JP2023506653A - 改善された電流容量を備えた、高周波アプリケーション用コンタクトプローブ - Google Patents
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Abstract
コンタクトプローブ20は、第1の端部20Aと第2の端部20Bとの間に延在しており、コンタクトプローブ20の長手展開方向に応じてプローブ本体20C内に作られたスロット21により隔てられた少なくとも一対のアーム22a、22bを備えたプローブ本体20Cを備える。プローブは、好適には、コンタクトプローブ20の屈曲面α内に配置された、長手展開方向に沿ってコンタクトプローブ20内部に延在している、少なくとも1つの導電性インサート25を備える。導電性インサート25は、コンタクトプローブ20ができている第2の材料の比電気抵抗よりも低い比電気抵抗を有する第1の材料でできている。導電性インサート25は電力伝送要素であり、アーム22a、22bは、プローブ本体20Cの変形中の、コンタクトプローブ20の構造支持要素である。
Description
本発明は、改善された電流容量を備えた、高周波アプリケーション用コンタクトプローブに関する。
本発明は、排他的でないが、特に、ウェーハ上に集積された電子デバイスを試験するための垂直プローブヘッド内に収容されるように構成されたコンタクトプローブに関し、および、以下の開示はその説明を簡素化する目的のみで本出願の技術分野を参照して行う。
よく知られているように、プローブヘッドは、マイクロストラクチャ、たとえば集積回路の複数のパッドまたは接触パッドを、試験装置の対応するチャンネルと電気的に接続するように構成された装置である。
集積デバイスに対して行われる試験は、早ければ製造段階において欠陥デバイスを検出し、および分離するのに特に有用である。通常、プローブヘッドはしたがって、ウェーハ上に集積された複数のデバイスの、それらの切断、および、チップ格納パッケージ内での組み立て前の電気的試験のために使用される。そうした試験動作の対象となる集積回路をDUT(英語の頭字語:「Device Under Test(被試験デバイス)」として示すことが知られている。
プローブヘッドは基本的には、略板状であり、および互いに平行の少なくとも一対の支持体またはダイによって保持された複数の可動の接触要素またはコンタクトプローブを備え得る。上記板状支持体は、好適な穴を備えており、および、試験動作中に、コンタクトプローブの移動および考えられる変形のために自由空間またはエアギャップを残すように互いに特定の距離をおいて配置されている。一対の板状支持体は特に、通常、良好な電気的および機械的特性を有する特殊な合金のワイヤにより形成された、その中をコンタクトプローブが軸方向に摺動するそれぞれのガイド穴をいずれも備えた上方板状支持体または上方ダイ、および下方板状支持体または下方ダイを備える。
コンタクトプローブと、被試験デバイスの接触パッドとの間の良好な接続は、デバイス自体に対する、プローブヘッドの圧力により、確実にされ、上方および下方板状支持体内に作られたガイド穴内で移動可能なコンタクトプローブは、上記押圧接触中に、2つの板状支持体間のエアギャップ内で曲げを受け、およびガイド穴内で摺動する。この種のプローブヘッドは通常、垂直プローブを備えたプローブヘッド、または「垂直プローブヘッド」と呼ばれる。
場合によっては、複数のコンタクトプローブは、上方板状支持体においてヘッド自体にしっかりと固定されている:そうしたプローブヘッドは、「ブロック化プローブヘッド」と呼ばれている。
しかし、より頻繁には、しっかりと固定されていないが、いわゆるボードに、場合によってはマイクロコンタクトボードにより、インターフェースで接続されている、プローブを備えた接触ヘッドが使用されている:そうしたプローブヘッドは、「非ブロック化プローブヘッド」と呼ばれている。マイクロコンタクトボードは通常、「スペーストランスフォーマ」と呼ばれている。というのは、プローブに接触する他に、それは、被試験デバイスの接触パッドに対して、その上に実現された接触パッドを空間的に再配分する、特に、被試験デバイス上に作られたものであって、デバイス自体のアーキテクチャおよび技術により、代わりに決定されるものに対して、スペーストランスフォーマ上に作られたパッドの中心間の距離制約を緩和することも可能にするからである。
垂直プローブヘッドの正しい動作は基本的には、2つのパラメータ、すなわち、複数のコンタクトプローブの垂直方向の移動、またはオーバートラベル、および、被試験デバイスの接触パッド上の、上記コンタクトプローブの接触先端の水平方向の移動、またはスクラブと結び付けられる。実際に、接触先端のスクラブを確実にして、接触パッドを表面上に掻き落とし、たとえば、酸化物の薄い層または膜状の不純物を除去し、よって、上記コンタクトプローブにより、および、よって、全体としてプローブヘッドによって行われる接触を改善することを可能にすることが周知の通りに重要である。
これらの特徴はすべて、プローブヘッドの製造工程において評価され、および校正されるべきである。というのは、プローブと被試験デバイスとの間の、特に、プローブの接触先端と被試験デバイスの接触パッドとの間の適切な電気接続は常に確実にされるべきであるからである。
同様に重要なことは、デバイスの接触パッドに対する、プローブの接触先端の押圧接触が、プローブまたはパッド自体の破損をもたらすほど高くないことを確実にすることである。
この問題は特に、いわゆる短プローブ、すなわち、長さが制限された、および、特に、5000~7000μmよりも低い全体寸法を有する、棒状本体を備えたプローブの場合に感じられる。この種のプローブは、たとえば高周波アプリケーションに使用され、プローブの低減された長さは、高周波信号の伝送に関連した自己インダクタンス現象を制限する。特に、「高周波アプリケーション」との語は、1000MHzよりも高い周波数を有する信号を伝達することができるプローブを示す。
しかし、この場合、コンタクトプローブの低減された長さは、プローブ自体の剛性を劇的に増加させ、それは、たとえば被試験デバイスの接触パッドに対して、それぞれの接触先端により、加えられる力における増加を示唆し、それは、被試験デバイスに対する回復不能な損傷を伴う、上記パッドの破損をもたらし、それは明らかに回避されるべき状況である。さらに危険なことには、全長の低減による、コンタクトプローブの剛性における増加は、プローブ自体の破損のリスクを増加させる。
