JPS614971A - 座屈柱プロ−ブ装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体回路等の装置の電気的特性をテスト
するためのプローブ装置に関し、特に座屈柱を用いたプ
ローブ装置に関するものである。

〔開示の概要〕

ここで開示されるのは、多重モードの座屈柱プローブ装
置である。このプローブ装置は、露出されたワイヤ接点
の端部を抱く隙間変形用のグイと、上面に導電性のパラ
ｒ゛を設けた下方の基板との間に、上下方向に組をなす
位置決めガイドを介在させることＩＣより形成される。

そしてワイヤ・プロ−プは上下方向に組をなず位置決め
ガイド内に整合する孔を摺動可能に貫通する。これら上
下の位置決めガイドの間には、それらのガイドに整合す
る孔を形成された少くとも一枚の中間位置決めガイドが
、上下のガイドと離隔するように配置される。この中間
位置決めガイドの孔においても、ワイヤ・プローブは摺
動可能である。さらに、中間位置決めガイドと上下の位
置決め方イドの間にはさらに、ワイヤ・プローブを通過
させるための長孔を形成したガイドがそれぞれ介在配置
される。

このガイドの長孔は、上下及び中間の位置決めガイドの
孔とは相対的にオフセットしている。そしてこのオフセ
ットにより、従来の座屈柱プローブよりも軸方向の変位
の増大が許容され、座屈柱の方向性を適正に限定するこ
とができる。こうビてプローブの密度を高めることがで
きるとともに、特定のユーザーの要望に応えるべく多重
モードの座屈柱の屈曲対力の特性を制御することが可能
となる。

〔従来技術〕

近年、半導体チップのパッドに接続された集積回路の電
気的特性の試験を容易にするため、座屈柱プローブ装置
が盛んに使用されつつある。そのような装置として例え
ば、隙間変形用のダイに対して基板を相対的に移動させ
ることにより可撓性の座屈柱の一端をダイのパッドまた
は接点に押しつけるようにしたものが知られている。そ
の典型的な座屈柱プローブ装置は米国特許第３８０６８
０１号に開示されている。

さて、ワイヤー・プローブに軸方向の力を加えることに
より、その押圧力のもとでワイヤ・プローブは横方向に
座屈し、その結果プローグの両端点で、隙間変形用のダ
イと、パッドをもつ基板とに対して低い値のオーム接点
が保証される。しかし、パッドに当接するグローブの応
力がそのチップまたはパッドに対する適当な応力値を超
えると、チップまたはパッドが破損する虞れがある。さ
らに、そのような装置は、電気的短絡を防止すべくプロ
ーブとグローブの間に十分な隙間をとっておかねばなら
ない、ということから構造の複雑さをまぬがれ得ない。

そこで従来の典型的な座屈柱プローブ装置１００例を第
３図に示す。第３図において、下方の基板１８は、ワイ
ヤ接点１４が植え込まれた上方の隙間変形用のダイ１２
からある距離だけ隔てて配置されており、このワイヤ接
点１４の先端はダイ１２の下面から突出している。そし
て、典型的には、隙間変形用のダイ１２及び基板１８の
それぞれにある距離だけ離れて上方の位置決めガイド２
２及び下方の位置決めガイドろ４とが近接配置されろ。

これらの位置決めガイド２２及び５４には小さい直径の
孔２４及び３６が設けられ、これらの孔２４及びろ６の
直径は、ワイヤ・プローブ３８を摺動可能に通過させる
ためＫ、ワイヤ・プローブろ８の直接よりもやや大きく
設定されている。

