WO1998058266A1 - Carte d'essai - Google Patents

Description

明 細 書 プローブ力一ド 技術分！？

この発明は、 一般的には、 半導体集積回路によって構成された半導体デバイス を試験するための半導体集積回路試験装置に関し、 詳しく言うと、 ウェハプロ一 (wafer prober) と呼ばれる装置を使用してパッケージされていない状態の半 導体集積回路 （パッケージに収納される前の半導体集積回路） を試験する半導体 集積回路試験装置において使用されるプローブカード （probe card) と呼ばれる 部品 （以下、 プローブカードと称す） に関する。 背景技術

半導体集積回路 （以下、 I Cと称す） の中でも半製品であるウェハの状態或い はチップの状態 （パッケージされていない状態） で出荷される I C (以下、 ゥェ ハ I Cと称す） をテストする際には、 ウェハプローバと呼ばれる装置 （以下、 ゥ ェハプローバと称す） を使用する必要がある。 後述するように、 このウェハプロ ーバはその上面に、 複数のプローブを備えたリング状のプローブカードが装着さ れており、 I C試験装置 （以下、 I Cテス夕と称す） のテストヘッドに装着され たパフォーマンスボード （performance board) に取り付けられたフロッグリング (flog ring) と呼ばれる部品がこのプローブカードのプローブと電気的に接触す るように構成されている。

ウェハプロ一バは試験されるべきウェハ I Cを、 この I Cの端子 （リード） が プローブカードのプローブと接触する位置に搬送する。 被試験ウェハ I Cのテス ト中、 I Cテス夕の内の主に電気回路装置を収納したテスタ本体 （この技術分野 ではメインフレーム （main frame) と呼ばれている） からテストヘッドに所定の パ夕一ンのテスト信号が印加され、 テストへッドのパフォーマンスボ一ド及びフ ロッグリングを通じてプロ一ブカードにこのテスト信号が供給され、 さらに、 こ のプローブカードのプローブを通じて被試験ウェハ I Cに印加される。 被試験ゥ ェハ I cの応答信号は上記と逆の経路によってテス夕本体へ供給され、 かくして、 ウェハ I Cのテストが行なわれる。

図 1 3及び図 1 4を参照して従来のこの種の I Cテス夕の一構成について簡単 に説明する。 この I Cテス夕は、 2台のウェハプローバ 1 7と、 各ウェハプロ一 バ 1 7に隣接して配置された 2台の回転駆動装置 1 3 0と、 各回転駆動装置 1 3 0に回転可能に取り付けられた 2台のテストへッド 1と、 縦長の箱状体に形成さ れた 1台のテスタ本体 （メインフレーム） 1 4 0とを具備する。

ウェハプローバ 1 7はその内部にウェハ I Cを搬送する自動搬送装置を具備し、 この自動搬送装置で送られて来たウェハ I Cの各端子 （リード） がウェハプロ一 バ 1 7の上面に装着されたプローブカード 3の対応するプローブと電気的に接触 する。

テス卜へッド 1はウェハプロ一バ 1 7の上面に設けられたプローブ力一ド 3と 接触するフロッグリング 2を具備し、 常時は、 図 1 3に実線で図示する状態、 即 ち、 テストへッド 1のフロッグリング 2がウェハプロ一バ 1 7の上面に装着され たプローブ力一ド 3と接触した状態にある。 このフロッグリング 2がプローブ力 —ド 3と接触した状態においては、 フロッグリング 2は下向きの姿勢を有し、 ゥ ェハプローバ 1 7のプロ一ブカード 3と電気的に接触する。 よって、 ウェハプロ ーバ 1 7内のプローブカード 3を通じてウェハ I Cをテス夕本体 1 4 0と電気的 に接続し、 ウェハ I Cの電気的な特性試験を行うことができる。

テストへッド 1を回転駆動装置 1 3 0によって回転移動できるように構成した 理由は次の通りである。 ウェハ I Cのテスト中はテス卜へッド 1は図 1 3に実線 で図示する状態、 即ち、 ウェハプローバ 1 7のプローブカード 3上に載置された 姿勢に維持され、 テス夕本体 1 4 0とウェハプロ一バ 1 7との間の電気接続状態 を維持する。 これに対し、 試験すべきウェハ I Cの種類を変更する場合には、 そ の端子数の変更等に伴ってウェハプローバ 1 7の上面に設けたプローブ力一ド 3 及びテストへッ ド 1に取り付けたフロッグリング 2の部分等を交換する必要が生 じる。 このプローブカード 3及びフロッグリング 2の部分の交換を容易にするた め、 テストへッド 1は回転駆動装置 1 3 0によってほぼ 1 8 0 ° 回転されてゥェ ハプロ一バ 1 7の上面から図 1 3に鎖線で示す位置へ移動され、 この位置に保持 される。 これによつてウェハプロ一バ 1 7の上面に設けたプローブ力一ド 3は容 易に交換できる状態になり、 一方、 テストヘッド 1自身も姿勢が 1 8 0 ° 反転さ れるから、 フロッグリング 2の露出面が上向きになり、 フロッグリング 2の部分 の交換作業が容易になる。 なお、 図 1 4に示す参照符号 5 0は、 テスタ本体 1 4 0の一側に設けられ、 このテス夕本体 1 4 0を管理するワークステーション等を 設置するための机 5 0である。

次に、 従来のプローブカードについて、 関連するフロッグリングと共に、 図 7 及び図 8を参照して詳細に説明する。

上述したように、 I Cテス夕のテストへッド 1の下端部にはフロッグリング 2 が取付けられている。 このフロッグリング 2は、 中心部に目視用の貫通孔 2 aが 形成された絶縁性の円板 2 cと、 この絶縁性円板 2 cの周縁部に所定の角度間隔 で円形に配列され、 この円板 2 cを貫通する状態で設けられている導電体よりな る複数のプローブコンタクトビン 2 bとから構成されている。 これらプロ一ブコ ン夕クトピン 2 bはプローブカード 3の対応する接点と電気的に接触する。 プローブカード 3は、 円板状のプリント基板 4と、 弾性を有する円形の絶縁性 薄膜よりなるメンブレン （membrane) 5を含み、 プリント基板 4の上面には例 えば金のパッド （pad ) よりなる接点 4 bが所定の角度間隔で円形に配列されて いる。 これら接点 4 bは、 上記したようにフロッグリング 2のプロ一ブコンタク トビン 2 bと電気的に接触するためのものであり、 従って、 フロッグリング 2の プローブコン夕クトビン 2 bと対応する位置にこれら接点 4 bは形成される。 プリント基板 4はその中心部に貫通孔 4 aが形成されており、 この貫通孔 4 a にプリント基板 4の上側からマウント （mount) と呼ばれる透明の円板 1 2 (以 下、 マウントと称す） が嵌着されている。 図 8 A及び図 8 Bから容易に理解でき るように、 マウント 1 2はその外周面のほぼ中央部に、 プリント基板 4の貫通孔 4 aの周縁部に係止する鍔部 （フランジ） 1 2 aを有し、 この鍔部 1 2 aの下側 の円板状の基部 1 2 cがプリント基板 4の貫通孔 4 aに嵌合する。 また、 鍔部 1 2 aの上部は円錐台形状に形成され、 テ一パ面をなしている。 マウント 1 2の基 部 1 2 cの突出長さはプリント基板 4の厚さとほぼ同じ寸法に設定されており、 従って、 プリント基板 4の貫通孔 4 aに嵌合したときに、 その下端面はプリント 基板 4の底面とほぼ同一平面をなす。 また、 鍔部 1 2 aの上部のテ一パ面をなす 円錐台形状の部分はフロッグリング 2の貫通孔 2 aと係合する。

プリント基板 4の上面に形成された多数個の接点 4 bは、 このプリント基板 4 の内部配線 （多層基板のそれそれに形成された導電パターン、 スルーホール等） を介して、 プリント基板 4の底面に形成された多数個の端子 （電極） の対応する ものとそれそれ接続される。

マウント 1 2には、 その中心部に、 基部の底面側から上方へ延びる凹部 1 2 b が形成されており、 この凹部 1 2 b内に圧縮コイルばね 7及びこのコイルばね 7 によって押圧力を受ける荷重ステム （stem ) 8が収容される。 荷重ステム 8はそ の先端 （下端） にそのステム径より大きな半球状の押圧部 8 aを備え、 荷重ステ ム 8の外周に装着されたコイルばね 7の一端部をこの押圧部 8 aの平坦部分に よって係止するように構成されている。 即ち、 コイルばね 7の内径は荷重ステム 8の直径より大きく、 押圧部 8 aの直径より小さく設定されている。 従って、 コ ィルばね 7の押圧力 （偏倚力） が荷重ステム 8に加わり、 荷重ステム 8は常時下 方へバイァスされている。

