JP2016194412A - プローブ及びプローブカード - Google Patents

Abstract

【課題】
プローブの電気的なアイソレーションの維持及び針のインピーダンス整合を確保し、高周波電気的特性検査精度の高いプローブ、及びこれを用いたプローブカードを提供する。
【解決手段】
本発明の第一の観点に係るプローブは、内部導体と、内部導体を覆う絶縁体と、絶縁体を覆う外部導体と、を備えた同軸ケーブルと、同軸ケーブルの前記内部導体に電気的に接続される第一の探針と、外部導体に電気的に接続され、かつ、第一の探針の前面側を覆うよう配置される補助導電体と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、プローブ及びプローブカードに関する。より具体的には、ＩＣウエハーや液晶基板等に用いられる電子部品の電気的特性の検査を行うために好ましく用いられるものである。

ＩＣウエハー及び電子部品等は電気的特性を調べることでその良否が判別される。この判別は、電子部品に設けられる接続用電極にプローブの探針を接触させ、このプローブに検査装置から検査用信号を入力してその出力を基準値と比較することによって行う。

プローブに関する公知の技術としては、例えば下記特許文献１に記載の技術がある。下記特許文献１には同軸ケーブルと、同軸ケーブルに接続された探針が開示されている。

米国特許第５３７３２３１号明細書

ところで近年、コンタクトプローブの性能においても高集積化が求められてきており、ＩＣ等の検査対象も小面積化しつつある。このことは、より少ない面積で多数のプローブを配置する必要性が高くなってきていることを意味する。

しかしながら、本件発明者らは、上記検討を行っていたところ、プローブの探針にノイズがのることでプローブの高周波電気的特性検査精度の劣化が起こってしまうことに気が付いた。すなわち、プローブの電気的なアイソレーション維持及び針のインピーダンス整合が重要であることを見出した。

すなわち、本発明は、上記課題を鑑み、プローブの電気的なアイソレーションの維持及び針のインピーダンス整合を確保し、高周波電気的特性検査精度の高いプローブ、及びこれを用いたプローブカードを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第一の観点に係るプローブは、内部導体と、内部導体を覆う絶縁体と、絶縁体を覆う外部導体と、を備えた同軸ケーブルと、同軸ケーブルの前記内部導体に電気的に接続される第一の探針と、外部導体に電気的に接続され、かつ、第一の探針の前面側を覆うよう配置される補助導電体と、を備えることを特徴とする。

また、本観点において、限定されるわけではないが、第一の探針及び前記補助導電体の両側に配置され、前記外部導体に電気的に接続される一対の第二の探針と、を備えることが好ましい。

また、本観点において、限定されるわけではないが、補助導電体と第二の探針とを接続する接続用導電体を備えることも好ましい。

また、本発明の他の一観点に係るプローブカードは、基板と、基板に固定される同軸ケーブル用コネクタと、内部導体と、内部導体を覆う絶縁体と、絶縁体を覆う外部導体と、を備えた同軸ケーブル用コネクタに接続される同軸ケーブルと、同軸ケーブルの内部導体に電気的に接続される第一の探針と、外部導体に電気的に接続され、かつ、第一の探針の前面側を覆うよう配置される補助導電体と、を備えるプローブと、を備えることを特徴とする。

また、本観点において、限定されるわけではないが、プローブは、更に、第一の探針及び補助導電体の両側に配置され、外部導体に電気的に接続される一対の第二の探針と、を備えることが好ましい。

また、本観点において、限定されるわけではないが、プローブは、更に、補助導電体と第二の探針とを接続する接続用導電体を備えることが好ましい。

以上、本発明により、プローブの電気的なアイソレーションを維持し、より感度の高いプローブ、及びこれを用いたプローブカードを提供することができる。

本実施形態に係るプローブ（以下「本プローブ」という。）の概略図である。 本実施形態の一例に係るプローブカード９の概略図である。 本実施形態に係る第一の短針の側面の断面のイメージ図である。 本実施形態に係る第一の探針３及び補助導電体４の側面図である。 本実施形態に係る第一の探針の「前面側」を示す図である。 第二の探針５の側面のイメージ図である。 本実施形態に係る第二の探針のイメージ図である。 本実施形態に係るプローブ同士を対向して配置させた場合のイメージ図である。 本実施形態に係るプローブの第二の深針がない場合のプローブの概略図である。 測定に用いた本実施形態に係るプローブの写真図である。 測定に用いた比較例のプローブの写真図である。 距離（横軸）に対するインピーダンス（縦軸）を測定した結果を示す図である。 補助導電体を設けたプローブを複数作成し、この複数のプローブを対抗させてインピーダンス測定を行った際のプローブの配置を示す図である。 補助導電体を設けたプローブを複数作成し、この複数のプローブを対抗させてインピーダンス測定を行った際の結果を示す図である。

