JP4759577B2 - 高周波プローブ及びプローブカード - Google Patents

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Description

本発明は、プローブ装置に関し、特に、高周波信号を伝送するプローブカードに適用される高周波プローブに関する。
図1に示す従来のアーム式高周波プローブ1は、回路板10、回路板10の外周に配置される数多くの同軸伝送線11、回路板10の内周に配置されるプローブ座12と数多くの同軸プローブ20を含む。プローブ座12の基底121は耐震性が良好な絶縁材質から構成され、その上に配置されるシート部122は導電性がある金属材質から構成され、かつ、プローブカード1上の基準電位点に電気的に接続される。また、シート部122には同軸プローブ20を固定する数多くの固定ユニット123がある。
同軸プローブ20の軸心は、前後端201、202の部位を形成する金属針21であり、前端201は固定ユニット123から尖端までの間に位置付けられ、後端202は固定ユニット123から回路板10までの間に位置付けられる。金属針21の後端202の周囲は誘電材料22に被覆され、誘電材料22の外層は導電金属23に被覆され、導電金属23と金属製のシート部122は互いに連結される。さらに、基準電位点と電気的に接続されるため、同軸プローブ20の後端202部位は同軸伝送線を配置するような方法により高周波信号を伝送し、信号のインピーダンス特性を維持することができる。
しかし、同軸プローブ20の前端201部位は、尖端からの反作用力を受ける弾性緩衝アームであり、かつ金属針21本体の重量を維持し、その周辺に必要な緩衝活動空間を保持する必要がある。このため、後端202の同軸伝送線が配置される構造にすることが出来ない。従って、高周波信号を伝送する特性は、同軸プローブ20の後端202の部位に限られ、前端201までに及ぶことができない。このため、プローブ20の周辺の誘電環境の寄生静電容量効果により、高周波信号を伝送する際に誘電損耗が発生しやすくなる。
また、信号伝送のインピーダンス特性を維持するために、同軸プローブ20軸心の金属針21は、一定の厚さを有する絶縁材質の誘電材料22で被覆する必要がある。さらに、金属針21とその外層を被覆する導電金属23との間の寄生静電容量効果による誘電損耗が発生し、信号インピーダンスがマッチしないという現象を考慮しなければならない。このため、絶縁材質の厚さを厚くしなければならない。また、誘電定数によって静電容量は異なる。どんな種類の絶縁材質であっても、伝送線の直径は軸芯の金属針21よりも大きいため、伝送線が空間に分布する密度は増加してしまう。従って、高周波信号を伝送するプローブカード上には、数多くの信号プローブを高周波測定用電子ユニットとして配置することができなくなる。
以上により、高品質の回線伝送構造で高密集の電子ユニットの全面を迅速に測定し、同時に高周波電気測定信号を伝送する際に信号品質を維持することにより、精密な高周波電気測定工程を行ことは、プローブカードの製造業者において大きな課題となっている。
本発明の目的は、測定用プローブカードに適用し、かつ高周波電気測定信号のインピーダンス特性を維持する高周波プローブを提供することである。
本発明のもう一つの目的は、小さな空間に占める密度を増加させずに数多くの高周波プローブが配置される構造であり、かつ効率的にプローブの製作工程を簡単にし、プローブカードの高周波電気測定の品質を向上させる高周波プローブカードを提供することである。
上述の目的を達成するために、本発明による高周波プローブカードは、回路板、プローブ座、複数の信号プローブと接地プローブを含む。回路板には上下が向かい合う上表面と下表面とがあり、上表面は電子ユニットに対し電気測定を行うためにテストベンチに電気的に接続される。また、回路板は数多くの信号回路と接地回路を含み、かつそれぞれの信号回路に対して一定の距離を置いて隣り合う接地回路が少なくとも一つあり、接地回路は基準電位点まで電気的に導通する。プローブ座は回路板の下表面に配置される。
