JP3864201B2

JP3864201B2 - プローブカード

Info

Publication number: JP3864201B2
Application number: JP2002285236A
Authority: JP
Inventors: 親臣森
Original assignee: Japan Electronic Materials Corp
Current assignee: Japan Electronic Materials Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP2004119945A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＬＳＩチップ等の半導体デバイスの電気的諸特性を測定する検査用具であるプローブカードに関し、特にインターポーザを備えたプローブカードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プローブカードには、カンチレバー型と呼ばれる横型タイプと、垂直型と呼ばれる縦型タイプとがある。前者の横型タイプのプローブカードは、多くの優れた点があるが、近年のＬＳＩチップの大規模高集積化とテスターの多重化に伴う多チップ同時測定には適していない面がある。これに対して、縦型のプローブは、より多くのプローブ（数百本〜数千本）を使用でき、しかもプローブの配置の自由度が高いので、多チップ同時測定には適している。
【０００３】
半導体デバイスの検査には、複数のチップを同時に測定することが求められており、近年、そこで使用するプローブカードの電極数が更に増加し、使用される基板などの部材も大型化しており、しかもそれらを高温で安定して測定検査することが求められている。上記、縦型のプローブカードにおいて、電極の比較的大きい間隔から小さい間隔への変換を担うメイン基板と、そのメイン基板で間隔変換された電極を、サブ基板を用いてさらに電極間隔を縮小させる必要がる。従来、上記メイン基板と上記サブ基板との間における電極間隔の変換を電気的に導通させながら行うためのユニット化されたインターポーザ（介在体）をメイン基板とサブ基板との間に設けることが知られている。
【０００４】
図７に従来のインターポーザユニットの構造の断面概念図を示す。表面に広い間隔で複数の電極５４が配された第１基板（メイン基板）５１と、半導体デバイス５３の狭い間隔で配された電極５６に合わせて狭い間隔で電極５７が表面に配された第２基板（サブ基板）５２との間に１枚のインターポーザＩが配置されている。インターポーザＩは、第１基板５１の裏面に互いにやや狭い間隔で配置された接続用電極５５と、第２基板５２の裏面に配置された接続用電極５８とに跨って介在し付勢接触させることで電気的に導通させる手段機構であり、弓形（略３型）などの形状に屈曲形成された弾性状の金属電極である複数の接続子５９と、これら接続子５９をそれらの中間位置で固定し、かつ全ての接続子５９をまとめて支持する１枚の支持板６０とからなる単一のユニットに構成されていた。配線６１は第１基板５１の裏表の電極同士を導通させ、配線６２は、第２基板５２の裏表の電極同士を導通させている。このように、従来、介在する複数の接続子５９全てを固定してそれらを１枚の支持板６０により、１枚のインターポーザＩでまかなう必要があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術によるユニット化された構造のインターポーザでは、インターポーザの電極数の更なる増加に伴いその外形がさらに大きい形状となるため、高温熱試験時あるいはデバイスの熱試験時の熱によって発生する支持板の熱変形ひいてはインターポーザ全体の熱変形の影響を顕著に受け、導通不良が多く発生し良好な試験が出来なくなる問題があり、しかも外形が大きいインターポーザの製造においては、製造歩留まりが低下し、製造工程時間が長くなり、高価となる問題があった。
【０００６】
