JP2019066449A - プローブヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 狭ピッチ化した高密度なプローブ群と配線パターンとの接続工程が不要であり、かつ、不規則的な配列にも対応できる高精度のプローブ先端配列を実現し、さらに、狭ピッチプローブ配列においても十分なオーバードライブ及び接触力が得られ、かつ、１ピン単位でのプローブ交換が容易で安価に実施可能なプローブヘッドを有するプローブカードを提供する。【解決手段】一端をプローブとし、他端を電気接続端子へ継続する連続した複数の導体パターンを、１つの絶縁フィルム上に整列固着させた配線フィルムであって、前記プローブ集合体の整列手段を有し、前記プローブのＺ方向転換手段とばね変形部形成手段として、前記プローブを前記配線フィルム平面上の導体パターンから任意の曲率半径Ｒを有する概略１／４円弧形状としたこと【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウエハ上に形成された複数の半導体チップの回路検査に使用するプローブカードに関し、特にプローブヘッドの構造に関するものである。

半導体回路の検査に用いるプローブカードは、半導体チップ上の端子パッド数の増加、パッド面積の縮小化、パッド間ピッチの狭小化に対応すべくプローブ配列の高密度化が要求されている。現在、最も狭ピッチパッドであり、かつ、多くの端子数を有するＩＣの例としては、主として液晶パネル駆動用に使用されるＩＣ（以下、ＬＣＤドライバＩＣ）である。特に、液晶の全画素に対応して信号を出力する端子パッド列においては、複数列の千鳥配列を用いた１５μｍ以下のパッド間ピッチで２０００端子を超える端子数のＩＣが開発され、さらなる高画質化に応じて狭ピッチかつ多ピン化の傾向にある。

また、デバイス特性の向上及び消費電力低減効果並びに省スペース化を目的として、シリコン貫通電極（ＴＳＶ）を使用して複数のＩＣチップを三次元に実装する技術が開発されている。代表的な例として、スマートフォンや画像機器等に使用される中央処理装置（ＣＰＵ）用ＩＣと複数の半導体メモリ（例えばＤＲＡＭ）をＴＳＶにて三次元実装したものが実用化されつつある。ＴＳＶを使用した三次元実装ＩＣでは、４０μｍピッチレベルの狭ピッチ格子状配列が特徴であり、ますます配列が困難なものとなっている。

一方、１個のチップ上にＣＰＵや複数の周辺回路を形成し、１チップでシステムを構成するＳｙｓｔｅｍ ｏｎ ａ ｃｈｉｐ（ＳＯＣ）では、その集積化が進み、多端子化と共に端子配列が不規則な配列である場合が多く、プローブの配列が困難なものとなってきている。

このように、小型かつ高機能となる次世代の半導体デバイスの共通課題である、端子の多ピン狭ピッチ化及び端子配列の多様化の要求に対応可能なプローブカード技術が要求されている。

プローブの接触によって確実な電気的接触を得るためには、プローブの機械的動作としてはプローブの先端が常に端子パッド内に適切な荷重で接触しなければならない。また、ＴＳＶを使用した三次元実装ＩＣ等では、プローブが接触する端子は銅バンプ等の比較的脆い材質で構成されているため、接触時の過度の荷重によるバンプ形状の変形や破壊などが問題となる。さらに回路上に構成されたパッドやバンプは、一般的にその高さにばらつきが存在するため、プローブの押し当てる量にばらつきが生じる。従って、これらのばらつきを吸収し、かつ、十分な接触力を保持するためには、プローブ先端の垂直方向移動量（オーバードライブ）を十分に確保されなければならない。これらの問題は、端子パッド数の増加、パッド面積の縮小化、パッド間ピッチの狭小化が進むほど困難なものとなってくる。

一方、プローブカードの運用時には、プローブの破損や過電流による溶解、長期的な使用による摩耗等が発生し、新たなプローブに交換する作業が頻繁に行われている。故障した１つ又は数個のみのプローブを交換することは、プローブ構造が微細、高密度になるほど技術的かつ経済的に困難なものとなってくる。

狭ピッチのパッド配列に対し効率的なプローブ組立方法としては、例えば特開２０１６−２０６１６０号公報で開示されているように、プローブの製造において、垂直プローブ部、プローブ変形部、プローブ導体パターン部、プローブ端子部を含む複数のプローブが導電性金属箔から一括微細加工され絶縁性フィルムに貼り付けて同一平面上に配置されたプローブ集合体であって、プローブ集合体のプローブ垂直部先端の間隔が、検査パッド列の何れかのパッド間隔と同一であり、一つのプローブ集合体における全てのプローブ外形が、一つの導電性金属箔から連続して加工される手段を有するものである。

特開２０１６−２０６１６０号公報

しかしながら、特開２０１６−２０６１６０号公報で開示されている方法によれば、プローブ配列が狭ピッチになればなるほど、プローブ変形部形状によっては変形可動空間が制限され、隣接するプローブ変形部間での接触が生じる恐れがあり、十分なオーバードライブが確保されず、均一かつ十分な接触力が保持できないという問題が生じてくる。