信号プローブは、金属針と少なくとも一つの導線を有し、導線は金属針上に分布するように接地プローブに電気的に接続され、導線と金属針との間は電気的に絶縁される。金属針と接地プローブは尖端及び末端と、それらの間に位置する固定部とを別々に有する。尖端は、上述の電子ユニットに対する点での接触に用いられ、固定部は、プローブ座上に固定される。金属針の末端は、信号回路に電気的に接続され、接地プローブの末端は、接地回路に電気的に接続される。
また、本発明による他の高周波プローブカードは、測定出力信号と測定回送信号を分け、かつそれらに対して異なる伝送径路を別々に提供するものである。これにより、高周波信号の測定過程において、測定出力信号と測定回送信号の相互間に生じる干渉現象を避けることができる。
以下、本考案による複数の実施例を図面に基づいて説明する。
(第一実施例)
図2から図5は本発明の第一実施例を示す。集積回路のウェハを測定するアーム式プローブカード2は、回路板30、プローブ座40、数多くの信号プローブ50と数多くの接地プローブ60を含む。
図2と図3に示すように、回路板30は上下が向かい合う上表面301と下表面302、及び内外周に位置するプローブ区域303と測定区域304を有する。上表面301の測定区域304は、図示しない測定ベンチの電気的接触に用いる。テストベンチにより、プローブカード2に電気測定信号が出力され、高周波測定信号は内周のプローブ区域303まで伝送される。
また、回路板30は、電子回路を有し、電子回路は上表面301から下表面302まで延びるように配置され、信号プローブ50と接地プローブ60に電気的に接続される数多くの信号回路31と接地回路32を含む。信号回路31は、上述の高周波測定信号の伝送に用いられ、かつ信号回路31に対して一定の距離を置いて隣り合う接地回路32がある。接地回路32は、直接または間接的にテストベンチの基準電位点に電気的に接続することが可能であり、信号回路31によって伝送される高周波測定信号のインピーダンス特性を維持する。
図3に示すように、プローブ座40は、環状を呈するように回路板30の下表面302のプローブ区域303上に配置され、かつエポキシ樹脂などの良好な絶縁材質からなる。このプローブ座40は、プローブ50、60を固定し、それらを互いに電気的に導通させない。
図3から図5に示すように、信号プローブ50は、金属針51と導線52を有する。金属針51は、尖端511、末端512、末端512から尖端511まで順番に延びるように配置される連結部513、固定部514と作用力アーム515を有する。尖端511は、上述の電子ユニットに対して点での接触に用いるために、高周波測定信号を受信する測定接点71に設けられる。末端512は、信号回路31に電気的に接続され、固定部514は、プローブ座40上に固定される。導線52は、金属針51の連結部513から作用力アーム515まで分布するように配置され、かつ軸心の金属線520と、金属線520を同軸で囲む絶縁層521とを有する。
信号プローブ50の金属針51と金属線520との間は、絶縁層521によって電気的に絶縁され、絶縁層521の壁面は一定の厚さを有する。信号プローブ50は、隣り合うように並列に配置される接地プローブ60を有し、接地プローブ60は、金属針51と同じ材質で、同様に尖端601、末端602、末端602から尖端601まで順番に延びるように配置される連結部603、固定部604と作用力アーム605を有する。尖端602は、上述の電子ユニットの基準電位点に対応する接地接点72に点で接触することが可能である。固定部604は、プローブ座40上に固定される。また、接地プローブ60の両端において、尖端601と末端602に近い部位は、導線52と隣り合う金属線520に互いに連結される。
上述した構造から、本発明によるアーム式プローブカード2は、周知のプローブの代わりに金属針51と導線52の組み合せによって構成される信号プローブ50を採用し、高周波測定信号の伝送径路の上に隣接する基準電位点を設けるものである。また、導線52の金属線520の両端において、信号プローブ50の末端511と尖端512に隣接する部位と接地プローブ60とを連結する。このため、インピーダンスをマッチさせる最良の効果を達成し、高周波測定信号の伝送品質を維持することができる。
また、信号プローブ50の金属針51と導線52は、平行で並列に配置されるため、信号プローブ50全体の直径は、両者を組み合せた後の直径によって決まる。さらに、組み合せた後の最大の直径は、金属針51の直径の二倍以下となる。
