JP2018179934A - 電気的接続装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】プローブの角領域とプローブヘッドのガイド穴の内壁面との接触に起因するプローブの摩耗や損傷が抑制された電気的接続装置を提供する。【解決手段】ガイド穴２００を有し、ガイド穴２００の延伸方向に垂直な形状が、多角形状のコーナー部をＲ面取りした形状であるプローブヘッド２０と、ガイド穴２００を貫通した状態でプローブヘッド２０に保持されているプローブ１０とを備え、プローブ１０のガイド穴２００のコーナー部２００Ｃと対向する角領域に、プローブ１０の軸方向に沿った切り欠きが形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、被検査体の電気的特性の測定に使用される電気的接続装置に関する。
集積回路などの被検査体の電気的特性をウェハから分離しない状態で測定するために、被検査体に接触させるプローブを有する電気的接続装置が用いられている。プローブは、例えばプローブヘッドに形成されたガイド穴を貫通した状態で保持される（例えば、特許文献１参照。）。
プローブには、軸方向に垂直な断面の形状が多角形状であるものも使用される。例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の測定に、軸方向に垂直な断面の形状が四角形状であるプローブが使用されている。この場合、プローブの断面の形状に合わせてプローブヘッドのガイド穴の形状も四角形状に形成される。
特開２０１５−１１８０６４号公報
プローブヘッドに形成されるガイド穴の形状が多角形状である場合は、ガイド穴のコーナー部がＲ面取りされて形成されることが一般的である。このため、プローブの角領域がガイド穴のコーナー部の内壁面と接触し、プローブが摩耗したり破損したりするという問題があった。
上記問題点に鑑み、本発明は、プローブの角領域とプローブヘッドのガイド穴の内壁面との接触に起因するプローブの摩耗や損傷が抑制された電気的接続装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、ガイド穴を有し、ガイド穴の延伸方向に垂直な形状が、多角形状のコーナー部をＲ面取りした形状であるプローブヘッドと、ガイド穴を貫通した状態でプローブヘッドに保持されているプローブとを備え、プローブのガイド穴のコーナー部と対向する角領域に、プローブの軸方向に沿った切り欠きが形成されている電気的接続装置が提供される。
本発明によれば、プローブの角領域とプローブヘッドのガイド穴の内壁面との接触に起因するプローブの摩耗や損傷が抑制された電気的接続装置を提供できる。
本発明の実施形態に係る電気的接続装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る電気的接続装置のプローブの断面とプローブヘッドのガイド穴の形状を示す模式的な平面図である。 比較例のプローブの断面とプローブヘッドのガイド穴の形状を示す模式的な平面図である。 本発明の実施形態に係る電気的接続装置のプローブとプローブヘッドの例を示す模式図である。 他の比較例のプローブの断面とプローブヘッドのガイド穴の形状を示す模式的な平面図である。 本発明の実施形態に係る電気的接続装置のプローブの製造方法を説明するための模式的な工程図であり（その１）、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は断面図、図６（ｃ）は先端領域の斜視図である。 本発明の実施形態に係る電気的接続装置のプローブの製造方法を説明するための模式的な工程図であり（その２）、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は断面図、図７（ｃ）は先端領域の斜視図である。 本発明の実施形態に係る電気的接続装置のプローブの製造方法を説明するための模式的な工程図であり（その３）、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は断面図、図８（ｃ）は先端領域の斜視図である。 本発明の実施形態に係る電気的接続装置のプローブの製造方法を説明するための模式的な工程図であり（その４）、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は断面図、図９（ｃ）は先端領域の斜視図である。 本発明の実施形態に係る電気的接続装置のプローブの製造方法を説明するための模式的な工程図であり（その５）、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は断面図、図１０（ｃ）は先端領域の斜視図である。 本発明の実施形態に係る電気的接続装置のプローブの他の例を示す模式図であり、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＢ−Ｂ方向に沿った断面図である。 本発明の実施形態の変形例に係る電気的接続装置のプローブの断面とプローブヘッドのガイド穴の形状を示す模式的な平面図である。 本発明の実施形態の他の変形例に係る電気的接続装置のプローブの断面とプローブヘッドのガイド穴の形状を示す模式的な平面図である。
