JP5210550B2 - 電気的接続装置 - Google Patents

Description

本発明は、集積回路や表示装置用基板のような平板状の被検査体の通電試験に用いるのに好適な電気的接続装置に関する。

従来のこの種の装置に、例えば特許文献１に記載の電気的接続装置がある。この電気的接続装置は、テスタに接続された配線路を有し、中央開口が設けられたリジッド配線基板と、該リジッド配線基板の中央開口位置で該リジッド配線基板に、その板厚方向へ変位可能にばね部材を介して弾性支持されるブロックと、前記配線路に対応する導電路が形成されたフレキシブル多層配線基板を備える。このフレキシブル多層配線基板は、裏面で前記ブロックに支持される接触子領域および該接触子領域から前記ブロックの縁部を越えて前記リジッド配線基板に向けて角度的に伸長し、前記導電路が対応する前記配線路に接続されるように前記リジッド配線板に結合される張出領域を有する。前記接触子領域の表面には、対応する前記導電路に接続された複数の接触子が設けられており、この接触子を被検査体の電極パッドに接続することにより、被検査体が前記テスタに接続される。

前記フレキシブル多層配線基板の接触子が設けられた接触子領域は、裏面で前記ブロックの支持面に支持されており、該接触子領域に連なる張出領域は、前記ブロックの支持面の外縁で前記リジッド配線基板へ向けて曲げられる。前記フレキシブル配線基板が前記ブロックの支持面の外縁で曲げられると、多層配線基板の表面には張力が作用する。この多層配線基板の表面の前記張力が作用する領域には、前記被検査体の電極パッドの配列ピッチに対応して接触子が設けられた接触子領域が形成されている。そのため、前記したブロック支持面の外縁での曲がり角度が大きくなると、曲がり角度の増大に伴い、前記接触子領域の表面に作用する張力が大きくなる。その結果、前記した曲がり角度の増大によって、接触子領域の表面に伸が生じることがある。この接触子領域の表面の伸びは、被検査体の電極パッドの配列ピッチと接触子の針先の配列ピッチとの間にずれを生じさせる。この両配列ピッチの大きなずれは、各接触子とこれに対応する電極パッドとの適正な接触の妨げとなることから、正確な電気的測定を困難にする。

特開２００２−３１１０４９号公報

そこで、本発明の目的は、フレキシブル多層配線基板の接触子領域に設けられた接触子の針先の配列ピッチのずれを抑制し、正確な電気的測定を可能とする電気的接続装置を提供することにある。

本発明は、複数の配線路が形成されたリジッド配線基板と、該リジッド配線基板の板厚方向へ変位可能にばね部材を介して前記リジッド配線基板に弾性支持されるブロックと、前記配線路に対応する導電路が形成されたフレキシブル多層配線基板であって裏面で前記ブロックに支持される接触子領域及び該接触子領域から前記ブロックの縁部を越えて前記リジッド配線基板に向けて角度的に伸長し、前記導電路が対応する前記配線路に接続されるように前記リジッド配線基板に結合される張出領域を有するフレキシブル多層配線基板と、前記接触子領域の表面に設けられ、対応する前記導電路に接続された複数の接触子とを含む電気的接続装置において、前記ブロックは本体とフランジ部とを有し、前記フレキシブル配線基板の前記本体の縁部に沿った曲がり角度を緩和すべく前記張出領域を裏面で支持する前記フランジ部を設け、前記張出領域と前記ブロックとの間に、前記本体の縁部と前記フランジ部の外縁との間で空隙を形成し、前記フランジの外縁は非接着状態で前記張出領域に接することを特徴とする。

本発明に係る前記電気的接続装置では、フレキシブル多層配線基板の張出領域は前記ブロックの縁部から前記リジッド配線基板に直接的に至ることはなく、その間で前記フランジ部に接することにより、該フランジ部で曲げられる。このため、フレキシブル多層配線基板は前記ブロックの縁部および前記フランジ部の両部で曲げられることになる。

