JP5086783B2 - カンチレバー型プローブカード - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ状態における複数行、複数列の半導体チップの電気的特性を検査するカンチレバー型プローブカードに関し、詳しくはプローブを高密度に配設すると共に、プローブ直近に高周波ノイズを低減するコンデンサーを配設したカンチレバー型プローブカードに関するものである。

周知のように、半導体デバイスの製造工程においては、半導体ウェハ上に多数の半導体チップが形成された後、各半導体チップついて電気的特性の検査を行うためにプローブテストと呼ばれる電気的測定が行われる。このプローブテストには、半導体ウェハ上に形成された半導体チップの電極パッドに対応して配列された多数のプローブを備えたプローブカードが使用される。プローブカードは、テスタに電気的に接続されるとともに、検査対象の半導体チップの各電極パッドに、対応するプローブを接触させて、テスタと半導体チップとの間でテスト信号を伝送するために用いられるものである。

図４は従来のカンチレバー型プローブを用いたプローブカードの構成を示す断面図であって、プローブは、針先３ａを有する複数個のプローブ３と、傾斜した該プローブ３群をカンチレバーに支持する中間支持体５，６と、各プローブ３ごとにプローブ３の針元３ｂがはんだ付けによって接続される配線パターンの端子導体４−１が形成された回路基板４と、から構成されている。

近年の高密度に集積された半導体チップの試験には、線径の小さい、３０〜６０μｍのプローブを高密度に配設されたプローブカードが用いられて来ており、前述のカンチレバー型プローブカードにおいて、プローブ群の針元３ｂと回路基板の端子４−１との接続を確実に行うためには、プローブ３群を中間支持体５，６から扇形に展開するために中間支持体５，６から針元３ｂまである程度の距離が必要であった。このために、プローブ針先３ａから回路基板４までの距離が制約されるプローブカードにおいて、また、高周波特性を良好にするためにも、針元３ｂの展開を小さくしてプローブ３の長さを短くする必要性があるが、そういったプローブカードの実現は困難があった。特に、プローブ３群を複数列に高密度に配設するプローブカードにおいて問題があった。

また、近年の多端子で高速な半導体チップの試験には、数百ＭＨｚレベルの高周波数のテスト信号を用いて行う必要があり、このためにプローブを高密度に配設したプローブカードにおいて、プローブと回路基板との電気回路のインピーダンス整合や高周波ノイズを低減するためのコンデンサを配設することを求められるが、図４のプローブカードでは、コンデンサ７を回路基板４の背後に配設せざるを得ず、プローブの直近に配置することがより性能を向上できるが、それは困難であった。

また、プローブは多数回のテストにより半導体チップの電極と接触する針先が損耗して、確実な電気的接触が維持できなくなると、プローブを取り替える必要があるが、この入替えも複雑な作業を要し、必ずしもプローブカードの機能を維持できるとは限らないので、最終的には高価なプローブカードを取り替えるしかなかった。このプローブ群をユニット化して入替可能にした先行技術が開示されている（先行文献１）
特開平７−２０１９３５号公報

前述の先行技術は、プローブ群をユニット化して着脱可能にし、取替え或いは規模の拡大又は縮小に対応できる点で優れているが、プローブ針先から回路基板までの距離が制約されるプローブカードにおいては前記のプローブユニットの採用は困難であった。また、高密度に集積された高速タイプの半導体チップに対しては、数百ＭＨｚレベルの高周波テスト信号が用いられて試験されるが、先行技術のプローブカードでは対応することが難しいという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みて、これらの問題を解決するために成したものであって、半導体ウエハ状態における複数行、複数列の半導体チップの電気的特性を検査するカンチレバー型プローブカードにおいて、カンチレバー型プローブを高密度に配設すると共に、針元の接続エリアを合理的に設けてプローブの全長を短くし、、また、プローブ直近に高周波ノイズを低減するコンデンサーを配置したプローブユニットの複数個を着脱可能に並設するカンチレバー型プローブカードを提供するものである。

