JP5788767B2 - プローブブロックとそれを備えるプローブカード並びにプローブ装置 - Google Patents

Description

本発明はプローブブロック、詳細には、平衡信号の伝送に適したプローブブロックと、それを備えるプローブカード並びにプローブ装置に関する。

近年、半導体デバイスの性能の向上に伴い、それら半導体デバイスの電気的特性を検査する検査装置に関しても周波数特性の向上が求められている。例えば、特許文献１では、プローブ針間の寄生容量を少なくして、プローブ針間のアイソレーションを高めるために、プローブ針のうち少なくとも１本のプローブ針を先端部を除いて誘電体膜によって覆い、誘電体膜面上と他のプローブ針の導体面上とを導電性物質で覆い電気的に結線したプローブカードが提案されている。しかし、このプローブカードにおいては、プローブ針の先端部に極めて近い部分までもが導電性物質で覆われるため、１本のプローブ針の動きが他のプローブ針に影響し、各プローブ針が被測定デバイスの電極パッドに十分柔軟に接触することができないという問題点がある。また、複数本のプローブ針が導電性物質でまとめて固定する必要があるので、製作が容易ではなく、プローブ針の交換等のメンテナンスも困難であるという不都合がある。

一方、特許文献２には、高周波のパルス波を用いて検査を行うプローブカードにおいて、同軸構造を採用するとともに、同軸構造が採れないプローブの先端部分を平行２本線構造にして、インピーダンス５０オーム整合の不完全さの低減を図ったプローブカードが提案されている。しかしながら、このプローブカードにおいては、接地用プローブを同軸構造の外側導体と電気的に接続する必要があり、製作が困難であるとともに、接地用プローブと信号用プローブの高さ及び長さが異なり、十分な高周波特性が得られないという欠点がある。さらに、平行２本線構造の部分は、その中間部において、樹脂によって一体的に固定支持される必要があり、プローブの装着や取り外しが容易ではないという不都合がある。

また、特許文献３には、複数のプローブ針のうち、高速信号を入出力するプローブ針の少なくとも１本を空気よりも比誘電率の大きい誘電体で被覆することにより、高速平衡インターフェースにおけるプローブ針間の寸法公差管理の緩和を図ったプローブカードが提案されている。しかしながら、このプローブカードにおいては、プローブカード基板の配線電極と先端部近傍の固定部との間におけるプローブ針を誘電体で被覆しているだけであるので、平衡伝送路を構成する２本のプローブ針間の間隔を一定に保つことが困難であり、ノイズを十分に低減させることができないという欠点がある。

特許第２７６５２４７号公報 特開２００８−４５９５０号公報 特開２００８−２０５２８２号公報

本発明は、上記従来技術の欠点を解決するために為されたもので、優れた高周波特性を備えるとともにメンテナンスが容易な平衡信号伝送用プローブと、そのようなプローブを備えたプローブカード並びにプローブ装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明者らは、導電性のベース部材に位置決め用の溝を設け、この溝内に誘電体被覆を有する２本一対のプローブ材をその誘電体被覆を密着させて互いに平行に配置して全体をひとまとまりのプローブブロックとすることによって、優れた高周波特性とメンテナンスの容易性とを両立させた平衡信号伝送用のプローブとすることができることを見出して、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、第一の溝が設けられた導電性のベース部材と；誘電体被覆を有し、前記第一の溝内にその誘電体被覆を密着させて互いに平行に配置された２本一対の信号用プローブ材と；前記ベース部材と接触するグランド用プローブ材とを備え、前記信号用プローブ材の前記ベース部材よりも被測定デバイス側に突出した先端部は前記誘電体被覆を有さず信号用プローブ針を形成し、前記グランド用プローブ材の前記ベース部材よりも被測定デバイス側に突出した先端部はグランド用プローブ針を形成しているプローブブロック、及び、そのようなプローブブロックを１個又は複数個備えているプローブカードを提供することによって、上記の課題を解決するものである。

本発明のプローブブロックにおいては、上記のとおり、誘電体で被覆された２本一対の信号用プローブ材が導電性のベース部材に設けられた第一の溝内にその誘電体被覆を密着させて互いに平行に配置されるので、前記２本一対の信号用プローブ材によって平衡伝送路を形成することができる。特に、前記２本一対の信号用プローブ材は、前記第一の溝内に互いに密着かつ平行になるように正確に位置決めされた状態で配置されるので、プローブブロック内では平衡信号間の特性インピーダンスはほぼ一定で、理想的な結合状態を保つことが可能となり、各信号用プローブ材の特性インピーダンスを被測定デバイスの特性インピーダンスに合わせておくことによって、高速信号の伝送をより正確に行うことが可能である。また、２本一対の信号用プローブ材とグランド用プローブ材とが、導電性のベース部材によってひとまとまりのプローブブロックとされているので、プローブブロックを構成するいずれかのプローブ針に交換の必要性が生じた場合には、プローブブロックごと新しいものと交換すれば良く、メンテナンスを容易に行うことが可能である。

