JP5651333B2

JP5651333B2 - プローブユニット

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Publication number: JP5651333B2
Application number: JP2009523602A
Authority: JP
Inventors: 重樹石川; 正吾藺牟田; 崇仁平
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2028-07-07
Also published as: TWI394952B; JPWO2009011244A1; WO2009011244A1; TW200914837A

Description

本発明は、検査対象の回路構造と該検査対象に対して検査用の信号を送信する回路構造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半導体集積回路の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、半導体集積回路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）が用いられる。

近年では半導体集積回路の高集積化、微細化が進んでいるが、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ている。

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）。

特開２００５−３３８０６５号公報

しかしながら、上述した従来技術では、プローブホルダによってプローブの両端部をオフセットすると、プローブには長手方向と直交する方向にも荷重が加わるため、プローブの先端と配線との位置ずれが生じやすく、接触不良を生じる恐れもあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、プローブの撓み方向を揃えつつも、プローブの端部と配線との確実な接触を実現することができる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は、導電性材料を用いて形成され、一方の端部が検査対象と接触するワイヤ状のプローブと、前記プローブの端部のうち前記検査対象と接触する端部を挿通する第１挿通孔と、前記第１挿通孔の中心軸と平行であって異なる中心軸を有し、前記プローブの端部のうち前記検査対象に検査用の信号を供給する配線と接触する端部を挿通する第２挿通孔とが対をなして複数個ずつ設けられ、複数の前記プローブを保持するプローブホルダと、前記プローブホルダが収容する複数の前記プローブのいずれかの端部と接触する複数の前記配線を個別に挿通する複数の配線用挿通孔が設けられた配線基板と、を備え、互いに対向する前記第２挿通孔および前記配線用挿通孔の中心軸同士は平行であり、かつ異な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は、上記発明において、同一の前記プローブが挿通される前記第１および第２挿通孔の各々の中心軸と、当該第２挿通孔に対向する前記配線用挿通孔の中心軸とは同じ平面を通過し、この平面上で、前記第２挿通孔の中心軸が前記第１挿通孔の中心軸と前記配線用挿通孔の中心軸との間に位置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は、上記発明において、互いに対向する前記第２挿通孔および前記配線用挿通孔の中心軸間の距離は、前記第２挿通孔の径と前記プローブの先端部の径との差の１／２以上であり、かつ当該差以下であることを特徴とする。

本発明に係るプローブユニットによれば、導電性材料を用いて形成され、一方の端部が検査対象と接触するワイヤ状のプローブと、プローブの端部のうち検査対象と接触する端部を挿通する第１挿通孔と、第１挿通孔の中心軸と平行であって異なる中心軸を有し、プローブの端部のうち検査対象に検査用の信号を供給する配線と接触する端部を挿通する第２挿通孔とが対をなして複数個ずつ設けられ、複数のプローブを保持するプローブホルダと、プローブホルダが収容する複数のプローブのいずれかの端部と接触する複数の配線を個別に挿通する複数の配線用挿通孔が設けられた配線基板と、を備え、互いに対向する第２挿通孔および配線用挿通孔の中心軸同士は平行であり、かつ異なることとしたため、プローブの撓み方向を揃えつつも、プローブの端部と配線との確実な接触を実現す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、プローブホルダの要部の構成を示す図である。図３は、ヘッド側プレートの要部の構成を示す拡大部分断面図である。図４は、配線基板と配線側プレートの要部の構成を示す拡大部分断面図である。図５は、配線基板と配線側プレートの境界付近の構成を示す拡大部分断面図である。図６は、配線側の別な構成例を示す図である。図７は、配線側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、１１配線
５、９、１２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
１０接着剤
１１ａ大径部
２１本体部
２２絶縁被膜
２２ｔ端部
５１、９１、１２１挿通孔
６１第１プレート
６１ａ、６２ａ、７１ａ、７２ａ、７３ａ、１２３小径孔
６１ｂ、６２ｂ、７１ｂ、７２ｂ、７３ｂ、１２２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
９２テーパ部
９３直孔部