荷重ステム 8の下端の半球状の押圧部 8 aはその下側に配置されるほぼ正方形 の圧力プレート 9の上面の中心部に形成された球面状に凹んだ凹部 9 aと係合す るようになっている。 従って、 押圧部 8 aの先端が圧力プレート 9の凹部 9 aと 係合すると、 この圧力プレート 9は下方に押圧され、 この圧力プレート 9の下側 に配置されたメンブレン 5を下方に押圧する。 後述するように、 メンブレン 5は 弾性を有するシ一ト状の物質より形成されているので、 押圧されると弹性的に伸 び、 その断面は、 図 8に示すように、 弓状に橈んだ形状となる。

メンブレン 5はこの例ではポリイミ ドフィルムより形成された絶縁性の弾性を 有する円形部材であり、 図 1 1に示すように、 その中心 0の周りのほぼ正方形の 領域 5 aを除く底面全体に接地用導体 G N Dが形成されている。 この例では接地 用導体 G N Dとして銅箔が使用されている。 接地用導体 G N Dが形成されていな いメンブレン 5のほぼ正方形の領域 5 a (以下、 中央領域と称す） の底面には下 方へ突出する複数個のプローブ （この例では導体よりなる針状のバンプ （bump ) ) 5 cが取り付けられている。 これらプローブ 5 cは、 ウェハプローバの上面のテ スト位置に搬送されて来たウェハ I Cの端子 （リード） と接触するものであるか ら、 ウェハ I Cの端子と対応する位置に設けられている。

メンブレン 5の上面には、 メンブレン 5の周縁部から中央領域 5 aに至る複数 本の導電パターン （電気配線） 5 bが放射状に形成されている。 説明を簡単にす るために、 図 1 1には 1本の導電パターン 5 bのみを示す。 各導電パターン 5 b の周縁部の一端は端子 5 dとして機能し、 コネクタ 6を通じてプリント基板 4の 底面に形成された対応する端子にそれそれ接続される。 また、 メンブレン 5の中 央領域 5 a中に延在する各導電パターン 5 bの他端は、 例えばスルーホールを通 じてメンブレン底面のプロ一ブ 5 cに電気的に接続されている。

メンブレン 5の他の例として、 図 1 2 A及び図 1 2 Bに示すように、 メンブレ ン 5の上面の周縁部に、 コネクタ 6を通じてプリント基板 4の底面に形成された 対応する端子と接続される複数のパッ ド （端子） 5 dを形成し、 この周縁部のリ ング状領域と中央領域 5 aを除く上面全体に接地用の導体 G N Dを形成し、 メン プレン 5の底面にその周縁部から中央領域 5 aに至る複数本の導電パターン 5 b を放射状に形成する。 そして、 メンブレン上面の各パッド 5 dをスルーホールを 通じてメンブレン底面の対応する導電パターン 5 bの一端に接続し、 各導電パ夕 ーン 5 bの他端を、 中央領域 5 aに設けた対応するプローブ 5 cに電気的に接続 してもよい。

図 9 Aに示すように、 メンブレン 5の底面にはその中央領域 5 aに複数個のプ ローブ 5 cが設けられている。 上述したように、 コイルばね 7の偏倚力によって、 荷重ステム 8及びほぼ正方形の圧力プレート 9を通じてメンブレン 5の主として 中央領域 5 aが下方に押圧されると、 メンブレン 5は弹性的に伸びる。 その結果、 メンブレン 5の中央領域 5 aの底面のプローブ 5 cは、 図 9 Bに矢印 1 6で示す ように、 中心〇に対して放射方向に外方へ僅かに移動することになる。

プリント基板 4の下側には、 弾性を有する絶縁材から形成された円形の板状体 を、 複数個の位置でその厚さ方向に互いに絶縁状態で導通するように構成したコ ネク夕 6が配置される。 このコネクタ 6の中心部にはプリント基板 4の貫通孔ょ りも径が大きな （マウント 1 2の鍔部 1 2 aの外径とほぼ等しい径を有する） 貫 通孔が形成されている。 上記厚さ方向に導通するコネクタ 6には種々の構造のものがあるが、 図 1 O A 及び図 1 0 Bに示すように、 例えば絶縁性シリコンゴムシートのような弾性を有 する絶縁材から形成された円形のシ一ト状体 6 cにその厚さ方向に互いに絶縁状 態で多数個の金属細線 6 bを貫通させた構造のコネクタ 6が使用できる。 金属細 線 6 bの長さはシ一ト状体 6 cの上面及び底面から僅かに突出する程度の寸法に 選定する。 このコネクタ 6は僅かな圧力をかけるだけでその両面に配置された部 品を電気的に良好に接続することができる。

一方、 ブリント基板の上側には絶縁性の円板状の第 1の押さえ部材 1 0が配置 され、 メンブレン 5の下側には絶縁性の円板状の第 2の押さえ部材 1 1が配置さ れる。 第 1の押さえ部材 1 0の中心部には、 マウント 1 2の鍔部 （フランジ） 1 2 aと嵌合する貫通孔が形成され、 第 2の押さえ部材 1 1の中心部には、 コネク 夕 6の貫通孔とほぼ等しい径の貫通孔が形成されている。 従って、 第 1及び第 2 の押さえ部材 1 0及び 1 1と、 コネクタ 6の貫通孔はマウント 1 2の鍔部 1 2 a の外径とほぼ等しい径を有することになる。

この例では第 1の押さえ部材 1 0、 プリント基板 4、 コネクタ 6及びメンブレ ン 5の垂直方向において対応する位置に透孔 1 0 a、 4 c、 6 a及び 5 eがそれ それ形成され、 また、 第 1の押さえ部材 1 0の透孔 1 0 aと垂直方向において対 応する第 2の押さえ部材 1 1の位置にねじ孔 1 1 aが形成されている。 これら透 孑し 1 0 a、 4 c、 6 a及び 5 eとねじ孔 1 1 aを位置合わせし、 第 1の押さえ部 材 1 0と第 2の押さえ部材 1 1の間にプリント基板 4、 コネクタ 6、 コイルばね 7、 荷重ステム 8、 圧力プレート 9及びメンブレン 5を挟み込み、 第 1の押さえ 部材 1 0の上側よりこれら透孔にねじ 1 5を挿入して第 2の押さえ部材 1 1のね じ孔 1 1 aに螺合させて締め付けることによって、 第 1の押さえ部材 1 0、 プリ ント基板 4、 コネクタ 6、 メンブレン 5及び第 2の押さえ部材 1 1は、 図 8に示 すようにコイルばね 7及び荷重ステム 8がマウント 1 2の凹部 1 2 bに収容され、 荷重ステム 8の先端の押圧部 8 aが圧力プレート 9の凹部 9 a (図 7 ) と係合し た状態で、 一体に組立られる。 かくして、 プローブカード 3が構成される。 なお、 第 1の押さえ部材 1 0の透孔 1 0 aをねじ孔とし、 第 2の押さえ部材 1 1のねじ孔を透孔とし、 メンブレン 5を第 2の押さえ部材 1 1の底面に接着し、 この接着されたメンブレン 5の下側からねじ 1 5を各部材の透孔に揷入して第 1 の押さえ部材 1 0のネジ孔に螺合させて一体化する場合もある。 ねじ 1 5は 1個 しか図示していないが、 必要に応じて複数個のねじが用いられる。

ウェハプロ一バ 1 7の上部壁 1 7 wにはプリント基板 4の直径より小さいが、 プリント基板 4の底面に取り付けられたメンブレン 5が橈んだ際に接触しない大 きさの貫通孔 1 7 aが形成されている。 この貫通孔 1 7 aの周縁部は、 図 8 Bか ら容易に理解できるように、 プリント基板 4の厚さにほぼ等しい深さだけ上部壁 1 7 wの上面より下方に下げられており、 プリント基板 4が嵌合するのに十分な 直径を有するリング状の凹部 （段部） 1 7 bが形成されている。

このリング状の凹部 1 7 bにはプローブ力一ド 3を位置決めする位置決めビン 1 7 cが突設され、 このピン 1 7 cと直径方向に対向する位置にねじ孔 1 7 dが 形成されている。 一方、 プリント基板 4の外周部には位置決めピン 1 7 cと係合 する透孔 4 d及びねじ孔 1 7 dと螺合するねじ 1 9を挿通する透孔 4 e力 直径 方向に対向した対応する位置に、 それぞれ形成されている。

よって、 このプリント基板 4の透孔 4 dをウェハプローバ 1 7の位置決めピン 1 7 cに係合させてプリント基板 4をウェハプローバ 1 7のリング状凹部 1 7 b に嵌合させることにより、 プローブ力一ド 3をウェハプローバ 1 7に対して適正 な位置に位置決めすることができる。 その状態で、 ねじ 1 9をプリント基板 4の 上側から透孔 4 eを通じてリング状凹部 1 7 bのねじ孑し 1 7 dに螺合させて締め 付け、 プローブカード 3をウェハプロ一バ 1 7の上面に固定する。

