JPH0798330A

JPH0798330A - プローブカード

Info

Publication number: JPH0798330A
Application number: JP26314293A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Anzai; 正行安斎
Original assignee: NIPPON MAIKURONIKUSU KK; Micronics Japan Co Ltd
Current assignee: NIPPON MAIKURONIKUSU KK; Micronics Japan Co Ltd
Priority date: 1993-09-28
Filing date: 1993-09-28
Publication date: 1995-04-11
Anticipated expiration: 2015-10-10
Also published as: JP3096197B2

Abstract

(57)【要約】【目的】基板よりも線膨張率の小さい支持板を基板に
固定して、この支持板に針押さえを固定することによ
り、基板が熱変形を生じてもプローブ針の支持部の高さ
位置があまり変動しないようにする。【構成】プローブカードは、ガラスエポキシ製の基板
３６と、窒化アルミニウム系セラミックス製の支持板４
２と、快削セラミックス製の針押さえ３２と、プローブ
針３０とからなる。針押さえ３２は締結装置４０によっ
て支持板４２に固定され、支持板４２は別の締結装置４
４によって基板３６に固定されている。被検体を高温で
検査すると、被検体及びチャックトップからの放射熱
や、プローブ針からの伝導熱によって、基板３６は下に
凸になるように変形する。しかし、針押さえ３２は線膨
張率の小さい支持板４２に固定されているので、針押さ
え３２の高さ位置の変動は従来よりも小さくなる。

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カードに関
し、特に、針押さえの支持構造に特徴を有するプローブ
カードに関する。

【０００２】

【従来の技術】図２（Ａ）は従来のプローブカードの正
面断面図である。このプローブカードは多数のプローブ
針１０を有し、これらのプローブ針１０は樹脂によって
針押さえ１２に固定されている。この針押さえ１２は、
接着剤を用いて基板１４に直接固定されている。この基
板１４には配線パターンが形成されていて、この配線パ
ターンを介して、プローブ針１０と外部の検査装置１６
とを電気的に接続することができる。被検体１８はチャ
ックトップ２０の上に載っている。被検体１８は特に制
限されないが、ＩＣパッケージや、半導体チップや、ウ
ェーハなどである。プローブカードを下降させるか、あ
るいはチャックトップ２０を上昇させて、プローブ針１
０の先端を被検体の電極に接触させ、所定の検査を行
う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のプロー
ブカードを用いて被検体を高温で検査すると、次のよう
な問題が生じる。被検体１８はチャックトップ２０によ
って例えば７０〜９０℃に加熱されるが、この被検体１
８にプローブカードを近付けると、被検体１８及びチャ
ックトップ２０からの放射熱によって、また、プローブ
針１０からの伝導熱によって、基板１４の下側の温度が
上昇する。これにより、基板１４の上面と下面の間で温
度差が生じ、基板１４は（Ｂ）に示すように、下に凸と
なるようにわずかに熱変形する。基板１４の外周付近は
なんらかの支持手段で支持されているので、上述の変形
によって、基板１４の中央付近は下方に変位することに
なる。その結果、プローブ針１０の支持部（針押さえ１
２に固定されている部分）は下方に変位する

【０００４】これとは逆に、非常に低い温度で被検体を
検査する場合には、基板は上に凸となるように熱変形
し、プローブ針１０の支持部が上方に変位する。

【０００５】このようにプローブ針１０の支持部の高さ
位置が変動すると、プローブ針と被検体の電極との間の
接触圧力が所望の設定値からずれることになり、検査に
不都合を生じる。

【０００６】図３は熱の影響によるプローブ針の支持部
の高さ位置の変動を測定したグラフである。横軸は経過
時間を示し、縦軸はプローブ針の支持部の高さ位置を示
している。曲線２２は、１００℃に加熱したチャックト
ップをプローブ針の先端に接触させたときに、その接触
時点からの経過時間とプローブ針支持部の高さ位置の変
位との関係を示している。時間の経過と共にプローブ針
の支持部の高さ位置が下がってきており、１５分が経過
する間に約４５μｍだけ下方に変位している。一方、曲
線２４は、１００℃のチャックトップをプローブ針の先
端から離した時点からの経過時間とプローブ針支持部の
変位との関係を示している。この場合は、逆に、時間の
経過と共にプローブ針の支持部が上昇していく。プロー
ブ針の支持部の高さ位置のこのような変動は、プローブ
カード全体の熱的影響を反映しているものであるが、基
板の熱変形に起因する部分が相当程度あると考えられ
る。