以下、本発明を実施形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例の例示にのみ限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係るプローブ（以下「本プローブ」という。）の概略図を示す。本図で示すように、本プローブ１は、内部導体２１と、内部導体を覆う絶縁体２２と、絶縁体２２を覆う外部導体２３と、を備えた同軸ケーブル２と、同軸ケーブル２の内部導体２１に電気的に接続される第一の探針３と、外部導体２３に電気的に接続され、かつ、第一の探針の前面側を覆うよう配置される補助導電体４と、を備える。

また本プローブ１は、更に、第一の探針３及び補助導電体４の両側に配置され、外部導体２３に電気的に接続される一対の第二の探針５と、を備える。

また本プローブ１は、補助導電体４と、第二の探針５とを接続する接続用導電体６を備える。

また、本実施形態に係るプローブは、基板７に固定されたコネクタ８に接続され、プローブカード９の一部となる。本実施形態の一例に係るプローブカード９の概略について図２に示しておく。プローブカード９には一つ以上、好ましくは複数のコネクタ８が固定され、そのそれぞれにはプローブ１が接続されている。そして、このプローブの先端を検査対象となるＩＣ等の電極パッドに接触させる一方、コネクタを検査装置に接続し、検査装置からの信号の入出力によって検査対象が正常な動作を行うことができているか否かを検査する。

本実施形態に係るプローブカード９における基板は、コネクタ８及びプローブ１を固定し、所望の位置にプローブの探針の先端を配置するために用いられるものであり、この機能を有する限りにおいて限定されず様々な物を採用することができるが、いわゆるプリント基板を用いることは好ましい一例である。

本実施形態において、同軸ケーブル２は、検査対象と検査装置とを電気的に接続するために用いられるものであり、上記のとおり内部導体２１と、内部導体２１を覆う絶縁体２２と、絶縁体２２を覆う外部導体２３と、を備えている。同軸ケーブル２は、全体として、内部導体２１、絶縁体２２、絶縁体２３を同心状に配置して一方向に延伸する線状の部材となっている。

また本実施形態において内部導体２１は、導電性の材料が一方向に延びる線状の部材であり、探針が配置される側（先端側）において露出され、第一の探針と電気的に接続されている。内部導体２１の断面形状は限定されることなく様々な形状を採用することができるが、円であることは好ましい一形態である。円の場合、直径は限定されるわけではないが、０．０５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲である。また、内部導体２１の材質としても限定されるわけではないが、例えば銅、金、銀、パラジウム、タングステン及びこれらの少なくともいずれかを含む合金（例えばベリリウム銅等）を好ましく用いることができる。

なお、内部導体２１は、後述するように、第一の探針と一体に形成されていてもよい。

また、本実施形態において絶縁体２２は、内部導体２１の周囲に配置され、内部導体２１を覆うとともに、内部導体２１と外部胴体２３を絶縁するためのものである。絶縁体２２の形状は、限定されるわけではないが、内部導体２１を中心に配置する中空を備え、一方向に延伸された部分を有する円筒状の部材であることが好ましく、その断面形状は限定されるわけではないが中空の円形状のものであることが好ましい。またこの断面形状が中空の円形状である場合、直径は限定されるわけではないが、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲である。

また、本実施形態において絶縁体２２も、上記内部導体２１と同様、探針が配置される側において露出されている。絶縁体２２の材質としては、上記の効果を有する限りにおいて限定されず一般的なものを用いることができ、誘電率の低い絶縁体であることが好ましく、例えばポリエチレン、ポリイミド、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）等を例示できる。

また、本実施形態において外部導体２３は、探針（具体的には第二の探針）と検査装置とをコネクタを介して電気的に接続するために用いられるものであり、絶縁体２２を覆う導電性を有する部材でもある。外部導体２３の形状は限定されるわけではないが、上記絶縁体２２、内部導体２２を内部に含む中空を備え、一方向に延伸された円筒状の部材であることが好ましい。またこの断面形状が中空の円形状である場合、直径は限定されるわけではないが、０．２ｍｍ以上２．２ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．５ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の範囲である。

また、外部導体２３の材質としても限定されるわけではないが、例えば金、銀、銅、鉄、アルミニウム、ニッケル、ニオブ、クロム、及びこれらの少なくともいずれかを含む合金（例えばステンレス等）を好ましく用いることができる。