また、本発明のプローブブロックは、その好ましい一態様において、前記第一の溝内に配置された前記２本一対の信号用プローブ材の上面を覆う導電性のカバー部材を備えている。このように本発明のプローブブロックが導電性のカバー部材を備えている場合には、導電性のベース部材と相俟って、平衡伝送路を形成する前記２本一対の信号用ローブ材のシールドをより完全なものとすることができるという利点が得られる。

さらに、本発明のプローブブロックにおいては、前記ベース部材に第二の溝を設け、前記グランド用プローブ材を第二の溝内に配置するのが好ましい。好ましい一態様において、前記第二の溝よりも前記第一の溝の深さが深く、前記信号用プローブ材及び前記グランド用プローブ材の長手方向に垂直な断面における中心の前記ベース部材の底面からの高さが、少なくとも前記ベース部材の被測定デバイス側の先端部において同じであり、前記信号用プローブ材及び前記グランド用プローブ材の前記ベース部材よりも被測定デバイス側に突出した先端部の長さが同じである。このように、信号用プローブ材とグランド用プローブ材とが、それぞれ、ベース部材に設けられた第一及び第二の溝内に配置される場合には、導電性のプローブブロックから被測定デバイス側に露出している先端部分の長さを信号用プローブ材とグランド用プローブ材とで同じ長さに揃えることが容易となり、プローブブロックの高周波特性をさらに高めることが可能となる。

また、本発明のプローブブロックは、その好ましい一態様において、前記２本一対の信号用プローブ材がその誘電体被覆を密着させて互いに平行に配置された前記第一の溝を複数備えており、この場合、前記２本一対の信号用プローブ材の各対間が導電性の前記ベース部材及び／又はカバー部材で隔てられ、平衡伝送路を構成する各対間には、グランド電位に接地された導電性のベース部材又は導電性のカバー部材が介在することになるので、各平衡対間のアイソレーションが良好に保たれるという好ましい利点が得られる。

また、本発明のプローブブロックは、前記信号用プローブ材及び前記グランド用プローブ材の前記ベース部材よりも被測定デバイス側に突出した先端部を、前記ベース部材内にある前記信号用プローブ材及び前記グランド用プローブ材に対して曲折させることにより、プローブブロック内における前記信号用プローブ材及び前記グランド用プローブ材の間隔と異なるパッド間隔を有する被測定デバイスに対応することができる。

また、本発明は、１個又は複数個の本発明のプローブブロックを備えているプローブカード、並びに本発明のプローブブロックと、当該プローブブロックに接続された高周波用基板及び高周波用コネクタとを備えているプローブ装置を提供することによって上記の課題を解決するものである。本発明のプローブブロックは、通常、その外形寸法が、プローブカードにおける被測定デバイスと対向するプローブ列の幅よりも小さいので、被測定デバイスと対向する複数本のプローブのうちの一部だけを本発明のプローブブロックによって構成し、一枚のプローブカード内に、高速信号の測定に適したプローブと、そうでない通常のプローブとを混在させることができる。

本発明のプローブブロックによれば、２本一対の信号用プローブ材によって、平衡信号間の特性インピーダンスはほぼ一定で、理想的な結合状態を保つことができ、かつ、隣接する平衡対間のアイソレーションが良いという優れた利点を備えた平衡伝送路を形成することができる。また、本発明のプローブブロックにおいては、２本一対の信号用プローブ材とグランド用プローブ材とが、導電性のベース部材上に互いに平行に位置決めされた状態で配置されるので、プローブ針の進入方向が平行で、プローブ針の狭ピッチ化が容易であるという利点が得られる。さらに、本発明のプローブブロックによれば、複数本のグランド用及び信号用のプローブが１つのプローブブロックにまとめられているので、プローブ針が汚損した場合などにおいては、プローブブロック単位で新しいプローブ針と交換することができ、メンテナンスが容易であるという利点が得られる。

また、本発明のプローブブロックを備える本発明のプローブカードによれば、１枚のプローブカードに平衡信号用のプローブとそうでないプローブとを混在させることができるので、高速信号用のパッドとそれ以外のパッドとが混在している半導体デバイスの測定のみならず、平衡信号とそうでない信号とが混在する半導体デバイスの測定にも対応することができるという優れた利点が得られる。また、本発明のプローブブロックを備える本発明のプローブ装置によれば、各種高周波デバイスの測定を容易かつ精度良く行うことが可能になるという利点が得られる。

本発明のプローブブロックを構成するベース部材の一例を示す斜視図である。 ベース部材にグランド用プローブ材及び信号用プローブ材を収容した状態を示す斜視図である。 図２のＸ−Ｘ’断面図である。 図２のＸ−Ｘ’断面図である。 ベース部材にカバー部材を取り付ける様子を示す断面図である。 ベース部材にカバー部材を取り付けた状態を示す正面図である。 本発明のプローブブロックの一例を示す斜視図である。 本発明のプローブブロックの他の一例を示す斜視図である。 本発明のプローブブロックの他の一例を示す平面図である。 本発明のプローブブロックの組立状態を示す断面図である。 組み立てられた本発明のプローブブロックの断面図である。 パッド間隔が比較的狭ピッチの被測定デバイスに対応させた状態の本発明のプローブブロックの平面図である。 図１２の拡大正面図である。 パッド間隔が比較的広ピッチの被測定デバイスに対応させた状態の本発明のプローブブロックの部分平面図である。 図１４の拡大正面図である。 本発明のプローブブロックを備えるプローブカードにおけるプローブ部の一例を示す平面図である。 伝送特性の測定図である。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明が図示のものに限られないことは勿論である。

