JPS6337261A - 同軸プロ−ブ - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は電気的テストプローブ、より具体的に言えば、
半導体チップのマイクロソケットのテストに関連して使
われるテストプローブに関する。

Ｂ、従来の技術 集積回路チップの大きさが縮小されるにつれて実装密度
が大きくなり、これによって、プローブの標的となる面
積が小さくなった。加えて、テストプローブの寸法の減
少はコンタクトポイントの損傷の傾向を増す。このため
に、集積回路をテストする際に、小さなチップのアタッ
チメントパッドとの接触を検査することの出来るテスト
プローブのシステムに対して、手作業のアライメントや
、光学的アライメントによらないで、プローブとパッド
との電気的な連続性の検査の必要がある。更にまた、テ
ストされるデバイスの全体の大きさが分っている場合、
テストされるべきパッド上にプローブを正確に置くため
のオペレータの介入や、手操作の調節などをなくすため
に、位置的なシステムエラーの合計が許容レベルの範囲
内に適正化することが重要である。

従来の技術において、異なった機能を遂行する多数のテ
スト装置が提案されて来た。これらは、単一のポイント
、プローブを２本使った欠陥分析テスタか、二叉プロー
ブを２本使ったパラメトリック抵抗ユニットか、遮蔽さ
れた容量プローブを使ったパラメトリック容量ユニット
か、単一の細線プローブを２本使った容量性放電による
短絡回路の修理システムの何れかに分類される。従来、
複数の機能を遂行するプローブは知られていない。

上述の分類に属する例は多数の従来例がある。米国特許
第３４４４４６４号は図形通信用のプローブであり、中
心プローブとしてボールペン状の中心素子を持っている
。短絡容量を除くために、１個の中心骨は用のスプリン
グが外側シールドに取り付けられている。この装置は、
システム全体の大きさ、特に書き込みポイントの大きさ
のために、半導体チップのマイクロソケットに応用する
ことは困難である。然しなから、中心プローブに軸方向
の偏倚力を与えるために中心骨は用のスプリングを用い
ることが壊れ易い構造を使うテスト装置の改良に関連し
て設計上の考慮点になる。

米国特許第３５６２６４３号は、スプリングでロード（
１ｏａｄ　）されたプランジャの単一のポイントコンタ
クトのシステムの他の例である。この装置はまた、可撓
性端部と関連してスプリングでロードされた運動を使っ
ている。他の例として、米国特許第４４２３３’７３号
及び１９７９年２月の１ＢＭ技報（ＩＢＭ　Ｔｅｃｈｎ
ｉｃａｌ　Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ　Ｂｕ−１１ｓｔｉｎ
　）　’Ｖｏ１．２１．　Ｎｏ、　９　　の３７４２頁
に開示さく３） れた技術がある。米国特許第４４２３３７３号は圧縮ス
プリングでロードされている同軸的な中心プローブを開
示している。２本のコンタクトを使用し、且つ上述のよ
うに偏倚力を与えることによって、コンタクトの検査が
可能である。内側及び外側の同軸プローブの夫々が独立
してスプリングによりロードされる若干異なったスプリ
ング偏倚システムがよりＭ技報に開示されている。

円錐形ポイントのスプリングでロードされた単一コンタ
クトの複数個のコンタクトが米国特許第４１６４７０４
号に開示されている。開示されている装置は、テスト中
の回路板をプローブの方へ引き寄せるのに使われる固定
されたプローブ盤部材と、プラスチックシートとの間に
滑動的に装着された導電スプリング、及び導電性コンタ
クトキャップとを有するテストプローブが設けられてい
る回路基板用のテスト設備である。

接地されている外部シールドに固着されている単一のプ
ローブを用いた若干異なった装置が米国特許第３８２６
９８１号に開示されている。このプローブは、外側のフ
ンタクトがシールドとして機能した時に、容量測定用と
して用いることが出来る。

一群の房にされているプローブの例が、米国特許第４２
０９７４２号に開示されており、市販されているこの種
の装置としては、マイクロマニピュレータ社（Ｍｉｃｒ
ｏｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　）で製造されているものや
、パイロン社（Ｐｙｌｏｎ　）によるプローブのボゴ（
ｐｏｏｏ）シリーズがある。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 従来の装置の明らかな不利点は、非常に小さなチップの
マイクロソケットにおける０、１２　’７粍（０，００
５インチ）の直径の範囲に二叉のプローブを置く場合に
、従来の装置が精密な手操作の整置作業を要することで
ある。例えば、０．０２５４粍（０，００１インチ）の
間隔で相互のポイントが近接している２本の細線を用い
たテストプローブの場合、夫々のプローブのポイントは
マイクロソケットのパッドの約半分の長さをターゲット
とすることになる。若し、そのパッドの直径が０．１２
７粍（０，００５インチ）の範囲であったとすれば、合
計の許容システムエラーは、±０．０５０８粍（０，０
０２インチ）である。従って、個々のプローブは困難な
問題を負うことになる。半導体チップのマイクロソケッ
トをテストする場合、これらの問題は重大問題である。

