JPH04297879A - プローブボード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、プローブボードに関
し、例えば半導体ウェハ上に完成された半導体チップと
の電気的接続を得るためのものに利用して有効な技術に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のようにタングステン等からなる細
い線条のプローブ針を用いたプローブボードに代え、フ
レキシブルなフィルムベース上に写真技術を利用して微
細パターンからなる配線を形成し、それをプローブとし
て用いるプローブカードが開発されている。このプロー
ブカードでは、写真技術を用いてプローブとして作用す
る信号線を形成することができるから、従来の細い線条
からなるプローブ針を用いたものでは、測定不能な高密
度の電極を持つ半導体集積回路の測定が可能になる。こ
のようなプローブカードに関しては、例えば雑誌『セミ
コンダクタ　　インターナショナル（ＳＥＭＩＣＯＮＤ
ＵＣＴＯＲ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ）』１９８８
年８月号、頁９８〜頁１０１がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のプローブカード
では、半導体チップに対応した底面を持つ錐状の一体構
造のフィルムベースに配線層が形成されてなるものであ
る。それ故、半導体チップの電極に接触する配線先端は
、完全に固定された状態にある。この構成では、配線先
端は単に半導体チップの表面に押し付けられるのみであ
るから半導体チップのアルミニュウム層等からなる電極
上に酸化膜が形成されたり、あるいは付着したゴミ等を
突き破ることができず、安定的に良好な電気的接触を得
ることができないという問題を有する。一方、従来のよ
うなタングステン等からなる細い線条のプローブ針を用
いた場合には、１本ずつ半導体チップの電極に対応させ
るものであるため、組み立てが比較的複雑であることの
他、タングステンを主成分とする針を用いるものである
ため電送経路としての高周波数特性に難点がある。この
発明の目的は、組み立ての簡素化と良好な信号伝達特性
が得られるプローブボードを提供することにある。この
発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、フレキシブル配線基板に半
導体デバイスの１つの辺に設けられた電極に対応した配
線手段を形成してそれに接続端側が電気的に接続され、
先端部分が測定すべき電極に合わせられたプローブを設
け、このフレキシブル配線基板とともにプローブを挟む
ようにしたフィルムにプローブが挿入されるガイド部分
を設け、これらの積層構造体を上記プローブの先端にバ
ネ性を持たせるための弾性体を介在させてプローブ取付
体の下面に対してクランプングプレートにより下面側か
ら押し付けるように取り付けてプローブアッセンブリを
構成し、半導体デバイスの１ないし複数の辺の電極にそ
れぞれ対応して設けられる１ないし複数のプローブアッ
センブリを配線基板に取り付ける。

【０００５】

【作用】上記した手段によれば、フィルムのガイド部分
に挿入されたプローブの挿入して、フレキシブル配線基
板とフィルムにより積層構造にしてプローブアッセンブ
リに取り付ければよいから組み立てが簡単になり、プロ
ーブの尖端により半導体デバイスの電極への接触が行わ
れるとともに信号伝送経路の大半がフレキシブル配線基
板に形成された配線手段を用いることができるから良好
な信号伝達特性が得られる。

【０００６】

【実施例】図１には、この発明に係るプローブボードの
一実施例の断面図が示され、図２には、その要部を拡大
した断面図が示されている。プローブボードは半導体ウ
ェハプローバに対しては図２のように横方向に装着され
て使用されるが、図１では縦方向に描かれている。タブ
（ＴＡＢ）基板は、フレキシブルフラットケーブル等の
製造技術を利用し、フレキシブルなフィルムベースに写
真技術を用いて測定すべき半導体集積回路の１つの辺に
形成される複数からなる電極（ボンディングパッド等）
に合わせて、先端部が概略位置合わせされて配線層から
なるものである。上記タブ基板の先端部に対応して針穴
ガイドとしてのフィルムが形成される。このフィルムの
先端部分には、上記電極に対応した配列を持つ針穴ガイ
ド（プローブガイド）としての穴が形成される。この針
穴は、特に制限されないが、プレス打ち抜き加工又はレ
ーザー光線等を利用して上記電極の配列に合わせて正確
に形成される。

【０００７】この針穴には、タングステン等を主成分と
する比較的硬度の高い導電性金属からなるプローブ針の
先端が挿入される。このプローブ針は、従来の固定プロ
ーブボードに用いられるプローブ針と基本的には同じも
のを用いることができるが、その長さが従来のものに比
べて大幅に短く形成される。すなわち、この実施例のプ
ローブ針は、先端が約９０°折り曲げられて、その折り
曲げ部分から数ｍｍの長さで切断されている。上記フィ
ルムの針穴は、半導体チップの電極配列に正確に合わせ
て形成されているので、それに各プローブ針の折り曲げ
られた先端部分を挿入することにより、各針の先端を測
定すべき半導体チップの電極に正しく揃えることができ
る。