図1Aおよび1Bに概略的に示すように、短プローブの剛性を、そのそれぞれの本体部を互いに平行であり、および上記本体部に沿って長手方向に延在している複数のアーム状に作ることにより、減少させることが知られている。複数のアームにより、形成されたそれぞれの本体部を備えたコンタクトプローブを備えるプローブヘッドは、たとえば、同じ出願人名義で、2016年9月22日付で国際公開第2016/146476号により、公開された国際出願(PCT)に開示されている。
特に、上記図を参照すれば、第1の、および第2の端部、特に、被試験デバイス(図示せず)の接触パッドに当接するように構成されたいわゆる接触先端10A、および、試験装置と接続するためのさらなる接触パッド、特に、上記試験装置(やはり図示していない)に接続されたスペーストランスフォーマの接触パッドに当接するように構成されたいわゆる接触ヘッド10B間に延在している本体10Cを備えるコンタクトプローブ10が示されている。
たとえば高周波アプリケーションに使用されるいわゆる短プローブの場合、コンタクトプローブ10は、5000~7000μm未満の長さLを有する。
図1Aに示す実施形態では、プローブ本体10Cは、上記本体10Cに沿って長手方向に延在するカットまたはスロット11を備え、および少なくとも一対のアーム12aおよび12bを画定する。
明らかに、対応する複数の長手方向スロットの実現のおかげで、複数のアームによってもプローブ本体10Cを作ることが可能である。たとえば、図1Bに示す実施形態では、コンタクトプローブ10の本体10Cは、3つのアーム12a、12b、および12cを形成する2つの長手方向スロット11aおよび11bを備える。
接触先端10Aおよび接触ヘッド10Bは通常、テーパ形状を有しており、ならびに、それぞれの接触エリア13Aおよび13Bで終端する。
「接触エリア」との語は、ここでは、および以下では、被試験デバイスまたは試験装置に接触することが意図されたコンタクトプローブの端エリアを示し、上記接触エリアまたは端エリアは必ずしも、図に示すように先がとがっている訳でない。通常、接触エリアは、特に、対応する端部の横方向セクションよりも小さい延長を有する、限定された表面積を有し、および、コンタクトプローブ10の長手方向対称軸を基準としてそれに対して中央に、またはそれを基準として脱中心的に配置され得る。
好適には、接触ヘッド10Bは、コンタクトプローブ10の本体10Cの径D1よりも大きい径D2を有する拡大部14も備える;このようにして、プローブ本体10Cに対する、拡大部14のそれぞれのアンダーカット部14sが画定され、それらは、コンタクトプローブ10を収容するガイドに当接して、その長手方向におけるその保持をもたらすように構成される。
既に述べたように、コンタクトプローブ10と、一方でスペーストランスフォーマ、および、他方で被試験デバイス(図示せず)との間の電気的接触は、それぞれの接触パッドに対する、プローブの接触エリア13a、13bの押圧当接により、得られる。
好適には、プローブ本体10C内に形成された複数のアーム12a~12cの存在は、全体としてのプローブ10の剛性を、および、その結果として、それぞれの接触パッドに加えられる圧力を、接触パッドへの接触エリア13a、13bの押圧接触中に、その曲げを確実することができるプローブ本体の十分な弾性を維持しながら、減少させることができる。
機械的観点からコンタクトプローブ10の動作を改善するが、その本体10C内に形成された複数のアームの存在は、プローブの電流容量の減少を必然的に伴い、その電気抵抗を増加させ、それは、高周波および高電流信号を伝達するためのその使用を阻害し、「高電流」との語は、800mAよりも大きい電流値を有する信号を示す。
本発明の技術的課題は、よって、そうした電流値におけるプローブの正しい動作、コンタクトプローブの十分な弾性およびその破損の低減されたリスク、ならびに、対応する接触パッドに当接する間に関連した接触エリアが加える好適な力を確実にし、よって、従来技術によって作られたコンタクトプローブになお影響をおよぼす制約および欠点を解消しながら、高周波信号を伝達するための高周波アプリケーションにおける使用を可能にするような機能的および構造的特徴を有するコンタクトプローブを着想することである。
本発明の基礎をなす解決策の考えは、電流を流す、プローブの能力を増加させ、高電流信号の伝達を好適にし、よって、その電気抵抗を最小にする、その長手展開方向に応じて配置された少なくとも1つの導電性インサートを備えるそのコンタクトプローブであって、上記プローブが、高周波アプリケーションに適した短プローブを作ることができるように複数のアームにより、作られた本体も有するコンタクトプローブを提供することである。
特に、実施形態により作られたコンタクトプローブは、その屈曲面内に、好ましくはできる限り、上記プローブの中立軸に沿って、すなわち、最小応力の位置に、電流容量を最大にし、および、プローブの機械的性能に、その動作温度範囲にわたり、影響をおよぼすことなく、同時にその電気抵抗を最小にするように配置されたそうした導電性インサートを備える。
上述の、解決策の考えに基づけば、技術的課題は、第1の端部と第2の端部との間に延在しており、および、コンタクトプローブの展開方向に応じてプローブ本体に作られたスロットにより隔てられた少なくとも一対のアームを備えたプローブ本体を備えるコンタクトプローブであって、それが、上記コンタクトプローブの屈曲面内に配置された長手展開方向に沿って上記コンタクトプローブ内部に延在している、少なくとも1つの導電性インサートを備え、上記導電性インサートは、上記コンタクトプローブができている第2の材料の比電気抵抗よりも低い比電気抵抗を有する第1の材料でできており、上記導電性インサートが電流を流す要素であり、および、上記アームは、プローブ本体の変形中の、コンタクトプローブの構造支持要素である、コンタクトプローブにより、解決される。
特に、本発明は、個々に、または、必要な場合、組み合わせで採用される以下のさらなる、および任意的な特徴を備える。
本発明の態様によれば、第1の材料は、30μΩ・cmよりも低い比電気抵抗を有し得る。