フレキシブル多層配線基板の前記ブロックの縁部での曲がり角度は、前記フレキシブル多層配線基板の張出領域への前記フランジ部の当接位置、すなわち前記ブロック支持面の高さレベルから前記フランジ部との当接による前記フレキシブル多層配線基板の曲がり部までの高さ方向距離（Ｈ）およびこれと直角な、前記ブロック縁部から前記曲がり部までの横方向距離（Ｘ）に応じて低減される。したがって、前記フランジ部を設けることにより、前記ブロックの縁部での前記フレキシブル多層配線基板の曲がり角を小さくすることができるので、前記ブロックの縁部での前記フレキシブル多層配線基板の曲がり角を小さくし、この曲がり角の抑制に伴って、前記接触子領域での表面の伸びを抑制することができる。

前記フランジ部は、前記本体を取り巻いて該本体に取り外し可能に配置されるフランジ部材で構成することができる。適正寸法を有するフランジ部材を選択することにより、前記ブロックの縁部での前記フレキシブル多層配線基板の曲がり角を容易に、適正角度に設定することができる。

前記フランジ部材として、前記本体の挿通を許す取付け穴が形成された全体に環状のフランジ部材を用いることができる。この環状フランジ部材の外縁を前記フレキシブル多層配線基板の形状に対応した多角形とすることができる。

また、環状フランジ部材を用いた場合、その外径を異にする複数のフランジ部材を選択的に取り付け可能とすることができる。この外径を異にするフランジ部材の取り替えにより、前記フレキシブル多層配線基板の曲がり角を正確に所望値に設定することができる。

前記本体は、前記リジッド配線基板にほぼ平行な支持面を形成し、該支持面でリジッド配線基板の前記接触子領域を支持することができる。

前記接触子領域は、その裏面で前記ブロックの支持面に固着することができる。この両者の固着により、接触子領域の各接触子の前記ブロックに対する全体的なずれを確実に防止することができる。

前記接触子の位置決めに用いられるアライメントピンを前記フランジ部材に設けることができる。前記アライメントピンは、前記フレキシブル多層配線基板を貫通して該多層配線基板の表面から突出する先端面がアライメントマークとして作用する。

前記アライメントピンの前記先端面を前記接触子領域の平面レベルよりも前記リジッド配線基板側に後退した位置に設定することができる。これにり、アライメントピンと被検査体との干渉を確実に防止することができる。

本発明によれば、前記したように、ブロックに該ブロックの縁部でのフレキシブル多層配線基板の曲がり角を小さくするフランジ部を設けることにより、フレキシブル多層配線基板の接触子領域での表面の伸びを抑制することができる。したがって、この伸びによる接触子の針先のピッチのずれを抑制することができるので、高精度での電気的測定が可能となる。

本発明に係るプローブ組立体１０が図１ないし図３に示されている。プローブ組立体１０は、リジッド配線基板１２と、該リジッド配線基板にばね部材１４（図３参照）を介して弾性支持されるブロック１６と、リジッド配線基板１２内の図示しない複数の配線路に電気的にそれぞれ接続される従来よく知られた複数の導電路１８ｃ（図５参照）が設けられたフレキシブル多層配線基板からなるプローブシート１８とを備える。

リジッド配線基板１２は、図１に示すように、その中央に板厚方向に貫通する円形開口１２ａを有する。リジッド配線基板１２の上面の外縁部には、従来よく知られているように、図示しないテスタ本体の電気回路に接続されるテスタランド１２ｂが環状に配列されており、リジッド配線基板１２内に設けられた前記配線路はテスタランド１２ｂを経て前記テスタ本体に接続される。

リジッド配線基板１２には、テスタランド１２ｂの露出を許すように円形開口１２ａを覆って、例えばステンレスのような金属からなる円形の支持板２０が配置されている。支持板２０は、これに螺合するボルト２２を介して、リジッド配線基板１２に固定されている。支持板２０は、リジッド配線基板１２を支持し、該リジッド配線基板の補強作用をなす。