【０００８】上記のようにフィルムの上に並べられたプ
ローブ針の上からタブ基板を重ね合わせることより、プ
ローブ針の接続端とタブ基板に形成された配線とを電気
的に接触させることができる。この接触をより確実に固
定的にするために、例えばハンダを用いてハンダ付けを
するものであってもよいし、異方性導電膜のような接続
媒体を用いて接続する。上記ハンダ付けは、例えばタブ
基板に形成される配線手段の接続部とプローブ針の接続
端にハンダ層を形成しておいて、上記のように重ね合わ
せた状態で加熱処理することにより比較的簡単に行うこ
とができる。このとき、フィルムベース上のプローブ針
が配列される部分以外の表面に、プローブ針の直径（高
さ）より若干薄いスペーサを設けるようにしてもよい。 この実施例では、このスペーサとして、後述するような
シリコンゴムが用いられる。上記のように、プローブ針
は、タブ基板とフィルムにより上下から挟まれて固定さ
れる。このように信号伝送経路を構成するタブ基板、半
導体チップの電極への接触を行うプローブ針及びその先
端の位置合わせを行うフィルムが積層構造に一体化され
る。

【０００９】方形からなる半導体チップ（半導体デバイ
ス）の４つの辺に対応してそれぞれ電極が設けられる場
合には、４つの辺にそれぞれ設けられる電極に対応して
、４つからなる積層構造のプローブが形成される。

【００１０】上記積層構造にされたプローブは、その先
端部分にバネ性を持たせるために弾性体としてのシリコ
ンゴムを介してプローブ取付体の下面に取付けられる。 このプローブ取付体の下面は、半導体チップの面に対し
て角度を持つようにテーパー状又は錐状にされる。そし
て、上記積層構造からなるプローブの先端部分には、シ
リコンゴムが設けられる。上記の積層構造のプローブの
プローブ取付体への取り付けは、クランピングプレート
により行われる。このクランピングプレートは、フィル
ムの下面から支えてプローブ取付体の支持面に押し付け
るように固定する。即ち、クランピングプレートは、プ
ローブ針の軸と直角な方向での断面が、凹状になってお
り、その底面で上記積層構造のプローブを支え、両方の
側面にプローブ取付体を挟むようにしてネジ止めされて
いる。これにより、半導体チップや半導体デバイスへの
繰り返し圧着に対して、適度の強度を以て上記のような
柔軟性を持つフィルムやフレキシブル配線基板及びプロ
ーブ針からなる積層構造を維持できる。以上のような積
層構造のプローブとそれをシリコンゴムのような弾性体
を介して取付けられるプローブ取付体とにより半導体チ
ップ又は半導体デバイスの１つの辺に設けられる複数の
電極に対応したプローブアッセンブリが構成される。

【００１１】特に制限されないが、タブ基板に形成され
る配線は、良好な信号伝達を行うようにするため、同図
では省略されているが各信号伝送路としての配線間には
シールド線が設けられる。先端部において配線層が密集
することによって上記シールド線を形成するスペースが
不足するようなら、その部分を除いてシールド線が設け
られる。半導体チップに電源電圧や接地電位を与える電
源線は、上記タブ基板の反対側に太い配線によりプロー
ブ針の接続端付近まで導き、そこからスルーホールを介
してプローブ針に接続される配線層と接続するものであ
ってもよい。このようにすることによって、電源インピ
ーダンスを小さくすることができる。あるいは、タブ基
板は、プローブとの接続部分から扇状に広がりながらボ
ード側に延びるものであってもよい。このようにすれば
、配線の間隔が広くできるから上記のようなシールド線
を形成する実装スペースを確保することができる。

【００１２】上記プローブアッセンブリは、プリント配
線基板からなるボードの中央部に設けられる開口に沿っ
て設けられたリングプレートに取付けられる。このリン
グプレートへの取付けは、取付けネジにより行われ、押
しネジによってプローブ針先端の微小な位置調整が行わ
れる。１つの半導体チップの２以上の複数の辺に対応し
て設けられた複数のプローブ組み立て体の相対的な位置
を正しく設定するために上記押しネジが使用される。す
なわち、１の辺の電極に対応したプローブ針の先端は、
上記フィルムの針穴により正しく位置合わせされる。し
かし、複数の辺に対応した個々の針先の相対的な位置合
わせを行わないと、１つの半導体チップの全電極に対し
て同時に電気的接触を行うことができないからである。