特に、第1の材料は、金(Au)、銅(Cu)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、白金(Pt)、およびそれらの合金から選択される、低比電気抵抗の導電性または半導体材料であり、好ましくは銀である場合があり、および第2の材料は、ニッケル、タングステン、コバルト、パラジウム、または、ニッケル-マンガン、ニッケル-コバルト、ニッケル-パラジウムもしくはニッケル-タングステン、パラジウム-コバルト合金、パラジウム系の3元および4元合金などの、それらの合金から選択される構造的に安定した導電性材料であり、好ましくはパラジウム-コバルトである場合がある。
なお、本発明の別の態様によれば、導電性インサートは、長手展開方向に対して直交しており、アームの対応する横方向寸法よりも低い、好ましくは、20μmよりも低い横方向寸法を有し得る。
特に、導電性インサートの横方向寸法は、アームの対応する横方向寸法の最小値の20%~60%に等しい場合がある。
さらに、本発明の別の態様によれば、導電性インサートは、実質的に、屈曲面内に、コンタクトプローブの中立軸に沿って最小応力位置に配置される場合がある。
好適には、導電性インサートは、スロット内に配置される場合がある。
さらに、導電性インサートは、スロット内に配置された複数の平行箔を備え得る。
あるいは、本発明の別の態様によれば、導電性インサートは、アームの一方の内側に作られ得る。
コンタクトプローブは、導電性インサートを形成するように第1の低比電気抵抗材料でできている少なくとも1つのアームも備え得る。
本発明のさらなる態様によれば、導電性インサートは、スロットの長さに等しい長さを有し得る。
さらに、プローブ本体は、アームおよび導電性インサートの交互配置を備え得る。
本発明の別の態様によれば、導電性インサートは、スロット内に配置されている導電性中央インサートと、第1の材料でできており、および、好ましくは、コンタクトプローブの第1の端部および第2の端部内に作られた、コンタクトプローブを形成する第2の材料内に完全に埋め込まれているさらなる導電部とを備え得る。
好適には、導電性インサートは、コンタクトプローブ全体に沿って延在し、ならびに、コンタクトプローブの第1の端部および第2の端部それぞれにおいて作られた第1の接触エリアおよび第2の接触エリアにおける第2の材料に対して出現している場合がある。
さらに、導電性インサートは、アームそれぞれにおいて長手方向に延在している少なくとも1つの導電性インサートを備え得る。
さらに、アームそれぞれにおいて延在している導電性インサートは、アームを形成する第2の材料内に完全に組み入れられるように、またはスロットの側壁において出現するように作られている場合がある。
この場合、導電性インサートは、スロットにおいて配置された導電性中央インサートをさらに備え得る。
本発明の別の態様によれば、導電性インサートは、コンタクトプローブの長さよりも低い、長手展開方向に沿った長さを有し得る。
あるいは、導電性インサートは、コンタクトプローブを形成する第2の材料から出現するように長手展開方向に沿った長さを有し得る。
本発明の技術的課題は、被試験集積デバイスの機能を試験するためのプローブヘッドであって、被試験集積デバイスの接触パッドに当接するように構成された少なくとも1つの端部を備えた複数のコンタクトプローブを含む、プローブヘッドであって、それが、上述したように作られ、ならびに、アームを、および、少なくとも1つの導電性インサートを備えたプローブ本体を有するコンタクトプローブを備える、プローブヘッドによっても解決される。
本発明の別の態様によれば、プローブヘッドは、アーム、および少なくとも1つの導電性インサートを備えたプローブ本体を有する第1の複数のコンタクトプローブと、アームを備えており、および、少なくとも1つの導電性インサートを欠いているプローブ本体を有する第2の複数のコンタクトプローブとを備え得る。
さらに、プローブヘッドは、アームを、および少なくとも1つの導電性インサートを備えたプローブ本体を有する複数のコンタクトプローブのみを備え得る。
本発明によるコンタクトプローブの特徴および利点は、添付図面を参照して、記載された、および限定でない例により表すその実施形態の以下に行った説明から明らかになるであろう。
上記図、および特に図2Aを参照すれば、参照番号20で全体的に示す、本発明の実施形態によって作られたコンタクトプローブについて本明細書において説明する。
留意すべきは、複数の図が、概略図を表しており、および、縮尺通りに描かれていないが、その代わりに、それらが、本発明の重要な特徴を強調するように描かれていることである。さらに、複数の図では、異なる部分は概略的に描かれている。というのは、それらの形状は、所望の適用分野に応じて異なり得るからである。
既知の解決策に関して分かるように、コンタクトプローブ20は、第1の、および第2の端部、特に、被試験デバイス(図示せず)の接触パッドに当接するように構成された接触先端20A、および、試験装置(図示せず)に接続されたスペーストランスフォーマのさらなる接触パッドに当接するように構成された接触ヘッド20B間に延在しているプローブ本体20Cを備える。
好適には、コンタクトプローブ20は、高周波アプリケーションに好適であるように、6000μm未満の全長LSを有するいわゆる短プローブであり得る。
実施形態例では、プローブ本体20Cは500μmと4000μmとの間に含まれる長さLCを有する場合があり、接触先端20Aは150μmと1000μmとの間に含まれる長さLAを有する場合があり、および、接触先端20Bは50μmと500μmとの間に含まれる長さLBを有する場合があり、コンタクトプローブ20の全長LSは700μmと5500μmとの間に含まれる場合がある。
図2Aに示す実施形態では、プローブ本体20Cは、プローブ本体20Cに沿ってその長手展開方向において(すなわち、図の局所参照系の軸zに沿って)延在し、および、少なくとも一対のアーム22aおよび22bを画定するスロット21を備える。特に、スロット21は、たとえば、500μmと4000μmとの間に含まれる、プローブ本体20Cの長さLC以下の長さL1だけ、長手方向に延在しており、上記図に示すように、プローブ本体20Cに対して中央に配置され得る。さらに、スロット21は、5μmと40μmとの間に含まれる値を有するそれぞれの横方向寸法D2aならびにD2bを備えたアーム22aおよび22bを作るように、5μmと50μmとの間に含まれる値を有する、コンタクトプローブ20の長手発展方向に対して垂直な(すなわち、図の局所参照系のx軸に沿った)横方向寸法D1を有する。
