JP5341464B2 - プローブカード - Google Patents

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Description

本発明は、プローブカードに係り、さらに詳しくは、半導体ウェハ上に形成された複数の回路チップに同時に接触させて電気的特性を検査するプローブカードの改良に関する。
半導体装置の製造工程では、半導体ウェハ上に形成された多数の回路チップに対して電気的特性検査が行われている。この電気的特性検査は、検査対象とする回路チップにテスト信号を入力させてその応答を検出するテスター装置を用いて行われる。通常、テスター装置から出力されたテスト信号は、プローブカードを介して半導体ウェハ上の回路チップに伝達される。プローブカードには、回路チップの微小な端子電極に接触させてテスター装置からのテスト信号を当該回路チップに伝達する多数のコンタクトプローブが形成され、コンタクトプローブの形成面を半導体ウェハに対向させた状態で用いられる。
近年、フラッシュメモリやDRAMなどを混合生産する現場では、シェアードテストと呼ばれるウェハテストが主流となってきている。このシェアードテストでは、半導体ウェハ上の複数の回路チップの電気的特性を一括して検査することが要求される。この様な特性検査に用いられるテスター装置には、テスト信号や回路チップを選択するためのチップ選択信号を出力する複数の出力端子が設けられている。最近では、回路チップの高密度化に伴って回路チップの一括検査に対する要求が特に強まっている。
テスター装置が発信するコントロール信号の数が限られている状況で、一括検査を行うためには、プローブカード上で信号線を分岐させ、テスター装置の共通の出力端子から供給されたテスト信号やチップ選択信号を複数の回路チップへ伝達させることが考えられる。分岐後の信号線にそれぞれリレー回路を設け、導通させるリレー回路を切り替える。しかしながら、従来のプローブカードでは、一方の主面上に多数のコンタクトプローブが形成されるメイン基板の他方の主面には熱変形を防ぐための補強板が取り付けられているため、上述したリレー回路の制御回路をメイン基板上に配置するのがスペース的に難しかった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、数が限られた現状のテスター装置の出力端子を利用して、多くの回路チップを検査させることができるプローブカードを提供することを目的としている。
第1の本発明によるプローブカードは、半導体ウェハ上に形成された回路チップに2以上のコンタクトプローブを接触させて電気的特性を検査するプローブカードであって、テスター装置が接続される第1端子と、上記コンタクトプローブごとに設けられ、第1端子から上記コンタクトプローブに伝達される信号を遮断する2以上の遮断素子と、上記遮断素子を制御し、第1端子に入力された信号を択一的に上記コンタクトプローブへ伝達させる遮断制御手段と、上記コンタクトプローブが一方の主面上に形成されたメイン基板と、上記メイン基板の他方の主面に立てた状態で取り付けられた立設基板とを備え、上記遮断制御手段が、第1端子とは異なる第2端子に上記テスター装置から入力された信号に基づいて各遮断素子を制御する制御回路からなり、上記制御回路が、上記立設基板上に配置され、第2端子よりも多い上記遮断素子を制御し、上記立設基板が、上記メイン基板に対して垂直に配置される第1基板と、第1基板に交差させて配置される第2基板と、第2基板に対して第1基板を固定するとともに、第1基板及び第2基板を電気的に接続するL字金具と、第2基板における第1基板とは反対側の主面に取り付けられ、上記L字金具に導通するコネクタとからなり、上記メイン基板には、上記コネクタが装着される端子部が形成されているように構成される。

本発明によるプローブカードによれば、第2端子に入力された信号に基づいて各遮断素子を制御する制御回路が当該第2端子よりも多い遮断素子を制御するので、テスター装置の出力端子を増やさずにより多くの回路チップを一括して検査させることができる。また、その制御回路がメイン基板におけるコンタクトプローブ側とは反対側の主面に立てた状態で取り付けられた複数の立設基板上に配置されるので、フレキシブル基板などを利用してメイン基板に接続させた回路基板上に配置するのに比べて、信号線の配線長を増大させることなく、制御回路を配置することができる。従って、信号線の配線長を増大させることなく、より多くの回路チップの電気的特性を一括して検査させることができるプローブカードを実現することができる。
<プローブカード>