図１は、本発明のプローブブロックにおける導電性のベース部材の一例を示す斜視図である。図１において、１は本発明のプローブブロックのベース部材であり、ベース部材１は、例えばニッケル、銅、アルミニウムなどの導電性の材料で構成されている。ベース部材１には、図１に示すとおり、互いに同形同大の２本の第一の溝２ａ、２ｂと、互いに同形同大の３本の第二の溝３ａ、３ｂ、３ｃが設けられている。第一の溝２ａ、２ｂと第二の溝３ａ、３ｂ、３ｃとは互いに平行であり、本例においては、いずれもベース部材１の長手方向の全域にわたって同形同大に設けられている。第一の溝２ａ、２ｂの深さは、通常、第二の溝３ａ、３ｂ、３ｃの深さよりも深く、第一の溝２ａ、２ｂの溝幅は第二の溝３ａ、３ｂ、３ｃの溝幅よりも広い。これは、後述するとおり、誘電体被覆を有する信号用プローブ材と、誘電体被覆を有さないグランド用プローブ材とを、その長手方向に垂直な断面における中心のベース部材１の底面からの高さが同じになるように各溝内に配置するためである。なお、図１に示す第一の溝２ａ、２ｂ、及び第二の溝３ａ、３ｂ、３ｃの本数は、あくまでも一例であって、第一及び第二の溝の本数が図示の例に限られるものではないことは勿論である。

図２は、図１に示すベース部材１の第一の溝及び第二の溝のそれぞれに、信号用プローブ材と、グランド用プローブ材とが収容された状態を示す斜視図である。図２において、１_Ｆはベース部材１の被測定デバイス側に位置する先端部であり、１_Ｂはベース部材１のプローブカードの基板や高周波基板の側に位置する後端部である。図２に示すとおり、第一の溝２ａ、２ｂには、それぞれ各２本の信号用プローブ材４ａ、４ｂ及び４ｃ、４ｄが、後述するその誘電体被覆を各溝内壁と接触させた状態で収容配置されており、第二の溝３ａ、３ｂ、３ｃには、それぞれ、グランド用プローブ材５ａ、５ｂ、５ｃがその外周を各溝内壁と接触させた状態で収容配置されている。第一の溝２ａ、２ｂ及び第二の溝３ａ〜３ｃは互いに平行に設けられているので、各溝に収容されている信号用プローブ材４ａ〜４ｄ及びグランド用プローブ材５ａ〜５ｃも、互いに平行に位置決めされた状態で各溝に配置されている。

６は信号用プローブ材４ａ〜４ｄの外周を被覆する誘電体であり、各信号用プローブ材４ａ〜４ｄの少なくともベース部材１と接触する部分を被覆している。これにより、信号用プローブ材４ａ〜４ｄとベース部材１との間には誘電体６が介在することになる。また、本例においては、第一の溝２ａ及び２ｂ内のそれぞれに各２本の信号用プローブ材４ａ、４ｂ及び４ｃ、４ｄが配置されており、信号用プローブ材４ａ、４ｂ及び４ｃ、４ｄとで、それぞれ平衡対を構成し、平衡伝送路を形成することになる。また、各２本の信号用プローブ材４ａ、４ｂ及び４ｃ、４ｄは、位置決め用の溝である第一の溝２ａ及び２ｂ内に、それぞれの誘電体６による被覆部分を互いに密着させて平衡に配置されるので、平衡対を構成する２本の信号用プローブ材４ａ、４ｂ間、及び４ｃ、４ｄの間隔は一定となり、平衡信号間での特性インピーダンスが一定で理想的な結合状態を保つことができる。なお、誘電体６としては、空気よりも比誘電率の高い材料が選ばれ、例えば、フッ素樹脂、ポリイミドなどが用いられる。

一方、グランド用プローブ材５ａ〜５ｃは、誘電体で被覆されることなく第二の溝３ａ〜３ｃ内に配置されるので、導電性のベース部材１と接触し、導電性のベース部材１と電気的に接続された状態にある。なお、グランド用プローブ材５ａ〜５ｃはベース部材１と接触していれば良く、グランド用プローブ材５ａ〜５ｃを収容する第二の溝３ａ〜３ｃは必ずしも必要という訳ではないが、ベース部材１に第二の溝３ａ〜３ｃを設けてその内部にグランド用プローブ材５ａ〜５ｃを配置した方が、グランド用プローブ材５ａ〜５ｃのベース部材１に対する固定がより容易となるので好ましい。

