TWI394952B

TWI394952B - 探針單元

Info

Publication number: TWI394952B
Application number: TW097126725A
Authority: TW
Inventors: Shigeki Ishikawa; Shogo Imuta; Takashi Nidaira
Original assignee: Nhk Spring Co Ltd
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2013-05-01
Also published as: JP5651333B2; JPWO2009011244A1; TW200914837A; WO2009011244A1

Description

探針單元

本發明係關於一種探針單元，用以收容將檢查對象之電路結構與對該檢查對象傳送檢查用信號之電路結構之間予以電性連接之探針。

在製造IC晶片等半導體積體電路之際，為了檢測不良品，乃進行半導體積體電路之電性特性檢查。具體而言，係進行：導通檢查，用以檢查形成於檢查對象之半導體積體電路之配線圖案中是否有電性短路及斷線；及對半導體積體電路輸入檢查用信號時之動作特性檢查等。在此種電性特性檢查中，係為了謀求半導體積體電路與產生檢查用信號之信號處理裝置之間之電性連接，而使用由導電性材料所構成之細徑之探針(導電性接觸子)。

近年來半導體積體電路之高積體化、微細化雖已進展，惟為了可進行適合於此技術之進展之電性特性檢查，將探針間之間距狹小化之技術亦日益進步。為了使探針間之間距狹小化，雖係以探針之直徑亦細徑化為較佳，惟由於在例如使用彈簧之銷(pin)型探針有其細徑化之極限，故以取代該種探針者而言，適用具備可彎曲之彈性之線(wire)狀探針已日益增加。

在收容複數個線狀探針之探針單元中係施行有各種對策，用以使複數個探針在檢查時撓曲之方向整齊一致。例如，已知有一種藉由將各探針之兩端部朝橫方向位移預定距離而使探針撓曲之方向整齊之技術(參照例如專利文獻1)。

專利文獻1：日本特開2005－338065號公報

然而，在上述之習知技術中，若藉由探針保持器(holder)將探針之兩端部偏移(offset)，則在探針中於與長度方向正交之方向亦會施加荷重，因此容易產生探針之前端與配線之位置偏移，亦會有產生接觸不良之虞。

本發明係有鑑於上述而研創者，其目的在提供一種既可使探針之撓曲方向整齊，又可實現探針之端部與配線之確實接觸之探針單元。

為了解決上述問題以達成目的，本發明之探針單元係具備：線狀探針，使用導電性材料而形成，且一方端部與檢查對象接觸；探針保持器，設有複數個成對的第1穿通孔與第2穿通孔，用以保持複數個前述探針；該第1穿通孔係，用以穿通前述探針之端部中與前述檢查對象接觸之端部；該第2穿通孔具有與前述第1穿通孔之中心軸平行且不同之中心軸，用以穿通將前述探針之端部中與供給檢查用信號至前述檢查對象之配線接觸之端部；及配線基板，設有複數個配線用穿通孔，用以個別地穿通與前述探針保持器所收容之複數個前述探針之任一者之端部接觸之複數個前述配線；彼此相對向之前述第2穿通孔及前述配線用穿通孔之中心軸係彼此平行且不同。

此外，本發明之探針單元係在上述發明中，穿通同一個前述探針之前述第1及第2穿通孔之各個中心軸、及與該第2穿通孔相對向之前述配線用穿通孔之中心軸係通過相同平面，且在該平面上，前述第2穿通孔之中心軸係位於前述第1穿通孔之中心軸與前述配線用穿通孔之中心軸之間。

此外，本發明之探針單元係在上述發明中，彼此相對向之前述第2穿通孔及前述配線用穿通孔之中心軸間之距離係為前述第2穿通孔之直徑與前述探針之前端部之直徑之差的1/2以上，且為該差以下。