【０００７】なお、図３のグラフを得るに当たっては、
プローブ針の支持部の高さ位置の変動は、実際は、プロ
ーブ針を自由状態にしたときのプローブ針の先端の高さ
位置の変動量として測定している。例えば、曲線２２を
得る場合に、開始時点のプローブ針の高さ位置を測定す
るには、チャックトップを上昇させていってチャックト
ップがプローブ針の先端に接触した時点でのチャックト
ップの高さ位置を検出している。また、５分後のプロー
ブ針の支持部の高さ位置を測定するには、５分経過した
時点でいったんチャックトップを下げてチャックトップ
をプローブ針から離し、再び、チャックトップを上昇さ
せていってチャックトップとプローブ針の先端が接触し
た時点でのチャックトップの高さ位置を検出している。
このような測定をすることにより、プローブ針の支持部
の高さ位置がどのように変動していくかを求めることが
できる。

【０００８】上述のように、被検体及びチャックトップ
が加熱されていると、主として基板の熱変形に起因し
て、プローブ針の支持部の高さ位置は時間とともに変化
する。したがって、被検体を高温にした場合には、プロ
ーブ針と被検体の電極との接触圧力を所望の値に維持す
ることは不可能になる。プローブ針の支持部の高さ位置
の時間的変動がおさまってから、プローブ針の接触圧力
を正しく設定し直して検査する方法も考えられるが、プ
ローブ針の高さ位置の変動がある程度おさまるまでには
非常に時間がかかり、現実的ではない。従来のプローブ
カードでは少なくとも５分程度の時間が必要であった。

【０００９】ところで、基板の熱変形を防ぐには、基板
を線膨張率の小さい材質で形成することが考えられる。
この点に関して、特開昭５８−１６５０５６号公報、特
開昭６３−２４４７５０号公報、及び特開平２−１５６
１６１号公報に開示されたプローブカードにおいては、
基板をセラミックスで形成しており、基板の熱変形は生
じにくいと考えられる。

【００１０】しかしながら、基板をセラミックスで形成
すると次のような別の問題が生じる。最近のＩＣは多ピ
ン化が進み、検査のために接触すべき電極の数が非常に
多くなっている。したがって、一つのプローブカードに
非常に多数のプローブ針を備えるようになっている。こ
れに伴って、プローブカードの基板に形成する配線パタ
ーンの数も増加し、多層の配線パターンが必要になって
きている。多層の配線パターンを形成した基板の例とし
ては、表面に配線パターンを形成した薄いガラスエポキ
シ板またはポリイミド板を１４層互いに張り合わせるこ
とによってプローブカード基板を構成しているものがあ
る。このような多層配線パターンを有する基板の場合に
は、基板をセラミックスで形成することが極めて困難と
なり、また、形成できたとしても非常に高価なものとな
る。

【００１１】この発明の目的は、基板が熱変形を生じて
もプローブ針の支持部の高さ位置があまり変動しないよ
うなプローブカードを提供することにある。この発明の
別の目的は、多層の配線パターンを有する基板を用いて
高温の被検体を検査する場合にプローブ針の支持部の高
さ位置があまり変動しないようなプローブカードを提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段及び作用】第１の発明のプ
ローブカードは、基板よりも線膨張率の小さい支持板を
基板に固定して、この支持板に針押さえを固定するよう
にしたものである。すなわち、複数のプローブ針と、こ
れらのプローブ針の先端位置が被検体の電極配置に対応
するようにプローブ針を固定する針押さえと、プローブ
針と外部の検査装置とを電気的に接続するための配線パ
ターンを形成した基板とを備えるプローブカードにおい
て、前記基板よりも線膨張率の小さい支持板を前記基板
に固定し、この支持板に前記針押さえを固定し、前記基
板と前記支持板との固定位置を、前記支持板と前記針押
さえとの固定位置よりも、基板の外周側に位置させたも
のである。基板の材質としては、ガラスエポキシ基板や
ポイリミド基板を用いることができ、これらの電気絶縁
材料製の基板に配線パターンを形成することになる。ま
た、支持板の材質としては、このような基板よりも線膨
張率の小さい材料を用いる。例えば、支持板の材質とし
て、シリカ系セラミックスや窒化アルミニウム系セラミ
ックスなどのセラミックス材料、あるいは低熱膨張合金
などを利用することができる。