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電気的に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、エナメル線等の導線からなる配線４が埋め込まれた配線基板５と、を備える。

プローブホルダ３は、絶縁性材料を用いて形成され、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および配線側プレート７を連結する連結部材８とを有する。図１において、プローブホルダ３は、複数のプローブ２をマトリックス状に収容保持しているが、これはあくまでも一例に過ぎない。すなわち、プローブホルダ３におけるプローブ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。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、プローブホルダ３の要部の構成を示す部分断面図である。図３は、ヘッド側プレート６の要部の構成を示す拡大部分断面図である。図４は、配線基板５と配線側プレート７の要部の構成を示す拡大部分断面図である。図５は、配線基板５と配線側プレート７の境界付近の構成を示す拡大部分断面図である。以下、図１〜図５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、異なるプローブ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、図３および図４に示すように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、図３および図４に示すようにプローブ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の径すなわちプローブ２の先端部の径を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３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、図３に示すように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の端部を表出して検査対象と対向する側に位置する第１プレート６１と、第１プレート６１に積層され、配線側プレート７と対向する表面を有する第２プレート６２とからなる。第１プレート６１と第２プレート６２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の端部のうち検査対象と接触する端部を挿通する第１挿通孔である小径孔６１ａと、小径孔６１ａと同軸状に配置され、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と同軸状に配置され、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および小径孔６２ａ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。

配線側プレート７は、図４に示すように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、ヘッド側プレート６と対向する表面を有する第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とからなる。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と同軸状に配置され、小径孔７１ａより径が大きい大径孔７１ｂとを有する。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と同軸状に配置され、小径孔７２ａより径が大きい大径孔７２ｂとを有する。第５プレート７３は、プローブ２の端部のうち配線４と接触する端部を挿通する第２挿通孔である小径孔７３ａと、小径孔７３ａと同軸状に配置され、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の各々の径は互いに等しく、プローブ２の径と同程度であってプローブ２の最大径Ｒ₂よりも大きい。小径孔７１ａ、７２ａ、７３ａの各々の中心軸は互いに平行であるが、一致していない。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（図４の左右方向）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。

プローブ２をプローブホルダ３に取り付ける際には、プローブ２を第５プレート７３の側から挿通するのが一般的である。このため、小径孔７３ａは、絶縁被膜２２が容易に通過できる径を有していなければならない。したがって、小径孔７３ａの径の大きさをｒ₅とするとき、プローブ２の長手方向の中心部を含む領域の径Ｒ₂との間に関係式Ｒ₂＜ｒ₅が成立する。また、小径孔７３ａの径ｒ₅は、小径孔７１ａの径（ｒ₃とする）や小径孔７２ａの径（ｒ₄とする）と同程度であり、それらの径ｒ₃、ｒ₄より小さくてもかまわない。

対をなして同一のプローブ２を挿通する小径孔６１ａ、７３ａでは、小径孔６１ａの中心軸Ｌ０と小径孔７３ａの中心軸Ｌ１が互いに平行であり、距離ΔＸだけ離れている。この距離ΔＸは、対をなす中心軸Ｌ０、Ｌ１間で共通である。このようにしてプローブ２の両端部をオフセットすることにより、プローブ２の撓み方向を一様に揃えることができる。

以上の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、ヘッド側プレートおよび配線側プレート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、絶縁性材料を用いて形成され、複数の配線４を個別に挿通する配線用挿通孔である挿通孔５１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。

図５に示すように、互いに対向する小径孔７３ａの中心軸Ｌ１と挿通孔５１の中心軸Ｌ２は平行であり、距離δｘだけ離れている。これらの中心軸Ｌ１、Ｌ２は、小径孔７３ａと対をなして同一のプローブ２を挿通する小径孔６１ａの中心軸Ｌ０と同一平面上にあり、中心軸Ｌ１が中心軸Ｌ０と中心軸Ｌ２との間に位置している。

