JPH10505914A - 接続方法および接続装置 - Google Patents

接続方法および接続装置

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JPH10505914A
JPH10505914A JP8535137A JP53513796A JPH10505914A JP H10505914 A JPH10505914 A JP H10505914A JP 8535137 A JP8535137 A JP 8535137A JP 53513796 A JP53513796 A JP 53513796A JP H10505914 A JPH10505914 A JP H10505914A
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ロング,トミイ
サブリ,モハメッド
サウンダーズ,ジェイ.リン
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マイクロコネクト,インコーポレイテッド
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    • G01R1/06Measuring leads; Measuring probes
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    • G01R1/07307Multiple probes with individual probe elements, e.g. needles, cantilever beams or bump contacts, fixed in relation to each other, e.g. bed of nails fixture or probe card
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Abstract

(57)【要約】 名目上同一平面にある複数の第1接触素子(34)を有する接触装置が、電子装置(108)の対応する名目上同一平面にある複数の第2接触素予(112)と、この接触装置と電子装置(108)をこれらの第1接触素子(34)の平面が第2接触素子(112)の平面と実質的に平行であるように配置して、これらの装置をこの第1接触素子(34)の平面および第2接触素予(112)の平面と実質的に垂直方向に相対変位させたときに、電気的に接触する。この接触装置は、片持ち梁状に突出するフィンガを備えた主部を有する剛い基板(4)を含み、各フィンガは、それがこの基板(4)の主部に結合されている基端および対向する末端を含み、各フィンガのこの末端上に一つまたは二つの接触素子がある。

Description

【発明の詳細な説明】 ---接続方法および接続装置---発明の背景 この発明は、電子装置へ接続するための接触装置およびそのような接触装置を 製作し、例えば半導体またはその他の装置の製造に、使うための方法に関する。 集積回路チップ製造の重要な特徴は、このチップに具体化した回路が仕様に従 って作動することを検証するために試験することである。回路は、チップを実装 してから試験することもできるが、ウェーハのダイシングおよび個々のチップの 実装に出費を伴うので、回路を製作プロセスで出来るだけ早く試験して、欠陥の ある装置に不必要な努力を費やさないようにすることが望ましい。従って、回路 を、ウェーハの製作が完了した直後でダイスに分離する前か、ダイシングの後だ が実装の前に試験することが望ましい。どちらの場合も、後の実装および接続作 業と抵触しないように、この回路の外部接続点(通常ボンディングパッド)に非 破壊的方法で電気的接続をすることが必要である。 米国特許明細書第5,221,895号は、集積回路を試験するためのプロー ブを開示している。このプローブには、例えばベリリウム銅合金で作った剛い金 属基板がある。この基板は、形状が全体として三角形で、二つの縁が支持領域か ら全体として矩形の先端領域の方へ集束している。この基板の一つの主面の上に ポリイミドの層があり、このポリイミドの層の上に金の導体路が作られている。 これらの導体路と金属基板がマイクロストリップ伝送線を形成する。これらの導 体路は、先端領域の上を互いに平行に伸び、支持領域の方へ扇形に拡がる。各導 体路の先端領域の上にある端に接点隆起が配置されている。この基板の先端領域 は、各二つの隣接する導体路の間でスリットを切られ、それによって先端領域が 、この基板の主部から片持ち梁状に突出する、複数の別々に撓むフィンガに分割 される。 米国特許第5,221,895号に示すプローブは、試験ステーションで使う ために設計してある。そのようなステーションには、米国特許第5,221,8 95号に示す構成の四つのプローブがあって、これらのプローブは、それらの接 点隆起を下に向けて、矩形の四つの縁に沿って接点隆起を4列に並べて、ほぼ水 平方向に配置されている。DUTは、全体として矩形で、一つの面の縁に沿って 接続パッドを有する。このDUTを、その接続パッドを上に向けて、真空チャッ クに置く。この真空チャックは、DUTを上方に駆動してプローブと接触させ、 このDUTを最初の接触から所定の距離だけ過剰駆動する。現在の工業規格によ れば、そのような試験ステーションは、各接続パッドで10gの称呼接触力を生 ずるように設計されている。従って、過剰駆動の量は、もし、全ての接続パッド で同時に接触が起り、各接点隆起が同じ量だけ撓むとすれば、全接触力が10g 掛ける接続パッドの数であるように計算する。 もし、プローブ基板の材料がベリリウム銅であり、各柔軟フィンガが長さ約0 .75mm、幅約62ミクロンおよび高さ約250ミクロンであり、このプロー ブをフィンガの足で機械的接地が行われるように支持すると、このフィンガの先 端で生ずる接触力は、このフィンガの先端の撓み1ミクロン毎に約7.7gであ る。従って、もし、フィンガの先端のこれらの接点隆起が同一平面にあり、DU Tのこれらの接続パッドが同一平面にあり、この接点隆起の平面が接続パッドの 平面に平行であれば、最初の接触から約1.3ミクロンの過剰駆動で、各接続パ ッドに10gの所望の接触力を生ずるだろう。