また、パッド配列が直線状や規則的な格子配列ではなく、不規則な配列の場合、シート状のプローブ集合体の枚数を増やさざるを得ず、シート数に対するプローブ配列及び配線が比効率的になるという問題が生じてくる。

さらに、１つのプローブ先端に破損や摩耗・溶解等が生じた場合、当該プローブを含むプローブ集合体のフィルム全部を交換することになり、プローブ交換に要するコストが増加するという問題が生じてくる。

本発明は、上記プローブカードにおける問題点を解決するためになされたもので、狭ピッチプローブ配列においても十分なオーバードライブ及び接触力が得られ、不規則的な配列にも対応できる高精度なプローブ先端配列を実現し、かつ、１ピン単位でのプローブ交換が容易で安価に実施可能なプローブヘッドを提供するものである。

本発明は、一端をプローブとし、他端を電気接続端子へ継続する連続した複数の導体パターンを、１つの絶縁フィルム上に整列させた配線フィルムであって、前記プローブ集合体の整列手段と、前記プローブのＺ方向転換手段とばね変形部形成手段を有しているため、狭ピッチ化した高密度なプローブ群と配線パターンとの接続工程が不要であり、高精度のプローブ先端配列を実現する安価なプローブカードを供給することが可能となる。

また、本発明は、前記プローブ先端のＺ方向転換手段とばね変形部形成手段として、前記プローブを前記配線フィルム平面（ＸＹ平面）上の導体パターンから任意の曲率半径Ｒを有する概略１／４円弧形状としたため、高密度なプローブ群であってもプローブごとに変形空間が確保され、十分なオーバードライブを有するプローブを実現することができる。

また、本発明は、前記プローブ先端部を含む直線部又は円弧接線の方向が、Ｚ軸に対し円弧中心側に任意の角度で傾斜している手段を有するため、オーバードライブ、接触力及びスクラブ量が制御可能なプローブを実現することができる。

また、本発明は、１つの前記配線フィルムにおける前記プローブを形成する全ての円弧中心のＹＺ平面における座標値が同一である手段を有するため、直線配列のプローブ集合体を精度良く容易に構成することができる。

また、本発明は、１つの前記配線フィルムにおける前記プローブを形成する全ての円弧中心のＹＺ平面におけるＺ座標値が同一であり、かつ、１つ又は複数の円弧中心のＹＺ平面におけるＹ座標値が異なる手段を有するため、不規則的な配列のプローブ集合体を精度良く容易に構成することができる。

また、本発明は、複数の前記配線フィルムを積層し、かつ、各々の前記配線フィルムの前記プローブ先端のＸＹ平面におけるＹ座標値が異なる位置に固定する手段を有するため、格子状配列を含む複数の直線配列のプローブ集合体を精度良く容易に構成することができる。

また、本発明は、前記プローブ円弧形状部を含む複数の前記配線フィルムをＺ方向に積層した配線フィルム積層体であって、前記プローブ先端のＹ方向距離が最小である隣接した２つの前記配線フィルムにおいて、第１の前記プローブ円弧形状部の内径円と、第２の前記プローブ円弧形状部の外径円との共通接線角度を、前記第１及び第２のプローブを含む全ての前記配線フィルム積層体の積層角度の一部とする手段を有するため、多層型配線フィルムであっても、プローブの動作が均一であるプローブカードを実現することが可能である。

また、本発明は、１つの前記配線フィルムと同一平面上の前記プローブ集合体近傍に、前記導体パターンと同一材質又は類似材質で形成された位置決め用穴を有するダミーパターンを設け、ハウジングに前記ダミーパターン上に設置した前記位置決め穴と同一ピッチの固定用穴を設置する手段を有するため、高密度なプローブ群であっても組立の容易なプローブカードを実現することができる。

さらに、本発明は、１つの第１の前記配線フィルムの１つ又は複数の導体パターン形状と同一の導体パターンと、前記導体パターンと同一材質又は類似材質で形成された位置決め用穴を有するダミーパターンとを有する第２の配線フィルムであって、前記第１の配線フィルムに設置された位置決め用穴と同一のピッチで設置された前記位置決め用穴を有する予備配線フィルムを、１つの前記第１の配線フィルムを既に搭載した前記プローブヘッドに、前記予備配線フィルムの前記位置決め穴を用い、前記ハウジングの前記固定用穴に前記第１の配線フィルムと共に固定する手段を有するため、限定されたプローブの交換を容易に実現することが可能となる。

本発明のプローブカードによれば、一端をプローブとし、他端を電気接続端子へ継続する連続した複数の導体パターンを、１つの絶縁フィルム上に整列させた配線フィルムであって、前記プローブ集合体の整列手段を有し、前記プローブのＺ方向転換手段とばね変形部形成手段として、前記プローブを前記配線フィルム平面上の導体パターンから任意の曲率半径Ｒを有する概略１／４円弧形状としているため、狭ピッチ化した高密度なプローブ群と配線パターンとの接続工程が不要であり、かつ、不規則的な配列にも対応できる高精度のプローブ先端配列を実現するプローブカードであり、さらに、狭ピッチプローブ配列においても十分なオーバードライブ及び接触力が得られ、かつ、１ピン単位でのプローブ交換が容易で安価に実施可能なプローブヘッドを有するプローブカードを提供するものである。

