JPH075196A - プローブヘッドとプロービング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プローブヘッドとプロービング方法に関し、
プロービング試験の効率化を目的とする。 【構成】 一対の可撓部12c,接触部12b,取付け部12a が
ロ字形に連通する一対のプローブ12が、プローブ12とほ
ぼ同形状の絶縁層13を挟み、可撓部12c と接触部12b と
が動けるように取付け部12a を一対のプローブ取付け具
15に挟み、プローブ取付け具15をプローブホルダー16に
固定したプローブヘッド11。可撓部12c の弾性変形を利
用し接触部12b を持ち上げる第１の上下動手段と、プロ
ーブヘッド11を上下動させる第２の上下動手段とを具
え、第１の上下動手段によって接触部12b を持ち上げ、
第２の上下動手段によって接触部12b がその接触相手に
接近するまでアーム23を降下させ、しかるのち第１の上
下動手段の操作で降下する接触部12b を可撓部12c の弾
性変形による押圧力で接触相手に接触させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハ，表面に
薄膜が形成されたセラミック基板，表面実装用プリント
配線板等の表面に形成した接触相手に接触部を当接せし
め、該半導体ウエハ等における電気特性の測定に用いる
プローブヘッドと、そのプローブヘッドを使用するプロ
ービング方法に関する。

【０００２】近年、半導体ウエハや表面に薄膜が形成さ
れたセラミック基板および表面実装用プリント配線板等
の高密度化に伴って、プロービング試験におけるプロー
ブの高速操作と、接触相手に対するタメージを少なくす
る必要が生じた。

【０００３】

【従来の技術】従来のプロービング試験には、被検体の
接触相手（端子または電極）に接触するコンタクトピ
ン，接触相手とコンタクトピンとの接触圧を確保するス
プリング，コンタクトピンとスプリングとを筒体に収容
し、コンタクトピンの先端部が突出するプローブや、弾
性を有する多数の針状のプローブを装着したプローブカ
ードを使用し、それらがエアーシリンダやモータ駆動に
て上下動する或いは、被検体を搭載したステージが上下
動する構成であった。

【０００４】図３は接触抵抗のばらつきをなくすため考
案されたプローブヘッドの構成図であり、１はプロー
ブ，２は絶縁薄板，３はプローブガイド，４はガイドホ
ルダーである。

【０００５】ベリリウム銅のようにばね弾性を有する金
属板から形成した一対のプローブ１は、図３(ロ) に示す
ように、Ｕ字形状とすることによって弾性変形可能な弾
性変形部１ａと、その一方の端部に連通する取付け部１
ｂと、その他方に連通する接触部１ｃからなる。

【０００６】一対のプローブ１を電気的に絶縁させる絶
縁薄板２は、図３(ロ) に示すように、外形がプローブ１
とほぼ同形であり、絶縁薄板２とそれを挟む一対のプロ
ーブ１は、図３(イ) に示すように、プローブガイド３を
介し絶縁材にてなるガイドホルダー４に取付ける。

【０００７】一対のプローブ１の取付け部１ｂを挟持す
る一対のプローブガイド３の下端部は接触部１ｃの側方
に延在し、かつ、接触部１ｃの上下動を妨げない隙間を
構成する。

【０００８】取付け部１ａの先端を被検体の接触相手に
接触させるには、ホルダー４または被検体搭載ステージ
が上下動し、その接触圧は弾性変形部１ａのばね特性と
ホルダー４の降下量または該ステージの上昇量で決ま
る。

【０００９】なお、図３のプローブヘッドは、一対のプ
ローブ１の接触部１ｃが独立して動ける構成とした４端
子抵抗測定用であり、接触相手の凹凸に追従できる，狭
い場所にも接触できる利点を有する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のスプリング
内蔵型プローブやプローブカードおよび、図３を用いて
説明したプローブヘッドを使用した従来のプロービング
方法では、接触抵抗安定化のためばね定数の大きいプロ
ーブを使用すると、動作スピードを遅くすることにより
接触時の衝撃力を低減せしめ、接触相手表面の損傷を少
なくする配慮が必要になる。

【００１１】そこで、動作スピードを速くし, 接触相手
表面の損傷を少なくするため、ばね定数の小さいプロー
ブを使用すると、接触時の振動が収まるまでの待ち時間
が必要となりその為のロスタイムが生じると共に、接触
相手表面の酸化膜に影響され接触抵抗が増大するという
問題点があった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】接触時の衝撃力を抑制
し、動作スピードを速くすると共に接触時の振動を無く
し、接触相手表面の酸化膜の影響を除去可能とする本発
明のプローブヘッドは、その実施例を示す図１によれ
ば、平行する一対の可撓部12c の一方の端部が接触部12
b に連通しその他方の端部が取付け部12a に連通するほ
ぼ横長のロ字形，薄板状の一対のプローブ12が、プロー
ブ12とほぼ同形状の絶縁層13を挟み、可撓部12c と接触
部12b とが動けるように一対のプローブ12の取付け部12
a を一対のプローブ取付け具15に挟み、そのプローブ取
付け具15をプローブホルダー16に固定する。

