JP4306911B2

JP4306911B2 - 電気的接続装置

Info

Publication number: JP4306911B2
Application number: JP2000043146A
Authority: JP
Inventors: 義栄長谷川
Original assignee: Micronics Japan Co Ltd
Current assignee: Micronics Japan Co Ltd
Priority date: 2000-02-21
Filing date: 2000-02-21
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2020-02-21
Also published as: JP2001228169A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの検査に用いる電気的接続装置に関し、特にプローブシートを用いた電気的接続装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路（ＩＣ）のような半導体デバイスは、回路が仕様書通りに動作するか否かの通電試験（検査）をされる。そのような通電試験は、半導体ウエーハからＩＣチップに切り離す前に行われることが多く、また針先（接触子）をチップの電極に押圧される複数のプローブ（又はプローブ要素）を備えたプローブカードのような電気的接続装置を用いて行われる。
【０００３】
この種の電気的接続装置の１つとして、複数のプローブ要素を電気絶縁性フィルムに形成したプローブシートと、開口を中央に有する配線基板とを用いるものがある。各プローブ要素は、チップの電極に押圧される接触部を有する。プローブシートは、プローブ要素の接触部が配線基板の開口と対向するように、配線基板の一方の面に装着されている。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかし、従来の電気的接続装置では、プローブシートが周囲温度やウエーハの温度の変化により大きく熱伸縮し、その結果接触部の相対的位置関係及び接触部とチップの電極との相対的位置関係が大きくずれ、チップの電極に接触しない接触部が存在する。特に、バーイン試験のようにウエーハを加熱室内において試験する場合や、多数のチップを同時に試験する場合には、プローブシートの温度上昇が早く、短時間で試験不能になる。
【０００５】
それゆえに、ＩＣチップの通電試験に用いる電気的接続装置においては、温度上昇にともなう接触部とチップの電極との相対的な位置ずれを小さくすることが望まれる。
【０００６】
【解決手段、作用及び効果】
本発明に係る電気的接続装置は、互いに交差するＸ方向及びＹ方向に複数の開口を有する格子と、接触部を有する複数のプローブ要素を前記格子の開口毎に備えるプローブシートとを含む。前記プローブシートは、前記接触部が前記開口に対応する箇所に位置するように前記格子の一方の面に配置されており、また１以上の前記開口を含む隣り合う開口領域の境界部において互いに切り離された複数のプローブ領域に分割されている。
【０００７】
半導体ウエーハ上のチップの通電試験時、各プローブ要素はその接触部をチップの電極に押圧され、その状態で通電される。バーイン試験のような加熱試験や、複数のチップの同時通電試験を行うとき、プローブシートは、周囲の温度や、半導体ウエーハ及びプローブ要素自体の温度上昇により膨張する。
【０００８】
しかし、電気的接続装置においては、プローブシートが開口領域の境界部に対応する箇所において切り離された複数のプローブ領域に分割されているから、各プローブ領域の熱膨張は隣のプローブ領域に影響を与えない。また、プローブ要素の接触部が格子の開口に対応する箇所に位置するから、プローブ要素、特に接触部の相対的位置関係、ひいてはチップの電極に対する接触部の位置関係がプローブ領域の熱膨張により大きな影響を受けるおそれがない。それらの結果、温度上昇にともなう接触部とチップの電極との相対的な位置ずれが小さくなる。
【０００９】
各接触部は前記格子と反対側に突出する突起電極を含み、前記突起電極は、円錐形、角錐形等の錐形の形状を有することができる。そのようにすれば、突起電極がチップの電極に押圧されたとき、突起電極の先鋭な先端がチップの電極に突き刺さるか、電極の周りの酸化膜を削り取るから、突起電極とチップの電極とが電気的に確実に接続される。