図2Aに示す実施形態では、アーム22aおよび22bは、等しい値の横方向寸法D2aおよびD2bを有するが、たとえば、プローブ本体20Cの横方向延長に対して中央でなく配置されたスロット21により得られる、異なる値の横方向寸法を有するアームを作ることが明らかに可能である。
最終的なコンタクトプローブ20のアプリケーションの必要性に応じて、必要な大きさにされ、互いに間隔をおいて配置される、対応する複数の長手方向スロットの実現のおかげで、複数のアームにより、プローブ本体20Cを作ることも明らかに可能である。
接触先端20Aおよび接触ヘッド20Bは好ましくは、テーパ形状を有しており、ならびに、被試験デバイスおよびスペーストランスフォーマそれぞれの、それぞれの接触パッドへ押圧接触するように構成された第1の、および第2の接触エリア23A、23Bで終端する。上記接触エリアは必ずしも、とがっており、および/または、対応する端部に対して中央に配置されている訳でない。
好適には、接触ヘッド20Bは、プローブ本体20Cの径Dcよりも大きい径Dbを有する拡大部24も備えており、ここおよび以下では、径との語は、非円形要素の場合にも最大横方向寸法を示す。
このようにして、プローブ本体20Cに対する、拡大部24のそれぞれのアンダーカット部24sが画定され、それらは、コンタクトプローブ20を収容するガイドに当接して、長手方向における(すなわち、図の局所参照系の軸zに応じた)その保持を実現し、たとえば、複数のプローブが、それらが被試験デバイスに押圧接触していない際に、または清掃動作中に、それらを収容するプローブヘッドから滑り出る場合があることを回避するように構成される。
特に、プローブ本体20Cの径Dcは15μmと130μmとの間に含まれる値を有し、および、拡大部24の径Dbは25μmと200μmとの間に含まれる値を有する。
好適には、実施形態によるコンタクトプローブ20は、その長手展開方向に沿ってプローブ内に延在している導電性インサート25も備える。特に、導電性インサート25は、コンタクトプローブ20ができている材料の比電気抵抗よりも低い比電気抵抗を有する導体または半導体材料でできている;さらに、導電性インサート25は、コンタクトプローブ20の屈曲面α内に、すなわち、図の紙面に対応する図中に示す軸xおよびzにより、画定される面内に配置される。
好ましくは、上記導電性インサート25は、実質的に、コンタクトプローブ20のいわゆる中立軸に沿って上記屈曲面内に、すなわち、上記屈曲面α内のプローブ自体の最小応力位置に配置される。特に、よく知られているように、中立軸は、それに沿って長手方向の応力またはひずみが存在しない、その、コンタクトプローブなどの、はりまたはシャフトの断面における軸である。
このようにして、導電性インサート25は、コンタクトプローブ20の電流容量を最大にし、その電気抵抗を最小にし、および、一方で、全体としてのプローブの機械的性能に影響をおよぼさないことができる。コンタクトプローブ20が、これらの特徴をその全温度範囲内に、すなわち、-55℃と、+150℃以上との間に維持することが確認される。
上記導電性インサート25は、低減された、特に、プローブ本体20Cのアーム22aおよび22bの横方向寸法D2aおよびD2bよりも小さい横方向寸法D(D<D2aおよびD<D2b)を有する。
このようにして、導電性インサート25がコンタクトプローブ20の電流容量を増加させる主機能を有している一方、アーム22aおよび22bは一般的な支え機能を有しており、上記異なる機能は、それらができている材料に加えて、上記構成要素の横方向寸法により定められる。
以下では、厳密には、上記複数の構成要素の異なる機能を強調するために、コンタクトプローブ20ができている材料は「構造的に安定した材料」として示し、および、導電性インサート25ができている材料は、「低比電気抵抗材料」として示す。
導電性インサート25を備えるコンタクトプローブ20は、高電流信号、すなわち、800mAよりも大きい値を有する電流を有する信号を伝達するのに好適である。
導電性インサート25は好ましくは、アーム22a、22bの横方向寸法D2a、D2bの最小値の20%~60%に等しい横方向寸法Dを有する。特に、導電性インサート25は、プローブ本体20Cに沿って配置され、および、スロット21の長さLIに少なくとも等しい長さを有する金属箔状である場合があり、上記金属箔は、スロット21自体の中に、好ましくは、それに対して中央に配置される場合がある。
特に、上記導電性インサート25は、特に低減された値、好ましくは20μm未満の横方向寸法Dを有する。
このようにして、導電性インサート25は実際には、コンタクトプローブ20内のいかなる構造的支持機能も行うものでなく、支え効果は、導電性インサート25の径Dよりも大きい径D2aおよびD2bを有しており、ならびに、導電性インサート25ができているものに対して構造的に安定している材料でできているサイドアーム22aおよび22bにより、与えられる。かわりに、上記導電性インサート25の存在は、電流を流すコンタクトプローブ20の全体容量を増加させる。というのは、それが、低比電気抵抗材料、すなわち高導電率のものでできているからである。
導電性インサート25ができている低比電気抵抗材料は、金(Au)、銅(Cu)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、白金(Pt)、およびそれらの合金から選ばれる金属、好ましくは銀、または好適にドーピングされた半導体材料であり得る一方、コンタクトプローブ20を形成する構造的に安定した材料は、ニッケル、タングステン、コバルト、パラジウム、または、ニッケル-マンガン、ニッケル-コバルト、ニッケル-パラジウムもしくはニッケル-タングステン、パラジウム-コバルト合金、パラジウム系の3元および4元合金などの、それらの合金から選ばれ、好ましくはパラジウム-コバルトである場合がある。特に、導電性インサート25ができている材料は、30μΩ・cmよりも小さい比電気抵抗(ρ)を有する。