【００１３】図１のプローブヘッド11を使用し、接触時
の衝撃力を低減し、動作スピードを速くすると共に接触
時の振動を無くし、接触相手表面の酸化膜の影響を除去
可能とする本発明のプロービング方法は、図２の実施例
装置の要部図を用いて説明すれば、一対の可撓部12c が
上下方向に平行するプローブヘッド11と、一対の可撓部
12c の弾性変形を利用し接触部12b を持ち上げる第１の
上下動手段と、プローブヘッド11および第１の上下動手
段とを装着したアーム23と、アーム23を上下動させる第
２の上下動手段(21,22,24,25,26,27の全て) とをプロー
ビング装置に設け、第１の上下動手段の操作によって接
触部12b を持ち上げたのち、第２の上下動手段の操作に
よって接触部12b がその接触相手に接近するようにアー
ム23を降下動せしめ、しかるのち該第１の上下動手段の
操作によって降下動する接触部12b を可撓部12c の弾性
変形による押圧力で接触相手に接触させることである。

【００１４】前記第１の上下動手段は、図２においてモ
ータ28, モータ28により回動する板カム29, 軸30, 軸30
に支承されて回動自在なレバー31, レバー31先端のピン
32,カムフォロア33, コイルばね34である。

【００１５】前記第２の上下動手段は、図２において基
板21, 基板21に固着した金具22, 雌ねじ24, モータ25,
ボールねじ26, ガイドレール27である。

【００１６】

【作用】本発明のプローブヘッド11において、プローブ
12の取付け部12ａと接触部12bとは、プローブ12の長さ
方向の対向端に位置する。従って、プローブホルダー16
より突出するように取付け部12ａを固定させたとき、そ
の取付け部12ａに対し接触部12b を押し上げ操作が可能
となり、かかる操作は、取付け部１ａの下方に接触部１
c が位置する従来のプローブ１では困難である。

【００１７】そこで、プロービング装置に、接触部12b
を上下動させる第１の上下動手段と、プローブヘッド11
を上下動させる第２の上下動手段とを設け、それらを前
記解決手段に記載したように動作させると、第２の上下
動手段によってプローブヘッド11は迅速に移動し、第１
の上下動手段により接触部12b は静かにその接触相手と
接触できるようになる。

【００１８】さらに、可撓部12c のばね弾性を利用し接
触部12b で接触相手を擦るようにすれば、接触相手表面
の酸化膜を剥がすことも可能になり、該酸化膜の影響を
排除できる。

【００１９】

【実施例】図１は本発明の実施例によるプローブの構成
を示す斜視図、図２は本発明の実施例によるプロービン
グ方法の説明用の斜視図である。

【００２０】図１において、４端子抵抗測定用であるプ
ローブヘッド11は、一対の薄板状のプローブ12が絶縁層
13を介して接合し、それらをプローブホルダー14に固定
した構成である。

【００２１】ベリリウム銅の薄板等より形成したプロー
ブ12は横長のほぼロ字形状であり、長さ方向の一端の取
付け部12a と他端の接触部12b とは、上下方向に平行し
弾性変形可能な一対の梁状可撓部12c により一体に連通
する。

【００２２】弗素樹脂等にてなる絶縁層13は、例えばプ
ローブ12の接合面に弗素樹脂を塗付し、その樹脂膜をラ
ッピングして形成する。重ね合わせた一対の取付け部12
ａを挟持する一対の金属製の取付け具15は、絶縁材にて
なるプローブホルダー16に装着し、プローブ12の接触部
12b および可撓部12c はホルダー16の前方に突出する。

【００２３】従って、接触部12b をその接続相手に当接
させたときその接触状態は、接触部12b の側方から顕微
鏡または目視により、容易に観察可能である。図２にお
いて、裏面より金具22が突出する基板21の前面にはアー
ム23が突出する。

【００２４】金具22に設けた雌ねじ24は、モータ25より
垂下しモータ25によって回動するボールねじ26に嵌合す
る。従って、モータ25を回動させると基板21は、一対の
ガイドレール27に沿って上下動する。

【００２５】中間部にモータ28とモータ28の回動により
回動する板カム29とを設けたアーム23の先端部には、プ
ローブヘッド(11)を装着し、そのプローブヘッドのプロ
ーブ12の接触部12b は、アーム23の下面, 前端面より突
出する。

【００２６】レバー31は、アーム23に設けた軸30に嵌合
して回動自在であり、レバー31の前端部に固着したピン
32は、プローブ12の下方かつ接触部12b と可撓部12c と
の境界近傍に延在し、レバー31の後端部に設けたカムフ
ォロア33は板カム29のカム面に当接する。その当接は引
っ張りコイルばね34によって常時維持される。

