JP4045841B2

JP4045841B2 - プローブカード

Info

Publication number: JP4045841B2
Application number: JP2002114765A
Authority: JP
Inventors: 山本　　明; 剛山本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2002-04-17
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2022-04-17
Also published as: JP2003307527A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路等の電子部品の試験測定に利用されるプローブカードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路等の電子部品の試験測定には、プローブカードが利用されている。図９に従来のプローブカードを示す。例えば、図９に示すように、プローブカードは、絶縁基板５０に形成された開口部５０ａに先端が臨むように、測定針であるプローブ針５１が多数放射線状に配置されている。このプローブ針５１は、電子部品が有する多数の電極に合わせて配置されている。
【０００３】
また、プローブカードは、絶縁基板５０の端部に接続端子５２を備えている。そして、これらのプローブ針５１と接続端子５２とを電気的に接続している信号用導体パターンが絶縁基板５０に形成されている。
【０００４】
このプローブカードは、接続端子５２を介して、試験測定機器等の外部回路と接続される。そして、プローブ針５１と電子部品の電極とを接触させ、信号導体パターン５３、接続端子５２を介して、電子部品と試験測定機器とを電気的に接続させる。このようにして、電子部品の試験測定が行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９のようなプローブカードにおいて、プローブ針５１、信号導体パターン５３及び接続端子５２は、試験測定の際に電子部品に電圧を印加するためのフォース線のみによって構成されていた。
【０００６】
このような構成では、フォース線の周りがフォース線よりも電位が低いために、リーク電流が発生しやすいという問題があった。また、フォース線のみによって構成されていたため、外部ノイズの影響を受けやすいという問題があった。このため、通常の使用方法では、微小電流測定及び高精度測定を正確に行うことができなかった。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、リーク電流の発生を抑制することができるプローブカードを提供することを目的とする。また、外部ノイズの影響を抑制することができるプローブカードを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、測定針（２）および接続端子（３）は、試験測定用の信号を送るためのフォース線（１７、２７）と、フォース線（１７、２７）の周りにフォース線（１７、２７）と絶縁分離して形成され、フォース線と同電位とされるガード線（１６、２６）とを有し、
絶縁基板（１）は、導体パターンで構成されたフォース線（７）、ガード線（６）およびガード線（６）の外周に配置されて接地電位とされるＧＮＤ線（５）を有しており、さらに、絶縁基板（１）は、絶縁基板（１）の表面に平行な方向で、フォース線（７）がガード線（６ｃ、６ｄ）及びＧＮＤ線（５ｃ、５ｄ）に挟まれるように、フォース線（７）、ガード線（６ｃ、６ｄ）及びＧＮＤ線（５ｃ、５ｄ）が、同一平面上に配置されており、絶縁基板（１）の表面に垂直な方向で、フォース線（７）が、絶縁層（４ｂ、４ｃ）を介して、ガード線（６ａ、６ｂ）に挟まれ、フォース線（７）及びガード線（６ａ、６ｂ）が、絶縁層（４ａ、４ｄ）を介して、ＧＮＤ線（５ａ、５ｂ）に挟まれた構造であることを特徴としている。
【０００９】
このような構造のプローブカードを外部回路に接続し、試験測定を行う際にガード線（６、１６、２６）をフォース線（７、１７、２７）と同電位とすることで、フォース線（７、１７、２７）からその周りへリーク電流が流れるのを防ぐことができる。
【００１１】
また、絶縁基板（１）は、フォース線（７）の周りにガード線（６）が配置され、さらにこれらの周りにＧＮＤ線（５）が配置されているので、外部ノイズの影響を抑制することができる。
【００１２】
