JPWO2004072661A1 - 電気的接続装置 - Google Patents

Abstract

電気的接続装置は、プローブを通す複数の貫通穴を第１、第２及び第３の板状部材のそれぞれに形成している。第１及び第２の板状部材の各貫通穴は、プローブの突出部の通過を阻止する小径部と、該小径部に連通された大径部とを有している。第１の板状部材の各貫通穴は小径部を第２の板状部材側と反対側に位置されている。

Description

本発明は、集積回路のような半導体デバイス等、被検査体の通電試験に用いられるプローブカードのような電気的接続装置に関する。
本発明においては、各プローブの伸長方向、すなわちプローブが貫通している第１、第２及び第３の板状部材の厚さ方向を上下方向といい、この方向に垂直な方向を水平方向という。

半導体デバイス等の被検査体は、その内部回路が仕様書通りに動作するか否かの通電試験（検査）をされる。そのような通電試験は、針先を被検査体の電極に押圧されるプローブのような複数の接触子を絶縁基板の下面に配置したプローブカードのような電気的接続装置を用いて行われる。
この種の電気的接続装置の１つとして、下板と上板とを上下方向に間隔をおいて配置し、上下の板の間に中板を配置し、ニードルタイプの複数のプローブを、これらが下板、中板及び上板を上下方向に貫通させてそれらの板に組み付け、各プローブの下端（針先）を被検査体の電極に押圧する、縦型の装置がある（例えば、特開平２００２−２０２３３７号公報）。
上記縦型の装置は、Ｌ字状に屈曲されたニードルタイプのプローブを片持ち梁状に基板に組み付けた従来の一般的な装置に比べ、プローブの組み付け作業が容易であるから、廉価であり、またプローブ、ひいては針先の配置密度を高めることができるから、電極数の多い高密度の被検査体の通電試験に好適である。
また、上記縦型の装置は、プローブの針先を被検査体の電極に押圧したとき、プローブが同じ方向に湾曲するように、中板を上下の板に対し水平方向に変位させてプローブを予め同じ方向に湾曲させており、それにより隣り合うプローブが接触することを回避している。
さらに、上記縦型の装置は、補助板を下板の上にわずかに間隔をおいて配置し、突出部を各プローブの補助板及び下板の間の箇所に形成し、それによりプローブが補助板及び下板を通り抜けることを防止している。
しかし、上記従来の縦型の装置では、各プローブの直径寸法が数十ミクロンから百ミクロン程度と小さいから、プローブが貫通する補助板及び下板の貫通穴の直径寸法も数十ミクロンから百ミクロン程度と小さくしない限り、プローブの先端が貫通穴内で大きく移動し、その結果針先と被検査体の電極との相対的位置がずれてしまう。また、プローブの先端が貫通穴内で大きく移動しないような微小な直径寸法を有する貫通穴を高精度に形成することは難しい。

本発明の目的は、プローブの先端が貫通穴内で大きく移動しない微小な貫通穴を高精度に形成することができるようにすることにある。
本発明に係る電気的接続装置は、互いに厚さ方向に間隔をおいた板状部を備える第１、第２及び第３の板状部材であってそれぞれが厚さ方向に貫通する複数の貫通穴を前記板状部に備える第１、第２及び第３の板状部材と、前記第１、第２及び第３の板状部材の貫通穴に通された複数のプローブであって前記第１及び第２の板状部材の間に突出部を備える複数のプローブとを含む。前記第１及び第２の板状部材の各貫通穴は、前記プローブの前記突出部の通過を阻止する小径部と、該小径部に連通された大径部とを有している。
第１及び第２の板状部材の各貫通穴が互いに連通された小径部及び大径部を有していると、以下のように作用効果を奏する。
大径部を形成した後に、小径部を形成することができるから、第１及び第２の板状部材の厚さ寸法が大きくても、深い大径部を形成することにより、小径部を形成すべき箇所の厚さ寸法を小さくすることができる。その結果、プローブの先端（針先）が貫通穴内で大きく移動しない微小な貫通穴を高精度に形成することができる。
貫通穴と直角の方向におけるプローブの先端側の位置決めが第１及び第２の板状部材の貫通穴の小径部の相互作用により行われるから、被検査体の電極に対する貫通穴と直角の方向における針先の位置が安定する。
前記第１の板状部材の各貫通穴は前記小径部を前記第２の板状部材側と反対側に位置されていてもよい。そのようにすれば、第１の板状部材の貫通穴の小径部を第２の板状部材側に位置させた場合に比べ、針先から第１の板状部材の貫通穴の小径部までプローブの長さ寸法が小さくなるから、第１の板状部材の貫通穴の小径部から針先側の領域におけるプローブの変位が抑えられる。その結果、貫通穴と直角の方向への針先の変位がより少なくなり、被検査体の電極に対する針先の位置がより安定する。
前記第３の板状部材の各貫通穴は、前記プローブの前記突出部の通過を阻止する小径部と、該小径部に連通された大径部とを有していてもよい。そのようにすれば、第３の板状部材の厚さ寸法が大きくても、小径部を形成すべき箇所の厚さ寸法を小さくすることができるるから、プローブの反針先側の箇所が貫通穴内で大きく移動しない微小な貫通穴を高精度に形成することができる。
前記第１、第２及び第３の板状部材の各貫通穴は、さらに、前記小径部と前記大径部とに続く截頭円錐形部を有していてもよい。そのようにすれば、各プローブを各板状部材の貫通穴に大径部の側から通すことができるように、第１、第２及び第３の部材を配置して、各貫通穴へのプローブの挿し込み作業を容易にすることができる。
前記第１及び第２の板状部材の前記小径部の間隔は、前記第２及び第３の板状部材の前記小径部の間隔より小さくすることができる。そのようにすれば、オーバードライブによるプローブの過大な変位を抑えることができる。また、針先を被検査体の電極に押圧したとき、プローブが第２及び第３の板状部材の間の領域において確実に変形する。
前記第３の板状部材の各貫通穴は、前記第１及び第２の板状部材の貫通穴に対し一方向に変位されていてもよい。そのようにすれば、針先を被検査体の電極に押圧したとき、プローブが第２及び第３の板状部材の間の領域において確実に変形する。
各プローブは、前記第２及び第３の板状部材の間の領域において曲げられていてもよい。そのようにすれば、針先を被検査体の電極に押圧したとき、プローブが第２及び第３の板状部材の間の領域において確実に弾性変形する。
電気的接続装置は、さらに、前記第２及び第３の板状部材の間に配置された電気絶縁性のシート状部材であって前記プローブが貫通するシート状部材を含むことができる。
電気的接続装置は、さらに、前記第３の板状部材に重ねられた基板であって前記第３の板の貫通穴に個々に連通された複数の貫通穴及びテスターに接続される複数のテスターランドを備える基板と、該基板の貫通穴に挿入されて前記プローブの端部に個々に接続されていると共に前記テスターランドに個々に接続された複数の配線とを含むことができる。

