JP7309219B2 - プローブ端子、評価用ソケット、およびデバイスの評価方法 - Google Patents

Description

本発明はデバイスの評価に用いられるプローブ端子に関する。また、プローブ端子を有する評価用ソケットに関する。また、プローブ端子を用いたデバイス評価方法に関する。

電子デバイスの検査等のために、電子デバイスの外部電極（外部端子）となっているはんだボールにコンタクトプローブを接触させている。

特許文献１は、電気的接続部を有するシリンダと、電気的接続部を有し、前記シリンダ内を往復動可能なプランジャと、前記シリンダ及び前記プランジャに沿って外側に配置され、電子部品用ソケットに設置されたとき圧縮されるコイルバネと、を備えることを特徴とする電子部品用ソケットのコンタクトプローブを開示している。

特許文献２は、ＩＣパッケージを所定位置に案内する開孔を有するソケット基板、前記ＩＣパッケージの外部接点に対応して複数の貫通孔が形成されている絶縁基板、前記貫通孔内に配置されるコンタクトピン、及び前記ＩＣパッケージの外部接点を前記コンタクトピンに所定圧力で接触させるカバー部材とを備える狭ピッチＩＣパッケージ用ＩＣソケットにおいて、前記コンタクトピンは、前記ＩＣパッケージの外部端子に接触する端子部とその幅が該端子部より広い幅広部とその幅が前記端子部と同じか又は細い心棒部とを含む第１プランジャ、前記心棒部がその内部を貫通するコイルバネ、及び外部回路の接続端子に接続される断面略Ｕ字形の第２プランジャから構成されていることを特徴とする狭ピッチＩＣパッケージ用ＩＣソケットを開示している。

特許文献３は、絶縁基板にこれを貫通する複数のプローブ装着孔を形成し、上記各プローブ装着孔に、少なくとも一端が接触端をなす一対の導電性プランジャを、その接触端が外側を向き上記絶縁基板の表面から突出し、その間に導電性スプリングが介在するように装着し、上記各プローブ装着孔内の一対の導電性プランジャを、上記導電性スプリングが外向きの弾力を蓄える状態で抜け止めしてなることを特徴とするプローブコンタクタを開示している。

特開２００３－１６７００１号公報 特開２００４－１５２４９５号公報 特開２００２－３３３４５３号公報

電子デバイスの故障解析などの試験にあたっては、電子デバイスのケースを外して導通する場合がある。ケースを外して試験を行う場合、内部のウェハが露出した状態となる。一般的なプローブは、外部電極（外部端子）であるはんだボールなどを基板やウェハ方向に押し込む方向(垂直方向)で接触させる場合が多い。特許文献１～３においても、垂直方向で移動させてコンタクトプローブを接触させている。

はんだボールなどの外部電極は基板、ウェハと積層されており、垂直方向は、ウェハ方向に押し込むものとなる。コンタクトプローブによる検査は、電気の導通試験などが主たるものとなるため、部分的に接触していればよい場合が多い。このため、１つのコンタクトプローブが外部電極と接触しても、基板やウェハを押し込む力は非常に小さい。

しかし、デバイスの種類によっては、外部電極が多数近接して配置されており、その数が多くなると、それぞれの外部電極に対応したコンタクトプローブに荷重がかかるものとなる。このため、例えば、１つのコンタクトプローブで５ｇ程度の荷重しかかからないとしても、３００個配置されていると、狭い範囲に１．５ｋｇ程度の荷重がかかるものとなる。このような荷重で基板やウェハを押し込もうとすると、薄型化や軽量化などが進んでいる電子デバイスにおいては、機械的に破壊されてしまう恐れがある。

かかる状況下、本発明は、基板やウェハを破壊するおそれが少ない電子デバイスの評価に用いるプローブ端子等を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記の発明が上記目的に合致することを見出し、本発明に至った。すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。