【００１０】
電気的接続装置は、さらに、前記開口内に配置されたゴムのような弾性体を含み、前記プローブシートはさらに前記弾性体に装着されていることができる。そのようにすれば、接触部がチップの電極に押圧されたとき、弾性体がプローブ要素の反力体として作用するから、接触部の高さ位置のばらつきが吸収され、接触部とチップの電極とが電気的に確実に接触する。
【００１１】
電気的接続装置は、さらに、前記格子の他方の面側に配置された複数の支持体であって前記Ｘ方向及び前記Ｙ方向のいずれか一方に間隔をおいて他方へ伸びかつ前記弾性体に当接する複数の支持体と、該支持体が組み付けられたベース板とを含むことができる。
【００１２】
前記格子は熱膨張係数が半導体ウエーハのそれより小さい材料から形成されていることができる。そのようにすれば、格子の熱膨張が小さいから、接触部とチップの電極との相対的な位置ずれがより小さくなる。
【００１３】
前記支持体は前記格子より前記プローブシートと反対側に突出していることができる。
【００１４】
電気的接続装置は、さらに、前記プローブ要素に電気的に接続されたワイヤであって前記格子を貫通して伸びるワイヤを備えることができる。そのようにすれば、プローブ要素の接触部と電気回路との間における試験用の信号又は電力の受け渡しを、ワイヤを介して行うことができる。
【００１５】
電気的接続装置は、さらに、前記ワイヤに接続された複数の配線を有するフィルム状の１以上の接続基板を含むことができる。そのようにすれば、プローブ要素の接触部と電気回路との間における試験用の信号又は電力の受け渡しを、接続基板の配線を介して行うことができる。前記ワイヤはさらに前記ベース板を貫通して伸びていてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１から図８を参照するに、電気的接続装置１０は、図示の例では、半導体ウエーハ上の未切断の複数のチップを同時に試験する装置として用いられる。
【００１７】
電気的接続装置１０は、格子１２と、格子１２の一方の面（図示の例では、下面）に装着されたプローブシート１４と、プローブシート１２から上方へ伸びる複数のワイヤ１６と、格子１２に配置されたゴム板状の複数の弾性体１８と、格子１２の他方の面側に配置された長尺の複数の支持体２０と、支持体２０が組み付けられたベース板２２と、フィルム状の複数の接続基板２４とを含む。
【００１８】
格子１２は、金属のような適宜な材料からなる複数の板部材２６を矩形の枠２８に縦横に組み付けることにより形成されており、また検査すべきチップの形状に応じた矩形の複数の開口３０を互いに交差するＸ方向及びＹ方向のそれぞれに有する。
【００１９】
プローブシート１４は、ポリイミドのような電気絶縁性の樹脂で形成されたフィルム３２と、導電性金属材料により帯状に形成された複数の配線３４とを一体的及び面一に有する。プローブシート１４は、格子１２の隣り合う開口３０の境界部（図示の例では、板部材２６）に対応する箇所に形成されたスリット３６により互いに切り離された矩形の複数のプローブ領域３８に分割されている。スリット３６はフィルム３２の部分に形成されている。
【００２０】
各プローブ領域３８は、互いに間隔をおいて同じ方向へ伸びる複数の配線３４をそれぞれ含む２つの配線群を有する。両配線群の配線３４は、それらの長手方向に間隔をおいて一端を向き合わされており、また一端から互いに反対方向へ伸びている。各配線群の配線３４の一端は、仮想的な直線上に位置されている。
【００２１】
各配線群の配線３４は、下方に突出する突起電極４０を一端部に有する。突起電極４０は、先端をチップの電極に押圧される接触部として用いられる。各突起電極４０は、図示の例では、角錐形の先端を有するが、円錐形、半球形、単なる突起等、他の形状の先端を有していてもよい。
【００２２】
各配線３４の一端部は、その付近のフィルム３２の部分及び突起電極４０と共にプローブ要素４２を形成している。各プローブ領域３８は、複数のプローブ要素４２を含み、フィルム３２の部分において格子１２（板部材２６及び枠２８）の下面に接着されている。
【００２３】
各プローブ要素４２は、両配線群の間を伸びるスリット４４及び隣り合う配線３４の一端部の間を伸びるスリット４６により隣のプローブ要素４２から独立されている。スリット４６はフィルム３２の部分に形成されている。プローブ要素４２、特に突起電極４０は、開口３０に対応する箇所に位置されている。