図１は、本発明に係る電気的接続装置の一実施例を示す平面図であって、配線の大部分を除去して示す図である。
図２は、図１に示す電気的接続装置の正面図である。
図３は、図プローブ組立体の組立方法を説明するための断面図である。
図４は、プローブ組立体の一部の拡大断面図であって、（Ａ）はプローブを被検査体の電極に押圧しない状態を示し、（Ｂ）はプローブを被検査体の電極に押圧した状態を示す。
図５は、貫通穴の一実施例を示すべく貫通穴の箇所を特に拡大して強調した断面図である。
図６は、プローブの一実施例を示す図であって、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図である。
図７は、プローブ組立体の他の実施例を示す拡大断面図である。

図１〜図６を参照するに、電気的接続装置１０は、図３及び図５に示すように、半導体ウエーハ１２上の複数（図１に示す例では、８つ）の集積回路を被検査体１４とし、それらの被検査体１４を同時に検査するプローブカードとして用いられる。各被検査体１４は、矩形の形状を有しており、また矩形の辺の方向に間隔をおいた複数の電極１６を各辺に有している。
電気的接続装置１０は、円板状の配線基板２０と、配線基板２０に組み付けられた接続基板２２と、接続基板２２から配線基板２０に伸びる複数の配線２４と、接続基板２２の下側に組み付けられたプローブ組立体２６とを含む。
配線基板２０は、ガラス入りエポキシやセラミック等の電気絶縁材料を用いて製作されている。配線基板２０は、これの中央領域を厚さ方向に貫通する穴（開口）２８を中央に有しており、テスターに電気的に接続される複数のテスターランド３０を周縁部に多重に有しており、複数の接続ランド３２を穴２８の対向する２つの辺の外側に有している。
穴２８は、同時に検査する集積回路の配置領域よりやや大きい矩形の形状を有している。テスターランド３０と接続ランド３２とは、図示しない接続線により、一対一の関係に電気的に接続されている。そのような接続線は、印刷配線技術のような適宜の手法により、配線基板２０内に形成された配線とすることができる。
接続基板２２は、電気絶縁材料により製作されており、また配線基板２０の穴２８よりやや小さい矩形の板状部３４と、板状部３４の上部外側に形成された矩形のフランジ部３６とを備えている。接続基板２２は、板状部３４が穴２８内に位置する状態に、フランジ部３６において配線基板２０の上面に複数のねじ部材３８により組み付けられている。
図示の例では、接続基板２２は、配線基板２０の上方に突出する矩形の上部が穴２８内に位置された矩形の下部より小さい板状部３４と、板状部３４の上部が嵌合された環状のフランジ部３６とを複数のねじ部材４０により結合させているが、板状部３４とフランジ部３６とを一体的に製作してもよい。
接続基板２２は、また、板状部３４をこれの厚さ方向に貫通する複数の貫通穴４２を有している。各貫通穴４２は、被検査体１４の電極１６に個々に対応されている。
各配線２４は、図４に示すように、導電性の芯線４４をその周りを覆う電気絶縁層４６により保護したケーブルを用いている。各配線２４の一端部は、電気絶縁層４６が剥離されて露出された芯線４４が貫通穴４２に挿入されており、また芯線４４の露出した端部において接着剤４８により接続基板２２に結合されている。図示してはいないが、ケーブルは、電気的シールド層を電気絶縁層の周りに配置している。
各芯線４４の一端面は、ほぼ接続基板２２の下面の高さ位置に維持されている。各配線２４の他端部は、電気絶縁層４６が剥離されて、芯線４４の露出した端部において半田のような導電性の接着剤により接続ランド３２に結合されている。
プローブ組立体２６は、接続基板２２の板状部３４よりやや小さい矩形の平面形状を有する直方体に形成されている。プローブ組立体２６は、矩形の第１の板状部材５０上側に矩形の第２の板状部材５２を配置し、第２の板状部材５２の上側に矩形の第３の板状部材５４を間隔をおいて配置し、矩形の枠部材５６を第２及び第３の板状部材５２及び５４の間に配置している。
第１の板状部材５０、第２の板状部材５２、第３の板状部材５４及び枠部材５６は、上記のように重ねられた状態で、複数のねじ部材５８により結合されて、複数のプローブ６０を支持するプローブ支持体６２を構成している。ねじ部材５８は、第３の板状部材５４、枠部材５２６及び第２の板状部材５２を貫通して、第１の板状部材５０に螺合されている。
第１及び第２の板状部材５０及び５２は、それぞれ、上方に開放する矩形の凹所を有しており、第３の板状部材５４は下方に開放する矩形の凹所を有している。第２の板状部材５２は、第１の板状部材５０の凹所を閉鎖するように、第１の板状部材５０に重ねられている。枠部材５８は、第２及び第３の板状部材５２及び５４の凹所を連通させる矩形の内側空間を有している。
上記の結果、第１及び第２の板状部材５０及び５２は、第２の板状部材５２が第１の板状部材５０に重ねられているにもかかわらず、矩形の中央領域として作用する板状部において上下方向に間隔をおいている。
平面的に見て、第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４並びに枠部材５６は同じ大きさを有しており、また第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４の凹所と、枠部材５６の内側空間とは、同じ大きさを有している。