基本的には、コンタクトプローブ20ができている、構造的に安定した材料は、被試験デバイスに対するその押圧接触およびその曲げの間の、プローブの完全性を確実にするように選ばれる一方、導電性インサート25ができている低比電気抵抗材料は、それを含むコンタクトプローブ20の電流容量を最大にし、その抵抗値を減少させるように選ばれる。
さらに、サイドアーム22aおよび22bの存在は、上記サイドアーム22aおよび22bの内側に配置された場合に導電性インサート25内に流れる電流による、いわゆるワイヤ電流を遮蔽することに役立ち、遮蔽動作は、無線周波数アプリケーション(RF)の場合に特に有利である。
図2Aの実施形態では、導電性インサート25は、図2Aに示す横方向面π1~π3、特に、スロット21および導電性インサート25において配置された第1の面π1、接触ヘッド20Bにおいて(特に、径Dbの拡大部24において)配置された第2の面π2、および、スロット21が存在していない径Dcのプローブ本体20Cにおいて配置された第3の面π3で切断された、図2B~2Dのセクションにより、示すように、スロット21内にのみ延在している。
この実施形態では、導電性インサート25は好適には、それができている材料が、最小引張および圧縮荷重を受ける低荷重エリア内に配置されることが強調される。このようにして、導電性インサート25ができている低比電気抵抗材料の歩留まりを制御し、および、コンタクトプローブ20の残りの部分ができている構造的に安定した材料の熱緩和性能を維持することが可能である。導電性インサート25は特に、コンタクトプローブの屈曲面α内に、その中立軸において、すなわち、その最小応力位置に配置され得る。
好適には、プローブ本体20Cの径Dcの、およびスロット21の径D1の値に基づいて、低比電気抵抗の導体または半導体材料でできた複数の平行箔状に導電性インサート25を作って、比電気抵抗を最小にし、および、衝突中にコンタクトプローブ20の力を大きく増加させることなく、電流容量を最大にすることが可能である。というのは、コンタクトプローブ20の機械的性能に対する、これらの薄箔の影響が限定的であるからである。さらに、この場合にも、箔が、最小引張および圧縮荷重エリア内に、すなわち、スロット21内に好適に保たれ得ることが強調される。
支えアームおよび導電性インサートの交互配置により、プローブ本体20Cを作ることも可能である。
一般に、導電性インサートならびに支えアームの配置および数は、被試験デバイスのパッド間のピッチ値を常に考慮に入れて、および、導電性インサートおよび/または支えアーム間のいなかる考えられる接触であって、電気的問題を、しかし、機械的問題ももたらす場合があり、上記構成要素間の接触が、その後の破損リスクを伴う、接触パッドに対する、コンタクトプローブの衝突中のより大きい力につながることができる接触も回避するように定められる。
好適には、本実施形態によれば、スロット21内に配置された導電性インサート25は、電気絶縁および機械的隔離体としてふるまう空気を介して、支えアーム22aおよび22bにより隔てられる。
あるいは、コンタクトプローブ20は、支えアーム、たとえば、図3Aに示すように、支えアーム22a内に配置された導電性インサート25、または、図4Aに示すように、支えアーム22aおよび22b内にそれぞれが配置された複数の導電性インサート25aおよび25bを備え得る;このようにして、上記インサートまたは複数の導電性インサートは、図3Aおよび4Aに示す面π1~π3でなお切断され、および、図2Aのものと同様に配置された、図3B~3Dおよび図4B~4Dのセクションに示すように、コンタクトプローブ20を形成する構造的に安定した材料内に完全に埋め込まれる。
上記実施形態代替案によれば、プローブ、および特に支えアーム22aおよび22bができている構造的に安定した材料が、その中に埋め込まれ機械的により弱い低比電気抵抗材料でできているインサート25の、またはインサート25a、25bの、破損のリスクを減少させることが強調される。
図3Aにも図4Aにも示していないが、スロット21のものよりも大きい寸法を有する導電性インサート25または導電性インサート25aおよび25bを作ることも可能である。
図5Aに示す実施形態代替案によれば、コンタクトプローブ20は、導電性中央インサート25を形成するような低比電気抵抗材料でできたアームも備え得る;この場合、コンタクトプローブ20は、図5Aに、前述したように配置された面π1~π3で切断された図5B~5Dのセクションにおいて示すように、スロット21により、隔てられた導電性インサート25および支えアーム22bを備える。
この場合、上記導電性インサート25は、支えアーム22bのものと同様の寸法を有する。
図5Aに示していないが、低比電気抵抗材料でアーム22aおよび22bいずれをも作ることも可能である;この場合、コンタクトプローブ20は、スロット21により隔てられた一対の導電性インサートを備える。
図6Aに示すさらなる代替的な実施形態によれば、導電性インサート25は、図2Aに示す実施形態のように、スロット21内に配置された導電性中央インサート25cと、低比電気抵抗材料により形成され、ならびに、図6Aに前述したように配置された面π1~π3で切断された図6B~6Dのセクションにおいて示すように、コンタクトプローブ20を形成する構造的に安定した材料内に完全に埋め込まれるように、接触ヘッド20Bおよび接触先端20A近くのプローブ本体20C内に配置されたさらなる導電部26a~26dとを備え得る。
これらのさらなる導電部26a~26dは、コンタクトプローブ20の全体寸法が、十分に大きい径Dを有する、または、800mAよりも大きい電流値を流すのに好適な複数の箔により形成された導電性インサートを収容することを可能にするものでない場合にも、図2Aに示す実施形態に対して、コンタクトプローブ20の全体電流容量をさらに増加させることを可能にする。これらのさらなる導電部26a~26dが、コンタクトプローブ20内に、特に、それが形成されており、および導電性インサート25ができている低比電気抵抗材料に対して機械的な耐性が高い構造的に安定した材料内に完全に埋め込まれているので、それが、コンタクトプローブ20の電流容量を、その構造的安定性に、大きな影響をおよぼすことなく、増加させることを可能にすることが強調される。
