JP6044525B2 - プローブカード - Google Patents

Description

本発明は、例えば樹脂封止型半導体装置の電気的特性の測定に用いるプローブカードに関する。

特許文献１には、半導体装置の製品端子に接触子（テストコンタクト）を電気的かつ機械的にあてて、半導体装置の電気的特性を測定する技術が開示されている。この接触子は、接触子が製品端子と機械的かつ電気的に接触するように、荷重がかかった状態で変位または移動する。

特開２００５−３１０７６２号公報

例えば製品端子の電位の安定化を目的として、接触子とその隣の接触子を接続部で電気的に接続する場合がある。この接続位置は、測定時の電気抵抗とインダクタンスを低減するために、可能な限り製品端子に近いことが好ましい。しかしながら、製品端子に近い位置で接触子同士を接続すると、接続部が接触子の摺動を阻害する問題があった。接触子の摺動が阻害されると、接触子と製品端子の良好な接触が実現できなくなる問題が生じる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、接触子の十分な摺動を確保しつつ、接触子同士を製品端子の近くで接続す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する。

本願の発明に係るプローブカードは、基板と、製品端子に対して押し当てられると該製品端子の表面を摺動する形状の金属で形成された第１自由摺動接触子と、金属で形成され、該第１自由摺動接触子と重ねられた第１拘束接触子と、を有し、該基板に固定された第１接触子群と、該第１自由摺動接触子と同じ形状の金属で形成された第２自由摺動接触子と、金属で形成され、該第２自由摺動接触子と重ねられた第２拘束接触子と、を有し、該基板に固定された第２接触子群と、該第１拘束接触子と該第２拘束接触子を、該基板から見て該製品端子側の部分で電気的に接続する接続部と、を備え、該第１自由摺動接触子は該第１拘束接触子に対して自由に摺動し、該第２自由摺動接触子は該第２拘束接触子に対して自由に摺動することを特徴とする。

本発明によれば、接続部を接続する拘束接触子と、接続部が接続されず自由に摺動する自由摺動接触子とを設けたので、接触子の十分な摺動を確保しつつ、接触子同士を製品端子の近くで接続することができる。

本発明の実施の形態１に係るプローブカードの正面図である。 第１接触子群の斜視図である。 被測定物の平面図である。 被測定物の正面図である。 被測定物の測定方法を説明する図である。 エミッタ端子と各接触子の接続を示す平面図である。 第１〜第３自由摺動接触子を摺動させたことを示す平面図である。 本発明の実施の形態２に係るプローブカードの正面図である。 エミッタ端子と各接触子の接続を示す平面図である。 本発明の実施の形態３に係るプローブカードの正面図である。 接続部の斜視図である。 変形例に係るプローブカードの正面図である。 本発明の実施の形態４に係るプローブカードの正面図である。

本発明の実施の形態に係るプローブカードについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るプローブカード１０の正面図である。プローブカード１０は絶縁体で形成された基板１２を備えている。基板１２には、例えばはんだによりソケット１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６が固定されている。基板１２にはソケット１４を介して第１接触子群２８が固定されている。第１接触子群２８は、４本の第１自由摺動接触子２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄと１本の第１拘束接触子２８ｅを有している。第１自由摺動接触子２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄと第１拘束接触子２８ｅは例えば銅などの金属で形成する。

図２は、第１接触子群２８の斜視図である。第１拘束接触子２８ｅの形状について説明する。第１拘束接触子２８ｅは本体部Ａを備えている。本体部Ａは、上端部Ｂと固定部Ｃを有している。固定部Ｃは、ソケット１４に当たって第１拘束接触子２８ｅとソケット１４の相対位置を確定するために用いられる。

本体部Ａにはばね部Ｄがつながっている。ばね部Ｄは湾曲した形状を有している。ばね部Ｄにはコンタクト部Ｅがつながっている。コンタクト部Ｅは被測定物の端子（以後、被測定物の端子を製品端子と称する）と接触する部分である。そして、コンタクト部Ｅが製品端子にあたってＺ正方向の力を受けると、ばね部Ｄがたわんでコンタクト部Ｅが矢印方向（Ｙ正方向）に移動する。