図２に示すとおり、信号用プローブ材４ａ〜４ｄの先端部１_Ｆ側の先端部は、ベース部材１の先端部１_Ｆよりも先端側に突出しており、この先端部は誘電体６による被覆を有しておらず、途中Ａで示す箇所で下方に折り曲げられてカンチレバー型のプローブ針を形成している。また、グランド用プローブ材５ａ〜５ｃの先端部１_Ｆ側の先端部も、ベース部材１の先端部１_Ｆよりも先端側に突出しており、信号用プローブ材４ａ〜４ｄの先端部と同様に、途中Ａで示す箇所で下方に折り曲げられてカンチレバー型のプローブ針を形成している。各プローブ材における先端部１_Ｆよりも突出している先端部の長さ、及び、折り曲げ箇所の位置、及び折り曲げ角度はいずれも同じである。一方、信号用プローブ材４ａ〜４ｄ及びグランド用プローブ材５ａ〜５ｃの後端部１_Ｂ側は、ベース部材１の後端部１_Ｂよりも後方に突出しており、プローブカードの基板若しくは高周波用基板などに接続される接続端子を形成している。

信号用プローブ材４ａ〜４ｄ及びグランド用プローブ材５ａ〜５ｃとしては、例えばタングステン合金などの導電性で弾性を有する断面円形の同じ線径を有する線材が用いられる。ただし、信号用プローブ材４ａ〜４ｄの第一の溝２ａ、２ｂ内に配置される部分は、誘電体６による被覆を有しているので、誘電体６による被覆の分だけ、外見上グランド用プローブ材５ａ〜５ｃよりも外径が大きいことになる。

なお、本例においては、グランド用プローブ材５ａ〜５ｃは、いずれも、ベース部材１に設けられた第二の溝３ａ〜３ｃの全長にわたって存在し、かつ、先端部１_Ｆ側だけでなく、後端部１_Ｂ側にも突出しているが、グランド用プローブ材５ａ〜５ｃはベース部材１と電気的に接触しているので、必ずしも第二の溝３ａ〜３ｃの全長にわたって存在する必要はない。グランド用プローブ材５ａ〜５ｃは、少なくとも、先端部１_Ｆよりも先端側に突出しプローブ針を形成している部分と、第二の溝３ａ〜３ｃ内に配置されベース部材１と接触している部分とを有していれば良い。グランド用プローブ材５ａ〜５ｃが、ベース部材１の後端部１_Ｂ側に突出する部分を有しない場合には、適宜の導電体をベース部材１又は後述するカバー部材に電気的に接続して接続端子とすれば良い。

図３は、図２のＸ−Ｘ’断面図であり、便宜上、信号用プローブ材４ａ及びグランド用プローブ材５ａだけを図の右側に取り出して併せて示してある。図３において、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、それぞれ信号用プローブ材４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの長手方向に垂直な断面における中心、８ａ、８ｂ、８ｃは、それぞれグランド用プローブ材５ａ、５ｂ、５ｃの長手方向に垂直な断面における中心、９はベース部材１の底面である。

図３に示すとおり、グランド用プローブ材５ａ〜５ｃはその外周を第二の溝３ａ〜３ｃの内壁及び底面と接触させた状態で第二の溝３ａ〜３ｃ内に配置されており、互いに平行かつ直線状に位置決めされた状態にある。また、信号用プローブ材４ａ〜４ｄも、互いに平衡対を構成するプローブ材同士で誘電体６による被覆部分を密着させ、かつ、その誘電体６による被覆の外周を第一の溝２ａ、２ｂの内壁及び底面と接触させた状態で第一の溝２ａ、２ｂ内に配置されており、互いに平行かつ直線状に位置決めされた状態にある。

ｄ_１は第一の溝２ａ、２ｂの深さを示しており、第一の溝２ａ、２ｂの深さはいずれもｄ_１で同じである。また、ｄ_２は第二の溝３ａ〜３ｃの深さを示しており、第二の溝３ａ〜３ｃの深さはいずれもｄ_２で同じである。ただし、第一の溝の深さｄ_１は、第二の溝の深さｄ_２よりも深く、その関係は、ベース部材１の底面９から各プローブ用材の中心７ａ〜７ｄ及び８ａ〜８ｃまでの距離ｈが、いずれのプローブ材においても同じになるように選ばれている。本例の場合、信号用プローブ材４ａ〜４ｄとグランド用プローブ材５ａ〜５ｃとは、図３の右側に示すとおり、共に断面が円形で線径すなわち外径がＤ_２の線材で構成されている。また、信号用プローブ材４ａ〜４ｄは、その周囲に誘電体６による厚さｔの被覆を有しているので、第一の溝２ａ、２ｂの深さｄ_１は、第二の溝３ａ〜３ｃの深さｄ_２よりも、誘電体６による被覆の厚さｔ分だけ深く、ｄ_１＝ｄ_２＋ｔの関係にある。

なお、本例の場合、深さｄ_１及びｄ_２は、ベース部材１の先端部１_Ｆから後端部１_Ｂまで同じであるので、ベース部材１の底面９から各プローブ用材の中心７ａ〜７ｃ及び８ａ〜８ｄまでの距離ｈは、ベース部材１の長手方向全域にわたって同じであり、また、同じであるのが好ましいが、距離ｈは、少なくともベース部材１の先端部１_Ｆにおいて同じであれば良い。