中心軸Ｌ１、Ｌ２間の距離δｘは、小径孔７３ａの径ｒ₅とプローブ２の先端部の径Ｒ₁との差として定義されるクリアランスＣＬ（＝ｒ₅−Ｒ₁）を用いてＣＬ／２≦δｘ≦ＣＬを満たすように設定される。このようにして、対向するプローブホルダ３の小径孔７３ａの中心軸と配線基板５の挿通孔５１の中心軸とをオフセットすることにより、ワイヤ型のプローブ２が撓んだ場合のプローブ２の端部と配線４の端部との位置ずれを補正し、プローブ２の端部と配線４の端部の中心同士で接触させることができ、両者の確実な接触を実現することができる。

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を用いて検査対象の電気特性検査を行う際には、プローブ２を検査対象の電極へコンタクトさせる装置であるプローバにプローブユニット１を装着し、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。その後、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う。続いて、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。この状態で、信号処理回路から検査用の信号の供給を開始することによって電気特性検査を行う。

ここで、具体的な数値例を挙げておく。プローブ２の先端部の径Ｒ₁は３０〜７０（μｍ）であり、プローブ２の最大径Ｒ₂は５０〜９０（μｍ）である。挿通孔５１の径ｒ₆はプローブ２のピッチにも依存するが、９０〜１２０（μｍ）程度である。この場合、対をなす小径孔６１ａの中心軸Ｌ０と小径孔７３ａの中心軸Ｌ１との距離ΔＸは７００（μｍ）程度である。また、対向する小径孔７３ａの中心軸Ｌ１と挿通孔５１の中心軸Ｌ２との距離δｘは、５〜５０（μｍ）程度である。

以上説明した本発明の一実施の形態に係るプローブユニットによれば、導電性材料を用いて形成され、一方の端部が検査対象と接触するワイヤ状のプローブと、プローブの端部のうち検査対象と接触する端部を挿通する第１挿通孔と、第１挿通孔の中心軸と平行であって異なる中心軸を有し、プローブの端部のうち検査対象に検査用の信号を供給する配線と接触する端部を挿通する第２挿通孔とが対をなして複数個ずつ設けられ、複数のプローブを保持するプローブホルダと、プローブホルダが収容する複数のプローブのいずれかの端部と接触する複数の配線を個別に挿通する複数の配線用挿通孔が設けられた配線基板と、を備え、互いに対向する第２挿通孔および配線用挿通孔の中心軸同士は互いに平行であり、かつ異なることとしたため、プローブの撓み方向を揃えつつも、プローブの端部と配線との確実な接触を実現することが可能となる。

また、本実施の形態によれば、配線の中心位置とプローブヘッドの配線側の端部（後端部）との位置関係に関し、ずれ量を見込んだ設計を行うことにより、プローブ端部と配線端部との接触可能範囲を広げることができる。したがって、接触させる際のマージンを、従来のプローブユニットよりも多く確保することができる。

一般に、ワイヤ型のプローブは、ストロークが増加すると撓みも大きくなる。この結果、プローブの端部の移動量がストロークに比例して大きくなるという特性を有する。このため、配線端部との接触位置に位置ずれが発生しやすかった。本実施の形態１では、プローブの端部と配線の端部との位置ずれを補正しているため、検査の際にストロークが大きくなってもプローブと配線とが接触不良を生じる恐れがない。

ところで、本実施の形態において、配線側の構造は上述した場合に限られるわけではない。図６は、配線側の別な構成例を示す図である。同図に示す配線基板９は、配線４を挿通する配線用挿通孔の構成が上述した挿通孔５１と異なっている。具体的には、挿通孔９１（配線用挿通孔）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９２と、配線４よりも径が若干大きい直孔部９３とからなる。なお、テーパ部９２の斜面が配線基板９の表面に対してなす角度θは任意であるが、４５度以上（９０度未満）であればより好ましい。