図３及び図４に示すように、第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４は、それぞれ、それらの中央領域すなわち板状部を厚さ方向に貫通して対応する凹所に開放する複数の貫通穴６４、６６及び６８を有している。貫通穴６４、６６及び６８は、相互に及び接続基板２２の貫通穴４２に個々に対応されている。
図５に示すように、貫通穴６４、６６及び６８は、それぞれ、直径寸法が小さい小径部６４ａ、６６ａ及び６８ａと、小径部６４ａ、６６ａ及び６８ａに続く截頭円錐径部６４ｂ、６６ｂ及び６８ｂと、截頭円錐径部６４ｂ、６６ｂ及び６８ｂに続く大径部６４ｃ、６６ｃ及び６８ｃとを有する、同じ大きさ及び同じ形状とされている。
貫通穴６４、６６及び６８のそれぞれは、大径部を形成した後に、小径部を形成することができる。そのようにすれば、第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４の厚さ寸法が大きくても、深い大径部を形成することにより、小径部を形成すべき箇所の厚さ寸法を小さくすることができるから、プローブ６０の先端（針先）が貫通穴内で大きく移動しない微小な貫通穴を高精度に形成することができる。そのような貫通穴６４、６６、６８は、レーザ加工により形成することができる。
第１の板状部材５０は、貫通穴６４及び６６の小径部６４ａ及び６６ａを下方側としており、第２及び第３の板状部材５２及び５４は、貫通穴６６及び６８の小径部６６ａ及び６８ａを上方側としている。
第１及び第２の板状部材５０及び５２の貫通穴６４及び６６は、厚さ方向と直角の面内において、互いに一致されているが、接続基板２２の貫通穴４２に対しては一方向にずらされている。
これに対し、第３の板状部材５４の貫通穴６８は、厚さ方向と直角の面内において、貫通穴６４及び６６に対しては一方向にずらされているが、接続基板２２の貫通穴４２に対しては一致されている。
しかし、水平方向における貫通穴４２、６４、６６及び６８を一致させてもよい。
各プローブ６０は、タングステン線のような導電性金属細線により弾性変形可能の針の形に製作されており、また貫通穴６４、６６及び６８に通されている。各プローブ６０の上端面は、プローブ６０の上端部が貫通穴６８に上下方向へ移動可能に挿し込まれて、ほぼ第３の板状部材５４の上面の高さ位置とされており、また配線２４の芯線４４の下端面に接触されている。
各プローブ６０の下端部は、貫通穴６４を上下方向へ移動可能に小径部６４ａに対しわずかな遊びを有する状態に貫通して、第１の板状部材５０から下方に突出した針先部とされている。
各プローブ６０は、貫通穴６４及び６６を通り抜けることができない突出部７０を第１及び第２の板状部材５０及び５２の間、好ましくは貫通穴６４及び６６の小径部６４ａ及び６６ａの間に備えている。各突出部７０は、図示の例では、プローブ６０の所定の箇所を直径方向に押し潰した扁平の形状を有している。
各プローブ６０の直径寸法、特に貫通穴６４、６６の箇所における直径寸法は、貫通穴６４、６６及び６８の小径部６４ａ、６６ａ及び６８ａのそれよりやや小さい円形の断面形状を有しているが、先端部（針先部）、好ましくは突出部７０より下方側の箇所は、図６に示すように、先端（針先）側ほど小さくされている。
各プローブ６０は、貫通穴６６及び６８が貫通穴６６及び６８と直角な面内において一方向に変位されていることと、突出部７０が貫通穴６４の小径部６４ａに接触した状態に芯線４４により押圧されていることとから、第２及び第３の板状部材５２及び５４の間の領域において同じ側に湾曲されている。
プローブ６０の直径寸法を５０±２μ、プローブ６０の長さ寸法を６５±０．０５μとしたとき、第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４の板状部の厚さ寸法は、それぞれ、０．７ｍｍ、０．６ｍｍ及び０．７ｍｍとすることができ、貫通穴６４の截頭円錐径部６４ｂ及び大径部６４ｃの深さ寸法は合計で０．５ｍｍとすることができる。
プローブ組立体２６及び電気的接続装置１０は、例えば、以下のように組み立てることができる。
先ず、プローブ６０の先端部が第１の板状部材５０の貫通穴６４に通され、プローブ６０の突出部７０より上方の部位が第２の板状部５２の貫通穴６６に通され、プローブ６０のさらに上方の部位が枠部材５６に通され、プローブ６０の上部が第３の板状部５４の貫通穴６８に通されるように、第１の板状部材５０、第２の板状部材５２、枠部材５６及び第３の板状部５２が図３（Ａ）に示すように重ねられる。
プローブ６０を上記のように第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４並びに枠部材５６に通すには、プローブ６０を貫通穴６４、６６、６８の順に通してもよいし、その逆の順に通してもよい。
図３（Ａ）に示す状態においては、第３の板状部材５４が第１及び第２の板状部材５０及び５２並びに枠部材５６に対し変位されて、貫通穴６４、６６及び６８が上下方向に整列する状態（貫通穴６４、６６、６８の軸線が一致する状態）に、第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４並びに枠部材５６が維持されている。