絶縁基板（１）の構造としては、例えば、請求項２のように、フォース線（７）の延伸方向に垂直な断面をみたとき、フォース線（７）が形成されている全ての領域では、絶縁基板（１）の表面に垂直な方向に配置されたガード線（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）同士およびＧＮＤ線（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）同士が、絶縁層によって絶縁された構造であって、フォース線（７）の延伸方向に垂直な断面をみたとき、フォース線（７）が形成されている領域を除く領域で、絶縁基板（１）の表面に垂直な方向に配置されたガード線（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）同士およびＧＮＤ線（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）同士が、絶縁層に形成されたスルーホール（８）を介して電気的に接続された構造とすることができる。
【００１８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に本発明を適用した第１実施形態におけるプローブカードを示す。
【００２０】
本実施形態のプローブカードは、プローブ針、信号導体パターン、及び接続端子のそれぞれにおいて、フォース線の周りにガード線が配置され、さらにこのガード線の周りにＧＮＤ線が配置されている３重構造となっている。
【００２１】
具体的には、プローブカードは、図１に示すように、例えばガラスエポキシ樹脂やセラミックス製の多層絶縁プリント基板１の中央付近に開口部１ａを有している。そして、この開口部１ａから先端が突出するように、測定針であるプローブ針２が多数放射線状に配置されている。また、プローブカードは、左右両側縁部に試験計測機器のコネクタを接続するための接続端子３を備えている。
【００２２】
図２に図１中のＡ−Ａ’断面を示し、図３に図１中のＢ−Ｂ’断面を示す。図２は、多層絶縁プリント基板１上に形成されている１本のプローブ針２と、このプローブ針２から接続端子３までを電気的に接続する信号導体パターンとを示している。
【００２３】
多層絶縁プリント基板１は、絶縁層と導体パターンとが積層されており、本実施形態では、図２に示すように、例えば４層の絶縁層４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）から構成されている。
【００２４】
図２にて、図の上側を表側、下側を裏側とすると、多層絶縁プリント基板１の表側と裏側の面上にＧＮＤ線パターン５（５ａ、５ｂ）が形成されている。このＧＮＤ線パターン５は、図１中にて斜線で示すように、多層絶縁プリント基板１の全体に形成されている。
【００２５】
そして、上から１層目及び３層目の絶縁層４ａ、４ｃの裏側にガード線パターン６ａ、６ｂが形成されている。さらに、上から２層目の絶縁層４ｂの裏側にフォース線パターン７が形成されている。なお、このフォース線パターン７は、従来の導体パターンと同様に、試験測定機器からの信号を送信するためのものである。また、ガード線パターン６ａ、６ｂは、図３に示すように、フォース線パターン７よりも幅広く形成されている。
【００２６】
このように、多層絶縁プリント基板１は、フォース線パターン７が、絶縁層４を介して、ガード線パターン６ａ、６ｂに挟まれている。さらに、このガード線パターン６ａ、６ｂの外側から、フォース線パターン７及びガード線パターン６ａ、６ｂが、絶縁層４を介して、ＧＮＤ線パターン５ａ、５ｂに挟まれている。すなわち、多層絶縁プリント基板１は基板１表面と垂直な方向において、フォース線パターン７がガード線パターン６に囲まれ、さらにＧＮＤ線パターン５に囲まれた３重構造となっている。
【００２７】
また、図３に示すように、ガード線パターン６ｃ、６ｄと、ＧＮＤ線パターン５ｃ、５ｄとは、フォース線パターン７と同様に、上から２層目の絶縁層４ｂの裏側にも形成されている。言い換えると、上から３層目の絶縁層４ｃ上にフォース線パターン７と、ガード線パターン６ｃ、６ｄ、及びＧＮＤ線パターン５ｃ、５ｄが形成されている。
【００２８】
このガード線パターン６ｃ、６ｄは、フォース線パターン７の両側に絶縁層４を介して配置されている。さらに、ＧＮＤ線パターン５ｃ、５ｄは、ガード線パターン６ｃ、６ｄの外側に絶縁層４を介して配置されている。
【００２９】
なお、本実施形態では、ガード線パターン６ｃ、６ｄは、図示しないが、図３にて、紙面の上方向からみるとフォース線パターン７を中心とした略楕円形状となっている。また、このガード線パターン６ｃ、６ｄと、図２中の上から１層目及び３層目の絶縁層４ａ、４ｃ裏側に配置されたガード線パターン６ａ、６ｂとは、絶縁層４中のスルーホール８ａ、８ｂに埋め込まれた導体にて電気的に接続されている。
【００３０】
