JPH09138242A

JPH09138242A - プローブカード

Info

Publication number: JPH09138242A
Application number: JP21811296A
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: 1996-08-01
Filing date: 1996-08-01
Publication date: 1997-05-27
Anticipated expiration: 2017-08-12
Also published as: JP3313031B2

Abstract

(57)【要約】【目的】基板の上面に支持板を固定し、この支持板の
下面に針押さえを固定することにより、基板が熱変形し
た場合でも、針押さえの高さ位置の変動を少なくする。【構成】基板３６の上面には支持板４２が固定され、
支持板４２の下面には針押さえ３２が固定されている。
針押さえ３２は、基板３６の中央部分の矩形の基板貫通
孔３８から下方に突き出している。基板３６と支持板４
２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の外周側にある。針押さえ３２と支持板４２の中
央には、ほぼ同じ大きさの矩形の針押さえ貫通孔４６と
支持板貫通孔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。

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】この発明は、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、次の（イ）〜（ヌ）の構成を
備えている。（イ）前記基板に基板貫通孔が形成されて
いる。（ロ）前記基板貫通孔を覆うように前記基板の上
面に支持板が固定されている。（ハ）前記支持板の下面
に前記針押さえが固定されている。（ニ）前記針押さえ
は前記基板貫通孔の内側にあって前記基板には接触して
いない。（ホ）前記針押さえの下端は前記基板貫通孔か
ら下方に突き出している。（ヘ）前記支持板に支持板貫
通孔が形成されている。（ト）前記支持板貫通孔は前記
プローブ針の先端の上方に位置している。（チ）前記針
押さえに針押さえ貫通孔が形成されている。（リ）前記
針押さえ貫通孔は前記プローブ針の先端の上方に位置し
ている。（ヌ）前記基板と前記支持板との固定位置は、
前記支持板と前記針押さえとの固定位置よりも、基板の
外周側に位置している。

【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。その分だけプロ
ーブ針の支持部の高さ変動が少なくなる。また、この発
明では、基板の上面に支持板を配置し、基板の下方にプ
ローブ針を配置しているので、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。

【００１４】ところで、この発明では、基板に対する上
下関係を、重力の方向とは無関係に、プローブ針が存在
する側を「下」、これとは反対の側を「上」と呼んでい
る。したがって、この発明を具体化した現実のプローブ
カードにおいては、基板の下面に支持板を固定して、基
板の上方にプローブ針を配置してもよい。

【００１５】この発明において、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。

【００１６】この発明は、基板が多層の配線パターンを
有するものである場合に特に有利である。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、本発明のように構成することによって、プローブ
針の支持部の高さ変動に及ぼす基板の熱変形の影響を少
なくするのが有効である。

【００１７】

【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（基板貫通孔）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４
０の下面に接触した状態で固定されている。締結装置４
０のナットは、バネ座金を介して締め付けられている。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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（針押さえ貫通孔）と４８（支
持板貫通孔）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。

【００２２】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。

【００２３】（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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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、熱変形が生じにくい。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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】

【発明の効果】この発明のプローブカードは、基板の上
面に支持板を固定し、この支持板の下面に針押さえを固
定しているので、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くなる。ま
た、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。これにより、高温測定時におけるプローブ
針の支持部の高さ変動が少なくなる。

【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３８基板貫通孔４０締結装置４２支持板４４締結装置４６針押さえ貫通孔４８支持板貫通孔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、次の構成を
備えるプローブカード。（イ）前記基板に基板貫通孔が形成されている。（ロ）前記基板貫通孔を覆うように前記基板の上面に支
持板が固定されている。（ハ）前記支持板の下面に前記針押さえが固定されてい
る。（ニ）前記針押さえは前記基板貫通孔の内側にあって前
記基板には接触していない。（ホ）前記針押さえの下端は前記基板貫通孔から下方に
突き出している。（ヘ）前記支持板に支持板貫通孔が形成されている。（ト）前記支持板貫通孔は前記プローブ針の先端の上方
に位置している。（チ）前記針押さえに針押さえ貫通孔が形成されてい
る。（リ）前記針押さえ貫通孔は前記プローブ針の先端の上
方に位置している。（ヌ）前記基板と前記支持板との固定位置は、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
位置している。
【請求項２】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３】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。