JPWO2003003027A1 - 導電性接触子用支持体アセンブリ - Google Patents

Abstract

被接触体に接触させるコンタクトプローブヘッド等に用いられる支持体アセンブリであって、複数の導電性接触子を並列に配設した状態で支持するための複数のホルダ孔を有する支持体と、前記支持体に一体化され、ホルダ孔の無い前記支持体の部分にて延在する補強材とを有することを特徴とする支持体アセンブリが提供される。補強材により支持体アセンブリ全体の強度が高まると共に、支持体の熱変形を防止することができる。導電性接触子のホルダ孔加工を合成樹脂材のような適する材料に対して行うことにより、加工が容易なため安価に高精度化できる。

Description

技術分野
本発明は、主にコンタクトプローブヘッド、電気ソケットなどの用途のための導電性接触子用支持構造に関し、特に、特に半導体関連部品のバーンインテストに適するコンタクトプローブヘッドのための導電性接触子用支持体アセンブリに関する。
背景技術
近年、半導体関連部品の検査において、高温雰囲気（約１５０度）下で電圧を印加して長時間（数時間〜数十時間）テストするバーンインテストが行われているが、このようなテストに関して、パッケージ・レベルでのバーンインテストでは歩留まりが悪く、ウェハ・レベル（例えば直径８インチ、即ち約２００ｍｍのウェハ）でのバーンインテストの実施により歩留まりを高めることが要求されるようになってきている。いずれにせよ、バーンインテストに使用される多点同時測定可能なコンタクトプローブヘッドにあっては、特にその導電性接触子用支持体の耐熱性や熱膨張率が重要な考慮点になる。
また、導電性接触子としては、導電性針状体を被接触体に弾発的に接触させてウェハ上の電極の高さばらつきを許容する構造にすると良く、その一例を図１０に示す。図１０にあって、板状支持体２１に厚さ方向に貫通する複数の段付き孔形状のホルダ孔２が形成されており、そのホルダ孔２の小径孔２ａにより導電性針状体２３が出没自在に受容され、その大径孔２ｂに導電性コイルばね１４が受容されている。導電性針状体２３は、大径孔２ｂ内に受容された外向フランジ部２３ａを有し、さらに大径孔２ｂ内で導電性針状体２３の外向フランジ部２３ａから延出する軸部２３ｂに一方のコイル端部が巻き付けられたコイルばね２４により弾発付勢されている。なお、コイルばね２４の他方のコイル端部は、支持体２１に積層された配線板２５の各端子２５ａに弾発的に接触している。これらの端子２５ａは図示されないテスターの電気回路に接続されている。
上記構造の導電性針状体を図１０に示されるように支持体２１に並列に配設して多点同時測定可能なコンタクトプローブヘッドが構成される。そして、被接触体としてのウェハ２６（検査対象）の各電極２６ａに導電性針状体２３の針先を弾発的に押し当てて、電気的検査を実施する。
上記したようにウェハ２６の各電極２６ａに対する多点同時測定のためには、ウェハ２６上の多数の電極２６ａと同数の導電性接触子を支持体２１に配設しなければならず、支持体２１に設ける多数のホルダ孔２を精密孔加工する必要がある。さらに、バーンインテストでは例えば１２５〜１５０度の高温雰囲気が数十時間持続されるため、コンタクトプローブヘッドにあっては耐熱性や低熱膨張率特性が必要とされる。
ウェハの材料となるシリコンと同程度の耐熱性や低熱膨張率を有する材料として、シリコンを含めて例えばセラミックスやガラスあるいはインバーなどの低熱膨張金属があるが、シリコンにあっては加工速度が遅いばかりでなく絶縁加工が必要であり、セラミックスは難削材であり、ガラスにあっては加工精度のばらつきが大きいため歩留まりが悪く、低熱膨張金属は難削材かつ絶縁加工を必要とする。そのため、コンタクトプローブヘッドの支持体にそれらの材質のものを使用して多数の精密孔を加工した場合には、生産性が極めて低く、生産コストが高騰化するという問題があった。
支持体の材質としては精密加工が容易な合成樹脂材などが好適であるが、板状支持体に多数の導電性接触子を高密度に配設したコンタクトプローブヘッドにあっては、多数の導電性接触子による集中した圧力により支持体が反るおそれがあり、また熱膨張により導電性接触子（導電性針状体）の位置がずれるおそれもあり、そのような場合には接触ポイントがずれてしまうという問題がある。
発明の開示
このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目的は、小径のホルダ孔を高密度に、かつ高精度に形成可能であって、高い機械的剛性を有するようなコンタクトプローブヘッド等のための接触子支持体を提供することにある。