ばね部材１４は、図３に示すように、平板状のばね材料からなり、その環状外縁部を両面から挟持する環状の取付け板２４および環状の押さえ板２６を介して、リジッド配線基板１２の円形開口１２ａ内で該開口を横切って保持されている。このばね部材１４の保持のために、取付け板２４は支持板２０の下面にボルト２８で結合され、また押さえ板２６は、該押さえ板およびばね部材１４の環状外縁部を貫通して取付け板２４に螺合するボルト３０で取付け板２４に結合されている。

図３に示す例では、ボルト２８を緩めた状態でばね部材１４の保持姿勢を調整するための平行調整ねじ部材３２が、その先端を取付け板２４の頂面に当接可能に、支持板２０に螺合する。

リジッド配線基板１２の円形開口１２ａ内に保持されたばね部材１４に、前記したブロック１６が固定されている。ブロック１６は、図示の例では、その図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、矩形横断面を有するステム部１６ａと、該ステム部の下端に連なる正八角形の横断面形状を有する支持部１６ｂとを有する本体を備える。

支持部１６ｂの下端には、８つの直線縁部３４ａによって、プローブシート１８の後述する接触子領域３６（図２参照）を受ける８角形の支持面３４が形成されている。支持面３４には、矩形の平面形状を有するリッジ部３４ｂ（図５および図６参照）が形成されている。リッジ部３４ｂは、その内方に、前記接触子領域３６を支持面３４に固着するための接着剤が収容される矩形の接着領域３８を規定する。リッジ部３４ｂの頂部には、リッジ部３４ｂを越えて該リッジ部の外方へはみ出そうとする前記接着剤の過剰分を収容するための凹溝３４ｃが形成されている。支持面３４は、前記した平行調整ねじ部材３２の調整により、ブロック１６に外力が作用しない自由状態でリジッド配線基板１２に平行となるように、保持されている。

ブロック１６のステム部１６ａには、図４（ａ）、（ｂ）に示したように、全体に環状のフランジ部材４０が装着されている。環状のフランジ部材４０は、その中央に、ステム部１６ａの挿通を許す矩形の横断面形状を有する取付け穴４０ａを備える。フランジ部材４０の取付け穴４０ａの縁部には、ブロック１６の支持部１６ｂの肩部分を受ける段部４０ｂが形成されている。フランジ部材４０は、その取付け穴４０ａにブロック１６の支持部１６ｂを受け入れるように、該支持部に嵌合されている。フランジ部材４０は、段部４０ｂを貫通して支持部１６ｂの前記肩部分に先端が螺合するねじ部材４２（図３参照）により、取り外し可能にブロック１６に結合されている。

フランジ部材４０は、図示の例では、支持部１６ｂの横断面形状に対応した８つの平坦周壁で構成される８角形の平面形状を有し、その外縁が支持部１６ｂの支持面３４の直線縁部３４ａを越えて径方向外方へ大きく張り出す。また、フランジ部材４０の下面には、複数のアライメントピン４４が下方へ向けて突出するように設けられている。各アライメントピン４４は、フランジ部材４０がブロック１６に結合されたとき、アライメントピン４４の下端面４４ａがブロック１６の支持面３４よりもステム部１６ａ側に後退する長さに設定されている。

ブロック１６は、支持部１６ｂの支持面３４を下方に向けて、ステム部１６ａの頂面でばね部材１４に結合されている。この結合のために、図３に示したように、ステム部１６ａと共同してばね部材１４を挟持する固定板４６が、ステム部１６ａに螺合するねじ部材４８により、ステム部１６ａに固定されている。

これにより、ブロック１６は、リジッド配線基板１２の開口１２ａに対応する領域で、その支持部１６ｂの支持面３４がリジッド配線基板１２の下面より下方に位置する姿勢で、リジッド配線基板１２の板厚方向に変位可能に弾性支持されている。

