JP2022108835A - 電気的接続装置および電気的接続装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガイド板に形成したガイド孔にプローブを容易に挿入できる電気的接続装置および電気的接続装置の製造方法を提供する。
【解決手段】電気的接続装置は、プローブが貫通する第１ガイド孔を有する第１ガイド板と、プローブが貫通する第２ガイド孔を有する第２ガイド板と、第１ガイド板と第２ガイド板の間に配置され、プローブが貫通する導入ガイド孔を有する導入フィルムを備える。導入フィルムは、第１ガイド板、第２ガイド板およびプローブを溶解しない特定の溶剤によって溶解する材料からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定体の特性の測定に使用する電気的接続装置および電気的接続装置の製造方法に関する。

集積回路などの被測定体をウェハから分離しない状態で測定するために、プローブを有する電気的接続装置が用いられている。電気的接続装置を用いる測定では、プローブの一方の端部を被測定体の信号端子に接触させ、プローブの他方の端部をプリント基板などに配置された電極端子（以下において「ランド」とも称する。）に接触させる。ランドは、ＩＣテスタなどの測定装置と電気的に接続する。電気的接続装置を介して、被測定体と測定装置の間で電気信号が伝搬する。

電気的接続装置がプローブを保持するために、プローブの軸方向に沿って複数のガイド板を配置したプローブヘッドが使用されている。それぞれのガイド板に形成した貫通孔（以下において「ガイド孔」と称する。）をプローブが貫通した状態で、プローブヘッドがプローブを保持する。

特開２０１０－２８１５８３号公報

ガイド板を有する電気的接続装置の製造では、相互に離間して重ねた複数のガイド板のガイド孔にプローブを連続的に挿入する。このとき、すべてのガイド板のガイド孔にプローブを挿入することが困難な場合があった。例えば、プローブの変形などに起因して、最初のガイド板のガイド孔を貫通させたプローブが、２枚目以降のガイド板に衝突する問題があった。

上記問題点に鑑み、本発明は、ガイド板に形成したガイド孔にプローブを容易に挿入できる電気的接続装置および電気的接続装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る電気的接続装置は、プローブが貫通する第１ガイド孔を有する第１ガイド板と、プローブが貫通する第２ガイド孔を有する第２ガイド板と、第１ガイド板と第２ガイド板の間に配置され、プローブが貫通する導入ガイド孔を有する導入フィルムを備える。導入フィルムは、第１ガイド板、第２ガイド板およびプローブを溶解しない特定の溶剤によって溶解する材料からなる。

本発明によれば、ガイド板に形成したガイド孔にプローブを容易に挿入できる電気的接続装置および電気的接続装置の製造方法を提供できる。

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製造方法を説明するための模式的な工程図である（その１）。 本発明の実施形態に係る電気的接続装置の製造方法を説明するための模式的な工程図である（その２）。 本発明の実施形態に係る電気的接続装置の製造方法を説明するための模式的な工程図である（その３）。 本発明の実施形態に係る電気的接続装置の製造方法を説明するための模式的な工程図である（その４）。 オフセット配置を説明するための模式図である。 比較例の電気的接続装置を示す模式図である。 比較例の電気的接続装置の製造方法を説明する模式図である。 本発明の実施形態に係る電気的接続装置を用いたプローブカードの例を示す模式図である。

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。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。

図１は、本発明の実施形態に係る電気的接続装置１の構成を示す。電気的接続装置１は、プローブ１０を保持する機能を有するプローブヘッド２を有する。プローブヘッド２は、第１ガイド板２１、第２ガイド板２２、および第３ガイド板２３を備える。プローブヘッド２は、第２ガイド板２２と第３ガイド板２３が一体化した構成である。また、プローブヘッド２は、第１ガイド板２１と第２ガイド板２２の間に相互に離間して配置された、第１導入フィルム３１および第２導入フィルム３２を備える。

図１に示すように、プローブヘッド２は、Ｚ軸方向に沿って、第１ガイド板２１、第１導入フィルム３１、第２導入フィルム３２、第２ガイド板２２、および第３ガイド板２３を順に配置した構成である。ここで、Ｚ軸方向は、プローブヘッド２に保持されるプローブ１０の軸方向である。Ｚ軸方向に垂直な平面をＸＹ平面とする。

第１ガイド板２１、第２ガイド板２２、第３ガイド板２３、第１導入フィルム３１、および第２導入フィルム３２は、プローブ１０が貫通するガイド孔をそれぞれ有する。第１ガイド板２１のガイド孔を第１ガイド孔２１０、第２ガイド板２２のガイド孔を第２ガイド孔２２０、第３ガイド板２３のガイド孔を第３ガイド孔２３０という。また、第１導入フィルム３１のガイド孔を第１導入ガイド孔３１０、第２導入フィルム３２のガイド孔を第２導入ガイド孔３２０という。

