JP4414828B2 - プローブカード - Google Patents

Description

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するものである。

プローブカードは、半導体ウエハに数多く形成された半導体チップ等の電気的緒特性を測定するときに用いられる検査用デバイスであり、半導体チップ等の半導体デバイスの電極パッドに合わせて配置された数多くのプローブを有したプローブカードが使用される。即ち、ステージ上に半導体ウエハをセットした後、ステージをプローブカードの方向に移動させ、プローブの先端を半導体チップの電極パッドに押圧接触させる。この状態で半導体チップと半導体テスターとがプローブを介して電気的に接続されるので、半導体デバイスの電気的緒特性を半導体テスターによって測定できるようになっている。このような測定は半導体ウエハの製造工程が終了した後の検査工程で行われている。尚、従来のプローブカードに用いられるプローブの例としては、特許文献１において開示されたもの等が知られている。

ところで、多数のプローブ全てを対応する半導体チップの電極に確実に接触させるために、従来より、プローブは電極に押圧接触させる構造が採られている。即ち、図５に示すように、従来のプローブＰは、プランジャー２１，２２とその支持ケースであるバレル２４とから構成されており、プランジャー２１，２２は、バレル２４に内装された巻きバネ等（図示は省略）の弾性手段によって所定範囲内で出し入れ可能に付勢突出されている。尚、図５に示すプローブＰは、半導体チップの電極に接触される先端部２１ａが形成された第１プランジャー２１と、バレル２４の反対側から突出された棒状部２３およびこれの先端に装備された大径で先窄まり状のヘッド部２５から成る第２プランジャー２２とを有する両端可動型の構成となっている。

プローブは、僅かな間隔をおいて設置される電極に正確に当接できるよう、電極面に対して傾きおよび、がたつきが無く垂直に伸縮可能に支持される必要がある。しかし、バレルから先端側のプランジャーが突出しているカシメ部において、プランジャー貫通孔の内径と、プランジャーの外径はプランジャーの自在な出し入れのために隙間が必要となり、そのことによりプローブの傾きが発生する。そのため、バレルの端部におけるプランジャー貫通孔の内径と、プランジャーの外径とを極力少ない寸法差に設定することで、傾き少なくプランジャーを突出付勢させる設計が為されている。しかしながら、それだけでは不十分であることから、図６に示すように、バレル２４及び第１プランジャー２１が挿入される底ガイド板２８のプランジャー用ガイド孔２６の径を、第１プランジャー２１の外径に対して第１プランジャー２１の自在な出し入れが可能な範囲で、高い寸法精度に設定することにより、底ガイド板の孔２６内の出口側端部までの範囲で、プランジャーの傾き補正を行う構造とされていた。
特開２００２−２２７６８号公報

上記のように、底ガイド板の孔でプランジャーの傾き補正を行わせる手段では、図６に示すように、プローブカードの半導体チップへの押圧接触に伴う第１プランジャー２１はバレル２４に対して出し入れされることにより、第１プランジャー２１の外周面と底ガイド板２８の孔２６の出口側端部、即ち直角部分２７とが擦れることとなり、この擦れによって第１プランジャー２１の外周部にめっき削れ（剥れ）が早期に生じ易いことが知見されてきたのである。

つまり、ガイド孔２６は、バレル２４が挿入される大径孔部２６ａと、第１プランジャー２１が摺動自在に挿入される小径孔部２６ｃと、これら両孔部２６ａ，２６ｃとを繋ぐとともにバレル２４の先端テーパ端部２４ａに当接して受け止め自在なテーパ孔部２６ｂとから成り、小径孔部２６ｃ先端の直角部分２７と第１プランジャー２１とが直接擦れることにより、第１プランジャー２１外周面のめっき（金めっき等）が削られてめっき屑が発生していたのである。

めっき屑が生じると、それによってプローブ間ショートに発展するおそれがあるため、重大な問題となる。プローブカードは一定期間使用すると探針部分（プランジャー先端部）を、クリーニングシート等を用いてクリーニングすることが行われるが、めっき削れの問題はクリーニングのやり方如何で解決できるものではないため、何らかの対策が必要とされていた。

このような実情に鑑みての本発明の目的は、プローブの構造を見直すことにより、底ガイド板との擦れが生じる環境下であっても、長期にわたって良好な使用状態が維持できるよう、プランジャーのめっき削れが解消されるプローブカードを提供する点にある。

上記目的を達成するために、本願発明のプローブカードは、ガイド板に設けられたガイド孔にプローブが挿入される垂直型プローブカードであって、ガイド孔は、ガイド板の表面に開孔を有する先端孔部と、先端孔部と連続して形成され先端孔部より口径の大きい内径部とを有し、プローブは、先端孔部から突出する円柱形状の先端部と、内径部に摺動可能な円柱形状部とを備えたことを特徴とする。