依據本發明之探針單元，係作成具備：線狀探針，使用導電性材料而形成，且一方端部與檢查對象接觸；探針保持器，設有複數個成對的第1穿通孔與第2穿通孔，用以保持複數個前述探針；該第1穿通孔係，用以穿通探針之端部中與檢查對象接觸之端部；該第2穿通孔具有與第1穿通孔之中心軸平行且不同之中心軸，用以穿通探針之端部中與供給檢查用信號至檢查對象之配線接觸之端部；及配線基板，設有複數個配線用穿通孔，用以個別地穿通與探針保持器所收容之複數個探針之任一者之端部接觸之複數個配線；彼此相對向之第2穿通孔及配線用穿通孔之中心軸係彼此平行且不同，因此可實現既可使探針之撓曲方向整齊，又可實現探針之端部與配線之確實接觸。

以下參照所附圖式說明用以實施本發明之最佳形態(以下稱「實施形態」)。另外，圖式係為示意性者，應留意各部份之厚度與寬度之關係，各個部份之厚度之比率等係與實際者有不同之情形，在圖式之相互間亦有包括彼此尺寸之關係或比率不同之部份之情形，此自不待言。

第1圖係為顯示本發明一實施形態之探針單元的構成之斜視圖。該圖所示之探針單元1係用以將半導體積體電路等檢查對象、及設有供給來自用以產生檢查用信號之信號處理裝置之信號的配線之配線基板予以電性連接者。具體而言，探針單元1係具備：複數個探針2；探針保持器3，用以收容保持複數個探針2；及配線基板5，埋入有由漆包(enamel)線等導線所構成之配線4。

探針保持器3係具有：頭側板6，使用絕緣性材料來形成，用以將檢查時位於與檢查對象相對向之側(頭側)之探針2之端部附近予以穿通並保持；配線側板7，用以將位於與配線基板5相對向之側(配線側)之探針2之端部附近予以穿通並保持；及連結構件8，用以將頭側板6及配線側板7予以連結。在第1圖中，探針保持器3雖係將複數個探針2收容保持成矩陣狀，惟此僅係一例而已。亦即，探針保持器3中之探針2之配置模式係依據檢查對象之電極配置模式來決定。另外，探針保持器3之表面部份只要有絕緣性，亦可適用不具有絕緣性之材料作為探針保持器3之母材。

第2圖係為顯示探針保持器3之主要部份之構成之部份剖面圖。第3圖係為顯示頭側板6之主要部份之構成之放大部份剖面圖。第4圖係為顯示配線基板5與配線側板7之主要部份之構成之放大部份剖面圖。第5圖係為顯示配線基板5與配線側板7邊界附近之構成之放大部份剖面圖。以下參照第1至第5圖說明探針單元1之更詳細構成。

探針2係具備：本體部21，由線狀之導電性構件所構成；及絕緣被膜22，由將除本體部21之兩端部以外之表面加以覆蓋之絕緣性材料所構成。絕緣被膜22係具有防止不同之探針2間之電性短路，並且防止探針2因為與其他探針2或探針保持器3等接觸而損傷之功能。

如第3及第4圖所示，本體部21之端部係作成半球面狀。藉此，即使探針2在相對於配線4傾斜之狀態下接觸，亦可用作成半球面狀端部之某處與配線4之導電部份接觸。以本體部21而言，係以適用例如鐵(Fe)系、鎳(Ni)系、鎢(W)系等耐磨耗性優異之金屬為較佳。此外，以絕緣被膜22而言，係以適用聚氨酯(polyurethane)或聚對二甲苯(poly－para－xylylene)等絕緣性材料為較佳。另外，藉由氧皮鋁(alumite)等氧化膜形成絕緣被膜22亦可。

如第3及第4圖所示，絕緣被膜22之端部22t係作成直徑朝探針2之長度方向之中心部逐漸變大之錐形(taper)狀，在包括長度方向之中心部之區域具有均一之直徑R₂ 。因此，若設本體部21之直徑，亦即探針2之前端部之直徑為R₁ ，則R₁ <R₂ 。

依據具有以上構成之探針2，相較於絕緣被膜之端部作成段差形狀之習知型探針，對於探針保持器3之穿通即變得容易。另外，本體部21在探針2之兩端部之露出長度不須相同，只要根據探針保持器3之構成來適當設定即可。