また、ＧＮＤ線パターン５ｃ、５ｄも、ガード線パターン６ｃ、６ｄと同様に、図３にて、紙面の上方向からみると、略楕円形状となっており、フォース線パターン７及びガード線パターン６を囲んでいる。また、このＧＮＤ線パターン５ｃ、５ｄと、図２中にて、基板１の表側及び裏側に配置されたＧＮＤ線パターン５ａ、５ｂとは、絶縁層４中のスルーホール９ａ、９ｂに埋め込まれた導体にて電気的に接続されている。
【００３１】
このように、同一平面上に各導体パターンが形成されており、基板１表面と平行な方向においても、フォース線パターン７がガード線パターン６に囲まれ、さらにＧＮＤ線パターン５に囲まれた３重構造となっている。
【００３２】
次に、接続端子３の構造を説明する。図４に図１中の接続端子３の一部である領域Ｔの拡大図を示す。この図は、図２中にて接続端子３を紙面の上側から見たときの図である。
【００３３】
フォース線端子１７の周りに絶縁層１１が配置されている。そして、この絶縁層１１の周りをガード線端子１６が囲んでいる。さらに、このガード端子１６の周りに絶縁層１２が配置されており、この絶縁層１２の周りをＧＮＤ線端子１５が囲んでいる。
【００３４】
このように構成されている接続端子３は図２中の各導体パターンと電気的に接続されている。フォース線端子１７は図２に示すように、絶縁層４中のスルーホール１３ａに形成された導体を介してフォース線パターン７と電気的に接続されている。ガード線端子１６も絶縁層４中のスルーホール８ａを介してガード線パターン８と電気的に接続されている。また、ＧＮＤ線端子１５は基板１上のＧＮＤ線パターン５ａと電気的に接続されている。なお、図４において、ガード線端子１６及びＧＮＤ線端子１５中の円形部分１６ａ、１５ａは、試験測定機器のコネクタと接続される部分である。
【００３５】
次にプローブ針２の構造を説明する。図５に図２中のＣ−Ｃ’断面を示す。フォース線２７の周りに絶縁層２１が形成され、さらにこの絶縁層２１の周りにガード線２６が形成されている。そして、このガード線２６の周りに絶縁層２２が形成され、さらにこの絶縁層２２の周りにＧＮＤ線２５が形成されている。
【００３６】
なお、図２に示すように、プローブ針２の先端では、フォース線２７はガード線２６及びＧＮＤ線２５に覆われていない。
【００３７】
また、このフォース線２７は図２に示すように、スルーホール１３ｂ中に形成された導体を介してフォース線パターン７と電気的に接続されている。同様に、ガード線２６もスルーホール８ｃ中に形成された導体を介して、ガード線パターン６と電気的に接続されている。また、ＧＮＤ線２５は、図２に示すように、ＧＮＤ線パターン５ｂと接続されている。
【００３８】
本実施形態のプローブカードは上記のとおり、プローブ針２から導体パターンを経て、接続端子３まで電気的に接続されたフォース線７、１７、２７を有している。そして、フォース線７、１７、２７の周りにおいて、フォース線７、１７、２７と電気的に絶縁されたガード線６、１６、２６が配置されている。さらに、フォース線７、１７、２７及びガード線６、１６、２６の周りには、これらと電気的に絶縁されたＧＮＤ線５、１５、２５が配置されている。
【００３９】
次に、このプローブカードの使用方法を説明する。プローブカードの接続端子３に試験測定機器のコネクタを接続し、プローブ針２の先端、つまりフォース線２７を被測定体である電子部品の電極に接触させる。このようにして、電子部品における電気的特性の試験を行う。
【００４０】
試験計測機器では、従来より、配線構造が、フォース線、ガード線、及びＧＮＤ線からなる３重構造を有するものがある。本実施形態ではこのような試験計測機器を使用するため、ここでは、プローブカードに接続されるコネクタ及び試験計測機器の構造の概略のみを説明する。
【００４１】
図６に試験計測機器のコネクタの構成を説明するための図を示す。このコネクタ３０は、接続端子３の構造に対応して、フォース線端子３７の周りにガード線端子３６が配置され、さらにガード線端子の周りにＧＮＤ線端子３５が配置されている。なお、本実施形態では、例えばコネクタ３０が雌型であり、プローブカードの接続端子３が雄型であるコネクタを採用している。このように、雌雄コネクタにて接続が行われるので、プローブカードと試験計測機器との接続を容易に行うことができる。
【００４２】
そして、図６に示すように、ガード線端子３６に接続されているガード線３６ａは、フォース線端子３７に接続されているフォース線３７ａと同電位とされている。また、ＧＮＤ線端子３５に接続されているＧＮＤ線は接地電位とされている。
【００４３】
このため、試験計測機器に接続されたプローブカードでは、ガード線はフォース線と同電位となり、また、ＧＮＤ線は、接地電位となる。
【００４４】
試験測定時では、試験測定機器から、プローブカードのフォース線７、１７、２７を介して、電子部品に電圧を印加し、電子部品の電気特性を試験する。
【００４５】