【００１３】針先の水平方向の微調整は、取付けネジを
軽く緩めて後に、図６を参照して後述するように全体で
４本からなる押しネジの高さにより針尖端の高さを調整
する。取付けネジに対してＸ軸とＹ軸方向に楕円状の穴
が設けられ、この穴に偏心カム付のツマミが設けられ、
これらのツマミを操作することにより、上記Ｙ軸又はＸ
軸に沿って微調整しながら取り付けネジを締める。以上
の操作を４つのプローブアッセンブリに対して行うこと
により、１つの半導体チップの電極にそれぞれ位置合わ
せされたプローブ針を得ることができる。

【００１４】図３には、この発明に係るプローブボード
の下面図が示され、図４には中央部の拡大図が示されて
いる。同図においては、円形のプローブボードのうち左
右の部分は、図示された上下の部分と同様ないし類似で
あるので省略されている。針穴は、プローブ針の延長方
向に沿って縦長に形成され、針先が半導体チップヘ接触
するとき、その針の食い込み量に対応して尖端部分が、
その前方に向かって微小距離だけ電極面上を滑って移動
するのを阻害しないようにされる。このような針尖端の
移動により、その尖端と測定すべきＩＣの電極面とが所
定の接触圧を持ちながら擦られて移動するという動作に
よって、半導体チップの電極表面に形成された酸化膜や
付着したゴミが除去できる。このような接触動作によっ
て安定的に良好な電気的接触を得ることができるものと
なる。

【００１５】上記のような針穴には、針先部分に対して
遊びが設けられるから針を針穴にセットするときには、
針穴の手前側で曲げられた先端部分の位置を固定するよ
うに行えばよい。同図において、プローブ取付体の左右
に設けられる取付けネジは、前記凹状のクランピングプ
レートを取り付けるためのものである。図３において、
タブ基板に設けられた配線パターンの他端側は、ボード
に設けられた配線パターンの接続端とハンダ等により接
続される。ボードに設けられた配線手段の他端側は、円
形のスルーホールで終端しており、ここにはコネタクピ
ンが設けられる。タブ基板はボード側に延びるときに扇
状に広がるようにすれば、前記のようなシールド線の確
保や、ボードに設けられる接続端のピッチを広くするこ
とができる。ボードに設けられるコネタクピンは、従来
のタングステン針を放射状に固定したプローブボードと
同じである。すなわち、この実施例のプローブボードは
、上記コネタタピンを介して親（マザー）基板に取り付
けられる、いわゆるプラグインタイプのものとされる。

【００１６】図５には、上記フィルムに設けられる針穴
の他の位置実施例の平面図が示されている。針穴は、完
全にそれぞれが独立した長丸形である必要はなく、針が
半導体チップの電極に接触する際、その尖端部分の微小
移動量をカバーするような構成であればよい。それ故、
同図のように針穴は、針尖端部分が櫛状の溝が連結さり
ような構成としてもよいし、フィルムベースの針先に対
応した端部が櫛状の溝を設けて、それを実質的な針穴と
して構成するものであってもよい。

【００１７】図６には、この発明に係るプローブボード
の下面図が示されている。同図においては、円形のプロ
ーブボードのうち左右の部分は、図示された上下の部分
と同様ないし類似であるので省略されている。半導体チ
ップの４つの辺に対応した電極への電気的な接続を行う
前記のような４個のプローブアッセンブリがリングプレ
ート上に取付けられる。この取付けは、取付けネジによ
り行われる。この取付けネジを挟んで配列方向に一方向
（Ｘ）とそれに直角方向（Ｙ方向）に楕円形の穴が設け
られており、前記のような偏心カム等によりＸ，Ｙ方向
の微調整が行われる。また、上記取付けネジを中心とし
て、４つの押しネジが設けられ、針尖端の水平方向の微
調整に用いられる。

【００１８】約１Ｍビット以下の記憶容量を持つダイナ
ミック型ＲＡＭの半導体チップのように、長方形からな
る半導体チップの対向する短辺に対してのみ電極が設け
られるような半導体チップの対しては、それに対応して
２つのプローブ組み立て体がリングプレートに取付けら
れる。この場合、上記電極が設けられる短い辺が一直線
状になるように並んで配置される２つ以上の半導体チッ
プを１つの半導体チップとみなして、１直線上に複数の
半導体チップにまたがって並ぶ電極に対して１つの積層
構造のプローブを形成し、それをプローブ取付体に取り
付けて１つのプローブアッセンブリを構成するものであ
ってもよい。この場合には、複数の半導体チップに対し
て同時に電気的接触して同時に動作試験を行うことがで
きるから、半導体チップのテスト時間を短くすることが
できる。