さらに、前記ガイド板は、上ガイド板および底ガイド板から構成されていることを特徴とする。

本願発明のプローブカードは、ガイド板に設けられたガイド孔にプローブが挿入される垂直型プローブカードであって、ガイド孔は、ガイド板の表面に開孔を有する先端孔部と、先端孔部と連続して形成され先端孔部より口径の大きい内径部とを有し、プローブは、先端孔部から突出する円柱形状の先端部と、内径部に摺動可能な円柱形状部とを備えたことにより、プローブの傾きが発生しても、円柱形状部がガイド孔の内径部と摺動し、プローブの先端部はガイド孔の先端孔部と擦れることなく、プローブの傾斜が補正される。これにより、ガイド板のガイド孔の内径部にて、プローブの傾斜が補正され、プローブがガイド孔の端部で擦れるこにより起こるめっき削れの発生を抑制することが可能となる。

前記ガイド板は、上ガイド板および底ガイド板から構成されていることにより、プローブの垂直方向の位置決めがより正確に行え、メンテナンス性が向上する。

以下、本発明によるプローブカードの実施形態を、図面を参照し説明する。図１〜図４は本発明によるプローブカードおよびプローブを示す図であり、図５，６は従来のプローブとその傾き補正方法の要部を示す断面図である。

プローブカードＡは、図１に示すように、多数のプローブＰの下部が挿入され支承する底ガイド板８と、プローブＰの上部が挿入され支承されて底ガイド板８の上に重ねて装備される上ガイド板９と、上ガイド板９の上に重ねて装備されるワイヤ基板１０と、ワイヤ基板１０の上に重ねて装備されるメイン基板１１と、メイン基板１１の中心部分の上に重ねて装備される補強板１２とから成る積層構造に構成されている。

底ガイド板８と上ガイド板９とは共締め状態でワイヤ基板１０にボルト止めされ、ワイヤ基板１０は、メイン基板１１と共締め状態で補強板１２にボルト止めされ、その外周位置においてメイン基板１１と補強板１２との二者がボルト止めされている。各プローブＰの上端とメイン基板１１とは、補強板１２の筒孔１２ａ及びメイン基板１１の中心孔１１ａとで構成される空間内において、エナメルコーティングされた銅線等によるワイヤ１３によって導通接続されるワイヤボンディング処理が施されている。

尚、解りやすくするため、図１においてはワイヤ１３を１つだけ描き、他は省略している。また、図示していないが、メイン基板１１の上面には、ワイヤ１３に導通接続されたプリント基板等の薄膜導通手段が形成されている。

図１及び図２に示すように、ワイヤ基板１０の中心陥没穴１０ａの部分には、ワイヤ１３を引き出すためのワイヤ孔１０ｈが、各プローブＰに対応して形成されている。プローブＰは、底ガイド板８のガイド孔６と上ガイド板９の装着用孔９ａとにその両端が挿入されており、ワイヤ基板１０は、そのプローブＰの上方への移動規制を行うストッパーとして機能することができる。底ガイド板８のプローブＰ挿入部分には、その部分の厚みを薄くする凹入穴８ａが形成されている。

ここで、プローブＰは、図３、図４に示すように、半導体チップの電極に押圧接触する先端部２を有したプランジャー１と、このプランジャー１の上部を突出させ支承するとともに、プランジャー１を付勢突出し、押圧接触させるためのスプリング（図示省略）が内装された略筒状のバレル４とから構成されている。パイプ材から成るバレル４は一端は閉じられており閉じられていない他端の開口部は、カシメ（加締）加工により、棒状部３を出し入れ可能に突出し、かつ、径方向にずれ動かない状態となるよう、極力精密に絞られている。プランジャー１は、金合金、タングステン、銅、その他の導通材料が用いられる。

プランジャー１は、前記先端部２と、バレル４に嵌合される棒状部３と、これらの間に形成された大径の円柱形状部５から構成されている。円柱形状部５は、バレル４の外径寸法と同等の寸法を有する筒面５ａと、先端部２および棒状部３と円滑に連続するよう形成された先端側テーパ面５ｃ及び基端側テーパ面５ｂとで形成されている。円柱形状部５の径変化部（筒面５ａと基端側テーパ面５ｂとの間や、先端側テーパ面５ｃと先端部２との間等）には、断面形状として角Ｒ及び隅Ｒを施してあり、滑らかに形状変化するようにしてある。