図６に示すように、小径孔７３ａの中心軸Ｌ１と挿通孔９１の中心軸Ｌ３は平行であり、距離δｘ'だけ離れている。この距離δｘ'は、図５に示す小径孔７３ａの中心軸Ｌ１と挿通孔５１の中心軸Ｌ２との距離δｘと同程度である。上記一実施の形態と同様、中心軸Ｌ１、Ｌ３は、小径孔７３ａと対をなして同一のプローブ２を挿通する小径孔６１ａの中心軸Ｌ０と同一平面上にあり、中心軸Ｌ１が中心軸Ｌ０と中心軸Ｌ３との間に位置している。

挿通孔９１に挿通された配線４の先端部は、接着剤１０によって配線基板９に固着されている。テーパ部９２と配線４との隙間には、直孔部９３と配線４との隙間よりも多量の接着剤１０が充填されているため、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９との確実な接着を実現することができる。

図７は、配線側のさらに別な構成例を示す図である。同図に示す配線１１は、第５プレート７３と対向する端部付近が潰されて径が大きくなった大径部１１ａを有している。配線基板１２は、配線１１を挿通可能な挿通孔１２１（配線用挿通孔）を有する。この挿通孔１２１は、配線１１の大径部１１ａの最大径と略等しくかつ若干大きい径を有する大径孔１２２と、配線１１の大径部１１ａ以外の径と略等しくかつ若干大きい径を有する小径孔１２３とからなる。配線側がこのような構成を有することにより、配線１１を接着することなく配線基板１２からの抜け止めを行うことができる。

図７に示すように、小径孔７３ａの中心軸Ｌ１と挿通孔１２１の中心軸Ｌ４は平行であり、距離δｘ''だけ離れている。この距離δｘ''は、図５に示す小径孔７３ａの中心軸Ｌ１と挿通孔５１の中心軸Ｌ２との距離δｘと同程度である。上記一実施の形態と同様、中心軸Ｌ１、Ｌ４は、小径孔７３ａと対をなして同一のプローブ２を挿通する小径孔６１ａの中心軸Ｌ０と同一平面上にあり、中心軸Ｌ１が中心軸Ｌ０と中心軸Ｌ４との間に位置している。

ここまで、本発明を実施するための最良の形態を説明してきたが、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。すなわち、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は、半導体集積回路の電気特性検査を行う際に有用であり、特に、半導体集積回路の高集積化、微細化に対応してプローブ間のピッチを狭小化する場合に適している。

Claims

導電性材料を用いて形成され、一方の端部が検査対象と接触するワイヤ状のプローブと、
前記プローブの端部のうち前記検査対象と接触する端部を挿通する第１挿通孔と、前記第１挿通孔の中心軸と平行であって異なる中心軸を有し、前記プローブの端部のうち前記検査対象に検査用の信号を供給する配線と接触する端部を挿通する第２挿通孔とが対をなして複数個ずつ設けられ、複数の前記プローブを保持するプローブホルダと、
前記プローブホルダが収容する複数の前記プローブのいずれかの端部と接触する複数の前記配線を個別に挿通する複数の配線用挿通孔が設けられた配線基板と、
を備え、
互いに対向する前記第２挿通孔および前記配線用挿通孔の中心軸同士は平行であり、かつ異なることを特徴とするプローブユニット。
同一の前記プローブが挿通される前記第１および第２挿通孔の各々の中心軸と、当該第２挿通孔に対向する前記配線用挿通孔の中心軸とは同じ平面を通過し、この平面上で、前記第２挿通孔の中心軸が前記第１挿通孔の中心軸と前記配線用挿通孔の中心軸との間に位置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。
前記プローブは、
ワイヤ状の導電性材料からなる本体部と、
前記本体部の両端部を除く表面を被覆する絶縁性材料から成り、端部が前記本体部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す絶縁被膜と、
を有することを特徴とする請求項１または２に記載のプローブユニット。