従って、図6に示す通り本実施例では、周知技術のようには同軸プローブの軸心の金属針の周りに絶縁材質と導電金属を同軸で被せる必要がない。
また、本発明における信号プローブはサイズが小さいため、高密度のプローブ区域に大量に配置し、高周波電気測定を行うことができるうえに、プローブが電子ユニットに点で接触する際には、前端の作用力アームに十分な緩衝性を与えるとともにインピーダンスをマッチさせる良好な効果を達成することができる。
図7と図8は、本実施例における信号プローブ50の周波数特性を示すグラフである。
図7に示す例では、金属針51と金属線520の直径が4milであり、絶縁層521の壁面の厚さが25μmであり、金属線520の前端から金属針51の尖端511までの長さが160milである。この場合、組み合せた後の最大の直径は250μmである。反射損失(return loss)曲線S11によると、低い反射損失特性である範囲が高周波GHz段階まで及ぶ。挿入損失(insertion loss)曲線S21は、−3dB利得のパスバンド(passband)において、周波数を1.8GHzに至るようになるまで制御できることを示す。
図8に示す例では、金属針51と金属線520の直径が8milであり、絶縁層521の壁面の厚さが50μmであり、金属線520の前端から金属針51の尖端511までの長さが80milである。この場合、組み合せた後の最大の直径は500μmである。反射損失(return loss)曲線S11’は、高周波GHz段階において反射損失が極めて低く、高周波帯域において極めて良好にインピーダンスをマッチさせる特性があることを示す。挿入損失(insertion loss)曲線S21’は、−3dB利得のパスバンド(passband)において周波数を4.3GHzに至るまで制御できることを示す。このように、高周波信号の伝送品質は良好である。
従って、本実施例によると、プローブカード2が高周波電気測定信号を伝送する際、高周波伝送径路全体における損失は低く、インピーダンスをより良好にマッチさせる特性がある。また、信号プローブ50の直径は0.5μmまたはそれより小さい。従って、プローブ区域303には大量の電子ユニットを測定するプローブを大量に配置することができるため、電子ユニットに対しウェハの電気測定を迅速かつ正確に行うことが可能となる。
(第二実施例)
本発明における信号プローブは、主に導線により金属針に配置され、かつ、高周波信号の伝送径路上に基準電位点を配置することにインピーダンスをマッチさせる特性を維持する。図9に示す通り、本発明の第二実施例によると、図示しないプローブカードの回路板に配置される信号プローブ53の構成は、第一実施例により掲示されるものと異なり、金属針51の両側に導線52を配置するものである。従って、第二実施例では、金属針51の片側のみに導線52を配置する場合、測定信号が導線52を配置しない反対側に干渉する現象を避けることができ、高周波信号の伝送品質がより良好となる。
(第三実施例)
図10に示す通り、本発明の第三実施例によると、図示しないプローブカードの回路板に配置される信号プローブ55の構成は、上述の実施例により掲示されるものと異なり、金属針51の外周に絶縁層54を同軸で被せ、そののち絶縁層54上に金属線520を配置するものである。これにより、信号伝送に用いられる金属針51を酸化させるか汚染するような事態が避けられ、金属針51の使用寿命が長くなる。
(第四実施例)
図11には、本発明の第四実施例によるアーム式プローブカード3を示す。第一実施例により掲示されるものとの違いは次の通りである。プローブ座40には、導電性がある金属材質から構成される接地面41があり、信号プローブ50の金属線520と接地プローブ60は接地面41に電気的に接続される。このため、接地面41はプローブカード3の電子回路の接地などの電位面となりうる。
また、図12に示すように、二つの信号プローブ50に隣り合うように、間にのみ接地プローブ60を配置し、外側に導線52を別々に配置する。このため、信号プローブ50によって伝送される高周波測定信号のインピーダンス特性を維持することができ、余計な信号干渉を避けて接地プローブ60の配置数を減らすことができる。従って、配置される接地接点が比較的少ないウェハを測定する電子回路を使用できる。