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各部の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。
本発明の実施形態に係る電気的接続装置１は、図１に示すように、プローブ１０と、プローブ１０を保持するプローブヘッド２０と、プローブヘッド２０が取り付けられた電極基板３０とを備える。電気的接続装置１は、被検査体２の電気的特性の測定に使用される垂直動作式プローブカードであり、被検査体２の測定時にプローブ１０の先端部が被検査体２の検査用パッド（図示略）と接触する。図１では、プローブ１０が被検査体２に接触していない状態を示している。測定時には、例えば被検査体２を搭載したチャック３が上昇して、プローブ１０の先端部が被検査体２に接触する。
プローブヘッド２０は、被検査体２に対向する第１主面２０１と電極基板３０に対向する第２主面２０２との間を貫通するガイド穴２００を有する。プローブ１０は、ガイド穴２００を貫通した状態でプローブヘッド２０に保持される。
図１に示すように、プローブヘッド２０の第２主面２０２から突出したプローブ１０の基端部が電極基板３０の下面に形成された電極パッド３１に接続する。電極パッド３１は、電極基板３０の内部に形成された電極配線（図示略）によって、電極基板３０の上面に配置された接続パッド３２と電気的に接続されている。接続パッド３２は、図示を省略するＩＣテスタなどの検査装置と電気的に接続される。プローブ１０を介して、検査装置によって被検査体２に所定の電圧や電流が印加される。そして、被検査体２から出力される信号がプローブ１０を介して検査装置に送られ、被検査体２の特性が検査される。
プローブ１０の軸方向と垂直な断面（以下において単に「断面」とおいう。）の形状は、多角形状である。ガイド穴２００の延伸方向に垂直な形状（以下において、「穴形状」という。）は、プローブ１０の断面の形状に対応した多角形状のコーナー部をＲ面取りした形状である。
図２に、プローブ１０の断面が四角形状である例を示した。プローブ１０の断面の形状に対応して、ガイド穴２００の穴形状は、Ｒ面取りしたコーナー部２００Ｃを４つ有する四角形状に近似した形状である。ガイド穴２００の穴形状を多角形状にする場合には、加工の問題などにより図２に示すようにガイド穴２００のコーナー部２００ＣがＲ面取りされるのが一般的である。例えば、一辺の長さが４０μｍの四角形状のガイド穴２００の場合には、８μｍの大きさでコーナー部２００ＣがＲ面取りされる。
図２に示すように、ガイド穴２００のコーナー部２００Ｃと対向する角領域に、プローブ１０の軸方向に沿って切り欠きが形成されている。図２に示した例では、プローブ１０に形成された切り欠きは、軸方向に垂直な断面において角領域を四角形状に切り取った形状である。
ところで、プローブ１０の断面の面積が大きいほど、プローブ１０に流す電流の許容量が大きくなる。プローブ１０の断面の面積が最大になるのは、角領域の頂点がガイド穴２００の円弧の頂点に接する場合である。例えば、図３に示すように角領域に切り欠きが形成されていない比較例のプローブ１０の場合に、断面の面積が最大になる。
しかし、図３に示した状態では、プローブ１０の角領域がガイド穴２００の内壁面に接触するため、プローブ１０が摩耗したり破損したりする。例えば、図４に示すようにプローブヘッド２０の内部でプローブ１０を弾性変形によって湾曲させた状態で保持している場合には、プローブ１０がガイド穴２００の内部で摺動するため、ガイド穴２００の内壁面との接触によってプローブ１０が摩耗しやすい。
なお、図４に示したプローブヘッド２０は、それぞれをプローブ１０が貫通するトップ部２１、上部ガイド部２４、下部ガイド部２５及びボトム部２３を有する。トップ部２１、上部ガイド部２４、下部ガイド部２５、及びボトム部２３は、それぞれプローブ１０を貫通させるガイド穴を有している。そして、プローブ１０の少なくともそれぞれのガイド穴のコーナー部と対向する角領域に、切り欠きが形成されている。プローブヘッド２０のトップ部２１とボトム部２３との間にスペーサ２２が配置され、中空領域２１０が構成されている。そして、同一のプローブ１０が通過するトップ部２１のガイド穴とボトム部２３のガイド穴の位置がずらして配置されている。このため、プローブ１０は弾性変形によって湾曲している。