このようにして、ワイヤ・プローブ３８は偏向すること
なくその軸方向に亘って隙間変形用のダイヤ接点１４と
、基板１８のパッド２０とに整合している。それに加え
て、通常はオフセット用のダイ２６も配置される。すな
わち、ワイヤ５８を通過させるためのダイ２６の孔２Ｂ
は位置決めガイド２２の孔２４とは相対的にオフセット
され、これにより、ワイヤ・７゛ローブは所与の横方向
に座屈するように偏倚力を受ける。さらにまたオフセッ
ト用ダ１ｆ２６と下方の位置決めガイド３４との間には
浮遊ダイ３０が配置される。このダイ３０は、ワイヤ・
プローブ３８に軸方向に力が加えられている間は、ワイ
ヤ・プローブ３日が軸方向に屈曲し、且つ横方向の屈曲
がオフセット用ダイろ０によって予め設定された方向に
揃えられるように、個々のワイヤ・プローブ３８を互い
に離隔させ絶縁させる役割を果たす。尚、典型的には上
記ずべてのガイド及びダイは隙間変形用のダイ１２に接
続され、一体の装置として下方の基板１８に対して近接
または離隔するように相対的に移動可能である。

ここで、従来の典型的な座屈柱グローブ装置における加
えられた力対軸方向の変位、及び軸方向の変位対横方向
の変位のグラフを第４図と第５図とにそれぞれ示す。先
ず第４図において見てとれるように、軸方向に加えられ
た力がある値を超えないうちは、軸方向の変位がその力
に比例して少しづつ増大するが、その力がある値を超え
ると軸方向の変位率が増大する。次に第５図において見
てとれるよう蹟、軸方向の小さい変位に対して横方向に
大きい変位が生じる。この特性により、座屈柱プローブ
の適用範囲が限定されてしまうが、それには２つの主な
理由がある。その第１は、複雑（稠密）なパターンをプ
ローブするときに、軸方向のわずかな変位のみしか扱う
ことができない、ということである。さもないと、ワイ
ヤ・プローブは互いに横方向に接触しやすくなり電気的
短絡を生じてしまう。そして、個々のプローブを離隔し
電気的に絶縁するために浮遊グイか使用されていても、
浮遊グー上・はいくつかのプローブを、パッドとの接触
を達成することなく座屈させてしまう作用をもつので、
浮遊ゲートの離隔にも限界がある。第２Ｋ、もし横方向
の変位が電気的短絡をもたらすほど重大ではないとして
も、ワイヤ・プローブとグイとの摩擦の増大を生じワイ
ヤ・プローブを拘束する影響を及ぼすため大きな座屈は
制限されなくてはならない、ということがある。さらに
、軸方向の変位があまりに太きいと、ワイヤ・プローブ
を永久的に座屈したまま復帰しない状態にしてしまうこ
とになりかねない。従って、複雑な（稠密な）パターン
にはきわめて均一なプロブ用の平面が必要であるととも
に、従来の座屈柱では軸方向の変位が約５　ｍｉｌ！（
０，１２”；　ｍｍ）　　程度に限定されてしまう。

そこで、多重モードで良好に働くようなプローブ・ワイ
ヤをもつ座屈柱プローブ装置を提供すべくいくつかの試
みがなされている。例えば、ＩＢＭテクニカル拳ティス
クロジャ・ブレティン　（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　　Ｄｉ
ｓｃｌｏｓｕｒｅ　　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ）Ｖｏｌ、　１
７．　Ｎｏ、　２．　１９７４年７月１９日、４４４ペ
ージ及び６３８ページを参照されたい。しかし上記文献
に記載された座屈柱プローブ装置においては、コネクタ
と接触子との多重座屈モードが個別、すなわち分離され
ており、従ってコネクタ側と接触子側で個別に離隔を行
う必要がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明の目的は、所望の屈曲特性を維持しながら横方
向の変位を低減１．且つ軸方向の大きい変位を許容し得
るよ５な座屈柱プローブ装置を提供することにある。