【００１３】基板が熱変形した場合、基板と支持板との
固定位置よりも内側の部分における基板の熱変形は、針
押さえの高さ位置に影響を及ぼさない。このことから分
かるように、基板と支持板との固定位置はできるだけ基
板の外周側にもってきた方が好ましい。基板と支持板と
の固定位置よりも内側の領域では、支持板の熱変形が、
針押さえの高さ位置に影響を及ぼすことになる。しか
し、この発明では、支持板の線膨張率を基板のそれより
も小さくしてあるので、従来ほどには針押さえの高さ位
置の変動は生じない。その結果、プローブ針の支持部
（針押さえで固定した部分）の高さ方向の変動は従来よ
りも小さくなる。

【００１４】第２の発明は、第１の発明において、支持
板の線膨張率を１０×１０^-6／℃以下にしたものであ
る。なお、この明細書においては、線膨張率の値は２０
℃における値を示すものとする。基板材料として一般的
なガラスエポキシ基板は、面内方向の線膨張率が１３〜
１８×１０^-6／℃であり、厚さ方向の線膨張率が６０〜
９０×１０^-6／℃である。また、基板材料として一般的
なポリイミド基板の線膨張率は約５０×１０^-6／℃であ
る。支持板の線膨張率を１０×１０^-6／℃以下にすれ
ば、基板の線膨脹率よりも小さくなる。好ましくは、支
持板の線膨脹率は５×１０^-6／℃以下とするのがよい。
線膨張率が１０×１０^-6／℃以下の材質としては、上述
の各種のセラミックスや低熱膨張合金などが挙げられ
る。なお、最も一般的な金属材料としてアルミニウム
（線膨張率が２３．１×１０^-6／℃）やＳＵＳ３０４ス
テンレス鋼（線膨張率が１７．３×１０^-6／℃）がある
が、これらの材質はいずれも線膨張率が大きくて、本発
明における支持板の材質としては使えない。

【００１５】第３の発明は、第１の発明において、支持
板の材質をセラミックスにしたものである。例えば、シ
リカ系セラミックス（線膨張率は０．５×１０^-6／℃）
や、窒化アルミニウム系セラミックス（線膨張率は４．
４×１０^-6／℃）などを用いることができる。

【００１６】第４の発明は、第１の発明において、基板
を基準としてプローブ針の反対側に支持板を配置したも
のである。例えば、基板の下側にプローブ針が配置され
ている場合には、基板の上側に支持板を配置する。これ
とは反対に、基板の上側にプローブ針が配置されている
場合には、基板の下側に支持板を配置する。プローブ針
は、その中間部分を針押さえで固定する必要があり、ま
た、根元部分は基板の配線パターンに固着する必要があ
る。したがって、プローブ針とは反対の側に支持板を配
置するのが好都合である。プローブ針と同じ側に支持板
を配置すると、プローブ針の根元部分を基板の配線パタ
ーンに固着するのが難しくなる。また、支持板をプロー
ブ針の反対側に配置すると、支持板は被検体やチャック
トップからの放射熱を受けることがなくなり、支持板自
体の熱変形はほとんど生じなくなる。

【００１７】第５の発明は、第１の発明において、基板
と支持板との固定位置と、支持板と針押さえとの固定位
置とを、２０ｍｍ以上離すようにしたものである。基板
と支持板との固定位置が、支持板と針押さえとの固定位
置から、外周側に離れていればいるほど、基板の熱変形
に基づく支持板の高さ位置の変動は小さくなる。現実の
プローブカードの寸法を考慮すると、二つの固定位置の
間隔は少なくとも２０ｍｍ以上とするのがよい。好まし
くは、３０〜５０ｍｍとする。この固定位置の間隔の上
限の値（５０ｍｍ）は、使用するプローブカードの外形
寸法によって制限される。

【００１８】第６の発明は、第１の発明において、基板
が多層の配線パターンを有するものである。多層の配線
パターンを有する基板は、基板の材質として線膨張率の
小さい材質（例えばセラミックス）を任意に選択しにく
いので、本発明のように基板よりも線膨張率の小さい別
個の支持板を用いることが有効である。