図４に示したプローブヘッド２０では、被検査体２の測定を開始する時にプローブ１０の先端部が被検査体２と接触すると、中空領域２１０においてプローブ１０が座屈する。即ち、プローブ１０が撓み変形により更に大きく湾曲する。これにより、所定の圧力でプローブ１０が被検査体２に接触する。プローブ１０は弾性を有するため、測定が終了した後にプローブ１０と被検査体２とが非接触状態になると、プローブ１０は被検査体２に接触する前の形状に復帰する。
上記のように、図４に示したプローブヘッド２０に保持されるプローブ１０は、被検査体２の測定を開始する時及び終了した後に、ガイド穴２００の内部で摺動する。このため、図３に示した状態では、プローブ１０の角領域がガイド穴２００の内壁面と接触しやすい。
一方、図５に示す比較例のように、プローブ１０の断面の面積を小さくすることによって、プローブ１０とガイド穴２００の内壁面との接触を抑制することができる。しかし、プローブ１０の断面の面積を小さくすることにより、プローブ１０の電気抵抗が増大する。このため、プローブ１０に流す電流の許容量が減少し、被検査体２の測定に支障が生じる場合がある。
これに対し、図２に示したプローブ１０では角領域に切り欠きが形成されているため、ガイド穴２００のコーナー部２００Ｃとプローブ１０の角領域との距離が、図３の状態に比べて広くなっている。したがって、プローブ１０がガイド穴２００の内部で摺動する場合などでも、プローブ１０がガイド穴２００の内壁面と接触しない。このため、プローブ１０の摩耗や破損が抑制される。更に、図５に示した比較例よりも断面の面積の減少が小さいため、プローブ１０に流す電流の許容量を大きくできる。
また、プローブ１０がガイド穴２００の内壁面と接触した場合でも、プローブ１０の角領域に切り欠きが形成されていることにより、１つの角領域についてプローブ１０の複数の箇所がガイド穴２００の内壁面と接触する。このため、それぞれの接触箇所でのプローブ１０がガイド穴２００の内壁面と接触する圧力が低減される。したがって、プローブ１０の摩耗や破損が抑制される。
プローブ１０に形成する切り欠きの大きさは、プローブ１０の角領域がガイド穴２００のコーナー部２００Ｃと接触しない程度に設定することが好ましい。例えば、組み立て精度や、プローブ１０の位置や形状の経時変化などを考慮して、切り欠きの大きさを設定する。また、測定時におけるプローブ１０の位置や形状の変化なども考慮して、切り欠きの大きさを設定する。
また、図４に示したプローブヘッド２０に保持されるプローブ１０においては、ガイド穴２００の内部で摺動する際にプローブ１０のガイド穴２００のコーナー部２００Ｃと近接して対向する角領域に、少なくとも切り欠きが形成されていればよい。つまり、ガイド穴２００のコーナー部２００Ｃとの距離が大きいプローブ１０の角領域については、必ずしも切り欠きを形成しなくてもよい。これにより、図２に示したプローブ１０の断面の面積と比較すると、コーナー部２００Ｃと対向する角領域のすべてに切り欠きが形成されないことから、図２に示した実施例よりもプローブ１０の断面の面積の減少を小さくできる。このため、プローブ１０に流す電流の許容量を大きくできる。
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る電気的接続装置１によれば、プローブ１０の角領域に切り欠きを形成することにより、プローブ１０とガイド穴２００の内壁面との接触に起因するプローブ１０の摩耗や損傷を抑制することができる。更に、断面の面積の減少が小さいため、プローブ１０に流す電流の許容量の減少を抑制できる。
以下に、図６から図１０を参照して、本発明の実施形態に係る電気的接続装置１のプローブ１０の製造方法を説明する。なお、以下に述べるプローブ１０の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることはもちろんである。図６〜図１０において、図（ａ）は平面図であり、図（ｂ）は図（ａ）のＢ−Ｂ方向に沿った断面図である。図（ｃ）は、図（ａ）において破線で囲ったプローブ１０の先端領域Ｓの斜視図である。
先ず、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、支持基板１００の上面に、犠牲層１１０を形成する。犠牲層１１０は、プローブ１０の外縁形状に沿った形状である。後述するように、犠牲層１１０に囲まれた領域にプローブ１０の一部が形成される。犠牲層１１０には、銅メッキなどにより形成される。
次いで、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、犠牲層１１０の上面に、犠牲層１１０に囲まれた領域を埋め込むようにして、プローブ１０の一部として断面がＴ形状の部分１０ａを形成する。そして、部分１０ａの上面に、犠牲層１１０に囲まれた領域と対称にプローブ１０の残りの部分１０ｂを形成する。これにより、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、プローブ１０が形成される。