本発明によるプローブヘッドを備えたプローブカードの基本構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態であるプローブヘッドの基本構造を示す斜視図である。 本発明の実施形態である多層型プローブヘッドの基本構造を示す斜視図である。 本発明の実施形態であるプローブの基本形状を示す側面図である。 本発明の実施形態であるプローブの基本形状を示す側面図である。 本発明の実施形態であるプローブの積層例を示す側面図である。 本発明の実施形態である不規則端子配列用プローブヘッドの基本構造を示す斜視図である。 本発明の実施形態である予備配線フィルムの形状を示す斜視図である。 本発明の実施形態である予備配線フィルムの動作を示す図である。 本発明の実施形態である予備配線フィルムの動作を示す側面図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態におけるプローブヘッドを搭載するプローブカードの基本構成を示す斜視図である。図１において、１は本発明の実施の形態に係るプローブカードで、半導体ウエハ６０に作製された被検査半導体チップ６１の検査に使用するためのものである。前記プローブカード１は、主としてプローブヘッド１００と主基板５０と配線フィルム２０で構成され、前記プローブヘッド１００は前記被検査半導体チップ６１の電気端子パッド６２の配列に等しく並べられたプローブ集合体２００を形成し、前記主基板５０は、一般的には絶縁材（例えばＦＲ−４等）を基材とした多層配線基板であり、図示例の如く円形型のものや矩形型のものがある。前記前記主基板５０上には、前記主基板５０内の回路と接続する接続端子５１や、周辺部に外部検査装置（図示せず）とのインターフェース部５４が設置され、外部検査装置との検査信号の授受を行う。前記配線フィルム２０は前記プローブ集合体と前記接続端子５１又は前記インターフェース部５４を接続する配線パターン部２３を形成する。

図２は、本発明の実施の形態におけるプローブヘッドの基本構成を示す斜視図である。被検査対象である電極端子パッド６３は、端子パッド＃ａ１乃至＃ａ１８及び＃ｂ１乃至＃ｂ１８の２列の直線状の端子パッド列で構成されている。本図は、プローブヘッド１０１において、ハウジング１１上に２つの相対する前記配線フィルム２０（２０ａ、２０ｂ）を設置し、前記配線フィルム２０ａは前記端子パッド＃ａ１乃至＃ａ１８に対応し、前記配線フィルム２０ｂは前記端子パッド＃ｂ１乃至＃ｂ１８に対応した例を示すものである。

前記配線フィルム２０は、例えばポリイミドフィルム等の絶縁フィルム２６上に、銅又はニッケル等の導電性金属材により作製された複数の導体パターン２１を形成するものである。前記導体パターン２１は、前記導体パターン２１の一端を１つ又は複数のプローブ２２とし、他端を前記接続端子５１又は前記インターフェース部５４へ継続する１つ又は複数の前記配線パターン部２３を構成する。

前記配線フィルム２０ａ及び２０ｂにおいて、それぞれ前記プローブ２２は、予め前記端子パッド＃ａ１乃至＃ａ１８及び＃ｂ１乃至＃ｂ１８のＸ方向ピッチに合致する間隔で設置された複数のプローブ２２−１乃至２２−１８で構成され、前記配線フィルム２０ａ及び２０ｂ上に設けられたダミーパターン２４に基準穴２５を設置し、前記配線フィルム２０ａ及び２０ｂを前記ハウジング１１上に設けられた取付穴１４に固定ピン１５によって固定することにより、プローブ集合体２０１を形成する。このとき、前記プローブ２２−１乃至２２−１８の先端が端子パッド＃ａ１乃至＃ａ１８及び＃ｂ１乃至＃ｂ１８のＹ方向ピッチに合致する間隔で固定されるべく、予め前記取付穴１４及び基準穴２５の位置を決定するものである。

一方、前記ハウジング１１は取付穴１２を設け、固定ねじにより前記主基板５０に固定される。さらに、前記配線パターン部２３においては、前記主基板５０上の例えば前記接続端子５１に半田５３にて半田接続し、スルーホール５２を経由して前記主基板５０内の回路と接続するものである。

本図では前記配線パターン部２３の一部のみを例示したが、前記プローブ２２−１乃至２２−１８から継続される全ての前記配線パターン部２３が、予め指定された前記接続端子５１又は前記インターフェース部５４の何れかと接続するものである。

図３は、プローブヘッド１０２において、ハウジング１１上に２つ以上の前記配線フィルム２０をＺ方向に積層した配線フィルム積層体３００を構成し、電極端子パッド６４に対応すべくプローブ集合体２０２を形成した例を示すものである。被検査対象である前記電極端子パッド６４は、端子パッド＃ａ１−１乃至＃ａ５−１８及び＃ｂ１−１乃至＃ｂ５−１８の１８×１０列の格子状配列の端子パッド列で構成されている。