Ｄ０問題点を解決するための手段 プローブを保持しそしてロードするのに異すった技術を
利用した本発明は、従来技術の欠点を持つ他の既知のテ
スト装置とは極めてかけ離れて異なっている。本発明の
プローブ装置は外殻型の管の中に、撓むことの出来るビ
ーム（梁）を含んでいる。従って、本発明は同軸型のプ
ローブであり、より特定して言えば、同軸的に配置され
た中心のプローブが撓みビームの原理で作用する同軸プ
ローブである。撓みビーム素子自身は米国特許第３８０
６８０１号に開示されている。本発明を原理的に言えば
、個々の断面の長さの何倍も大きな長さを持つビームの
アレーが、所定の軸方向の負荷を受けた時に、反り返え
らせる、即ち撓ませることにある。本発明は、パッドの
高さが異なっているパッドのアレーをテストするのに独
特な技術であって、これにより、ビームの撓みに依存す
る同じ力が撓みの反り返えりの大きさとは関係なく各パ
ッド」二に働くことになる。

撓みビームの原理を利用した従来の装置は多数のパッド
を同時に測定するためのテスト設備において多数のビー
ムを群がらせている。その考え方は入力の負荷を変化す
ることなく異なった高さを持ったパッドをテストするこ
と、即ち、高さの相異を撓みで補償させることである。

代表的に言えば、撓みビームのアレーは文字通り数千の
ポイントについて回路の短絡又は断線をテストするのに
使われる。然しなから、テストされるポイントの汚れや
、ポイントとプローブが不整列であったため、短絡とか
断線の故障の表示は誤った表示になることがある。従っ
て、この撓みビームのアレーは故障検出の予備段階のツ
ールとして使用され、次に、単独プローブが真実の欠陥
を検出するのに使われる。

本発明は、そのような撓みビームの適用とか、或は、導
電性の外側の外装の内側に置かれた絶縁被覆を有する撓
みビーム型の単一の可撓性内部導体を有する同軸テスト
プローブを与える従来の適用とは異なっている。軸方向
の負荷が内部導体プローブの突出端に加えられた時、そ
の内部導体が撓むための充分な空間を与えるための間隔
がプローブの下部に形成されている。中心プローブの撓
みはテストされているデバイスのフンタクトパッド上に
作用する力を制限する。自動的な整置が許容されうるテ
ストシステムの整置エラーを最大化することによって達
成される。隣接するプローブは対向する角度に装着され
、これにより、測定されるべき隣接フンタクトパッドの
間隔を密にすることが出来る。最大許容整置エラーを増
すことによって、本発明はオペレータの介入の必要がな
く、或はパッド上にプローブを置くための手作業の調節
の必要がない自動的なプローブの整置方式を提供する。

本発明のプローブは、また、内部導体のためのシ一ルド
として、外装の導体を利用することによって容量性プロ
ーブとして機能する。プローブの押圧力を制御するのに
圧縮スプリングを利用した従来のプローブに比較して、
撓みビーム型の内部導体はインダクタンスが小さいから
、本発明のプローブ装置は容量性放電による短絡修理用
として代用することが出来る。即ち、本発明に従った中
心導体の接触力は、圧縮スプリングによる接触力とは異
なって、撓み力の機能による。容量性放電による短絡修
理はエネルギ制御が微妙であり、圧縮スプリングの誘導
リアクタンスの影響はこのパルス構成に悪影響を与える
。従って、本発明のプローブは、ケルビン（Ｋｅｌｖｉ
ｎ　）のブリッジ測定に用いたり、パラメ）　ＩＪラッ
ク抗測定に用いたり、更に上述したような、内部プロー
ブのためのシールドを形成するための外側コンタクトを
「解放した」容量性プローブとして、或は回路の内部の
短絡を焼き切るために使う装置用として複数の用途を持
っている。抵抗値を非常に正確に決定するためのケルビ
ンのブリッジ測定は市販の計器を利用する。