このとき、従来では、フォース線の周りがフォース線よりも電位が低いために、リーク電流が発生していた。このような問題は、特に接続端子５２において発生しやすかった。また、信号導体パターン５３においても、多ピン化に伴い、導体の間隔が狭くなっているため、リーク電流が発生しやすかった。
【００４６】
これに対して、本実施形態では、プローブ針２、接続端子３、及び信号導体パターンにおいて、フォース線７、１７、２７の周りに、フォース線と同電位であるガード線６、１６、２６が配置された構造としている。これにより、フォース線からフォース線の周りにリーク電流が流れるのを防ぐことができる。
【００４７】
さらに、本実施形態では、フォース線７、１７、２７及びガード線６、１６、２６の周りに、接地電位とされたＧＮＤ線５、１５、２５が配置された構造としている。これにより、シールド効果が得られ、外部ノイズの影響を抑制することができる。
【００４８】
以上のことから、本発明のプローブカードを使用することで、電子部品の微小電流測定及び高精度測定を正確に行うことができる。
【００４９】
従来、図９に示されるプローブカードを用いて、高精度測定を行う場合では、電流リーク、外部ノイズを回避するために、試験測定機器の同軸ケーブルを接続端子５２を介さずに直接プローブ針５１の一端にはんだ付けする手段が用いられていた。
【００５０】
しかし、高密度に配置されたプローブ針５１に同軸ケーブルをはんだ付けするには多大な手間と時間を要する。また、プローブカードは電子部品の品種や大きさによって、随時交換されるものであるから、はんだ付け不良が発生しやすく、精度保証ができない。このため、はんだ付けを行うのは好ましくなかった。
【００５１】
これに対して、本実施形態では、試験測定機器の同軸ケーブルを直接プローブ針の一端にはんだ付けを行わなくても、高精度測定を行うことができる。
【００５２】
また、従来の構造と比較して、隣り合うフォース線パターン７間の絶縁性が向上していることから、フォース線パターン７を従来よりもお互いを近接して配置することが可能である。これにより、プローブカードが多ピン化され、高集積度である半導体集積回路の試験測定が行えるプローブカードが得られる。
【００５３】
（第２実施形態）
図７に本実施形態におけるプローブカードの一部を示す。なお、この図は、図１中のＢ−Ｂ’断面を示す図である。本実施形態の構造は、第１実施形態での図３中の信号導体パターンにおいて、ガード線パターン６ａの両側にＧＮＤ線パターン５ｅ、５ｆを追加し、ガード線パターン６ｂの両側にＧＮＤ線パターン５ｇ、５ｈを追加した構造である。
【００５４】
なお、このＧＮＤ線パターン５ｅ〜５ｆは、スルーホールに形成された導体９ａ、９ｂを介して、他のＧＮＤ線パターンと電気的に接続されている。
【００５５】
このように、ＧＮＤ線パターン５を追加することで、シールドを行う領域を増加させている。これにより、第１実施形態よりも外部ノイズの影響を抑制することができる。
【００５６】
（第３実施形態）
さらに、本実施形態では、第２実施形態での図７にて示す信号導体パターンの構造において、ガード線同士及びＧＮＤ線同士をそれぞれスルーホールにて連続した構造としている。図８に本実施形態におけるプローブカードの一部を示す。なお、この図は、図１中のＢ−Ｂ’断面を示す図である。
【００５７】
図８に示すように、ＧＮＤ線パターン５ａ及び５ｂがスルーホール中に形成された導体４５を介して電気的に接続されている。また、ガード線パターン６ａ及び６ｂがスルーホール中に形成された導体４６を介して電気的に接続されている。このスルーホールは図２中のフォース線パターン７が形成されている全ての領域にて形成されている。
【００５８】
本実施形態では、多層絶縁プリント基板１において、フォース線パターン７をガード線パターン６が、絶縁層４を介して完全に囲んでいる。さらに、絶縁層を介して、ＧＮＤ線パターン５がフォース線パターン７及びガード線パターン６を完全に囲んでいる。これにより、第１、第２実施形態よりもリーク電流の発生を抑制することができ、外部ノイズの影響も抑制することができる。
【００５９】
（他の実施形態）
また、上記した各実施形態における構造にて、多層絶縁プリント基板１を２枚以上重ね合わせた構造とすることで、プローブ針を増加させることもできる。例えば、図２に示す断面図において、絶縁層４と導体パターンとの数を増加させ、フォース線パターン７の数を増加させた構造とすることもできる。これにより、さらなる多ピン化が可能となる。
【００６０】
なお、上記した各実施形態では、フォース線の周りにガード線が配置され、さらにこれらの周りＧＮＤ線が配置された３重構造である場合を例として、説明していたが、プローブ針２、接続端子３、及び信号導体パターンにて、ＧＮＤ線が配置されず、フォース線の周りにガード線が配置された２重構造としても良い。これにより、リーク電流の発生を抑制することができる。
【００６１】