ウェハプロ一バ 1 7の内部の貫通孔 1 7 aの下側には試験すべきウェハ I C 2 3を載置するステージ 2 4が配置されている。 このステージ 2 4上に試験すべき ウェハ I C 2 3が載置され、 このウェハ I C 2 3の上面の端子 （パッド） 2 3 a にプローブ力一ド 3のメンブレン 5の下面に設けられたプローブ 5 cが接触され、 ウェハ I C 2 3のテストが行なわれる。 なお、 メンブレン 5は透明な部材で形成 されているので、 接地用導体 G N Dが形成されていないメンブレン 5の中央領域 5 aは透明である。

ウェハ I C 2 3をテストする際には、 テストの開始時に、 或いは適当な時点で、 プローブカード 3の上方より中心部の貫通孔及び透明なマウント 1 2を通じてゥ ェハ I C 2 3を例えば目視しながら、 ステージ 2 4を水平方向に移動調整して、 プロ一ブ 5 cをウェハ I C 2 3のパッド 2 3 aと位置合わせし、 その後、 ステ一 ジ 2 4の水平方向 （X、 Y方向） の位置を固定する。 ウェハ I Cが小さくて目視 することが困難な場合には C C Dカメラ等の手段でウェハ I Cの位置合わせを行 なう。

次に、 テスト時にはステージ 2 4を上昇させて、 ウェハ I C 2 3のパッ ド 2 3 aをプローブ 5 cの先端と接触させる。 さらに、 ステージ 2 4を僅かに （この距 離を Δ Ηとする） 上昇させると、 メンブレン 5はその中央領域 5 aの下方への張 り出し長さ H (図 8 A参照） が厶 Hだけ減少するから、 弾性的に収縮して針状の プローブ 5 cは図 9に示す矢印 1 6の方向とは逆の方向に僅かに戻される。 これ によりパッド 2 3 aの表面はプローブ 5 cの先端によって僅かな搔傷が付けられ (これをスクラブ （scrub ) と言う） 、 パッド 2 3 aの表面が自動的にリフレヅシ ュ （refresh ) される。 従って、 両者間に常に良好な電気接触状態が保持されるこ とになる。

ウェハ I C 2 3の上面に対してプローブカード 3全体が僅かに傾いた状態にあ り、 初めに荷重ステム 8がウェハ I C上面に対して垂直な Z軸方向から少しずれ ていても、 コイルばね 7によって荷重ステム 8の押圧部 8 a (その曲率半径を R 8とする） と、 圧力プレート 9の凹部 9 a (その曲率半径を R 9とすると、 R 9 は R 8に等しいか、 僅かに大きい） とはそれらの球面が互いに弾性的にフレキシ ブルに係合しているので、 両者の係合は外れることはない。 即ち、 荷重ステム 8 の圧力プレート 9に対する応力は、 ウェハ I C上面に垂直な Z軸方向の分力 H z が Z軸と直角な方向の分力 F hよりも遥かに大きいから、 圧力プレート 9を Z軸 方向に十分な力で押圧することができる。

上述のようにウェハ I C 2 3のパッド 2 3 aが針状のプローブ 5 cに当接して からさらにステージ 2 4を Z軸方向に極く僅かな距離 Δ Ηだけ上昇させ、 プロ一 ブ 5 cにスクラブ動作を行なわせると、 プローブ 5 cはウェハ I C 2 3上にほぼ 直立し、 メンブレン 5の中央領域 5 aとほぼ同じ大きさの正方形の圧力プレート 9は荷重ステム 8の半球状の押圧部 8 aを枢動軸として回動し、 ウェハ I C 2 3 の上面とほぼ平行になる。 即ち、 圧力プレート 9はほぼ水平状態となる。 上記従来のプローブカード 3の構成では、 薄膜状のメンブレン 5はコイルばね 7の偏倚力により押圧されて圧力プレート 9を通じて伸張され、 その断面が弓状 に張り出した形状となる。 従って、 メンブレン 5の中央領域 5 aの底面に取り付 けられた各プローブ 5 cの位置は、 図 9を参照して前述したように、 最初の取り 付け位置から、 メンブレン 5の中心 0から矢印 1 6で示す放射方向に、 移動する が、 それそれの移動量には導電パターン 5 bの影響もあって、 かなりのバラツキ がある。 つまり、 各プローブ 5 cの水平面における X及び Y方向の移動位置が一 定でなく、 ウェハ I C 2 3のパッド 2 3 aと当接する点がパッド 2 3 aの端縁に ずれ、 接続の信頼性が低下する恐れがある。

また、 メンブレン 5の可撓性やコイルばね 7の弾性の経年変化により、 メンブ レン 5の張り出し長さ Hが変化するから、 このメンブレン 5の伸び量の変化によ り、 プローブ 5 cの X及び Y方向の位置が変化してしまい、 同じく、 プローブ 5 cとウェハ I C 2 3のパッド 2 3 aとの接続の信頼性が低下する恐れがある。 さらに、 メンブレン 5には弾性があるので伸縮可能であり、 一方、 荷重ステム 8は固定されていないので僅かの振動、 衝撃によっても荷重ステム 8がぐらぐら と動き、 そのため荷重ステム 8にピボッ ト係合している圧力プレート 9がぐらぐ らと動く。 その結果、 メンブレン 5のプローブ 5 cの位置が変動し、 同じく、 プ ローブ 5 cとウェハ I C 2 3のパッ ド 2 3 aとの接続の信頼性が低下する恐れが ある。

その上、 メンブレン 5をプリント基板 4に取り付けた後、 メンブレン 5の伸張 によるプローブ 5 cの放射方向への移動量 （メンプレンの伸び量に関係する） に 上記したようにバラツキがあるために、 各プローブ 5 cのパッド 2 3 aに対する スクラブ量にもバラツキが生じる。 また、 スクラブの方向は中心〇に向かう方向 となるが、 各プローブ （各パッド） によって異なるスクラブ方向となる可能性が 大きい。 このようにスクラブ量とその方向が各プローブ （各パッド） によって異 なると、 それそれのスクラブ量とその方向とを予め考慮してプローブ 5 cの位置 或いはパヅド 2 3 aの位置と形状とを設計することは困難となり、 十分な接続の 信頼性が得られないという問題が生じる。 発明の開示

この発明の 1つの目的は、 上記従来技術の問題点を解決したプローブカードを 提供することである。

この発明の他の目的は、 メンブレンを製造した直後のプローブの X及び Y方向 の位置誤差と、 経年変化による位置ずれと、 振動、 衝撃等による位置ずれとを軽 減することができるプローブカードを提供することである。

この発明のさらに他の目的は、 メンブレンに設けられた全てのプローブのスク ラブ量とその方向がほぼ同一となり、 かつウェハ I Cの端子の形状に合せてプロ

—ブのスクラブ量とその方向を調整することができるプローブカードを提供する ことである。

上記目的を達成するため、 この発明においては、 パッケージされていない状態 の半導体集積回路を所定のテスト位置に搬送するウェハプロ一バに装着され、 半 導体集積回路試験装置から上記半導体集積回路にテスト信号を供給するために、 及びこの半導体集積回路からの応答信号を上記半導体集積回路試験装置に送るた めに使用されるプローブカードであって、 中心部に貫通孔を有するプリント基板 と、 このプリント基板の貫通孔に嵌合する基部を有するマウントと、 このマウン 卜のほぼ中心部に装着され、 上下方向に移動自在に支持されたステムと、 このス テムに、 このステムを下方へ移動させるように作用する偏倚力を与える偏倚手段 と、 上記ステムの下端部と係合す凹部を備えた支持部材と、 この支持部材を、 上 記プリント基板の底面から下方へ突出した状態に、 かつ上記偏倚手段の偏倚力に 抗して、 上記マウントの基部底面に形成された凹部内で少なくとも上方へ移動可 能に、 保持する保持手段と、 可撓性、 絶縁性の薄膜より形成され、 底面の中心領 域に上記パッケージされていない状態の半導体集積回路の端子と接触する複数の プローブが突設され、 かつ少なくとも上記中心領域を含む上面部分が弾性を有す るシート状部材を介して上記支持部材の底面に固定されているメンブレンと、 こ のメンブレンを上記プリント基板の底面に固定する取り付け手段とを具備するプ ローブカードが提供される。

好ましい一実施例においては、 上記ステムは上記マウン卜に装着された軸受け によって上下方向にのみ移動自在に支持され、 上記軸受けは、 上記ステムが貫通 する中心孔を有するリニアボールべァリングである。

また、 上記ステムはその下端部に球状の押圧部を有し、 この押庄部が上記支持 部材の凹部に回動自在に係合し、 上記球状の押圧部の上部に押さえ板が固定され、 この押さえ板と上記マウントの底面に形成された凹部の上部壁面との間において 上記ステムの外周に圧縮コイルばねが装着され、 上記ステムは、 この圧縮コイル ばねによって上記下方への偏倚力が与えられている。