Ｅ、実施例 第１図を参照すると、プローブ１０は、下方の下端部１
４と、上方にコネクタ素子１６とを有する細長い同軸ケ
ーブルの胴部１２を含んでいる。

下端部１４はテーパを付された中空の金属性プローブチ
ップ１８を含む。第２図に示されているように、プロー
ブチップ１８の内側下部に曲面の窪み２０と、中心に同
軸的な開孔２２とが設けられている。プローブチップ１
８はステンレススチールであることが好ましい。

下端部１４はプローブチップ１８と同軸ケーブル１２の
間の接続部を形成する円筒形の金属スリーブ素子２４で
構成される。この剛性のシリンダ２４は、一方の端部が
プローブチップ１８に圧入されており、そして連結部２
６で同軸ケーブルに銀蝋付けされている。同軸ケーブル
はそれ自身半剛性であり、ステンレススチールの外装（
ｓｈθａｔｈ　）を使っている。同軸ケーブル１２の外
側と中心の内部導体３４との間で同軸的な接続を与える
ために、上方部分で、例えば、マイクロチク社（Ｍｔ−
ｃｒｏｔθｃｈ）の部品番号ＢＰ−５０−１のようなコ
ネクタが使われている。つネクタは金属製か又はプラス
チックで作られた嵌装部２８及び同軸的なコネクタ部分
６０を含んでいる。

本発明に従って、内部同軸ケーブル６２の中心の導体ろ
４は、薄いポリイミドの被覆を有し、且つ０．２５４粍
（０，０１０インチ）のＩＤチューブろ２の中に収納さ
れており、そしてプローブの中心部分に配置される。同
軸ケーブルの中心部分の残りは絶縁体６６で満たされる
。内部中心導体のビーム（梁）６４は、ポリイミド被膜
（図示せず）及び絶縁体６６によって、外装から絶縁さ
れている。ビーム６４が撓むゾーン、即ちビーム撓みゾ
ーン６８の間で、外装被覆部分６６は剥ぎ取られている
。ビーム撓みゾーン６８は、プローブチップ１８の曲面
窪み部分２０から外装被覆部分６６が剥ぎ取られていな
いところまでの内部同軸ケーブル６２の部分である。実
施例では、同軸ケーブル１２が剛性の連結部１４の中で
終端する位＠４０のところで、外装被覆部分６６は、ポ
イントフンタクトを画定するために、剥ぎ取られる。従
って、距％１Ｉ３８は中心プローブ３４のビーム撓みゾ
ーンの有効な長さである。

第２図に示されているように、中心プローブ導体６４は
、同軸の開孔２２を貫通しており、そして、プローブチ
ップ１８から更に外方へ伸びる先端部、即ちチップ４２
を越えて、長さく１）だけ外方へ飛び出している。先端
部４２は同軸的な貫通孔２２を持った剛性の管であるこ
とが好ましい。

代案として、先端部４２はプローブチップ１８の延長で
あってもよい。実施例においては、中心プローブろ４の
突出部の長さく１）は約０．１　’７７８粍（ｏ、ｏ　
Ｏフインチ）である。

プローブのコネクタ側において、外装波ａ　部分ろ６は
剥ぎ取られ、そして外装被覆部の端部とブツシュ５２と
の間に空隙４４が作られる。中心の内部プローブ３４は
空隙４４を経て延長されており、複数個の接続溝４６．
４８及び５０の周囲に配列される。これらの固定素子は
プラスチックのブツシュ５２の中に配置され、そして導
電性の同軸的接続素子５４で終端する。同軸的な雄端子
５４を、対応する雌端子に固定するため、ふくろナツト
５６が設けられてねじ止めされる。

本発明は内部同軸部材６２をねじの推進で調整すること
が出来るように、多数の内部のねじ山５８が設けられて
いる。ねじを回転することによって、内部スリーブ５２
に固定されている内部同軸部材６２は外部ハウジング１
２及び１６に対してそのアセンブリを動かす。この僅か
な相対運動は２つの効果を生ずる。第１に、プローブの
先端部は磨耗するので、距離（１）は絶えず短かくなっ
ていく。従って、プローブの先端の方への軸移動ハフロ
ーブから突出した導体の長さを一定に保つ。第２に、プ
ローブは磨耗していくから、露出した撓みビーム部分３
４は自由に撓む長さが減少する。

従って、第２図に示されたように、破線６４′から離れ
て撓む量は同じではなくなる。従って、導体の長さを適
当に調節することによって、適当な撓み作用を与えるこ
とが出来る。