＜１＞ デバイスの試験を行うためのプローブ端子であって、前記デバイスの外部電極と対応する位置に配置されるプローブ先端を有し、前記プローブ先端が、前記外部電極を収容する形状の開口部を有することを特徴とするプローブ端子。
＜２＞ 前記プローブ先端が、筒状部を有する、前記＜１＞に記載のプローブ端子。
＜３＞ 前記＜１＞または＜２＞に記載のプローブ端子を前記デバイスに対応させて配列した評価用ソケットであって、前記デバイスの外部電極が収容される高さに前記デバイスを支持する支持部と、前記外部電極が配置された水平面に対して水平方向に、前記外部電極と前記プローブ先端とを、相対的に移動させる移動手段とを有する、評価用ソケット。
＜４＞ 前記移動手段が、前記支持部を有するスライドボードを移動させるものである前記＜３＞に記載の評価用ソケット。
＜５＞ デバイスの外部電極と対応する位置に配置されたプローブ先端を有し前記プローブ先端が前記外部電極を収容する形状の開口部を有するプローブ端子の前記プローブ先端を、前記デバイスの外部電極の対応する位置に配置する配置工程と、
前記外部電極が配置された水平面に対して水平方向に、前記外部電極と前記プローブ先端とを、相対的に移動させる移動工程とを有する、デバイスの評価方法。

本発明のプローブ端子等によれば、基板やウェハを破壊するおそれが少ない電子デバイスの評価ができる。

本発明の電子デバイスの評価方法におけるプローブ先端とはんだボールとの位置関係を説明するための正面視した概要図である。 本発明の評価用ソケットの構造を説明するための概要図である。 図２の評価用ソケットの部分拡大図である。 本発明の評価用ソケットの移動手段の例を説明するための正面視した概要図である。 本発明に係るプローブの構造例を説明するための概要図である。 本発明に係るプローブを用いた導通経路を説明するための正面視した概要図である。 本発明の電子デバイスの評価方法の一例を示すフロー図である。 本発明の評価用ソケットの構造例を示す像である。 本発明のプローブ端子の構造例を示す像である。 本発明に係る電子デバイスの評価におけるプローブ先端と電子デバイスのはんだボールの状態を示す像である。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例（代表例）であり、本発明はその要旨を変更しない限り、以下の内容に限定されない。なお、本明細書において「～」という表現を用いる場合、その前後の数値を含む表現として用いる。

［本発明のプローブ端子］
本発明のプローブ端子は、デバイスの試験を行うためのプローブ端子であって、前記デバイスの外部電極と対応する位置に配置されるプローブ先端を有し、前記プローブ先端が、前記外部電極を収容する形状の開口部を有する。

［本発明の評価用ソケット］
本発明の評価用ソケットは、本発明のプローブ端子を前記デバイスに対応させて配列した評価用ソケットであって、前記デバイスの外部電極が収容される高さに前記デバイスを支持する支持部と、前記外部電極が配置された水平面に対して水平方向に、前記外部電極と前記プローブ先端とを、相対的に移動させる移動手段とを有する。

［本発明のデバイスの評価方法］
本発明のデバイスの評価方法は、デバイスの外部電極と対応する位置に配置されたプローブ先端を有し前記プローブ先端が前記外部電極を収容する形状の開口部を有するプローブ端子の前記プローブ先端を、前記デバイスの外部電極の対応する位置に配置する配置工程と、
前記外部電極が配置された水平面に対して水平方向に、前記外部電極と前記プローブ先端とを、相対的に移動させる移動工程とを有する。

なお、本願において本発明の評価用ソケットは、本発明のプローブ端子を備えるものとすることができ、本発明のプローブ端子や本発明の評価用ソケットは、本発明のデバイスの評価方法に用いることができ、本願においてそれぞれに対応する構成は相互に利用することができる。

［プローブ端子１１］
図１は、本発明の電子デバイスの評価方法におけるプローブ先端と外部電極であるはんだボールとの位置関係を説明するための正面視した概要図である。図１における左右の幅方向をＸ方向とし、上下の高さ方向をＺ方向とし、またＸ方向とＺ方向と直交する奥行方向をＹ方向とする。