【００１９】上記リングプレートは、円形である必要な
く、配線基板からなるボードの中央部に半導体チップの
形状に対応した方形の開口を設けて、その開口に対応し
た方形のリングプレートを設けるようにするものであっ
てもよい。上記のような開口は、プローブ針の尖端と、
測定される半導体チップの電極との針合わせのときに、
上記開口を通して針先部分とそれに対応した電極パター
ンを撮像装置により撮影して、その画像処理を行って自
動位置合わせに用いられる。また、顕微鏡等により開口
部分を通して針先と半導体チップの表面を観察し、マニ
ュアル操作により最初の半導体チップへの針合わせを行
うために用いられる。

【００２０】上記の実施例から得られる作用効果は、下
記の通りである。すなわち、 （１）　　フレキシブル配線基板に半導体チップ又は半
導体デバイスの１つの辺に設けられた電極に対応した配
線手段を形成してそれに接続端側が電気的に接続され、
先端部分が測定すべき電極に合わせて折り曲げられたプ
ローブ針を設け、このフレキシブル配線基板とともにプ
ローブ針を挟むようにしたフィルムにプローブ針の折り
曲げられた部分が挿入される針穴を設け、これらの積層
構造体を上記プローブ針の先端にバネ性を持たせるため
の弾性体を介在させてプローブ取付体の下面に対してク
ランプングプレートにより下面側から押し付けるように
取り付けてプローブアッセンブリを構成し、半導体チッ
プの１ないし複数の辺の電極にそれぞれ対応して設けら
れる１ないし複数のプローブアッセンブリを配線基板に
取り付ける。この構成では、フィルムの針穴に折り曲げ
られたプローブ針の先端を挿入して、フレキシブル配線
基板とフィルムにより積層構造にしてプローブアッセン
ブリに取り付ければよいから組み立てが簡単になり、針
の尖端により電極への安定で良好な接触が行われるとと
もに信号伝送経路の大半がフレキシブル配線基板に形成
された配線手段を用いることができるから信号伝達特性
を改善できるという効果が得られる。

【００２１】（２）　　プローブ針は、それ自体で接触
圧を決定するバネ性を持たなくてよく、タブ基板とフィ
ルムより挟まれて固定されるから極細い線材を用いるこ
とができる。これにより、従来のプローブ針のように先
細りのテーパーを形成する必要がなく、プローブ針の加
工が簡単になるとともに多数の針を高密度に配列するこ
とができるという効果が得られる。 （３）　　プローブとしてシリコンゴムのような弾性体
を利用するものであることと、積層構造にされているか
ら全体の針圧が平均化されて均一にできるという効果が
得られる。ちなみに、従来のタングステン等のようなプ
ローブ針を用いるものにあっては、個々のプローブ針の
太さのバラツキに影響されて針圧にバラツキが生じる。 （４）　　半導体チップは、それ自体が全体として圧電
素子であり、チップにかかる機械的圧力が不均一になる
とピエゾ効果によって素子特性が変化し、信頼性の高い
特性試験結果が得られない。したがって、上記（３）に
より、信頼性の高い試験結果を得ることができるとうい
効果が得られる。 （５）　　上記（１）により、組み立て工程が簡略化で
きるから、製造コストを低減できるという効果が得られ
る。

【００２２】以上本発明者よりなされた発明を実施例に
基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種
々変更可能であることはいうまでもない。例えば、また
、プローブは、先端部分が測定すべき電極に合わせて取
付けられたプローブと、その先端部分がフィルムのガイ
ド部分に挿入される構成のものであれば何であってもよ
い。例えば、タブ基板の配線からプローブが直線的に半
導体チップ又は半導体デバイスの電極の表面に向かうよ
う構成されてもよい。タブ基板（又はフレキシブル配線
基板）に設けられる配線は、フィルムベースを誘電体と
して用い、その一方の面側に前記のような配線とプロー
ブとして作用する導体を形成し、その他方の面側全体に
導体を形成するという公知のストリップ線路（ｓｔｒｉ
ｐ　ｌｉｎｅ）を用いるものであってもよい。このよう
なストリップ線路においては、極めて高い周波数では、
わずかながら基板表面に表面波を誘起し、進行方向に電
磁界成分を持つ。このようなことからストリップ線路を
伝播する信号を準ＴＥＭ（ｑｕａｓｉ−ＴＥＭ）波とよ
ぶことが多い。 そして、このタブ基板の他端側を前記実施例のようにボ
ードに形成された配線手段に接続することなく、直接コ
ネタクに接続してＩＣテスター等と接続するケーブル等
に接続するものであってもよい。