動作について説明すると、複数本のプローブが同時に使
用され、夫々のプローブはテストされるべき表面の垂直
中心線に対して約］２，５°の角度に傾けて配置される
。代表例では、コンタクトパッドの直径が約０．１２７
粍（０，００５インチ）で、中心間隔が約０．２５４粍
（０，Ｏ］、０インチ）に配置されている。突出してい
るプローブの中心部分は、代表例では、絶縁被覆が施さ
れた直径が０．０８８９粍（０，００３５インチ）のベ
リリウム銅線であって、第２図に示されたように、先端
が押されると撓みゾーン６８の中で撓み、そして開放す
ると復帰する。プローブの接触の検査はコンタクトパッ
ドを介して先端部４２及びビーム３４の間の電気的な連
続性を決定することによって行われる。これは、テスト
されるパッドの高さの相異とは関係なく、所望の接触力
、即ち約３０グラムを生ずる。これは、パッドに加えら
れる押圧力を大きくする代りに、ビームを撓ませること
を意味する。次に、別個の素子を使用することによって
、個々の接触抵抗及び内部の正味抵抗の測定を、プロー
ブを整置した後に、達成することが出来る。

このような測定点毎のテストは、それ自身正味の欠陥の
存在を検査し、そしてまた、プローブの電気的連続性の
存在を検査する。パラメトリック抵抗測定は、内部の正
味抵抗を決定するために、全抵抗値とは別個のコンタク
ト抵抗値を決定することによって、次のコンタクトに行
われる。誘導的な正味の長さは分っているから、パラン
）　ＩＪフック抗を決めるために、単位長さ当りの抵抗
値を確かめることが出来る。

コンタクト検査を行った後、プローブチップ素子１８に
より形成されている外側の外装を「解放し」即ち、電気
的に切り放してこれにより内部導体６４のためのシール
ドとして作用した時、同じプローブ装置を容量プローブ
として使うことが出来る。従って、測定は容量ブリッジ
を使って行われる。

他の動作モードとしては、内部の短絡を焼き切るために
制御された電気パルスを使用する、容量性放電修理であ
る。均一な押圧力を生ずるのに圧縮スプリングによらず
、導体ビームの撓み作用によって行われるという事実に
よって、中心導体は従来のプローブよりもインダクタン
スの影響が少ない。その結果、半導体チップの配線修理
において、内部短絡を焼き切るためのエネルギを最適化
するために、電気パルスを制御することに使うことが出
来る。

Ｆ９発明の効果 従来技術の下で、単一の細線プローブを２個使って行っ
ていた機能が、本発明では１個のテストプローブによっ
て達成することが出来る。その結果、本発明の同軸ケー
ブル型のプローブは、従来、単一接点のプローブを２本
必要とした欠陥分析検査を１本のプローブで可能とし、
更にまた、従来は二叉のプローブを必要としたパラメト
リック抵抗測定や、パラン）　ＩＪソック量測定や、短
絡除去などを１本のプローブで行うことが出来る。従っ
て、ただ１個のプローブが４本のプローブと置換するこ
とになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従った同軸テストプローブの模式的断
面図、第２図はビームの撓みを説明するため、プローブ
の先端部分を切断した断面図である。 １８・・・・プローブチップ、２２・・・貫通孔、３０
・・・・コネクタ、３３・・・絶縁体、６４・・・・中
心導体、６６・・・外被部分、３８・・・ビーム撓みゾ
ーン、４２・・・・先端部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）外側の導電性の外装と、 可撓性の内部導体が外側の外装の内側に同軸的に配置さ
   れていることと、該内部導体は絶縁性被覆、及び一端に
   露出された内部導電性部分を有していることと、該露出
   された内部導電性部分は上記外側の導電性の外装の一端
   から突出した先端部を有することと、 上記外側の導電性の外装の内側の空洞ゾーンは、上記突
   出した先端部へ軸方向の力が加えられた時、上記外側の
   導電性の外装の内部壁に接触することなく、上記内部導
   体の撓みを許容するように、充分に中心軸から離隔され
   ていることと、 から成る同軸プローブ。
2. （２）中空の導電性先端部分が上記外側の導電性の外装
   に結合され、且つ上記先端部は上記露出された導電性部
   分が貫通するように軸方向の貫通孔を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第（１）項記載の同軸プローブ。
3. （３）上記内部導体の露出された部分の突出端を保持す
   るために、上記軸方向の貫通孔から突出した手段を具備
   することを特徴とする特許請求の範囲第（２）項記載の
   同軸プローブ。
4. （４）上記内部導体の上記露出された部分の上記突出端
   の長さを変更する手段を具備することを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項記載の同軸プローブ。