また、プローブ６６０は、図３（Ａ）に示すように、その上端部が第３の板状部材５４からわずかに突出しかつ下端部が第１の板状部材５０から下方に突出した状態に、貫通穴６４、６６、６８に通されている。この際、プローブ６０を貫通穴６４、６６、６８に大径部６４ｃ、６６ｃ、６８ｃの側から通すことができるから、各貫通穴６４、６６、６８へのプローブ６０の差し込み作業が容易になる。
次いで、図３（Ｂ）に示すように、第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４並びに枠部材５６が整列するように、第３の板状部材５４が第１及び第２の板状部材５０及び５２に対し水平方向に所定量移動される。これにより、貫通穴６８が貫通穴６４及び６６に対し水平方向に変位されるから、プローブ６０は第２及び第３の板状部材５２及び５４の間において一方向に弾性変形して確実に曲げられる。
しかし、プローブ６０を上記のように貫通穴６４、６６、６８に通すときに、第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４並びに枠部材５６を図３（Ｂ）に示す状態に整列させてもよい。
次いで、図３（Ｂ）に示すように、第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４が複数のねじ部材５８により上記状態に堅固に結合される。第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４を、ねじ部材５８により結合させる代わりに、接着剤により結合させてもよい。
上記のように組み立てられたプローブ組立体２６は、図１、図２及び図３（Ｃ）に示すように、複数のねじ部材（図示せず）により接続基板２２に堅固に結合される。接続基板２２とプローブ組立体２６とを結合させた後に、配線基板２０と接続基板２２とを組み付けてもよいし、接続基板２２と配線基板２０とを組み付けた後に、接続基板２２とプローブ組立体２６とを結合させてもよい。
接続基板２２とプローブ組立体２６とが結合されるとき、各プローブ６０は、その上端面を対応する配線２４の芯線４４により下方に押される。これにより、各プローブ６０は、図４（Ａ）に示すように、上端を下方に押されて、第２の板状部材５２より上方の領域で弾性変形する。
第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４の水平面内での位置関係、並びに、プローブ組立体２６及び接続基板２２の水平面内での位置関係は、プローブ組立体２６の第１の板状部材５０、第２の板状部材５２、枠部材５６及び第３の板状部材５４を相互に位置決めた状態で、それらをねじ部材により結合することにより、並びに、接続基板２２を貫通してプローブ組立体２６に挿入された複数の位置決めピン７２（図１参照）により、一定の関係に維持される。
被検査体１４の通電試験時、電気的接続装置１０は、図３（Ｃ）及び図５に示すように、プローブ６０の下端（針先）が被検査体１４の電極１６に当接された状態で、各プローブ６０の下端を被検査体１４の電極１６に押圧される。
この際、貫通穴６６、６８と直角の方向におけるプローブ６０の先端側の位置決めが貫通穴６４、６６の小径部６４ａ，６６ａの相互作用により行われているから、貫通穴６４、６６と直角の方向における針先の位置が安定されており、プローブ６０は被検査体１２の電極１６に確実に接触される。
また、第１の板状部材５０の各貫通穴６４が小径部６４ａを下方されているから、小径部６４ａを上側に位置させた場合に比べ、針先から貫通穴６４の小径部６４ａまでプローブ６０の長さ寸法が小さくなる。それにより、小径部６４ａから針先側の領域におけるプローブの変位が抑えられて、貫通穴６４と直角の方向への針先の変位がより少なくなり、被検査体１２の電極４６に対する針先の位置がより安定する。
プローブ６０の下端が被検査体１４の電極１６に押圧されると、プローブ６０は、図４（Ｂ）に示すように、所定のオーバードライブＯＤを受けて、第２及び第３の板状部材５２及び５４の間の領域において弾性変形する。これにより、プローブ６０は、これが貫通穴６４及び６６の小径部６４ａ及び６６ａを遊びを有する状態で貫通していることに起因して、その下端が電極１６に対しわずかに水平方向へ移動して、電極１６にこすり作用を与える。
上記オーバードライブによるプローブ６０の過大な変位は、第１及び第２の板状部材６４及び６６の小径部６４ａ及び６６ａの間隔が第２及び第３の板状部材６６及び６８の小径部６６ａ及び６８ａの間隔より小さいことにより抑えられる。また、プローブ６０は、オーバードライブにより、第２及び第３の板状部材６６及び６８の間の領域において確実に変形する。
図７に示すように、プローブ６０が個々に貫通する複数の穴７４を有するガイドフィルム７６を第２及び第３の板状部材５２及び５４の間に配置して、プローブ６０の湾曲方向を規制してもよい。この場合、穴７４は、プローブ６０の湾曲方向に長い長穴とすることができる。
図７に示す実施例において、プローブ組立体２６に組み立てられた状態において、貫通穴６８の軸線を貫通穴６４、６６の軸線に対し変位させているが、そのように変位させる代わりに、ガイドフィルム７６により湾曲させてもよい。
本発明は、プローブ組立体が被検査体の上側又は下側となる状態で使用してもよいし、プローブ組立体を斜めにした状態で使用してもよい。
本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々変更することができる。

