JP4804542B2 - プローブユニットの配線固定方法およびプローブユニット - Google Patents

Description

本発明は、検査対象と該検査対象に対して検査用の信号を送信する検査装置との間を電気的に接続するプローブを収容するプローブユニットが備える配線基板に対して、検査用の信号を供給する配線を固定するプローブユニットの配線固定方法およびプローブユニットに関する。

ＩＣチップなどの半導体集積回路を製造する際には、不良品を検出するために電気特性検査が行われる。具体的には、検査対象の半導体集積回路に形成された配線パターンにおける電気的な短絡および断線の有無を検査する導通検査や、その回路構造に対して検査用の信号を入力したときの動作特性検査などが行われる。このような電気特性検査では、半導体集積回路と検査用の信号を生成する信号処理装置との間の電気的な接続を図るため、導電性材料から成る細径のプローブ（導電性接触子）が用いられている。

半導体集積回路は、近年、高集積化、微細化が著しく進んでいるが、この技術の進展に適合した電気特性検査を行うことを可能にするため、プローブ間のピッチを狭小化するための技術も進歩してきている。プローブ間のピッチを狭小化するためには、プローブの径も細径化するのが好ましいが、例えばバネを用いたピン型のプローブでは細径化に限界があるため、そのようなプローブに代わるものとして、屈曲可能な弾性を備えたワイヤ型のプローブを適用することが多くなってきつつある。

複数のワイヤ型のプローブを収容するプローブユニットには、検査時に複数のプローブが撓む方向を一様に揃えるためのさまざまなな工夫が施されている。例えば、各プローブの両端部を横方向へ所定距離だけシフトさせることによってプローブの撓む方向を揃える技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この従来技術では、プローブの撓み方向を揃える一方で、配線基板に設けられた配線挿通用の第１孔部に接着剤（封着材）を充填し、配線の配線基板への確実な固定を図っている（上記特許文献１の図２および図３を参照）。

特許第３６９０７９６号公報

しかしながら、上述した従来技術では、第１孔部の端部から接着剤が盛り上がる程度まで充填されているため、隣接する第１孔部からそれぞれ盛り上がった接着剤同士が一体化してしまうことがあった。特に、プローブをマトリックス状に配置する場合、配線間距離が２ｍｍより大きい場合は問題ないが、配線間距離が２ｍｍ以下の場合、その中央部付近では、接着剤同士が一体化してしまいやすかった。このため、接着剤によって配線基板に固定した配線を一本一本たぐって信号処理装置に接続する際、配線を特定するのが困難であった。

また、接着剤の盛り上がった端部から外部に延出する配線に往復曲げのような負荷が加わると、その配線の接着剤との境界部に極度の曲げ応力が発生するため、配線作業の際に配線を引いたりすると配線が破断してしまう場合があり、耐久性に問題があった。配線が破断した場合には、その配線を配線基板から抜いて交換しなければならないが、接着剤が盛り上がっていると、配線１本分の接着剤を除去することは極めて困難であり、１本の配線のみを交換することは実質的に不可能であった。このため、１本の配線が破断しただけであってもプローブユニット全体を交換しなければならなくなることがあり、耐久性の向上が望まれていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、配線の特定を容易に行うことができるようになるとともに、耐久性を向上させることができるプローブユニットの配線固定方法およびプローブユニットを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るプローブユニットの配線固定方法は、導電性材料から成り、一方の端部が検査対象と接触するプローブと、前記プローブを収容するプローブホルダと、前記プローブを介して前記検査対象に検査用の信号を供給する配線を固定して保持し、前記プローブホルダに取り付けられる配線基板と、を備えるプローブユニットの配線固定方法であって、前記配線基板に設けられた挿通孔に前記配線を挿通する配線挿通工程と、前記配線と前記配線基板とを固着する固着材を、前記配線基板が前記プローブホルダに取り付けられる際に前記プローブホルダと対向する前記挿通孔の端面から、前記挿通孔と該挿通孔に挿通された前記配線との隙間のうち、前記配線が前記挿通孔の外部に延出する側の端面付近を除く隙間に充填する固着材充填工程と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係るプローブユニットの配線固定方法は、上記発明において、前記プローブホルダと対向する前記挿通孔の端面を含む前記配線基板の表面を平滑化する平滑化工程をさらに有することを特徴とする。