(第五実施例)
図13に示すとおり、本発明の第五実施例による高周波測定信号の伝送構造は、高周波差動信号を測定する一般のディスプレイー駆動チップに適用する。図13は、本発明の第五実施例によるアーム式プローブカード4を示し、第一実施例との違いは次の通りである。
本実施例における回路板35は、隣り合う二つの信号回線331、332から構成され、差動信号対の伝送に用いられる数多くの差動信号回路33を含む。
回路板35にはさらに、差動信号対の信号のインピーダンス特性を維持するために、差動信号回路33の両側に一定の距離を置いて隣り合う接地回路34が少なくとも一つ設けられる。差動信号回路33は、二つの信号プローブ50を有し、接地回路34は、接地プローブ60に電気的に接続される。このため、プローブカード4は、差動信号の伝送過程においてインピーダンスをマッチさせる特性を維持することができる。
(第六実施例)
図14には、本発明の第六実施例によるアーム式プローブカード5を示す。第一実施例との違いは次の通りである。本実施例における回路板37と数多くの信号プローブ57では、測定出力信号と測定回送信号を分け、かつ、それらに対して異なる伝送径路を別々に提供し、高周波信号の測定過程において測定出力信号と測定回送信号の間に生じる干渉現象を避ける。
また、回路板37は、数多くの信号回路36を有し、信号回路36は、探知回線361と感知回線362を有し、探知回線361は、テストベンチから出力される測定条件信号を電子ユニットまで伝送する。感知回線362は、電子ユニットから送られる測定結果信号を測定ベンチまで伝送する。また、測定信号を伝送する際の信号のインピーダンス特性を維持するために、探知回線361と感知回線362とに対して、一定の距離を置いて隣り合う接地回路32が少なくとも一つある。
図14と図15に示すように、信号プローブ57は、金属針51と、その上に配置される二つの導線を含む。二つの導線のうちの第一導線56は、上述の実施例により掲示される導線52と同じように、金属線560と絶縁層561を有し、金属線560の両端は、金属針51と感知回線362に別々に電気的に接続される。第二導線52は、上述の実施例に示すものと同じように、接地回路32に電気的に接続される。また、金属針51は、探知回線361に電気的に接続され、かつ信号プローブ57と一定の距離を置いて隣り合う接地プローブ60を有する。
探知回線361は、テストベンチから出力される高周波測定条件信号を金属針51まで伝送する。このため、感知回線362と第一導線52は、電子ユニットを測定した結果信号を伝送する径路となる。また、それらに隣接する部位において、接地回路32、第二導線52と接地プローブ60が適切に配置されるため、本実施例によるプローブカード5によると、上述の実施例のように高周波測定信号を伝送する際のインピーダンス特性を維持することができるうえに、高周波信号の測定過程において測定出力信号と測定回送信号との間に生じる干渉現象を避けることができる。従って、高周波測定の伝送品質はより良好となる。
(第七実施例)
また、本発明の第七実施例によると、信号プローブ57は、上述の実施例と同様に、数多くの第二導線52を配置することにより信号のインピーダンスをマッチさせる最良の特性を達成することができる。本実施例ではさらに、図16に示す通り、信号プローブ58の金属針51と第一導線56の両側に、第二導線52を配置する。この構成により、測定出力信号と測定回送信号との間に生じる干渉現象と別の測定信号による干渉現象とを確実に減少させる。従って、高周波信号の伝送品質はより良好となる。
(第八実施例)
また、単一の信号プローブ全体のサイズ小さくすれば、図17に示す通り、本発明の第八実施例によるアーム式プローブ6のようになる。第六実施例により掲示されるものとの違いは、次の通りである。信号プローブ59は、金属針51と第一導線56のみから構成され、かつ信号プローブ59によって信号を伝送する際のインピーダンス特性を維持するために、信号プローブ59と一定の距離を置いて隣り合う接地プローブ60を少なくとも一つ有する。