１つの配線フィルム２０ａ−１は、例えばポリイミドフィルム等の絶縁フィルム２６１上に、銅又はニッケル等の導電性金属材により作製された複数の導体パターン２１を形成するものである。前記導体パターン２１は、前記導体パターン２１の一端を１つ又は複数の前記プローブ２２とし、他端を前記接続端子５１又は前記インターフェース部５４へ継続する１つ又は複数の前記配線パターン部２３を構成する。配線フィルム２０ａ−１は、前記端子パッド＃ａ１−１乃至＃ａ１−１８に対応するためのものである。

前記配線フィルム２０ａ−１乃至２０ａ−５及び２０ｂ−１乃至２０ｂ−５において、それぞれ前記プローブ２２は、予め前記端子パッド＃ａ１−１乃至＃ａ５−１８及び＃ｂ１−１乃至＃ｂ５−１８のＸ方向ピッチに合致する間隔で設置された複数のプローブ２２−１乃至２２−１８で構成され、前記配線フィルム２０ａ−１乃至２０ａ−５及び２０ｂ−１乃至２０ｂ−５上に設けられたダミーパターン２４に基準穴２５を設置し、前記配線フィルム２０ａ−１乃至２０ａ−５及び２０ｂ−１乃至２０ｂ−５を前記ハウジング１１上に設けられた取付穴１４に固定ピン１５によって固定することにより、前記プローブ集合体２０２を形成する。

このとき、前記配線フィルム２０ａ−１乃至２０ａ−５及び２０ｂ−１乃至２０ｂ−５における前記プローブ２２−１乃至２２−１８の先端が前記端子パッド＃ａ１−１乃至＃ａ５−１８及び＃ｂ１−１乃至＃ｂ５−１８のＹ方向ピッチに合致する間隔で固定されるべく、予め前記取付穴１４及び各々の配線フィルムの基準穴２５の位置を決定する。

一方、前記ハウジング１１は取付穴１２を設け、固定ねじにより前記主基板５０に固定される。

さらに、前記配線フィルム２０ａ−１乃至２０ａ−５及び２０ｂ−１乃至２０ｂ−５における全ての前記配線パターン部２３においては、前記主基板５０上の例えば前記接続端子５１に半田５３にて半田接続し、スルーホール５２を経由して前記主基板５０内の回路と接続するものである。

例えば、前記配線フィルム２０ａ−１における配線パターン部２３ａ−１は接続端子群５１ａ−１へ、前記配線フィルム２０ａ−２における配線パターン部２３ａ−２は接続端子群５１ａ−２へ、予め指定された前記接続端子５１へ接続すべく前記配線パターン部２３のパターン形状を決定するものである。

図では前記配線パターン部２３の一部のみを例示したが、前記プローブ２２−１乃至２２−１８から継続される全ての前記配線パターン部２３が、予め指定された前記接続端子５１又は前記インターフェース部５４の何れかと接続するものである。

図４は、本発明の実施の形態におけるプローブの基本形状を示す側面図である。図４（ａ）は、前記ハウジング１１上に固定された前記配線フィルム２０上の前記導体パターン２１の一端に形成された前記プローブ２２近傍を表すものである。２２１は前記プローブ２２のプローブ先端部、２２２は前記プローブ２２のばね変形部である。

図４（ａ）に示すように、前記ばね変形部２２２は、前記プローブ２２を前記配線フィルム２０平面（ＸＹ平面）上の前記導体パターン２１から、曲率半径Ｒ１を有する１／４円弧形状とし、前記プローブ先端部２２１がＸＹ平面に対し垂直に、すなわちθ１＝９０°となるべく方向転換したものである。

図４（ｂ）は、図４（ａ）における前記プローブ２２の動作を説明する図である。前記プローブ先端部２２１が、前記被検査半導体６１の前記電極端子パッド６２と接触を開始すると、前記プローブ先端部２２１に荷重Ｆ１が負荷され、前記プローブ先端部２２１が−Ｚ方向にオーバードライブ量Ｄ１だけ移動する。このとき、前記プローブ先端部に接し、前記ＸＹ平面に垂直な保持具１６を設置することにより、前記プローブ先端部２２１の動作方向が−Ｙ方向に拘束されることになり、前記プローブ先端部２２１が確実にＺ方向上下に動作させることが可能である。荷重Ｆ１が負荷されると、初期に設定した曲率半径Ｒ１は縮小し、曲率半径中心Ｃ１からＣ２に移動し曲率半径Ｒ２へと変化する。

図５は、本発明の実施の形態におけるプローブ形状を示す側面図である。図４と同様に、図５（ａ）において、前記ハウジング１１上に固定された前記配線フィルム２０上の前記導体パターン２１の一端に形成された前記プローブ２２近傍を表す。２２１は前記プローブ２２のプローブ先端部、２２２は前記プローブ２２のばね変形部である。