本発明は、集積回路のような半導体デバイス等、被検査体の通電試験に用いられるプローブカードのような電気的接続装置に関する。

本発明においては、各プローブの伸長方向、すなわちプローブが貫通している第１、第２及び第３の板状部材の厚さ方向を上下方向といい、この方向に垂直な方向を水平方向という。

半導体デバイス等の被検査体は、その内部回路が仕様書通りに動作するか否かの通電試験（検査）をされる。そのような通電試験は、針先を被検査体の電極に押圧されるプローブのような複数の接触子を絶縁基板の下面に配置したプローブカードのような電気的接続装置を用いて行われる。

この種の電気的接続装置の１つとして、下板と上板とを上下方向に間隔をおいて配置し、上下の板の間に中板を配置し、ニードルタイプの複数のプローブを、これらが下板、中板及び上板を上下方向に貫通させてそれらの板に組み付け、各プローブの下端（針先）を被検査体の電極に押圧する、縦型の装置がある（例えば、特開平２００２−２０２３３７号公報）。

上記縦型の装置は、Ｌ字状に屈曲されたニードルタイプのプローブを片持ち梁状に基板に組み付けた従来の一般的な装置に比べ、プローブの組み付け作業が容易であるから、廉価であり、またプローブ、ひいては針先の配置密度を高めることができるから、電極数の多い高密度の被検査体の通電試験に好適である。

また、上記縦型の装置は、プローブの針先を被検査体の電極に押圧したとき、プローブが同じ方向に湾曲するように、中板を上下の板に対し水平方向に変位させてプローブを予め同じ方向に湾曲させており、それにより隣り合うプローブが接触することを回避している。

さらに、上記縦型の装置は、補助板を下板の上にわずかに間隔をおいて配置し、突出部を各プローブの補助板及び下板の間の箇所に形成し、それによりプローブが補助板及び下板を通り抜けることを防止している。

しかし、上記従来の縦型の装置では、各プローブの直径寸法が数十ミクロンから百ミクロン程度と小さいから、プローブが貫通する補助板及び下板の貫通穴の直径寸法も数十ミクロンから百ミクロン程度と小さくしない限り、プローブの先端が貫通穴内で大きく移動し、その結果針先と被検査体の電極との相対的位置がずれてしまう。また、プローブの先端が貫通穴内で大きく移動しないような微小な直径寸法を有する貫通穴を高精度に形成することは難しい。

本発明の目的は、プローブの先端が貫通穴内で大きく移動しない微小な貫通穴を高精度に形成することができるようにすることにある。

本発明に係る電気的接続装置は、互いに厚さ方向に間隔をおいた板状部を備える第１、第２及び第３の板状部材であってそれぞれが厚さ方向に貫通する複数の貫通穴を前記板状部に備える第１、第２及び第３の板状部材と、前記第１、第２及び第３の板状部材の貫通穴に通された複数のプローブであって前記第１及び第２の板状部材の間に突出部を備える複数のプローブとを含む。前記第１及び第２の板状部材の各貫通穴は、前記プローブの前記突出部の通過を阻止する小径部と、該小径部に連通された大径部とを有している。

第１及び第２の板状部材の各貫通穴が互いに連通された小径部及び大径部を有していると、以下のように作用効果を奏する。

大径部を形成した後に、小径部を形成することができるから、第１及び第２の板状部材の厚さ寸法が大きくても、深い大径部を形成することにより、小径部を形成すべき箇所の厚さ寸法を小さくすることができる。その結果、プローブの先端（針先）が貫通穴内で大きく移動しない微小な貫通穴を高精度に形成することができる。

貫通穴と直角の方向におけるプローブの先端側の位置決めが第１及び第２の板状部材の貫通穴の小径部の相互作用により行われるから、被検査体の電極に対する貫通穴と直角の方向における針先の位置が安定する。

前記第１の板状部材の各貫通穴は前記小径部を前記第２の板状部材側と反対側に位置されていてもよい。そのようにすれば、第１の板状部材の貫通穴の小径部を第２の板状部材側に位置させた場合に比べ、針先から第１の板状部材の貫通穴の小径部までプローブの長さ寸法が小さくなるから、第１の板状部材の貫通穴の小径部から針先側の領域におけるプローブの変位が抑えられる。その結果、貫通穴と直角の方向への針先の変位がより少なくなり、被検査体の電極に対する針先の位置がより安定する。

前記第３の板状部材の各貫通穴は、前記プローブの前記突出部の通過を阻止する小径部と、該小径部に連通された大径部とを有していてもよい。そのようにすれば、第３の板状部材の厚さ寸法が大きくても、小径部を形成すべき箇所の厚さ寸法を小さくすることができるから、プローブの反針先側の箇所が貫通穴内で大きく移動しない微小な貫通穴を高精度に形成することができる。

前記第１、第２及び第３の板状部材の各貫通穴は、さらに、前記小径部と前記大径部とに続く截頭円錐形部を有していてもよい。そのようにすれば、各プローブを各板状部材の貫通穴に大径部の側から通すことができるように、第１、第２及び第３の部材を配置して、各貫通穴へのプローブの挿し込み作業を容易にすることができる。

前記第１及び第２の板状部材の前記小径部の間隔は、前記第２及び第３の板状部材の前記小径部の間隔より小さくすることができる。そのようにすれば、オーバードライブによるプローブの過大な変位を抑えることができる。また、針先を被検査体の電極に押圧したとき、プローブが第２及び第３の板状部材の間の領域において確実に変形する。

前記第３の板状部材の各貫通穴は、前記第１及び第２の板状部材の貫通穴に対し一方向に変位されていてもよい。そのようにすれば、針先を被検査体の電極に押圧したとき、プローブが第２及び第３の板状部材の間の領域において確実に変形する。

各プローブは、前記第２及び第３の板状部材の間の領域において曲げられていてもよい。そのようにすれば、針先を被検査体の電極に押圧したとき、プローブが第２及び第３の板状部材の間の領域において確実に弾性変形する。

電気的接続装置は、さらに、前記第２及び第３の板状部材の間に配置された電気絶縁性のシート状部材であって前記プローブが貫通するシート状部材を含むことができる。

電気的接続装置は、さらに、前記第３の板状部材に重ねられた基板であって前記第３の板の貫通穴に個々に連通された複数の貫通穴及びテスターに接続される複数のテスターランドを備える基板と、該基板の貫通穴に挿入されて前記プローブの端部に個々に接続されていると共に前記テスターランドに個々に接続された複数の配線とを含むことができる。