このように、第１拘束接触子２８ｅは本体部Ａ、ばね部Ｄ、及びコンタクト部Ｅを備えている。４本の第１自由摺動接触子２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄは、第１拘束接触子２８ｅと同じ形状である。そして、５本の接触子（第１自由摺動接触子２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄと第１拘束接触子２８ｅ）が重ねられることで、これらの５本の接触子は相互に電気的に接続されている。これらの接触子のコンタクト部は、それぞれが独立して移動できる。例えば、第１自由摺動接触子２８ｄのコンタクト部は第１拘束接触子２８ｅのコンタクト部に対して自由にＹ正方向又はＹ負方向に移動できる。

図１の説明に戻る。基板１２にはソケット１６を介して第２接触子群３０が固定されている。第２接触子群３０は、第２拘束接触子３０ａ、３０ｅと第２自由摺動接触子３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを有している。第２拘束接触子３０ａ、３０ｅと第２自由摺動接触子３０ｂ、３０ｃ、３０ｄは、第１自由摺動接触子２８ａと同じ形状及び材料で形成されている。そして、第２拘束接触子３０ａ、３０ｅと第２自由摺動接触子３０ｂ、３０ｃ、３０ｄが重ねられることで、これらの５本の接触子は相互に電気的に接続されている。また、これらの接触子のコンタクト部はそれぞれが独立して移動できる。

基板１２にはソケット１８を介して第３接触子群３２が固定されている。第３接触子群３２は、第３拘束接触子３２ａと第３自由摺動接触子３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅを有している。第３拘束接触子３２ａと第３自由摺動接触子３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅは、第１自由摺動接触子２８ａと同じ形状及び材料で形成されている。そして、第３拘束接触子３２ａと第３自由摺動接触子３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅが重ねられることで、これらの５本の接触子は相互に電気的に接続されている。また、これらの接触子のコンタクト部はそれぞれが独立して移動できる。

基板１２には、ソケット２０、２２、２４、２６を介してそれぞれ接触子４０、４２、４４、４６が固定されている。第１拘束接触子２８ｅと第２拘束接触子３０ａは、基板１２から見て製品端子側の部分において、接続部５０によって電気的に接続されている。具体的には、接続部５０は、第１拘束接触子２８ｅのコンタクト部と第２拘束接触子３０ａのコンタクト部を接続する配線である。

第２拘束接触子３０ｅと第３拘束接触子３２ａは、基板１２から見て製品端子側の部分において、接続部５２によって電気的に接続されている。具体的には、接続部５２は、第２拘束接触子３０ｅのコンタクト部と第３拘束接触子３２ａのコンタクト部を接続する配線である。

次に、被測定物について説明する。図３は、被測定物１００の平面図である。被測定物１００は樹脂封止型半導体装置である。被測定物１００は樹脂１０２を有している。樹脂１０２の内部には、例えばＩＧＢＴ素子とダイオード素子で３相交流インバータ回路が形成されている。なお、樹脂１０２の内部の回路構成は特に限定されない。

エミッタ端子１０４、１０６、１０８（Ｎ端子）が樹脂１０２の外部に伸びている。エミッタ端子１０４、１０６、１０８はＧＮＤ端子として用いられる。エミッタ端子１０４、１０６、１０８は、Ｘ−Ｙ平面と平行な付け根部１０４ａ、１０６ａ、１０８ａ、及びＺ正方向に伸びる挿入部分１０４ｂ、１０６ｂ、１０８ｂを備えている。図４には、被測定物の正面図を示す。

図３の説明に戻る。インバータ回路の出力端子であるＵ端子１１０、Ｖ端子１１２、Ｗ端子１１４が樹脂１０２の外部に伸びている。さらに、コレクタ端子１１６（Ｐ端子）も樹脂１０２の外部に伸びている。これらの端子と逆方向（Ｙ負方向）に制御端子１２０が伸びている。このように、被測定物１００は複数の製品端子を備えている。

次に、図５を参照しつつ、本発明の実施の形態１に係るプローブカード１０を用いた被測定物１００の測定方法を説明する。まず、第１接触子群２８、第２接触子群３０、第３接触子群３２、及び接触子４０、４２、４４、４６の基板１２から見て製品端子と反対側の部分に、測定部１３０を接続する。

そして、被測定物１００をのせたステージ１３２をＺ正方向（矢印方向）に移動させることで被測定物１００をプローブカードに近づける。そして、第１接触子群２８、第２接触子群３０、第３接触子群３２、接触子４０、４２、４４、４６のコンタクト部をそれぞれ、エミッタ端子１０４の付け根部１０４ａ、エミッタ端子１０６の付け根部１０６ａ、エミッタ端子１０８の付け根部１０８ａ、Ｕ端子１１０、Ｖ端子１１２、Ｗ端子１１４、コレクタ端子１１６に接触させる。