図５（ａ）に示すように、前記ばね変形部２２２は、前記プローブ２２を前記配線フィルム２０平面（ＸＹ平面）上の前記導体パターン２１から、曲率半径Ｒ１を有する概略１／４円弧形状としたものであるが、図４（ａ）と異なる点は、前記プローブ先端部２２１がＸＹ平面に対し垂直な方向からθ２だけ＋Ｙ方向に傾斜しているものである。

図５（ｂ）は、図５（ａ）における前記プローブ２２の動作を説明する図である。前記プローブ先端部２２１が、前記被検査半導体６１の前記電極端子パッド６２と接触を開始すると、前記プローブ先端部２２１に荷重Ｆ２が負荷され、前記プローブ先端部２２１が−Ｚ方向にオーバードライブ量Ｄ２だけ移動する。荷重Ｆ２に伴い前記プローブ先端部２２１には、−Ｚ方向への応力と共に、前記ばね変形部２２２の円弧形状により反時計回りのモーメントＭ１が加わり、−Ｙ方向へも移動することになる。これは、前記電極端子パッド６２上では横滑り量（スクラブ量）Ｓ１となって表れてくる。

本実施例では、前記プローブ先端部２２１は初期的にθ２だけ＋Ｙ方向に傾斜しているため、前記プローブ先端部２２１の位置は、初期的に垂直、すなわちθ２＝０のときに比較して小さなスクラブ量Ｓ１とすることができる。

前記プローブ２２の挙動、すなわち前記ばね変形部２２２のばね変形による前記プローブ先端部２２１の挙動は、前記電極端子パッド６２に対する接触力Ｆ、前記電極端子パッド６２と接触を開始してからの−Ｚ方向の移動量（オーバードライブ量）Ｄ、前記電極端子パッド６２と接触を開始してからの±Ｙ方向の移動量（スクラブ量）Ｓの３つのパラメータがあり、これらのパラメータを適切に選択可能なプローブが要求される。

本実施例によれば、接触力Ｆ及びオーバードライブ量Ｄは、主として前記ばね変形部２２２の円弧形状の曲率半径Ｒに依存し、スクラブ量Ｓは、主として前記プローブ先端部２２１の初期的傾斜θ２に依存するものであり、これらを適切に選択することにより、安定した挙動を有するプローブが供給できる。

図６は、複数の前記配線フィルム２０をＺ方向に積層したときの最良の実施方法を示した図である。図３における複数の前記配線フィルム２０を積層した配線フィルム積層体３００により、格子状の電極端子パッド６４に対応するプローブ集合体２０２を形成した例を示した。このとき、前記配線フィルム２０を積層することによる前記プローブ２２の形状が均一でなくなるという懸念が生じる。

図６（ａ）に示すように、同一の厚さの導電パターン２１と絶縁フィルム２６を有する２つの配線フィルム２０ａを積層すると、２つの前記配線フィルム２０ａのプローブ先端部２２１の先端位置に、前記導電パターン２１と前記絶縁フィルム２６ｄの厚さの合計に相当する差ｄが生じる。これにより、２つの前記配線フィルム２０ａにおける前記プローブ先端部２２１の前記電極端子パッド６２へ接触を開始する時間に差が生じ、均一なプローブ動作の妨げになる。プローブ先端位置を同一にするためには、前記プローブ先端部２２１の長さを配線フィルムごとに変える必要があり、生産性を悪くする原因になる。

図６（ｂ）に、同一の前記プローブ先端部２２１及び同一の前記ばね変形部２２２を維持したまま、２つの前記配線フィルム２０を積層する方法を示す。

図６（ｂ）に示すように、Ｃａを曲率半径中心とする前記配線フィルム２０ａとＣｂを曲率半径中心とする前記配線フィルム２０ｂが、前記プローブ先端部２２１のＹ方向ピッチがＹｐとなるべく積層した。本実施例では、２つの前記配線フィルム２０ａ及び２０ｂにおけるプローブ２２ａと２２ｂとの電気的短絡を防ぐため、前記絶縁フィルム２６が前記プローブ２２の少なくとも前記ばね変形部２２２の一部にも設置した例を示す。

図６（ｂ）において、曲率半径中心Ｃａの前記配線フィルム２０ａにおける前記導体パターン２１ａの円弧形状部内径半径Ｒｉｎと、曲率半径中心Ｃｂの前記配線フィルム２０ｂにおける前記絶縁フィルム２６ｂの円弧形状部外径半径Ｒｏｕｔとの共通接線をＬｃ、その水平方向に対する角度をθ３とすると、２つの前記配線フィルム２０ａ及び２０ｂが接触を開始する点Ｃｓから、角度θ３を維持しながら共通接触部Ｃｏｍを延長部とし、ＸＹ平面上の前記配線フィルム２０ａ及び２０ｂに継続する。

この方法により、同一の長さの前記プローブ先端部２２１及び同一の曲率半径と同一の曲率範囲θｍを有する前記ばね変形部２２２を維持したまま、２つの前記配線フィルム２０を積層することが可能となる。