また、本実施形態において第一の探針３は、電子部品に設けられる接続用電極、より具体的には信号出力用電極に接触させ、信号を検出するための導電性の部材であり、先端に行くに従い細くなっている針状の部材である。図３に、第一の短針の側面の断面のイメージ図を示しておく。また本実施形態において、第一の探針３は、先端近傍において折れ曲った部分３１を有する。第一の探針３は、先端において折れ曲った部分を有することで、ＩＣウエハー及び電子部品等の接続用電極の配置された面（ｘｙ面）を真上（ｚ方向）から見た場合に、探針をｘｙ面に沿って移動又は回転させ、その後探針を基板側（ｚ方向に沿ってｘｙ面側）に移動させることで接続用電極に対して第二の探針の先端を押し当て、所望の位置に確実に接触させることができるようになるため好ましい。また、本実施形態では折れ曲った針状となっているため、探針の先端を押す力を多少強くしても、針の弾性力によりこの力を緩和させることができ、構造の安定化、接触の安定化に寄与する。なおこの場合において、折れ曲がった部分の折れ曲り角度としては、限定されるわけではないが内角が９０度以上であることが好ましく、より好ましくは１００度以上１２０度以下の範囲である。この範囲とすることで、探針の先端位置を確実に認識することができる一方、探針の先端を押す力を安定して確保することができる。なお、第一の探針３の断面形状は、上記の機能を有することができる限りにおいて限定されるわけではないが円形状であることは好ましい一例である。

第一の探針の太さとしては限定されるわけではなく、同軸ケーブル２の内部導体２１と安定的に電気的な接続が確保できる限りにおいて限定されるわけではなく、内部導体と接続される側（奥側）は、断面が円形状である場合、根元側（同軸ケーブル側）の直径が０．０５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下の範囲であることが好ましく、より好ましくは０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲内である。先端側の直径は０．０１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の範囲内であることが好ましく、より好ましくは０．０３ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の範囲内である。

また、第一の探針と内部導体との接続は、電気的な接続を維持することができる限りにおいて限定されるわけではなく、内部導体と第一の探針とを一体にした構成としておくことも好ましい。このようにしておくことで構造の安定化、電気的な接続をより確実にすることができる。すなわち、「電気的に接続」には、同一の材料で一体に形成されていることも含まれる。

また、本実施形態において補助導電体４は、外部導体２３に電気的に接続され、かつ、第一の探針３の前面側を覆うよう配置されている。図４に、第一の探針３及び補助導電体４の側面図を示しておく。

本実施形態において、第一の探針の「前面側」とは、例えば図５で示すように、第一の探針の先端位置又は折れ曲り位置を基準に、同軸ケーブルからより遠い側をいう。このように補助導電体を配置することで、電磁シールドとして他のプローブとの電気的なアイソレーションを確保することができるだけでなく、他の導電体から漏れ出るノイズも防ぐことができるようになるとともに、インピーダンス整合を取ることができるようになる。

また本実施形態において補助導電体４の形状は、限定されるわけではないが、第一の探針３に沿って並行する並行部４１と、第一の探針の前面部を覆うループ部４２とを備えて構成されるループ状であることは好ましい一例である。このようにすることで、第一の探針３全体を覆うことが可能となり、並行部４１によって第一の探針と補助導電体４の距離を一定に保つことで第一の探針のインピーダンス整合を取ることができるとともに、ループ部を設けてシールドするためアイソレーションを維持することができるようになる。また本実施形態において、補助導電体４は、線状の部材であってもよく、また、板状の部材であってもよい。板状の部材の例は、後述の他の例を示す図９に示されている。なお線状の補助導電体を用いる場合径については適宜調整可能であり特に限定されるものではない。

また、本実施形態において、補助導電体４の材質としては、導電性を有する限りにおいて特に限定されず様々なものを採用することができるが、例えば銅、金、銀、パラジウム、タングステン及びこれらの少なくともいずれかを含む合金（例えばベリリウム銅等）を好ましく用いることができる。

