に示す。図７に示すように、本実施の形態のプローブ５における第１の弾性部材１０の位置Ｐ１に作用する応力は、プローブＡ及びＢにおける第１の弾性部材１０の位置Ｐ１に作用する応力に比べて、低減されていることが解り、この応力を約２３％低減することができる。

以上、本発明に係るプローブ及び電気的接続装置の実施の形態を説明したが、上記に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、適宜変更することが可能である。例えば、上記実施形態のプローブは第１の弾性部材１０と第２の弾性部材１１とを備えているが、弾性部材の数は複数であれば特に限定されない。

１電気的接続装置
２被検査体
３電極
４配線基板、４ａ開口
５プローブ
６接続ランド
７テスターランド
８台座
９接触子
１０第１の弾性部材
１１第２の弾性部材
１２第１の連結部材
１３第２の連結部材
１４第３の連結部材
１５座部
１６針先部

Claims

台座と、
所定の間隔を隔てて配置された第１及び第２の弾性部材と、
前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材との間に配置され、前記第１の弾性部材の先端部と前記第２の弾性部材の先端部とを連結する第１の連結部材と、
前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材との間に配置され、前記第１の弾性部材の後端部と前記第２の弾性部材の後端部とを連結する第２の連結部材と、
前記第１の弾性部材における前記第１の連結部材と反対側に配置された第３の連結部材と、
前記第３の連結部材によって前記第１の弾性部材の先端部に連結され、前記第３の連結部材の反対側に突出した接触子と、を備え、
前記第３の連結部材の後端縁は、前記第１の連結部材の後端縁より後方に配置されているプローブ。
被検査体に接触する請求項１に記載のプローブと、
前記プローブを片持ち梁状に支持する配線基板と、
を備える電気的接続装置。