図６（ｃ）は、前述した積層方法を、２つ以上の前記配線フィルムの積層に適用した例を示す。

６枚の配線フィルム２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆを、相当するプローブ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆが図示のようなＹ方向ピッチとなるべく積層した。前記プローブ２２ａと２２ｂと２２ｃの組、及び前記プローブ２２ｄと２２ｅと２２ｆの組がそれぞれ小間隔Ｙｐ１で、前記プローブ２２ｃと２２ｄの間隔がＹｐ１より大きな間隔Ｙｐ２で配列されている。小間隔Ｙｐ１で配列された前記プローブにおける共通接触部Ｃｏｍを延長部とし、各々の前記配線フィルム２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆに継続するものである。前記配線フィルム２０ｃと２０ｄとの間には、スペーサ２０Ｓを設置し、間隔Ｙｐ２を維持することができる。

図７は、本発明の実施の形態におけるプローブヘッドの基本構成を示す斜視図である。プローブヘッド１０３は、電極端子パッド６５の端子配列に適応するプローブ集合体２０３を構成する手段を説明するものである。

図７（ａ）において、前記プローブヘッド１０３は、ハウジング１１上に２つの相対する前記配線フィルム２０（２０ｃ、２０ｄ）を設置した例を示すものである。前記配線フィルム２０は、例えばポリイミドフィルム等の絶縁フィルム２６上に、銅又はニッケル等の導電性金属材により作製された複数の導体パターン２１を形成するものである。前記導体パターン２１は、前記導体パターン２１の一端を１つ又は複数のプローブ２２とし、他端を前記接続端子５１又は前記インターフェース部５４へ継続する複数の前記配線パターン部２３を構成する。

被検査対象である前記電極端子パッド６５は、端子パッド＃ｃ１乃至＃ｃ１８及び＃ｄ１乃至＃ｄ１８の３６個で構成されている。前記端子パッド＃ｃ１乃至＃ｃ１８はＸ方向の端子パッド列６５−１乃至６５−３のいずれかに、前記端子パッド＃ｄ１乃至＃ｄ１８はＸ方向の端子パッド列６５−４乃至６５−６のいずれかに端子パッドが配置され、不規則な端子パッド配列を構成するものである。

前記配線フィルム２０ｃ及び２０ｄにおいて、それぞれ前記プローブ２２は、予め前記端子パッド＃ｃ１乃至＃ｃ１８及び＃ｄ１乃至＃ｄ１８のＸ方向ピッチに合致する間隔で設置された複数のプローブ２２−１乃至２２−１８で構成されている。一方、前記プローブ２２のＹ方向の位置は、各々の端子パッドのＹ方向位置に合致すべく予め決定される。

図７（ｂ）は、前記配線フィルム２０ｃにおける前記プローブ２２のＹ方向の位置関係を示した側面図である。図７（ｂ）において、例えば前記配線フィルム２０ｃにおける前記プローブ２２−１は、その先端が前記端子パッド列６５−１上に配置された前記端子パッド＃ｃ１に合致すべく、ＹＺ平面上における曲率半径中心座標Ｃ１を予め決定する。また、前記配線フィルム２０ｃにおける前記プローブ２２−３は、その先端が前記端子パッド列６５−２上に配置された前記端子パッド＃ｃ３に合致すべく、ＹＺ平面上における曲率半径中心座標Ｃ２を予め決定する。さらに、前記配線フィルム２０ｃにおける前記プローブ２２−１１は、その先端が前記端子パッド列６５−３上に配置された前記端子パッド＃ｃ１１に合致すべく、ＹＺ平面上における円弧中心座標Ｃ３を予め決定する。

このように、１つの前記配線フィルムにおける前記プローブを形成する全ての円弧中心のＹＺ平面におけるＺ方向座標値が同一であり、かつ、１つ又は複数の円弧中心のＹＺ平面におけるＹ方向座標値が異なり、対象となる被検査半導体端子のＹ方向ピッチと等しく設定することができる。

さらに、図７（ａ）において、前記配線フィルム２０ｃ及び２０ｄ上に設けられたダミーパターン２４に基準穴２５を設置し、前記配線フィルム２０ｃ及び２０ｄを前記ハウジング１１上に設けられた取付穴１４に固定ピン１５によって固定することにより、前記プローブ集合体２０３を形成する。このとき、前記プローブ２２−１乃至２２−１８の先端が電極端子パッド６５のＹ方向ピッチに合致する間隔で固定されるべく、予め前記取付穴１４及び基準穴２５の位置を決定するものである。

一方、前記ハウジング１１は取付穴１２を設け、固定ねじにより前記主基板５０に固定される。さらに、前記配線パターン部２３においては、前記主基板５０上の例えば前記接続端子５１に半田５３にて半田接続し、スルーホール５２を経由して前記主基板５０内の回路と接続するものである。

図８は、本発明の実施の形態における予備配線フィルムの形状を示す斜視図である。図８において、予備配線フィルム３０は、例えばポリイミドフィルム等の絶縁フィルム３６上に、銅又はニッケル等の導電性金属材により作製された複数の導体パターン３１を形成するものである。前記導体パターン３１は、前記導体パターン３１の一端を１つ又は複数のプローブ３２とし、他端を前記接続端子５１又は前記インターフェース部５４へ継続する１つ又は複数の前記配線パターン部３３を構成する。