図1〜図3は、本発明の実施の形態によるプローブカードの概略構成の一例を示した図である。図1には、メイン基板10上に多数のコンタクトプローブ11が形成されたプローブカード1を水平方向から見た様子が示されている。プローブカード1は、プローブ装置に取り付けた状態で用いられ、半導体ウェハ上に形成された多数の回路チップと、テスター装置との電気的接続を中継する電子機器である。
ここでいう回路チップとは、半導体装置の製造工程において、電気的特性の検査後にダイシングによって分離される半導体ウェハ上の回路領域のことであり、例えば、互いに独立した電子回路を構成している。
このプローブカード1は、円形形状のメイン基板10と、メイン基板10の一方の主面上に形成された多数のコンタクトプローブ11と、メイン基板の他方の主面上に設けられた補強板12及び立設基板13とによって構成される。
メイン基板10は、プローブ装置に着脱可能に取り付けられるPCB(プリント回路基板)であり、テスター装置との間で信号の入出力を行うための外部端子10aが周縁部に設けられている。
コンタクトプローブ11は、回路チップ上の微小な端子電極に接触させるプローブ(探針)であり、コンタクトプローブ11を当接させることによって、回路チップ上の入出力端子とテスター装置上の入出力端子とを導通させることができる。メイン基板10上には、回路チップにおける端子電極の配置に合わせて、多数のコンタクトプローブが整列配置されている。
回路チップの電気的特性検査を行う際には、メイン基板10におけるコンタクトプローブ11の形成面が半導体ウェハ上の回路チップと対向するように、メイン基板10を水平に保持した状態で、プローブカード1のアライメントが行われる。そして、プローブカード1が適切に位置合わせされた状態で、メイン基板10及び半導体ウェハを互いに近づけることにより、コンタクトプローブ11の先端を回路チップ上の端子電極に当接させることができる。
ここでは、各コンタクトプローブ11がメイン基板10上に直接に形成されているものとして説明するが、メイン基板10とは別個の配線基板上にコンタクトプローブを形成し、その様な配線基板をメイン基板10に取り付けたものであっても良い。
補強板12は、メイン基板10が加熱などによって変形するのを防ぐための補強部品(スティフナー)であり、メイン基板10におけるコンタクトプローブ11側とは反対側の主面に取り付けられている。この様な補強板12としては、例えば、ステンレススチールなどの金属からなる平板部材が用いられる。補強板12は、メイン基板10を補強するだけではなく、立設基板13を保護している。立設基板13は、補強板12によって半ばシールドされているので、ノイズに強くなるうえに、補強板12の上部は開放されているので、熱のこもりが少ない。
この補強板12には、複数のスリット12aが形成されており、スリット12a内には、メイン基板10に立てた状態で取り付けられた立設基板13が配置されている。この立設基板13は、後述するリレー回路やリレー回路の制御回路を配置するためのプリント回路基板であり、端部に設けられたコネクタを介してメイン基板10に取り付けられる着脱可能な回路モジュールとなっている。
ここでは、補強板12の直径A1が380mm、補強板12の厚みA2が35mmとなっているものとする。立設基板13の基板面からの高さは、スリット12a内に収まるように厚みA2よりも低くなっている。
図2には、図1のプローブカード1を下側から見た様子が示され、メイン基板10上に多数のコンタクトプローブ11が整列配置されている。メイン基板10上には、回路チップ上の複数の端子電極の配置に対応して、複数のコンタクトプローブ11が整列配置されている。
各コンタクトプローブ11は、いずれも片持ち梁形状からなり、そのビーム部が互いに平行となるように所定のピッチで配置されている。また、回路チップにおける端子電極の列に対応してコンタクトプローブ11が対で配置されている。
対で配置されたコンタクトプローブ11は、さらに3行4列のマトリクス状に配置されている。つまり、この例では、3×4=12個の回路チップに同時に接触させる12個のプローブ群がメイン基板10上に形成されている。各プローブ群は、メイン基板10の中央部に配置されている。
図3には、図1のプローブカード1を上側から見た様子が示され、メイン基板10に取り付けられた補強板12に複数のスリット12aが形成されている。補強板12は、ネジ止めなどによってメイン基板10に固定されている。この例では、補強板12は円盤状からなり、5つのスリット12aが互いに平行となるように形成されている。