図１（ａ）は、プローブ端子１１のプローブ先端１１１を、デバイス２の外部電極であるはんだボール２２に対応する位置に配置した状態である。プローブ端子１１は、プローブ１０のはんだボール２２に接触させるための端子である。プローブ端子１１のはんだボール２２と接する端部と反対側は、導通経路に接続して用いられる。プローブ端子１１は、評価用ソケットに配列して設置され、支持部４１１との配置が所定のものとなるように配置されている。

図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す状態から、デバイス２を評価用ソケット４（図２参照）の支持部４１１に支持させた状態を示す図である。支持部４１１は、評価用ソケットの一部であり、幅方向の基準位置Ｘ０の位置決めをする部分である。はんだボール２２に対するプローブ端子１１の位置は、デバイス２を支持部４１１に置くことで、対応する位置となる。

この状態は、手動などで、デバイス２を支持部４１１に置くことで、プローブ端子１１とはんだボール２２との高さ方向の相対的な位置関係を移動させて、プローブ先端１１１内にはんだボール２２を収容した状態である。この状態では、プローブ先端１１１と、はんだボール２２とは接触しないように、プローブ端子１１は配列されている。よって、インターポーザ基板２１やウェハ２３に対して、押し込む方向となるＺ方向への荷重は、設計精度上かかる極めて小さいものか、実質的にゼロ程度の荷重とすることができる。

図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示す状態からプローブ端子１１とはんだボール２２との幅方向の相対的な位置関係を移動させて、プローブ先端１１１内ではんだボール２２と接触部３１で接触させた状態である。図１（ｃ）において、デバイス２は基準位置であるＸ０から、試験位置となるＸ１に、距離Ｌ１移動している。支持部４１１により、高さ方向（Ｚ方向）でデバイス２を支持した状態で、スライドボード４１が、水平方向の幅方向Ｘ方向に移動することで、デバイス２をプローブ端子１１と相対的に移動させている。このような移動により形成される接触部３１によれば、インターポーザ基板２１や、ウェハ２３に対して押し込む荷重をほとんどかけることなく、はんだボール２２とプローブ端子１１とは接触して導通試験などができる状態となる。

［プローブ１０］
プローブ１０は、デバイス２の試験を行うためのプローブ端子である。プローブ１０は、プローブ先端１１１を有するプローブ端子１１を有する。プローブ１０は、デバイス２の試験対象となるはんだボール２２と対応するように配置されて用いられる。

［プローブ端子１１、プローブ先端１１１］
プローブ端子１１は、デバイスの外部電極であるはんだボール２２と対応する位置に配置される。プローブ端子１１は、デバイス２の評価を行うとき、はんだボール２２側に向けるプローブ１０の端部側の端子である。プローブ端子１１の一端には、プローブ先端１１１が設けられている。プローブ先端１１１は、はんだボール２２を収容する形状を有する。プローブ先端１１１は、デバイスに応じた外部電極を収容できる部分まで開口するような収容形状であればよい。例えば、半球状や楕円状、角柱状や、角錐状、楕円錐状などの溝形状を有することで、収容形状とすることができる。

プローブ端子１１は導電性を有する管状の部材を用いてもよい。プローブ先端１１１に円筒状部材等を用いることで、プローブ先端１１１がはんだボール２２を収容した状態で、プローブ端子１１とはんだボール２２が安定して接触することができる。また、水平方向のいずれの方向に移動させても導通試験を行うことができる。

［デバイス２］
デバイス２は、はんだボール２２などの外部電極が配置されたインターポーザ基板２１を有している。インターポーザ基板２１は、デバイスの用途に合わせてその周囲のケース等に取り付けられている。図１に示すように、デバイス２は、ウェハ２３、インターポーザ基板２１、外部電極であるはんだボール２２が積層されている。図１等においては、外部電極は、はんだボール２２を例として説明したが、本願発明に係る外部電極は、はんだボールのほかにも、ピングリッドアレイのようなピンなどを対象としてもよい。