本発明の第２の目的は、小径のホルダ孔を高密度に、かつ高精度に形成可能であって、しかも制御された熱膨張を行うようなコンタクトプローブヘッド等のための接触子支持体を提供することにある。
本発明の第３の目的は、このようなコンタクトプローブヘッド等のための接触子支持体を廉価に、かつ容易に製作可能にすることにある。
このような目的は、本発明によれば、被接触体に接触させるコンタクトプローブヘッド等に用いられる支持体アセンブリであって、複数の導電性接触子を並列に配設した状態で支持するための複数のホルダ孔を有し、かつこのようなホルダ孔を設けるのに適する材料からなる支持体と、前記支持体に一体化され、ホルダ孔の無い前記支持体の部分にて延在する補強材とを有することを特徴とする支持体アセンブリを提供することにより達成される。
これによれば、導電性接触子のホルダ孔の加工が容易な例えば合成樹脂材を用いることによりその孔加工を高精度化し得るため、ホルダ孔をウェハ・レベルに対応可能な狭ピッチかつ高精度に設けることができると共に、そのような適する材質として、それ自体支持体として好ましい機械的特性を有しないようなＰＰＳ・ＬＣＰ・ＰＥＳ・ＰＥＩなどの合成樹脂材を用いた場合であっても、補強材により支持体全体の強度を高めることができる。補強材としては、強度或いは剛性等の機械的特性が良好な金属材料、ガラス、セラミック或いはシリコンなどからなるのが好ましい。このような材料として、例えば合成樹脂材よりも熱膨張係数の低いインバーやコバールなどの低熱膨張率の材料を用いれば、ウェハ・レベルのバーンインテストにおける支持体の熱変形を防止することができ、シリコンを含めたセラミックスやガラスあるいはインバーなどの低熱膨張金属などの単一材を用いて孔加工した場合に対して加工コストを大幅に低廉化することができる。
また、前記補強材が、前記支持体を複数の領域に区画し、前記各領域に複数のホルダ孔が形成されるのが好ましい。このようにして、導電性接触子の種々の配置形態に応じた好適な補強を行うことができる。補強材が、支持体の外周に沿って延在する環状部材からなるものであれば、補強材の形状簡略化により簡単かつ低コストの補強が可能となる。導電性接触子のレイアウト上の制約が無ければ、前記補強材が、前記支持体本体を複数の領域に区画し、前記各領域に単一のホルダ孔が形成されているようにすることにより、最大限の補強が可能となるように補強材を配置することができる。
本発明の好適実施例によれば、前記補強材が、インバー、コバールなどの低熱膨張率の金属材料からなり、前記支持体本体が、ドリル加工などの孔あけ加工に適する樹脂材からなる。このような場合、補強材を、支持体内にインサートモールドすることができる。或いは、補強材を支持体に外装することもできる。
半導体チップなどのような検査対象には、導電性接触子により正確に接触されるべき接触パッドが設けられているが、このようなパッドは、接触過程を容易にするようには設計されていない。このように、検査対象に接触する導電性接触子の位置精度を確保することが重要である。積層構造をなす支持体アセンブリでは、検査対象に対向する外層のみに、補強された板部材をなす支持体を用いることにより、これを実現することができる。特に、試験装置側の中継基板が、位置誤差に対する許容度が高くなるように構成されている場合には、中継基板に対向する側の外層は、他方の外層程には補強する必要が無い。しかしながら、必要であれば、両外層を補強したり、中間層まで補強することもできる。
本発明の更に別の実施例によれば、補強のために前記アセンブリの外周に沿って前記板部材をクランプする１対の環状部材を含む補強材を用いることにより、特に経済的かつ単純構造が提供される。
発明を実施するための最良の形態
図１は、本発明が適用されたコンタクトプローブヘッドに用いられる導電性接触子支持体１の平面図であり、図２は図１の矢印ＩＩ−ＩＩ線に沿って見た断面図である。図では、支持体１に組み合わされる針状体をなす導電性接触子及びコイルばねの図示を省略しているが、導電性接触子及びコイルばねは従来例と同様であって良い。また、コイルばねが導電性接触子を兼ねるような場合にも適用可能である。
検査対象が例えば８インチ・ウェハの場合には、本支持体１の大きさは、直径８インチ（約２００ｍｍ）前後の図に示されるような円形板状であって良い。厚さは、通常０．５〜１．５ｍｍであるが、積層構造を採用した場合には、０．１〜０．２ｍｍとなる場合もある。また８インチ・ウェハの場合には、その面積の中に数十個〜数百個の半導体チップが形成されている。本支持体１は、１２インチ・ウェハなどのようにさらに大型の対象に適用されるコンタクトプローブヘッドにも適用可能であり、１２インチ・ウェハの場合には数千個の半導体チップが形成される。
