JP5326240B2 - プローブボードおよび電子デバイスの検査方法 - Google Patents

Description

本発明はプローブボードおよび電子デバイスの検査方法に関し、特に電子デバイスの電気的特性の検査を行うプローブボードおよび電子デバイスの検査方法に関する。

ＩＣ（Integrated Circuit）やＬＳＩ（Large Scale Integration）などの電子デバイスは、１枚の半導体基板上に同時に形成された複数のチップを切断することで製造される。そして、切断前の、１枚の半導体基板上に複数のチップを形成した段階で、電子デバイスの良品と不良品とを判断するために、プローブボードが使用される。プローブボードは、非常に多くのプローブ端子を有しており、このプローブ端子を電子デバイスに接触させて、電子デバイスの電気的特性などを一括して検査または試験することができる装置である。

一方、電子デバイスはシリコンなどの半導体基板が主に用いられており、また、近年の電子デバイスは、微細化および大面積化などが著しく進展している。このため、このような電子デバイスに対して、プローブボードで検査などを実施する際、電子デバイスとプローブボードとの熱膨張率の差により、電子デバイスとプローブ端子との電気的な接触位置のずれが生じてしまう。接触位置のずれが許容範囲を超えると、電子デバイスとプローブ端子との接触不良が生じて、検査精度が低下してしまう。

従来のプローブボードにはこの熱膨張率の差を吸収するために、例えば、長いプローブ端子を用いたりしていた。しかし、これではインダクタンスが増加して、高周波信号を伝送することが困難であった。

そこで、上記課題を解決するために、次のような方法などが提案された。プローブボードを多層回路基板とプローブ基板とで別体的に構成し、電子デバイスと接触させるプローブ端子が備えられたプローブ基板にシリコンなどの低熱膨張率材料を用いた。さらに、プローブ基板と多層回路基板とを接合するためのプローブ端子を別に設けるようにした。このようにして、プローブ基板と電子デバイスとの熱膨張率差を小さくすることで、電子デバイスとプローブ端子との電気的な接触位置のずれを小さくすることが試みられた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２６７６８７号公報

しかし、上記従来技術では、プローブ基板と多層回路基板との間の熱膨張率差は解消されておらず、依然として上記のような検査精度の問題点が残る。
また、上記従来技術では、プローブ基板と多層回路基板との間の接続は熱膨張率差を吸収するために必然的に長い端子の使用が必要となり、長い端子を使用すると高周波領域におけるインダクタンスが増加するという別の問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、微細化、高密度化されるとともに大面積化、高周波化された電子デバイスに対する検査精度が向上されたプローブボードおよび電子デバイスの検査方法を提供することを目的とする。

本発明では上記課題を解決するために、電子デバイス１０の電気的特性の検査を行うプローブボード２０において、図１に示すように、固定軸２３ｂの一端部が嵌合する受け孔が一方の主面側に形成され、受け孔に嵌合した固定軸２３ｂを一方の主面から他方の主面に付勢する付勢手段を受け孔内部に具備する、外部機器と接続可能な多層回路基板２１と、電子デバイス１０と接触するプローブ端子２３ａを備え、主面に固定軸２３ｂの他端部側が固着されたプローブ基板２３と、多層回路基板２１とプローブ基板２３との間に配置され、多層回路基板２１対向面およびプローブ基板２３対向面にそれぞれ圧接コネクタ２２ａを備えるコネクタ支持体２２と、を有し、多層回路基板２１、プローブ基板２３およびコネクタ支持体２２は、受け孔に嵌合した固定軸２３ｂによってそれぞれ固定され、固定軸２３ｂが付勢手段によって付勢され、コネクタ支持体２２の熱膨張率は、多層回路基板２１の熱膨張率よりも小さく、プローブ基板２３の熱膨張率よりも大きいことを特徴とするプローブボード２０が提供される。

このようなプローブボードによれば、多層配線基板とプローブ基板との間に、それらの熱膨張率の中間であるコネクタ支持体が形成され、さらに、多層回路基板、プローブ基板およびコネクタ支持体を固定軸により固定させられるようにした。これにより、電子デバイスとプローブ基板との距離が縮められ、プローブ基板、コネクタ支持体および多層回路基板で発生する熱膨張率差が低減されて、各構成要素の外周部における寸法の変化量を最小限に抑えるようにした。