予備配線フィルム３０は、前記配線フィルム２０ａにおける１つ又は複数の前記プローブ２２を補完する目的で設置されるもので、図８は、前記配線フィルム２０ａにおける前記プローブ２２−９乃至２２−１２を補完する例を示すものである。

予備配線フィルム３０において、前記配線フィルム２０ａにおける前記プローブ２２−９乃至２２−１２に相当するプローブ３２−９乃至３２−１２で構成され、前記配線フィルム２０ａにおける前記配線パターン部２３−９乃至２３−１２に相当する配線パターン部３３−９乃至３３−１２を構成する。前記予備配線フィルム３０上には、ダミーパターン３４に基準穴３５を設置している。このとき、前記基準穴３５と前記プローブ２２−９乃至２２−１２、及び前記配線パターン部３３−９乃至３３−１２とのＸＹＺ各方向における位置関係は同一であるものとする。例えば、前記基準穴３５の中心と前記プローブ３２−９までのＸ方向距離Ｘｐは、前記配線フィルム２０ａにおける前記基準穴２５の中心と前記プローブ２２−９までのＸ方向距離と等しく設定されている。

図９は、本発明の実施の形態における前記予備配線フィルム３０の動作を示す図である。例として、前記配線フィルム２０ａにおける前記プローブ２２の内、前記プローブ２２−１０のみに溶解等の修理不能な破損が生じた場合について説明する。

図９（ａ）において、前記予備配線フィルム３０における前記プローブ３２−９、３２−１１、３２−１２のプローブ部及び、前記配線パターン部３３−９、３３−１１、３３−１２の前記接続端子５１等に接続する先端部を、レーザ等により予め切断しておく。

図９（ｂ）で示すように、前記予備配線フィルム３０を、前記配線フィルム２０ａと共に、前記配線フィルム２０ａの前記基準穴２５と前記配線フィルム３０の前記基準穴３５により、前記ハウジング１１の前記取付穴１４に前記固定ピン１５で固定することにより、前記予備配線フィルム３０における前記プローブ３２−１０が、前記配線フィルム２０ａにおける前記プローブ２２−１０の位置に設置され、前記予備配線フィルム３０における前記配線パターン部３３−１０が、前記配線フィルム２０ａにおける前記配線パターン部２３−１０の位置に設置される

図１０は、図９（ｂ）の部分側面図を示す。図１０に示すように、破損が生じた前記プローブ２２−１０の先端部２２１の代わりに、前記プローブ３２−１０の先端部３２１により、電極端子パッド６５に接触させることができる。一方、前記配線パターン部３３−１０の先端部を前記接続端子５１に半田５３により接続することにより、新たな信号接続回路を形成することができる。

図９の例では、前記予備配線フィルム３０におけるプローブ及び配線パターンは４本としたが、予め設置する数はこれに限らない。また、全プローブに対応可能とするために、前記配線フィルム２０ａにおける区分（例えばプローブ２２−１乃至２２−４の組合せ、プローブ２２−５乃至２２−８の組合せ等）に対応する前記予備配線フィルム３０を予め準備しておくことが可能である。また、各種の組合せによる前記予備配線フィルム群は、１つの同一の絶縁フィルム上に同時に配置し作製することが可能であるため、安価に作製することが可能である。

さらに、前記プローブ２２−１０の先端部２２１と、前記プローブ３２−１０の先端部３２１とを精度よく合致させるために、前記予備配線フィルム３０における前記プローブ３２の先端部３２１の長さ、又は曲率半径Ｒ１を予め調整しておくことも可能である。

以上説明した実施形態により、本発明のプローブカードによれば、一端をプローブとし、他端を電気接続端子へ継続する連続した複数の導体パターンを、１つの絶縁フィルム上に整列させた配線フィルムであって、前記プローブ集合体の整列手段を有し、前記プローブのＺ方向転換手段とばね変形部形成手段として、前記プローブを前記配線フィルム平面上の導体パターンから任意の曲率半径Ｒを有する概略１／４円弧形状としているため、狭ピッチ化した高密度なプローブ群と配線パターンとの接続工程が不要であり、かつ、不規則的な配列にも対応できる高精度のプローブ先端配列を実現するプローブカードであり、さらに、狭ピッチプローブ配列においても十分なオーバードライブ及び接触力が得られ、かつ、１ピン単位でのプローブ交換が容易で安価に実施可能なプローブヘッドを有するプローブカードを提供するものである。