前記の目的を達成するために、本願カンチレバー型プローブカードの発明は、多数個の半導体チップの電極に接触させて電気的特性検査を行うカンチレバー型プロ−ブカードであって、該プローブカードがプローブ群と、回路基板と、該回路基板上に配設され、該プローブ群を支持する中間支持体と、該中間支持体に近接して設けられ、プローブ群の針元と対応する該回路基板の端子と電気的接続を図る電気的接続手段と、から構成されている。

また、本願カンチレバー型プローブカードの発明は、前記電気的接続手段が、前記プローブ群の針元が接続された電気回路を有するフレキシブル配線基板と、該フレキシブル配線基板を保持する補強材と、該フレキシブル配線基板の出力端子と前記回路基板の端子との電気的接続を図るコネクタと、を設けている。

これらの構成により、プローブ群の針元と回路基板との間の電気的接合が柔軟性のあるフレキシブル配線基板を用いることにより位置的自由度のある接合が採れるので、プローブの針元を中間支持体のすぐ近くに置けるから、プローブを短くすることができ、プローブから該配線基板までの距離、特に水平距離も短くできる。また、プローブをより高密度に、複数列に配置することも可能になる。また、フレキシブル配線基板とコネクタの組合せによりプローブ針元から回路基板までの電気回路の設置において自由度が増える。高周波信号を用いる場合に、プローブが短いので、インピーダンス整合を最適にし易く、多層配線化が可能なフレキシブル配線基板を採用することで、高周波ノイズ、電源ノイズの低下が図り易い。

また、本願カンチレバー型プローブカードの発明は、前記フレキシブル配線基板の電気回路の針元側に回路用コンデンサを搭載する。この構成により、コンデンサを従来の回路基板上に搭載する場合よりプローブの直近に、即ち、針先に近い位置に配設することができるので、高周波信号や電源に伴うノイズを低減できると共にインピーダンス整合を改善することが可能である。

また、請求項１のカンチレバー型プローブカードの発明は、前記補強材が前記中間支持体の側面に着脱自在に螺着されていることを特徴とする。この構成によれば、フレキシブル配線基板を支持・固定している補強材を中間支持体に螺着しているので、回路基板とプローブ針元との電気的接合を施工する際に、ネジを外しておけばフレキシブル配線基板への接続等の配設作業がし易く、プローブを使用するときには螺着して固定できるので、精度を要するプローブの配設に当たり作業の自由度が高くなる。したがって、プローブの交換も容易にすることができる。

また、請求項１のカンチレバー型プローブカードの発明は、前記カンチレバー型プローブカードが、前記回路基板と、該回路基板上に配設され、該プローブ群を支持する中間支持体とからなり、加えて、分割されたプローブ群と該プローブ群の針元が接続された電気回路を有するフレキシブル配線基板と、該フレキシブル配線基板を保持すると共に着脱自在に該中間支持体の側面に螺着された補強材と、該フレキシブル配線基板の出力端子と前記回路基板の端子との電気的接続を可能にしたコネクタの一方と、から構成されるプローブユニットの複数個を該回路基板上に配設したことを特徴とする。

これらの構成によれば、プローブ群を分けてユニット化しているので、プローブ針先が損耗してプローブを取り替える必要が出てきた場合に、従来ではプローブ群の部分的に入れ替えることは、ほとんど不可能であったものを、プローブユニット単位でプローブ群やフレキシブル配線基板を取り外して、取替又は修理が可能となる。よって、高価なプローブカード全体を取替えることが少なくて済み、経済的である。

本発明による請求項１の構成のカンチレバー型プローブカードによれば、カンチレバー型プローブの長さを従来のものより短くでき、かつ、プローブの針元の配置エリアを縮小できるので、線径の小さいプローブを多数並設したプローブ群を複数列に配設したプローブカードとすることができる。また、カンチレバー型プローブの針元と回路基板との間を柔軟性のあるフレキシブル配線基板を介在させることで、プローブ群と回路基板との距離が制約されるプローブカードであっても、プローブ群と回路基板の端子間の接続に際して、夫々の配置に制約が少なく、位置的接続の自由度が高い。また、フレキシブル配線基板に多層化回路やコンデンサを構築することできるので、回路基板の機能を一部分担させることも可能である。また、プローブ群の長さが従来のものより短かく、また、コンデンサをプローブの直近に配設できるので、高速半導体チップの検査に高周波信号を用いた場合、高周波特性の向上、高周波ノイズの減少、耐電源ノイズの向上やインピーダンス整合の改善を図ることができる。前述のように、本発明は、高密度で、複数列のプローブ群を有するカンチレバー型プローブカードであるから、ウエハ上に高密度に集積された半導体チップの電気的特性検査に十分対応できる。