また、本発明では上記課題を解決するために、プローブボードを用いて電子デバイスの電気的特性の検査を行う電子デバイスの検査方法において、固定軸の一端部が嵌合する受け孔が一方の主面側に形成され、受け孔に嵌合した固定軸を一方の主面から他方の主面に付勢する付勢手段を受け孔内部に具備する、外部機器と接続可能な多層回路基板と、電子デバイスと接触するプローブ端子を備え、主面に固定軸の他端部側が固着されたプローブ基板と、多層回路基板とプローブ基板との間に配置され、多層回路基板対向面およびプローブ基板対向面にそれぞれ圧接コネクタを備えるコネクタ支持体と、を有し、多層回路基板、プローブ基板およびコネクタ支持体は、受け孔に嵌合した固定軸によってそれぞれ固定され、固定軸が付勢手段によって付勢され、コネクタ支持体の熱膨張率は、多層回路基板の熱膨張率よりも小さく、プローブ基板の熱膨張率よりも大きいプローブボードを電子デバイスに接続し、電気的特性を検査することを特徴とする電子デバイスの検査方法が提供される。

このような電子デバイスの検査方法によれば、外部機器と接続可能な多層回路基板が形成され、電子デバイスと接触するプローブ端子を備えるプローブ基板が形成され、多層回路基板とプローブ基板との間に配置され、多層回路基板対向面およびプローブ基板対向面にそれぞれ圧接コネクタを備え、熱膨張率は多層回路基板の熱膨張率よりも小さく、プローブ基板の熱膨張率よりも大きいコネクタ支持体が形成されて、多層回路基板、プローブ基板およびコネクタ支持体が、それぞれ固定軸によって固定されたプローブボードが電子デバイスに接続されて、電気的特性が検出されるようになる。

本発明では、多層配線基板とプローブ基板との間に、それらの熱膨張率の中間であるコネクタ支持体を形成し、さらに、多層回路基板、プローブ基板およびコネクタ支持体を固定軸により固定するようにした。これにより、電子デバイスとプローブ基板との距離が縮められ、プローブ基板、コネクタ支持体および多層回路基板で発生する熱膨張率差を低減させて、各構成要素の外周部における寸法の変化量を最小限に抑えるようにした。したがって、高周波信号の送信が可能なり、また、電子デバイスに対するプローブ端子の位置精度を保障して、検査精度を向上させることができる。

以下、本実施の概要について図面を参照して説明し、その後に、本発明の概要に基づいた実施の形態について、同様に図面を参照して説明する。
では、本発明の概要について図１を用いて以下に説明する。

図１は、本発明の概要を示す断面模式図である。なお、図１では、プローブボード２０の構成要素を組み合わせずに示している。
プローブボード２０は、多層回路基板２１、コネクタ支持体２２およびプローブ基板２３から構成されており、電子デバイス１０は、プローブ基板２３と接合して、検査などが行われる。

多層回路基板２１は、固定軸受け孔２１ａが上面に形成され、さらに外部機器と接続させることができる。固定軸受け孔２１ａは、プローブ基板２３に備えられた固定軸２３ｂと嵌合される。そして、外部機器として、例えば、測定装置が、電子デバイス１０を検査して得られたテストパターンから電子デバイス１０の電気的特性を測定する。

コネクタ支持体２２は、圧接コネクタ２２ａが上下面に備えられおり、固定軸孔２２ｂが形成されている。圧接コネクタ２２ａは、圧接式のコネクタ端子であって、多層回路基板２１とプローブ基板２３とからの圧力を軽減するとともに、多層回路基板２１とプローブ基板２３との間の電気的接続を実現することができる。固定軸孔２２ｂは、コネクタ支持体２２を貫通させることで形成されて、固定軸２３ｂが通過する孔である。

プローブ基板２３は、プローブ端子２３ａが上面に、固定軸２３ｂが下面に備えられている。プローブ端子２３ａは、電子デバイス１０と接触し、電子デバイス１０からの電気的信号を得る。固定軸２３ｂは、多層回路基板２１、コネクタ支持体２２およびプローブ基板２３を積層させる際に、コネクタ支持体２２の固定軸孔２２ｂを通過して、多層回路基板２１の固定軸受け孔２１ａに嵌合する。このようにして固定軸２３ｂによって、多層回路基板２１、コネクタ支持体２２およびプローブ基板２３との接合が固定される。

さらに、上記３つの構成要素の熱膨張率は、多層回路基板２１がコネクタ支持体２２よりも大きく、コネクタ支持体２２がプローブ基板２３よりも大きい（多層回路基板２１＞コネクタ支持体２２＞プローブ基板２３）、という関係を満たす。