本実施例は、信号プローブ59の両側に接地プローブ60を別々に配置することにより、測定出力信号と測定回送信号を兼ね備え、インピーダンスをマッチさせる特性を維持することができるうえに、別の測定信号による干渉現象を避けることができる。従って、高品質の高周波信号伝送を果たすことができる。
上述したものは本発明の好ましい一例に過ぎないため、本発明の明細書と特許請求の範囲に基づいて、効果が同等である範囲の変更を加えることは、本発明の特許請求の範囲に属する。
従来のアーム式プローブカードの構造を示す模式図である。 本発明の第一実施例の平面図である。 本発明の第一実施例の構造を示す模式図である。 本発明の第一実施例の一部分の構造の底面、即ちプローブカード上の信号プローブと接地プローブの配置関係を示す拡大図である。 図3のV−V線に沿った断面図である。 図3のVI−VI線に沿った断面図である。 本発明の第一実施例における信号プローブの信号特性を示すグラフである。 本発明の第一実施例においての図7に示す測定用信号プローブのサイズより比較的大きい信号プローブの信号特性を示すグラフである。 本発明の第二実施例における信号プローブの構造を示す模式図である。 本発明の第三実施例における信号プローブの構造を示す模式図である。 本発明の第四実施例の構造を示す模式図である。 本発明の第四実施例の一部分の構造の底面、即ちプローブカード上の信号プローブと接地プローブの配置関係を示す拡大図である。 本発明の第五実施例の構造を示す模式図である。 本発明の第六実施例の構造を示す模式図である。 本発明の第六実施例における信号プローブの構造を示す模式図である。 本発明の第七実施例における信号プローブの構造を示す模式図である。 本発明の第八実施例の構造を示す模式図である。
符号の説明
2、3、4、5:アーム式プローブカード、30、35、37:回路板、301:上表面、302:下表面、303:プローブ区域、304:測定区域、31、36:信号回路、32、34:接地回路、33:差動信号回路、331、332:信号回線、361:探知回線、362:感知回線、40:プローブ座、41:接地面、50、53、55、57、58、59:信号プローブ、51:金属針、511、601:尖端、512、602:末端、513、603:連結部、514、604:固定部、515、605:作用力アーム、52:導線、520、560:金属線、521、54、561:絶縁層、56:第一導線、60:接地プローブ、71:測定接点、72:接地接点、S11、S11’:反射損失曲線、S21、S21’:挿入損失曲線

Claims (23)

  1. 尖端及び末端と、前記尖端と前記末端との間に位置する固定部とを有し、前記尖端は電子ユニットに対する点接触に用いられ、前記末端と前記固定部とがテスト用回路板上に固定される金属針と、
    前記金属針の上に配置され、その両端が別々に基準電位点に電気的に接続される少なくとも一つの金属線と、
    前記金属針と前記金属線との間に配置される少なくとも一つの絶縁層と、
    を含むことを特徴とする高周波プローブ。
  2. 前記絶縁層は少なくとも一つの前記金属線を同軸で囲むように設けられ、前記絶縁層の壁面は一定の厚さを有し、前記金属針と少なくとも一つの前記金属線との間の距離は、前記絶縁層の壁面の厚さであることを特徴とする請求項1に記載の高周波プローブ。
  3. 前記高周波プローブの最大の直径は、前記金属針の直径の二倍であることを特徴とする請求項1に記載の高周波プローブ。
  4. 前記高周波プローブの最大の直径は、前記金属針の直径の二倍より小さいことを特徴とする請求項1に記載の高周波プローブ。
  5. 前記絶縁層は前記金属針を同軸で囲むように設けられ、前記絶縁層の壁面は一定の厚さを有し、前記金属針と少なくとも一つの前記金属線との間の距離は前記絶縁層の壁面の厚さであることを特徴とする請求項1に記載の高周波プローブ。
  6. 前記高周波プローブは、前記金属針の両側に並列に配置される二つの金属線を有することを特徴とする請求項1に記載の高周波プローブ。
  7. 少なくとも一つの前記金属線は、前記金属針の末端から前記金属針の尖端と前記固定部の間まで延びるように配置されることを特徴とする請求項1に記載の高周波プローブ。
  8. 前記金属線の一つは、前記金属針の尖端に電気的に接続されることを特徴とする請求項1に記載の高周波プローブ。