この発明の別の目的は、プローブ・パターンの密度を増
大でき、より多様なプローブ・パターンに対応し得るよ
うな座屈柱プローブ装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、基本的に１　ワイヤ・プローブが多重モー
ドで座屈され、個別の分離された座屈動作が、軸方向の
変位を増大させて横方向の変位の最大値を抑えるようＫ
した座屈柱プローブ装置に関するものである。その横方
向の変位の量は、横方向の長孔を形成した平面状の複数
のガイドを用いることによって制御される。これらのガ
イドは座屈モードのはじめに作用力を与え、座屈の方向
を制御し、ワイヤ・プローブが互いに接触するのを防止
すべく個々のワイヤ・プローブを分離するために使用さ
れる。この装置においては、上記長孔を形成されたガイ
ドの間に中間の位置決めガイドが配置されるとともに、
上方の隙間変形用のグイと下方の基板とに近接してそれ
ぞれ上下の位置決めガイドが配置される。このとき、中
間のガイド以外の、位置決めガイドの孔は互いに整合し
ているが、中間のガイドの長孔はそれらの孔とはオフセ
ットしている。こうして、ワイヤ・プローブは各位置決
めガイドに摺動可能に挿通され、これによりワイヤ・プ
ローブの下方がら上方へ軸方向の力を伝えることが可能
となる。さらに、中間の位置決めガイドは上方の位置決
めガイドと下方の位置決めガイドとで離隔する距離が異
なるように意図的に設定されている。この結果として、
１本の座屈柱の一端の有効自由長が他端の有効自由長よ
りも大きくなるので、ワイヤ・プローブは、軸方向の変
位を受けたときに、中間の位置決めガイドと近接する位
置決めガイドとの間のワイヤの距離が増大するような第
１のモードで座屈する。そして、座屈モードの横方向の
変位が、位置決めガイドの長孔の端部への当接により停
止すると、その有効自由長は半分になる。さらに負荷（
軸方向の変位）が増大すると、中間の位置決めガイドと
、それの近くの位置決めガイドとの間で第２のモードの
ワイヤ・プローブの座屈が行なわれる。すなわち、座屈
モードの相対的な有効自由長に応じて、応力対変位の曲
線のグラフをユーザーの個別の要求に沿わせることが可
能である。

尚、好適な実施例においては、上方の位置決めガイドと
下方の位置決めガイドの間に複数の中間位置決めガイド
が配置され、これらのすべての中間位置決めガイドは、
共通の直径を有し、基板のパッドと隙間変形用のダイの
接点とに整合する孔を備えている。そして、さまざまの
位置決めガイド間で孔の軸方向に対応してオフセットし
た中心をもつ長孔を形成されたガイドの長孔によって次
々のモードで変位を制御するために、中央の位置決めガ
イドや上下の位置決めガイドの間に長孔を形成されたガ
イドが配置される０ 〔実施例〕 第１ａ〜第１ｄ図は本発明に係る座屈柱プローブ装置５
０の構成及び動作を示すための図であり、この装置にお
いては、長孔を形成された複数のガイドの長孔の長さを
設定することにより、ワイヤ・プローブの横方向の変位
を最小に抑えつつワイヤ・プローブの軸方向の変位を増
大させるべく多重モードの座屈動作が行なわれる・装置
５０を構成する部品の多くは、第１図に示した従来例と
しての座屈柱プローブ装置内の部品に対応している。

この関連において、隙間変形用のガイド５２は試験装置
とのインターフェースとして働き、符号５４．５４′で
示す箇所に下方に突出する端部５６．５６′をもつワイ
ヤ接点を有している。そして、このワイヤ接点５４．５
４’はテストすべき基板上の回路にワイヤ６２．６２′
を介して電流を供給する役目を果たす。基板５８は隙間
変形用ガイド（ダイ）５２に向かう上方への移動を可能
とするように、例えば米国特許第５８０６８．０１号に
示された構成により支持される。基板５８の上面には、
導電性のパッド６０．６０′が互い眞離隔して形成され
ている。尚、これらのパッド６０．６０′の位置は、相
対的に固定された隙間変形用のダイ５２のワイヤ接点５
４．５４’と厳密に対応するよ５に軸方向に整合して形
成されている。