図１及び図２に示されるように、支持体１には、図示されないウェハに形成された複数のチップの各電極に対応するように複数の導電性接触子用のホルダ孔２が設けられている。なお、ホルダ孔２の形状は従来例で示したものと同じであって良い。図１に示されるように各ホルダ孔２はチップ単位に集まっており、補強材３が支持体１内に例えば埋設されて一体化されている。
補強材３は、円板形状をなして支持体１の外周面近傍に至るまで延在し、それら集合部分毎に外囲する複数の４角形の開口３ａを有する。このようにして、補強材３は、ホルダ孔２の無い部分或いはまばらな部分の位置を占める。
本コンタクトプローブヘッドにあっては、補強材３にインバーやコバールなどの耐熱性を有する低熱膨張金属をエッチングやレーザー、プレスあるいは他の機械加工によりチップ単位の開口３ａを複数有するプレート状に形成したものを用い、その補強材３を、図示例ではインサートモールドにより合成樹脂材に埋設している。このようにして、補強材３を一体化してなる支持体１が形成されている。したがって、ホルダ孔２を設ける部分である上記開口３ａには合成樹脂材が埋められていることからホルダ孔２を容易かつ精密に加工することができると共に、補強材３により支持体１の熱変形が防止される。
また、本発明に基づく第２の実施の形態を図３及び図４を参照して以下に示す。なお、図３及び図４では、上記図示例と同様の部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。この第２の実施の形態にあっては、図に示されるように、支持体１の外周部にその周方向に連続するインバーからなる環状の補強材４が埋設されている。環状補強材は、単なるリングをなすものであるが、このようにしても、充分な低熱膨張率の合成樹脂材を支持体本体として用いることにより、バーンインテスト時の熱変形を防止可能な程度に支持体１全体の強度を高めることができ、補強材４の形状の簡略化により低コスト化し得る。
さらに、本発明にあっては、補強材３・４の形状を上記図示例のものに限るものではなく、スペース上可能であれば、図５に示されるように各ホルダ孔５の隣り合う間にも補強材６が位置するように、補強材６の形状を、各ホルダ孔５を個々に囲繞する開口６ａを有するようにしても良い。この形状の補強材６を埋設した支持体１にあっては、各ホルダ孔５すなわち導電性接触子の周囲部分が個々に補強されるため、より一層高強度になり、耐熱性及び低熱膨張率も向上し得る。
また、図５に示されるように、支持体１に設けるホルダ孔の形状としては上記したような段付き孔に限られるものではなく、導電性接触子の構造に応じてストレート形状にしても良い。そのホルダ孔をストレート形状にした一例を、図６を参照して以下に示す。図６に示されるものは本発明に基づく補強された導電性接触子用支持体を一方の外層とした積層構造をなすコンタクトプローブヘッド７であり、上記図１及び２で示したように補強材３を設けた支持体１に図５のようなストレート形状のホルダ孔５を設け、そのようにしてなる支持体１が、被接触部側の外層となるように、例えば補強材を備えていない合成樹脂製の板状体８・９と積層して、コンタクトプローブヘッド７の支持体アセンブリ７ａが形成されている。なお、本図示例では支持体１を積層する板状体８・９を２枚積層したものを用いているが、積層構造に於いて、支持体１を任意の数の板状体と組み合わせることができる。
本コンタクトプローブヘッド７にあっては、支持体１のホルダ孔５により、従来例と同様の導電性針状体１１の軸部が出没自在に支持されている。支持体アセンブリ７ａの中間層を形成する板状体８にはホルダ孔５に同軸的であって拡径された貫通孔８ａが設けられ、被接触部に対して離反する側の外層の板状体９には段付き孔９ａが貫通孔８ａと同軸的に設けられている。貫通孔８ａには導電性針状体１１の拡径部とコイルばね１２が受容され、段付き孔９ａの大径孔部にはコイルばね１２の一部と、図示されない中継基板のパッドに係合するべき導電性針状体１３とが受容されている。各導電性針状体１１・１３は、コイルばね１２により互いに相反する向きに弾発付勢されていると共に、それぞれの拡径部が、支持体アセンブリ７ａの環状肩部に係合することにより抜け止めされている。