しかし、接続パッドの一つが接点 隆起の平面から他の接続パッドより1.3ミクロン遠く離れていたとしたら、D UTを最初の接触から1.3ミクロンだけ変位したとき、この接続パッドとその 接点隆起の間には接触力が全くなく、発生した接触力は、全ての接点によって消 費されるだろう。もし、確実に接続するためには、接続パッドでの接触力が称呼 接触力の少なくとも50%なければならないと仮定するなら、この設計が適応す ることが出来る称呼高さからの最大差は、+/−0.7ミクロンである。しかし 、半導体産業で現在使われている標準プロセスで作った接点隆起と接続パッドの 高さの変動は、典型的には5ミクロンを超える。 その上、接点隆起が同一平面にあり、接続パッドが同一平面にあったとしても 、このプローブ装置のトレランスは、接続パッドの平面が接点隆起の平面と平行 であることを保証できるようにし、これらのトレランスに適応するために、全て の 接続パッドでの接触を保証するためにDUTを75ミクロンだけ変位することが 必要である。もし、70ないし80ミクロン(75ミクロン、+/−5ミクロン )の変位に適合するためにフィンガの寸法を変えるなら、このプローブは、遥か に弱くなるだろう。もし、プローブをフィンガの足から更に後ろの位置で支持し 、殆どの撓みがフィンガではなく、基板で行われるようにすると、フィンガの適 合能力が、フィンガそれ自体で生じた撓み0.13ミクロン/gに限定されるだ ろう。 DUTの接続パッドは同一平面になく、プローブの接続隆起も同一平面にない 。接続パッドの称呼平面(パッドとの距離の2乗和が最小になる平面)が接点隆 起の称呼平面と平行であると仮定すると、接続パッドと対応する接点隆起との間 の距離の変動は、DUTとプローブの両方の品質がよければ、5ミクロンまでで ある。 現在、集積回路チップ上の接続点のピッチは、少なくとも150ミクロンであ るが、数年以内にこのピッチが約100ミクロンに減少することが可能であると 期待できる。 常に細かいピッチで接続する要求があるので、米国特許第5,221,895 号に示す種類のプローブの中の応力は増す。もし、接続パッドの間隔が75ミク ロンであれば、これは、フィンガの幅が約50ミクロン以下でなければならない ことを意味し、応力を降伏点以下に保つためには、フィンガの高さが少なくとも 400ミクロンでなければならない。 フィンガの必要な高さは、降伏点がベリリウム銅のそれよりも高い金属を使う ことによって減らせる。例えば、もし基板を、弾性係数が207×109N/m2 のステンレスで作れば、フィンガの最大高さを約350ミクロンに減らせる。し かし、撓みが、この業界で見られる典型的な高さの変動に従うために必要なもの 以下に減る。その上、ステンレスの抵抗率がベリリウム銅のそれよりもかなり高 く、これが、マイクロストリップ伝送線によって許容できない程劣化することな く伝播できる信号の周波数を制限する。一般に、従来の技術は、発生した応力に 耐えながら、確実な接続をするために必要な力で適当な撓みを達成することが困 難であるので、用途に制限がある。 その上、マイクロストリップ伝送線は、5GHzの周波数までの信号に対して は適当な特性を持つが、それより高い周波数には所謂ストリップライン構成が望 ましいことが分っている。発明の概要 この発明の第1の特徴によれば、回路装置への電気的接続を確立するための接 触装置の製造に使用する多層複合構造体を作る方法であって、抵抗率が実質的に 約10μΩcmより大きい金属の基板を用意する工程、抵抗率が約3μΩcmよ り小さい金属の第1層をこの基板の主面に付着し、この第1層が基板から離れた 側に主面を持つようにする工程、この第1層の主面に誘電体材料の第2層を付着 し、この第2層が基板から離れた側に主面を持つようにする工程、およびこの第 2層の主面に、抵抗率が約3μΩcmより小さい金属の第3層を付着する工程を 含む方法が提供される。 この発明の第2の特徴によれば、回路装置への電気的接続を確立するための接 触装置を作る方法であって、抵抗率が実質的に約10μΩcmより大きい金属で 、主部とそれから軸に沿って突出する先端部を有する基板を用意する工程、抵抗 率が約3μΩcmより小さい金属の第1層をこの基板の主面に付着し、この第1 層が基板から離れた側に主面を持つようにする工程、この第1層の主面に誘電体 材料の第2層を付着し、この第2層が基板から離れた側に主面を持つようにする 工程、この第2層の主面に、抵抗率が約3μΩcmより小さい金属の第3層を付 着する工程、この第3層の金属を選択的に除去してこの先端部の上に上記軸に平 行に伸びる別々の導体路を形成し、これらの導体路の間に露出された第2層の部 分を残し、それによって多層複合構造体を作る工程、およびこの複合構造体の先 端部に上記軸に平行にスリットを入れ、それによって、この複合構造体の主部か ら片持ち梁状に突出し、各々少なくとも一つの導体路を坦持するフィンガを作る 工程を含む方法が提供される。 この発明の第3の特徴によれば、集積回路チップに具体化した集積回路を試験 する際に使用するためのプローブ装置であって、全体として平面のデータ面を有 する支持部材、基端と末端を有する全体として平面の弾性のあるプローブ部材、 このプローブ部材をその基端でこの支持部材に、プローブ部をデータ面に接触さ せて取付ける少なくとも一つの取付け装置、この支持部材とプローブ部材上のそ の基端と末端の間にある位置との間で、プローブ部材の末端を支持部材から押し 離して、プローブ部材が弾性撓みを受けるようにするために有効である、少なく とも一つの調整部材を含む装置が提供される。 この発明の第4の特徴によれば、集積回路チップに具体化した集積回路を試験 する際に使用するためのプローブ装置であって、支承面を有する支持部材、基端 と末端を有すプローブ部材で、対向する第1主面と第2主面を有する剛い基板お よびこの基板の第1主面の上をその末端から基端まで伸びる導体路を含み、この プローブ部材の導体路がこの基板の第1主面の接続領域の上に第1の所定のパタ ーンで分布されているプローブ部材、このプローブ部材をこの支持部材に、プロ ーブ部の第2主面を支持部材の支承面に向けて取付ける少なくとも一つの取付け 部材、主面を有する基板および上記主面の接続領域の上に第2の所定のパターン で分布された導体路を含む回路ボード、主面並びに第1接続領域および第2接続 領域を有するフレキシブル基板、並びにこのフレキシブル基板の第1接続領域と 第2接続領域の間に伸び、この第1接続領域の上に上記第1パターンに対応する パターンで分布され、且つこの第2接続領域の上に上記第2パターンに対応する パターンで分布された導体路を含むフレキシブル回路、このフレキシブル回路を この支持部材に、フレキシブル回路の第1接続領域をこのプローブ部材の接続領 域に向け且つフレキシブル回路の導体路をこのプローブ部材のそれぞれの導体路 と導電的に接続して取付ける第1取付け装置、並びにこのフレキシブル回路をこ の回路ボードに、フレキシブル回路の第2接続領域をこの回路ボードの接続領域 に向け且つフレキシブル回路の導体路をこの回路ボードのそれぞれの導体路と導 電的に接続して取付ける第2取付け装置を含プローブ装置が提供される。 