このグローブ装置５０は、隙間変形用のダイ５２から基
板５８までの間で上から順に上部位置決めガイド７０と
、長孔を設けた第１のガイド（以下第１長孔ガイドと呼
ぶ）８６と、第１の中間位置決めガイド８４と、長孔を
設けた第２のガイド（以下第２長孔ガイドと呼ぶ）９０
と、第２の中間位置決めガイド７８と、長孔を設けた第
３のガイド（以下筒ろ長孔ガイドと呼ぶ）９６と、底部
位置決めガイド７４とを備えている・このとき、第１及
び第２の中間位置決めガイドは上部位置決めガイド７０
及び底部位置決めガイド７４と、それぞれ等しい働きを
行う。そこで、上部位置決めガイド７０には符号７２で
示した箇所に、ワイヤ・プローブを摺動可能に挿通させ
ることができるよ５にワイヤ・プローブより少しだけ大
きい直径の孔が形成されている。それと同様の大きさの
孔は、第１の中間位置決めガイド８２、第２の中間位置
決めガイド７８及び底部位置決めガイド７４にもそれぞ
れ符号８４．８０及び７６で示す箇所に形成されている
。ワイヤ・プローブ６２及び６２′の長さは、隙間変形
用ガイド５２と基板５８の間隙が最大であるときに、グ
ローブ６２及び６２′が直線状で屈曲状態にはなく、す
なわちプローブ６２及び６２　’　Ｋは軸方向の力が加
えられないように設定されている。尚、ワイヤープロー
ブ６２及び６２′の上端には球状の膨出部６２ａが形成
されており、この膨出部如よって、ワイヤ・プローブに
下方から力が加えられないときにワイヤ・プローブは上
部位置決めガイド７０に吊り下げられた状態に維持され
る。

さて、この発明を理解するために重要なのは、第１、第
２及び第３長孔ガイド８６．９０及び９４のそれぞれに
、長孔８８．９２及び９６が形成され、それらが上下の
孔７２．８４．８０．７６を結ぶ軸上からオフセットし
ているという事実である。それゆえ、これらの長孔はプ
ローブの局在化された屈曲または座屈の大きさ及び性質
を制御する働きを行う。そうして、ワイヤ・プローブ６
２．６２’の有効自由長は、上部位置決めガイド７０と
第１の中間位置決めガイド８２・の間、第１の位置決め
ガイド８２と第２の中間位置決めガイド７８の間、及び
第２の中間位置決めガイド７８と底部位置決めガイド７
４の間、の各々であり、これら各々の有効自由長が、ワ
イヤ・プローブに軸方向に加えられた力により、ワイヤ
・プローブ６２．６２’の座屈モードを決定する。その
ような軸方向の力は基板５８を隙間変形用のダイ５２の
方へ相対的ｒ移動させることにより得られる。

すべての位置決めガイド及び長孔ガイドの垂直方向の位
置設定は、隙間変形用のダイ５２から底部位置決めガイ
ド７４へ垂直下方に延出するように固定されたロンド９
８への取り付けによって行なわれる０伺、そのような構
造については前述の米国特許第３８０６８０１号などの
文献を参照されたい。

ところで、第１ａ図から第１ｄ図までの図において、ワ
イヤ・プローブ６２．６２’の屈曲位置に対する有効自
由長が、位置決めガイド７ｏ及び位置決めガイド８２の
間（ＥＦＬｌ）と、位置決めガイド８２及び位置決めガ
イド７８の間（ＥＦｒ、）と、位置決めガイド７８及び
位置決めガイド７４の間（ＥＦＩ、）とで異なり、その
有効自由長（ＥＦＬ　）が上から下へ向がう匠つれて次
第に小さく設定されていることが見てとれよう。すなわ
ち、ＥＦＬｌはＥＦＬ２より大きく、ＥＦ’Ｌ２はＥＦ
Ｌ　５より大きい。このことは、位置決めガイド７０と
位置決めガイド８２の間隔が、位置決めガイド８２と位
置決めガイド７８の間隔よりも大きく、位置決めガイド
８２と位置決めガイド７８の間隔が、位置決めガイド７
８と位置決めガイド７４の間隔よりも大きいということ
□を意味する。

そして、各有効自由長の間の関係式はＥＦＬ　１＞ＥＦ
Ｌ２＞ＥＦＬ　３＞ＥＦＬ　１／２となる。

このように、位置決めガイド間の個々の座屈によりワイ
ヤ拳プローブ６２．６２’の軸方向の変位か増大するが
、その間、長孔ガイド８６．９゜及び９４内の長孔８８
．９２及び９６の長さによって横方向の変位の最大値が
維持され限定される。