［評価用ソケット４］
図２は、評価用ソケット４の概要図である。プローブ端子１１は評価対象のデバイス２のはんだボール２２に対応する位置に配置された状態で配列され保持されるように評価用ソケット４に支持されたものとすることができる。評価用ソケット４は、デバイス２を支持する支持部４１１や、デバイス２を移動させる移動手段となるスライドボード４１を有するものとすることができる。

図２（ａ）は、評価用ソケット４を平面視した図である。ここでは、評価用ソケット４のスライドボード４１内の支持部４１１にデバイス２を配置した状態である。また、デバイス２を固定するために、中央にデバイス用蓋４３で固定している。

図２（ｂ）は、評価用ソケット４を平面視した図である。ここでは、評価用ソケット４にデバイス２を配置していない状態である。デバイス２に対応させて配置されている多数のプローブ先端１１１を見下ろした状態である。また、評価用ソケット４の全体の蓋となるソケット蓋４２で蓋をしている。

図２（ｃ）は、図２（ａ）の中央の断面である。プローブ端子１１を備えるプローブ１０は、評価用ソケット４の略中央に多数配置されている。また、プローブ１０は評価用ソケット４を貫通して、プローブ端子１１とは反対側となる端部（図２（ｃ）の下側）が、導通試験等の基板などに接続できるように開放されている。

図２（ｄ）は、図２（ｂ）のＡ－Ａ´断面である。スライド溝部４４１周辺の構成を説明するためのものである。このスライド溝部４４１や、ボルト６１、スライドブロック６２により、移動を行う。この移動について詳しくは、後述する。

図３は、図２（ｂ）の評価用ソケット４の領域Ａ１の部分拡大した概要図である。はんだボール２２は、図３に破線で示すように、高さ方向（Ｚ方向）からみたとき、円状である。プローブ先端１１１は、はんだボール２２を収容するような形状であり、はんだボール２２の円状よりも、一回り大きい円状である。すなわち、プローブ先端１１１は、はんだボール２２と接触することなく、その周囲を覆う配置とすることができる大きさである。

［プローブ端子１１の相対的な移動］
図４は、本発明のプローブ端子の移動手段の例を説明するための正面視した断面概要図である。図４は、図２（ｂ）のＡ－Ａ´断面図と、図２（ｄ）の部分拡大図に対応する。図１（ｂ）に示すように、評価用ソケット４の支持部４１１にデバイス２を支持させた状態で、はんだボール２２はプローブ先端１１１に収容されており、このとき非接触である。支持部４１１はスライドボード４１の一部として設計されている。スライドボード４１が移動すると、その移動に伴い、デバイス２も移動する。

このスライドボード４１は、評価用ソケット４の各辺の近傍に設けられたスライド溝部４４１（図２参照）で水平移動させることができる。スライド溝部４４１には、高さ方向（Ｚ方向）の下側に向けて先細りするテーパー状の開口部が設けられている。スライドボード４１は、このテーパー状と対応するテーパー状を一方（図４で右側）にのみ有するスライドブロック６２をボルト６１で固定している。

このとき、ボルト６１を深く押し込めば（図４（ｂ））、スライドブロック６２の右側のテーパー状部のみが、開口部４１２を接触した状態で下がる。これにより、スライドボード４１は、右側に移動させられる。よって、基準位置Ｘ０から、移動位置Ｘ１まで、距離Ｌ１移動する。これにより、スライドボード４１に支持されているデバイス２も移動する。このとき、スライドボード４１は、評価用ソケット４において、評価用ソケット４の基台と独立してスライドするものとしていることで、プローブ先端１１１は移動せず、デバイス２とプローブ先端１１１との移動は水平方向に相対的なものとなる。

なお、図４では、スライドボード４１によるデバイス２の移動を例に説明したが、はんだボール２２と、プローブ先端１１１とが相対的に移動できればよく、プローブ１０側を移動させてもよいし、プローブ１０とデバイス２とが双方移動するものとしてもよい。