この発明の第5の特徴によれば、回路装置への電気的接続を確立するための接 触装置の製造に使用する多層複合構造体を作る方法であって、基板を用意する工 程、この基板の主面に誘電体材料の第1層を付着し、この第1層が基板から離れ た側に主面を持つようにする工程、およびこの第1層の主面に、抵抗率が約3μ Ωcmより小さい金属の第2層を付着する工程を含む方法が提供される。 この発明の第6の特徴によれば、回路装置への電気的接続を確立するための接 触装置を作る方法であって、主部とそれから軸に沿って突出する先端部を有する 基板を用意する工程、この基板の主面に、この基板から離れた側に主面を持つ誘 電体材料の第1層を付着する工程、この第1層の主面に、抵抗率が約3μΩcm より小さい金属の第2層を付着する工程、この第2層の金属を選択的に除去して この先端部の上に上記軸に平行に伸びる別々の導体路を形成し、これらの導体路 の間に露出された第1層の部分を残し、それによって多層複合構造体を作る工程 、およびこの複合構造体の先端部に上記軸に平行にスリットを入れ、それによっ て、この複合構造体の主部から片持ち梁状に突出し、各々少なくとも一つの導体 路を坦持するフィンガを作る工程を含む方法が提供される。 この発明の第7の特徴によれば、名目上同一平面にある複数の第1接触素子を 有する接触装置で、電子装置の対応する名目上同一平面にある複数の第2接触素 子と、この接触装置と電子装置をこれらの第1接触素子の平面が第2接触素子の 平面と実質的に平行であるように配置して、これらの装置をこの第1接触素子の 平面および第2接触素子の平面と実質的に垂直方向に相対変位させ、対応する第 1接触素子および第2接触素子の各対に少なくともfの接触力を発生することに よって、電気的に接触させ、その場合にこれらの装置をフアスト・タッチダウン からラスト・タッチダウンまでに上記方向に距離dだけ相対変位する必要がある 接触装置であって、片持ち梁状に突出するフィンガを備えた主部を有する剛い基 板で、各フィンガは、それがこの基板の主部に結合されている基端および対向す る末端を有し、各フィンガのこの末端上に一つ以上二つ以下の接触素子がある基 板、これらにフィンガの末端に上記方向に力を加えると、これらのフィンガとこ の基板の主部の両方に撓みが起きるように、この基板が取付けられている支持部 材、並びにこれらの装置に上記方向に相対運動をさせるための手段を含み、この 基板が、これらの装置を上記方向にフアスト・タッチダウンから距離dだけ相対 変位させると、各接触素子に約0.1*f+/−0.1*fの反力を発生し、更 にこれらの装置を上記方向にラスト・タッチダウンを越えて約75μmまたは5 *dの距離だけ相対変位させると、各接触素子に約0.9*f+/−0.1*f の反力を発生するような大きさになっている装置が提供される。 この発明の第8の特徴によれば、集積回路またはディスプレイ(例えば、LC Dパネル)のような装置を試験/製造するための方法であって、プレーナ型集積 回路製造プロセスのような、このDUTの製造プロセスを実行する工程、このD UTを真空チャックのような位置決め装置の上に配置する工程(集積回路等の場 合、このDUTは、ウェーハまたはダイスの形でよい)、この発明による接触装 置をこのDUTと適正な配置のために要求される程度に整列する工程、このDU Tを接触装置に関して相対運動をさせてそれと最初の接触(電気的に決るように 、または機械的手段によって)をさせる工程、応力をこの接触装置の長いフィン ガと接触装置の基板の間で妥当に分配して、この相対運動を過剰に行い、確実な 電気的接続を確立する工程、このDUTに試験信号を加えてこのDUTに欠陥が あるかどうか、さもなければ許容できる仕様の範囲内か外かを決める工程、この DUTの合格/不合格の状態を記録する工程(それは、もしDUTに欠陥があれ ばインクを付けるとか、またはデータ記録による機械的表示を含んでもよい)、 このDUTを位置決め装置から取除く工程、およびもし許容されればこのDUT を実装し、組立てる工程を含むことができる方法が提供される。 この発明によれば、微細ピッチの接続点を持つ装置も確実に試験し、製造する ことができる。図面の簡単な説明 この発明をより十分に理解するため、およびそれを実施する方法を示すために 、これから、例として、添付の図面を参照する。それらで: 第1図ないし第5図は、この発明を具体化した接触装置の制作中の種々の工程 を示し、第1図および第4図は、平面図であり、第2図、第3図および第5図は 、断面図であり; 第6図は、この発明を具体化した接触装置の部分透視図であり; 第6A図は、第6図の線6A−6Aによる断面図であり; 第7図は、半導体試験器の、一部断面による、全体図であり; 第8図は、回路ボードおよび第7図に示す試験器の試験ヘッドの一部を形成す る取付け板の平面図であり; 第9図は、この取付け板の拡大透視図であり、この取付け板に取付けたバック アップブロックも示し; 第9A図、第9B図、および第9C図は、これらのバックアップブロックを取 付け板に取付ける方法を示す断面図であり; 第10図は、この回路ボードを接触装置に接続するために使うフレキシブル回 路の拡大図であり; 第11A図および第11B図は、この接触装置とフレキシブル回路を取付け板 に対して配置する方法を示す断面図であり; 第12A図および第12B図は、この取付け板とフレキシブル回路を回路ボー ドに対して配置する方法を示す断面図である。好適実施例の詳細な説明 第1図は、上主面6および下主面を有する弾性のある金属の基板4を示す。こ の発明の好適実施例で、この基板は、ステンレスであり、厚さ約125ミクロン である。この基板は、形状が全体として三角形で、二つの縁8が支持領域10か ら全体として矩形の先端領域12の方へ集る。