また、本発明に係るプローブユニットの配線固定方法は、上記発明において、前記プローブホルダと対向する前記挿通孔の端面に面取りが施されていることを特徴とする。

本発明に係るプローブユニットは、導電性材料から成り、一方の端部が検査対象と接触するプローブと、前記プローブを収容するプローブホルダと、前記プローブホルダに収容された前記プローブを介して前記検査対象に検査用の信号を供給する配線を挿通する挿通孔を有し、前記挿通孔に挿通された前記配線を固定して保持する配線基板と、前記挿通孔と該挿通孔に挿通された前記配線との隙間のうち、前記配線が前記挿通孔の外部に延出する側の端面付近を除く隙間に充填され、前記配線と前記配線基板とを固着する固着材と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係るプローブユニットは、上記発明において、前記挿通孔は、前記プローブホルダと対向する端面に面取りが施されていることを特徴とする。

本発明によれば、配線基板に設けられた挿通孔に配線を挿通した後、配線と配線基板とを固着する固着材を、配線基板がプローブホルダに取り付けられる際にプローブホルダと対向する挿通孔の端面から、挿通孔と該挿通孔に挿通された配線との隙間のうち、配線が挿通孔の外部に延出する側の端面付近を除く隙間に充填することにより、配線の挿通孔からの出口を確認することができるようになる。また、配線が破断を生じやすい固着材の端部が挿通孔の内部に位置しているため、その端部に負荷が加わりにくい構造を実現することができる。したがって、配線の特定を容易に行うことができるようになるとともに、耐久性を向上させることが可能となる。

図１は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの構成を示す斜視図である。 図２は、プローブホルダにおけるプローブの保持態様を示す図である。 図３は、ヘッド側プレートの構成を示す部分拡大図である。 図４は、配線側プレートおよび配線基板の構成を示す部分拡大図である。 図５は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの配線固定方法において、配線を配線基板の孔部に挿通した状態を示す図である。 図６は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの配線固定方法において、配線基板の孔部に接着剤を注入した状態を示す図である。 図７は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの配線固定方法において、配線基板の上面を平滑化した状態を示す図である。 図８は、挿通孔の別な構成例を示す図である。 図９は、挿通孔のさらに別な構成例を示す図である。

符号の説明

１ プローブユニット
２ プローブ
３ プローブホルダ
４ 配線
５，１５，２５ 配線基板
６ ヘッド側プレート
７ 配線側プレート
８ 連結部材
９ 接着剤
２１ 本体部
２２ 絶縁被膜
２２ｔ 端部
５１，１５１，２５１ 挿通孔
５１ａ テーパ部
６１ 第１プレート
６１ａ、６２ａ、７１ａ、７２ａ、７３ａ 小径孔
６１ｂ、６２ｂ、７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ 大径孔
６２ 第２プレート
７１ 第３プレート
７２ 第４プレート
７３ 第５プレート
１５１ａ Ｒ面取り部

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以後、「実施の形態」と称する）を説明する。なお、図面は模式的なものであって、各部分の厚みと幅との関係、それぞれの部分の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合もあることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる場合があることは勿論である。

図１は、本発明の一実施の形態に係るプローブユニットの構成を示す斜視図である。同図に示すプローブユニット１は、半導体集積回路等の検査対象と、検査用の信号を生成する信号処理装置からの信号を供給する配線が設けられた配線基板とを接続するものである。具体的には、プローブユニット１は、複数のプローブ２と、複数のプローブ２を収容保持するプローブホルダ３と、配線用の配線４が埋め込まれた配線基板５と、を備える。プローブユニット１は、プローブ２をマトリックス状に収容保持している。なお、この配置はあくまでも一例に過ぎず、プローブ２の配置パターンは、検査対象の電極の配置パターンに応じて定められる。