上記のように、プローブボード２０では多層回路基板２１とプローブ基板２３との間に、それらの熱膨張率の中間であるコネクタ支持体２２を介し、さらに、プローブ基板２３に備えさせた固定軸２３ｂで多層回路基板２１およびコネクタ支持体２２を固定させた。これにより、電子デバイス１０とプローブ基板２３との距離を短くすることができる。そして、各構成要素間で発生する熱膨張率差を低減させるとともに、各構成要素の外周部における寸法の変化量を最低限に抑えることが可能となる。したがって、インダクタンスを低減できるとともに、微細化および大面積化された電子デバイス１０はプローブ基板２３で高精度の位置合わせが保証される。そして、広いピッチ化が可能となるプローブ基板２３と、多層回路基板２１との高精度の位置合わせを保証して、検出精度を向上させることができる。

次に、上記本発明の概要を踏まえた実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、第１の実施の形態について説明する。
図２は、第１の実施の形態におけるプローブボードの断面模式図である。なお、図２でも、プローブボード４０の構成要素を組み合わせず個別に示している。

プローブボード４０は、多層回路基板４１、コネクタ支持体４２およびプローブ基板４３から構成されており、電子デバイス３０をプローブ基板４３に接合させて、電気的特性についての検査などが行われる。

多層回路基板４１は、接続端子４１ａおよび固定軸受け孔４１ｂが上面に形成されて、さらに測定機器５０と接続することができる。そして、多層回路基板４１は、例えば、ガラスエポキシ材料から構成されており、その熱膨張率は１２ｐｐｍ／℃程度である。接続端子４１ａは、導電性材料から構成されており、多層回路基板４１上に形成されるコネクタ支持体４２と、多層回路基板４１との電気的接続を実現する。固定軸受け孔４１ｂは、多層回路基板４１の上面の中心部に形成され、プローブ基板４３に備えられた固定軸４３ｃが嵌合される。そして、測定機器５０によって、電子デバイス３０を検査して得られたテストパターンから電子デバイス３０の電気的特性が測定される。

コネクタ支持体４２は、圧接コネクタ４２ａが上下面に備えられており、固定軸孔４２ｂが形成されている。そして、コネクタ支持体４２は、例えば、液晶ポリマーの成型品であって、面方向の熱膨張率は８ｐｐｍ／℃程度である。圧接コネクタ４２ａは、圧接式のコネクタ端子であって、多層回路基板４１とプローブ基板４３とからの圧力を軽減するとともに、多層回路基板４１とプローブ基板４３との間の電気的接続を実現することができる。このため、圧接コネクタ４２ａは、異方性導電性エラストマの、例えば、銀フィラーを分散させたシリコーンゴム製や金属のばね材などで構成することができる。また、固定軸孔４２ｂは、コネクタ支持体４２の面の中心部を貫通させて形成されて、固定軸４３ｃが通過する孔である。

プローブ基板４３は、プローブ端子４３ａが上面に、接続端子４３ｂおよび固定軸４３ｃが下面に形成されている。そして、プローブ基板４３は、検査対象である電子デバイス３０と熱膨張率ができる限り近い材質であることが好ましい。例えば、電子デバイス３０と同じ材質として、熱膨張率が３ｐｐｍ／℃程度であるシリコンが用いられることが好ましい。また、シリコンの他に、加工性、強度の保持の観点から、セラミックスや石英ガラスなどのガラスによって構成されることが望ましい。プローブ端子４３ａは、電子デバイス３０と接触して、電子デバイス３０からの電気的信号を得る。固定軸４３は、コネクタ支持体４２の固定軸孔４２ｂを通過して、多層回路基板２１の固定軸受け孔２１ａに嵌合させられる。なお、第１の実施の形態では、固定軸４３ｃは、多層回路基板４１および圧接コネクタ４２ａの中心部を通るようにするために、プローブ基板４３の中心部に形成される。

上記プローブボード４０の多層回路基板４１、コネクタ支持体４２およびプローブ基板４３が、接続端子４１ａおよび圧接コネクタ４２ａ、圧接コネクタ４２ａおよび接続端子４３ｂでそれぞれ接合されるとともに、多層回路基板４１、コネクタ支持体４２およびプローブ基板４３が固定軸４３ｃにより固定される。

上記のようなプローブボード４０において、例えば、直径３００ｍｍの電子デバイス３０を温度差１００℃の環境で検査する場合に生じる寸法差について以下に説明する。
まず、プローブ基板４３とコネクタ支持体４２とについて説明する。