また、本例の場合、信号用プローブ材４ａ〜４ｄは、第一の溝２ａ、２ｂ内に収容されたとき、その高さが、誘電体６による被覆を含めてベース部材１の上面と同じになるように第一の溝２ａ、２ｂの深さｄ_１が設定されているので、誘電体６による厚さｔの被覆を含めた信号用プローブ材４ａ〜４ｄの外径をＤ_１とすると、深さｄ_１は外径Ｄ_１と等しく、Ｄ_１は信号用プローブ材４ａ〜４ｄの線径Ｄ_２に誘電体６による被覆の厚さｔの２倍の長さを加えた長さ、すなわち、Ｄ_１＝Ｄ_２＋２ｔの関係にある。

図４は、図３と同様に、図２のＸ−Ｘ’断面図である。図４において、ｗ_１は第一の溝２ａ、２ｂの溝幅、ｗ_２は第二の溝３ａ〜３ｃの溝幅を示している。第二の溝３ａ〜３ｃの溝幅ｗ_２はグランド用プローブ材５ａ〜５ｃの線径Ｄ_２と同じに設定されており、グランド用プローブ材５ａ〜５ｃは、第二の溝３ａ〜３ｃ内に収容されることにより、その外周を第二の溝３ａ〜３ｃの内壁及び底面と密着させて所定の位置に位置決めされることになる。一方、第一の溝２ａ及び２ｂの溝幅ｗ_１は、１本の溝に２本の信号用プローブ材を収容することになるので、誘電体６による被覆を含めた信号用プローブ材４ａ〜４ｄの外径Ｄ_１の２倍、すなわち、ｗ_１＝２Ｄ_１となるように設定されている。

図５は、第一及び第二の溝に配置された各プローブ材の上面を覆うカバー部材をベース部材１に取り付ける様子を示す断面図である。図５において、１０はカバー部材であり、カバー部材１０には複数の突起１１が設けられている。突起１１は、カバー部材１０の長手方向の全域にわたって存在するのが好ましいが、必ずしもカバー部材１０の長手方向の全域にわたって連続的に存在する必要はなく、断続的に存在しても良い。カバー部材１０は、例えば銅、ニッケル、アルミニウムなどの導電性の材料で構成される。また、カバー部材１０をベース部材１に取り付ける方法に特段の制限はなく、第一の溝２ａ、２ｂ内に収容された信号用プローブ材４ａ〜４ｄの上面を覆い、上面をシールドすることができる限り、どのような方法でカバー部材１０をベース部材１に取り付けても良い。例えば、ベース部材１とカバー部材１０とに硬さの異なる導電性の材料を用い、両者を適宜の箇所でかしめることにより、カバー部材１０をベース部材１に圧着して取り付けることができる。

図６は、ベース部材１にカバー部材１０を取り付けた状態の本発明のプローブブロックＰＢを、その先端部１_Ｆ側からみた正面図であり、図７は本発明のプローブブロックの斜視図である。図６に示すとおり、カバー部材１０をベース部材１に取り付けることによって、第一の溝２ａ、２ｂ内に収容されている信号用プローブ材４ａ〜４ｄの上面はカバー部材１０によって覆われることになり、上面もシールドされるので、より完全な伝送構造が実現される。

図６及び図７に示すとおり、信号用プローブ材４ａ〜４ｄ及びグランド用プローブ材５ａ〜５ｃの先端部は、ベース部材１の先端部１_Ｆよりも先端部側に突出し、途中で下方に曲げられて、カンチレバー型のプローブ針を形成している。信号用プローブ材４ａ〜４ｄ及びグランド用プローブ材５ａ〜５ｃのベース部材１の先端部１_Ｆよりも先端部側に突出する長さは同じであり、かつ、下方に曲げられた部分の長さＬも信号用プローブ材４ａ〜４ｄ及びグランド用プローブ材５ａ〜５ｃで同じである。また、本例においては、信号用プローブ材４ａ〜４ｄ及びグランド用プローブ材５ａ〜５ｃの先端部は平行に突出しているので、隣接する各プローブ針の中心間の距離は、先端部１_Ｆにおける隣接する各プローブ材の中心間距離と同じである。

このように、本発明のプローブブロックＰＢにおいては、平衡伝送路を形成する２本一対の信号用プローブ材４ａ、４ｂと４ｃ、４ｄとが、それぞれ第一の溝２ａ及び２ｂ内に、互いの誘電体６による被覆部分を密着させて平行に配置されるので、プローブブロックＰＢ内では、平衡信号間の特性インピーダンスはほぼ一定となり、理想的な結合状態が実現され、より優れた信号伝送特性を得ることができる。また、本発明のプローブブロックＰＢにおいては、平衡対を構成する信号用プローブ材４ａ、４ｂと、４ｃ、４ｄとの間が導電性のベース部材１によって隔てられているので、各平衡対間のアイソレーションは極めて良く、優れた伝送特性が得られるという利点がある。なお、本例においては、各平衡対間は導電性のベース部材１によって隔てられているが、導電性のカバー部材１０によって、さらには、導電性のベース部材１と導電性のカバー部材１０の両者によって、各平衡対間を隔てるようにしても良い。