以下において、第１ガイド板２１～第３ガイド板２３などのプローブヘッド２が有するガイド板を、「ガイド板２０」とも称する。ガイド板２０にそれぞれ形成されたガイド孔を、「ガイド孔２００」とも称する。また、第１導入フィルム３１および第２導入フィルム３２などのプローブヘッド２が有する導入フィルムを、「導入フィルム３０」とも称する。導入フィルム３０にそれぞれ形成されたガイド孔を、「導入ガイド孔３００」とも称する。

図１に示すプローブヘッド２は、プローブ１０が直線状であるように、プローブ１０を保持している。つまり、ガイド板２０のガイド孔２００および導入フィルム３０の導入ガイド孔３００のそれぞれの中心軸が一致するように、ガイド板２０および導入フィルム３０が配置されている。

プローブヘッド２は、第１ガイド板２１の外縁領域と第２ガイド板２２の外縁領域との間に配置したスペーサ４０を有する。スペーサ４０により、第１ガイド板２１と第２ガイド板２２の間に中空領域２５が構成される。中空領域２５に、第１導入フィルム３１と第２導入フィルム３２が配置されている。後述するように、被測定体の測定時には、プローブヘッド２は、プローブ１０を中空領域２５で湾曲した状態で保持する。

図１に示すスペーサ４０は、複数の部分スペーサをＺ軸方向に沿って重ねた構成である。具体的には、スペーサ４０は、第１スペーサ４１、第２スペーサ４２、第３スペーサ４３の３つの部分スペーサを、Ｚ軸方向に沿って第１ガイド板２１と第２ガイド板２２の間に重ねて配置した構成である。そして、導入フィルム３０の外縁部が部分スペーサの相互間に挟まれている。すなわち、第１スペーサ４１と第２スペーサ４２の間に、第１導入フィルム３１の外縁部が挟まれている。第２スペーサ４２と第３スペーサ４３の間に、第２導入フィルム３２の外縁部が挟まれている。

なお、図１では、構成をわかりやすくするために、プローブヘッド２が３本のプローブ１０を保持する例を示した。プローブヘッド２が保持するプローブ１０の本数は、被測定体の信号端子の個数などに応じて任意に設定される。

導入フィルム３０は、プローブヘッド２の導入フィルム３０を除いた他の構成物およびプローブ１０を溶解しない特定の溶剤によって溶解する材料からなる。つまり、第１導入フィルム３１および第２導入フィルム３２は、プローブヘッド２のガイド板２０やスペーサ４０、およびプローブ１０を溶解しない特定の溶剤によって溶解する。

例えば、導入フィルム３０の材料は、ポリビニルアルコール、でんぷん、ゼラチンのいずれかであってもよい。そして、導入フィルム３０を除いたプローブヘッド２の構成物、すなわちガイド板２０およびスペーサ４０の材料に、例えばセラミックを使用する。また、プローブ１０の材料に、パラジウム（Ｐｄ）やニッケル（Ｎｉ）を使用する。この場合、ガイド板２０やスペーサ４０およびプローブ１０を溶解せず、導入フィルム３０を溶解する特定の溶剤として、水を使用してもよい。

以下に、図２～図５を参照して、実施形態に係る電気的接続装置１の製造方法を説明する。なお、以下では、説明をわかりやすくするため、スペーサ４０の図示を省略し、プローブ１０は１本のみ示している。実際には、被測定体の測定に合わせて必要な本数のプローブ１０を使用する。

まず、ガイド孔２００を有するガイド板２０と導入ガイド孔３００を有する導入フィルム３０とを備えたプローブヘッド２を準備する。例えば、図２に示す、第１ガイド板２１～第３ガイド板２３と、第１導入フィルム３１および第２導入フィルム３２を有するプローブヘッド２を準備する。

そして、プローブヘッド２のガイド板２０のガイド孔２００および導入フィルム３０の導入ガイド孔３００にプローブ１０を貫通させる。例えば、図３に矢印で示すように、第１ガイド孔２１０、第１導入ガイド孔３１０、第２導入ガイド孔３２０、第２ガイド孔２２０、および第３ガイド孔２３０の順に、連続的にプローブを貫通させる。このとき、ガイド孔２００と導入ガイド孔３００の中心軸が一致する状態で、ガイド孔２００および導入ガイド孔３００にプローブ１０を貫通させる。