プローブシート１８は、図２に示すように、ブロック１６の支持面３４に対応して形成された８角形の中央部１８ａを備え、該中央部に矩形の接触子領域３６が設けられている。接触子領域３６は、その裏面を支持面３４に対向させて配置されている。接触子領域３６の表面には、多数の接触子すなわちプローブ５０がそれらの針先５０ａを整列させて配置されている。また、プローブシート１８は、８角形の中央部１８ａの各辺から連なる８つの張出部分１８ｂを有する。

このプローブシート１８の断面構造を図５に沿って説明する。プローブシート１８は、例えばポリイミド樹脂のような可撓性を有する一対の電気絶縁性合成樹脂フィルム５２（５２ａ、５２ｂ）を備え、該両樹脂フィルム間に導電路１８ｃが埋設された可撓性の多層配線基板からなる。

多層に形成された各導電路１８ｃには、それぞれに対応する前記した接触子５０が接続されている。各接触子すなわちプローブ５０は、プローブシート１８の表面を形成する一方の電気絶縁性合成樹脂フィルム５２ａから突出して形成されている。プローブ５０のそれぞれの針先５０ａが、図３に示すように、被検査体である半導体ウエハＡに形成された電極パッドＢの配列ピッチに対応するように、各プローブ５０は、プローブシート１８の接触子領域３６に集合的に配置されている。

図５に示す例では、接触子領域３６に対応して、例えばセラミック板からなる平板状の補強板５４が埋設されている。補強板５４は、接触子領域３６にほぼ等しい大きさおよび形状を有し、導電路１８ｃを部分的に覆うように、両電気絶縁性合成樹脂フィルム５２ａ、５２ｂ間に埋設されている。補強板５４は、合成樹脂シートのような接着シート５６を介して両電気絶縁性合成樹脂フィルム５２（５２ａ、５２ｂ）間に固着されている。補強板５４は、電気絶縁性合成樹脂フィルム５２よりも高い剛性を有することから、プローブシート１８の接触子領域３６の撓み変形を抑制する。

プローブシート１８の接触子領域３６は、該接触子領域の裏面を形成する他方の電気絶縁性合成樹脂フィルム５２ｂで前記したように接着剤を介してブロック１６の支持面３４に固着されている。また、プローブシート１８の中央部１８ａに連なる各張出部分１８ｂは、図５に示すように、裏面５２ｂがブロック１６の支持面３４の直線縁部３４ａに接触することにより、該直線縁部に沿ってリジッド配線基板１２へ向けて角度θ１で曲げられる。さらに、張出部分１８ｂは、その裏面５２ｂがフランジ部材４０の外縁に接することにより、該フランジ部材の外縁でリジッド配線基板１２に向けて曲げられる。プローブシート１８の張出部分１８ｂは、この２段の曲げを経た後、その外縁部がリジッド配線基板１２に至り、該リジッド配線基板に結合される。また、各アライメントピン４４は、この張出部分１８ｂから下方へその下端面４４ａを突出させて配置されている。

張出部分１８ｂの前記外縁部の結合のために、図３に示すように、弾性ゴムリング５８がプローブシート１８の外縁部に沿って配置されており、また、弾性ゴムリング５８を覆うリング金具６０が配置されている。プローブシート１８の外縁部および両部材５８、６０は、位置決めピン６２により、リジッド配線基板１２に対する相対位置が決まる。プローブシート１８の外縁部および両部材５８、６０は、これらを貫通してリジッド配線基板１２に螺合するねじ部材６４の締め付けにより、プローブシート２０の外縁部がリジッド配線基板１２に結合される。このプローブシート２０の前記外縁部のリジッド配線基板１２への結合によって、従来におけると同様に、プローブシート２０の前記導電路がリジッド配線基板１２の対応する前記配線路に電気的に接続される。したがって、各プローブ４０はプローブシート２０の前記導電路を経て前記テスタ本体に接続される。