また、本発明に係るカンチレバー型プローブカードは、プローブ群をフレキシブル配線基板及びコネクタを含めてユニット化し、このプローブユニットの複数個を並設して配設しているから、プローブの針先の損耗、プローブの故障やフレキシブル配線基板の故障に際しても、そのプローブユニットのみの交換で対応することができ、高価なプローブカード全体を取り替える必要がないので経済的であり、ひいては稼働率の向上も期待できる。

以下、本発明のカンチレバー型プローブカードに係る最良の実施形態を図面に基いて説明する。 図１は、本発明のカンチレバー型プローブカードに係る最良の実施形態であるプローブカード部分の模式的斜視図である。図２は、図１のプローブカードの主要構成部であるプローブユニットの模式的断面図である。図３は、図２のプローブユニットにおけるＡ矢視のフレキシブル配線基板の回路の模式的平面図である。

図１、図２を用いて、本発明の実施の形態であるプローブカード１について説明すると、カンチレバー型プローブカード１が、回路基板４と、回路基板４上に配設され、プローブ３群の中間部を支持する中間支持体５とからなり、加えて、分割されたプローブ３群と、該プローブ３群の針元３ｂが接続される針元接点８ａを有し、かつ、電気回路８ｂを有するフレキシブル配線基板８と、フレキシブル配線基板８を保持すると共に着脱自在に中間支持体５の側面に螺着される補強材１０と、フレキシブル配線基板８の出力端子（図示しない。）と前記回路基板４の端子４−１との電気的接続を可能にするコネクタ９と、から構成されるプローブユニット２の複数個を該回路基板４上に配設したものからなる。

また、プローブ３群はその中間部を中間支持体５上に形成する樹脂固定部６により固着され、かつ、針元３ｂをフレキシブル配線基板８の針元接点８ａに固着されることにより、中間部と針元が固定されるので、自由端である針先３ａに位置も固定されることになる。中間支持体５は、環状形状を有する平面板で形成してよく、かつ、中央部にプローブ３群から突出した針先が臨む開口部(図示しない)を通常形成する。環状形としては、円形、長円形、長方形（正方形を含む）のいずれかを呈する。また、中間支持体５は、耐熱性、強度、熱膨張率の小さい点でセラミック材を用いるのが最適で、温度変化に対して形状変化が極めて少なく、かつ、高強度である点で、中間支持体５に固着した樹脂固定部６の位置精度を向上させる。前記樹脂固定部６は、通常高温用エポキシ樹脂を用いてプローブ３群の中間部と中間支持体５を一体に固着して形成する。

また、前記回路基板４は、中間支持体５を固着した合成樹脂のプリント配線板であって、プローブ３群の針先３ａとフレキシブル配線基板８を介して電気的検査処理装置（図示しない）との導通を図るものである。また、前記補強板（図示しない）が、中間支持体５の平面度を維持するための回路基板４の背面を補強する板であり、強度が高い金属製が用いられ、耐熱性、耐候性、耐汚染性及び被加工性の点からステンレス鋼を用いることが望ましい。

また、フレキシブル配線基板８は、図２、図３に示すように、柔軟性のあるポリイミドやポリエステルフィルム上に、回路８ｂの導体回路を多層化して形成したフレキシブルプリント配線板である。また、針元３ｂが繋がる針元接点８ａ及び回路用コンデンサ７が前記フレキシブル配線基板８上の針元側に搭載される。これによりコンデンサ７をプローブ３群の針元３ｂに直近して配設され、針先３ａに近いところに搭載されることになる。前述のように、フレキシブル配線基板８は回路８ｂの多層化やコンデンサ７等の回路素子を搭載して集積化することができるので、回路基板４の機能を一部分担することも可能になる。