あるいは、図7Aに示すように、特に、図7Aに示す面π1~π3で切断され前述のように配置された、図7B~7Dのセクション内に示すように、コンタクトプローブ20は、コンタクトプローブ20全体に沿って、たとえば、スロット21からであるが、スロット21外部にも、第1の接触エリア23Aまで接触先端20Aに沿って、および、第2の接触エリア23Bまで接触ヘッド20Bに沿って、中央部において延在するように作られた導電性インサート25を備える。
このようにして、導電性インサート25は、コンタクトプローブ20ができている構造的に安定した材料において、特に、接触先端20Aおよび接触ヘッド20Bにおける部分的埋め込みのおかげで脆弱エリアをもたらすことなく、たとえば、図2Aに示す実施形態に対して、コンタクトプローブ20の電流容量をさらに増加させる。さらに、コンタクトプローブ20の接触ヘッド20Bから接触先端20Aへその長手方向展開全体に沿って延在しているそうした導電性インサート25は好適には、上記プローブを通って流れる電流の、優先的な、妨害されない経路を形成する。
図8Aに示すさらなる代替的な実施形態によれば、コンタクトプローブ20は、長手方向に延在しており、ならびに、2つのアーム22aおよび22bにおいて、特に、コンタクトプローブ20ができている構造的に安定した材料により、組み入れられるように、それらの中心において配置された少なくとも2つの導電性インサート25a、25bにより形成された導電性インサート25を備える。この図に示す実施形態では、図8Aに示す面π1~π3で切断され前述のように配置された図8B~8Dのセクション内に示すように、コンタクトプローブ20ができている構造的に安定した材料に対して出現するように、接触先端20Aの接触ヘッド20Bのエッジまで、コンタクトプローブ20の延長全体に沿って延在している。
明らかに、スロット21においてのみ、または、構造的に安定した材料内に完全に埋め込まれるように、コンタクトプローブ20の全長よりも小さい長さだけ、アーム22aおよび22bにおいて延在している導電性インサート25aおよび25bを作ることが可能であり、上記導電性インサート25aおよび25bの長さは、その特定のアプリケーションに応じた、そのコンタクトプローブ20に必要な電流容量に基づいて選ばれる。
さらに、図9Aに示すように、スロット21において出現するようにアーム22aおよび22bにおいて延在している導電性インサート25aおよび25bを作ることが可能である;特に、導電性インサート25aおよび25bは、図9Aに示す面π1~π3で切断され前述したように配置された図9B~9Dのセクションにおいて示すように、スロット21自体の側壁SLaおよびSLbにおいて作られる。
このようにして、コンタクトプローブ20は、異なる制約を有する製造プロセスに適合された、本発明の技術分野において使用される異なる製造方法と両立するように思われる。
さらに、図10Aに示すように、コンタクトプローブ20内に、長手方向に延在している複数の導電性インサートによって形成された導電性インサート25を有するコンタクトプローブ20を作ることが可能である;特に、導電性インサート25は、アーム22aおよび22bにおいて配置された一対の導電性インサート25aおよび25bと、スロット21において配置された導電性中央インサート25cとを備える。示された実施形態では、図10Aに示す面π1~π3で切断され、および、前述したように配置された、図10B~10Dのセクションにおいて示すように、導電性インサート25aおよび25bは、接触先端20aの、および接触ヘッド20Bのエッジまで、コンタクトプローブ20の延長全体に沿って延在しており、ならびに、導電性中央インサート25cは、接触エリア23aおよび23bまで延在している。
そうした導電性インサート25は、前述した実施形態に対して、構造的に安定した材料により支配された状態に留まるその機械的挙動に大きく影響をおよぼすことなく、および、その全体横方向寸法、特に、プローブ本体20Cの径Dc、およびプローブの全体寸法を増加させることなく、コンタクトプローブ20の全体電流容量を最大にして、低減されたピッチのアプリケーションについてもそうしたコンタクトプローブ20を使用する可能性を確実にすることを可能にする。
本発明は、特に、被試験集積デバイス40の接触パッド40Aに当接するように構成された少なくとも1つの接触端、特に端部20Aをそれぞれが有する、上述したように作られた複数のコンタクトプローブ20を備えるプローブヘッド30にも関する。そうしたプローブヘッドは、高周波および高電流信号を有するアプリケーションであって、各コンタクトプローブ20が5000~7000μm未満の全長LSを有しており、および、特定されたアプリケーションに必要な電流容量に構成された導電性インサート25を備えたアプリケーションに使用され得る。
図11に概略的に示すように、プローブヘッド30は、少なくとも1つの板状の支持体またはガイド、好ましくは、試験装置(図示せず)に接続されたPCB50の接触パッド50Aに当接するように構成された第2の接触端、特に接触ヘッド20Bを有する、特に例としてのみである、図2Aの実施形態によるコンタクトプローブ20を摺動可能に収容するように構成された複数のガイド穴31A、32Aを備えた一対のガイド31、32を備え得る。好適には、ガイド穴は、拡大部24がガイド31の面F1に当接し、および、対応するコンタクトプローブ20の正しい保持を確実にし得るように、接触ヘッド20Bの径Dbよりも小さい横方向径を有するように必要な大きさにされる。「径」との語はいずれにせよ、非円形穴の場合にも、最大横方向寸法を示す。
あるいは、コンタクトプローブ20は、プローブヘッド30の支持体に、特に、試験装置において配置されたその端において溶接され、それぞれの接触先端20Aはいずれにせよ、被試験デバイス40のパッド40Aに当接するように構成され得る。
特定のアプリケーションニーズに基づいて交互配置された、少なくとも1つの導電性インサートを備えたコンタクトプローブであって、上記導電性インサートを備えたコンタクトプローブが考えられる高電流信号を伝達するように配置されたコンタクトプローブ、
および、そうしたインサートを備えていないコンタクトプローブを備えるようにプローブヘッドを作ることも可能であることが強調される。