プローブ組立体１０は、そのプローブ５０の針先５０ａが半導体ウエハＡの電極パッドＢに対応するように、位置決められる。この位置決めには、従来よく知られているように、半導体ウエハＡを保持する図示しない支持台上のカメラによって、プローブシート１８から下方に突出するアライメントピン４４の下端面４４ａが撮影される。この下端面４４ａの画像は、アライメントマークとして使用され、これによりプローブ組立体１０の正確な位置決めが可能となる。このアライメントピン４４の下端面４４ａは、支持面３４よりもリジッド配線基板１２側に後退した位置にあり、したがってプローブシート１８の接触子領域３６の平面レベルよりも上方に位置することから、前記被検査体とプローブ５０との接触がアライメントピン４４によって干渉を受けることはない。

本発明に係るプローブ組立体１０では、プローブ５０が設けられた接触子領域３６を含む中央部１８ａおよび該中央部分に連なる張出部分１８ｂを有するプローブシート１８は、前記したように、ブロック１６の支持面３４の直線縁部３４ａで角度θ１で曲げられた後、フランジ部材４０の外縁に接触することにより、さらに該フランジ部材で曲げられる。

プローブシート１８の曲げ部では、曲げの内側となる前記裏面に圧縮力が作用し、曲げの外側となる前記表面に張力が作用する。これらの作用力は多層配線基板からなるプローブシート１８の厚さ寸法の増大に伴い増大する。そのため、ブロック１６にフランジ部材４０が設けられていないと、プローブシート１８の張出部分１８ｂは、支持面３４の直線縁部３４ａから直線的にリジッド配線基板１２との結合部に伸びるために、直線縁部３４ａでの曲げ角度が増大し、この角度の増大に伴って接触子領域３６のプローブ５０が設けられた表面に作用する張力が大きく増大する。

しかし、プローブ組立体１０のブロック１６では、プローブシート１８の張出部分１８ｂにプローブシート１８の裏面で接触して該張出部分１８ｂを支持するフランジ部材４０が設けられている。そのため、張出部分１８ｂは、直線縁部３４ａとの当接部によって曲げられて第１の曲げ部が形成されると共に、さらに該第１の曲げ部からリジッド配線基板１２への結合部に至る間にフランジ部材４０の外縁との当接によって、第２の曲げ部が形成される。

このプローブシート１８の第１および第２の曲げ部による２段の曲げにより、張出部分１８ｂの直線縁部３４ａによる第１の曲げ部での曲げ角度θ１は、支持面３４の直線縁部３４ａから直線的にリジッド配線基板１２との結合部に伸びる場合に比較して、緩和される。

その結果、プローブシート１８の中央部１８ａと張出部分１８ｂとの境に生じる第１の曲げ（θ１）で生じる中央部分１８ａの表面の伸びが抑制されることから、この中央部１８ａに形成された接触子領域３６の表面に作用する張力が抑制され、その結果、この張力によるプローブ５０の針先５０ａの配列ピッチのずれが防止される。

図５および図６の比較から明らかなように、水平な基準面からフランジ部材４０の下縁に当接する第２の曲がり部までの高さ方向距離Hが等しい場合、ブロック１６縁部である支持面３４の直線縁部３４ａでの第１の曲がり部から第２の曲がり部に至る水平な横方向距離X（X１、X２）の大きさが大きくなるほど、角度θ（θ１、θ２）は低減する。

したがって、例えば横方向距離X（X１、X２）の異なるフランジ部材４０、４０を取り替えることにより、第１の曲がり角度θ（θ１、θ２）を変えることができるので、所望の横方向距離X（X１、X２）を有するフランジ部材４０を選択的に使用することにより、第１の曲がり角度（θ１、θ２）を針先５０ａの配列ピッチにずれを生じさせない所望の角度（θ１、θ２）に設定することができる。

前記したところでは、ブロック１６に取り外し可能に取り付けたフランジ部材４０により、プローブシート１８の張出部分１８ｂに第２の曲げ部を形成するためのフランジ部を形成した例を示した。これに代えて、ブロック１６に一体的にフランジ部を形成し、該フランジ部の外縁で張出部分１８ｂに第２の曲げ部を形成することができる。