また、本実施形態において第二の探針５は、第一の探針３に並行して配置され、上記第一の探針３と同様、電子部品に設けられる接続用電極、より具体的にはグラウンド用電極に接触させるための導電性の部材であり、上記第一の探針３と同様、先端に行くに従い細くなっている針状の部材である。第二の探針５の側面のイメージ図を図６に示しておく。また本実施形態において、第二の探針５も上記第二の探針３と同様、先端近傍において折れ曲った部分５１を有する。第二の探針５は、先端において折れ曲った部分を有することで、ＩＣウエハー及び電子部品等の接続用電極の配置された面（ｘｙ面）を真上（ｚ方向）から見た場合に、探針をｘｙ面に沿って移動又は回転させ、その後探針を基板側（ｚ方向に沿ってｘｙ面側）に移動させることで接続用電極に対して第二の探針の先端を押し当て、所望の位置に確実に接触させることができるようになるため好ましい。この場合のイメージ図を図７に示しておく。また、本実施形態では折れ曲った針状となっているため、探針の先端を押す力を多少強くしても、針の弾性力によりこの力を緩和させることができ、構造の安定化、接触の安定化に寄与する。なおこの場合において、折れ曲がった部分の折れ曲り角度としては、限定されるわけではないが９０度以上であることが好ましく、より好ましくは１００度以上１２０度以下の範囲である。この範囲とすることで、探針の先端位置を確実に認識することができる一方、探針の先端を押す力を安定して確保することができる。なお、第二の探針４の断面形状は、上記の機能を有することができる限りにおいて限定されるわけではないが円形状であることは好ましい一例である。

また、本実施形態において、第二の探針５は、第一の探針３及び補助導電体４を挟むよう一対で構成されていることが好ましい。この構成は、信号用電極１つに対し、その両脇に２つのグラウンド用電極が配置されている一般的な電子部品に対して検査を行うことができる構成であるとともに、第一の探針と第二の探針の配置関係の対称性を高めるため、インピーダンス整合がより正確にできるといった効果がある。

また、本実施形態において、第二の探針５は上記のとおり同軸ケーブル２における外部導体２３に電気的に接続されているとともに、固定されている。この限りにおいて、接続する手段は限定されるわけではないが、例えばハンダによる固定が好ましい。なお、本実施形態に示すように、第二の探針５が後述の接続用導電体６に接続されている場合、第二の探針５が外部導体２３に直接接続されていなくても、この接続用導電体６により間接的に外部導体２３に接続されているため、第二の探針５は必ずしも外部導体２３に直接接続されていなくてもよい。

また、本実施形態において、接続用導電体６は、上記のとおり、第二の探針５と補助導電体４とを電気的に接続する部材である。接続用導電体６は、上記の機能を有する限りにおいて様々な材質を採用することができ、限定されるわけではないが、例えば銅、金、銀、パラジウム、タングステン及びこれらの少なくともいずれかを含む合金（例えばベリリウム銅等）を好ましく用いることができる。また本実施形態の接続用導電体６の形状は限定されるわけではないが、線状又は板状であってもよい。

また本実施形態において接続用導電体６の位置は、第二の探針５と補助導電体４とを接続するものである限りにおいて限定されるわけではないが、第二の探針５先端近傍に配置されていることが好ましく、より好ましくは第二の探針５の折れ曲がり位置又はこの位置よりも先端側に接続位置があることが好ましい。このようにすることで、より第二の探針５が電極パッドと接続する位置の近くとすることができ、より性能を高くすることができる。なお、接続用導電体６の材質としては、上記補助用導電体と同様の材質を採用することができ、例えば銅、金、銀、パラジウム、タングステン及びこれらの少なくともいずれかを含む合金（例えばベリリウム銅等）を好ましく用いることができる。

また本実施形態において、接続用導電体６と第二の探針５、接続用導電体６と補助導電体４との接続は、限定されるわけではないが、ハンダで接続されていてもよい。また、場合によっては、補助導電体４、第二の探針５、及び、接続用導電体６は一体に形成されていることも可能である。

ここで、本プローブの製造方法について簡単に説明する。本プローブは、（１）同軸ケーブルに電気的に接続した第一の探針を配置する工程、（２）補助導電体を同軸ケーブルの外部導体に電気的に接続するよう配置する工程、（３）第二の探針を同軸ケーブルの外部導体に電気的に接続するよう配置する工程、（４）接続用導電体を第二の探針と補助導電体に接続する工程、によって製造することができる。

