JPS6376278A

JPS6376278A - 接続装置

Info

Publication number: JPS6376278A
Application number: JP62221804A
Authority: JP
Inventors: デール・アール・ラス
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1986-09-05
Filing date: 1987-09-04
Publication date: 1988-04-06
Also published as: EP0259163A3; EP0259163A2

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〕本発明はウェーハ及びＩＣ等の試験用プローブに好適な
平面基板上の伝送線路及び同軸ケーブル間の接続装置に
関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕集積
回路（ＩＣ）を製造する際に重要なことは、ＩＣが適切
に製造されているかどうかＩＣの各回路を試験すること
である。ＩＣ製造工程のなるべく早い段階でこのような
試験を実施することが一般的に望ましい、この試験を実
施し得る最も早い時機は、ウェーハ形成後でウェーハを
各チップに分割する前の段階である０次の試験の時機は
各チップのパッケージ工程前の段階である。いずれの試
験の場合でも、その後の通常のパッケージ工程及び接続
操作（ワイヤボンディング）を阻害しないようにＩＣの
全ての外部接点（通常接続パッド）と破壊しないように
電気的接続をする必要がある。

また、このＩＣ試験は通常の動作条件下及び許容範囲の
限界条件下の両方の条件で行うことも望まれる。　ＩＧ
Ｈ２を越える信号帯域幅を有する高速ＩＣに於いては、
最高速度のＩＣ動作を評価することが重要である。従来
、このような試験を行うことは従来のウェーハ・プロー
ブの周波数帯域の限界の為に困難或いは不可能とされて
いた。

一般に、従来のウェーハ・プローブは、ウェーハに接触
させる為に下方向に延びた多数の銀製測定針を固定した
台座を具えている。このようなプローブの周波数帯域は
測定針間のインダクタンスによるクロストークによって
厳しい制限を受ける。

このような広帯域特性を必要とするウェーハ試験用プロ
ーブ装置に於て、プローブ装置と外部測定機器等との接
続をする為には同軸ケーブルを介して接続するのが一般
的であるが、従来、プローブ装置の基板上の多数の伝送
線路と、多数の同軸ケーブルとの接続にはハンダ付等に
よる金属結合法により手作業で行われていたので、広帯
域特性を劣化させる虞れもある上に装置の組立には多大
の時間と労力を要し、且つ手作業工程を介する為に人為
的な不良の発生原因にもなっていた。

従って、本発明の目的は、ハンダ付等の金属結合をせず
に且つ周波数特性を劣化させることなく、簡易且つ確実
に同軸ケーブル及び基板上の共面伝送線路間の接続を可
能にして、ウェーハ・プローブの組立を容易にする接続
装置を提供することである。

本発明の他の目的は、数十ＧＨｚの帯域幅及び数百価の
入出力接点を有する半導体チップ及びウェーハを試験可
能な汎用プローブ装置に好適な接続装置を提供すること
である。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明によれ
ば基板上の複数の伝送線路と、外部試験装置に接続した
複数の同軸ケーブルとの接続の為に、同軸ケーブルの端
部を支持する支持手段と、同軸ケーブルの中心導体及び
外部導体を夫々基板上の伝送線路及び接地導体と圧力接
触させる為に突起手段及び締付手段とを有する。この結
果、装置の組立工程が簡単になり、且つハンダ付等の金
属結合を行う手作業工程を省（ことにより、人為的不良
の発生原因を除去できる。

〔実施例〕

第１図の本発明の接続装置を応用したウェーハ・プロー
ブ装置（１０）は支持及び接続構体（１４）に固定され
た交換可能なポリイミドのプローブ・ヘッド（１２）を
有する。構体（１４）は支持フレーム（１６）　、伝送
線基板（１８）、成形したゴム製挿入体（２０）　、透
明プラスチック板（２２）、支持板（２４）及び締付リ
ング（２６）を含んでいる。第２図は第１図のプローブ
装置を組立てたものを底面から見た図である。

第３図に示すように、プローブ・ヘッド（１２）は最初
ポリイミドのような１枚の低損失の薄膜（２８）として
製作したものから４隅から内部に向かって延びる部分（
３０）が切り取られている。これらの切込みによって残
った隣り合ったエツジ（３２）を有する薄膜を第１折曲
げ線（２９）に沿って下向きに折曲げ、エツジ（３２）
を接着してピラミッドの先端を切った形状に成形する。