次いで、ガイド板２０、スペーサ４０およびプローブ１０を溶解しない特定の溶剤によって、導入フィルム３０を溶解する。例えば、図４に示すように、プローブヘッド２の導入フィルム３０以外の構成物およびプローブ１０を溶解せず、導入フィルム３０を溶解する溶液５００を入れた容器５０を準備する。そして、溶液５００に、プローブ１０を保持するプローブヘッド２を浸す。これにより、プローブヘッド２の導入フィルム３０を溶解する。

なお、導入フィルム３０を溶解すると、部分スペーサの相互間に、導入フィルム３０の膜厚分の隙間が生じる。この隙間は、第１ガイド板２１と第２ガイド板２２をＺ軸方向に押し合わせることによって塞いでもよい。例えば、プローブヘッド２は、第１ガイド板２１から第３ガイド板２３までを、スペーサ４０や導入フィルム３０を貫通するネジにより接合する構成であってもよい。このネジを締めることにより、スペーサ４０の部分スペーサの相互間に生じた隙間が塞がれる。

導入フィルム３０を溶解した後に、第１ガイド孔２１０に対する第２ガイド孔２２０の相対的な位置を、プローブ１０の延伸方向に垂直な方向に沿って移動する。このとき、第２ガイド孔２２０と第３ガイド孔２３０の相対的な位置は変化させる必要はない。例えば、図５に矢印Ｍで示すように、第１ガイド板２１に対して、第２ガイド板２２および第３ガイド板２３を平行移動する。

ガイド板２０の一部を平行移動することにより、同一のプローブ１０が貫通するガイド孔２００の位置は、ガイド板２０の主面の面法線方向から見て、ガイド板２０の主面と平行な方向に移動する。つまり、第１ガイド孔２１０に対して、第２ガイド孔２２０および第３ガイド孔２３０が平行にずれている。このようにガイド孔２００の位置をずらした配置を、以下において「オフセット配置」という。

オフセット配置により、第１ガイド板２１と第２ガイド板２２の間の中空領域２５において、プローブ１０は弾性変形によって湾曲する。オフセット配置を実現するように、プローブヘッド２は、第１ガイド孔２１０に対する第２ガイド孔２２０の相対的な位置を、プローブ１０の延伸方向に垂直な方向に沿って移動自在に構成されている。

プローブヘッド２に保持されたプローブ１０の先端部が被測定体と接触すると、図６に矢印で示すように、プローブ１０の軸方向に沿った応力Ｐがプローブ１０に加わる。このとき、オフセット配置の構造のプローブヘッド２では、中空領域２５においてプローブ１０が座屈する。すなわち、第１ガイド板２１と第２ガイド板２２の間で、撓み変形によりプローブ１０が更に大きく湾曲する。これにより、プローブ１０と被測定体を安定した圧力で接触させることができる。

なお、導入フィルム３０をプローブヘッド２から除去しない比較例の場合、プローブ１０が座屈する空間が狭い。このため、例えば図７に示すように、応力Ｐが加えられたプローブ１０が所定の形状に座屈しない。その結果、プローブ１０と被測定体を所定の圧力で安定して接触させることができない。また、プローブヘッド２に導入フィルム３０を残していると、導入フィルム３０の間でプローブ１０が大きく湾曲する。その結果、応力Ｐが除かれた後もプローブ１０が変形したまま、元の直線状の形状に戻らない現象が生じる場合がある。プローブ１０が変形していると、プローブ１０と被測定体が所定の圧力で接触しないために正確な測定ができない。また、プローブ１０が湾曲していると、プローブヘッド２でプローブ１０を交換する際に、プローブヘッド２からプローブ１０を引き抜くことが困難である。また、プローブヘッド２に配置されたプローブ１０が湾曲していると、プローブヘッド２に新たに挿入するプローブ１０と湾曲したプローブ１０が接触し、プローブ１０の交換が困難である。

一方、プローブヘッドに導入フィルム３０がない状態では、同一のプローブ１０が貫通するガイド孔２００の間隔が広い。このため、製造誤差によるプローブ１０の曲がりやガイド孔２００の位置精度により、すべてのガイド板２０のガイド孔２００にプローブ１０を連続的に挿入することが困難な場合がある。例えば、図８に示す比較例の電気的接続装置の製造方法のように、第１ガイド板２１のガイド孔を貫通させたプローブ１０の先端が、第２ガイド板２２の表面に衝突する。このように、導入フィルム３０のないプローブヘッドでは、プローブ１０がすべてのガイド板を貫通できない問題が生じる。