プローブホルダ３は、検査時に検査対象と対向する側（ヘッド側）に位置するプローブ２の端部付近を挿通して保持するヘッド側プレート６と、配線基板５と対向する側（配線側）に位置するプローブ２の端部付近を挿通して保持する配線側プレート７と、ヘッド側プレート６と配線側プレート７とを連結する連結部材８とを有する。プローブホルダ３は、絶縁性材料を用いて構成される。なお、プローブホルダ３の表面部分が絶縁性を有してさえいれば、プローブホルダ３の母材として絶縁性を有しない材料を適用することも可能である。

図２は、プローブユニット１の要部の構成を示す図である。また、図３は、ヘッド側プレート６の要部の拡大図である。さらに、図４は、配線基板５と配線側プレート７の境界付近の拡大図である。以下、図１〜図４を参照して、プローブユニット１のより詳細な構成を説明する。

プローブ２は、ワイヤ状の導電性部材から成る本体部２１と、本体部２１の両端部を除く表面を被覆する絶縁性材料から成る絶縁被膜２２とを備える。絶縁被膜２２は、プローブ２間の電気的な短絡を防止するとともに、プローブ２が他のプローブ２やプローブホルダ３などと接触することによって損傷してしまうのを防止する機能を有する。

本体部２１の端部は、半球面状をなしている。これにより、プローブ２が配線４に対して傾斜した状態で接触しても、半球面状をなす端部のどこかで配線４の導電部分と接触することができる。本体部２１としては、例えば鉄（Ｆｅ）系、ニッケル（Ｎｉ）系、タングステン（Ｗ）系等の耐磨耗性に優れた金属を適用するのが好ましい。また、絶縁被膜２２としては、ポリウレタンやポリパラキシリレン等の絶縁性材料を適用するのが好ましい。なお、アルマイト等の酸化膜によって絶縁被膜２２を形成してもよい。

絶縁被膜２２の端部２２ｔは、プローブ２の長手方向の中心部に向けて徐々に径が大きくなるテーパ状をなしており、長手方向の中心部を含む領域では均一な径Ｒ₂を有している。したがって、本体部２１の径をＲ₁とすると、Ｒ₁＜Ｒ₂である。

以上の構成を有するプローブ２によれば、絶縁被膜の端部が段差形状をなす従来型のプローブと比較してプローブホルダへの挿通が容易となる。なお、プローブ２の両端部における本体部２１の露出長さは同じである必要はなく、プローブホルダ３の構成をふまえて適宜設定すればよい。

プローブホルダ３のヘッド側プレート６は、２枚のプレートを板厚方向に積層することによって形成される。すなわち、ヘッド側プレート６は、プローブ２の端部を表出して回路基板と対向する側に位置する第１プレート６１と、この第１プレート６１に積層され、表面の一部が連結部材８に当接する第２プレート６２とを有する。第１プレート６１と第２プレート６２とは、図示しないねじ部材によって締結されている。

第１プレート６１は、プローブ２の本体部２１の先端を挿通する小径孔６１ａと、小径孔６１ａと同軸状に形成され、小径孔６１ａより径が大きい大径孔６１ｂとを有する。また、第２プレート６２は、プローブ２の本体部２１を挿通する小径孔６２ａと、小径孔６２ａと同軸状に形成され、小径孔６２ａより径が大きい大径孔６２ｂとを有する。小径孔６１ａの径をｒ₁とし、小径孔６２ａの径をｒ₂とすると、これらの径ｒ₁，ｒ₂の間に、ｒ₁≦ｒ₂が成立しているのが好ましい。また、小径孔６１ａの径ｒ₁は、少なくともプローブ２の本体部２１の径Ｒ₁よりも大きい（ｒ₁＞Ｒ₁）。小径孔６１ａと小径孔６２ａとは、貫通方向の中心軸が同軸をなすように配置されるのが好ましい。なお、図３では、大径孔６１ｂの径と大径孔６２ｂの径とが同じである場合を示しているが、これら２つの大径孔の径は異なっていてもよい。