既述の通り、プローブボード４０は、固定軸４３ｃによって中心部が固定されているため、プローブ基板４３とコネクタ支持体４２との中心部から外側への寸法差はほぼ０．０ｍｍとすることができる。そして、この時、外周部でのプローブ基板４３とコネクタ支持体４２との寸法差は、中心で固定しない場合の２分の１となるために、コネクタ支持体４２とプローブ基板４３との外周部での寸法差は、
（８ｐｐｍ／℃−３ｐｐｍ／℃）×１００℃×（３００ｍｍ／２）＝０．０７５ｍｍ
である。

次に、コネクタ支持体４２と多層回路基板４１とについて説明する。
この場合も、プローブ基板４３とコネクタ支持体４２との場合と同様にして寸法差を算出することができる。すなわち、コネクタ支持体４２と多層回路基板４１との中心部での寸法差はほぼ０ｍｍであって、外周部での寸法差は、
（１２ｐｐｍ／℃−８ｐｐｍ／℃）×１００℃×（３００ｍｍ／２）＝０．０６０ｍｍ
である。

そして、特に、プローブ基板４３とコネクタ支持体４２との外周部での寸法差を考慮すると、プローブ基板４３に貫通ビアを形成したシリコンを適用させ、プローブ基板４３とコネクタ支持体４２との寸法差の２倍である０．１５０ｍｍを微細パターンのピッチとしたプローブボード４０を作製することができる。

したがって、上記プローブボード４０でも、多層回路基板４１とプローブ基板４３との間に、それらの熱膨張率の中間であるコネクタ支持体４２を介し、さらに、プローブ基板４３に備えさせた固定軸４３ｂで多層回路基板４１およびコネクタ支持体４２を固定させた。そして、多層回路基板４１、コネクタ支持体４２およびプローブ基板４３の熱膨張率差によって生じる寸法差を考慮した設計仕様のプローブボード３０を作製した。これにより、電子デバイス３０とプローブ基板４３との距離を短くすることができる。そして、各構成要素間で発生する熱膨張率差を低減させるとともに、各構成要素の外周部における寸法の変化量を最低限に抑えることが可能となる。したがって、インダクタンスを低減できるとともに、微細化および大面積化された電子デバイス３０はプローブ基板４３で高精度の位置合わせが保証される。そして、広いピッチ化が可能となるプローブ基板４３と、多層回路基板４１との高精度の位置合わせを保証することができる。この結果、電子デバイス３０に対するプローブボード４０の検証精度を向上させることが可能となる。

次に、第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態は、第１の実施の形態において、固定軸４３ｃを、スプリングを介して嵌合する場合を例に挙げて説明する。

図３は、第２の実施の形態における別のプローブボードの断面模式図である。なお、図３では、図２に示した第１の実施の形態と同じ構成は同じ符号を付している。また、電子デバイス３０の記載については省略し、多層回路基板、コネクタ支持体およびプローブ基板が組み合わせられて構成されたプローブボード４０ａを示している。

プローブボード４０ａは、多層回路基板４１、コネクタ支持体４２およびプローブ基板４３から組み合わされて構成されており、プローブ基板４３によって電子デバイス（図示を省略）の検査などが行われる。

多層回路基板４１は、第１の実施の形態と同様に、接続端子４１ａおよび固定軸受け孔４１ｂが上面に形成されて、さらに測定機器５０と接続することができる。そして、多層回路基板４１は、例えば、ガラスエポキシ材料から構成されており、その熱膨張率は１２ｐｐｍ／℃程度である。接続端子４１ａは、導電性材料から構成されており、多層回路基板４１上に形成されるコネクタ支持体４２と、多層回路基板４１との電気的接続を実現する。固定軸受け孔４１ｂは固定軸４３ｃが嵌合される。この固定軸受け孔４１ｂ内部には、固定ナット４１ｃおよび固定ナット４１ｃと一体的に接合されたスプリング４１ｄが具備されている。このような固定軸受け孔４１ｂでは、固定軸４３ｃがスプリング４１ｄ内を通過して、固定ナット４１ｃにて固定される。そして、測定機器５０によって、電子デバイス３０を検査して得られたテストパターンから電子デバイスの電気的特性が測定される。