この基板は、中心軸18の周りに ほぼ鏡像対称である。 第2図を参照して、基板4の上主面6上に金の薄膜14を蒸着またはスパッタ によって付着する。この金の膜は、もし望むならメッキによって増大してもよい 。ポリイミドのような絶縁材料を液相で膜14の上主面上にスピンまたは噴霧し 、次に硬化して厚さ約25ミクロンの層16を作る。 金の層20をこの層16の上主面22の上に蒸着またはスパッタによって付着 する。この層20は、普通のフォトリソグラフィー技術を使ってパターン化し、 このプローブの先端領域12上を中心軸18に伸びて、この先端領域から基板4 の三角形部の上を支持領域10の方へ扇形に拡がるストリップ26を作るが、そ れはこの支持領域で一緒に結合してもよい。各ストリップは、支持領域10に対 して基端と末端を有する。次に、追加の金属をメッキによってこれらのストリッ プの上に付着する。これらのストリップが、約12ミクロンの所望の厚さになっ てから、フォトマスク材料の層30(第5図)を第3図および第4図に示す構造 体の上面に付着し、第5図の部分(a)に示すように、各ストリップ26の末端 上のこの層に孔32を作る。ニッケルのような硬い接点金属をメッキによってこ れらの孔に付け(第5図の部分(b))、次に、フォトマスク材料を除去する (第5図の部分(c))。ストリップ間の接続部は、エッチングによって除去す る。このようにして、層16の上に別々の導体路が作られ、各導体路は、その末 端上に接点隆起34を有する。これらの導体路は、幅50ミクロンで、先端領域 上で中心間の間隔が約125である。 第6図を参照して、ポリイミドのカバー層40を、矩形先端領域12の後ろに ある、即ち支持領域10の方の基板の区域上の導体路26の上に作り、金の層4 4をこの層40の上に蒸着またはスパッタによって付着する。層44は、メッキ によって増大してもよい。上記の製作工程の結果、基板4、金膜14、ポリイミ ド層16、金導体路26、ポリイミド層40および金層44を含む多層構造体が できる。 次にこの多層構造体の先端領域にスリットを入れ、それによってこの先端領域 を複数の別々に柔軟なフィンガ48に分割し、それらのフィンガは、この構造体 の主部から片持ち梁状に突出している。この基板の所定のフィンガは、単一導体 路の末端部を坦持してもよく、または隣接する二つの導体路の末端部を坦持して もよい。この先端部のスリッティングは、紫外線レーザを使った融蝕によって行 ってもよい。ステンレスの熱伝導率が悪いことは、このレーザ融蝕法に関して好 都合な要因である。除去する切り溝の幅は、約17ミクロンであるから、フィン ガの幅は、約108ミクロンか、約233ミクロンである。各フィンガの長さは 、約1mmである。 第6図に示す構造体は、集積回路チップまたはフラットパネルディスプレイ装 置のような電気回路装置の接触パッドに電気的に接続するための接触装置として 使ってもよい。ニッケル隆起34は、この回路装置の接触パッドと接触するため のプローブ素子として役立つ。この接触装置を使用しているとき、各ニッケル隆 起は、この回路装置の単一接続パッドと接触する。この回路装置の接地パッドと 接触すべき隆起34aは、層20を付ける前に層16の孔に作った通路46によ って基板に接続してもよい。接点隆起34aをしっかりと接地することを保証す るために、隆起34aで終る導体路26の長さに沿って複数の通路46を設けて もよい。 この導体路の構成とそれらの間隔によって、層44の前方境界の後ろがストリ ップライン伝送線環境であるが、層44の前方はマイクロストリップ伝送線環境 である結果となる。当然、先端領域のスリッティングは、このマイクロストリッ プ伝送線環境が劣化する結果となる。フィンガの長さが約1mmの場合、このマ イクロストリップ伝送線環境は、これらの接点隆起から約2mmにある点まで伸 びる。しかし、劣化は、約10GHz以下の周波数で信号が許容できない程度に 歪むほど酷くはない。 第6図に示す構造体は、第7図ないし第11図を参照して説明するように、半 導体試験器で回路装置のプロービングのために使ってもよい。 第7図を参照して、この試験器は、機械的地盤として役立つフレーム102A を有するプローバ102を含む。真空チャック106を有する装置位置決め装置 104がプローバ102内に、またはその一部として取付けられている。このプ ローバは、真空チャックをフレーム102Aに対して二つの水平方向(Xおよび Y)および垂直(Z)に並進するため、並びにこの真空チャックを垂直軸の周り に回転するために、この装置位置決め装置に作用するステッピングモータ(図示 せず)を含む。この真空チャックは、試験中の装置、またはDUT、108を保 持する。第7図は、DUT108を、予めそれを作ったウェーハの他のダイスか ら切離したダイスとして示すが、適当に修正すれば、この装置をウェーハ段階で 半導体装置を試験するために使えることが分るだろう。第7図に示すように、D UT108は、接触パッド112を有する。 この試験器は、プローバフレーム102Aに対して確実に再現できる位置にあ るように、このプローバにドッキングできる試験ヘッド116も含む。この試験 ヘッド116は、本質的に剛い回路ボード122(第8図)を含み、そのボード は、絶縁基板およびこの基板の下主面で露出された導体路126を含む。通路( 図示せず)が、この基板を通って伸び、この基板の上主面で露出された接触パッ ド128で終る。回路ボード122は、この回路ボードの孔130を貫通するね じによって、この試験ヘッドに取外し可能に保持されている。試験ヘッド116 をプローバ102にドッキングし、回路ボード122をこの試験ヘッドに設置す ると、この回路ボード122が水平に配置され、接触パッド128がポーゴーピ ン132(第7図に模式的に示す)と係合し、それによって、このDUTで適 当な試験を行う目的で、この回路ボードの接触パッドが刺激および反応器具(図 示せず)に接続される。 取付け板136が回路ボード122に固定されている。この取付け板は、この 取付け板から下方に突出して回路ボードの対応する孔に入る案内ピン134によ って、この回路ボードに対して配置されている。この取付け板を回路ボードに取 付ける方法を以下に説明する。 この取付け板は、外面が全体として円筒形で、その中心軸138がこの板の軸 と考えられる。