【００２４】
各ワイヤ１６は、ワイヤ・ボンディング技術等により導電性材料から形成されている。ワイヤ１６は、配線３４ひいてはプローブ要素４２に個々に対応されており、対応する配線３４の他端部から、格子１２、弾性体１８、ベース板２２及び接続基板２４を貫通して、上方へ伸びている。
【００２５】
上記のようなプローブシート１４は、例えば、先ず電気絶縁性合成樹脂を基台に塗布することにより電気絶縁性フィルムを形成し、次いでホトレジストを用いるエッチングにより配線３４及び突起電極４０に対応する凹所を電気絶縁性フィルムに形成し、配線３４及び突起電極４０を電鋳法のようなメッキにより形成することにより、製作することができる。
【００２６】
各弾性体１８は、シリコーンゴムのようなゴムにより板状に形成されており、格子１２の開口３８内に収容されており、プローブシート１４のスリット４４，４６に続く複数のスリット４８を有している。各弾性体１８は、プローブシート１４を格子１２に装着し、ワイヤ１６を形成した後、未硬化のゴムを開口３８に注入し、そのゴムを硬化させることにより、形成することができる。このため、プローブ領域３８と弾性体１８とは接着されている。
【００２７】
プローブシート１２のスリット３６，４４，４６は、プローブシート１４を格子１２に装着し、弾性体１８を格子１２に配置した後に、弾性体１８のスリット４８と共に、レーザ加工のような適宜な技術により形成すればよい。
【００２８】
支持体２０は、金属製の角材から形成されており、Ｘ方向及びＹ方向のいずれか一方、好ましくは配線３４の長手方向に間隔をおいて、他方、好ましくはプローブ要素４２の配列方向（スリット４４の長手方向）へ伸びかつ弾性体１８の上側に当接する状態に格子１２に組み付けられている。各支持体２０は、格子１２より上方へ突出している。支持体２０は、上記した未硬化のゴムが硬化する前に組み付けることができる。
【００２９】
ベース板２２は、合成樹脂、非導電性金属等の電気絶縁材料から形成されており、複数のねじ部材、接着剤等の適宜な手段により支持体２０を下面に組み付けている。
【００３０】
各接続基板２４は、複数の配線５０をポリイミドのような電気絶縁性フィルム５２の一方の面に形成したフィルム状の配線基板であり、一端部においてベース板２２に組み付けられている。各接続基板２４の配線５０は、ワイヤ１６に一対一の形に対応されており、半田のような導電性接着剤により対応するワイヤ１６に電気的に接続されている。各配線５０は、図示しない配線基板のような適宜な手段を介してテスタの電気回路に接続される。
【００３１】
各接続基板２４は、図示の例では、配線５０を上側とした状態に、フィルム５２においてベース板２２に組み付けられている。このため、各ワイヤ１６は、フィルム５２及び配線５０を貫通している。
【００３２】
電気的接続装置１０において、格子１２、プローブシート１４、ワイヤ１６及び弾性体１８は支持体２０に支持されている。また、格子１２、プローブシート１４、ワイヤ１６、弾性体１８及び支持体２０は、プローブユニット５４（図５参照）として用いられ、ベース板２２に支持されている。
【００３３】
半導体ウエーハ上のチップの通電試験時、各プローブ要素４２はその突起電極４０をチップの電極に押圧され、その状態で通電される。バーイン試験のような加熱試験や、複数のチップの同時通電試験を行う電気的接続装置においては、プローブシート１４は、周囲の温度や、半導体ウエーハ及びプローブ要素自体の温度上昇により膨張する。
【００３４】
しかし、電気的接続装置１０においては、プローブシート１４が開口３０の境界部に対応する箇所において切り離された複数のプローブ領域３８に分割されているから、各プローブ領域３８の熱膨張は隣のプローブ領域３８に影響を与えない。また、プローブ要素４２、特に突起電極４０が格子１２の開口３０に対向されているから、プローブ要素４２、特に突起電極４０の相対的位置関係、ひいてはチップの電極に対する突起電極４０の位置関係がプローブ領域３８の熱膨張により大きな影響を受けるおそれがない。それらの結果、温度上昇にともなう突起電極４０とチップの電極との相対的な位置ずれが小さくなる。
【００３５】
電気的接続装置１０において、格子１２及び支持体２０は、その熱膨張係数が半導体ウエーハのそれより小さい材料、たとえば４２アロイから形成されている。このため、温度変化に起因する格子１２及び支持体２０の熱伸縮が小さく、突起電極４０とチップの電極との相対的な位置ずれがより小さい。格子１２及び支持体２０は、その熱膨張係数がノビナイトのように他の材料で形成されていてもよい。