エツジ（３２）は先端から第２折曲げ線（３４）の所ま
で相互接着される。その後この先端を切ったピラミッド
型の台形の側面を第２折曲げ線（３４）に沿って折り曲
げて出来る大きな長方形の開口部の周囲にプローブ・ヘ
ッド（１２）の平面状の縁（３６）を形成する。（第１
図及び第５図）第４図はプローブ・ヘッド（１２）及び伝送線基板（１
８）とのインターフェースの一部を拡大して底面から見
た図である。プローブ・ヘッド（１２）は共面接点支持
表面（３８）を有し、その上に複数のニッケル製ウェー
ハ接点（４０）を形成している。

ウェーハ接点（４０）は被測定ウェーハ上の入出力パッ
ドの対応パターンに夫々一致する支持表面（３８）上ツ
バターン内に配置されている。（別の実施例に於て、平
坦な薄膜表面上に接点を設ける代りにポリイミドの薄膜
（２８）に穿孔を設けてこの穿孔の周囲に接点（４０）
を設けることもできる。）図示した実施例に於て、接地
平面導体（４２）がポリイミドの薄膜（２８）の下向き
の対向表面（４４）の上に形成される。接地平面導体（
４２）はプローブ・ヘッド（１２）の４つの台形側面を
覆い、接点支持表面（３８）に隣接したエツジ（４７）
で切られている。この薄Ｎｗ（２８）の反対側の面上に
薄膜（２８）の外周エツジ（４８）から接地平面導体（
４２）のエツジ（４７）を丁度越えた所にあるニッケル
製接点（４０）の反対側の位置まで複数の金製ストリッ
プ伝送線路（４６）が形成されている。従って、ストリ
ップ伝送線路（４６）は接点（４０）からプローブ・ヘ
ッド（１２）の外周エツジ（４日）までの信号路に関し
接地平面導体（４２）に対して一定のインピーダンスを
有する伝送線路を形成している。

ニッケル製接点（４０）は薄膜（２８）を貫通するめっ
きした接点（４９）　　（第５図）によってストリップ
伝送線路（４６）と接続している。

好適実施例に於て、接地平面導体（４２）はプローブ・
ヘッドの底面側に配置され、信号路となるストリップ伝
送線路（４６）は上側に配置されているので、信号線路
及びウェーハ間の寄生結合が防止される。しかし、他の
実施例の場合、逆の配置を採用してもよい、別の例とし
て、共面線路、複合ストリップ共面線路、嵌込式ストリ
ップ伝送線路のような全く異なる伝送線路構成を採用し
てもよい。

接地平面導体（４２）はプローブ・ヘッド（１２）の外
周エツジ（４８）付近で縁（３６）の下側表面上の複数
の接触バンド（５０）を残すように部分的に切り取られ
ている。ストリップ伝送線路（４６）は接触パッド（５
０）の反対側を薄膜（２８）の外周エツジ（４８）まで
延びており、めっきされた貫通孔によって接触パッド（
５０）に接続している。この結果、プローブ・ヘッド（
１２）の下側表面（４４）上の外周部分にある接触パッ
ド（５０）は接点（４０）に接続され、接地平面導体（
４２）に３方向を仕切られている。

このようなプローブ・ヘッド（１２）の立体的（３次元
的）構造により、ウェーハ接点（４０）は接続構体（１
４）の最下部の下側に適当な隙間を介して配置される。

この位置にウェーハ接点を配置したことにより、ウェー
ハと接続構体（１４）との間の相互干渉を最小にできる
ので、ウェーハ及び接続構体（１４）間の物理的干渉を
受けることなく、プローブをウェーハの任意の位置に配
置することが可能になる。

プローブ・ヘッド（１２）は第１図の基板（１８）の開
口（５４）内に設置される。第４図及び第７図に示した
基板（１８）はガラス繊維製強化テフロン（Ｔｅｆｌｏ
ｎ）系回路ボードで、このボードの第１（上側）表面上
に内側エツジ（５８）から外側エツジ（６０）に向かっ
て放射状に延びる複数の共面伝送線路導体（５６）を形
成している。各伝送線路導体（５６）は夫々２つの共面
設置導体（６２）の間に挟まれるように配置され、基板
（１８）の第２（下側）表面を覆う金属製接地平面（６
４）の反対側に配置されている。多数のメッキされた貫
通孔（６６）によって接地平面（６４）と接地導体（６
２）は接続している。この接地平面（６４）及び接地導
体（６２）との関係により、伝送線路導体（５６）が接
続されるプローブ・ヘッドの伝送線路のインピーダンス
と整合する一定のインピーダンスを有する伝送線路を形
成している。