【００１９】

【実施例】図１は、この発明の一実施例のプローブカー
ドを示すものであり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）
のＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図で
ある。プローブカードは、ガラスエポキシ製の基板３６
と、窒化アルミニウム系セラミックス製の支持板４２
と、快削セラミックス製の針押さえ３２と、プローブ針
３０とからなる。（Ｃ）に示すように、多数（例えば４
００本）のプローブ針３０は、その中間部分を樹脂３４
によって針押さえ３２に固定されている。各プローブ針
３０の先端は、被検体の電極配置に対応した位置にセッ
トされている。プローブ針３０の根元部分は、ガラスエ
ポキシ製の基板３６に形成された配線パターンに半田付
けで固着されている。針押さえ３２は、基板３６の中央
部分の矩形の貫通孔３８から下方に突き出している。針
押さえ３２は、（Ｂ）に示すように、ネジとナットから
なる４組の締結装置４０によって支持板４２に固定され
ている。針押さえ３２の上面は支持板４０の下面に接触
した状態で固定されている。締結装置４０のナットは、
バネ座金を介して締め付けられている。

【００２０】支持板４２は、ネジとナットからなる別の
４組の締結装置４４によって基板３６に固定されてい
る。支持板４２の下面は基板３６の上面に接触した状態
で固定されている。この締結装置４４のナットも、バネ
座金を介して締め付けられている。

【００２１】締結装置４２、４４において、バネ座金を
介してナットを締め付けているのは、ネジ自体が熱膨張
した場合でも、これをバネ座金で吸収できるようにした
ものである。

【００２２】基板３６と支持板４２とを固定する締結装
置４４の位置は、支持板４２と針押さえ３２とを固定す
る締結装置４０の位置よりも、基板３６の外周側にあ
り、両者の締結装置４０、４４の間隔Ｌは４０ｍｍであ
る。

【００２３】基板３６と支持板４２はその外形が円形で
あり、針押さえ３２はその外形が矩形である。針押さえ
３２を固定するための締結装置４０は、針押さえ３２の
矩形の四隅の近傍に配置されている。針押さえ３２と支
持板４２の中央には、（Ｃ）に示すように、ほぼ同じ大
きさの矩形の貫通孔４６、４８が形成されていて、プロ
ーブ針３０と被検体の電極との接触状態を上方から顕微
鏡などを用いて観察できるようになっている。

【００２４】基板３６は、ガラスエポキシ製の薄い板を
１４枚張り合わせて形成してあり、各板の表面には配線
パターンが形成されている。すなわち、基板３６には１
４層の配線パターンが形成されている。このような多層
の配線パターンにすることにより、多数の電極を有する
被検体に対応して、多数の配線を基板３６に形成するこ
とを可能にしている。配線パターンの各配線の一端は、
すべて、基板３６の下面側において貫通孔３８の近傍に
露出しており、他端は、（Ａ）に示すように、基板３６
の上面側において外周縁の近傍に電極５０として露出し
ている。電極５０は同心状に多数配置されていて、その
数はプローブ針３０の数に対応している。なお、（Ａ）
においては、多数の電極５０の一部だけを図示してあ
り、実際には、基板３６の全周にわたって電極５０が配
置されている。

【００２５】（Ｂ）に示すように、基板３６の外周部の
下面はホルダー５２に支持される。また、基板３６の外
周部の上面に露出している電極５０には、検査装置（テ
スター）５４のピン５６が接触する。

【００２６】ところで、針押さえ３２と支持板４２は一
体に形成することも原理的には可能であるが、以下のよ
うな製造上の理由により、針押さえ３２と支持板４２は
別個の部材で構成することが必要である。プローブカー
ドを製造する際に最も重要なことは、プローブ針３０の
先端の位置を、被検体の電極配置に正確に対応させるこ
とである。プローブ針３０を針押さえ３２に固定する作
業においては、特殊な治具を用いてプローブ針３０の先
端位置を正確に位置決めする。そして、針押さえ３２に
形成した溝に、プローブ針３０の中間部分を挿入して、
これを樹脂３４で覆い、その後、針押さえ３２とプロー
ブ針３０からなる組み立て体を、炉内で加熱して樹脂３
４を固めている。プローブ針３０が固定された針押さえ
３２は、締結装置４０を用いて支持板４２に固定され
る。その後、プローブ針３０の根元部分が基板３６の配
線パターンに半田付けされる。

【００２７】もし、針押さえ３２と支持板４２とが一体
に形成されていると、支持板４２は針押さえ３２よりも
かなり大きいので、針押さえ３２に対するプローブ針３
０のセッティング作業が非常に不便になる。また、支持
板４２を基板３６の上側に固定して、一方で、プローブ
針３０の根元部分を、基板３６の下側に露出している配
線パターンに半田付けする、といった作業がほとんど不
可能になる。