しかしながら、接触子領域３６への張力を調整可能とする上で、ブロック１６のフランジ部を取り外し可能なフランジ部材４０で構成することが望ましい。これにより、寸法の異なるフランジ部材４０を適正に選択することにより、支持面３４の直線縁部３４ａで形成される第１の曲げ角度θ（θ１、θ２）を調整して、接触子領域３６に作用する張力を適正に設定することができる。

本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々に変更することができる。例えば、横方向距離Xが等しく高さ方向距離Hの異なるフランジ部材を選択的に用いることができる。

本発明に係るプローブシートが組み込まれたプローブ組立体の上面図である。 図１に示したプローブ組立体の底面図である。 図１の線III-IIIに沿って得られた断面図である。 図１に示したプローブ組立体のブロックの斜視図であり、（ａ）はブロック本体とフランジ部材とを分解して示し、（ｂ）は結合した状態を示す。 図３に示した本発明の要部を拡大して示す図面である。 フランジ部材を取り替えた状態を示す図５と同様な図面である。

符号の説明

１０ プローブ組立体
１２ リジッド配線基板
１４ ばね部材
１６ ブロック
１８ プローブシート（フレキシブル多層配線基板）
１８ａ プローブシートの中央部分
１８ｂ プローブシートの張出部分
３４ ブロックの支持面
３４ａ 支持面の直線縁部
３６ 接触子領域
４０ フランジ部材（ブロックのフランジ部）
４０ａ 取付け穴
４４ アライメントピン
４４ａ アライメントピンの下端面（先端面）
５０ プローブ（接触子）
５０ａ プローブの針先
Ａ 被検査体（半導体ウエハ）
Ｂ 電極パッド

Claims (2)

1. 複数の配線路が形成されたリジッド配線基板と、該リジッド配線基板の板厚方向へ変位可能にばね部材を介して前記リジッド配線基板に弾性支持されるブロックと、前記配線路に対応する導電路が形成されたフレキシブル多層配線基板であって裏面で前記ブロックに支持される接触子領域及び該接触子領域から前記ブロックの縁部を越えて前記リジッド配線基板に向けて角度的に伸長し、前記導電路が対応する前記配線路に接続されるように前記リジッド配線基板に結合される張出領域を有するフレキシブル多層配線基板と、前記接触子領域の表面に設けられ、対応する前記導電路に接続された複数の接触子とを含み、
   前記ブロックは、本体とフランジ部とを有し、
   前記本体は、前記リジッド配線基板にほぼ平行な支持面を有し、該支持面でリジッド配線基板の前記接触子領域が支持され、
   該接触子領域は、その裏面で前記支持面に固着され、
   前記フランジ部は、前記フレキシブル配線基板の前記本体の縁部に沿った曲がり角度を緩和すべく前記張出領域を裏面で支持し、前記本体を取り巻いて該本体に取り外し可能に配置されるフランジ部材で構成され、
   該フランジ部材は前記本体の挿通を許す取付け穴が形成された全体に環状のフランジ部材であり、その外縁は多角形であり、外径を異にする複数のフランジ部材が選択的に取り付け可能であり、
   該フランジ部材には、前記接触子の位置決めに用いられるアライメントピンであって前記フレキシブル多層配線基板を貫通して該多層配線基板から突出する先端面がアライメントマークとして作用するアライメントピンが設けられ、
   前記張出領域には、前記本体の縁部との当接部によって曲げられた第１の曲げ部及び前記フランジ部の外縁との当接部によって曲げられた第２の曲げ部がそれぞれ形成され、
   前記張出領域と前記ブロックとの間には、前記本体の縁部と前記フランジ部の外縁との間で空隙が形成されており、前記フランジの外縁は非接着状態で前記張出領域に接する、電気的接続装置。
2. 前記アライメントピンの前記先端面は前記接触子領域の平面レベルよりも前記リジッド配線基板側に後退した位置にある、請求項１に記載の電気的接続装置。

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