半導体ウエハにおける多ピン狭ピッチ検査端子を有する半導体の電気的検査に使用するプローブカードに利用することができる。

１ プローブカード
１１ ハウジング
１２、１４ 取付穴
１３ 固定ねじ
１５ 固定ピン
１６ 保持具
１００、１０１、１０２、１０３ プローブヘッド
２０ 配線フィルム
２０Ｓ スペーサ
２００、２０１、２０２、２０３ プローブ集合体
２１、３１ 導体パターン
２２、３２ プローブ
２２１、３２１ プローブ先端部
２２２、３２２ ばね変形部
２３、３３ 配線パターン部
２４、３４ ダミーパターン
２５、３５ 基準穴
２６、２６１、３６ 絶縁フィルム
３０ 予備配線フィルム
３００ 配線フィルム積層体
５０ 主基板
５１ 接続端子
５２ スルーホール
５３ 半田
５４ インターフェース部
６０ 半導体ウエハ
６１ 被検査半導体
６２、６３、６４、６５ 電極端子パッド

Claims (14)

1. 被検査半導体端子に垂直方向（Ｚ方向）に接触するプローブ集合体を整列固定させたプローブカードにおいて、一端をプローブとし、他端を電気接続端子へ継続する１つ又は複数の導体パターンを、１つの絶縁フィルム上に整列固着させた配線フィルムであって、前記プローブ集合体の整列手段と、前記プローブ先端のＺ方向転換手段とばね変形部形成手段とを有することを特徴とするプローブヘッド
2. 前記プローブ先端のＺ方向転換手段であって、前記プローブを前記配線フィルム平面（ＸＹ平面）上の導体パターンから任意の曲率半径Ｒを有する概略１／４円弧形状としたことを特徴とする請求項１記載のプローブヘッド
3. 前記プローブの円弧形状部の先端を前記プローブ先端部とし、前記円弧形状部の一部又は全部を前記ばね変形部形成手段としたことを特徴とする請求項１記載のプローブヘッド
4. 前記円弧形状部を有する前記プローブであって、前記円弧形状部の外周部の一部に接し、前記ＸＹ平面に垂直な保持具を設けたことを特徴とする請求項１記載のプローブヘッド
5. 前記円弧形状部を有する前記プローブであって、前記プローブ先端部を含む直線部又は円弧接線の方向が、Ｚ軸に対し円弧中心側に任意の角度で傾斜していることを特徴とする請求項１記載のプローブヘッド
6. 前記円弧形状部を有する前記プローブであって、１つの前記配線フィルムにおける前記プローブを形成する全ての円弧中心のＹＺ平面における座標値を同一として、前記プローブ先端が１つの直線配列を形成することを特徴とする請求項１記載のプローブヘッド
7. 前記円弧形状部を有する前記プローブであって、１つの前記配線フィルムにおける前記プローブを形成する全ての円弧中心のＹＺ平面におけるＺ座標値が同一であり、かつ、１つ又は複数の円弧中心のＹＺ平面におけるＹ座標値が異なることを特徴とする請求項１記載のプローブヘッド
8. 請求項７記載の前記配線フィルムであって、円弧中心のＹ座標値が異なる前記プローブ先端のＹ方向ピッチが、対象となる被検査半導体端子のＹ方向ピッチと等しいことを特徴とする請求項１記載のプローブヘッド
9. 請求項６記載の前記配線フィルムであって、複数の前記配線フィルムをＺ方向に積層し、かつ、各層の前記配線フィルムの前記プローブ先端のＸＹ平面におけるＹ座標値が異なる位置に配置することにより、格子状配列を含む複数の直線配列を形成したことを特徴とする請求項１記載のプローブヘッド
10. 前記プローブ円弧形状部を含む複数の前記配線フィルムをＺ方向に積層した配線フィルム積層体であって、前記プローブ先端のＹ方向距離が最小である隣接した２つの前記配線フィルムにおいて、第１の前記プローブ円弧形状部の内径円と、第２の前記プローブ円弧形状部の外径円との共通接線角度を、前記第１及び第２のプローブを含む全ての前記配線フィルム積層体の積層角度の一部としたことを特徴とする請求項１記載のプローブヘッド
11. １つの前記配線フィルムと同一平面上の前記プローブ集合体近傍に、前記導体パターンと同一材質又は類似材質で形成された位置決め用穴を有するダミーパターンを設けたことを特徴とする請求項１記載のプローブヘッド
12. 前記プローブ集合体の整列手段であって、１つ又は複数の前記配線フィルムの前記プローブ先端近傍を固定して前記プローブ集合体を形成するハウジングに、前記ダミーパターン上に設置した前記位置決め穴と同一ピッチの固定用穴を有することを特徴とする請求項１記載のプローブヘッド
13. １つの第１の前記配線フィルム上の１つ又は複数の導体パターン形状と同一の導体パターンと、前記導体パターンと同一材質又は類似材質で形成された位置決め用穴を有するダミーパターンとを有する第２の配線フィルムであって、前記第１の配線フィルムに設置された位置決め用穴と同一のピッチで設置された前記位置決め用穴を有することを特徴とする予備配線フィルム
14. 請求項１３記載の前記予備配線フィルムを、１つの前記第１の配線フィルムを既に搭載した前記プローブヘッドに、前記予備配線フィルムの前記位置決め穴を用い、前記ハウジングの前記固定用穴に前記第１の配線フィルムと共に固定したことを特徴とする請求項１記載のプローブヘッド

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