【００２７】かかる装置は、板カム29を回転しカムフォ
ロア33を押し下げると、ピン32は可撓部12c を押し上げ
る。ただし、板カム29を利用した可撓部12c の弾性変形
による可撓部12c の押し上げ量は、可撓部12c の弾性変
形範囲内に設定する。

【００２８】そこで、モータ25を回転させて基板21を降
下動せしめ、接触部12b がその接触相手の上方に接近し
たとき、基板21の降下動を停止させる。次いで、モータ
28の回転によりピン32を降下させると、ピン32と共に接
触部12b も降下動し、ピン32がプローブ12から離れた状
態で接触部12b は、例えば５g程度の接触圧で接触相手
に接触するようになり、その接触状態はプローブ12の側
方から、アーム23に邪魔されることなく例えば顕微鏡で
観察可能である。

【００２９】可撓部12c の弾性変形を利用した接触部12
b と接触相手との接触圧力は、接触時における可撓部12
c の撓み量で決まる。そこで、例えば金めっきを施した
プローブ12は、可撓部12c のばね定数を0.2mm 変位で10
g となるように作成し、接触部12b が接触相手に接触し
てから0.1mm 程度押し込んだ状態で当接するように、ア
ーム23の降下量を設定する。

【００３０】なお、接触部12b の接触圧力微調整のため
本実施例では軸30を偏心軸とし、固定する前の軸30を回
動させることでレバー31の支承レベルを調整できる構成
とし、アーム23の降下量 (停止位置) の設定と共にレバ
ー31の支承レベル調整を行い、接触部12b の接触圧を正
確にしている。

【００３１】接触部12b をその接触相手から離すには、
基板21を引き上げるまたは、ピン32にて接触部12b を持
ち上げてから基板21を引き上げる。かかるプローブ12を
使用した装置は、接触相手表面の酸化膜を除去すること
が可能である。即ち、設定した測定時の接触圧よりやや
大きい押圧力を必要とする酸化膜の除去は、アーム23を
所定位置より僅かだけ余計に降下せしめ、例えば測定時
の接触力が５g のときには６g 程度の圧力で接触するよ
うにし、そのことで接触部12b が接触相手の表面を擦る
ようにする。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプローブ
ヘッドおよびプロービング方法は、プローブの高速移動
と接触部の静かな接触を可能とするため、プロービング
試験に要する時間が短縮し、かつ、接触相手の損傷が減
るようになるのみならず、接触部を利用し接触相手表面
の酸化膜の影響を排除できるようにした。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例によるプローブの構成を示す
斜視図

【図２】 本発明の実施例によるプロービング方法の説
明用の斜視図

【図３】 従来のプローブヘッドの構成例を示す斜視図

【符号の説明】

11はプローブヘッド 12はほぼ横長のロ字形，薄板状のプローブ 12a はプローブの取付け部 12b はプローブの接触部 12c はプローブの可撓部 13は絶縁層 15はプローブ取付け具 16はプローブホルダー 21は第２の上下動手段の一部である基板 22は第２の上下動手段の一部である金具 23はアーム 24は第２の上下動手段の一部である雌ねじ 25は第２の上下動手段の一部であるモータ 26は第２の上下動手段の一部であるボールねじ 27は第２の上下動手段の一部であるガイドレール 28は第１の上下動手段の一部であるモータ 29は第１の上下動手段の一部である板カム 30は第１の上下動手段の一部である軸 31は第１の上下動手段の一部であるレバー 32は第１の上下動手段の一部であるピン 33は第１の上下動手段の一部であるカムフォロア 34は第１の上下動手段の一部であるコイルばね

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平行する一対の可撓部(12c) の一方の端
   部が接触部(12b) に連通しその他方の端部が取付け部(1
   2a) に連通するほぼ横長のロ字形，薄板状の一対のプロ
   ーブ(12)が、該プローブとほぼ同形状の絶縁層(13)を挟
   み、該可撓部と接触部とが突出するように該一対のプロ
   ーブの取付け部を一対のプローブ取付け具(15)に挟み、
   該一対のプローブ取付け具をプローブホルダー(16)に固
   定したことを特徴とするプローブヘッド。
2. 【請求項２】 一対の可撓部(12c) が上下方向に平行す
   る請求項１記載のプローブヘッド(11)と、該一対の可撓
   部の弾性変形を利用し前記接触部(12b) を持ち上げる第
   １の上下動手段 (28,29,30,31,32,33,34の全て) と、少
   なくとも該プローブヘッドおよび該第１の上下動手段と
   を装着したアーム(23)と、該アームを上下動させる第２
   の上下動手段(21,22,24,25,26,27の全て) とを具え、該
   第１の上下動手段の操作によって該接触部を持ち上げた
   のち、該第２の上下動手段の操作によって該接触部がそ
   の接触相手に接近するように該アームを降下動せしめ、
   しかるのち該第１の上下動手段の操作によって降下動す
   る該接触部を該可撓部の弾性変形による押圧力で該接触
   相手に接触させること、を特徴とするプロービング方
   法。