プローブＰは、図２に示すように、上ガイド板９と底ガイド板８との各装着用孔９ａ，６にバレル４の上下が挿入されることで装備されるとともに、底ガイド板８のガイド孔６はプランジャー１の円柱形状部５まで挿入される長さに設定されている。即ち、図４に示すように、底ガイド板８のガイド孔６は、円柱形状部５を摺動自在に支承する内径部６ａ、先端部２を摺れることなく自在に挿通させる小径の先端孔部６ｃ、及び内径部６ａと先端孔部６ｃとをつなぎ、内径部６ａと先端孔部との段差を円滑に漸減するぐテーパ孔部６ｂとから成る段付孔に形成されている。

つまり、図４に示すように、寸法誤差や製品誤差等によってプローブＰが最大限度に傾いた状態においても、プローブＰは、その円柱形状部５の外周面と内径部６ａとが摺接し、先端部２の外周面と先端孔部６ｃとは接しないように、かつ、先端孔部６ｃは極力小さい径となるように寸法設定されている。つまり、円柱形状部５と内径部６ａとで摺接部Ｓが構成されており、円柱形状部５の外径と内径部６ａの内径との寸法公差は、先端部２の外径と先端孔部６ｃの内径との寸法公差よりも小さく設定されている。

このような構成により、バレル４の下端開口部の、カシメ（加締）加工部に生じる隙間によるプローブ先端の傾きが、円柱形状部５までで補正され、底ガイド板８の開口縁である角部７と、先端部２の外周面との接触（擦れ）は発生しないものとなっている。また、円柱形状部５の各角部及び隅部にはＲ加工が行われており、しかも、底ガイド板８と円柱形状部５との接触部が鋭角になる部分も無いので、円柱形状部５と内径部６ａとの摺接は滑らかに行われ、互いに擦れて傷つけあうような状況が生じない。つまり、円柱形状部５の先端部２側の端部とその反対側の端部とは、その径が先端部２および棒状部３に向けて円滑に漸減する形状に設定されている。

このように、プローブＰの傾き補正が底ガイド板８の内径部６ａ、即ち内部で行われるものとしたことにより、プローブカードＡの半導体チップへのセット及び解除の動作試験、即ちコンタクト試験において、コンタクト回数が所定の検査回数を越えても、プランジャー１のめっき削れ（剥れ）が全く発生しなようになった。従来のものでは、所定の検査回数に達する前において、既にめっき屑が生じており、本発明による効果は顕著に発揮されている。実際の実験結果では、先端部２の外周面には、底ガイド板８との擦れによる傷跡は全く生じていなかった。

本実施形態では、ガイド板が、上ガイド板９と底ガイド板８から構成される場合について説明したが、一つのガイド板で構成してもよい。一つのガイド板で構成する場合は、上ガイド板９と底ガイド板８から構成される場合と比べて構造が単純であり、ガイド孔も一つで構成できるため垂直方向の位置合わせも簡単である。

垂直型プローブカードの構造を示す断面図 図１のＡ部を示す拡大断面図 プローブ単体の側面図 プローブとガイドとの接触状態を示す要部の断面図 従来の垂直型プローブカードの構造を示す断面図 図５におけるプローブとガイドとの接触状態を示す要部の断面図

１ プランジャー
２ 先端部
３ 棒状部
４ バレル
５ 円柱形状部
５ａ 筒面
５ｂ 基端側テーパ面
５ｃ 先端側テーパ面
６ ガイド孔
６ａ 内径部
６ｂ テーパ孔部
６ｃ 先端孔部
７ 角部
８ 底ガイド板
８ａ 凹入孔
９ 上ガイド板
９ａ 装着用孔
１０ ワイヤ基板
１０ａ 中心陥没穴
１０ｈ ワイヤ孔
１１ メイン基板
１１ａ 中心孔
１２ 補強板
１２ａ 筒孔
１３ ワイヤ
２１ プランジャ
２２ プランジャ
２３ 棒状部
２４ バレル
２５ ヘッド部
２６ 孔
２７ 直角部分
２８ 底ガイド板
Ａ プローブカード
Ｐ プローブ
Ｓ 摺接部

Claims (2)

1. ガイド板に設けられたガイド孔にプローブが挿入される垂直型プローブカードにおいて、
   該ガイド孔は、該ガイド板の表面に開孔を有する先端孔部と、該先端孔部と連続して形成され先端孔部より口径の大きい内径部とを有し、
   該プローブは、該先端孔部から突出する円柱形状の先端部と、該内径部に摺動可能な円柱形状部とを備え、前記円柱形状部の外径と上記内径部の内径との寸法差は、上記先端部の外径と上記先端孔部の内径との寸法差よりも小さく設定されていることを特徴とするプローブカード。
2. 前記ガイド板は、上ガイド板および底ガイド板から構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。

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