各スリット12aは、補強板に予め形成された貫通孔であり、それぞれ長手方向が一致するように所定の間隔で形成されている。立設基板13は、この様なスリット12a内に配置されている。各スリット12aには、立設基板13が1つずつ配置されている。補強板12は、外部端子10aが形成された周縁部よりも内側に形成されている。
<回路モジュール>
図4は、図1のプローブカード1の要部における構成例を示した斜視図であり、補強板12のスリット12a内に配置される立設基板13が示されている。また、図5は、図1のプローブカード1の要部における構成例を示した図であり、立設基板13をメイン基板10に取り付ける際の様子が示されている。
この立設基板13は、リレー回路、リレー回路の制御回路などの電子回路24が取り付けられる第1基板21と、コネクタ23と、コネクタ23を取り付けるために第1基板21に交差させて配置される第2基板22とによって構成される。
電子回路24は、第1基板21の一方の主面、或いは、両主面上に配置される。第1基板21は、メイン基板10に対して垂直に配置され、端部には、第2基板22と電気的に接続するための複数の端子電極25が形成されている。
第1基板21は、その端面を第2基板22の一方の主面に接触させた状態で取り付けられている。第1基板21は、端子電極25にL字金具26を半田付けすることにより、第2基板22に対して固定されている。L字金具26は、第2基板22に対して第1基板21を固定するとともに、第1基板21及び第2基板22を電気的に接続するための断面がL字形状の連結部品である。
コネクタ23は、L字金具26に導通する接続部品であり、第2基板22における第1基板21とは反対側の主面に取り付けられている。メイン基板10上には、コネクタ23が着脱可能に装着される端子部27が形成されている。コネクタ23と端子部27は、フレキシブル基板用のコネクタを流用している。
第2基板22における第1基板21側の主面上の配線と、コネクタ23側の主面上の配線とは、例えば、スルーホールによって接続されている。コネクタ23の凸部をメイン基板10上の端子部27の凹部内に挿入することによって、立設基板13がメイン基板10に対して固定され、第1基板21上の電子回路24とメイン基板10上の配線とを電気的に接続することができる。第1基板21と第2基板22との固定には、L字金具26に代えて、第2基板22にスルーホールをあけてストレートピンを用いて固定することができる。
ここでは、半導体ウェハ上の多数の回路チップを一括して検査する際、複数の回路チップからなる2以上のブロックに区分して検査が行われるものとする。そして、立設基板13は、その様なブロックに対応付けて設けられ、テスター装置からの制御信号に基づいてリレー回路を制御し、検査しようとする回路チップを自動的に切り替えるセルフテストモジュールとなっている。
<検査システム>
図6は、図1のプローブカード1を含む検査システムの一構成例を示したブロック図であり、テスター装置30、電源装置40、プローブカード1及び半導体ウェハ上の複数の回路チップ50によって構成されるシステム全体が示されている。
テスター装置30は、テスト信号63を回路チップ50に入力させ、その応答信号64を検出する検出装置であり、テスト信号63と応答信号64とを含む測定信号に基づいて当該回路チップの電気的特性を判別することができる。
このテスター装置30には、VCC電源61、チップ選択信号62、テスト信号63及び応答信号64の入出力端子からなるDUT端子部31aと、DUT端子部31bとが設けられている。
テスト信号63及び応答信号64の入出力端子は、いずれも数十本の信号線を構成する信号線ごとに設けられる。VCC電源61は、検査対象とする回路チップ50にVCC電源を供給するための電源供給線であり、VCC供給線及びGND線によって構成される。
チップ選択信号62は、検査対象とする回路チップ50を選択するための信号、例えば、チップイネーブル信号である。
DUT(Device Under Test)端子部31aは、VCC電源61、チップ選択信号62、テスト信号63及び応答信号64を入出力するための複数の入出力端子によって構成される外部端子部である。この様なDUT端子部31aは、多数の回路チップ50を一括して検査するために、例えば、143個配置される。VCC電源61及びチップ選択信号62は、いずれもこれらのDUT端子部31aごとに用意される。
DUT端子部31bは、プローブカード1を制御するためのコントロール信号65を入出力するための複数の入出力端子によって構成される外部端子部である。このコントロール信号65には、MCW(Multi Control Word)信号などのリレー制御信号を用いることができる。コントロール信号65の入出力端子は、数十本の信号線を構成する信号線ごとに設けられる。