如第3圖所示，探針保持器3之頭側板6係藉由將2片板疊層在板厚方向而形成。亦即，頭側板6係由第1板61及第2板62所構成，該第1板61係位於露出探針2之端部而與檢查對象相對向之側，而該第2板62係積層於第1板61，且具有與配線側板7相對向之表面。第1板61與第2板62係藉由未圖示之螺絲構件而緊固結合。

第1板61係具有：屬於第1穿通孔之小徑孔61a，用以穿通探針2之本體部21之端部中與檢查對象接觸之端部；及大徑孔61b，與小徑孔61a配置成同軸狀，且直徑較小徑孔61a大。此外，第2板62係具有：小徑孔62a，用以穿通探針2之本體部21；及大徑孔62b，與小徑孔62a配置成同軸狀，且直徑較小徑孔62a大。若設小徑孔61a之直徑為r₁ 、小徑孔62a之直徑為r₂ ，則在此等直徑r₁ 、r₂ 之間，係以r₁ ≦r₂ 成立為較佳。此外，小徑孔61a之直徑r₁ ，至少較探針2之本體部21之直徑R₁ 大(r₁ >R₁ )。小徑孔61a及小徑孔62a係以貫通方向之中心軸作成同軸之方式配置為較佳。另外，在第3圖中，雖係顯示大徑孔61b之直徑與大徑孔62b之直徑相同之情形，惟此等2個大徑孔之直徑亦可不同。

如第4圖所示，配線側板7係藉由將3片板在板厚方向疊層而形成。亦即，配線側板7係由具有與頭側板6相對向之表面之第3板71、疊層於第3板71而穿通探針2之第4板72、及疊層於第4板72而穿通探針2之端部且位於與配線基板5相對向側之第5板73所構成。第3板71、第4板72及第5板73係藉由螺絲構件(未圖示)而緊固結合成為一體。

第3板71係具有：小徑孔71a，用以穿通探針2；及大徑孔71b，與小徑孔71a配置成同軸狀，且直徑較小徑孔71a大。第4板72係具有：小徑孔72a，用以穿通探針2；及大徑孔72b，與小徑孔72a配置成同軸狀，且直徑較小徑孔72a大。第5板73係具有：屬於第2穿通孔之小徑孔73a，用以穿通探針2之端部之中與配線4接觸之端部；及大徑孔73b，與小徑孔73a配置成同軸狀，且直徑較小徑孔73a大。

小徑孔71a、72a、73a之各個直徑係彼此相等，與探針2之直徑相同程度且較探針2之最大徑R₂ 更大。小徑孔71a、72a、73a之各個中心軸雖彼此平行，惟並不一致。此係第4板72及第5板73相對於第3板71分別在與疊層方向正交之方向(第4圖之左右方向)偏移預定量之故。在此之偏移量係依據探針2之直徑或材質等各種條件來適當決定。

在將探針2安裝於探針保持器3之際，一般係從第5板73之側穿通探針2。因此，小徑孔73a必須具有可供絕緣被膜22容易通過之直徑。因此，將小徑孔73a之直徑之大小設為r₅ 時，在與包括探針2之長度方向之中心部之區域之直徑R₂ 之間，關係式R₂ <r₅ 成立。此外，小徑孔73a之直徑r₅ 係可與小徑孔71a之直徑(設為r3)或小徑孔72a之直徑(設為r4)相同程度，亦可較該等直徑r₃ 、r₄ 小。

在成對而穿通相同探針2之小徑孔61a、73a中，小徑孔61a之中心軸L0與小徑孔73a之中心軸L1係彼此平行，僅離開距離△X。此距離△X係在成對之中心軸L0、L1間共通。如此一來藉由將探針2之兩端部偏移，即可使探針2之撓曲方向整齊一致。

在形成具有以上構成之頭側板6或配線側板7之際，係在依序疊層各板之後，藉由使用預定之定位銷來進行板間之定位。另外，分別構成頭側板及配線側板之板的數量並不以上述者為限。

接著說明配線基板5之構成。配線基板5係具有使用絕緣性材料而形成，用以個別穿通複數個配線4之屬於配線用穿通孔之穿通孔51。穿通孔51係藉由對於配線基板5進行鑽孔(drill)加工、蝕刻、衝切成形、或進行使用雷射、電子束、離子束、線放電等之加工而形成。