本発明は、高温熱試験時あるいはデバイス熱試験時に発生するインターポーザの熱変形による第１基板（メイン基板）と第２基板（サブ基板）の電極間の導通不良の発生を抑制し、しかもその製造歩留まりが向上し、製造工程時間が短くなるインターポーザを備えたプローブカードを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の構成は、第１基板と第２基板の配線基板間を電気的に接続するインターポーザを備えたプローブカードであって、接続する対象の領域が複数の独立した領域に分割され、分割された領域に対応するそれぞれのインターポーザの周辺には、穴の形状が楕円状および長穴状のいずれかで、その長軸方向が各インターポーザの中心から放射状になるように配置された位置決め穴が形成されており、この位置決め穴により第１基板に取付けられていることを特徴とする。
【０００８】
請求項１の構成によれば、楕円状あるいは長穴状の位置決めピン穴の長軸方向がインターポーザの中心方向より放射状になるように形成しているので、位置決めピンにより第１基板に支持された各インターポーザが熱試験時に熱変形を受けても、熱変形が一方に偏心することがなく平均化されて全体として小さな変形に抑えることができ、第１基板と第２基板間の電極間の導通不良をさらに低減することが可能になる。また、その組立時に、第１基板に位置決め支持された各インターポーザの位置が一方に偏心することを防止できることが可能になる。
【０００９】
更に、請求項１の構成において、前記インターポーザの面形状が略正方形または略長方形であり、互いに略田の字の形に前記インターポーザを少なくとも４枚配列するように構成することができる。
【００１０】
このような構成の場合、正方形または長方形の形状をした少なくとも４枚のインターポーザを互いに略田の字に配列し、従って大きな正方形または長方形の分割されたインターポーザにしたことにより、電極数が多くなってインターポーザの外形形状が設計上やむをえず大きくして構成することになっても、熱試験時の熱変形を四方向へ均等にバランスよく分散でき、第１基板と第２基板間の導通不良をさらに抑制することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
（実施の形態）
図１は、インターポーザを含むプローブカードＡの実施形態の断面構造の概念図を示す。図１において、プローブカードＡは、テスター等の検査測定機器（図示省略）に導通接続するための第１基板（メイン基板：別名マザー基板）１と、ＩＣチップ等の被検査対象である半導体デバイス３に導通接続するための第２基板（サブ基板）２と、これら第１基板１，第２基板２の間に介在される縦型のインターポーザＩとから構成されている。
【００１２】
第１基板１は、検査用測定機器に導通接続される複数の外部電極４を表面に装備し、かつ、第２基板２に対する導通用としての接続用電極５を裏面に装備し、これら表裏の両電極４，５の相対応するものどうしを導通させる複数の内部配線１０を設けて構成されている。隣り合う外部電極４，４同士の第１間隔Ｄ１は、検査測定機器に対応した大きな間隔に設定されている。また、第１基板１には位置決めピン１３が所定の位置に立って複数設けられている。
【００１３】
第２基板２は、半導体デバイス３の電極６に対応させて間隔Ｄ２に狭く配置された複数の外部電極７を表面に装備し、第１基板裏面に形成された接続用電極５に対応する間隔Ｄ３で形成された接続用電極８を裏面に装備し、これら表裏の両電極７，８の相対応するもの同士を導通させる複数の内部配線９を設けて構成されている。ここで、上記間隔はＤ１＞Ｄ３＞Ｄ２の関係にある。
【００１４】
インターポーザＩは、第１基板１の接続用電極５と第２基板２の接続用電極８とに跨って付勢接触して導通させる手段機構であり、弓形（略３形）に屈曲形成された弾性状の導電体電極である複数の接続子１１と、これら接続子１１をそれぞれまとめて固定支持する正方形あるいはほぼ正方形の面形状をした複数枚の小さい形状の支持板１５，１６，１７，１８からなる小さい形状からなる複数枚のインターポーザＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄが、第１基板１の裏面平行に配列するように構成されている。
【００１５】
接続子１１の材料としては、電極として例えば表面に金メッキ処理された弾性バネ状の良好な導電体金属であれば良く、例えばＢｅＣｕ（ベリリュウムカッパー）などを使用する。
【００１６】