以上、本実施形態に係るプローブ及びプローブカードによって、高集積化した場合であっても、プローブの電気的なアイソレーションを維持し、かつ、インピーダンス整合を確保することが可能となり、高周波電気的特性検査精度の高いプローブ及びプローブカードを提供することができる。この点を具体的に説明すると、本実施形態に係るプローブは、第一の探針と第二の探針を採用することで、構造的に強固で電極パッド等との接触を良好に保ちつつ、針自体の変形の虞が少ない。そして、補助導電体を前記第一の探針の前面側を覆うよう配置することで、第一の探針を導電体で覆い、他のプローブ又は他の電子部品等から発生する電気的ノイズを除去することが可能となり、また、第一の探針と補助導電体の距離を最適に調整することが可能となりインピーダンス整合を高めることができる。特に、プローブ同士を対向して配置させた場合この効果は著しく高くなる。このイメージを図８に示しておく。また、接続用導電体によって第二の探針と補助導電体を電気的に接続することで、より精度を高めることができるといった効果がある。

なお、本実施形態では、第二の探針を配置する例を示しているが、第二の探針がない場合であっても適用が可能である。この場合のプローブの概略を図９に示しておく。本図の例では、第二の探針及び接続用導電体がない例を示しているが、外部導体に電気的に接続され、かつ、第一の探針の前面側を覆うよう配置される補助導電体と、を備えており、上記本実施形態に係る効果を達成することができる。

ここで、上記実施形態に係るプローブを用い、実際に測定を行い本発明の効果を確認した。以下具体的に説明する。

まず、直径０．８ｍｍの同軸ケーブルの内部導体（直径０．２ｍｍ）に電気的に接続されたベリリウム銅からなる第一の探針を２ｍｍ程露出し、第一の探針とした。次に、直径０．２ｍｍの銅線（材質）を、第一の探針の前面側において第一の探針と接触しないで覆う一方第一の探針の側部に並行して配置し、同軸ケーブルの外部導体にハンダにて電気的に接続し、補助導電体とした。この写真図を図１０に示しておく。

また、比較例として、上記補助導電体を接続しなかった以外は上記と同じく作成したプローブを作製し、上記と同様の構成として配置した。この図を図１１に示しておく。

そして、図１２は、距離（横軸）に対するインピーダンス（縦軸）を測定した結果を示す図である。なお横軸はプローブの軸方向に沿った距離を示している。本図で示すように、いずれのプローブにおいても同軸部分は概ね５０Ωを維持しており、補助導電体を設けたプローブでは同軸から先のシールドされた探針部分においてもインピーダンスを５３Ω程度に確保することができる一方、補助導電体を設けていないプローブでは同軸ケーブルから先の部分ではインピーダンスが急激に増加してしまっていることを確認できた。この結果、補助導電体を設けることによって、針先端部周辺を覆うことによるインピーダンス調整が容易になることを確認できた。

また一方で、上記補助導電体を設けたプローブを複数作成し、この複数のプローブを対抗させてインピーダンス測定を行った。この配置を図１３に、結果を図１４に示す。なお本図のグラフにおいて横軸は周波数を、縦軸はノイズを表している。この結果、補助導電体を設けている場合は設けていない場合に比べ１０〜２０ｄＢのノイズ低減を図ることが確認できた。これは１０^１０以上の性能向上といえる。

以上、本実施例によって本発明の効果を確認することができた。

本発明は、プローブ及びプローブカードとして産業上の利用可能性がある。

Claims (6)

1. 内部導体と、前記内部導体を覆う絶縁体と、前記絶縁体を覆う外部導体と、を備えた同軸ケーブルと、
   前記同軸ケーブルの前記内部導体に電気的に接続される第一の探針と、
   前記外部導体に電気的に接続され、かつ、前記第一の探針の前面側を覆うよう配置される補助導電体と、を備えるプローブ。
2. 前記第一の探針及び前記補助導電体の両側に配置され、前記外部導体に電気的に接続される一対の第二の探針と、を備える請求項１記載のプローブ。
3. 前記補助導電体と、前記第二の探針とを接続する接続用導電体を備える請求項２記載のプローブ。
4. 基板と、
   前記基板に固定される同軸ケーブル用コネクタと、
   内部導体と、前記内部導体を覆う絶縁体と、前記絶縁体を覆う外部導体と、を備えた前記同軸ケーブル用コネクタに接続される同軸ケーブルと、前記同軸ケーブルの前記内部導体に電気的に接続される第一の探針と、前記外部導体に電気的に接続され、かつ、前記第一の探針の前面側を覆うよう配置される補助導電体と、を備えるプローブと、を備えるプローブカード。
5. 前記プローブは、更に、前記第一の探針及び前記補助導電体の両側に配置され、前記外部導体に電気的に接続される一対の第二の探針と、を備える請求項４記載のプローブカード。
6. 前記プローブは、更に、前記補助導電体と前記第二の探針とを接続する接続用導電体を備える請求項４記載のプローブカード。