如第5圖所示，彼此相對向之小徑孔73a之中心軸L1與穿通孔51之中心軸L2係平行，離開距離δ x。此等中心軸L1、L2係與小徑孔73a成對與穿通相同探針2之小徑孔61a之中心軸L0在相同平面上，而中心軸L1位於中心軸L0與中心軸L2之間。

中心軸L1、L2間之距離δ x係以使用定義為小徑孔73a之直徑r₅ 與探針2之前端部之直徑R₁ 之差之空隙(clearance)CL(＝r₅ －R₁ )而滿足CL/2≦δ x≦CL之方式設定。如此一來，藉由將相對向之探針保持器3之小徑孔73a之中心軸與配線基板5之穿通孔51之中心軸偏移，即可補正線狀探針2撓曲時之探針2端部與配線4之端部之位置偏移，且使探針2之端部與配線4端部之中心彼此接觸，而可實現兩者確實之接觸。

配線基板5係藉由可從其底面側穿通至探針保持器3之連結構件8之螺絲構件(未圖示)而與探針保持器3緊固結合。在進行此緊固結合之際，係可使用預定之定位銷來進行各構件之彼此之定位。

在使用具有以上構成之探針單元1進行檢查對象之電性特性檢查之際，係將探針單元1安裝於作為使探針2接觸檢查對象之電極之裝置之探針器(prober)，且將配線基板5之配線4連接於產生檢查用信號之信號處理裝置。裝設於探針器之探針單元1係成為上下與第1圖反轉之狀態。之後，將檢查對象之電路基板承載於位於探針器下方之承接台，進行探針器與承接台之定位。接下來，將探針器一直下降到預定之位置，使從頭側板6朝外部突出之探針2之端部，與設於檢查對象之連接用電極接觸。在此狀態下，藉由從信號處理電路開始檢查用信號之供給來進行電性特性檢查。

在此，茲舉具體之數值例。探針2之前端部之直徑R₁ 係為30至70(μm)，探針2之最大徑R₂ 係為50至90(μm)。穿通孔51之直徑r₆ 雖亦依存探針2之間距，惟係為90至120(μm)左右。此時，成對之小徑孔61a之中心軸L0與小徑孔73a之中心軸L1之距離△X係為700(μm)左右。此外，相對向之小徑孔73a之中心軸L1與穿通孔51之中心軸L2之距離δ x係為5至50(μm)左右。

依據以上所說明之本發明一實施形態之探針單元，係作成具備：線狀探針，使用導電性材料來形成，且一方端部與檢查對象接觸；第1穿通孔，用以穿通探針之端部中與檢查對象接觸之端部；探針保持器，具有與第1穿通孔之中心軸平行且不同之中心軸，且與將探針之端部中與供給檢查用信號至檢查對象之配線接觸之端部予以穿通之第2穿通孔成對各設置複數個，用以保持複數個探針；及配線基板，設有複數個配線用穿通孔，用以將與探針保持器所收容之複數個探針之任一者之端部接觸之複數個配線予以個別地穿通；彼此相對向之第2穿通孔及配線用穿通孔之中心軸彼此係平行且不同，因此可實現既可使探針之撓曲方向整齊，又可實現探針之端部與配線之確實接觸。

此外，依據本實施形態，藉由就有關配線之中心位置與探針頭之配線側之端部(後端部)之位置關係進行預估偏移量之設計，即可將探針端部與配線端部之可接觸範圍加大。因此，可將接觸之際之餘裕(margin)確保為較習知之探針單元更多。

一般而言，線狀之探針若行程(stroke)增加則撓曲亦變大。結果，具有探針端部之移動量與行程成比例變大之特性。因此，在與配線端部之接觸位置容易產生位置偏移。在本實施形態1中，由於補正探針端部與配線端部之位置偏移，因此即使檢查之際行程變大，亦不會有探針與配線產生接觸不良之虞。