図１〜図６を参照するに、電気的接続装置１０は、図３及び図５に示すように、半導体ウエーハ１２上の複数（図１に示す例では、８つ）の集積回路を被検査体１４とし、それらの被検査体１４を同時に検査するプローブカードとして用いられる。各被検査体１４は、矩形の形状を有しており、また矩形の辺の方向に間隔をおいた複数の電極１６を各辺に有している。

電気的接続装置１０は、円板状の配線基板２０と、配線基板２０に組み付けられた接続基板２２と、接続基板２２から配線基板２０に伸びる複数の配線２４と、接続基板２２の下側に組み付けられたプローブ組立体２６とを含む。

配線基板２０は、ガラス入りエポキシやセラミック等の電気絶縁材料を用いて製作されている。配線基板２０は、これの中央領域を厚さ方向に貫通する穴（開口）２８を中央に有しており、テスターに電気的に接続される複数のテスターランド３０を周縁部に多重に有しており、複数の接続ランド３２を穴２８の対向する２つの辺の外側に有している。

穴２８は、同時に検査する集積回路の配置領域よりやや大きい矩形の形状を有している。テスターランド３０と接続ランド３２とは、図示しない接続線により、一対一の関係に電気的に接続されている。そのような接続線は、印刷配線技術のような適宜の手法により、配線基板２０内に形成された配線とすることができる。

接続基板２２は、電気絶縁材料により製作されており、また配線基板２０の穴２８よりやや小さい矩形の板状部３４と、板状部３４の上部外側に形成された矩形のフランジ部３６とを備えている。接続基板２２は、板状部３４が穴２８内に位置する状態に、フランジ部３６において配線基板２０の上面に複数のねじ部材３８により組み付けられている。

図示の例では、接続基板２２は、配線基板２０の上方に突出する矩形の上部が穴２８内に位置された矩形の下部より小さい板状部３４と、板状部３４の上部が嵌合された環状のフランジ部３６とを複数のねじ部材４０により結合させているが、板状部３４とフランジ部３６とを一体的に製作してもよい。

接続基板２２は、また、板状部３４をこれの厚さ方向に貫通する複数の貫通穴４２を有している。各貫通穴４２は、被検査体１４の電極１６に個々に対応されている。

各配線２４は、図４に示すように、導電性の芯線４４をその周りを覆う電気絶縁層４６により保護したケーブルを用いている。各配線２４の一端部は、電気絶縁層４６が剥離されて露出された芯線４４が貫通穴４２に挿入されており、また芯線４４の露出した端部において接着剤４８により接続基板２２に結合されている。図示してはいないが、ケーブルは、電気的シールド層を電気絶縁層４６の周りに配置している。

各芯線４４の一端面は、ほぼ接続基板２２の下面の高さ位置に維持されている。各配線２４の他端部は、電気絶縁層４６が剥離されて、芯線４４の露出した端部において半田のような導電性の接着剤により接続ランド３２に結合されている。

プローブ組立体２６は、接続基板２２の板状部３４よりやや小さい矩形の平面形状を有する直方体に形成されている。プローブ組立体２６は、矩形の第１の板状部材５０上側に矩形の第２の板状部材５２を配置し、第２の板状部材５２の上側に矩形の第３の板状部材５４を間隔をおいて配置し、矩形の枠部材５６を第２及び第３の板状部材５２及び５４の間に配置している。

第１の板状部材５０、第２の板状部材５２、第３の板状部材５４及び枠部材５６は、上記のように重ねられた状態で、複数のねじ部材５８により結合されて、複数のプローブ６０を支持するプローブ支持体６２を構成している。ねじ部材５８は、第３の板状部材５４、枠部材５６及び第２の板状部材５２を貫通して、第１の板状部材５０に螺合されている。

第１及び第２の板状部材５０及び５２は、それぞれ、上方に開放する矩形の凹所を有しており、第３の板状部材５４は下方に開放する矩形の凹所を有している。第２の板状部材５２は、第１の板状部材５０の凹所を閉鎖するように、第１の板状部材５０に重ねられている。枠部材５６は、第２及び第３の板状部材５２及び５４の凹所を連通させる矩形の内側空間を有している。

上記の結果、第１及び第２の板状部材５０及び５２は、第２の板状部材５２が第１の板状部材５０に重ねられているにもかかわらず、矩形の中央領域として作用する板状部において上下方向に間隔をおいている。

平面的に見て、第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４並びに枠部材５６は同じ大きさを有しており、また第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４の凹所と、枠部材５６の内側空間とは、同じ大きさを有している。

図３及び図４に示すように、第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４は、それぞれ、それらの中央領域すなわち板状部を厚さ方向に貫通して対応する凹所に開放する複数の貫通穴６４、６６及び６８を有している。貫通穴６４、６６及び６８は、相互に及び接続基板２２の貫通穴４２に個々に対応されている。

図５に示すように、貫通穴６４、６６及び６８は、それぞれ、直径寸法が小さい小径部６４ａ、６６ａ及び６８ａと、小径部６４ａ、６６ａ及び６８ａに続く截頭円錐径部６４ｂ、６６ｂ及び６８ｂと、截頭円錐径部６４ｂ、６６ｂ及び６８ｂに続く大径部６４ｃ、６６ｃ及び６８ｃとを有する、同じ大きさ及び同じ形状とされている。

貫通穴６４、６６及び６８のそれぞれは、大径部を形成した後に、小径部を形成することができる。そのようにすれば、第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４の厚さ寸法が大きくても、深い大径部を形成することにより、小径部を形成すべき箇所の厚さ寸法を小さくすることができるから、プローブ６０の先端（針先）が貫通穴内で大きく移動しない微小な貫通穴を高精度に形成することができる。そのような貫通穴６４、６６、６８は、レーザ加工により形成することができる。

第１の板状部材５０は、貫通穴６４の小径部６４ａを下方側としており、第２及び第３の板状部材５２及び５４は、貫通穴６６及び６８の小径部６６ａ及び６８ａを上方側としている。