共面伝送線路導体（５６）の内側終端部は、プローブ・
ヘッド（１２）の外周縁（３６）上の導体パッド（５０
）に重なるように基板（１８）の内周エツジ（５８）と
の間に隙間を有する。プローブ・ヘッド（１２）の外周
縁（３６）が基板（１８）の内周部分と圧着されると、
プローブ・ヘッド（１２）の導体パッド（５０）は基板
（１８）上の伝送線路導体（５６）と接続し、導体パッ
ド（５０）を仕切っている接地平面（４２）は基板（１
８）の接地導体（６２）と接続する。このようなプロー
ブ・ヘッド（１２）の伝送線路は基板（１８）上の伝送
線路に夫々接続され、ウェーハ接点（４０）から基板（
１８）の外周まで延びる一連の一定インピーダンスの伝
送線路を形成する。従って、従来用いられたワイヤ結合
に起因する周波数帯域の制限を回避することができる。

第５図は第１図の線５−５に沿って切断した断面図を示
している。この図に示しているように、ウェーハ接点（
４０）はウェーハ（８０）に接触する際、弾性的に変位
できるような構造になっている。

図の実施例では、成形されたゴム製挿入部材（２０）が
非弾性的プラスチック製板（２２）と薄膜（２８）上で
接点（４０）の反対側面部材とを弾性結合している。こ
のゴム製挿入部材（２０）の円錐形部分の底面に成形さ
れた透明なプラスチック製部材（８２）によって、ゴム
製挿入部材（２０）からの弾性力が一様にポリイミドの
薄膜（２８）の接点支持部分に伝えられる。

好適実施例に於て、ポリイミドの薄膜（２日）が透明な
ので、操作者は顕微鏡から観測軸（８４）に沿って覗い
てＩＣウェーハ（８０）の対応部分にウェーハ接点（４
０）の位置合わせをすることができる。別の実施例に於
て、挿入部材（２０）を透明なシリコン・ゴムで形成す
れば、若干光学的分解能を犠牲にするだけでゴム製挿入
部材（２０）の円錐形の先を切断した形状の空洞を除去
することも可能である。同様に、板（２２）をプレキシ
グラス（Ｐｌｅｘｌｇｌａｓ　）のような透明な材質で
形成すれば、非弾性プラスチック板（２２）の観測孔（
８５）を除去することも可能である。（本プローブ装置
（１０）が全自動試験装置内で使用される場合には、勿
論プローブ・ヘッド（１２）の位置決めはウェーハのマ
ツピングをする装置により行われるので、プローブ装置
に透明な観測路を設ける必要がなくなる。）プラスチッ
ク板（２２）の４隅をボルト（８６）によりフレーム（
１６）にねじ止めすることにより、成形したゴム製挿入
部材（２０）の締付及び基板（１８）の内周エツジ（５
８）とプローブ・ヘッド（１２）の外周縁（３６）との
圧着という２つの作用が得られる。このボルトの締付力
が上述したプローブ・ヘッドの伝送線路と基板の伝送線
路間の接触圧力となる。

別の実施例に於て、ウェーハ接点（４０）とウェーハ（
８０）との接触圧力を制限する為、ゴム製挿入部材（２
０）に代る電気機械的装置を用いることも可能である。

これに好適な電気機械的装置は本出廓人による米国特許
出願第９０３．３５６号「集積回路試験装置の接点圧力
制御装置」の明細書中に開示されている。この実施例中
に於て、別の手段を用いてプローブ・ヘッド（１２）の
伝送線路導体を基板（１８）上の伝送線路導体に確実に
接触させている。

通常、テフロンの如き物質の基板（１８）は、ポル）　
（８６）とゴム製挿入部材（２０）による力が長期間に
亘り加えられると、この力によって下側に冷間変形（コ
ールド・フロー）を起こすことになる。このようなテフ
ロン製基板の下側への変形が起こると、プローブ・ヘッ
ド（１２）及び基板（１８）の伝送線路間の接触が阻害
される虞れが生じる。

従って、このような冷間変形を防止する為に、真鍮製背
板（２４）を用いて基板（１８）の下側への変形を制限
している。背板（２４）はフレーム（１６）に接合した
複数の釘（８８）によって定位置に保持されている。

他の実施例に於て、ａｌ１ｍ！　（２Ｂ）の接点支持部
分の中心から穿孔を設け、その孔からインクを流して動
作不能チップに印を着けるようにすることが望ましいか
も知れない、その後、自動組立装置により印を着けたチ
ップを確認して後の処理工程でそれらを取除くことがで
きる。