このプローブカード1には、テスターI/O部15aと、テスターI/O部15bと、複数のチップI/O部16とが設けられている。テスターI/O部15aは、テスター装置30が接続される第1端子によって構成される外部端子部であり、VCC電源61、チップ選択信号62、テスト信号63及び応答信号64を入出力するための複数の入出力端子からなる。このテスターI/O部15aは、テスター装置30のDUT端子部31aに対応して設けられている。
テスターI/O部15bは、テスター装置30が接続される第2端子によって構成される外部端子部であり、コントロール信号65を入出力するための複数の入出力端子からなる。第2端子は、第1端子とは異なる外部端子である。このテスターI/O部15bは、DUT端子部31bに対応して設けられている。
チップI/O部16は、電源供給61、チップ選択信号62、テスト信号63及び応答信号64を入出力するための複数のコンタクトプローブ11及び配線によって構成され、回路チップ50上の入出力端子に対応して設けられている。つまり、各コンタクトプローブ11を各回路チップ50にそれぞれ接触させることによって、テスターI/O部15a及び回路チップ50を電気的に接続することができる。
プローブカード1には、電源装置40から、例えば、5VのVCC電源(直流電源)が供給されている。
このプローブカード1では、多数の回路チップ50を一括して検査する際に、テスター装置30のDUT端子部31a,31bの数を増やさなくても良いように、DUT端子部31aからテスターI/O部15aに供給された信号を分岐させて各チップI/O部16に伝達させている。つまり、テスター装置30の出力端子から供給されたテスト信号63やチップ選択信号62は、分岐され、複数の回路チップ50に伝達される。その際、分岐後の信号線にそれぞれ信号を遮断するためのリレー回路を設けて、導通させるリレー回路をコントロール信号65に基づいて切り替えさせている。
<プローブカード内の構成>
図7は、図1のプローブカード1の構成例を示したブロック図であり、プローブカード1内の機能構成の一例が示されている。このプローブカード1は、テスターI/O部15a,15bの他に、複数のリレー回路2,3と、CPLD4と、VCCレギュレータ5とによって構成される。
リレー回路2は、回路チップ50に対応してコンタクトプローブ11ごとに設けられ、テスターI/O部15aからコンタクトプローブ11に伝達される信号を遮断する遮断素子である。つまり、リレー回路2は、テスター装置30における共通の出力端子から複数の回路チップ50に供給されるチップ選択信号62を遮断する動作を行っている。この例では、テスターI/O部15aから延伸するチップ選択信号62の信号線が分岐され、分岐後の各信号線にそれぞれリレー回路2が配置されている。
リレー回路3は、回路チップ50に対応して設けられ、テスターI/O部15aからコンタクトプローブ11に伝達される信号を遮断する遮断素子である。つまり、リレー回路3は、テスター装置30における共通の出力端子から複数の回路チップ50に供給されるVCC電源61を遮断する動作を行っている。この例では、テスターI/O部15aから延伸するVCC電源61の電源供給線が分岐され、分岐後の各電源供給線にそれぞれリレー回路3が配置されている。
ここでは、リレー回路2として、CMOSリレーが用いられ、リレー回路3として、MOSリレーが用いられるものとする。
テスター装置30からテスターI/O部15aに入力されたテスト信号63は、信号線の分岐によって、複数の回路チップ50に伝達される。一方、回路チップ50から出力された応答信号64は、テスターI/O部15aに伝達され、テスター装置30における共通の入力端子に入力される。
CPLD(Complex Programmable Logic Device:コンプレックスプログラマブルロジックデバイス)4は、テスターI/O部15bにテスター装置30から入力されたコントロール信号65に基づいて各リレー回路2,3を制御し、テスターI/O部15aに入力された信号を択一的にコンタクトプローブ11へ伝達させる制御回路である。ここでは、チップ選択信号62及びVCC電源61をいずれかの回路チップ50へ択一的に伝達させる動作が行われる。CPLD4の代わりに、FPGA(Field Programmable Gate Array)を用いることもできる。