長孔ガイド８６．９０及び９４は初期の座屈モードに作
用力を与え、座屈方向を制御し、個々のプローブ６２を
互いに接触しないように離隔させ、プローブ６２の横方
向の変位を限定するために使用される。プローブは中間
位置決めガイド８２．７８と上下の位置決めガイド７０
．７４とで自由に摺動可能である。そして、中間位置決
めガイド８２．７８が個々の座屈モードを決定すると２
もにグローブの長手方向に沿う作用力の自由な伝達を可
能ならしめる。

〔作用〕

第１ａ図から第１ｄ図までを順に見てゆくと、有効自由
長ＥＦＬ　　　ＥＦＩ、及びＥＦ”Ｌ３の長さが互いに
異なるため、基板５８を距離△だけ垂直上方に移動させ
たとき、第１ｂ図の矢印９７で示す軸線方向の力がワイ
ヤープローブ６２の下端に加えられ、これによりワイヤ
拳プローブ６２は第１のモードで座屈する。この実施例
では、そのときの基板５８の上昇距離△は、　　０．０
　口８１ｎｃｈ（０，２０３ｍｍ）である。そして、こ
の座屈モードの横方向の変位によりワイヤ・プローブ６
２が長孔８８の左端に当接せしめられると、その有効長
は半分になる。次に基板５８をさらに△′だげ上昇させ
ること妬より第１Ｃ図矢印９９て示すように軸線方向の
力が増大すると、これにより現時点での最大の有効長Ｅ
ＦＬ２をもつ箇所でワイヤ・プローブ６２の座屈が行な
われる。すなわち、このことは第１の中間位置決めガイ
ド８２と第２の中間位置決めガイド７８の間の、第２の
局在化された座屈をもたらし、この第２の座屈箇所では
ワイヤ°グローブが第２長孔ガイド９Ｑの長孔９２の左
端に当接する（第１Ｃ図参照）。このときの基板５８の
上昇距離Δ′は０．００８ｉｎｃｈ（０，２０３ｍｍ）
である。

局在化された座屈動作は有効自由長が最大である箇所で
行なわれ、そのことは各座屈モードの相対的な有効自由
長に依存する・第１ｄ図の第６のモードにおいては、有
効自由長ＥＦＬ３が、ワイヤ・プローブ６２の最大の有
効自由長である。そこで、矢印１００で示すように基板
５８を△“（０，２０３ｍｍ）だけ上昇させると、今度
は中間位置決めガイド７８と底部位置決めガイド７４と
の間で局所化された座屈が生じる。そして、ワイヤ・プ
ローブ６２が長孔ガイド９４の長孔９６の左端に当接す
るので、それ以上の座屈が停止する。伺、各座屈モード
の相対的な有効自由長に応じて、軸方向のより大きい変
位の増大を許容するために、より多くの位置決めガイド
と長孔ガイドな使用するように設計してもよい。

第２図は、多重モードの座屈柱プローブ装置５Ｑの多重
ワイヤ・プローブに対して力を加えた場合における、力
（単位ニゲラム）対軸方向の変位（単位：ｍｉｌりのグ
ラフである。尚、第１ａ図では２本のワイヤ命プローブ
６２．６２’が示され、第１ｂ〜１ｄ図でシま１本のワ
イヤ令グローブのみが図示されているけれども、各ワイ
ヤ・プローブの動作は第１ａ〜；６図と同一であること
を理解されたい。