第１及び第２の板状部材５０及び５２の貫通穴６４及び６６は、厚さ方向と直角の面内において、互いに一致されているが、接続基板２２の貫通穴４２に対しては一方向にずらされている。

これに対し、第３の板状部材５４の貫通穴６８は、厚さ方向と直角の面内において、貫通穴６４及び６６に対しては一方向にずらされているが、接続基板２２の貫通穴４２に対しては一致されている。

しかし、水平方向における貫通穴４２、６４、６６及び６８を一致させてもよい。

各プローブ６０は、タングステン線のような導電性金属細線により弾性変形可能の針の形に製作されており、また貫通穴６４、６６及び６８に通されている。各プローブ６０の上端面は、プローブ６０の上端部が貫通穴６８に上下方向へ移動可能に挿し込まれて、ほぼ第３の板状部材５４の上面の高さ位置とされており、また配線２４の芯線４４の下端面に接触されている。

各プローブ６０の下端部は、貫通穴６４を上下方向へ移動可能に小径部６４ａに対しわずかな遊びを有する状態に貫通して、第１の板状部材５０から下方に突出した針先部とされている。

各プローブ６０は、貫通穴６４及び６６を通り抜けることができない突出部７０を第１及び第２の板状部材５０及び５２の間、好ましくは貫通穴６４及び６６の小径部６４ａ及び６６ａの間に備えている。各突出部７０は、図示の例では、プローブ６０の所定の箇所を直径方向に押し潰した扁平の形状を有している。

各プローブ６０の直径寸法、特に貫通穴６４、６６の箇所における直径寸法は、貫通穴６４、６６及び６８の小径部６４ａ、６６ａ及び６８ａのそれよりやや小さい円形の断面形状を有しているが、先端部（針先部）、好ましくは突出部７０より下方側の箇所は、図６に示すように、先端（針先）側ほど小さくされている。

各プローブ６０は、貫通穴６６及び６８が貫通穴６６及び６８と直角な面内において一方向に変位されていることと、突出部７０が貫通穴６４の小径部６４ａに接触した状態に芯線４４により押圧されていることとから、第２及び第３の板状部材５２及び５４の間の領域において同じ側に湾曲されている。

プローブ６０の直径寸法を５０±２μｍ、プローブ６０の長さ寸法を６５±０．０５μｍとしたとき、第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４の板状部の厚さ寸法は、それぞれ、０．７ｍｍ、０．６ｍｍ及び０．７ｍｍとすることができ、貫通穴６４の截頭円錐径部６４ｂ及び大径部６４ｃの深さ寸法は合計で０．５ｍｍとすることができる。

プローブ組立体２６及び電気的接続装置１０は、例えば、以下のように組み立てることができる。

先ず、プローブ６０の先端部が第１の板状部材５０の貫通穴６４に通され、プローブ６０の突出部７０より上方の部位が第２の板状部材５２の貫通穴６６に通され、プローブ６０のさらに上方の部位が枠部材５６に通され、プローブ６０の上部が第３の板状部材５４の貫通穴６８に通されるように、第１の板状部材５０、第２の板状部材５２、枠部材５６及び第３の板状部材５２が図３（Ａ）に示すように重ねられる。

プローブ６０を上記のように第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４並びに枠部材５６に通すには、プローブ６０を貫通穴６４、６６、６８の順に通してもよいし、その逆の順に通してもよい。

図３（Ａ）に示す状態においては、第３の板状部材５４が第１及び第２の板状部材５０及び５２並びに枠部材５６に対し変位されて、貫通穴６４、６６及び６８が上下方向に整列する状態（貫通穴６４、６６、６８の軸線が一致する状態）に、第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４並びに枠部材５６が維持されている。

また、プローブ６０は、図３（Ａ）に示すように、その上端部が第３の板状部材５４からわずかに突出しかつ下端部が第１の板状部材５０から下方に突出した状態に、貫通穴６４、６６、６８に通されている。この際、プローブ６０を貫通穴６４、６６、６８に大径部６４ｃ、６６ｃ、６８ｃの側から通すことができるから、各貫通穴６４、６６、６８へのプローブ６０の差し込み作業が容易になる。

次いで、図３（Ｂ）に示すように、第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４並びに枠部材５６が整列するように、第３の板状部材５４が第１及び第２の板状部材５０及び５２に対し水平方向に所定量移動される。これにより、貫通穴６８が貫通穴６４及び６６に対し水平方向に変位されるから、プローブ６０は第２及び第３の板状部材５２及び５４の間において一方向に弾性変形して確実に曲げられる。

しかし、プローブ６０を上記のように貫通穴６４、６６、６８に通すときに、第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４並びに枠部材５６を図３（Ｂ）に示す状態に整列させてもよい。

次いで、図３（Ｂ）に示すように、第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４が複数のねじ部材５８により上記状態に堅固に結合される。第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４を、ねじ部材５８により結合させる代わりに、接着剤により結合させてもよい。

上記のように組み立てられたプローブ組立体２６は、図１、図２及び図３（Ｃ）に示すように、複数のねじ部材（図示せず）により接続基板２２に堅固に結合される。接続基板２２とプローブ組立体２６とを結合させた後に、配線基板２０と接続基板２２とを組み付けてもよいし、接続基板２２と配線基板２０とを組み付けた後に、接続基板２２とプローブ組立体２６とを結合させてもよい。

接続基板２２とプローブ組立体２６とが結合されるとき、各プローブ６０は、その上端面を対応する配線２４の芯線４４により下方に押される。これにより、各プローブ６０は、図４（Ａ）に示すように、上端を下方に押されて、第２の板状部材５２より上方の領域で弾性変形する。