【００３６】
突起電極４０がチップの電極に押圧されたとき、突起電極４０の先鋭な先端は、チップの電極に突き刺さるか、電極の周りの酸化膜を削り取る。これにより、突起電極４０とチップの電極とが電気的に確実に接続される。
【００３７】
突起電極４０がチップの電極に押圧されたとき、プローブ要素４２自体がオーバドライブにより弾性変形し、弾性体１８がプローブ要素４２の反力体として作用する。これにより、突起電極４０の高さ位置に多少のばらつきがあっても、そのばらつきがプローブ要素４２自体の弾性変形及び弾性体１８の弾性変形により吸収されるから、突起電極４０とチップの電極とが電気的に確実に接触する。
【００３８】
突起電極４０がチップの電極に押圧されたとき、支持体２０は弾性体１８が大きく変形することを防止する。これにより、突起電極４０とチップの電極とが電気的に確実に接触する。
【００３９】
上記実施例では、プローブ要素４２のフィルム３２と配線３４とが面一であるプローブシート１４を用いているが、複数の配線を電気絶縁性フィルムの一方の面に形成し、その配線の一端部及びその近傍をプローブ要素としたプローブシートを用いてもよい。また、長いプローブ要素を有するプローブシートを用いる代わりに、円形又は多角形の配線と電気絶縁性フィルムとが面一であるプローブ要素を有するプローブシートを用いてもよい。
【００４０】
上記実施例では、突起電極４０及びプローブ要素４２を各プローブ領域４２にそれぞれ２列に配置しているが、突起電極及びプローブ要素の配列は検査すべきチップの電極の配列により定まる。
【００４１】
本発明は、上記実施例に限定されない。本発明は、その趣旨を逸脱しない限り、種々変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電気的接続装置の一実施例を示す断面図
【図２】図１に示す電気的接続装置の底面図
【図３】図１に示す電気的接続装置の要部の拡大断面図
【図４】図３に示す要部の拡大底面図
【図５】プローブユニットの部分を示す斜視図
【図６】弾性体を省略した状態におけるプローブユニットの分解斜視図
【図７】格子と支持体との組み付け状態を示す分解斜視図
【図８】プローブ要素の拡大斜視図
【符号の説明】
１０電気的接続装置
１２格子
１４プローブシート
１６ワイヤ
１８弾性体
２０支持体
２２ベース板
２４接続基板
３０格子の凹所
３２電気絶縁性フィルム
３４配線
３６，４４，４６スリット
３８プローブ領域
４０突起電極
４２プローブ要素
５４プローブユニット

Claims

互いに交差するＸ方向及びＹ方向に複数の開口を有する格子と、接触部を有する複数のプローブ要素を前記開口毎に備えるプローブシートとを含み、前記プローブシートは、前記接触部が前記開口に対応する箇所に位置するように前記格子の一方の面に配置されており、また１以上の前記開口を含む隣り合う開口領域の境界部において互いに切り離された複数のプローブ領域に分割されている、電気的接続装置。
各接触部は前記格子と反対側に突出する突起電極を含む、請求項１に記載の電気的接続装置。
さらに、前記開口内に配置されたゴムのような弾性体を含み、前記プローブシートはさらに前記弾性体に装着されている、請求項１又は２に記載の電気的接続装置。
さらに、前記格子の他方の面側に配置された複数の支持体であって前記Ｘ方向及び前記Ｙ方向のいずれか一方に間隔をおいて他方へ伸びかつ前記弾性体に当接する複数の支持体と、該支持体が組み付けられたベース板とを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
少なくとも前記格子は熱膨張係数が半導体ウエーハのそれより小さい材料から形成されている、請求項４に記載の電気的接続装置。
前記支持体は前記格子より前記プローブシートと反対側に突出している、請求項４又は５に記載の電気的接続装置。
さらに、前記プローブ要素に電気的に接続されたワイヤであって前記格子を貫通して伸びるワイヤを備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
さらに、前記ワイヤに接続された複数の配線を有するフィルム状の１以上の接続基板を含む、請求項８に記載の電気的接続装置。