若しくは、２重構造となっているプローブ針２、接続端子３、及び信号導体パターンのうち、１つのみ、若しくは２つにおいて、フォース線及びガード線の周りにＧＮＤ線が配置された３重構造とすることもできる。
【００６２】
このような構造とすることでも、外部ノイズの影響を抑制する効果を有する。
【００６３】
なお、接続端子３が２重構造であり、接続端子３以外が３重構造である場合では、例えば、接続端子３を介さずに、外部と直接ＧＮＤ線とを接続することで、ＧＮＤ線を接地電位とする。
【００６４】
また、接続端子３はプローブ針２に対応して、複数形成されているので、そのうちの１つの接続端子にて、ＧＮＤ線端子１５を設けるようにする。多層絶縁プリント基板１やプローブ針２の表面に形成されたＧＮＤ線は全て連続した構造であるため、このようにしてＧＮＤ線を接地電位としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１実施形態におけるプローブカードの平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ’断面を示す図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ’断面を示す図である。
【図４】図１中の領域Ｔの拡大図である。
【図５】図２中のＣ−Ｃ’断面を示す図である。
【図６】試験計測機器のコネクタの構成を説明するための図である。
【図７】発明を適用した第２実施形態におけるプローブカードの一部を示す図である。
【図８】発明を適用した第３実施形態におけるプローブカードの一部を示す図である。
【図９】従来のプローブカードの平面図である。
【符号の説明】
１…多層絶縁プリント基板、１ａ…開口部、２…プローブ針、３…接続端子、
４…絶縁層、５…ＧＮＤ線パターン、６…ガード線パターン、
７…フォース線パターン、８、９、１３…スルーホール中に形成された導体、
１１、１２、２１、２２…絶縁層、１５…ＧＮＤ線端子、１６…ガード線端子、１７…フォース線端子、２５…ＧＮＤ線、２６…ガード線、２７…フォース線。

Claims

絶縁層と導体パターンとがそれぞれ複数積層された多層構造の絶縁基板（１）と、
前記絶縁基板（１）の前記導体パターンに電気的に接続された測定針（２）と、
前記絶縁基板（１）の前記導体パターンに電気的に接続され、前記導体パターンを介して、前記測定針（２）と電気的に接続された接続端子（３）とを備え、
前記測定針（２）および前記接続端子（３）は、
試験測定用の信号を送るためのフォース線（１７、２７）と、
前記フォース線（１７、２７）の周りに前記フォース線（１７、２７）と絶縁分離して形成され、前記フォース線と同電位とされるガード線（１６、２６）とを有し、
前記絶縁基板（１）は、前記導体パターンで構成された前記フォース線（７）、前記ガード線（６）および前記ガード線（６）の外周に配置されて接地電位とされるＧＮＤ線（５）を有しており、
前記絶縁基板（１）は、
前記絶縁基板（１）の表面に平行な方向で、前記フォース線（７）が前記ガード線（６ｃ、６ｄ）及び前記ＧＮＤ線（５ｃ、５ｄ）に挟まれるように、前記フォース線（７）、前記ガード線（６ｃ、６ｄ）及び前記ＧＮＤ線（５ｃ、５ｄ）が、同一平面上に配置されており、
前記絶縁基板（１）の表面に垂直な方向で、前記フォース線（７）が、絶縁層（４ｂ、４ｃ）を介して、前記ガード線（６ａ、６ｂ）に挟まれ、前記フォース線（７）及び前記ガード線（６ａ、６ｂ）が、絶縁層（４ａ、４ｄ）を介して、前記ＧＮＤ線（５ａ、５ｂ）に挟まれた構造であることを特徴とするプローブカード。
前記絶縁基板（１）は、
前記フォース線（７）の延伸方向に垂直な断面をみたとき、前記フォース線（７）が形成されている全ての領域では、前記絶縁基板（１）の表面に垂直な方向に配置された前記ガード線（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）同士および前記ＧＮＤ線（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）同士が、絶縁層によって絶縁された構造であって、
前記フォース線（７）の延伸方向に垂直な断面をみたとき、前記フォース線（７）が形成されている領域を除く領域で、前記絶縁基板（１）の表面に垂直な方向に配置された前記ガード線（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）同士および前記ＧＮＤ線（５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）同士が、絶縁層に形成されたスルーホール（８）を介して電気的に接続された構造であることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。