また、フレキシブル配線基板８は、図１，２に示す例では、コの字形状に補強材１０に貼着又は螺着されて固定・支持される。補強材１０は、金属製、セラミック製又は合成樹脂製である。この補強材１０は中間支持体５に螺着することにより、中間支持体５に固定支持される。この結果、針元接点８ａも中間支持体５に対して位置が固定されることになる。また、フレキシブル配線基板８の回路基板４側はコネクタ９の片側に接続され、もう一方の回路基板４上に設置されたコネクタ９と着脱自在に接続できるので、フレキシブル配線基板８の回路が回路基板４に電気的に接続する。

このように、フレキシブル配線基板８と補強材１０とコネクタ９との組合せを用いることで、プローブ３群の針元３ｂと回路基板４の端子４−１との接続が配置的に制約を受けにくく、また、中間支持材５に近接して配置することも可能であるから、プローブ３群の中間支持となる樹脂固定部６と針元３ｂの長さを短縮することができるとともに、プローブ３群の針元３ｂとフレキシブル配線基板８の針元端子８ａの接続が従来のものよりもコンパクトな配置にすることができる。これにより、プローブ３群の線径が３０〜６０μｍと小さくて、多数本が高密度に集積されたものであっても、プローブ３群の針元３ｂとフレキシブル配線基板８の針元端子８ａの接続が合理的に容易なものとなる。よって、図１のように、複数列の中間支持体５が間隔を小さく配設されるカンチレバー型プローブ３群を高密度に集積して配列されたプローブカード１を得ることができる。なお、本実施の態様で示したフレキシブル配線基板の配置は、上記実施例に限らず、本発明の主旨を逸脱しない限り、様様な変更を加えることができる。これらの変更が加えられたものも、本発明の特許請求の範囲にほうがんされるものである。

本発明に係るカンチレバー型プローブカード１の組立ては、回路基板４に中間支持体５とコネクタ９が配設されていて、プローブ３群の針先３ａを所定の位置に固定して針立てを行なった後、中間支持体５上にプローブ３群の中間部を樹脂固定部６により固定する。次いで、針元３ｂにコネクタ９が接続され、補強材１０に貼付け又は螺着されたフレキシブル配線基板８を針元端子８ａを介して接続した後、補強材１０を中間支持体５に螺着して固定支持することによりプローブカード１の要部が完成する。

別の組み立てとして、補強材１０に固定支持されたフレキシブル配線基板８をコネクタ９により回路基板４と接続し、次いで中間支持体５に螺着して固定支持してから、プローブ３群の針先３ａを所定位置に固定する針立てを行なって、プローブ３群の中間部と針元３ｂとを夫々樹脂固定部６に固定し、かつ、フレキシブル配線基板８の針元端子８ａにハンダ付けしてプローブ３群を最終的に固定して、プローブカード１の要部が完成する。

本発明は、半導体ウエハ状態における高集積化の半導体チップの電気的特性を検査するカンチレバー型プローブカードに利用できる。

本発明のカンチレバー型プローブカードに係る最良の実施形態であるプローブカード部分の模式的斜視図である。 図１のプローブカードの主要構成部であるプローブユニットの模式的断面図である。 図２のプローブユニットにおけるＡ矢視のフレキシブル配線基板の回路の模式的平面図である。 従来のカンチレバー型プローブカードにおけるプローブを回路基板に配設した状態を示す模式的断面図である。

符号の説明

１：プローブカード ２：プローブユニット ３：プローブ
３ａ：針先 ３ｂ：針元 ４：回路基板 ４−１：端子
５：中間支持体 ６：樹脂固定部 ７：コンデンサ
８：フレキシブル配線基板 ８ａ：針元端子 ８ｂ：回路
９：コネクタ １０：補強材 １１：固定ネジ
２０：半導体チップ

Claims (1)

1. 回路基板、該回路基板上に配設されプローブ群を支持する中間支持体、および該中間支持体に固着されたプローブユニットを備え、該プローブユニットが、該中間支持体の側面に着脱自在に螺着された補強材と、該補強材に固定されたフレキシブル配線基板と、該補強材に固定され、該フレキシブル配線基板が接続され、該回路基板に固定されたコネクタの一方に嵌る他方のコネクタと、中間部分が該中間支持体に固定され、針元が該フレキシブル配線基板に接続されたプローブと、を有していることを特徴とするカンチレバー型プローブカード。

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