【００２８】次に、このプローブカードの使用方法を説
明する。図１において、図示しないチャックトップに被
検体を載せて、これを、プローブカードの下方に配置す
る。そして、チャックトップを上昇させて、被検体の電
極にプローブ針３０の先端を接触させる。この接触時点
から所定距離だけチャックトップをさらに上昇させてオ
ーバードライブをかけ、所定の針圧を得る。この状態
で、検査装置５４を用いて被検体の検査を行う。

【００２９】被検体を高温で検査する場合には、プロー
ブ針に被検体を接触させる前に、チャックトップ側から
被検体を加熱し、被検体を所定の温度にする。その後、
被検体の電極をプローブ針３０に接触させる。このと
き、被検体及びチャックトップからの放射熱や、プロー
ブ針からの伝導熱によって、プローブカードの基板３６
の下面側の温度が上昇する。これにより、基板３６は下
に凸になるようにわずかに変形する。このとき、針押さ
え３２の高さ位置の変位量は、締結装置４４の位置にお
ける基板３６の高さ位置の変動量と、支持板４２の変形
量だけに依存する。すなわち、締結装置４４の半径方向
内側における基板３６の変形は、針押さえ３２の高さ位
置には影響を及ぼさない。基板３６は外周部においてホ
ルダー５２で支持されているので、外周部に近い締結装
置４４の位置では、基板３６の高さ位置の変動はあまり
大きくない。また、支持板４２は窒化アルミニウム系セ
ラミックスでできているので、熱変形が生じにい。さら
に、支持板４２は基板３６の背後（上面側）にあるの
で、被検体やチャックトップからの放射熱を受けること
もなく、支持板４２の上下の温度差はほとんど生じな
い。このことからも、支持板４２は熱変形しにくい。

【００３０】以上の理由により、基板３６が熱変形して
も、針押さえ３２の高さ位置の変動は、従来よりも非常
に小さくなる。図３に示すのと同じ実験を、この実施例
のプローブカードに対しても実施したところ、プローブ
針の支持部の変動量は従来よりも約３０％減少した。

【００３１】上述の実施例では、上方にプローブカー
ド、下方に被検体を配置しているが、これとは逆に、上
方に被検体、下方にプローブカードを配置してもよい。
後者の場合、基板の上側にプローブ針が配置され、基板
の下側に支持板が配置される。

【００３２】

【発明の効果】この発明のプローブカードは、基板より
も線膨張率の小さい支持板に針押さえを取り付けたの
で、被検体を高温で検査する場合に基板が熱変形を生じ
ても、針押さえの高さ位置の変動が少なくなり、安定し
た測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）はこの発明の一実施例の平面図、（Ｂ）
は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線
断面図である。

【図２】従来のプローブカードの正面断面図である。

【図３】従来のプローブカードにおけるプローブ針の支
持部の高さ位置の変動を示すグラフである。

【符号の説明】

３０プローブ針３２針押さえ３６基板４０締結装置４２支持板４４締結装置５０電極５４検査装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のプローブ針と、これらのプローブ
針の先端位置が被検体の電極配置に対応するようにプロ
ーブ針を固定する針押さえと、プローブ針と外部の検査
装置とを電気的に接続するための配線パターンを形成し
た基板とを備えるプローブカードにおいて、前記基板よりも線膨張率の小さい支持板を前記基板に固
定し、この支持板に前記針押さえを固定し、前記基板と
前記支持板との固定位置を、前記支持板と前記針押さえ
との固定位置よりも、基板の外周側に位置させたことを
特徴とするプローブカード。
【請求項２】前記支持板の線膨張率が１０×１０^-6／
℃以下であることを特徴とする請求項１記載のプローブ
カード。
【請求項３】前記支持板はセラミックスで形成されて
いることを特徴とする請求項１記載のプローブカード。
【請求項４】前記支持板は前記基板を基準として前記
プローブ針の反対側に位置することを特徴とする請求項
１記載のプローブカード。
【請求項５】前記基板と前記支持板との固定位置と、
前記支持板と前記針押さえとの固定位置とが、２０ｍｍ
以上離れていることを特徴とする請求項１記載のプロー
ブカード。
【請求項６】前記基板は多層の前記配線パターンを有
することを特徴とする請求項１記載のプローブカード。