また、本発明のプローブブロックＰＢにおいては、信号用プローブ材４ａ〜４ｄ及びグランド用プローブ材５ａ〜５ｃが、導電性のベース部材１と導電性のカバー部材１０との間に、互いに正確に平行に位置決めされた状態で収容されるので、各プローブ材間の距離を小さくすることが容易であり、プローブ材の狭ピッチ化を容易に達成することができるという利点が得られる。また、信号用プローブ材４ａ〜４ｄ及びグランド用プローブ材５ａ〜５ｃのベース部材１の先端部１_Ｆよりも先端部側に突出してプローブ針を形成する部分の長さが同じであるので、各プローブ材における伝送特性を揃えるのが容易であり、優れた高周波特性を実現することが可能である。

図８は、本発明のプローブブロックの他の一例を示す斜視図であり、ベース部材１と、信号用プローブ材４ａ〜４ｄのみを示してある。また、図９は、図８に示したのと同じ本発明のプローブブロックのベース部材１と、信号用プローブ材４ａ〜４ｄ、及びグランド用プローブ材５ａ〜５ｃだけを取り出して示した平面図である。本例においては、第二の溝３ａと３ｃは、両側面をベース部材１で囲まれた完全な溝ではなく、片側面のみにベース部材１が存在し、他側面は解放された片溝として構成されている。また、グランド用プローブ材５ａ〜５ｃは、少なくともその一部で導電性のベース部材１と接触していれば良いので、ベース部材１の先端部１_Ｆ及び後端部１_Ｂの近傍と、各端部から突出した部分だけに存在し、ベース部材１の中央部分には存在しない。

図１０は、図８及び図９に示すプローブブロックの組立状態を示す断面図であり、図１１は、組み立てられたプローブブロックの断面図である。図１０、図１１に示すとおり、本例のプローブブロックＰＢも、先に説明したプローブブロックＰＢと同様に、信号用プローブ材４ａ〜４ｄ及びグランド用プローブ材５ａ〜５ｃを、それぞれ第一の溝２ａ、２ｂ及び第二の溝３ａ〜３ｃに収容し、その上面を導電性のカバー部材１０で覆うことによって組み立てられる。最も外側に位置するグランド用プローブ材５ａと５ｃは、その一方の側面を第二の溝３ａ、３ｃの内壁面と接触させた状態で、ベース部材１とカバー部材１０とによって上下から狭圧されるので、位置ズレすることなく第二の溝３ａ、３ｃ内に収容、配置されて、位置決めされることになる。

なお、カバー部材１０の外側の突起１１のさらに外側に、突起１１よりもさらに下側に突出した突起部を設け、その突起部で第二の溝３ａ又は３ｃの外側の壁面を構成するようにしても良い。

図１２は、図８〜図１１に示す本発明のプローブブロックＰＢの平面図、図１３はその拡大正面図であり、本発明のプローブブロックＰＢを比較的狭ピッチの電極パッドを有する被測定デバイスに対応させた状態を示している。図１２、図１３に示すとおり、信号用プローブ材４ａ〜４ｄ及びグランド用ブローブ材５ａ〜５ｃのベース部材１の先端部１_Ｆよりも先端部側に突出した先端部、すなわちプローブ針を形成している部分は、ベース部材１内にある信号用プローブ材４ａ〜４ｄ及びグランド用ブローブ材５ａ〜５ｃに対して曲折しており、その先端部の間隔がベース部材１からみて逆扇状に狭められている。

また、図１４は、図８〜図１１に示す本発明のプローブブロックＰＢの部分平面図、図１５はその拡大正面図であり、本発明のプローブブロックＰＢを比較的広ピッチの電極パッドを有する被測定デバイスに対応させた状態を示している。図１４、図１５に示すとおり、信号用プローブ材４ａ〜４ｄ及びグランド用ブローブ材５ａ〜５ｃのベース部材１の先端部１_Ｆよりも先端部側に突出した先端部、すなわちプローブ針を形成している部分は、ベース部材１内にある信号用プローブ材４ａ〜４ｄ及びグランド用ブローブ材５ａ〜５ｃに対して曲折しており、その先端部の間隔がベース部材１からみて扇状に広げられている。

このように本発明のプローブブロックＰＢにおいては、信号用プローブ材４ａ〜４ｄ及びグランド用ブローブ材５ａ〜５ｃのベース部材１の先端部１_Ｆよりも先端部側に突出した先端部を、ベース部材１内にある信号用プローブ材４ａ〜４ｄ及びグランド用ブローブ材５ａ〜５ｃに対して曲折させて、プローブ針を形成している先端部の間隔を、ベース部材１からみて扇状に広げるか、逆扇状に狭めることによって、電極パッドの間隔がプローブブロックＰＢの先端部１_Ｆにおける各プローブ材の中心間の間隔よりも広い被測定デバイスや、逆に狭い被測定デバイスにも対応することが可能である。また、被測定デバイスにおけるパッド間隔が一様でない場合には、扇状又は逆扇状に曲折させるのではなく、信号用プローブ材４ａ〜４ｄ及びグランド用ブローブ材５ａ〜５ｃの各先端部を、対象とする被測定デバイスにおけるパッド間隔とその配置に合わせて、個々のプローブ材ごとにベース部材１内にある各プローブ材に対して適宜の角度で曲折させれば良い。なお、プローブブロックＰＢの先端部１_Ｆにおける各プローブ材の中心間隔が被測定デバイスにおける電極パッドのピッチと一致している場合には、各プローブ材の先端部を曲折させることなく、そのままで使用しても良いことは勿論である。