上記マウントは、 上記プリント基板の貫通孔に嵌合する上記基部に加えるに、 この基部の外周面の上部に形成された、 上記プリント基板の貫通孔の周縁部に係 止するフランジと、 上記基部の上面に形成された、 上記基部の外径より小さい外 径を有する円柱状の突出部とを備えている。

上記マウントの基部の厚さは、 この基部が上記プリント基板の貫通孔に嵌合し、 上記フランジが上記プリント基板の上面に係止した状態において、 上記基部の下 端面が上記プリント基板の底面とほぼ同一平面をなすような寸法に設定されてい る。

上記マウントの円柱状の突出部はその上面に同心のリング状の凹部が形成され ており、 この凹部内に上記ステムを上下方向にのみ移動自在に支持するリング状 のリニアボールべァリングが装着されている。

上記マウン卜の突出部の下面にも同心のリング状の凹部が形成されており、 こ の下面の凹部は上記上面の凹部よりもその内径が大きく形成され、 かつ上記マウ ント基部に形成された円錐台形状の同心の凹部と連通している。

上記マウント突出部の下面の凹部の内径は上記基部の円錐台形状の凹部の上底 部分の内径よりも小さくなっており、 上記支持部材はこの円錐台形状の凹部の上 底部分に当接するまで上方へ移動可能である。

上記支持部材はその上部にリング状のフランジを備え、 このフランジが上記マ ゥントの基部底面に形成された円錐台形状の凹部内に配置される。 また、 上記支 持部材のフランジの外周面は上記円錐台形状の凹部の内周面と合致するようにテ ーパ面に形成されている。

上記保持手段は中心部に貫通孔を有する板状部材であり、 上記支持部材はその ：記偏倚手段の偏倚力によって上記保持手段の上面と当接した状態に 保持されている。 また、 上記支持部材のフランジが上記偏倚手段の偏倚力によつ て上記保持手段の上面と当接した状態で上記支持部材は上記保持手段の貫通孔に 遊嵌状態で揷通されている。

上記支持部材は断面ほぼ方形の角柱部材であり、 その上部にリング状のフラン ジを備え、 このフランジより下側の部分が上記保持手段の中心部に形成されたほ ぼ方形の貫通孔に遊嵌状態で揷通されている。

上記保持手段は中心部に貫通孔を有する円形の板状部材であり、 この貫通孔の 寸法は上記支持部材のフランジの外径より小さいが、 上記支持部材の外側寸法よ りは大きく選定され、 上記支持部材を上記保持手段の貫通孔に遊嵌状態で保持で きるように構成されている。

上記メンブレンは、 上記プローブが突設された中心領域を含む部分がほぼ方形 形状を有し、 かっこの方形形状の各辺よりほぼ同じ大きさ及び形状の方形の舌片 が突設されたほぼ十字形状に形成されている。

上記メンブレンは、 上記プローブが突設された中心領域を含むほぼ方形形状の 部分が上記支持部材の底面に接着され、 上記メンブレンの各舌片はたるんだ状態 でその端部が上記プリント基板の底面に取り付けられている。

上記メンブレンの各舌片は、 弾性を有する絶縁材から形成された板状体を、 複 数個の位置でその厚さ方向に互いに絶縁状態で導通するように構成されたコネク 夕を介して、 上記プリント基板の底面に取り付けられている。 また、 上記メンブ レンの各舌片はその中間部分が上記保持手段の底面に接着されていてもよい。 上記支持部材の上記リング状のフランジの外周面は、 上部に近くなるほど中心 線に近づくテ一パ面に形成され、 このテ一パ面に対してほぼ直角な方向からこの テ一パ面を押圧するプランジャが上記マウン卜の基部に取り付けられている。 こ のプランジャは上記マゥントの基部に形成されたプランジャ取り付け孔に進退可 能に取り付けられている。 一具体例においては、 上記プランジャの外周面にねじ 山が形成され、 このねじ山が上記プランジャ取り付け孔の内周面に形成されたね じ山と螺合することにより上記ブランジャは進退可能に取付けられている。 また、 上記プランジャはボールプランジャである。

さらに、 上記マウントの基部に所定の角度間隔で複数個のプランジャ取り付け 孔が形成されており、 これらプランジャ取り付け孔の任意の 1つに上記ブランジ ャが進退可能に取り付けられている。 の な ,日月

図 1はこの発明によるプローブ力一ドのー実施例を示す断面図である。

図 2 Aは図 1に示したプローブ力一ドのメンブレンを取り出して示す斜視図で める。

図 2 Bは図 1に示したプローブ力一ドのプランジャがボールプランジャである 場合の一例を示す断面図である。

図 3は図 1に示したプローブカードのコネクタ及びその周辺部分を拡大して示 す断面図である。

図 4 A〜図 4 Dはそれそれ、 図 1に示したプローブカードのメンブレンに設け られたプローブの高さのバラツキを、 ウェハプロ一バのステージのオーバドライ ブによって吸収する過程を説明するための、 メンブレン及びその周辺部分の拡大 断面図である。

図 5 A及び図 5 Bはそれそれ図 1に示したプローブ力一ドのプランジャ及びそ の周辺部分を拡大して示す断面図である。

図 6 A及び図 6 Bはそれそれ、 図 1に示したプローブカードのスチフナブ口ッ クがウェハプローバのステージのオーバドライブによって持ち上げられる時に受 ける力を説明するためのべクトル図である。

図 7は従来のプローブ力一ドの一例を分解して示す斜視図である。

図 8 A及び図 8 Bはそれそれ、 図 7に示したプローブ力一ドを組み立てた後の 使用例を説明するための断面図である。

図 9 A及び図 9 Bはそれそれ、 図 7に示したプローブ力一ドのメンブレンの下 面図である。

図 1 O Aは図 7に示したプローブカードのコネクタの一部分を拡大して示す平 面図である。

図 1 0 8は図1 0 Aを 1 O B— 1 0 B線に沿って切断した断面図である。 図 1 1 Aは図 7に示したプローブ力一ドのメンブレンの一例を示す平面図であ る o

図 1 1 Bは図 1 1 Aを 1 1 B— 1 1 B線に沿って切断した断面図である。 図 1 2 Aは図 Ίに示したプローブカードのメンブレンの他の例を示す平面図で ある。

図 1 2 8は図1 2八を 1 2 ー 1 2 B線に沿って切断した断面図である。 図 1 3は 2台のウェハプローバを使用した I C試験装置の一例を示す概略正面 図である。

図 1 4は図 1 3の平面図である。 曰月)^ する めの の Α¾

以下、 この発明によるプローブ力一ドのー実施例について図 1〜図 6を参照し て詳細に説明する。 なお、 図 1〜図 6において、 図 7及び図 8と対応する部分、 素子には同一符号を付けて示し、 必要のない限りそれらの説明を省略する。 この発明によるプローブカード 3は、 円板状のプリント基板 4と、 マウント 1 2と、 弾性を有する絶縁性薄膜よりなる十字形状のメンブレン 5とを含み、 プリ ント基板 4の上面には例えば金のパッドよりなる接点 4 bが所定の角度間隔で円 形に配列されている。 既に説明したように、 これら接点 4 bはフロッグリング 2 (図 7参照） のプロ一ブコンタクトビンと電気的に接触するためのものであり、 従って、 フロッグリング 2のブローブコンタクトビンと対応する位置にこれら接 点 4 bは形成される。

プリント基板 4の上面に形成された多数個の接点 4 bは、 このプリント基板 4 の内部配線 （多層基板のそれぞれに形成された導電パターン、 スルーホール等） を介して、 プリント基板 4の底面に形成された図示しない多数個の端子 （電極） の対応するものとそれぞれ接続される。

プリント基板 4はその中心部に貫通孔 4 aが形成されており、 この貫通孔 4 a にプリント基板 4の上側からマウント 1 2が嵌着されている。 このマウント 1 2 は、 この実施例では、 プリント基板 4の貫通孔 4 aに嵌合する円板状の基部 1 2 cと、 この基部 1 2 cの外周面の上部に形成された、 プリント基板 4の貫通孔 4 aの周縁部に係止する、 鍔部 （フランジ） 1 2 aと、 基部 1 2 cの上面に形成さ れた、 基部 1 2 cの外径より小さい外径を有する、 円柱状の突出部 1 2 dとを有 している。 マウント 1 2の円板状の基部 1 2 cの厚さは、 マウント 1 2がプリン ト基板 4の貫通孔 4 aに嵌合し、 その鍔部 1 2 aがプリント基板 4の上面に係止 した状態において、 基部 1 2 cの下端面がプリント基板 4の底面とほぼ同一平面 をなすような寸法に設定されている。