支持板１５〜１８の材料としては、第１基板１の熱膨張係数に近い樹脂基板材料であれば良く、あるいは比較的熱膨張係数の低い樹脂基板材料のポリイミド、芳香族ポリイミドなどを使用する。
【００１７】
図２は、図１のインターポーザＩの断面構造および平面構造の概念図を示す。複数の接続子１１をほぼ正方形の面形状をした４枚の支持板１５〜１８にそれぞれまとめて固定支持した正方形の面形状をした４枚のインターポーザＡ〜Ｄを、略田の字の形に配列して、インターポーザＩ全体の外側の外形をほぼ正方形としている。
【００１８】
その各インターポーザの周囲には、位置決めピン穴１４が複数穴状に貫通して形成されており、その形状は、位置決めピン穴の形状の平面構造の概念図である図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように楕円状あるいは長穴状の形状であり、図２にもどって、その長軸方向は各インターポーザの中心から放射状になるように形成されている。そして、図１の第１基板１の所定の位置に設置された複数の位置決めピン１３を、図１，図２のインターポーザＡ〜Ｄのそれぞれの位置決めピン穴１４に嵌め込み通して、各インターポーザＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを第１基板１に支持するように構成している。
【００１９】
上記で、正方形の面形状をした４枚のインターポーザを互いに略田の字に配列し、大きな正方形の分割されたインターポーザにしたことにより、電極数が多くなってインターポーザの外形形状が設計上やむをえず大きくして構成することになっても、熱試験時の熱変形を正四方向へ均一にバランスよく分散でき、かつ外形が小さいため、熱変形は小さいので、第１基板と第２基板間の導通不良を従来よりさらに抑制することができる。
【００２０】
また、インターポーザのそれぞれの位置決めピン穴に、第１基板の複数の位置決めピンを通し嵌め込むことにより、インターポーザと第１基板を容易に支持することができ、また、次々にインターポーザを第１基板面に平面状に位置決めすることにより、プローブカード全体の組立の効率化が可能になる。
【００２１】
また、外形が小さいインターポーザなので、製造歩留まりの向上や製造時間の短縮化を図ることも出来る。
【００２２】
また、本発明のプローブカードに備えられたインターポーザにおいて、楕円状あるいは長穴状の位置決めピン穴の長軸方向がインターポーザの中心方向より放射状になるように形成していることが好ましい。また、本発明においては、楕円状あるいは長穴状の位置決めピン穴の長軸方向が第２基板の中心方向より放射状になるように形成してもよい。このとき、位置決めピンにより第１基板に支持された各インターポーザおよび／または第２基板が熱試験時に熱変形を受けても、熱変形が一方に偏心することがなく中心から四方向へ広がるため、熱変形は平均化されて全体として小さな変形に抑えることができ、第１基板と第２基板間の電極間の導通不良をさらに低減することが可能になる。
【００２３】
また、その組立時に、第１基板に位置決め支持された各インターポーザあるいは第２基板の位置が一方に偏心することを防止できることが可能になる。
【００２４】
図３は、実施の形態の他の実施例のプローブカードにおけるインターポーザＩの平面構造の概念図を示す。外形が小さい、長方形あるいは略長方形の面形状をした複数枚の支持板１９〜２４に、複数の接続子１１をそれぞれにまとめて固定支持して構成した、複数枚のインターポーザＥ〜Ｊを、プローブカードの第１基板１面に、例えば田の字の形に、均等に配置するように枚数を調整して設計配列している。
【００２５】
その各インターポーザＥ〜Ｊの周囲には、位置決めピン穴１４'が複数穴状に貫通して形成されており、その形状は、図４に示すように楕円状あるいは長穴状の形状であり、図３にもどって、その長軸方向は各インターポーザＥ〜Ｊの中心から放射状になるように形成されている。
【００２６】
図示していないが、第１基板１の所定の位置に設置された位置決めピンを上記略長方形の面形状のインターポーザＥ〜Ｊの位置決めピン穴１４に嵌め込み通して、各インターポーザＥ〜Ｊを第１基板１に支持するように構成してもよい。
【００２７】