なお、支持体１が図示されない被接触体（図１０に示された従来例の電極２６ａなど）に対峙する外層に配設されており、このようにすることにより、上記した補強材３を設けた作用にて被接触体に対する導電性接触子の接触位置精度を高精度に保持し得る。もう１つの外層即ち図における下層には、補強材が配設されていないが、下層側には中継基板等が配置され、半導体素子のような被接触体の場合には接触のための便宜を考慮せずに設計されるのに対し、このような基板中継上の接触パッドは、コンタクトプローブヘッドに適合するように自由に構成することができるため、下層は、比較的補強を必要としない場合もある。勿論、必要に応じて、下層或いは中間層まで、補強することもできる。いずれにせよ、このような補強材は極めて薄い部材からなり、微細な加工が、エッチングなどにより低コストに実施することが可能である。
また、上記各図示例では補強材を埋設状態に設けたが、補強材は支持体１に一体化されていれば良く、上記埋設状態に限られるものではない。補強材の組み付け構造の他の一例を図７に示す。図７のものにあっては、図３及び４と同様の環状形状の補強材３を用い、支持体１に対してホルダ孔２及び補強材組み付け用環状溝１０を加工した後に、その環状溝１ａに補強材３を組み付け、接着材または他の固着手段（ねじなど）により、支持体１と補強材３とが一体化されている。場合によっては、ホルダ孔２の加工は、一層の高精度化を達成する他に、補強材３を組み付けた後に行っても良い。必要に応じて、環状溝１０を、樹脂材などにより埋めることもできる。この場合においても、上記実施例と同様の作用効果を奏し得る。
図８は、本発明の更に別の実施例を示す。まず、孔あけ加工に適する樹脂材からなる１対の支持体本体１ａ、１ｂを用意する。支持体本体１ａ、１ｂの外周部には、環状肩部が形成されているが、これは支持体本体を樹脂成形する際に形成しても、成形後に機械加工により形成しても良い。次に、支持体本体１ａ、１ｂに対してホルダ孔２を加工し、両支持体本体を重合し、環状肩部に係合するべく適合されたインバーなどからなる１対の環状補強材３ａ、３ｂを両支持体本体の外周に装着し、両支持体本体を適当な数のねじ１４及びナット１５により互いに締結する。このようにして、両環状補強材３ａ、３ｂは、両支持体本体を互いに結合するとともに、支持体本体１ａ、１ｂの機械的剛性を補強し、熱膨張による変形を抑制することができる。
図９は、本発明の更に別の実施例を示す。本実施例では、支持体１が、孔あけ加工に適する樹脂材からなる１枚の板部材からなり、ホルダ孔２は段付き孔をなしている。支持体１の外周部には、環状肩部が形成され、環状肩部に適合された形状を有するインバーなどからなる環状補強材３を支持体１の外周に装着する。この場合、支持体１は、環状補強材３と組合わされた状態で、全体として、完全な円盤状をなす。環状補強材３には、複数の取付け孔１６が設けられ、支持体１の外周部の対応位置には、それらに整合する孔が設けられている。また、ホルダ孔２の大径端に対応する支持体１の面に重合されるべき中継基板２５には、やはり取付け孔１６に整合するねじ孔１７が設けられている。従って、支持体１に装着された環状補強材３にねじ１４を挿通し、ねじ孔１７にねじ込むことにより、環状補強材３と共に支持体１を、中継基板２５に対してとも締めすることができる。環状補強材３の取付け孔１６には、ねじ１４の頭を受容する大径端が設けられており、ねじ１４の頭が外部に突出することがない。
いずれの構造であっても、ホルダ孔を加工する部分の合成樹脂材にあっては、上記バーンインテストの条件であれば１５０度程度の耐熱性を有し、比較的低熱膨張率の樹脂材であれば良く、上記したように精密な孔加工を容易に行うことができ、自由度が高い。したがって、ホルダ孔の形状にあっては、図示例の段付き孔やストレート孔に限られず、テーパ孔を追加したりでき、種々の導電性接触子構造のものを適用でき、本図示例のような針状体とコイルばねとの組合せのものに限られない。場合によっては、樹脂材は、ガラス繊維、グラファイト繊維などにより補強されたものであっても良い。
なお、本構造の支持体を用いたコンタクトプローブヘッドにあっては、ウェハ・レベルのバーンインテストに限られず、耐熱性を必要とされる場合に好適であり、例えばバーンインソケットや、高密度の電極パッドが必要なＭＰＵ用基板や高密度の電極パッドを集合させ、それを基板上に複数個配置したＭＣＭ（マルチチップモジュール）基板などの高強度を必要とする半導体のパッケージ検査に使用されるものに対しても好適である。
以上、本発明を、その詳細な実施例に関して説明したが、当業者であれば、添付の請求項の範囲の記載を逸脱せずに種々の変形変更が可能であることは容易に理解されよう。
産業上の利用可能性
このように本発明によれば、補強材により支持体アセンブリ全体の強度が高まると共に、その材質が耐熱性及び低熱膨張率からなることにより、支持体の熱変形を防止することができると共に、導電性接触子のホルダ孔加工を合成樹脂材のような適する材料に対して行うことにより、加工が容易なため安価に高精度化でき、多数の導電性接触子を用いるウェハ・レベルのバーンインテスト用コンタクトプローブヘッドの支持体に適用可能でありかつその加工コストを低廉化し得る。