マウント 1 2の円柱状の突出部 1 2 dはその上面に同心のリング状の凹部 1 2 eが形成されており、 この凹部 1 2 e内にリング状のリニアボールべァリング 3 9が装着される。 また、 マウント 1 2の突出部 1 2 dの下面にも同じく同心のリ ング状の凹部 1 2 bが形成されている。 この実施例では下側の凹部 1 2 bは上側 の凹部 1 2 eよりその内径が大きくなつている。 マウント 1 2の突出部 1 2 dは フロッグリング 2 (図 7 ) の貫通孔 2 aと係合する。

マウント 1 2の突出部 1 2 dにはさらに、 その中心部に貫通孔が形成されてお り、 この貫通孔に荷重ステム 8が揷通されている。 この荷重ステム 8は上部の凹 部 1 2 eに収容されたリング状のリニアボールべァリング 3 9の中心開口部を貫 通して突出部 1 2 dの上部へ所定の高さだけ延びており、 このリニアボールベア リング 3 9と突出部 1 2 dの貫通孔により荷重ステム 8は垂直に保持され、 かつ 上下動自在に （垂直方向に移動自在に） 支持されている。 なお、 突出部 1 2 dの 上面には円板状のベアリング押さえ 4 1が取り付けられ、 リニアボールべアリン グ 3 9を凹部 1 2 e内に固定している。 勿論、 このベアリング押さえ 4 1の中心 部にはステム 8が挿通する貫通孔が形成されている。 また、 ステム 8の上端部に はステム 8の下側への抜けを防止する止めリング 4 3が係止されている。

マウント 1 2の突出部 1 2 dの下側のリング状の凹部 1 2 bは鍔部 1 2 aの下 面に対応する基部 1 2 c内の位置まで延びており、 マウント 1 2の基部 1 2 cに 形成された円錐台形状の同心の凹部 1 2 gと連通している。 この実施例では、 突 出部 1 2 dの下側のリング状の凹部 1 2 bの内径は基部 1 2 cの円錐台形状の凹 部 1 2 gの上底部分の内径よりも小さく、 従って、 突出部下側の凹部 1 2 bと基 部 1 2 cの円錐台形状の凹部 1 2 gとの間に凹部 1 2 gの上底部分が一部分残つ た状態となっている （段部がある） 。

マウント 1 2の突出部 1 2 dの下側の凹部 1 2 b内には圧縮コイルばね 7とこ のコイルばね 7によって押圧力を受ける荷重ステム 8の下側部分が収容される。 荷重ステム 8はその下端にステム径より大きな球状の押圧部 8 aを備え、 この球 状の押圧部 8 aの上部に押さえ板 3 7が固定されている。 この押さえ板 3 7と突 出部 1 2 dの下側の凹部 1 2 bの上部壁面 （上底） との間において荷重ステム 8 の下側部分の外周に圧縮コイルばね 7が装着されている。 従って、 コイルばね 7 の押圧力 （偏倚力） が押さえ板 3 7を介して荷重ステム 8に加わり、 荷重ステム 8は常時垂直方向 （Z軸方向） に下方へバイアスされている。

荷重ステム 8の下端の球状の押圧部 8 aは、 マウント 1 2の下側に配置される 断面ほぼ方形の角柱状のスチフナブロック （sdffener block) 3 1の中心の周りに 同心に、 その上面から下部へかけて形成された円形の凹部 3 1 c内に回動自在に 収容される。 このスチフナブロック 3 1はその上部にリング状のフランジ 3 1 b を備え、 このフランジ 3 1 bはマウント 1 2の基部 1 2 cに形成された円錐台形 状の凹部 1 2 g内に配置される。 従って、 フランジの 3 1 bの外径は円錐台形状 の凹部 1 2 gの内径より小さく、 また、 フランジ 3 1 bの厚さは円錐台形状の凹 部 1 2 gの深さよりも薄くなつており、 かつフランジ 3 1 bの外周面は円錐台形 状の凹部 1 2 gの内周面と合致するようにテーパ面に形成されている。

この実施例では、 中心部に角柱状のスチフナブロック 3 1が嵌合するほぼ方形 の貫通孔を有する円形の押さえ板 3 3を設け、 この押さえ板 3 3の貫通孔にスチ フナブロック 3 1を挿通し、 そのフランジ 3 1 bが押さえ板 3 3の上面に係止し た状態で、 ねじ 3 5によって押さえ板 3 3をマウント 1 2の基部 1 2 cの底面に 取り付け、 スチフナブロック 3 1のフランジ 3 l bを基部 1 2 cの円錐台形状の 凹部 1 2 g内に配置している。 従って、 スチフナブロック 3 1は、 コイルばね 7 の偏倚力に抗してフランジ 3 1の上面が円錐台形状の凹部 1 2 gの上底に当接す るまで垂直方向に上方へ移動可能である。 なお、 押さえ板 3 3の外径はマウント 1 2の基部 1 2 cの外径とほぼ同じに選定され、 マウン卜 1 2と同心に取り付け られる。 また、 押さえ板 3 3の貫通孔はスチフナブロック 3 1の外形より所定の 寸法だけ大きくなつており、 従って、 スチフナブロック 3 1は押さえ板 3 3の貫 通孔に遊嵌状態にある。 即ち、 スチフナブロック 3 1の外周面と押さえ板 3 3の 貫通孔との間には若干の遊隙 Gがあり、 スチフナブロック 3 1が図 1において水 平方向へ若干の距離移動可能になっている。

プリント基板 4の下側には、 弾性を有する絶縁材から形成された円形の板状体 を、 複数個の位置でその厚さ方向に互いに絶縁状態で導通するように構成したコ ネク夕 6が配置される。 このコネクタ 6の中心部にはプリン卜基板 4の貫通孔 4 aよりも径が大きな （押さえ部材 3 3の外径より大きな内径を有する） 貫通孔が 形成されている。

上記厚さ方向に導通するコネクタ 6には種々の構造のものがあるが、 図 1 O A 及び図 1 0 Bを参照して既に説明したように、 例えば絶縁性シリコンゴムシート のような弾性を有する絶縁材から形成された円形のシート状体 6 cにその厚さ方 向に互いに絶縁状態で多数個の金属細線 6 bを貫通させた構造のコネクタ 6が使 用できる。 金属細線 6 bの長さはシート状体 6 cの上面及び底面から僅かに突出 する程度の寸法に選定する。 このコネクタ 6は僅かな圧力をかけるだけでその両 面に配置された部品を電気的に良好に接続することができる。

メンブレン 5はこの実施例でもポリイミ ドフィルムより形成された絶縁性の弾 性を有するシートであり、 図 2 Aに示すように、 この実施例ではほぼ正方形のメ ンブレン本体の各辺から方形の舌片 5 f がそれそれ直角な方向へ突出したほぼ十 字形状の部材である。

メンブレン 5の中心 5 eを同じく中心とするメンブレン本体より小さなほぼ正 方形の領域 5 aを除く底面全体に、 例えば銅箔よりなる接地用導体 （図示せず） が形成されている。 接地用導体が形成されていないメンブレン 5の中心部のほぼ 正方形の領域 5 a (以下、 中央領域と称す） の底面には下方へ突出する複数個の プローブ （この例では導体よりなる針状のバンプ （bump) ) 5 cが取り付けられ ている。 これらプローブ 5 cは、 ウェハプローバの上面のテスト位置に搬送され て来たウェハ I Cの端子 （リード） と接触するものであるから、 ウェハ I Cの端 子と対応する位置に設けられている。

メンブレン 5の上面には、 メンブレン 5の各舌片 5 fから中央領域 5 aに至る 複数本の導電パターン （電気配線） 5 bが形成されている。 各導電パターン 5 b の舌片 5 f上の一端は端子 5 dとして機能し、 コネクタ 6を通じてプリント基板 4の底面に形成された対応する端子にそれそれ接続される。 また、 メンブレン 5 の中央領域 5 a中に延在する各導電パターン 5 bの他端は、 例えばスルーホール を通じてメンブレン底面のプローブ 5 cに電気的に接続されている。

この実施例では、 メンブレン 5の中央領域 5 aの上面は弾性シート 4 4を介し てスチフナブロック 3 1の底面に接着される。 スチフナブロック 3 1の底面はメ ンブレン 5の舌片 5 f を除くほぼ正方形の領域 （中央領域 5 aを含む） とほぼ等 しい形状及び面積を有するほぼ正方形の平面であるため、 また、 弾性シート 4 4 も対応的にほぼ同じ形状及び面積の正方形であるため、 メンブレン 5を弾性シー ト 4 4を介してスチフナブロック 3 1の底面に接着すると、 メンプレン 5は殆ど 各舌片 5 fだけがひらひらと動く状態となる。