上記では、インターポーザの面形状を長方形または略長方形としたが、正方形または略正方形でもよく、これらをプローブカードの第１基板面に、略田の字の形などに、均等に配置するように枚数を調整して複数枚を設計配列する構成にしても同様に実施可能である。
【００２８】
本発明においては、インターポーザ全体を複数枚の外形を小さくした長方形または略長方形あるいは正方形または略正方形のインターポーザに分割化しこれらを配列することもできる。これにより、高温での熱試験検査時において、形状が小さい支持板の熱変形ひいてはインターポーザのそれぞれの熱変形は小さいので、インターポーザ全体の熱変形は小さくなるので、第１基板と第２基板間の導通不良を抑制することができるようになる。
【００２９】
また、たとえ導通不良となったインターポーザが発生してもそれのみを交換することが可能になり、インターポーザＩ全体を一度に交換しなくてもよい。しかも外形が小さいインターポーザを製造することができるようになるので、従来型の大きい形状のインターポーザを製造する時よりその歩留まりが向上し、短い時間で製造することが可能になる。
【００３０】
また、インターポーザの面形状を正方形または略正方形あるいは長方形または略長方形にすることができるので、熱試験時に発生する熱変形がそれぞれのインターポーザにおいて四方へ均等にバランスよく分散されやすくなり、インターポーザ全体の熱変形を従来より小さくすることができ、第１基板と第２基板間の導通不良をさらに抑制することができる。
【００３１】
また、外形が小さく正方形あるいは長方形の形状をしたインターポーザを汎用的に設計製造することにより、大きい形状の従来型の製造時よりその歩留まりが向上し、短い時間で平行して製造することができるので、プローブカード全体として安価にすることが可能になる。
【００３２】
図５は、実施の形態の他の実施例であるインターポーザを含むプローブカードＢの断面構造の概念図を示す。図１と同様な構成のものは同じ参照番号を付している。第２基板２に、第１基板１に設置された位置決めピン１３'が通る位置決めピン穴１４”を対応する位置に複数形成する。位置決めピン１３'を第２基板２の位置決めピン穴１４”と各インターポーザＫ、Ｌの位置決めピン穴１４とに通し嵌め込んで、位置決めピン１３’により第２基板２および小さい面形状の各インターポーザＫ、Ｌを第１基板１に支持するように構成している。
【００３３】
上記で、第２基板にも第１基板の位置決めピンが通る位置決めピン穴を対応する位置に複数形成することにより、各インターポーザおよび第２基板の位置決めピン穴に、第１基板の位置決めピンを通し嵌め込むことができるようになり、第１基板、各インターポーザ、第２基板をひとまとめに位置決めすることが可能になり、従って、プローブカードの組立の効率化が可能になる。
【００３４】
図６は、実施の形態の他の実施例であるインターポーザを含むプローブカードＣの断面構造の概念図を示す。図１と同様な構成のものは同じ参照番号を付している。さらに、接続子の部分を拡大して説明するために一部図面を省略している。インターポーザＭ、Ｎは、接続子３１と、複数枚の外形が小さい支持板３２，３３に設けた複数の筒部３４に接続子３１が取り外し可能なように挿入支持されて構成されている。接続子３１は、先端３５が第１基板１の接続用電極５と接触する略逆Ｕ字状の二股形状の装着用端子３６と、この装着用端子３６の基端部３７に設けられ先端３５が相対応する第１基板１の接続用電極５と付勢接触する側面視略つ字状の弾性体からなる接触部３８とを有するように構成してある。インターポーザＭ、Ｎの各周囲には位置決めピン１３が通る複数の位置決めピン穴４４がその長軸方向がインターポーザの中心方向に放射状に向いた楕円状あるいは長穴状の貫通穴が形成されている。インターポーザＭ、Ｎは位置決めピン１３により、第１基板１面に平行に支持される。
【００３５】
上記で、インターポーザの筒部に接続子が取り外し可能なように挿入支持されているので、熱試験などで導通不良となった接続子を持つインターポーザがあっても、そのインターポーザにおける導通不良接続子のみを１本単位で交換できるため、該当不良接続子のみを交換することができる。
【００３６】
また、導通不良接続子が多い場合には、該当インターポーザを交換するなどの方法が選択することが可能になり、修理の選択方法が増える。従って、従来のように、大きなインターポーザＩを交換しなくてもよい。
【００３７】