ところで、図３では、プローブ２の絶縁被膜２２の端部２２ｔが小径孔６２ａの表面付近に位置しているが、絶縁被膜２２の端部２２ｔが小径孔６２ａの内部に達するようにしてもよい。絶縁被膜２２の端部２２ｔは、上記の如くテーパ状をなしているため、絶縁被膜２２を図３の下方から小径孔６２ａの内部へ進入させるのも容易である。この場合には、絶縁被膜２２の表面と小径孔６２ａの内側面との間に生じる摩擦（摺動抵抗）によってプローブ２の小径孔６２ａからの抜け止め機能を果たすことができる。

配線側プレート７は、３枚のプレートを板厚方向に積層することによって形成される。すなわち、配線側プレート７は、表面の一部が連結部材８に当接する第３プレート７１と、第３プレート７１に積層されてプローブ２を挿通する第４プレート７２と、第４プレート７２に積層されてプローブ２の端部を挿通し、配線基板５と対向する側に位置する第５プレート７３とを有する。第３プレート７１、第４プレート７２、および第５プレート７３は、ねじ部材（図示せず）によって締結されて一体となっている。

第３プレート７１は、プローブ２を挿通する小径孔７１ａと、小径孔７１ａと同軸状に形成され、小径孔７１ａより径が大きい大径孔７１ｂとを有する。また、第４プレート７２は、プローブ２を挿通する小径孔７２ａと、小径孔７２ａと同軸上に形成され、小径孔７２ａより径が大きい大径孔７２ｂとを有する。さらに、第５プレート７３は、プローブ２を挿通する小径孔７３ａと、小径孔７３ａと同軸状に形成され、小径孔７３ａより径が大きい大径孔７３ｂとを有する。

小径孔７１ａ、７２ａ、７３ａの各径は等しく、プローブ２の径と同程度であってプローブ２の最大径よりも大きい。小径孔７１ａ、７２ａ、７３ａの各中心軸は、互いに平行であるが、一致してはいない。これは、第３プレート７１に対して、第４プレート７２および第５プレート７３がそれぞれ所定量だけ積層方向と直交する方向にオフセットされているためである。ここでのオフセット量は、プローブ２の径や材質等の各種条件に応じて適宜定められる。

なお、３つの小径孔７１ａ、７２ａ、および７３ａの各径は等しくなくてもよいが、小径孔７１ａの径をｒ₃、小径孔７２ａの径をｒ₄、小径孔７３ａの径をｒ₅とするとき、０＜（Ｒ₂＜）ｒ₅≦ｒ₄≦ｒ₃が成立しているのが望ましい。

以上説明した構成を有するヘッド側プレート６や配線側プレート７を形成する際には、各プレートを順次積層した後、所定の位置決めピンを用いることによってプレート間の位置決めを行う。

なお、ヘッド側プレート６および配線側プレート７をそれぞれ構成するプレートの数は、上述したものに限られるわけではない。

次に、配線基板５の構成を説明する。配線基板５は、配線４を挿通する挿通孔５１を有する。挿通孔５１は、プローブホルダ３の配線側プレート７と対向する端面に面取りが施され、その面取りされた端面の径が最大であり、板厚方向に沿って徐々に径が小さくなるテーパ部５１ａを有する。挿通孔５１は、配線基板５に対して、ドリル加工、エッチング、打抜き成形を行うか、あるいはレーザ、電子ビーム、イオンビーム、ワイヤ放電等を用いた加工を行うことによって形成される。なお、テーパ部５１ａの斜面が配線基板５の表面に対してなす角度θは任意であるが、４５度以上であればより好ましい。

挿通孔５１に挿通された配線４の先端部は、接着剤９によって配線基板５に固着されている。接着剤９は、テーパ部５１ａの端面側において、配線４と挿通孔５１との隙間が完全に充填されている一方、配線４が外部へ延出する側の端部までは充填されていない。この結果、配線４が延出する側の端部では、配線４がどの挿通孔５１から延出しているかを正確に特定することができる。この意味で、接着剤９は、挿通孔５１と該挿通孔５１に挿通された配線４との隙間のうち、配線４が挿通孔５１の外部に延出する側の端面付近を除く隙間に充填され、配線４と配線基板５とを固着する固着材である。