弹性シ一卜 4 4を介してスチフナブロック 3 1の底面に接着されたメンブレン 5は、 自由可動状態にあるその 4つの舌片 5 fの端部をコネクタ 6と押さえ部材 1 1の間に挟み、 押さえ部材 1 1の下側からねじ 1 5によってこれら組合せ体を プリント基板 4の底面に固定することによって、 プリント基板 4の底面に取り付 けられる。 この場合、 メンブレン 5はスチフナブロック 3 1の底面から外れた外 側の部分 （各舌片 5 f ) にたるみができるようにしてプリント基板 4の底面に取 り付けられる。 つまり、 スチフナブロック 3 1の底面の端縁からコネクタ 6に至 る直線距離よりもメンブレン 5の各舌片 5 fの対応する寸法が若干長くなつてお り、 従って、 メンブレン 5をプリン卜基板 4の底面に取り付けると、 図 1に示す ようにたるんでいる各舌片 5 fの一部分がプリント基板 4の底面側へ反り （湾曲 し） 、 押さえ部材 3 3の下面に当接した状態となる。 メンブレン 5が十字形状に 形成されているためと、 スチフナブロック 3 1が押さえ部材 3 3に係止している のでコイルばね 7の下方への押圧力がメンブレン 5に伝達されないために、 この ようにメンブレン 5をたるませてプリント基板 4の底面に取り付けることが容易 となる。 従って、 メンブレン 5は、 スチフナブロック 3 1の押圧力によって従来 のように伸張することはなく、 メンブレン中央領域 5 aの下面に設けられたプロ —ブ 5 cの位置は変動することがない。

なお、 この実施例ではメンブレンの舌片 5 fのたるんでいる部分が下方へ垂れ 下がってぶらぶらしないように、 押さえ部材 3 3の下面に当接した各舌片 5 の 中間の部分をこの押え部材 3 3の底面に接着しているが、 必ずしも接着する必要 はない。

押さえ部材 1 1、 メンブレン 5の舌片 5 f及びコネクタ 6の組合せ体をプリン ト基板 4の底面に取り付ける上記ねじ 1 5は、 この実施例では、 マウント 1 2の 鍔部 1 2 aに形成されたねじ穴に螺合することによってこの組合せ体をプリン卜 基板 4の底面に取り付ける。 前記したように、 押さえ部材 3 3によってスチフナ ブロック 3 1はマウント 1 2の所定の位置に取り付けられているから、 上記組合 せ体をねじ 1 5によってプリント基板 4の底面に取り付けることにより、 プロ一 ブカード 3が組み立てられたことになる。 なお、 ねじ 1 5は 1個しか図示してい ないが、 必要に応じて複数個のねじが用いられる。

なお、 メンブレン 5がほぼ十字形状であるので、 コネクタ 6を方形形状の枠体 とし、 メンブレン 5の各舌片 5 fの端子 5 d部分と接触するように構成してもよ いし、 方形形状の枠体ではなくて円形の貫通孔を有する方形形状のコネクタとし てもよい。 また、 押さえ部材 1 1もリング状ではなくて、 コネクタ 6と同様に、 方形形状の枠体としてもよいし、 円形の貫通孔を有する方形形状の押さえ部材と してもよい。

従来例と同様に、 メンブレン 5は、 形状は相違するが、 基本的には、 図 1 1又 は図 1 2に示した構造のものを用いることができる。 図 1 2に示した構造を利用 する場合には、 例えば図 3に示すように、 メンブレン 5の上面の各舌片 5 に、 コネクタ 6を通じてプリント基板 4の底面に形成された対応する端子 4 cと接続 される所定個数のパッド （pad) (端子） 5 dを形成し、 各舌片 5 fの突出方向 の端縁部 （パッド 5 dが形成されている部分） と中央領域 5 aを除く上面全体に 接地用の導体を形成し、 メンブレン 5の底面に各舌片 5 f から中央領域 5 aに至 る所定本数の導電パターン 5 bを形成する。 そして、 メンブレン上面の各舌片 5 ;Πこ形成された各パッド 5 dをスルーホールを通じてメンブレン底面の対応する 導電パターンの一端に接続し、 各導電パターンの他端を、 中央領域 5 aに設けた 対応するプローブ 5 cに電気的に接続すればよい。 ただし、 この実施例ではメン プレン 5の中央領域 5 aが透明である必要はないので、 各舌片 5 fの突出方向の 端縁部を除き、 メンブレン 5の中央領域 5 aを含む上面全体に接地用の導体を形 成してもよい。 スチフナブロック 3 1のフランジ 3 1 bの外周面は、 上述したように、 上端に 近くなる程、 プローブカード 3の中心線 （ステム軸線） Lに近付くテ一パ面 3 1 dに形成されている。 このテ一パ面 3 1 dにほぼ直角な方向から当接し、 このテ —パ面 3 1 dを押圧するプランジャ 4 5がマウント 1 2の基部 1 2 cに取り付け られている。 具体的には、 マウント 1 2の基部 1 2 cの円錐台形状の凹部 1 2 g に近接する位置においてマウント 1 2の基部 1 2 cに垂直方向に貫通孔 1 2 f を 形成し、 かつ基部 1 2 cの円錐台形状の凹部 1 2 gのテ一パ面とほぼ直角な方向 にこのテ一パ面から上記貫通孔 1 2 f に至るプランジャ挿入孔 1 2 h (図 5 A参 照） を基部 1 2 cに形成し、 プランジャ挿入孔 1 2 hを貫通孔 1 2 f と連通させ る。

マウント 1 2の基部 1 2 cに形成した貫通孔 1 2 は、 後述するように、 プラ ンジャ 4 5をプランジャ挿入孔 1 2 hに取り付けるためと、 プランジャ 4 5が円 錐台形状の凹部 1 2 gへ突出する長さを調整するため等に使用される。 従って、 この取り付けや調整が可能な大きさに選定する必要がある。

図 2 Bに示すように、 この実施例では、 プランジャ 4 5として、 開口している 先端部がつぼまっている （狭くなつている） ほぼ円筒形のケース 4 5 aと、 この ケース 4 5 a内に収容された圧縮コイルばね 4 5 bと、 このコイルばね 4 5 に よって開口部方向へ偏倚力を受ける例えば鋼鉄よりなるボール 4 5 cとから構成 されたボールブランジャと呼ばれているプランジャを使用した。 実際にはコィル ばね 4 5 b及びボール 4 5 cをケース 4 5 a内に収容した後、 ケース 4 5 aの先 端を内側へ折り曲げてっぽませる。

このボールプランジャ 4 5は常時はボール 4 5 cが圧縮コイルばね 4 5 bの偏 倚力を受けてケース 4 5 aの開口部から一部分突出した状態にあり、 ボール 4 5 cが外部より押圧されると、 このボール 4 5 cがコイルばね 4 5 bの偏倚力に抗 してケース 4 5 a内へ引っ込む方向に移動する。 即ち、 ボール 4 5 cは図示矢印 で示す方向に往復移動可能に構成されている。

プランジャ 4 5のケース 4 5 aの外周にはねじ部 4 5 dが形成されており、 こ のねじ部 4 5 dを、 マウント基部 1 2 cのプランジャ揷入孔 1 2 hの内周面に形 成されたねじ部 （図示せず） に螺合させることによって、 プランジャ 4 5はブラ ンジャ揷入孔 1 2 hに取付けられる。 従って、 プランジャ 4 5はプランジャ挿入 孔 1 2 hに対して進退自在であるから、 プランジャ取り付け及び位置調整用の貫 通孔 1 2 f を通じてプランジャ 4 5を回転させることによって、 プランジャ挿入 孔 1 2 hの先端から突出するプランジャ 4 5の先端部、 即ち、 ボール 4 5 cの位 置を調整することができる。

プランジャ 4 5の位置を調整することにより、 スチフナブロック 3 1のフラン ジ 3 1 bのテ一パ面 3 1 dに対する押圧力が調整でき、 後で説明するように、 プ ローブ 5 cのスクラブ量を調整することができる。 このようなボールプランジャ 4 5を使用すると、 図 5 A及び図 5 Bを参照して後述するように、 ウェハプロ一 バ 1 7のステージ 2 4のオーバ一ドライブ （overdrive) によりスチフナブロック 3 1が上方へ持ち上げられるときに、 スチフナブロック 3 1のテ一パ面 3 1 dと 接触しているプランジャ 4 5のボール 4 5 cが回転しながら摺動してプランジャ ケース 4 5 a内へ押し込められるので、 スチフナブロック 3 1の上昇がスムーズ になるという利点がある。

プランジャ 4 5は、 この実施例では、 マウント基部 1 2 cの図 1において右側 の位置に配置し、 スチフナブ口ヅク 3 1のフランジ 3 1 bのテ一パ面 3 1 dの図 において右側に接触するように構成した力 ^s、 例えばマウント 1 2の中心軸 （ステ ム軸線 L ) に関して 1 2 0 ° 、 9 0 ° のような所定の角度間隔でプランジャ挿入 孔を基部 1 2 cに複数個設け、 メンブレン 5のプローブ 5 cをスクラブさせる方 向と対応する方向に位置するプランジャ挿入孔を選定してプランジャ 4 5を挿入 するようにしてもよい。