その後、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示すように、支持基板１００から犠牲層１１０を除去する。更に、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に示すように、支持基板１００からプローブ１０を剥離して、プローブ１０が完成する。
プローブ１０の材料には、例えばニッケル（Ｎｉ）合金などが使用される。なお、上記ではセミアディティブ法での製造方法を説明したが、サブトラクティブ法や、若しくはその複合プロセスによってプローブ１０を製造可能である。また、熱電解めっきや蒸着などのドライプロセスによってもプローブ１０の製造は可能である。
また、上記では平面視で湾曲している形状のプローブ１０について、製造方法を説明した。しかし、プローブ１０の形状が湾曲している場合に限られないことはもちろんであり、例えば図１１に示すように、プローブ１０が直線形状であってもよい。
＜変形例＞
プローブ１０に形成する切り欠きの形状は、任意に設定可能である。即ち、上記ではプローブ１０の切り欠きが角領域を四角形状に切り取った形状である例を示したが、切り欠きが他の形状であってもよい。例えば、図１２に示すように、切り欠きが、軸方向に垂直な断面において角領域を階段形状に切り取った形状であってもよい。図１２に示す形状の切り欠きによれば、図２に示した形状の切り欠きに比べて、プローブ１０の断面の面積を増大させることができる。そのため、プローブ１０に流す電流の許容量を増加させることができる。
或いは、図１３に示すように、プローブ１０の角領域を面取りして切り欠きを形成してもよい。これにより、プローブ１０とガイド穴２００のコーナー部２００Ｃとの接触を抑制し、且つ、プローブ１０の断面の面積の減少を抑制できる。
（その他の実施形態）
上記のように本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
例えば、上記では角領域に切り欠きを形成していない状態のプローブ１０の断面が四角形状である場合を示したが、プローブ１０の断面が他の多角形状であってもよい。例えば、プローブ１０の断面やガイド穴２００の穴形状が五角形状や六角形状の場合にも、軸方向に沿って切り欠きを角領域に形成することにより、プローブ１０の摩耗や破損を抑制することができる。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態などを含むことはもちろんである。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
１…電気的接続装置
２…被検査体
１０…プローブ
２０…プローブヘッド
３０…電極基板
２００…ガイド穴

Claims (7)

  1. ガイド穴を有し、前記ガイド穴の延伸方向に垂直な形状が、多角形状のコーナー部をＲ面取りした形状であるプローブヘッドと、
    前記ガイド穴を貫通した状態で前記プローブヘッドに保持されているプローブと
    を備え、前記プローブの前記ガイド穴の前記コーナー部と対向する角領域に、前記プローブの軸方向に沿った切り欠きが形成されていることを特徴とする電気的接続装置。
  2. 前記切り欠きが、前記軸方向に垂直な断面において前記角領域を四角形状に切り取った形状であることを特徴とする請求項１に記載の電気的接続装置。
  3. 前記切り欠きが、前記軸方向に垂直な断面において前記角領域を階段形状に切り取った形状であることを特徴とする請求項１に記載の電気的接続装置。
  4. 前記プローブの前記角領域を面取りして前記切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気的接続装置。
  5. 前記ガイド穴の延伸方向に垂直な形状が、前記コーナー部を４つ有する四角形状に近似した形状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
  6. 前記プローブが、前記プローブヘッドの内部で弾性変形によって湾曲させた状態で保持されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
  7. 前記プローブヘッドが、トップ部、上部ガイド部、下部ガイド部、及びボトム部を有し、
    前記トップ部、前記上部ガイド部、前記下部ガイド部、及び前記ボトム部は、それぞれ前記プローブを貫通させる前記ガイド穴を有し、
    前記プローブの少なくとも前記ガイド穴の前記コーナー部と対向する前記角領域に、前記切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
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