なお、上記で、第２基板に位置決めピン穴を周囲の所定の位置に設け、第１基板に設置した位置決めピンにより、第１基板と交換可能な接続子を支持したインターポーザと第２基板とをひとまとめに位置決めできることも、同様に実施可能である。
【００３８】
また、上記で、インターポーザの筒部に挿入した取り外し可能な接続子として、先端が略逆Ｕ字状の二股形状の装着用端子と、この装着用端子の基端部に設けられ先端が側面視略つ字状の弾性体からなる接触部とを有するように構成した例で説明したが、筒部に挿入し取り外し可能で、第１基板と第２基板の対応する各接続用電極に付勢接触できる弾性状の部分を含む構成からなる接続子であれば、同様に実施可能である。
【００３９】
なお、以上の説明で、インターポーザの面形状を長方形または略長方形あるいは正方形または略正方形として説明したが、三角形、台形他の形状でもよく、これらをプローブカードの第１基板に均等に配置するように枚数を調整して複数枚を設計配列する構成にしても、同様に実施可能である。
【００４０】
また、以上の説明で、インターポーザの配列枚数を４枚、６枚で説明したが、２枚、３枚あるいはさらに多い複数枚でも同様に実施可能である。
【００４１】
また、以上の説明で、インターポーザあるいは第２基板の対角線上に位置決めピン穴を各４個形成して説明しているが、その外形の周囲のいずれに配置しても良く、またその個数は少なくとも２個、さらに多くの複数でも同様に実施可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、プローブカードにおいて、インターポーザ全体を複数枚の外形を小さくしたインターポーザに分割化して配列することによって、それぞれのインターポーザの熱変形を個々に独立した対応をさせることとなり、全体として小さな変形に抑えることができる。したがって、高温熱試験時あるいはデバイス熱試験時に発生するインターポーザの熱変形による第１基板（メイン基板）と第２基板（サブ基板）の電極間の導通不良の発生を抑制できる。また、外形が小さいインターポーザを製造することになるのでその製造歩留まりが向上し、製造工程時間が短くなるなど、プローブカード全体を安価にすることができる。
【００４３】
また、たとえ導通不良となったインターポーザが発生してもそれのみを交換することが可能になり、インターポーザＩ全体を一度に交換しなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるインターポーザＩを含むプローブカードＡの断面構造を示す概念図。
【図２】インターポーザＩの平面構造および断面構造を示す概念図。
【図３】実施の形態の他の例によるインターポーザＩの平面構造を示す概念図。
【図４】位置決めピン穴の形状の平面構造を示す概念図。
【図５】実施の形態の他の例によるインターポーザを含むプローブカードＢの断面構造を示す概念図。
【図６】実施の形態の他の例であるインターポーザを含むプローブカードＣの断面構造を示す概念図。
【図７】従来のインターポーザＩを含むプローブカードの断面構造を示す図。
【符号の説明】
１第１基板
２第２基板
５、８接続用電極
１１、３１接続子
１５〜２４、３２、３３支持板
Ａ〜Ｎインターポーザ
１３、１３’ 位置決めピン
１４、１４’、１４”、４４位置決めピン穴
３４筒部
３５先端
３６装着用端子
３７基端部
３８接触部

Claims

主面に複数の電極を有する第１基板と、前記第１基板の主面に対向し、この対向する主面に複数の電極を有する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間の平面に複数設置され、前記第１基板及び前記第２基板に向かう接触子を有し、この接触子によって前記第１基板上の電極と前記第２基板上の電極とを接続するインターポーザと、前記第１基板に一端が取り付けられ、他端が前記インターポーザに取り付けられて前記第１基板に対する位置決めを行う位置決めピンとを備え、前記インターポーザのそれぞれの外周部に、形状が楕円状あるいは長穴状で、その長軸方向が各インターポーザの中心から放射状になるように配置された位置決めピン穴が設けられ、この位置決めピン穴によって前記位置決めピンの前記他端を支持するようにしたことを特徴とするプローブカード。