このように複数個のプランジャ揷入孔をマウント基部 1 2 cに形成すると、 後 述するように、 メンブレン 5のプローブ 5 cのスクラブの方向がプランジャ揷入 孔の位置によって決まるので、 プローブ 5 cのスクラブの方向をウェハ I C 2 3 のパッド 2 3 aの形状に合わせて設定することができるという利点がある。 上記構成のこの発明のプロ一ブカード 3によれば、 荷重ステム 8はリニアボー ルベアリング 3 9及びマウント 1 2の突出部 1 2 dに形成された貫通孔により垂 直に保持され、 かつ上下動自在に （垂直方向に移動自在に） 支持されている。 従 つて、 ウェハプロ一バ 1 7のステージ 2 4に載置されたウェハ I C 2 3のウェハ 面と平行な X及び Y方向 （水平方向） には移動しない。 このため、 荷重ステム 8 の球状の押圧部 8 aと係合しているスチフナブロック 3 1も X及び Y方向には移 動しない。 よって、 スチフナブロック 3 1の底面に弾性シート 4 4を介して接着 されているメンブレン 5の中央領域 5 aの底面のプローブ 5 cの X及び Y方向の 位置が精度よく定まる。

また、 プローブカード 3をウェハローバ 1 7に固定したときに （このプローブ カード 3の固定方法は従来技術の場合と同じであるのでここでは説明しない） 、 図 4 Aに示すように、 複数個のプローブ 5 cの先端の垂直軸 （ 軸） 方向の位置 (プローブ先端の高さ位置、 即ち、 ウェハ I C 2 3の表面 （水平面） からの垂直 方向の距離） には、 最大で 1 0 0〃m程度の差 （△) が存在する。 その原因は、 プロ一ブ自体に製造のバラツキ （5〜 1 0 m程度） があり、 メンブレン 5、 弹 性シート 4 4、 スチフナブロック 3 1等の厚さにバラツキがあり、 組立誤差が存 在する等のためである。

このようにプロ一ブ先端の高さ位置に差△があつても、 この発明のプロ一ブカ ―ド 3の構成によればこの差を次のようにして修正することができる。

( a ) 被試験ウェハ I C 2 3を固定したウェハプロ一バ 1 7のステージ 2 4を 上昇させると、 プロ一ブ 5 cの内でその先端が最も低い位置にあるプローブ 5 c 1力、 図 4 Bに示すように、 被試験ウェハ I C 2 3のパッ ト 2 3 aと最初に当接 する。 図 4 Bに上向きの矢印で示すように、 さらにステージ 2 4を上昇させると、 メンブレン 5及び弹性シ一ト 4 4がスチフナブ口ヅク 3 1と共にコイルばね 7の バイアス力に杭して上昇し、 コイルばね 7は圧縮され、 同時に荷重ステム 8もス チフナブロック 3 1と共に上昇する。

( b ) ステージ 2 4を上昇し続けると、 プロ一ブ 5 c 1の上方の弾性シート 4 4にさらに圧力がかかるためこの部分の弾性シートが部分的に圧縮され、 図 4 C に示すように、 プローブ 5 c 1の先端と残りの大部分のプローブの先端の高さ位 置が揃う。 従って、 大部分のプローブ 5 cの先端が対向するウェハ I C 2 3のパ ッド 2 3 aに当接するようになる。

( c ) 弾性シート 4 4の弾力性には限度があるため、 弾性限界に達すると弾性 シート 4 4はもうそれ以上縮まなくなる。 それでもなお、 図 4 Dに示すように、 ウェハ I C 2 3のパッド 2 3 aに接触しないプローブ 5 cが存在する場合には、 プロ一ブ 5 cと接触しているパッド 2 3 aによってスチフナブ口ヅク 3 1が偏つ た押圧力を受ける。 このためスチフナブロック 3 1が荷重ステム 8の球状の押圧 部 8 aの回りに、 丁度首を僅かに振ったような状態で、 僅かに回動するから、 そ れまで接触していなかったプローブ 5 cが下方に移動し、 対向するパッ ド 2 3 a と接触するようになる。

このようにして、 一番低い位置にある 1つのプローブ 5 cの先端が最初にゥェ ハ I C 2 3のパッ ド 2 3 aに接触してから、 さらに 1 0 0〃m程度ステージ 2 4 を上昇させると （これをオーバ一ドライブと称す） 、 プローブ 5 cの高さ位置の バラツキを吸収して全てのプロ一ブ 5 cをウェハ I C 2 3のパッ ド 2 3 aに接触 させることができる。

ステージ 2 4によりォ一バードライブされるスチフナブロック 3 1は図 5 Aに 示す位置から図 5 Bに示す位置に、 上向きの矢印で示すように持ち上げられる。 このオーバ一ドライブ中に、 スチフナブロック 3 1は、 図 6 Aに示すように、 ス テージ 2 4により垂直方向上向きの力 F sを受けると同時に、 プランジャ 4 5に よりその突出方向の力 F pを受け、 その合力は F tとなる。 この合力 F tは、 図 6 Bに示すように、 垂直方向上向きの力 F uと水平方向 （ステム軸線 Lに直交す る方向） の力 F hとに分解することができる。 上向きの力 F uはコイルばね 7で 吸収され、 水平方向の力 F hは、 スチフナブロック 3 1及びこのスチフナブロッ ク 3 1に接着されているメンブレン 5のプローブ 5 cを水平方向に移動させる力 となるから、 この水平方向の力 F hがウェハ I C 2 3のパッド 2 3 aをプローブ 5 cがスクラブする力となる。

かくして、 この発明によるプローブカード 3を使用すると、 ウェハプロ一バ 1 7のステージ 2 4のオーバ一ドライブによりメンブレン 5のプローブ 5 cと被試 験ウェハ I C 2 3のパッド 2 3 aとが完全に接触し、 その上、 上記水平方向の力 F hによりプローブ 5 cが被試験ウェハ I C 2 3のパッ ド 2 3 aを自動的にスク ラブし、 良好な電気接触状態を保持することができる。

上記実施例ではメンブレン 5を十字形状に形成したが、 メンブレン 5の形状は たるみを持って取り付けることができる形状であればよいので、 十字形状に限定 されるものではない。 また、 プローブ 5 cの形状、 寸法、 個数等は必要に応じて 適宜変更されるものであり、 さらに、 マウント 1 2、 荷重ステム 8、 スチフナブ ロック 3 1等の形状や構造も実施例のものに限定されないことは言うまでもない。 以上の説明で明白なように、 この発明によれば、 荷重ステムがリニアボールべ ァリング及びマウン卜の貫通孔により垂直に保持され、 かつ垂直方向にのみ移動 自在に支持されているため、 X及び Y方向 （水平方向） には移動しない。 このた め、 荷重ステムと係合しているスチフナブ口ックも同様に X及び Y方向には移動 しないから、 スチフナブ口ックの底面に接着されているメンブレンの底面のプロ —ブの X及び Y方向の位置が精度よく定まり、 プローブとウェハ I Cのパッドと の接続の信頼性を大幅に向上する。

また、 メンブレンの可撓性やコイルばねの弾性が経年変化しても、 スチフナブ ロックは押え部材により保持されているので、 プリント基板の下方への張り出し 寸法の最大値は一定値に制限されている。 しかも、 メンブレンは張力がかからな いようにたるませた状態でプリント基板の底面に取り付けられているので、 従来 のように張り出し寸法が変化してメンブレンの伸張量が変化し、 プローブの X及 び Y方向の位置が変化するという欠点は生じず、 プローブは常に一定した X及び Y方向の位置に存在する。

さらに、 荷重ステムがリニアボールべァリング及びマウントの貫通孔により垂 直に保持されているので、 従来のように僅かの振動や衝撃によって荷重ステムが ぐらく、らし、 メンブレンのプローブの位置が変動することはない。

また、 プローブの高さ位置のバラツキは、 ウェハプローバのステージのオーバ ドライブにより吸収することができるので、 プローブとウェハ I Cのパヅ ドとを 確実に、 信頼性を持って電気接続することができる。 その上、 スチフナブロック を押圧するプランジャのプランジャ揷入孔内での位置を調整することによって、 ウェハ I Cのパッ ドに対するプローブのスクラブ量を適宜に設定することができ る。 また、 スチフナブロックの上昇時にプランジャがスチフナブロックを押圧す ることによって、 プローブがウェハ I Cのパッドをスクラブする駆動力を得てい るので、 全てのプローブに対してスクラブ量とその方向を同一に設定することが できるという利点がある。 さらに、 プランジャ挿入孔を角度位置の異なるマウント基部の場所に複数個形 成することにより、 適当な位置にある 1つのプランジャ挿入孔を選択することが できるので、 ウェハ I Cのパッドの形状に適合するようにスクラブの方向を設定 することができるという利点がある。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . パッケージされていない状態の半導体集積回路を所定のテスト位置に搬送す るウェハプローバに装着され、 半導体集積回路試験装置から上記半導体集積回路 に所定のパターンのテスト信号を供給するために、 及びこの半導体集積回路から の応答信号を上記半導体集積回路試験装置に送るために使用されるプローブ力一 ドであって、