ところで、配線基板５は、その底面側からプローブホルダ３の連結部材８まで挿通可能なねじ部材（図示せず）によってプローブホルダ３と締結されている。この締結を行う際には、所定の位置決めピンを用いることによって各部材の相互の位置決めを行うようにすればよい。

以上の構成を有するプローブユニット１を用いて回路基板の電気特性検査を行う際には、プローブユニット１をプローバと呼ばれる治具に装着し、配線基板５の配線４を検査用の信号を生成する信号処理装置に接続する。プローバに装着されたプローブユニット１は、図１と上下が逆転した状態となる。次に、検査対象の回路基板をプローバの下方に位置する受け台に載置し、プローバと受け台との位置決めを行った後、プローバを所定の位置まで下降させていき、ヘッド側プレート６から外部へ突出するプローブ２の端部を、検査対象に設けられた接続用電極に接触させる。その後、信号処理回路から検査用の信号を供給し、電気特性検査を行う。

次に、本実施の形態に係るプローブユニットの配線固定方法の概要を、図５〜図７を参照して説明する。まず、図５に示すように、挿通孔５１の底面側から配線４を挿通する。このとき、配線４の先端を、配線基板５の表面から若干突出させてもよい。

続いて、接着剤９を、配線基板５の挿通孔５１の上方、すなわちテーパ部５１ａが形成された側から、挿通孔５１と該挿通孔５１に挿通された配線４との隙間のうち、配線４が挿通孔５１の外部に延出する側の端面付近を除く隙間に充填する。テーパ部５１ａ以外の挿通孔５１の径は、テーパ部５１ａの最小径に等しく、その部分の配線４との隙間は小さいため、接着剤９は少しずつしか下降していかないことを考慮して、接着剤９の量を調整する。このようにして接着剤９を充填した結果、図６に示すように、テーパ部５１ａが形成された端面付近では、接着剤９が端面よりも盛り上がる一方、配線４が挿通孔５１から外部に延出する端面付近には、接着剤９が充填されていない状態で、配線４を配線基板５に固着することができる。

上記の如く接着剤９を充填することにより、配線４が延出する側の端面は接着剤９によって覆われていないので、配線４がどの挿通孔５１から延出しているかを容易に特定することができるようになる。また、接着剤９の端部が挿通孔５１の内部にあるため、配線４に往復曲げ等の負荷が加わっても、配線４が接着剤９の端部で破断してしまうことがなくなる。さらに、テーパ部５１ａと配線４との隙間には、他の隙間よりも多量の接着剤９が充填されるため、プローブホルダ３と対向する表面付近において、配線４と配線基板５との確実な接着を実現することができる。また、テーパ部５１ａを設けたことにより、配線４と挿通孔５１の隙間が小さい場合であっても、接着剤９が挿通孔５１の奥まで流れ込みやすくなる。

この後、配線基板５の上面側の表面を平滑化する。平滑化を行う際には、配線基板５の表面のうち、テーパ部５１ａの端面を含み、接着剤９が盛り上がっている表面を、切削するかまたは研磨することによって平滑化する。これにより、図７に示すように、配線４による配線が施された配線基板５が完成する。なお、平滑化を行った端面に対し、接触抵抗を軽減する手段として一般的によく用いられるＮｉ，Ａｕメッキ等の処理を施せばより好ましい。

以上説明した本発明の一実施の形態によれば、配線基板に設けられた挿通孔に配線を挿通した後、配線と配線基板とを固着する固着材を、配線基板がプローブホルダに取り付けられる際にプローブホルダと対向する挿通孔の端面から、挿通孔と該挿通孔に挿通された配線との隙間のうち、配線が挿通孔の外部に延出する側の端面付近を除く隙間に充填することにより、配線の挿通孔からの出口を確認することができるようになる。また、配線が破断を生じやすい固着材の端部が挿通孔の内部に位置しているため、その端部に負荷が加わりにくい構造を実現することができる。したがって、配線の特定を容易に行うことができるようになるとともに、耐久性を向上させることが可能となる。