第６図は基板（１８）上の伝送線路（５６）の中の１本
と半硬質同軸ケーブル（６８）との相互接続を示してい
る。同軸ケーブル（６８）の端部付近を縦軸に略平行な
平面で切取り、切取った平坦な表面に中心導体（７０）
及び外側導体（７２）が露出している。この切取った平
坦な表面を基板（１８）上の共面伝送線路に圧着し、対
応する伝送線路間を圧力接触させる。即ち、ケーブル（
６８）の接地導体（７２）と基板（１８）の接地導体と
圧着し、ケーブル（６８）の中心導体と基板（１８）の
伝送線路導体（５６）を圧着する。この接触圧力は、基
板（１８）上の導体（５６）との隙間を合わせた複数の
突起（７６）を含む締付リング（２６）によって生じる
。

締付リング（２６）は複数のポル）　（７８）を用いて
、基板（１８）上のケーブル（６８）と反対側部分に突
起（７６）を圧着している。突起（７６）は同軸ケーブ
ル及び共面伝送線路の接触部分に加える圧力を集中させ
て、それらの接触を確実に行う、支持フレーム（１６）
はその周辺部分に切断した半硬質ケーブルの半円形断面
部分を受ける複数の放射状の溝（７７）（第１図）を具
え、この溝の硬い支持部材によって対応する伝送線路間
の接触を確実に行える。

支持フレーム（１６）は基板（１８）上の共面伝送線路
及び同軸ケーブル（６８）間の結合状態を見えるように
した孔（７３）　　（第１．２．５図）を有する鋳造物
である。各半硬質同軸ケーブル（６８）は雌型ＳＭＡ同
軸コネクタ（７４）によって終端され、このコネクタは
固定ネジ（７５）によって支持フレーム（１６）の孔に
保持される。半導体ウェーハを試験する電子装置がこの
ＳＭＡコネクタ（７４）を介してプローブ装置に接続さ
れる。

本発明は上述した好適実施例に於て説明した事項に限定
されるものでないことに留意されたい。

本発明の要旨を逸脱することなく種々の変形が可能であ
る６例えば、格子状アレイを構成した非常に多くの接点
との接続を容易に行う為に、プローブ・ヘッド（１２）
を多層の導体路を含んだ多層の薄膜によって構成するこ
とも可能である。同様に、プローブ・ヘッドと接続でき
る伝送線路の数を増加する為に、基板（１８）を多層板
で構成することも可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、多数の伝送線路と多数の同軸ケーブル
との接続に関して、従来多大の時間と労力を要し、且つ
不良の発生原因及び周波数帯域を制限する原因ともなっ
ていたハンダ付等の金属結合を必要とせず、極めて簡単
な構造で且つ十分な信頼性を有する接続を可能にしたの
で、装置の構造及び組立工程の簡略化によって大幅に経
費を低減でき、しかも接触不良の発生原因の除去により
信頼性を向上し、数十ＧＨｚの広帯域特性を必要とする
機器に好適な接続装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の接続装置を応用したプローブ装置（ｌ
Ｏ）を分解した図、第２図は第１図の装置を底面から見
た図、第３図はプローブ・ヘッド（１２）を形成する前
の切込を入れた薄膜を示す図、第４図はプローブ・ヘッ
ド（１２）及び絶縁基板（１８）間の接続部分を底面か
ら見た拡大図、第５図は第１図の線分５−５に沿って切
断した断面図、第６図は第５図の線分６−６に沿って切
断した断面図、第７図は絶縁基板（１８）の一部を上か
ら見た拡大図である。（１８）は絶縁基板、（２６）は締付手段、（６８）は
同軸ケーブル、（７６）は突起手段、（７７）は支持手
段である。

Claims

【特許請求の範囲】

一表面上に複数の伝送線路及び接地導体を有する絶縁基
板と複数の同軸ケーブルを接続する接続装置であって、
中心導体及び外部導体を一平面上に露出させた断面を有
する複数の同軸ケーブルの端部を支持して上記複数の同
軸ケーブルの中心導体及び外部導体を夫々上記複数の伝
送線路及び接地導体に接触させる支持手段と、上記絶縁
基板を押圧する突起手段と、該突起手段を上記絶縁基板
に押圧して上記複数の同軸ケーブル及び上記絶縁基板間
の機械的接触を維持する締付手段とを具えることを特徴
とする接続装置。