図６は、エミッタ端子１０４、１０６、１０８と各接触子（第１接触子群２８、第２接触子群３０、及び第３接触子群３２に属する接触子のことをいう、以下同じ）の接続を示す平面図である。各接触子については、エミッタ端子とコンタクトしたコンタクト部のみ示す。各接触子がエミッタ端子にあたった段階では、各接触子のＹ座標は等しい。次に、さらにステージ１３２をＺ正方向に移動させて、第１自由摺動接触子２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、第２自由摺動接触子３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、第３自由摺動接触子３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅを、それぞれエミッタ端子１０４、１０６、１０８に対して摺動させる。

図７は、第１自由摺動接触子２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、第２自由摺動接触子３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、及び第３自由摺動接触子３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ（以後、これらを第１〜第３自由摺動接触子と称する）をエミッタ端子に対して摺動させたことを示す平面図である。この摺動によって、第１〜第３自由摺動接触子はＹ軸正方向に移動する。

これに対し、第１拘束接触子２８ｅ、第２拘束接触子３０ａ、３０ｅ、及び第３拘束接触子３２ａ（以後、これらを第１〜第３拘束接触子と称する）は、接続部５０又は接続部５２によって動きが拘束されるので、摺動が制限される。その結果、第１〜第３自由摺動接触子のＹ軸正方向への移動量は、第１〜第３拘束接触子のＹ軸正方向への移動量より大きくなる。

上述のとおり、第１〜第３拘束接触子は接続部５０、５２による摺動阻害を受ける。しかし、第１自由摺動接触子２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄは第１拘束接触子２８ｅに対して自由に摺動し、第２自由摺動接触子３０ｂ、３０ｃ、３０ｄは第２拘束接触子３０ａ、３０ｅに対して自由に摺動し、第３自由摺動接触子３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅは第３拘束接触子３２ａに対して自由に摺動することで、第１〜第３自由摺動接触子の十分な摺動を確保することができる。

このように第１〜第３自由摺動接触子によって十分な摺動を確保しているので、第１〜第３拘束接触子を十分に摺動させる必要はない。そのため、接続部５０、５２を第１〜第３拘束接触子のコンタクト部に接続することができる。これにより、接触子同士を製品端子の近くで接続することが可能となる。

ところで、従来は、接触子の十分な摺動を確保するためには、基板から見て製品端子と反対側の部分で接触子同士を接続しなければならなかった。従って、第１〜第３拘束接触子のコンタクト部同士を接続部で接続する場合だけでなく、第１〜第３拘束接触子同士を基板から見て製品端子側の部分で接続すれば、接触子同士を製品端子の近くで接続できたということができる。

接続部５０は、第１接触子群２８のうち最も第２接触子群３０に近い第１拘束接触子２８ｅと、第２接触子群３０のうち最も第１接触子群２８に近い第２拘束接触子３０ａとを接続するので、第１接触子群２８と第２接触子群３０を最短距離で接続できる。接続部５２についても同様に、第２接触子群３０と第３接触子群３２を最短距離で接続する。このように接触子群間を最短距離で接続することで、測定時の抵抗とインダクタンスを低減できる。

このように、本発明の実施の形態１に係るプローブカード１０の重要な特徴は、接続部５０、５２により摺動が阻害され得る第１〜第３拘束接触子に加えて、第１〜第３拘束接触子とは独立して摺動可能な第１〜第３自由摺動接触子を設けたことである。この特徴によって、第１〜第３自由摺動接触子により十分な摺動を確保しつつ、第１〜第３拘束接触子と接続部５０、５２によって接触子同士を製品端子の近くで接続できる。

本発明の実施の形態１に係るプローブカード１０は様々な変形が可能である。例えば、本発明の実施の形態１では３つの接触子群を設けたが、接触子群の数は２つ以上であれば特に限定されない。接触子群の数は、被測定物のエミッタ端子の数と一致させることが好ましい。

本発明の実施の形態１では１つの接触子群が５本の接触子を有するが、本発明はこれに限定されない。上記の効果を得るためには、１つの接触子群が１本の自由摺動接触子と１本の拘束接触子を有していればよい。従って、接触子群を構成する接触子の数は２以上であればよい。