また、本実施の形態によれば、固着材を充填する側の挿通孔の端部を面取りしているため、密集した配線の場合であっても、全ての挿通孔と配線との隙間に固着材を充填しやすくなるため、接着不良が生じるおそれもない。また、面取りした部分には、他の部分よりも多量の固着材が充填されるため、配線と配線基板とをより確実に固着することができる。

さらに、本実施の形態によれば、配線基板に挿通する配線の端部に抜け止め等の特別な措置を施すことなく、配線と配線基板とを確実に固着させることができるので、挿通孔に配線を挿通するのが容易である。したがって、配線を固定する際の作業時間を短縮することができる。

ここまで、本発明を実施するための最良の形態を詳述してきたが、本発明は上述した一実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、配線基板に設けられる挿通孔は、他の形状をなしていてもよい。図８は、挿通孔の別な構成を示す図である。同図に示す配線基板１５に形成された挿通孔１５１は、プローブホルダと対向する端面（図８の上面）に、Ｒ形状に面取りが施されたＲ面取り部１５１ａを有する。これ以外にも、挿通孔として、プローブホルダと対向する表面側の径が最大径をなすような段付き孔形状の挿通孔を形成することも可能である。

なお、配線基板の強度を落とすことなく挿通孔の径を大きくすることが可能な場合や、配線間距離がある程度広い場合には、図９に示す配線基板２５に設けられた挿通孔２５１のように、ストレート孔としてもよい。

また、本発明においては、ワイヤ型以外のプローブを適用することも可能である。その場合には、プローブホルダの構成も、プローブの態様に応じて変更される。このようなプローブやプローブホルダとしては、従来知られている種々のタイプのものを適用することができる。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。

以上のように、本発明に係るプローブユニットの配線固定方法およびプローブユニットは、ＩＣチップなどの半導体集積回路を製造する際に不良品を検出するために行う電気特性検査に有用である。

Claims (5)

1. 導電性材料から成り、一方の端部が検査対象と接触するプローブと、前記プローブを収容するプローブホルダと、前記プローブを介して前記検査対象に検査用の信号を供給する配線を固定して保持し、前記プローブホルダに取り付けられる配線基板と、を備えるプローブユニットの配線固定方法であって、
   前記配線基板に設けられた挿通孔に前記配線を挿通する配線挿通工程と、
   前記配線と前記配線基板とを固着する固着材を、前記配線基板が前記プローブホルダに取り付けられる際に前記プローブホルダと対向する前記挿通孔の端面から、前記挿通孔と該挿通孔に挿通された前記配線との隙間のうち、前記配線が前記挿通孔の外部に延出する側の端面付近を除く隙間に充填する固着材充填工程と、
   を有することを特徴とするプローブユニットの配線固定方法。
2. 前記プローブホルダと対向する前記挿通孔の端面を含む前記配線基板の表面を平滑化する平滑化工程をさらに有することを特徴とする請求項１記載のプローブユニットの配線固定方法。
3. 前記プローブホルダと対向する前記挿通孔の端面に面取りが施されていることを特徴とする請求項１または２記載のプローブユニットの配線固定方法。
4. 導電性材料から成り、一方の端部が検査対象と接触するプローブと、
   前記プローブを収容するプローブホルダと、
   前記プローブホルダに収容された前記プローブを介して前記検査対象に検査用の信号を供給する配線を挿通する挿通孔を有し、前記挿通孔に挿通された前記配線を固定して保持する配線基板と、
   前記挿通孔と該挿通孔に挿通された前記配線との隙間のうち、前記配線が前記挿通孔の外部に延出する側の端面付近を除く隙間に充填され、前記配線と前記配線基板とを固着する固着材と、
   を備えたことを特徴とするプローブユニット。
5. 前記挿通孔は、前記プローブホルダと対向する端面に面取りが施されていることを特徴とする請求項４記載のプローブユニット。

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