この板136は、その軸138を垂直にして配置され、軸138 で交差するX−ZおよびY−Z平面の周りに鏡像対称である十字形貫通開口部( 第9図)を形成する。この十字の各リブの外端で、この板136に切り欠き14 0が作られていて、それはこの板の途中まで伸び、水平面142によって垂直下 方の境界をつけられている。 平面で見たとき、全体として矩形ベースの上に載せた台形の形をしたバックア ップブロック146が、その矩形ベースをこれらの切り欠き140の一つの中に 置いて配置されている。同様なバックアップブロック148が他の切り欠きに取 付けられている。以下のバックアップブロック146および関連する部品の説明 は、バックアップブロック148にも同様に当てはまる。 バックアップブロック146の矩形ベースは、切り欠き140の底の水平面1 42に設置することができる平面の取付け面150(第7図)を有する。このバ ックアップブロック146を取付け板136に組付けるために、このバックアッ プブロックにその矩形ベースを貫通する孔152が作られ、この取付け板にその 軸と平行で水平面142でこの板136に入る盲穴156が作られている。案内 ピン160をバックアップブロックの孔152を通して取付け板の盲穴156に 挿入し、このようにしてバックアップブロックを適度の精密度で取付け板に対し て配置する。 次に、バックアップブロック146のばか孔168を通って取付け板136の ねじ孔172に入る垂直止めねじ164(第8図、第9A図)および取付け板の ばか孔180を通ってバックアップブロックのねじ孔184に入る水平止めねじ 176(第7図)によって、バックアップブロック146を取付け板136に取 付ける。それによって、バックアップブロック146がこの取付け板に取付けら れ、次に、案内ピン160を取除く。ばか孔168および180は、このバック アップブロックが取付け板に対してわずかに水平および垂直に動けるようにする 。 水平に離間し、ねじ176の両側に一つずつ配置された二つの水平ねじ186 を、板136の外周壁のねじ孔に挿入し、バックアップブロックの盲ばか孔に入 れる。同様に、水平に離間し、ねじ164の両側に一つずつ配置された二つの垂 直ねじ190を、バックアップブロック146のねじ孔に挿入し、取付け板13 6の表面142と係合させる。これらのねじ176および186を使って、取付 け板136に対するバックアップブロックの水平位置を調整することができる。 ねじ176および186を選択的に廻すことによって、このバックアップブロッ クを直線的に前進または後退させ、および/または垂直軸の周りに回転させるこ とができる。同様に、ねじ164および190を使って、この取付け板に対して バックアップブロックを上げ若しくは下げ、および/または水平軸の周りに傾け ることができる。バックアップブロックが所望の位置および方向にあるとき、止 めねじを締付ける。 第7図ないし第10図に示す装置は、バックアップブロック146に関連する 接触装置194も含む。この接触装置194は、全体として三角形で、二つの縁 8が支持領域10から全体として矩形の先端領域の方へ集る。この接触装置の先 端領域は、この接触装置の対称軸と平行に伸びる複数のフィンガに分割されてい る。この接触装置は、この支持領域から先端領域へ伸びる導体路を含み、この先 端領域で各フィンガに沿って一つの導体路が伸びている。その支持領域で、この 接触装置の導体路が接触装置の下側に露出されている。この接触装置は、上に第 1図ないし第6図を参照して説明した方法で制作することができる。 バックアップブロック146の矩形ベースの内側、即ち台形部は、中心軸13 8の方に下方へ伸びている。接触装置194は、バックアップブロック146の 傾斜した下面の下に配置され、このバックアップブロックから突出して接触装置 の整列孔を貫通する案内ピン202(例えば、第11A図および第11B図)に よってこのバックアップブロックに対して位置決めされている。この接触装置を バックアップブロックに取付ける方法を以下に説明する。 この装置は、内縁領域208Aおよび外縁領域208Bを有するフレキシブル 回路208(例えば、第10図)も含む。このフレキシブル回路は、ポリイミド または類似の絶縁材料の基板、この基板の下側の接地面(図示せず)、およびこ の基板の上側上の複数の別々の導体路210を含む。この内縁領域208Aの上 では、導体路210の間隔が接触装置194の支持領域を横切る導体路の間隔に 対応し、外縁領域208Bの上では、導体路210の間隔がプリント回路ボード 122の内縁に沿った導体路126の間隔に対応する。 このフレキシブル回路に、整列孔の内対214Aおよび外対214Bが作られ ている。整列孔の内対214Aに、案内ピン202が通り、それによって内縁領 域208Aが接触装置194に対して位置決めされる。同様に、整列孔の外対2 14Bに、案内ピン134が通り、それによってフレキシブル回路の外縁領域2 08Bがこのプリント回路ボードに対して位置決めされる。このプリント回路ボ ードには、二組の取付け孔218Aおよび218Bも作られている。 接触装置194の支持領域、フレキシブル回路の内縁領域208A、および第 1長さのシンエツ・ストリップ222Aは、ねじ230Aによってバックアップ ブロックとクランプ板226Aの間にクランプされる。フレキシブル回路208 の外縁領域208B、プリント回路ボード122の内領域、および第2長さのシ ンエツ・ストリップ222Bは、ねじ230Bによって取付け板136と第2ク ランプ板226Bの間にクランプされる。フレキシブル回路の導体路に対する整 列孔214Aおよび214Bの位置は、フレキシブル回路の内縁領域208Aの 導体路210が接触装置の支持領域の導体路26と整合し、このフレキシブル回 路の外領域208Bの導体路210がプリント回路ボードの内縁の沿った導体路 126と整合するようになっている。このシンエツ・ストリップは、第7図では 厚さが誇張されているが、その長さに垂直に圧縮したとき、電気伝導度が異方性 であることが特徴である。即ち、それ自体の平面に垂直方向には、伝導度が非常 に良く、それ自体の平面およびその長さに平行な方向には非常に悪い。それで、 このシンエツ・ストリップ222Aがプローブ部材194の導体路26をフレキ シブル回路208のそれぞれの導体路210に接続し、シンエツ・ストリップ2 22Bがフレキシブル回路208の導体路210をプリント回路ボード122の それぞれの導体路126に接続する。 