［デバイスの評価装置］
本発明にかかるデバイスの評価装置は、本発明の評価用ソケットを備えるものとすることができる。プローブ１０は、導電性を有する部材などで構成する。デバイスの評価装置は、プローブ１０のプローブ端子１１との他端側を、適宜、電流や電圧を測定するための評価装置基板などに接続し、導通経路を確保したものである。プローブ１０は、そのプローブ先端１１１の内側ではんだボール２２と接している以外は、従来のコンタクトプローブなどを援用するものとすることができるため、デバイスの評価装置も従来のものと同様の評価を行うことができる。

［プローブ１０］
図５（ａ）は、プローブ１０の構造例を示す正面視した概要図である。図５（ａ）は、全体概要図である。図５（ｂ）はプローブ先端１１１周辺の部分拡大図である。プローブ１０は、プローブ端子１１と、保持部１２と、接触部１３とを有している。保持部１２と接触部１３とは接続部１２１で接続されている。保持部１２や接触部１３は、特に接触部１３には、一般的なコンタクトプローブなどを用いることができる。プローブ１０は、細長いピン状の形状である。プローブ端子１１は、筒状の部材である。プローブ端子１１のプローブ先端１１１は、インターポーザ基板２１に接続されたはんだボール２２を収容する形状である（図５（ｂ））。

［保持部１２、接触部１３］
保持部１２は筒状のプローブ端子１１を保持する部分である。また、接続部１２１は、保持部１２と接触部１３を接続する部分である。また、プローブ１０は、プローブ先端１１１の内側にはんだボールを配置させて、水平方向に移動させてはんだボール２２と接触する。このため、プローブ１０の特にプローブ端子１１には水平方向の力がかかるものとなる。この水平方向の力がかかったとき、プローブ１０がたわむことで、はんだボール２２を有するインターポーザ基板２１への荷重負荷をより低減できる。このプローブ１０がたわみやすいように、接続部１２１は緩衝するような柔軟性を有する構造とすることもできる。

接触部１３は、プローブ端子１１の他端側を、デバイスの評価装置の基板５に導通させるための部分である（図６参照）。

［本発明のデバイスの評価方法］
図７は、本発明のデバイスの評価方法の一例を示すフロー図である。この工程は図１を参照して行うことができる。デバイスの評価方法を開始し、ステップＳ１１は、はんだボールに対する所定の位置にプローブ端子のプローブ先端を配置するように、評価用ソケットなどにデバイスを配置して支持させる。次に、ステップＳ２１は、はんだボールとプローブ先端とを第一の方向に移動させる。ステップＳ２１により、はんだボールとプローブ先端とは物理的には接触している状態となるため、ステップＳ３１は、導通確認を行う。

［配置工程］
ステップＳ１１は、より詳しくは、デバイスのはんだボールと対応する位置に配置されたプローブ先端を有し、プローブ先端がはんだボールを収容する形状の開口部を有するプローブ端子を用いるものである。このプローブ端子のプローブ先端を、デバイスのはんだボールの水平方向の対応する位置に配置する。さらに、はんだボールが配置された水平面に対して垂直方向に、はんだボールと、プローブ先端の前記開口部とを、相対的に移動させるものである。これにより、はんだボールを開口部に収容する第一方向の移動工程とすることができる。これは、位置決めするための支持部４１１にデバイス２を支持させることで行うことができる。

［移動工程］
ステップＳ２１は、より詳しくは、ステップＳ１１の後に、はんだボールが配置された水平面に対して水平方向に、はんだボールとプローブ先端とを、相対的に移動させる移動工程とすることができる。移動工程を行うことで、プローブ先端の開口部内ではんだボールを接触させ、導通確認ができる状態とする。

［設計例］
図８は、本発明の評価用ソケットの構造例の像である。中央にプローブ端子１１を配置しており、かつ、支持部にデバイスを配置することではんだボールとプローブ端子に非接触で収容された位置となる。