例えば、全長が３ｍｍ、外径が６０μｍのプローブ１０の場合、ガイド孔２００の内径は６５μｍ程度である。また、ガイド孔２００とガイド孔２００の間隔は１５μｍ程度である。このため、プローブ１０がわずかでも湾曲していると、プローブヘッドにプローブ１０を挿入する工程で、プローブ１０の先端がガイド板２０に衝突するおそれがある。一方、ガイド孔２００の内径を広げることにより、プローブ１０とガイド板２０の衝突の可能性を低減することができる。しかし、ガイド孔２００の内径を広げると、ガイド孔２００の内部でプローブ１０の位置ぶれが生じる。その結果、プローブ１０と被測定体との位置合わせ精度が低下する。

これに対し、電気的接続装置１では、導入フィルム３０の導入ガイド孔３００によってプローブ１０の位置を矯正しながら、プローブ１０をガイド板２０のガイド孔２００を通過させる。このため、電気的接続装置１によれば、プローブ１０の外径とガイド孔２００の内径の差を広げることなく、プローブ１０をすべてのガイド板２０のガイド孔２００を貫通させることができる。

上記のように、実施形態に係る電気的接続装置１では、ガイド板２０の間隔が広い中空領域２５に導入フィルム３０が配置されている。このため、プローブ１０が貫通するガイド孔のプローブ１０の軸方向に沿った間隔を狭くできる。その結果、電気的接続装置１によれば、ガイド板２０に形成したガイド孔２００にプローブ１０を容易に挿入できる。

図１では、プローブヘッド２が第１ガイド板２１～第３ガイド板２３を有する場合を例示した。しかし、プローブヘッド２のガイド板の枚数は３枚に限定されない。例えば、プローブヘッド２の有するガイド板が、第１ガイド板２１と第２ガイド板２２の２枚であってもよい。或いは、プローブヘッド２が４枚以上のガイド板を有してもよい。

なお、プローブヘッド２が第１導入フィルム３１と第２導入フィルム３２を有する場合を例示したが、プローブヘッド２の導入フィルム３０の枚数は２枚に限定されない。例えば、プローブヘッド２の導入フィルム３０の枚数が３枚以上であってもよい。また、第１ガイド板２１と第２ガイド板２２の間に相互に離間して複数の導入フィルム３０を配置する例を示したが、プローブヘッド２の導入フィルム３０の枚数が１枚であってもよい。

例えば、中空領域２５のＺ軸方向の距離が長い場合には、導入フィルム３０の枚数を多くする。これにより、中空領域２５の全域にわたってプローブ１０の位置を矯正することができる。一方、中空領域２５のＺ軸方向の距離が短い場合には、導入フィルム３０の枚数を少なくしてもよい。導入フィルム３０の枚数を少なくすることにより、電気的接続装置１の製造コストを抑制できる。全長が３ｍｍ、外径が６０μｍのプローブ１０の場合、ガイド板２０および導入フィルム３０の間隔は、例えば１ｍｍ程度としてもよい。

なお、上記では、導入フィルム３０をプローブヘッド２からすべて除去する場合について説明したが、すべての導入フィルム３０をプローブヘッド２から除去しない製造方法もあり得る。例えば、中空領域２５においてプローブ１０が所定の形状に座屈できる空間を確保できるように、複数の導入フィルム３０のうちの一部の導入フィルム３０をプローブヘッド２から除去するようにしてもよい。その場合、除去する導入フィルム３０のみを溶剤に浸してもよい。或いは、除去する導入フィルム３０のみに特定の溶剤によって溶解する材料を使用し、プローブヘッド２に残す導入フィルム３０には特定の溶剤によって溶解しない材料を使用してもよい。

図９に、上記に説明した製造方法により製造した電気的接続装置１を有するプローブカード３の構成例を示す。プローブカード３は、被測定体１００の電気的特性の測定に使用される。図９に示したプローブカード３は垂直動作式プローブカードであり、例えば被測定体１００を搭載したステージ７０が上昇して、プローブ１０の先端部が被測定体１００と接触する。図９は、プローブ１０が被測定体１００に接触していない状態を示している。

プローブカード３は、プローブ１０を保持するプローブヘッド２と配線基板６０を備える。プローブ１０は、第１ガイド板２１と第２ガイド板２２の間にスペーサ４０によって形成される中空領域２５において湾曲した状態である。プローブヘッド２の第１ガイド板２１の上面に露出するプローブ１０の基端部が、プローブヘッド２に対向する配線基板６０の下面に配置された電極端子（ランド６１）と接続する。ランド６１は、ＩＣテスタなどの測定装置（図示略）と電気的に接続する。