および、そうしたインサートを備えていないコンタクトプローブを備えるようにプローブヘッドを作ることも可能であることが強調される。
まとめれば、本発明の実施形態によって作られたコンタクトプローブは、パッドを、またはプローブをも、特に(すなわち5000~7000μm未満の長さを有する)短プローブの場合に、破損するリスクをなくさない場合にも低減するように、全体としてのプローブの低減された機械的耐性、およびパッドに対する制限された力を確実にする一方で、高電流信号を伝達するという課題を解決することを可能にする。好適には、低比電気抵抗材料でできている導電性インサートの存在は、技術分野において現在使用されているプローブに対して低い電気抵抗値を有するコンタクトプローブを得ることを可能にする。さらに、上記導電性インサートが、それを備えるコンタクトプローブの屈曲面内に配置されているので、それは、全体としてのプローブの機械的強度を向上させることができる。
特に、上記複数のコンタクトプローブは、5000~7000μmよりも小さい、それらの低減された寸法のおかげで、高周波アプリケーション、特に、1000MHzよりも大きい周波数におけるそれらの使用に好適な、特に高性能の動作特性を有し、コンタクトプローブの本体内のスロットの存在が、その剛性を減少させることを可能にし、および、プローブを破損する可能性を劇的に低減し、一方で、対応する接触先端により加えられる圧力の好適な低減を確実にして、考えられる被試験デバイスの接触パッドの破損、およびプローブ自体の破損を回避する。
さらに、コンタクトプローブ内部への配置に好適な寸法を有する導電性インサートの使用は、その全体寸法を事実上変わらない状態に維持し、および、ファインピッチアプリケーションのためのその使用を可能にする。
特に、有利には、本発明によれば、支えアームの、および導電性インサートの組み合わせられた使用は、広い温度範囲、特に、-55℃~+150℃以上で、電気抵抗を最小にし、および、電流容量を最大にする短または超短プローブを作ることを可能にする。
出願人自身によって行われた試験は、被試験デバイスおよびスペーストランスフォーマそれぞれのパッドに当接して、これらのパッドに対する、またはいずれかの接触バンプに対する損傷を回避することができる、2.5~3gの最大力を加えるコンタクトプローブを得て、および、プローブおよび接触パッド/バンプ間の良好な電気的接触を確実にするように1.0~1.5gの最小力を保証する一方で、より大きい数(3万超)のプローブを備えた製品においても、荷重の正しい管理を容易にすることが可能であることを示している。
好適には、本発明の実施形態によるコンタクトプローブは、幾何学的スケーラビリティを有する解決策を表し、支えアームおよび導電性インサートの組み合わせられた使用は、加えられた最大垂直変位(100μmOD[オーバードライブ])を有する1Mの接触という極端な条件においても的確な疲労耐性を確実にし、および、低減された熱緩和(全体としてのコンタクトプローブの塑性変形の制御に加えて、加えられた最大変位における100h後の、10%未満の力の変動)を確実にする。
さらに、接触ヘッド端における拡大部の存在は、プローブヘッド内部の、コンタクトプローブの正しい保持を、特に、プローブヘッドが被試験デバイスに当接していない場合に、または清掃動作中にも確実にする。
最後に、複数のコンタクトプローブが、単純なやり方で、および低コストで作られていることに結びついた利点は、見逃すべきでない。というのは、それらは、従来のフォトリソグラフィ法を使用して、もしくは、MEMS技術(微小電気機械システム)を使用して、または、コンタクトプローブができている構造的に安定した材料、および導電性インサートができている低比電気抵抗材料を含む多層材料、特にプローブおよびそのアームの長手展開方向に対して平行に成長した構造的に安定した材料および低比電気抵抗材料の層を有する多層材料から始めて、レーザ技術によっても作られ得るからである。
行われた考察は、たとえば、単一のガイドを有するプローブヘッド、および、対応する接触ヘッドにおいてブロック化されたプローブなどの、本明細書中に規定されていないが、いずれにせよ本発明の対称である異なる実施形態についても妥当である。さらに、実施形態に関して採用された方策は他の実施形態にも使用される場合があり、および、2つよりも大きい数においても、互いに自由に組み合わせることが可能である。
明らかに、非特定の、および、特定の要件を満たすために、当業者は、すべて、以下の請求項によって画定されるような、本発明の保護の範囲内に収まる、上述の数多くの修正および変形をコンタクトプローブに対して行い得る。
たとえば、いかなる拡大部なしでもコンタクトプローブを作り、または、プローブ本体から突出して作られた好適なストッパをそれに備えて、プローブヘッド内部の、プローブの正しい位置決めおよび保持を、場合によっては、接触ヘッド端の拡大部と組み合わせて確実にすることが可能である。
Claims (26)
- プローブ本体(20C)であって第1の端部(20A)と第2の端部(20B)との間に延在しており、および、コンタクトプローブ(20)の長手展開方向に応じて前記プローブ本体(20C)内に作られたスロット(21)により隔てられた少なくとも一対のアーム(22a、22b)を備えたプローブ本体(20C)を備えるコンタクトプローブ(20)であって、
前記コンタクトプローブ(20)の屈曲面(α)内に配置された、前記長手展開方向に沿って前記コンタクトプローブ(20)内部に延在している、少なくとも1つの導電性インサート(25)を備え、
前記導電性インサート(25)は、前記コンタクトプローブ(20)ができている第2の材料の比電気抵抗よりも低い比電気抵抗を有する第1の材料でできており、
前記導電性インサート(25)が電力伝送要素であり、および、前記アーム(22a、22b)は、前記プローブ本体(20C)の変形中の、前記コンタクトプローブ(20)の構造支持要素である、コンタクトプローブ(20)。 - 前記第1の材料が、30μΩ・cmよりも低い比電気抵抗を有する、請求項1に記載のコンタクトプローブ(20)。