各接触子の形状は、製品端子に対して押し当てられると製品端子の表面を摺動する形状であればよく、図２に示す形状に限定されない。例えば、接触子としてスプリング式接触子又はカンチレバー式接触子を用いても良い。また、第１〜第３拘束接触子は第１〜第３自由摺動接触子と接続部を電気的に接続するために設けられるため、第１〜第３拘束接触子を製品端子と接しない形状としてもよい。その場合、当然ながら、第１〜第３拘束接触子は摺動しない形状でよい。

５本の接触子（第１自由摺動接触子２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄと第１拘束接触子２８ｅ）を重ねた上でソケット１４に固定することに加えて、これらの５本の接触子の上端部Ｂをはんだ付けして結束させてもよい。このはんだ付けにより、各接触子のコンタクト部の摺動には影響を与えることなく、５本の接触子を確実に基板に固定できる。なお、第２接触子群と第３接触子群についても同様にはんだ付けしてもよい。

各接触子の酸化を防止するために、これらに金属コーティングを施しても良い。なお、上記の様々な変形は以下の実施の形態に係るプローブカードにも応用できる。

以下の実施の形態に係るプローブカードとそれを用いた被測定物の測定方法は、実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

実施の形態２．
図８は本発明の実施の形態２に係るプローブカード１５０の正面図である。基板１２には、例えばはんだによりソケット１５２が固定されている。基板１２にはソケット１５２を介して接触子群１６０が固定されている。

第１接触子群２８と第２接触子群３０の間には接続部１６２が設けられている。接続部１６２は、第１接触子群２８の接触子と同じ形状の５枚の接触子を有している。第２接触子群３０と第３接触子群３２の間には接続部１６４が設けられている。接続部１６４は、第１接触子群２８の接触子と同じ形状の５枚の接触子を有している。このように、接触子群１６０は、第１接触子群２８の接触子と同じ形状の２５枚の接触子が重ねられたものである。

図９は、エミッタ端子と接触子群１６０の接続を示す平面図である。２５枚の接触子が一体化された接触子群１６０がエミッタ端子１０４、１０６、１０８に接触する。本発明の実施の形態２に係るプローブカード１５０は、実施の形態１のプローブカード１０と同様な効果を得ることができ、しかも同一形状かつ同一材料の２５枚の接触子で接触子群１６０を構成するシンプルな構成であるので容易に製造できる。

ところで、第１拘束接触子２８ｅ、接続部１６２、第２拘束接触子３０ａ、３０ｅ、接続部１６４、及び第３拘束接触子３２ａは第１自由摺動接触子２８ａと同じ形状で形成したが、これらは製品端子に対して摺動する必要がないので、第１自由摺動接触子２８ａと異なる形状としてもよい。また、接続部１６２の接触子の数は、第１接触子群２８と第２接触子群３０の間隔に応じて、これを埋めるように適宜定めればよい。接続部１６４の接触子の数も、第２接触子群３０と第３接触子群３２の間隔に応じて、これを埋めるように適宜定めればよい。

実施の形態３．
図１０は本発明の実施の形態３に係るプローブカード２００の正面図である。プローブカード２００は、ソケット２０１を介して基板１２に固定された接続部２０２、２０４を備えている。接続部２０２は第１部分２０２ａ、第２部分２０２ｂ、及び第３部分２０２ｃを備えている。

第１部分２０２ａは、基板１２の上面側と下面側の両方で例えばはんだを介して第１拘束接触子２８ｅと接する。第２部分２０２ｂは、基板１２の上面側と下面側の両方で例えばはんだを介して第２拘束接触子３０ａと接する。第３部分２０２ｃは、第１部分２０２ａと第２部分２０２ｂを基板１２の下面側で接続する。ここで、基板１２の下面側とは、基板１２から見て製品端子側のことをいう。図１１は、接続部２０２の斜視図である。

第１部分２０４ａ、第２部分２０４ｂ、及び第３部分２０４ｃを備える接続部２０４について説明する。第１部分２０４ａは、基板１２の上面側と下面側の両方で例えばはんだを介して第２拘束接触子３０ｅと接する。第２部分２０４ｂは、基板１２の上面側と下面側の両方で例えばはんだを介して第３拘束接触子３２ａと接する。第３部分２０４ｃは、第１部分２０４ａと第２部分２０４ｂを基板１２の下面側で接続する。

例えば第１接触子群と第２接触子群の間隔が広いときに、その間隔を接触子を重ねることで埋めようとすると多数の接触子を要して非効率である。そこで、上記のように第３部分２０２ｃ、２０４ｃを有する接続部２０２、２０４を設けることで、構成を簡素化できる。