クランプねじを締付けると、このシンエツ・ストリップを圧縮し、するとそれ が接触装置の導体路とプリント回路ボード122の導体路126の間に、これら のシンエツ・ストリップおよびフレキシブル回路208のそれぞれの導体路を介 して電気伝導度のよい接続を確立する。 第1図ないし第6図を参照して説明したように、接触装置194の先端領域は 、フィンガに分割され、その各々は、接点隆起で終る接触路を有する。この先端 領域は、この接触装置がバックアップブロックにクランプされている支持領域か ら離間しているので、このバックアップブロックの下側のから離れて撓むことが できる。垂直調整ねじ234がバックアップブロック146のそれぞれのねじ孔 に嵌められている。ねじ234を適当に調整することによって、接触装置194 がバックアップブロック146に対して下方に撓む状態に、この接触装置に予圧 を掛けることができ、ねじ234を更に調整することによって、この先端領域を 押下げ、または上がらせ、または軸18の周りに傾けることができる。従って、 “機械的接地”が接触装置の支持領域を越えた位置まで伸びるが、リップ領域ま では伸びないことに注意することが重要である。以下に更に詳しく説明するよう に、機械的接地を適正に位置決めすることは、接触装置のフィンガと接触装置の 基板の間に応力分配を可能にし、それによってこの接触装置が、実際の装置/状 態にあり得る異常を仮定して、DUTとこの接触装置の間の確実な接触を保証す るに十分な力を加えることから生ずる応力に耐えられるようにする。 四つのバックアップブロック全てを取付け板136に適正に設置したとき、四 つの接触装置の先端部が正方形の四つの縁に沿って伸び、試験を受ける装置の接 触パッドと電気が伝導する接触をするように配置される。四つのバックアップブ ロックの内端の間にできる開口部を通してDUTを見ることによって、このDU Tを位置決め装置によって上げたときに、DUTを接点隆起と接触するように配 置することができる。 DUTを試験ヘッドに対して上げたとき、DUTの接触パッドが接触装置の接 点隆起と係合する。最初の接触をしてから(フアスト・タッチダウン)、DUT を最初の10ないし15ミクロン上げるが、それは接点隆起と接触パッドの共平 面性にあり得る誤差を吸収し、ラスト・タッチダウン(各接点隆起がそのそれぞ れの接触パッドと接触している)を達成するに十分である。次に、DUTを更に 75ミクロン上げる。フィンガのばね定数および、フィンガと支持領域の間にあ る基板のベース領域のばね定数は、各接触パッドに働く接触力が少なくとも10 gであるようになっている。10ないし15ミクロンの最初の撓みは、単一フィ ンガに約2gの接触力を与えるに十分であり、一方75ミクロンの更なる撓みは 、Nをフィンガの数とするとき、N*10g、またはフィンガ当り10gの接触 力を与える。撓みをフィンガと基板のベース領域で分配することによって、高度 のコンプライアンスを達成でき、接点隆起とフィンガの間に確実な接触を達成す るために必要な接触力を犠牲にすることなく、全ての接点隆起と接触できるよう にする。 基板金属の弾性は、DUTを接点隆起と接触させてわずかに過剰に駆動したと き、フィンガの撓みが望ましい磨き作用をし、接点隆起とDUTの接続パッドの 間に確実な圧力接触をさせるに十分な接触力も供給することを保証する。 金の膜14が接地面として役に立つかも知れず、基板4は、導電性であるが、 この装置の電気的性能に貢献しないかも知れないが、それはこの基板の厚さおよ び構成材料による。代替実施例では、例えば、この基板が接地面として役立つに 十分な導電性を持つに十分な厚さがあり、またはベリリウム銅でできていてもよ く、それによって、金の膜14があってもなくても、接地面として役立つに十分 な厚さを得る。 この発明が、フィンガと基板の間に望む応力負荷分配を如何に達成するかを特 に強調すべきである。実際的な大きさであってフィンガの適当なコンプライアン ス/撓みを与える(例えば、共平面性からの狂いを許容すること等)ために利用 できる材料で、これらのフィンガおよび基板に含まれる応力負荷をバランスさせ る(即ち、この材料の応力限界以下の許容相対範囲に維持する)べきであること が決っている。フィンガの端と支持領域の背面先端の間の機械的接地を適正に配 置することが、適当なコンプライアンスを達成するためのフィンガの適当な撓み も保証しながら、相対応力負荷の管理されたバランス取りを可能にする。好適実 施例では、フィンガと基板の相対応力負荷が、約0.7ないし1.3、0.8な いし1.2または0.9ないし1.1の範囲に維持/バランスされる。一定の材 料の応力限界内にあって、フィンガの適当な撓み/コンプライアンスの条件に合 って、所望の範囲が維持されれば、他の範囲を使ってもよい。 この応力負荷バランスと組合わせて、利用できる材料で、スリットの長さおよ び全体の物理的形状等によって制御されるフィンガの長さを、例えば、上記の応 力バランスを維持しながら、過剰駆動が60ないし80または75ミクロン等の 場合、所望の撓みが約5ミクロン、10ミクロン、12ミクロンまたは15ミク ロンのような、所望のフィンガの撓み/コンプライアンスを与えるように選ぶこ とができ、それが、生ずる応力負荷に耐えながらDUTと確実な接続をするプロ ーブ要素を作ることができることも発見されている。 この発明は、望ましくは集積回路またはディスプレイ(例えば、LCDパネル )のような装置の試験または製造に適用することができる。最初に、プレーナ型 集積回路製造プロセスのようなDUT108の製造プロセスを実行する。ディス プレイ装置に対しては、適当なLCDまたはその他の製造プロセスを実行する。 そのように製造してから、DUT108を、プローバ102の真空チャック10 6のような位置決め装置の上に配置する(集積回路等の場合、このDUTは、ウ ェーハまたはダイの形でよい)。DUT108を接触装置194と適正な配置の ために要求される程度に整列する。その後、接触装置194に関してDUT10 8を相対運動させ、それらの間に最初の接触を確立する(電気的に決るように、 または既知の機械的手段によって)。最初の接触の後に、この相対運動を所定の 程度に過剰に行って(上記のように)、接触装置の長いフィンガと基板の間に応 力が望ましく分配される、確実な電気的接続を確立する。この発明のように、機 械的接地を配置することは、これに関して特に望ましい。