さて、第２図を、第４ｂ、４ｃ及び４ａ図に相関させて
みると、第４ｂ図の矢印９７で加えられた力は、プロー
ブの横方向の変位が開始する前に、１’２ｆの太きさま
で増大する。そして、横方向の変位の開始時点では、プ
ローブの軸方向の変位は１２ｍ１Ｊ　　である。軸方向
の変位が８ｍ１ｊ？のとき軸方向に１２ｇを加えると第
５図のＰ点で横方向の変位が生じる。これは第１の座屈
モードの横方向の限界であり、ワイヤ・プローブ６２が
第１長孔ガイド８６の長孔８８の左端に当接する（第１
ｂ図参照）点でもある。次にワイヤ・プローブ６２に加
えられる軸方向の力が１３Ｆに達すると、ワイヤ・プロ
ーブ６２が第２の座屈を開始しく第１Ｃ図参照）、との
座屈は軸方向の変位が約１７ｍ１ｊ’になる点Ｐ′まで
続く。そして点Ｐ′では座屈したワイヤ・プローブ６２
が第２長孔ガイド９０の長孔９２の左端に当接するので
、ワイヤ・プロー“プロ２が第２のモードの座屈を終え
る。さらに、ワイヤ・プローブ６２に軸方向に加えられ
る力が１３ｆから１１’に増加されると、ワイヤ・・プ
ローブは第２の中間位置決めガイド７８と底部位置決め
ガイド７４の間の第３の座屈モードを開始する。この第
３のモードの座屈は、軸方向の変位が１６ｍ１ｌ！から
２４ｍ１Ｊまで増大する点Ｐ″ま、で継続し、その点Ｐ
″で第６の座屈は横方向の限界に到達する。こうして軸
方向の変位が終了し、°このあと第５図に示されるよう
にワイヤ・プローブに加えられる力が１４ｇから１６９
に上昇してもワイヤ・プローブはそれ以上は座屈しない
、というのは第１〜第ろ長孔８８．９２．９６によって
ワイヤ・プローブの横方向の座屈が制限されているから
である。

伺、この実施例では、ワイヤ・プローブを形成する物質
はハリニー（Ｐａ１ｉｎｅｙ）７合金であり、そのワイ
ヤの直径は０．００５１ｎｃｈ（０，１２７ｍｍ）であ
る。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、座屈柱プローブ装置
において、上下の位置決めガイドの間にワイヤ・プロー
ブの横方向の変位を制限するための長孔を形成した長孔
ガイドを介在固定したことにより、ワイヤ・プローブの
過度の屈曲を防止できるとともに、電気的短絡を生じな
いよう好適にワイヤ・プローブを互いに離隔できるので
プローブの高密度をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ〜１ｄ図は、本発明に係る座屈柱プローブ装置の
構造及び各座屈モードをあられす図、第２図は、第１図
の装置において、プローブに加えた力（ダラム）とプロ
ーブの軸方向の変位（ｍ１ｄ）との対応関係を示す図、 第３図は、従来の典型的な座屈柱プローブ装置の構造を
示す図、 第４図は、従来の座屈柱プローブ装置においてプローブ
に加えた力と軸方向の変位との対応関係を示す図、 第５図は、従来の座屈柱グローブ装置においてプローブ
の横方向と軸方向の変位との対応関係を示す図である。 ５８・・・・基板、６０・・・・パッド、６２．６２’
・・・・ワイヤープローブ、７０．７４・・・・位置決
めガイド８２．７８・・・・中間位置決めガイド、８６
゜９０．９４・・・・長孔ガイド。 １ｉ［人　　　インターナシタブフレ・ビジネス・マシ
ーンズ壷コーポレーション代理人　弁理士　　山　　　
本　　　仁　　　朗（外１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電気的試験装置と、上面に導電性のパッドを形成した基
   板との間に弾性及び導電性をもつ複数のワイヤ・プロー
   ブを配置し、上記基板と上記試験装置との間で上記ワイ
   ヤ・プローブを座屈させるように挾持し、以て上記基板
   と上記試験装置との電気的接続をはかるための座屈柱プ
   ローブ装置において、 （ａ）上記試験装置と上記基板との間に離隔して配置し
   、上記ワイヤ・プローブを摺動可能に挿通するための孔
   を形成した一対の位置決めガイドと、 （ｂ）上記位置決めガイドの間に介在配置して上記位置
   決めガイドとは相対的に固定し、上記位置決めガイドの
   孔に整合し上記ワイヤ・プローブを摺動可能に挿通する
   ための孔を形成した少くとも１つの中間位置決めガイド
   と、 （ｃ）上記位置決めガイドと上記中間位置決めガイドの
   それぞれの間に個別に介在配置して上記位置決めガイド
   とは相対的に固定し、上記位置決めガイドの孔とはオフ
   セットし上記ワイヤ・プローブを摺動可能に挿通するた
   めの長孔を形成した長孔ガイドとを具備したことを特徴
   とする座屈柱プローブ装置。