【００２３】前記積層構造からなるプローブに取付けら
れたプローブ針にバネ性を持たせるための弾性体は、シ
リコンゴムの他、フィルムベース又はタブ基板にそって
板バネを組み込むもの等のように種々の実施形態を採る
ことができる。この発明は、半導体ウェハ上に形成され
た半導体チップの電気的測定等の他、同様な多数の電極
を持つ小型電子部品への電気的接続を得るプローブボー
ドとして広く利用することができる。

【００２４】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、フレキシブル配線基板に半
導体チップの１つの辺に設けられた電極に対応した配線
手段を形成してそれに接続端側が電気的に接続され、先
端部分が測定すべき電極に合わせて折り曲げられたプロ
ーブ針を設け、このフレキシブル配線基板とともにプロ
ーブ針を挟むようにしたフィルムにプローブ針の折り曲
げられた部分が挿入される針穴を設け、これらの積層構
造体を上記プローブ針の先端にバネ性を持たせるための
弾性体を介在させてプローブ取付体の下面に対してクラ
ンプングプレートにより下面側から押し付けるように取
り付けてプローブアッセンブリを構成し、半導体チップ
の１ないし複数の辺の電極にそれぞれ対応して設けられ
る１ないし複数のプローブアッセンブリを配線基板に取
り付ける。この構成では、フィルムの針穴に折り曲げら
れたプローブ針の先端を挿入して、フレキシブル配線基
板とフィルムにより積層構造にしてプローブ取付体に取
り付ければよいから組み立てが簡単になり、針の尖端に
より電極への安定で良好な接触が行われるとともに信号
伝送経路の大半がフレキシブル配線基板に形成された配
線手段を用いることができるから信号伝達特性を改善で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るプローブボードの一実施例を示
す断面図である。

【図２】図１の要部を拡大した断面図である。

【図３】この発明に係るプローブボードの一実施例を示
す下面図である。

【図４】図３の中央部の拡大図である。

【図５】フィルムに設けられる針穴の他の一実施例を示
す平面図である。

【図６】この発明に係るプローブボードの一実施例を示
す上面図である。

【符号の説明】

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体デバイスの１つの辺に設けられ
   た電極に対応して配線手段が形成されたフレシキブル配
   線基板と、上記配線手段に接続端側が電気的に接続され
   、先端部分が測定すべき電極に合わせて取付けられたプ
   ローブと、上記フレキシブル配線基板とともにプローブ
   を挟むように設けられ、上記プローブが挿入されるガイ
   ド部分が設けられフィルムと、上記プローブの先端にバ
   ネ性を持たせるための弾性体を介して上記のような積層
   構造からなるフレキシブル配線基板、プローブ及びフィ
   ルムが取付けられるプローブ取付体と、上記積層構造か
   らなるフレキシブル配線基板、プローブ及びフィルムを
   下面側からプローブアッセンブリの下面に押し付けるよ
   うに取り付けるクランピングプレートとからなるプロー
   ブアッセンブリと、半導体デバイスの１ないし複数の辺
   の電極にそれぞれ対応して設けられる１ないし複数のプ
   ローブアッセンブリが取付けられる配線基板とを含むこ
   とを特徴とするプローブボード。
2. 【請求項２】　　上記１ないし複数のプローブアッセン
   ブリは、上記配線基板の開口部分に設けられたリングプ
   レートに対して位置合わせ用のネジにより共通に取付け
   られ、フレキシブル配線基板の他端側は配線基板に設け
   られた配線手段の接続端に接続されるものであることを
   特徴とする請求項１のプローブボード。
3. 【請求項３】　　上記弾性体はシリコンゴムでありプロ
   ーブが設けられる部分を除いたフレシキブル配線基板と
   フィルムの間にスペーサとして設けられるものであるこ
   とを特徴とする請求項１又は請求項２のプローブボード
   。
4. 【請求項４】　　上記フィルムに設けられるプローブガ
   イド部分は、プローブの配列方向に沿った長丸又は櫛状
   にされるものであることを特徴とする請求項１、請求項
   ２又は請求項３のプローブボード。
5. 【請求項５】　　上記フレキシブル配線基板の配線手段
   はマイクロストリップラインを構成するよう形成される
   ものであることを特徴とする請求項１、請求項２、請求
   項３又は請求項４のプローブボード。