- 前記第1の材料は、金(Au)、銅(Cu)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、白金(Pt)、およびそれらの合金から選択される、低比電気抵抗の導電性または半導体材料であり、および前記第2の材料は、ニッケル、タングステン、コバルト、パラジウム、または、ニッケル-マンガン、ニッケル-コバルト、ニッケル-パラジウムもしくはニッケル-タングステン、パラジウム-コバルト合金、パラジウム系の3元および4元合金などの、それらの合金から選択される構造的に安定した導電性材料である、請求項1に記載のコンタクトプローブ(20)。
- 前記第1の材料が銀であり、および前記第2の材料がパラジウム-コバルトである、請求項1に記載のコンタクトプローブ(20)。
- 前記導電性インサート(25)は、前記長手展開方向に対して直交しており、前記アーム(22a、22b)の対応する横方向寸法(D2a、D2b)よりも低い横方向寸法(D)を有する、請求項1に記載のコンタクトプローブ(20)。
- 前記導電性インサート(25)が、20μmよりも低い前記横方向寸法(D)を有する、請求項5に記載のコンタクトプローブ(20)。
- 前記導電性インサート(25)の前記横方向寸法(D)が、前記アーム(22a、22b)の前記横方向寸法(D2a、D2b)の最小値の20%~60%に等しい、請求項5に記載のコンタクトプローブ(20)。
- 前記導電性インサート(25)が、前記屈曲面(α)内に、前記コンタクトプローブ(20)の中立軸に沿って最小応力位置に配置された、請求項1に記載のコンタクトプローブ(20)。
- 前記導電性インサート(25)が、前記スロット(21)内に配置された、請求項1に記載のコンタクトプローブ(20)。
- 前記導電性インサート(25)が、前記スロット(21)内に配置された複数の平行箔を備える、請求項9に記載のコンタクトプローブ(20)。
- 導電性インサート(25、25a、25b)が、前記アーム(22a、22b)の一方の内側に作られた、請求項1に記載のコンタクトプローブ(20)。
- 請求項1に記載のコンタクトプローブ(20)であって、前記導電性インサート(25)を形成するように第1の低比電気抵抗材料でできている少なくとも1つのアームを備える、請求項1に記載のコンタクトプローブ(20)。
- 前記導電性インサート(25)が、前記スロット(21)の長さに等しい長さ(L1)を有する、請求項1に記載のコンタクトプローブ(20)。
- 前記プローブ本体(20C)が、前記アーム(22a、22b)および導電性インサート(25、25a、25b、25c)の交互配置を備える、請求項1に記載のコンタクトプローブ(20)。
- 前記導電性インサート(25)は、前記スロット(21)内に配置されている導電性中央インサート(25c)と、前記第1の材料でできており、前記コンタクトプローブ(20)ができている前記第2の材料内に完全に埋め込まれているさらなる導電部(26a~26d)とを備える、請求項1に記載のコンタクトプローブ(20)。
- 前記さらなる導電部(26a~26d)が、前記コンタクトプローブ(20)の前記第1の端部(20A)および前記第2の端部(20B)内に実現された、請求項15に記載のコンタクトプローブ(20)。
- 前記導電性インサート(25)が、前記コンタクトプローブ(20)全体に沿って延在し、ならびに、前記コンタクトプローブ(20)の前記第1の端部(20A)および前記第2の端部(20B)それぞれにおいて作られた第1の接触エリア(23A)および第2の接触エリア(23B)における前記第2の材料に対して出現している、請求項1に記載のコンタクトプローブ(20)。
- 前記導電性インサート(25)は、前記アーム(22a、22b)それぞれにおいて長手方向に延在している少なくとも1つの導電性インサート(25a、25b)を備える、請求項1に記載のコンタクトプローブ(20)。
- 前記アーム(22a、22b)それぞれにおいて延在している前記導電性インサート(25a、25b)が、前記アーム(22a、22b)を形成する前記第2の材料内に完全に組み入れられるように作られた、請求項18に記載のコンタクトプローブ(20)。
- 前記アーム(22a、22b)それぞれにおいて延在している前記導電性インサート(25a、25b)が、前記スロット(21)の側壁(SLa、SLb)において出現するように作られた、請求項18に記載のコンタクトプローブ(20)。
- 前記導電性インサート(25)が、前記スロット(21)において配置された導電性中央インサート(25c)をさらに備える、請求項18に記載のコンタクトプローブ(20)。
- 導電性インサート(25;25a、25b、25c)は、前記コンタクトプローブ(20)の長さ(LS)よりも低い、前記長手展開方向に沿った長さを有する、請求項1記載のコンタクトプローブ(20)。
- 導電性インサート(25;25a、25b、25c)は、前記コンタクトプローブ(20)を形成する前記第2の材料から出現するように前記長手展開方向に沿った長さを有する、請求項1記載のコンタクトプローブ(20)。
- 被試験集積デバイス(40)の接触パッド(40A)に当接するように構成された少なくとも1つの端部(20A)を備えた複数のコンタクトプローブ(20)を含む、被試験集積デバイス(40)を試験するためのプローブヘッド(30)であって、
請求項1~23のいずれか1項により、作られ、ならびに、アーム(22a、22b)および少なくとも1つの導電性インサート(25)を備えたプローブ本体(20C)を有する前記複数のコンタクトプローブ(20)を備える、プローブヘッド(30)。 - 請求項24に記載のプローブヘッド(20)であって、アーム(22a、22b)および少なくとも1つの導電性インサート(25)を備えたプローブ本体(20C)を有する第1の複数のコンタクトプローブ(20)と、アーム(22a、22b)を備えており少なくとも1つの導電性インサート(25)を欠いているプローブ本体(20C)を有する第2の複数のコンタクトプローブ(20)とを備えるプローブヘッド(20)。
- 請求項24に記載のプローブヘッド(20)であって、前記アーム(22a、22b)および前記少なくとも1つの導電性インサート(25)を備えた前記プローブ本体(20C)を有する前記複数のコンタクトプローブ(20)のみを備える、プローブヘッド(20)。
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