このCPLD4は、プログラム書換え可能な論理回路であり、その動作プログラムを書き換え可能に保持する不揮発性メモリ、例えば、EEPROMを内蔵している。CPLD4が、導通させるリレー回路2,3を選択的に切り替えることによって、テスター装置30における1つの出力端子から供給される信号を用いて複数の回路チップ50を順に検査させることができる。
CPLD4は、テスター装置30におけるチップ選択信号の出力端子に対応付けて設けられ、各立設基板13上に配置される。また、CPLD4は、テスターI/O部15bの第2端子よりも多いリレー回路2,3を制御する制御回路となっている。
ここでは、1つのCPLD4が、4〜8個の回路チップ50に対応するリレー回路2,3を制御するものとする。従って、その様なCPLD4を60個備えたプローブカード1では、最大で480個の回路チップ50を一括して検査することができる。
VCCレギュレータ5は、電源供給の安定化装置であり、電源装置40から供給されたVCC電源の電圧を、例えば、3.3Vの電圧に変換し、CPLD4へ出力する動作を行っている。このVCCレギュレータ5は、いずれかの立設基板13、或いは、メイン基板10上に配置される。
本実施の形態によれば、テスターI/O部15bの第2端子に入力されたコントロール信号65に基づいて各リレー回路2,3を制御するCPLD4が、当該第2端子よりも多いリレー回路2,3を制御するので、テスター装置30の出力端子を増やさずにより多くの回路チップ50を一括して検査させることができる。また、そのCPLD4がメイン基板10におけるコンタクトプローブ11側とは反対側の主面に立てた状態で取り付けられた複数の立設基板13上に配置されるので、フレキシブル基板などを利用してメイン基板に接続させた回路基板上に配置するのに比べて、信号線の配線長を増大させることなく、リレー回路の制御回路を配置することができる。
また、補強板12に設けられた複数のスリット12a内に各立設基板13がそれぞれ配置されるので、信号線の配線長を増大させることなく、リレー回路の制御回路及び補強板12をメイン基板10上に配置することができる。さらに、平行となるように形成された各スリット12a内にそれぞれ立設基板13が配置されるので、メイン基板10上のスペースを最大限に利用して立設基板13を形成することができる。
なお、本実施の形態では、補強板12が円盤状からなる場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、長方形又は楕円形状の補強板がメイン基板10に取り付けられるものにも本発明は適用することができる。
また、本実施の形態では、補強板12に形成された各スリット12aにそれぞれ立設基板13が配置される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、立設基板13が配置されないスリット12aや、2以上の立設基板13が配置されたスリット12aが存在しても良い。また、補強板12に形成されるスリットとしては、補強板12の中央部に形成されたものの他に、端部に形成されたものであっても良い。
また、本発明によるプローブカードは、半導体ウェハ上に形成された2以上の回路チップに同時に接触させて電気的特性を検査するプローブカードであって、テスター装置が接続される第1端子と、上記各回路チップにそれぞれ接触させ、第1端子及び上記回路チップを電気的に接続する2以上のコンタクトプローブとを有するプローブカードに適用することができる。具体的には、上記コンタクトプローブごとに設けられ、第1端子から上記コンタクトプローブに伝達される信号を遮断する2以上の遮断素子と、上記各遮断素子を制御し、第1端子に入力された信号を択一的に上記コンタクトプローブへ伝達させる遮断制御手段と、上記各コンタクトプローブが一方の主面上に形成されたメイン基板と、上記メイン基板の他方の主面に立てた状態で取り付けられた2以上の立設基板とを備え、上記遮断制御手段が、第1端子とは異なる第2端子に上記テスター装置から入力された信号に基づいて上記各遮断素子を制御する制御回路からなり、上記制御回路が、上記各立設基板上に配置され、第2端子よりも多い上記遮断素子を制御するように構成することができる。
この様な構成によれば、第2端子に入力された信号に基づいて各遮断素子を制御する制御回路が当該第2端子よりも多い遮断素子を制御するので、テスター装置の出力端子を増やさずにより多くの回路チップを一括して検査させることができる。また、その制御回路がメイン基板におけるコンタクトプローブ側とは反対側の主面に立てた状態で取り付けられた複数の立設基板上に配置されるので、フレキシブル基板などを利用してメイン基板に接続させた回路基板上に配置するのに比べて、信号線の配線長を増大させることなく、制御回路を配置することができる。