その後、DUT108 に試験信号を加えて、このDUTに欠陥があるか、さもなければ許容できる仕様 の範囲内か外かを電気的に決める。このDUTの合格/不合格の状態を記録して もよい(それは、もしDUTに欠陥があればインクを付けるとか、またはデータ 記録による機械的表示を含んでもよい)。更にその後に、このDUT108を位 置決め装置から取除いてもよい。もし、この装置が合格であれば、DUTの既知 の実装または組立を実行してもよい。 この発明によれば、微細ピッチの接続点を持つ装置でも確実に試験し製造する ことができる。 この発明は、説明した特定の実施例に限定されないこと、並びに添付の請求項 で定義するこの発明の範囲およびその均等物から逸脱することなく、それを変形 できることが分るだろう。例えば、この発明は、ストリップラインおよびマイク ロストリップ伝送線環境に関する図面を参照して説明してきたが、もし、膜14 を省き、接触装置を横切る導体路26が一つおきに接地導体路であるなら、マイ クロストリップと同一平面上の伝送線環境が得られるだろう。もし、一つおきの 導体路が接地路でなければ、層44の前縁までマイクロストリップ伝送線環境が 得られ、ある用途に対しては、それが接点隆起に極めて近ければ、マイクロスト リップ伝送線環境がこの点で終ることを許容できるかも知れない。この発明の半 導体試験器への適用を、接触装置の各フィンガに一つの接点隆起がある実施例を 参照して、および各接点隆起用に個々のフィンガを使うことが、DUTの接触パ ッドの非共平面性に最大限に適応することを説明してきた。しかし、フィンガの 捻れがそれぞれの接触パッドの高さの差に適応し、フィンガの幅が広ければ広い ほど、撓みに関して実質的により大きい剛性を与えるので、二つの接点隆起を設 け、各々それ自体の導体路に接続するのが有利かも知れない。この発明は、実装 前の装置の試験に限定されず、実装した装置、特に表面実装で実装した装置に使 えば、そのときは端子を接点隆起と係合するように適当に配置するので、それら の最終試験に使ってもよい。更に、引用数値は、好適実施例では従来技術より意 外に望ましい結果を与えるが、他の実施例では調整してもよい。
【手続補正書】 【提出日】1997年9月4日 【補正内容】 【図8】 【図9】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サブリ,モハメッド アメリカ合衆国97007 オレゴン州ビーバ ートン,エス.ダブリュ.オパル ドライ ブ 14916 (72)発明者 サウンダーズ,ジェイ.リン アメリカ合衆国97124 オレゴン州ヒルズ ボロ,エヌ.ダブリュ.ジャクソン クア リィ ロード 13230

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 回路装置への電気的接続を確立するための接触装置の製造に使用する多 層複合構造体を作る方法であって: 抵抗率が実質的に約10μΩcmより大きい金属の基板を用意する工程、 抵抗率が約3μΩcmより小さい金属の第1層をこの基板の主面に付着し、こ の第1層が基板から離れた側に主面を持つようにする工程、 この第1層の主面に誘電体材料の第2層を付着し、この第2層が基板から離れ た側に主面を持つようにする工程、および この第2層の主面に、抵抗率が約3μΩcmより小さい金属の第3層を付着す る工程、 を含む方法。 2. 請求項1による方法に於いて、この基板が主部とそれから軸に沿って突 出する先端部を有し、この方法が、更にこの第3層の金属を選択的に除去してこ の先端部の上に上記軸に平行に伸びる複数の別々の導体路を形成する工程、およ びこの複合構造体の先端部にスリットを入れ、それによって、この基板の主部か ら片持ち梁状に突出し、各々少なくとも一つの導体路を坦持するフィンガを作る 工程を含む方法。 3. 請求項1による方法であって、更にこの第3層の金属を選択的に除去し てこの第2層の上に伸びる別々の導体路を形成し、これらの導体路の間に露出さ れた第2層の部分を残す工程、これらの導体路およびこれらの導体路の間に露出 された第2層の部分の上に誘電体材料の第4層を付着する工程、並びにこの第4 層の上に金属の第5層を付着する工程を含む方法。 4. 回路装置への電気的接続を確立するための接触装置を作る方法であって : 抵抗率が実質的に約10μΩcmより大きい金属で、主部とそれから軸に沿っ て突出する先端部を有する基板を用意する工程、 抵抗率が約3μΩcmより小さい金属の第1層をこの基板の主面に付着し、こ の第1層が基板から離れた側に主面を持つようにする工程、 この第1層の主面に誘電体材料の第2層を付着し、この第2層が基板から離れ た側に主面を持つようにする工程、 この第2層の主面に、抵抗率が約3μΩcmより小さい金属の第3層を付着す る工程、 この第3層の金属を選択的に除去してこの先端部の上に上記軸に平行に伸びる 別々の導体路を形成し、これらの導体路の間に露出された第2層の部分を残し、 それによって多層複合構造体を作る工程、および この複合構造体の先端部に上記軸に平行にスリットを入れ、それによって、こ の複合構造体の主部から片持ち梁状に突出し、各々少なくとも一つの導体路を坦 持するフィンガを作る工程、 を含む方法。 5. 集積回路チップに具体化した集積回路を試験する際に使用するためのプ ローブ装置であって: 全体として平面のデータ面を有する支持部材、 基端と末端を有する全体として平面の弾性のあるプローブ部材、 このプローブ部材をその基端でこの支持部材に、プローブ部をデータ面に接触 させて取付ける少なくとも一つの取付け装置、 この支持部材とプローブ部材上のその基端と末端の間にある位置との間で、プ ローブ部材の末端を支持部材から押し離して、プローブ部材が弾性撓みを受ける ようにするために有効である、少なくとも一つの調整部材、 を含む装置。 6. 