図９は、本発明のプローブ端子の構造例を示す像である。図１０は、デバイスのはんだボールを、プローブ端子に非接触で収容させた状態の像である。このプローブ端子は、はんだボール間のピッチが約０．８５ｍｍで配置され、はんだボール径が約０．５ｍｍのものを検査するためのものである。プローブ端子は、内径約０．７ｍｍ程度の筒をプローブ先端としている。このような形状として、はんだボールの中心と、プローブ先端の中心とを合わせた状態で、位置合わせをして、筒内にはんだボールを配置する。そして、はんだボールの水平方向に対して、０．１ｍｍ程度スライド移動すれば、はんだボールと、プローブ先端の接触を確保することができる。このようなプローブ端子を６２１個配置した評価用ソケットで、導通試験を行った結果、いずれのプローブ端子も独立して、はんだボールとの導通試験を行うことができた。また、試験対象のインターポーザ基板への負荷も小さく破壊等することはなかった。

また、それぞれのプローブ端子のプローブ先端は、筒状のため、製造精度の個体差などではんだボール間がわずかにずれていても、プローブ先端の内側で接触させやすい。また、近接するプローブ端子間のクリアランスも確保しやすく、意図しないはんだボールとの接触も生じ難い。さらに、プローブ端子の位置の調整などのアライメントも行いやすい。

このような、本発明に係るプローブ端子や、これを用いる本発明のデバイス評価装置、デバイスの評価方法は、次のような課題感に基づく要素や、特徴も有している。シールドを除去しているため、ウェハが垂直方向の力に弱くなっており、既存のプローブ端子では破損する場合も利用できる。故障部解析のため、導通時に、上部からウェハをプローブの筒内を通して観察可能な構造であり、顕微鏡レンズとの干渉を防止することができる。検査装置の設計や物理的な制限などが生じる場合も、上下や左右を反転しても使用できる。プローブを評価用ソケットの一部として検査用基板に配置する構成とできるため、小型化しやすい。

本発明は、電子デバイスの評価に利用することができ、産業上有用である。

１０ プローブ
１１ プローブ端子
１１１ プローブ先端
１２ 保持部
１２１ 接続部
１３ 接触部
１３１ 接触端
２ デバイス
２１ インターポーザ基板
２２ はんだボール
２３ ウェハ
３１ 接触部
４ 評価用ソケット
４１ スライドボード
４１２ 開口部
４２ ソケット蓋
４３ デバイス用蓋
４４１ スライド溝部
５ 基板
６１ ボルト
６２ スライドブロック

Claims (5)

1. デバイスの試験を行うためのプローブ端子であって、
   前記デバイスの外部電極と対応する位置に配置されるプローブ先端を有し、
   前記プローブ先端が、前記外部電極を収容する形状で、前記外部電極の径よりも大きい内径の筒状の開口部を有する、プローブ端子を前記デバイスに対応させて配列した評価用ソケットであって、
   前記デバイスの外部電極が前記プローブ端子の前記開口部の内側に収容される高さに前記デバイスを支持する支持部と、
   前記外部電極が配置された水平面に対して水平方向に、前記外部電極と前記プローブ先端とを、相対的に移動させることで前記プローブ先端の前記開口部の筒の内側を前記外部電極に接触させる移動手段とを有する、評価用ソケット。
2. 前記プローブ先端の前記開口部が、前記デバイスに向けて移動して前記外部電極を収容したとき、前記外部電極と接触しない内径である、請求項１に記載の評価用ソケット。
3. 前記移動手段が、前記支持部を有するスライドボードを移動させるものである請求項１または２に記載の評価用ソケット。
4. 前記外部電極が、はんだボールである、請求項１～３のいずれかに記載の評価用ソケット。
5. デバイスの外部電極と対応する位置に配置されたプローブ先端を有し前記プローブ先端が前記外部電極を収容する形状で、前記外部電極の径よりも大きい内径の筒状の開口部を有するプローブ端子の前記プローブ先端を、前記デバイスの外部電極の対応する位置で前記外部電極に対して垂直方向に移動して、前記外部電極を収容する位置に配置する配置工程と、
   前記配置工程の後に、前記外部電極が配置された水平面に対して水平方向に、前記外部電極と前記プローブ先端とを、相対的に移動させることで前記プローブ先端の前記開口部の筒の内側を前記外部電極に接触させる移動工程とを有する、デバイスの評価方法。