更に、本発明によるプローブカードは、上記構成に加え、上記メイン基板の上記他方の主面に取り付けられ、当該メイン基板を補強する補強板を備え、上記各立設基板が、上記補強板に設けられた2以上のスリット内にそれぞれ配置されるように構成することができる。この様な構成によれば、補強板に設けられた複数のスリット内に各立設基板がそれぞれ配置されるので、信号線の配線長を増大させることなく、制御回路及び補強板をメイン基板上に配置することができる。
また、本発明によるプローブカードは、上記構成に加え、上記各スリットが、互いに平行となるように形成されているように構成することができる。この様な構成によれば、平行となるように形成された各スリット内にそれぞれ立設基板が配置されるので、メイン基板上のスペースを最大限に利用して立設基板を形成することができる。
更に、本発明によるプローブカードは、複数の外部端子を有し、上記外部端子にはコントロール信号がテスター装置から入力されるメイン基板と、上記メイン基板の外部端子に接続された複数のコンタクトプローブと、上記メイン基板の上面に取り付けられ、貫通するスリットを有する導電性の補強板と、上記コンタクトプローブと上記外部端子との間を流れる信号を遮断する複数の遮断素子と、上記コントロール信号に基づいて上記複数の遮断素子の稼動状態を制御する制御素子と、上記制御素子が配置された回路基板とを備え、上記回路基板が、上記補強板に設けられた上記スリット内で、上記メイン基板に垂直に取り付けられているように構成することができる。

本発明の実施の形態によるプローブカードの概略構成の一例を示した図であり、プローブカード1を水平方向から見た様子が示されている。 図1のプローブカード1を下側から見た図であり、多数のコンタクトプローブ11が整列配置されたメイン基板10が示されている。 図1のプローブカード1を上側から見た図であり、複数のスリット12aが形成されたメイン基板10上の補強板12が示されている。 図1のプローブカード1の要部における構成例を示した斜視図であり、補強板12のスリット12a内に配置される立設基板13が示されている。 図1のプローブカード1の要部における構成例を示した図であり、立設基板13をメイン基板10に取り付ける際の様子が示されている。 図1のプローブカード1を含む検査システムの一構成例を示したブロック図である。 図1のプローブカード1の構成例を示したブロック図であり、プローブカード1内の機能構成の一例が示されている。
符号の説明
1 プローブカード
2,3 リレー回路
4 CPLD
5 VCCレギュレータ
10 メイン基板
10a 外部端子
11 コンタクトプローブ
12 補強板
12a スリット
13 立設基板
15a,15b テスターI/O部
16 チップI/O部
21 第1基板
22 第2基板
23 コネクタ
24 電子回路
25 端子電極
26 L字金具
27 端子部
30 テスター装置
31a,31b DUT端子部
40 電源装置
50 回路チップ

Claims (1)

  1. 半導体ウェハ上に形成された回路チップに2以上のコンタクトプローブを接触させて電気的特性を検査するプローブカードにおいて、
    テスター装置が接続される第1端子と、
    上記コンタクトプローブごとに設けられ、第1端子から上記コンタクトプローブに伝達される信号を遮断する2以上の遮断素子と、
    上記遮断素子を制御し、第1端子に入力された信号を択一的に上記コンタクトプローブへ伝達させる遮断制御手段と、
    上記コンタクトプローブが一方の主面上に形成されたメイン基板と、
    上記メイン基板の他方の主面に立てた状態で取り付けられた立設基板とを備え、
    上記遮断制御手段が、第1端子とは異なる第2端子に上記テスター装置から入力された信号に基づいて各遮断素子を制御する制御回路からなり、
    上記制御回路が、上記立設基板上に配置され、第2端子よりも多い上記遮断素子を制御し、
    上記立設基板が、上記メイン基板に対して垂直に配置される第1基板と、
    第1基板に交差させて配置される第2基板と、
    第2基板に対して第1基板を固定するとともに、第1基板及び第2基板を電気的に接続するL字金具と、
    第2基板における第1基板とは反対側の主面に取り付けられ、上記L字金具に導通するコネクタとからなり、
    上記メイン基板には、上記コネクタが装着される端子部が形成されていることを特徴とするプローブカード。
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