被測定体１００の測定時に、プローブヘッド２の第３ガイド板２３の下面に露出したプローブ１０の先端部が、被測定体１００の測定用パッド（図示略）と接触する。そして、プローブ１０および配線基板６０を介して、被測定体１００と測定装置との間で電気信号が伝搬する。例えば、プローブ１０を介して、測定装置によって被測定体１００に所定の電圧や電流が印加される。そして、被測定体１００から出力される電気信号がプローブ１０を介して測定装置に送られ、被測定体１００の特性が測定される。被測定体１００の電気的特性を測定した後、被測定体１００を搭載したステージ７０が下降することにより、プローブ１０と被測定体１００は非接触状態になる。

（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、上記では導入フィルム３０の外縁部を部分スペーサで挟む例を示したが、他の方法によって導入フィルム３０を中空領域２５に配置してもよい。例えば、スペーサ４０の中空領域２５に面する壁面に導入フィルム３０の端部を接合してもよい。

また、上記では、プローブ１０の断面形状や、ガイド孔２００および導入ガイド孔３００の形状が丸形状である場合について説明したが、これらの形状は丸形状に限られない。例えば、プローブ１０の断面形状やガイド孔２００および導入ガイド孔３００の形状が、四角形であってもよい。

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。

１…電気的接続装置
２…プローブヘッド
３…プローブカード
１０…プローブ
２１…第１ガイド板
２２…第２ガイド板
２３…第３ガイド板
２５…中空領域
３１…第１導入フィルム
３２…第２導入フィルム
４０…スペーサ
１００…被測定体

Claims (11)

1. プローブを保持する機能を有する電気的接続装置であって、
   前記プローブが貫通する第１ガイド孔を有する第１ガイド板と、
   前記プローブが貫通する第２ガイド孔を有する第２ガイド板と、
   前記第１ガイド板と前記第２ガイド板の間に配置され、前記プローブが貫通する導入ガイド孔を有する導入フィルムと
   を備え、
   前記導入フィルムは、前記第１ガイド板、前記第２ガイド板および前記プローブを溶解しない特定の溶剤によって溶解する材料からなることを特徴とする電気的接続装置。
2. 前記第１ガイド孔、前記第２ガイド孔および前記導入ガイド孔の中心軸が一致するように前記第１ガイド板、前記第２ガイド板および前記導入フィルムが配置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。
3. 前記第１ガイド孔に対する前記第２ガイド孔の相対的な位置を、前記プローブの延伸方向に垂直な方向に沿って移動自在に構成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気的接続装置。
4. 前記第１ガイド板の外縁部と前記第２ガイド板の外縁部の間に配置した、前記特定の溶剤によって溶解しないスペーサを有し、
   前記スペーサによって前記第１ガイド板と前記第２ガイド板の間に構成される中空領域に、前記導入フィルムが配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
5. 前記導入フィルムの外縁部が、前記スペーサを構成する複数の部分スペーサの相互間に挟まれていることを特徴とする請求項４に記載の電気的接続装置。
6. 前記第１ガイド板と前記第２ガイド板の間に複数の前記導入フィルムが相互に離間して配置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. 第１ガイド孔を有する第１ガイド板、第２ガイド孔を有する第２ガイド板、および、導入ガイド孔を有し前記第１ガイド板と前記第２ガイド板の間に配置された導入フィルムを備えるプローブヘッドを準備し、
   前記第１ガイド孔、前記導入ガイド孔および前記第２ガイド孔に連続的にプローブを貫通させ、
   前記第１ガイド板、前記第２ガイド板および前記プローブを溶解しない特定の溶剤によって、前記導入フィルムを溶解する
   ことを特徴とする電気的接続装置の製造方法。
8. 前記第１ガイド孔、前記第２ガイド孔および前記導入ガイド孔の中心軸が一致する状態で、前記第１ガイド孔、前記導入ガイド孔および前記第２ガイド孔に前記プローブを貫通させることを特徴とする請求項７に記載の電気的接続装置の製造方法。
9. 前記導入フィルムを溶解した後に、前記第１ガイド孔に対する前記第２ガイド孔の相対的な位置を、前記プローブの延伸方向に垂直な方向に沿って移動することを特徴とする請求項７又は８に記載の電気的接続装置の製造方法。
10. 前記プローブヘッドが、前記第１ガイド板と前記第２ガイド板の間に相互に離間して配置された複数の前記導入フィルムを備えることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の電気的接続装置の製造方法。
11. 前記導入フィルムの材料が、ポリビニルアルコール、でんぷん、ゼラチンのいずれかであることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の電気的接続装置の製造方法。
    

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