集積回路チップに具体化した集積回路を試験する際に使用するためのプ ローブ装置であって: 支承面を有する支持部材、 基端と末端を有すプローブ部材で、対向する第1主面と第2主面を有する剛い 基板およびこの基板の第1主面の上をその末端から基端まで伸びる導体路を含み 、このプローブ部材の導体路がこの基板の第1主面の接続領域の上に第1の所定 のパターンで分布されているプローブ部材、 このプローブ部材をこの支持部材に、プローブ部材の第2主面を支持部材の支 承面に向けて取付ける少なくとも一つの取付け部材、 主面を有する基板および上記主面の接続領域の上に第2の所定のパターンで分 布された導体路を含む回路ボード、 主面並びに第1接続領域および第2接続領域を有するフレキシブル基板、並び にこのフレキシブル基板の第1接続領域と第2接続領域の間に伸び、この第1接 続領域の上に上記第1パターンに対応するパターンで分布され、且つこの第2接 続領域の上に上記第2パターンに対応するパターンで分布された導体路を含むフ レキシブル回路、 このフレキシブル回路をこの支持部材に、フレキシブル回路の第1接続領域を このプローブ部材の接続領域に向け且つフレキシブル回路の導体路をこのプロー ブ部材のそれぞれの導体路と導電的に接続して取付ける第1取付け装置、並びに このフレキシブル回路をこの回路ボードに、フレキシブル回路の第2接続領域 をこの回路ボードの接続領域に向け且つフレキシブル回路の導体路をこの回路ボ ードのそれぞれの導体路と導電的に接続して取付ける第2取付け装置、 を含プローブ装置。 7. 回路装置への電気的接続を確立するための接触装置の製造に使用する多 層複合構造体を作る方法であって: 基板を用意する工程、 この基板の主面に誘電体材料の第1層を付着し、この第1層が基板から離れた 側に主面を持つようにする工程、および この第1層の主面に、抵抗率が約3μΩcmより小さい金属の第2層を付着す る工程、 を含む方法。 8. 請求項7による方法に於いて、この基板が主部とそれから軸に沿って突 出する先端部を有し、この方法が、更にこの第2層の金属を選択的に除去してこ の先端部の上に上記軸に平行に伸びる複数の別々の導体路を形成する工程、およ びこの複合構造体の先端部にスリットを入れ、それによって、この基板の主部か ら片持ち梁状に突出し、各々少なくとも一つの導体路を坦持するフィンガを作る 工程を含む方法。 9. 請求項7による方法であって、更にこの第2層の金属を選択的に除去し てこの第1層の上に伸びる別々の導体路を形成し、これらの導体路の間に露出さ れた第1層の部分を残す工程、これらの導体路およびこれらの導体路の間に露出 された第1層の部分の上に誘電体材料の第3層を付着する工程、並びにこの第3 層の上に金属の第4層を付着する工程を含む方法。 10. 回路装置への電気的接続を確立するための接触装置を作る方法であっ て: 主部とそれから軸に沿って突出する先端部を有する基板を用意する工程、 この基板の主面に、この基板から離れた側に主面を持つ誘電体材料の第1層を 付着する工程、 この第1層の主面に、抵抗率が約3μΩcmより小さい金属の第2層を付着す る工程、 この第2層の金属を選択的に除去してこの先端部の上に上記軸に平行に伸びる 別々の導体路を形成し、これらの導体路の間に露出された第1層の部分を残し、 それによって多層複合構造体を作る工程、および この複合構造体の先端部に上記軸に平行にスリットを入れ、それによって、こ の複合構造体の主部から片持ち梁状に突出し、各々少なくとも一つの導体路を坦 持するフィンガを作る工程、 を含む方法。 11. 名目上同一平面にある複数の第1接触素子を有する接触装置で、電子 装置の対応する名目上同一平面にある複数の第2接触素子と、この接触装置と電 子装置をこれらの第1接触素子の平面が第2接触素子の平面と実質的に平行であ るように配置して、これらの装置をこの第1接触素子の平面および第2接触素子 の平面と実質的に垂直方向に相対変位させ、対応する第1接触素子および第2接 触素子の各対に少なくともfの接触力を発生することによって、電気的に接触さ せ、その場合にこれらの装置をファスト・タッチダウンからラスト・タッチダウ ンまでに上記方向に距離dだけ相対変位する必要がある接触装置であって: 片持ち梁状に突出するフィンガを備えた主部を有する剛い基板で、各フィンガ は、それがこの基板の主部に結合されている基端および対向する末端を有し、各 フィンガのこの末端上に一つ以上二つ以下の接触素子がある基板、 これらにフィンガの末端に上記方向に力を加えると、これらのフィンガとこの 基板の主部の両方に撓みが起きるように、この基板が取付けられている支持部材 、並びに これらの装置に上記方向に相対運動をさせるための手段、 を含み、この基板が、これらの装置を上記方向にフアスト・タッチダウンから距 離dだけ相対変位させると、各接触素子に約0.1*f+/−0.1*fの反力 を発生し、更にこれらの装置を上記方向にラスト・タッチダウンを越えて約75 μmまたは5*dの距離だけ相対変位させると、各接触素子に約0.9*f+/ −0.1*fの反力を発生するような大きさになっている装置。 12. 電気的に反応する回路を有する装置を作るための装置製造プロセスを 実行する工程; この装置を位置決め装置の上に配置する工程; この装置を接触装置に関して整列した相対運動をさせ、この接触装置が基板の 支持領域から離れて伸びるある長さのフィンガ上に配置された接点およびこれら のフィンガとこの支持領域の間に配置された機械的接地を含み、これらのフィン ガの長さと機械的接地の位置は、フィンガに生ずる応力負荷と基板に生ずる応力 負荷の間に実質的にバランスが取れているように決める工程; この装置に試験信号を加えてこの装置に欠陥があるかどうかを電気的に決める 工程; この装置に欠陥があるかどうかを記録する工程; この装置を位置決め装置から取除く工程;および この装置に欠陥がなければそれを実装し、組立てる工程; を含む方法。 13. 請求項12の方法に於いて、この装置が集積回路を含む方法。 14. 請求項12の方法に於いて、この装置がフラットパネルディスプレイ を含む方法。 15. 請求項12の方法に於いて、これらのフィンガに生ずる応力と基板に 生ずる応力の比が約0.7ないし1.3の範囲内にある方法。 16. 請求項12の方法に於いて、これらのフィンガに生ずる応力と基板に 生ずる応力の比が約0.8ないし1.2の範囲内にある方法。 17. 請求項12の方法に於いて、これらのフィンガに生ずる応力と基板に 生ずる応力の比が約0.9ないし1.1の範囲内にある方法。 18. 請求項15の方法に於いて、これらのフィンガが約10ミクロンを超 える平均撓みを受ける方法。 19. 請求項15の方法に於いて、これらのフィンガが約12ミクロンを超 える平均撓みを受ける方法。
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