なお、以上の例では、３本のグランド用プローブ材の間に、それぞれ２本一対の信号用プローブ材が配置された構成、すなわち、信号用プローブ材を「Ｓ」、グランド用プローブ材を「Ｇ」で表すと、「ＧＳＳＧＳＳＧ」という構成のプローブブロックに基づいて本発明を説明したが、本発明のプローブブロックにおける信号用プローブ材とグランド用プローブ材の配置は上記の例に限られない。例えば、２本のグランド用プローブ材の間に、２本一対の平衡対を構成する信号用プローブ材を互いの間に導電性のベース部材１及び／又は導電性のカバー部材１０を介在させて２対配置し「ＧＳＳ ＳＳＧ」という配置にしたり、平衡対とそうでない信号用プローブ材とを混在させて「ＧＳＳＧＳＧＳＳＧ」という配置にしても良い。

さらに、以上の例はカンチレバー型のプローブに基づいて説明をしたが、本発明のプローブブロックを構成するプローブはカンチレバー型に限られず、例えば、垂直型のプローブ、ＭＥＭＳ型プローブであっても良い。

図１６は、本発明のプローブブロックＰＢを備えたプローブカードにおけるプローブ部の平面図である。図１６において、１２は本発明のプローブブロックＰＢを備えたプローブカード、１３はプローブカード１２に取り付けられているプローブ、１４はプローブ固定部材である。図１６に示すとおり、本例のプローブカード１２は、被測定デバイスと対向する１辺のプローブ列中に、本発明のプローブブロックＰＢを３個備えている。すなわち、本発明のプローブブロックＰＢは、通常、そのベース部材１の幅がプローブカードにおける被測定デバイスと対向する１辺のプローブ列の幅よりも小さいので、被測定デバイスと対向する複数本のプローブ１３のうちの一部だけを本発明のプローブブロックＰＢに置き換えることが可能である。なお、１枚のプローブカード１２が備える本発明のプローブブロックＰＢの数が３個に限られないこと、また、本発明のプローブブロックＰＢで置き換えられるプローブ１３が、プローブカードにおける被測定デバイスと対向する１辺のプローブ列だけに限られないことは勿論である。

このように、本発明のプローブブロックＰＢを備えるプローブカードによれば、一枚のプローブカード内に、本発明のプローブブロックＰＢを構成する平衡信号の伝送に適したプローブと、そうでない通常のプローブ１３とを混在させることができる。したがって、プローブカード１２を構成する複数本のプローブ１３のうちの一部を本発明のプローブブロックＰＢに置き換えることによって、平衡信号とそうでない信号とが混在する半導体デバイスの測定にも対応することができる。また、本発明のプローブブロックＰＢを用いることにより複数本のプローブ材を狭ピッチでプローブカード１２にセットすることができるので、多数のプローブ針を同一方向から進入させることが可能となる。このため、本発明のプローブブロックＰＢを備えるプローブカード１２によれば、針立て構造の検討が容易となり、さらには、プローブカード１２の製造も容易となるという利点が得られる。さらに、本発明のプローブブロックＰＢを備えるプローブカード１２によれば、仮に、プローブブロックＰＢを構成する１本又は複数本のプローブが汚損などによって交換しなければならない場合でも、当該プローブを含むプローブブロックをブロック単位で新しいプローブブロックと交換すれば良く、メンテナンスを非常に容易に行うことが可能である。

さらに、図示はしないけれども、本発明のプローブブロックＰＢに高周波用基板と高周波用コネクタを接続することにより、本発明のプローブブロックＰＢをプローブカード１２を構成するプローブとしてだけではなく、単独の独立したプローブ装置として使用することも可能であることはいうまでもない。

下記の材料を用いて、プローブ材間隔が１１０μｍの「ＧＳＳＧＳＳＧ」構造の本発明のプローブブロックを作成し、その伝送特性を従来から使用されている下記同軸プローブを対照として比較した。

＜本発明のプローブブロック＞
＜信号用プローブ材＞
・プローブ材：タングステン合金（直径０．０３８ｍｍ）
・プローブ全長：２５ｍｍ
・プローブ先端部の長さ：１．０ｍｍ
・誘電体：フッ素樹脂（誘電体外径：０．１１ｍｍ）
＜グランド用プローブ材＞
・プローブ材：タングステン合金（直径０．０３８ｍｍ）
・プローブ全長：２５ｍｍ
・プローブ先端部の長さ：１．０ｍｍ

＜対照の同軸プローブ＞
・プローブ材：タングステン合金（直径０．１３ｍｍ）
・プローブ全長：２５ｍｍ
・プローブ先端部の長さ：３．２〜３．７ｍｍ
・誘電体：フッ素樹脂（誘電体外径：０．４２ｍｍ）