第１、第２及び第３の板状部材５０、５２及び５４の水平面内での位置関係、並びに、プローブ組立体２６及び接続基板２２の水平面内での位置関係は、プローブ組立体２６の第１の板状部材５０、第２の板状部材５２、枠部材５６及び第３の板状部材５４を相互に位置決めた状態で、それらをねじ部材により結合することにより、並びに、接続基板２２を貫通してプローブ組立体２６に挿入された複数の位置決めピン７２（図１参照）により、一定の関係に維持される。

被検査体１４の通電試験時、電気的接続装置１０は、図３（Ｃ）及び図５に示すように、プローブ６０の下端（針先）が被検査体１４の電極１６に当接された状態で、各プローブ６０の下端を被検査体１４の電極１６に押圧される。

この際、貫通穴６６、６８と直角の方向におけるプローブ６０の先端側の位置決めが貫通穴６４、６６の小径部６４ａ，６６ａの相互作用により行われているから、貫通穴６４、６６と直角の方向における針先の位置が安定されており、プローブ６０は被検査体１４の電極１６に確実に接触される。

また、第１の板状部材５０の各貫通穴６４が小径部６４ａを下方とされているから、小径部６４ａを上側に位置させた場合に比べ、針先から貫通穴６４の小径部６４ａまでプローブ６０の長さ寸法が小さくなる。それにより、小径部６４ａから針先側の領域におけるプローブの変位が抑えられて、貫通穴６４と直角の方向への針先の変位がより少なくなり、被検査体１４の電極１６に対する針先の位置がより安定する。

プローブ６０の下端が被検査体１４の電極１６に押圧されると、プローブ６０は、図４（Ｂ）に示すように、所定のオーバードライブＯＤを受けて、第２及び第３の板状部材５２及び５４の間の領域において弾性変形する。これにより、プローブ６０は、これが貫通穴６４及び６６の小径部６４ａ及び６６ａを遊びを有する状態で貫通していることに起因して、その下端が電極１６に対しわずかに水平方向へ移動して、電極１６にこすり作用を与える。

上記オーバードライブによるプローブ６０の過大な変位は、第１及び第２の板状部材５０及び５２の小径部６４ａ及び６６ａの間隔が第２及び第３の板状部材６６及び６８の小径部６６ａ及び６８ａの間隔より小さいことにより抑えられる。また、プローブ６０は、オーバードライブにより、第２及び第３の板状部材５０及び５２の間の領域において確実に変形する。

図７に示すように、プローブ６０が個々に貫通する複数の穴７４を有するガイドフィルム７６を第２及び第３の板状部材５２及び５４の間に配置して、プローブ６０の湾曲方向を規制してもよい。この場合、穴７４は、プローブ６０の湾曲方向に長い長穴とすることができる。

図７に示す実施例において、プローブ組立体２６に組み立てられた状態において、貫通穴６８の軸線を貫通穴６４、６６の軸線に対し変位させているが、そのように変位させる代わりに、ガイドフィルム７６により湾曲させてもよい。

本発明は、プローブ組立体が被検査体の上側又は下側となる状態で使用してもよいし、プローブ組立体を斜めにした状態で使用してもよい。

本発明は、上記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない限り、種々変更することができる。

本発明に係る電気的接続装置の一実施例を示す平面図であって、配線の大部分を除去して示す図である。 図１に示す電気的接続装置の正面図である。 図プローブ組立体の組立方法を説明するための断面図である。 プローブ組立体の一部の拡大断面図であって、（Ａ）はプローブを被検査体の電極に押圧しない状態を示し、（Ｂ）はプローブを被検査体の電極に押圧した状態を示す。 貫通穴の一実施例を示すべく貫通穴の箇所を特に拡大して強調した断面図である。 プローブの一実施例を示す図であって、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図である。 プローブ組立体の他の実施例を示す拡大断面図である。

Claims (9)

1. 互いに厚さ方向に間隔をおいた板状部を備える第１、第２及び第３の板状部材であってそれぞれが厚さ方向に貫通する複数の貫通穴を前記板状部に備える第１、第２及び第３の板状部材と、前記第１、第２及び第３の板状部材の貫通穴に通された複数のプローブであって前記第１及び第２の板状部材の間に突出部を備える複数のプローブとを含み、
   前記第１及び第２の板状部材の各貫通穴は、前記プローブの前記突出部の通過を阻止する小径部と、該小径部に連通された大径部とを有している、電気的接続装置。
2. 前記第１の板状部材の各貫通穴は前記小径部を前記２の板状部材側と反対側に位置されている、請求項１に記載の電気的接続装置。
3. 前記第３の板状部材の各貫通穴は、前記プローブの前記突出部の通過を阻止する小径部と、該小径部に連通された大径部とを有している、請求項２に記載の電気的接続装置。
4. 前記第１、第２及び第３の板状部材の各貫通穴は、さらに、前記小径部と前記大径部とに続く截頭円錐形部を有している、請求項３に記載の電気的接続装置。
5. 前記第１及び第２の板状部材の前記小径部の間隔は、前記第２及び第３の板状部材の前記小径部の間隔より小さい、請求項１から４のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
6. 前記第３の板状部材の各貫通穴は、前記第１及び第２の板状部材の貫通穴に対し一方向に変位されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
7. 各プローブは、前記第２及び第３の板状部材の間の領域において曲げられている、請求項１から６のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
8. さらに、前記第２及び第３の板状部材の間に配置された電気絶縁性のシート状部材であって前記プローブが貫通するシート状部材を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の電気的接続装置。
9. さらに、前記第３の板状部材に重ねられた基板であって前記第３の板状部材の貫通穴に個々に連通された複数の貫通穴及びテスターに接続される複数のテスターランドを備える基板と、該基板の貫通穴に挿入されて前記プローブの端部に個々に接続されていると共に前記テスターランドに個々に接続された複数の配線とを含む、請求項１から８のいずれか１項に記載の電気的接続装置。

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