また、補強材を、支持体の外周部に環状に設けたり、支持体に複数の導電性接触子が粗密状態に配設されている場合にその粗の部分に設けたり、複数の導電性接触子の個々をそれぞれ囲繞するように設けることにより、導電性接触子の種々の配置形態に応じた好適な補強を行うことができる。特に、環状補強材を設けたものにあっては、補強材の形状簡略化により加工コストを低廉化し得る。
また、コンタクトプローブヘッドにおける本体に組み付ける支持体アセンブリに上記構造を用いることにより、コンタクトプローブヘッドにおいて容易に上記した各作用効果を奏し得ると共に、特に、支持体を含む複数の板状体を積層して本体を構成し、かつその被接触体に対峙する最外層に支持体を設けることにより、コンタクトプローブヘッドの導電性接触子における被接触体との位置精度を本体全体の設計変更をすることなく高精度化し得ると共に、積層構造の最外層のもののみに補強材を設ければ良く、ウェハ・レベルのバーンインテストに好適なコンタクトプローブヘッドを低廉化し得る。
【図面の簡単な説明】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明が適用されたコンタクトプローブヘッドに用いられる支持体アセンブリの平面図。
図２は、図１の矢印ＩＩ−ＩＩ線に沿って見た破断側面図。
図３は、第２の実施の形態を示す図１に対応する図。
図４は、図３の矢印ＩＶ−ＩＶ線に沿って見た破断側面図。
図５は、第３の実施の形態を示す要部拡大側断面図。
図６は、本発明の第４の実施の形態としての導電性接触子用支持体アセンブリを備えたコンタクトプローブヘッドの拡大側断面図。
図７は、第５の実施の形態を示す図２に対応する図。
図８は、第６の実施の形態を示す図２に対応する図。
図９は、第７の実施の形態を示す図２に対応する図。
図１０は、従来の支持体アセンブリ及び導電性接触子を要部を破断して示す側断面図。

Claims (12)

1. 被接触体に接触させるコンタクトプローブヘッド等に用いられる支持体アセンブリであって、
   複数の導電性接触子を並列に配設した状態で支持するための複数のホルダ孔を有し、かつこのようなホルダ孔を設けるのに適する材料からなる支持体と、
   前記支持体に一体化され、ホルダ孔の無い前記支持体の部分にて延在する補強材とを有することを特徴とする支持体アセンブリ。
2. 前記補強材が、前記支持体本体を複数の領域に区画し、前記各領域に複数のホルダ孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の支持体アセンブリ。
3. 前記補強材が、前記支持体本体を複数の領域に区画し、前記各領域に単一のホルダ孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の支持体アセンブリ。
4. 前記補強材が、前記支持体本体の外周部に環状に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の支持体アセンブリ。
5. 前記補強材が前記支持体本体内に埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の支持体アセンブリ。
6. 前記補強材が低熱膨張率の金属材料からなり、前記支持体本体が樹脂材からなることを特徴とする請求項１に記載の支持体アセンブリ。
7. 前記補強材が前記支持体内にインサートモールドされていることを特徴とする請求項６に記載の支持体アセンブリ。
8. 前記補強材が前記支持体に外装されていることを特徴とする請求項６に記載の支持体アセンブリ。
9. 前記支持体が第１の板部材からなり、前記アセンブリが、少なくとも前記支持体に重合され、前記支持体ホルダ孔に整合するホルダ孔を備えた第２の板部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の支持体アセンブリ。
10. 前記第２の板部材には補強材が組込まれていないことを特徴とする請求項９に記載の支持体アセンブリ。
11. 前記第２の板部材にも補強材が組込まれていることを特徴とする請求項９に記載の支持体アセンブリ。
12. 前記補強材が、補強のために前記アセンブリの外周に沿って前記板部材をクランプする１対の環状部材を含むことを特徴とする請求項９に記載の支持体アセンブリ。

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