  9. 少なくとも二つの前記金属線は、前記金属針の末端から前記金属針の尖端と前記固定部の間まで延びるように配置されることを特徴とする請求項8に記載の高周波プローブ。
  10. 測定信号を伝送することにより電子ユニットに対し電気測定を行う高周波プローブカードであって、
    上下が向かい合う上表面と下表面を有し、前記上表面は電子ユニットに対し電気測定を行うためにテストベンチに電気的に接続される回路板であって、数多くの信号回路と接地回路とを有し、かつそれぞれの信号回路に対して一定の距離を置いて隣り合う少なくとも一つの接地回路を有し、前記接地回路は基準電位点まで電気的に導通する前記回路板と、
    前記回路板の下表面に配置されるプローブ座と、
    複数の信号プローブと、
    接地プローブと、
    を含み、前記信号プローブは金属針と少なくとも一つの導線とを有し、少なくとも一つの前記導線は前記金属針上に分布するように前記接地プローブに電気的に接続され、少なくとも一つの前記導線と前記金属針との間は電気的に絶縁され、前記金属針と前記接地プローブは、尖端及び末端と、前記尖端と前記末端との間に位置する固定部とを別々に有し、前記尖端は前記電子ユニットに対する点接触に用いられ、前記固定部は前記プローブ座上に固定され、前記金属針の末端は前記信号回路に電気的に接続され、前記接地プローブの末端は前記接地回路に電気的に接続されることを特徴とする高周波プローブカード。
  11. 少なくとも一つの前記導線は金属線と絶縁層を有し、前記金属線の両端は前記接地プローブに電気的に接続され、前記絶縁層は前記金属線を同軸で囲むように設けられることを特徴とする請求項10に記載の高周波プローブカード。
  12. 少なくとも一つの前記導線は両端が前記接地プローブに電気的に接続される金属線であり、前記信号プローブは絶縁層を有し、前記絶縁層は前記金属針を同軸で囲むように設けられることを特徴とする請求項10に記載の高周波プローブカード。
  13. 少なくとも一つの前記導線は前記金属針の末端から前記金属針の尖端と前記固定部の間まで延びるように配置されることを特徴とする請求項10に記載の高周波プローブカード。
  14. 前記信号プローブの最大の直径は、前記金属針の直径の二倍であることを特徴とする請求項10に記載の高周波プローブカード。
  15. 前記信号プローブの最大の直径は、前記金属針の直径の二倍より小さいことを特徴とする請求項10に記載の高周波プローブカード。
  16. 前記信号プローブは、前記金属針の両側に並列に配置される二つの導線を有することを特徴とする請求項10に記載の高周波プローブカード。
  17. 前記回路板の前記信号回路は、二つの隣り合う信号回線を有し、かつ二つの前記信号回線の両側に一定の距離を置いて隣り合う少なくとも一つの接地回路を有することを特徴とする請求項10に記載の高周波プローブカード。
  18. 二つの前記信号回線は、差動信号対の伝送に用いられることを特徴とする請求項17に記載の高周波プローブカード。
  19. 二つの前記信号回線は、別々に前記信号プローブに電気的に接続されることを特徴とする請求項17に記載の高周波プローブカード。
  20. 二つの前記信号回線に接続される二つの前記信号プローブは、両側に少なくとも一つの接地プローブを別々に有することを特徴とする請求項19に記載の高周波プローブカード。
  21. 二つの前記信号回線は、探知回線と感知回線であり、前記信号プローブは少なくとも二つの導線を有し、前記導線の一つは前記金属針の尖端と感知回線に電気的に接続され、前記金属針の末端は探知回線に電気的に接続されることを特徴とする請求項17に記載の高周波プローブカード。
  22. 少なくとも二つの前記導線は、前記金属針の末端から前記金属針の尖端と前記固定部の間まで延びるように配置されることを特徴とする請求項21に記載の高周波プローブカード。
  23. 前記プローブ座は、導電性がある金属材質からなる接地面を有し、少なくとも一つの前記導線と前記接地プローブは、前記接地面によって電気的に接続することを特徴とする請求項10に記載の高周波プローブカード。
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