なお、コネクタ支持体４２およびプローブ基板４３については、第１の実施の形態と同様の構成であるために説明を省略する。
上記のようなプローブボード４０ａでは、プローブ基板４３に備えた固定軸４３ｃを多層回路基板４１の固定軸受け孔４１ｂ内の固定ナット４１ｃおよびスプリング４１ｄを介して支持することによって、コネクタ支持体４２に配置された圧接コネクタ４２ａがプローブ基板４３と多層回路基板４１との固定軸４３ｃで加圧される。そして、既述の通り、電子デバイスとプローブ基板４３との距離を短くすることができる。そして、各構成要素間で発生する熱膨張率差を低減させるとともに、各構成要素の外周部における寸法の変化量を最低限に抑えることが可能となる。したがって、インダクタンスを低減できるとともに、微細化および大面積化された電子デバイスはプローブ基板４３で高精度の位置合わせが保証される。そして、広いピッチ化が可能となるプローブ基板４３と、多層回路基板４１との高精度の位置合わせを保証することができる。さらに、プローブ基板４３のプローブ端子４３ａと電子デバイスとの接触をより確実にできる。この結果、電子デバイスに対するプローブボード４０ａの検証精度をより向上させることが可能となる。

上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。

本発明の概要を示す断面模式図である。 第１の実施の形態におけるプローブボードの断面模式図である。 第２の実施の形態における別のプローブボードの断面模式図である。

符号の説明

１０，３０ 電子デバイス
２０，４０，４０ａ プローブボード
２１，４１ 多層回路基板
２１ａ，４１ｂ 固定軸受け孔
２２，４２ コネクタ支持体
２２ａ，４２ａ 圧接コネクタ
２２ｂ，４２ｂ 固定軸孔
２３，４３ プローブ基板
２３ａ，４３ａ プローブ端子
２３ｂ，４３ｃ 固定軸
４１ａ，４３ｂ 接続端子
４１ｃ 固定ナット
４１ｄ スプリング
５０ 測定機器

Claims (4)

1. 電子デバイスの電気的特性の検査を行うプローブボードにおいて、
   固定軸の一端部が嵌合する受け孔が一方の主面側に形成され、前記受け孔に嵌合した前記固定軸を前記一方の主面から他方の主面に付勢する付勢手段を前記受け孔内部に具備する、外部機器と接続可能な多層回路基板と、
   前記電子デバイスと接触するプローブ端子を備え、主面に前記固定軸の他端部側が固着されたプローブ基板と、
   前記多層回路基板と前記プローブ基板との間に配置され、前記多層回路基板対向面および前記プローブ基板対向面にそれぞれ圧接コネクタを備えるコネクタ支持体と、を有し、
   前記多層回路基板、前記プローブ基板および前記コネクタ支持体は、前記受け孔に嵌合した前記固定軸によってそれぞれ固定され、前記固定軸が前記付勢手段によって付勢され、
   前記コネクタ支持体の熱膨張率は、前記多層回路基板の熱膨張率よりも小さく、前記プローブ基板の熱膨張率よりも大きいことを特徴とするプローブボード。
2. 前記固定軸は、前記コネクタ支持体の中心部を貫通するとともに、前記プローブ基板と前記多層回路基板との前記コネクタ支持体対向面内の中心部にそれぞれ接続されてなることを特徴とする請求項１記載のプローブボード。
3. 前記プローブ基板の熱膨張率は、前記電子デバイスと等しいことを特徴とする請求項１または２に記載のプローブボード。
4. プローブボードを用いて電子デバイスの電気的特性の検査を行う電子デバイスの検査方法において、
   固定軸の一端部が嵌合する受け孔が一方の主面側に形成され、前記受け孔に嵌合した前記固定軸を前記一方の主面から他方の主面に付勢する付勢手段を前記受け孔内部に具備する、外部機器と接続可能な多層回路基板と、前記電子デバイスと接触するプローブ端子を備え、主面に前記固定軸の他端部側が固着されたプローブ基板と、前記多層回路基板と前記プローブ基板との間に配置され、前記多層回路基板対向面および前記プローブ基板対向面にそれぞれ圧接コネクタを備えるコネクタ支持体と、を有し、前記多層回路基板、前記プローブ基板および前記コネクタ支持体は、前記受け孔に嵌合した前記固定軸によってそれぞれ固定され、前記固定軸が前記付勢手段によって付勢され、前記コネクタ支持体の熱膨張率は、前記多層回路基板の熱膨張率よりも小さく、前記プローブ基板の熱膨張率よりも大きいプローブボードを前記電子デバイスに接続し、前記電気的特性を検査することを特徴とする電子デバイスの検査方法。

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