＜伝送特性の測定＞
下記測定装置を用いて、下記要領で、インサーションロス（Ｓ２１）を測定した。
・測定装置：ネットワーク・アナライザ（米国 アジレント テクノロジーズ社（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）製 型式：Ｅ８３６４Ｂ（〜５０ＧＨｚネットワークアナライザ））
＜測定要領＞
製作された本発明のプローブブロックを構成する１本の信号用プローブ材（Ｓ）の針先と後端部との間のインサーションロス（Ｓ２１）を測定した。従来から使用されている同軸プローブについては、先端部と後端部間のインサーションロス（Ｓ２１）を同様に測定した。

結果を図１７に示す。図１７に示すとおり、従来の同軸プローブにおいては、信号周波数が増すとともにインサーションロスは大きくなり、信号周波数が３ＧＨｚを上回ると、インサーションロスが−３ｄＢを超え、信号エネルギーの約１／２が伝送損失となった。これに対し、本発明のプローブブロックにおいては、信号周波数が４ＧＨｚとなってもインサーションロスは−１ｄＢに止まり、１０ＧＨｚでも−３ｄＢを未満であった。以上のことから、本発明のプローブブロックは、従来の同軸プローブに比べて極めて優れた高周波伝送特性を有していることが分かる。

以上説明したとおり、本発明のプローブブロック、及び本発明のプローブブロックを備えるプローブカード並びにプローブ装置によれば、高周波デバイスの特性試験をより容易かつ正確に行うことが可能となる。さらに、本発明のプローブブロックは、ブロック単位で新しいプローブブロックと交換することが可能であるので、メンテナンスが容易である。本発明は、高周波用の半導体デバイス等の高周波デバイスを製造する上で欠かすことのできない特性試験をより簡便かつ正確に行うことを可能にするものであり、その産業上の利用可能性は多大である。

１ ベース部材
２ａ、２ｂ 第一の溝
３ａ〜３ｃ 第二の溝
４ａ〜４ｄ 信号用プローブ材
５ａ〜５ｃ グランド用プローブ材
６ 誘電体
７ａ〜７ｃ、８ａ〜８ｄ 中心
９ 底面
１０ カバー部材
１１ 突起
１２ プローブカード
１３ プローブ
１４ プローブ固定部材
ｄ_１、ｄ_２ 溝深さ
Ｄ_１、Ｄ_２ 外径
ｗ_１、ｗ_２ 溝幅
ＰＢ プローブブロック

Claims (8)

1. 第一の溝が設けられた導電性のベース部材と；誘電体被覆を有し、前記第一の溝内にその誘電体被覆を密着させて互いに平行に配置された２本一対の信号用プローブ材と；前記ベース部材と接触するグランド用プローブ材とを備え、前記信号用プローブ材の前記ベース部材よりも被測定デバイス側に突出した先端部は前記誘電体被覆を有さず信号用プローブ針を形成し、前記グランド用プローブ材の前記ベース部材よりも被測定デバイス側に突出した先端部はグランド用プローブ針を形成しており、前記２本一対の信号用プローブは前記誘電体被覆の外周を前記第一の溝の内壁と接触させた状態で前記第一の溝内に配置されているプローブブロック。
2. 前記第一の溝内に配置された前記２本一対の信号用プローブ材の上面を覆う導電性のカバー部材を備えている請求項１記載のプローブブロック。
3. 前記ベース部材には第二の溝が設けられており、前記グランド用プローブ材が前記第二の溝内に配置されている請求項１又は２記載のプローブブロック。
4. 前記第二の溝よりも前記第一の溝の深さが深く、前記信号用プローブ材及び前記グランド用プローブ材の長手方向に垂直な断面における中心の前記ベース部材の底面からの高さが、少なくとも前記ベース部材の被測定デバイス側の先端部において同じであり、前記信号用プローブ材及び前記グランド用プローブ材の前記ベース部材よりも被測定デバイス側に突出した先端部の長さが同じである請求項１〜３のいずれかに記載のプローブブロック。
5. 前記２本一対の信号用プローブ材がその誘電体被覆を密着させて互いに平行に配置された前記第一の溝を複数備え、前記２本一対の信号用プローブ材の各対間が導電性の前記ベース部材及び／又は導電性の前記カバー部材で隔てられている請求項１〜４のいずれかに記載のプローブブロック。
6. 前記信号用プローブ材及び前記グランド用プローブ材の前記ベース部材よりも被測定デバイス側に突出した先端部が、前記ベース部材内にある前記信号用プローブ材及び前記グランド用プローブ材に対して曲折しており、プローブブロック内における前記信号用プローブ材及び前記グランド用プローブ材の間隔と異なるパッド間隔を有する被測定デバイスに対応している請求項１〜５のいずれかに記載のプローブブロック。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のプローブブロックを１又は複数個、備えているプローブカード。
8. 請求項１〜６のいずれかに記載のプローブブロックと、前記プローブブロックに接続された高周波用基板及び高周波用コネクタとを備えているプローブ装置。
   

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