然而，在本實施形態中，配線側之結構並不以上述之情形為限。第6圖係為顯示配線側之另一構成例圖。該圖所示之配線基板9係在穿通配線4之配線用穿通孔之構成與上述穿通孔51不同。具體而言，穿通孔91(配線用穿通孔)係在探針保持器3之與配線側板7相對向之端面施有倒角化，而該經施有倒角化之端面之直徑係最大，由直徑沿著板厚方向逐漸變小之錐形部92、及直徑較配線4稍大之直孔部93所構成。另外，錐形部92之斜面相對於配線基板9之表面所構成之角度θ雖為任意，惟只要為45度以上(未達90度)則更佳。

如第6圖所示，小徑孔73a之中心軸L1與穿通孔91之中心軸L3係平行，離開距離δ x’。此距離δ x’係與第5圖所示之小徑孔73a之中心軸L1與穿通孔51之中心軸L2之距離δ x相同程度。與上述一實施形態同樣，中心軸L1、L3係與小徑孔73a成對而與穿通相同探針2之小徑孔61a之中心軸L0在相同平面上，且中心軸L1位於中心軸L0與中心軸L3之間。

穿通於穿通孔91之配線4之前端部係藉由黏接劑10固定於配線基板9。在錐形部92與配線4之間隙，係充填有較直孔部93與配線4之間隙更多量之黏接劑10，因此在與探針保持器3相對向之表面附近，可實現配線4與配線基板9之確實黏接。

第7圖係為顯示配線側之再一構成例圖。該圖所示之配線11係具有將與第5板73相對向之端部附近壓扁而使直徑變大之大徑部11a。配線基板12係具有可穿通配線11之穿通孔121(配線用穿通孔)。此穿通孔121係由大徑孔122及小徑孔123所構成，該大徑孔122係具有與配線11之大徑部11a之最大徑大致相等且稍大之直徑，該小徑孔123係具有與配線11之大徑部11a以外之直徑大致相等且稍大之直徑。藉由配線側具有此種構成，不須黏接配線11即可進行防止從配線基板12脫落。

如第7圖所示，小徑孔73a之中心軸L1與穿通孔121之中心軸L4係平行，離開距離δ x”。此距離δ x”係與第5圖所示之小徑孔73a中心軸L1與穿通孔51中心軸L2之距離δ x相同程度。與上述一實施形態同樣，中心軸L1、L4係與小徑孔73a成對而與穿通相同探針2之小徑孔61a之中心軸L0在相同平面上，且中心軸L1位於中心軸L0與中心軸L4之間。

至此為止雖說明了用以實施本發明之最佳形態，惟本發明不應僅限定於上述之一實施形態。亦即，本發明可包含在此未記載之各種實施形態等，只要在不脫離在申請專利範圍中所特別定義之技術思想之範圍內，均可作各種設計變更等。

(產業上之可利用性)

綜上所述，本發明之探針單元係在進行半導體積體電路之電性特性檢查之際為有效，尤其適用於與半導體積體電路之高積體化、微細化對應而將探針間之間距予以狹小化之情形。

1‧‧‧探針單元

2‧‧‧探針

3‧‧‧探針保持器

4、11‧‧‧配線

5、9、12‧‧‧配線基板

6‧‧‧頭側板

7‧‧‧配線側板

8‧‧‧連結構件

10‧‧‧黏接劑

11a‧‧‧大徑部

21‧‧‧本體部

22‧‧‧絕緣被膜

22t‧‧‧端部

51、91、121‧‧‧穿通孔

61‧‧‧第1板

61a、62a、71a、72a、73a、123‧‧‧小徑孔

61b、62b、71b、72b、73b、122‧‧‧大徑孔

62‧‧‧第2板

71‧‧‧第3板

72‧‧‧第4板

73‧‧‧第5板

92‧‧‧錐形部

93‧‧‧直孔部

第1圖係為顯示本發明一實施形態之探針單元的構成之斜視圖。

第2圖係為顯示探針保持器之主要部份之構成圖。

第3圖係為顯示頭側板之主要部份之構成之放大部份剖面圖。

第4圖係為顯示配線基板與配線側板之主要部份的構成之放大部份剖面圖。

第5圖係為顯示配線基板與配線側板之邊界附近的構成之放大部份剖面圖。

第6圖係為顯示配線側之另一構成例圖。

第7圖係為顯示配線側之再一構成例圖。