図１２は変形例に係るプローブカード２５０の正面図である。接続部２５２は第１部分２５２ａ、第２部分２５２ｂ、及び第３部分２５２ｃを備えている。接続部２５４は第１部分２５４ａ、第２部分２５４ｂ、第３部分２５４ｃを備えている。第１部分２５２ａ、２５４ａと第２部分２５２ｂ、２５４ｂの基板１２からの突出量は、第１自由摺動接触子２８ａの基板１２からの突出量より小さい。従って、接続部２５２、２５４が製品端子に当たって応力を受けることを防止できる。

図１０の接続部２０２、２０４、及び図１２の接続部２５２、２５４は、隣接する拘束接触子とはんだ付けせず重ねるだけでもよい。また、これらの接続部の拘束接触子との接触面積は適宜調整することができる。

実施の形態４．
図１３は本発明の実施の形態４に係るプローブカード３００の正面図である。接続部３０２、３０４は銅を材料とする板材で形成されている。そして、接続部３０２の一端が第１拘束接触子２８ｅに接し、他端が第２拘束接触子３０ａに接する。接続部３０４の一端が第２拘束接触子３０ｅに接し、他端が第３拘束接触子３２ａに接する。

接続部３０２、３０４に板材を用いることで、配線を用いた場合と比較して測定時の抵抗とインダクタンスを低減できる。なお、板材の材料は銅以外の金属でも良い。

ここまでの各実施の形態の特徴は適宜に組み合わせてもよい。

１０ プローブカード、 １２ 基板、 １４,１６,１８,２０,２２,２４,２６ ソケット、 ２８ 第１接触子群、 ２８ａ,２８ｂ,２８ｃ,２８ｄ 第１自由摺動接触子、 ２８ｅ 第１拘束接触子、 Ａ 本体部、 Ｂ 上端部、 Ｃ 固定部、 Ｄ ばね部、 Ｅ コンタクト部、 ３０ 第２接触子群、 ３０ｂ,３０ｃ,３０ｄ 第２自由摺動接触子、 ３０ａ,３０ｅ 第２拘束接触子、 ５０,５２ 接続部、 １００ 被測定物 １０２ 樹脂、 １０４,１０６,１０８ エミッタ端子、 １１０ Ｕ端子、 １１２ Ｖ端子、 １１４ Ｗ端子、 １１６ コレクタ端子、 １２０ 制御端子、 １３０ 測定部、 １３２ ステージ、 ２０２ 接続部、 ２０２ａ 第１部分、 ２０２ｂ 第２部分、 ２０２ｃ 第３部分、 ３０２,３０４ 接続部

Claims (6)

1. 基板と、
   製品端子に対して押し当てられると前記製品端子の表面を摺動する形状の金属で形成された第１自由摺動接触子と、金属で形成され、前記第１自由摺動接触子と重ねられた第１拘束接触子と、を有し、前記基板に固定された第１接触子群と、
   前記第１自由摺動接触子と同じ形状の金属で形成された第２自由摺動接触子と、金属で形成され、前記第２自由摺動接触子と重ねられた第２拘束接触子と、を有し、前記基板に固定された第２接触子群と、
   前記第１拘束接触子と前記第２拘束接触子を、前記基板から見て前記製品端子側の部分で電気的に接続する接続部と、を備え、
   前記第１自由摺動接触子は前記第１拘束接触子に対して自由に摺動し、前記第２自由摺動接触子は前記第２拘束接触子に対して自由に摺動することを特徴とするプローブカード。
2. 前記接続部は配線で形成されたことを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
3. 前記第１拘束接触子、前記接続部、及び前記第２拘束接触子は前記第１自由摺動接触子と同じ形状で形成されたことを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
4. 前記接続部は、
   前記基板の上面側と下面側の両方で前記第１拘束接触子と接する第１部分と、
   前記基板の上面側と下面側の両方で前記第２拘束接触子と接する第２部分と、
   前記第１部分と前記第２部分を前記基板の下面側で接続する第３部分と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。
5. 前記第１部分と前記第２部分の前記基板からの突出量は、前記第１自由摺動接触子の前記基板からの突出量より小さいことを特徴とする請求項４に記載のプローブカード。
6. 前記接続部は板材で形成されたことを特徴とする請求項１に記載のプローブカード。

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