中心部に貫通孔を有するプリント基板と、

このプリント基板の貫通孔に嵌合する基部を有するマウントと、

このマウン卜のほぽ中心部に装着され、 上下方向に移動自在に支持されたステ ムと、

このステムに、 このステムを下方へ移動させるように作用する偏倚力を与える 偏倚手段と、

上記ステムの下端部と係合す凹部を備えた支持部材と、

この支持部材を、 上記プリント基板の底面から下方へ突出した状態に、 かつ上 記偏倚手段の偏倚力に抗して、 上記マウントの基部底面に形成された凹部内で少 なくとも上方へ移動可能に、 保持する保持手段と、

可撓性、 絶縁性の薄膜より形成され、 底面の中心領域に上記パッケージされて いない状態の半導体集積回路の端子と接触する複数のプローブが突設され、 かつ 少なくとも上記中心領域を含む上面部分が弾性を有するシート状部材を介して上 記支持部材の底面に固定されているメンブレンと、

このメンブレンを上記プリント基板の底面に固定する取り付け手段

とを具備することを特徴とするプローブカード。

2 . 上記ステムは上記マウン卜に装着された軸受けによって上下方向にのみ移動 自在に支持されていることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のプローブ力一

3 . 上記軸受けは、 上記ステムが貫通する中心孔を有するリニアボールべアリン グであることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のプローブカード。

4 . 上記ステムは、 その外周に装着された圧縮コイルばねによって上記下方への 偏倚力が与えられていることを特徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の プローブカード。

5 . 上記マウントの基部底面には円錐台形状の凹部が形成され、 上記支持部材は その上部にリング状のフランジを備え、 このフランジが上記マウント基部底面の 円錐台形状の凹部内に配置されることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のプ ローブ力一ド。

6 . 上記マウントは、 上記プリント基板の貫通孔に嵌合する上記基部に加えるに、 この基部の外周面の上部に形成された、 上記プリント基板の貫通孔の周縁部に係 止するフランジと、 上記基部の上面に形成された、 上記基部の外径より小さい外 径を有する円柱状の突出部とを備えていることを特徴とする請求の範囲第 1項又 は第 5項に記載のプローブカード。

7 . 上記マウントの基部の厚さは、 この基部が上記プリント基板の貫通孔に嵌合 し、 上記フランジが上記プリント基板の上面に係止した状態において、 上記基部 の下端面が上記プリント基板の底面とほぼ同一平面をなすような寸法に設定され ていることを特徴とする請求の範囲第 6項に記載のプローブ力一ド。

8 . 上記マウン卜の円柱状の突出部はその上面に同心のリング状の凹部が形成さ れており、 この凹部内に上記ステムを上下方向にのみ移動自在に支持するリング 状のリニァボールベアリングが装着されていることを特徴とする請求の範囲第 6 項に記載のプローブカード。

9 . 上記マウン卜の突出部の下面にも同心のリング状の凹部が形成されており、 この下面の凹部は上記上面の凹部よりもその内径が大きく形成され、 かつ上記マ ゥントの基部底面の円錐台形状の同心の凹部と連通していることを特徴とする請 求の範囲第 8項に記載のプローブカード。

1 0 . 上記マウント突出部の下面の凹部の内径は上記基部底面の円錐台形状の凹 部の上底部分の内径よりも小さくなっており、 上記支持部材はそのフランジが上 記円錐台形状の凹部の上底部分に当接するまで上方へ移動可能であることを特徴 とする請求の範囲第 9項に記載のプローブカード。

1 1 . 上記支持部材のフランジの外周面は上記円錐台形状の凹部の内周面と合致 するようにテ一パ面に形成されていることを特徴とする請求の範囲第 5項又は第 1 0項に記載のプローブカード。

1 2 . 上記ステムはその下端部に球状の押圧部を有し、 この押圧部が上記支持部 材の凹部に回動自在に係合し、 上記球状の押圧部の上部に押さえ板が固定され、 この押さえ板と上記マウン卜の突出部の下面の凹部の上部壁面との間において上 記ステムの外周に上記圧縮コイルばねが装着されていることを特徴とする請求の 範囲第 9項又は第 1 0項に記載のプローブカード。

1 3 . 上記保持手段は中心部に貫通孔を有する板状部材であり、 上記支持部材は その上部にリング状のフランジを備え、 このフランジが上記偏倚手段の偏倚力に よって上記保持手段の上面と当接した状態に保持されていることを特徴とする請 求の範囲第 1項に記載のプローブカード。

1 4 . 上記支持部材のフランジが上記偏倚手段の偏倚力によって上記保持手段の 上面と当接した状態で上記支持部材は上記保持手段の貫通孔に遊嵌状態で挿通さ れていることを特徴とする請求の範囲第 1 3項に記載のプローブ力一ド。

1 5 . 上記支持部材は断面ほぼ方形の角柱部材であり、 その上部にリング状のフ ランジを備え、 このフランジより下側の部分が上記保持手段の中心部に形成され たほぼ方形の貫通孔に遊嵌状態で揷通されていることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のプローブ力一ド。

1 6 . 上記保持手段は中心部に貫通孔を有する円形の板状部材であり、 この貫通 孔の寸法は上記支持部材のフランジの外径より小さいが、 上記支持部材の外側寸 法よりは大きく選定されており、 上記支持部材を上記保持手段の貫通孔に遊嵌状 態で保持できるように構成されていることを特徴とする請求の範囲第 1 5項に記 載のプローブカード。

1 7 . 上記メンブレンの少なくとも上記中心領域を含む上面部分は上記弾性を有 するシート状部材を介して上記支持部材の底面に接着されていることを特徴とす る請求の範囲第 1項に記載のプローブ力一ド。

1 8 . 上記メンブレンは、 上記プローブが突設された中心領域を含む部分がほぼ 方形形状を有し、 かっこの方形形状の各辺よりほぼ同じ大きさ及び形状の方形の 舌片が突設されたほぼ十字形状に形成されていることを特徴とする請求の範囲第

1項に記載のプローブカード。

1 9 . 上記メンブレンは、 上記プローブが突設された中心領域を含むほぼ方形形 状の部分が上記支持部材の底面に接着され、 上記メンブレンの各舌片はたるんだ 状態でその端部が上記プリント基板の底面に取り付けちれていることを特徴とす る請求の範囲第 1 8項に記載のプローブカード。

2 0 . 上記メンブレンは、 弾性を有する絶縁材から形成された板状体を、 複数個 の位置でその厚さ方向に互いに絶縁状態で導通するように構成されたコネクタを 介して、 上記プリント基板の底面に取り付けられていることを特徴とする請求の 範囲第 1項に記載のプローブカード。

2 1 . 上記メンブレンの各舌片は、 弾性を有する絶縁材から形成された板状体を、 複数個の位置でその厚さ方向に互いに絶縁状態で導通するように構成されたコネ クタを介して、 上記プリント基板の底面に取り付けられていることを特徴とする 請求の範囲第 1 8項に記載のプローブカード。

2 2 . 上記メンブレンの各舌片はその中間部分が上記保持手段の底面に接着され ていることを特徴とする請求の範囲第 1 8項に記載のプローブ力一ド。

2 3 . 上記支持部材はその上部にリング状のフランジを備え、 このフランジを押 圧するプランジャが上記マウントの基部に取り付けられていることを特徴とする 請求の範囲第 1項に記載のプローブカード。

2 4 . 上記支持部材の上記リング状のフランジの外周面は、 上部に近くなるほど 中心線に近づくテーパ面に形成され、 上記マウン卜の基部に取り付けられている プランジャはこのテ一パ面に対してほぼ直角な方向からこのテーパ面を押圧する ことを特徴とする請求の範囲第 2 3項に記載のプローブカード。

2 5 . 上記マウントの基部にプランジャ取り付け孔が形成され、 上記プランジャ はこのプランジャ取り付け孔に進退可能に取り付けられていることを特徴とする 請求の範囲第 2 3項又は第 2 4項に記載のプローブカード。

2 6 . 上記ブランジャの外周面にねじ山が形成され、 このねじ山が上記プランジ ャ取り付け孔の内周面に形成されたねじ山と螺合することにより上記プランジャ は進退可能に取付けられていることを特徴とする請求の範囲第 2 5項に記載のプ ローブ力一ド。

2 7 . 上記ブランジャはボールブランジャであることを特徴とする請求の範囲第 2 3項又は第 2 4項に記載のプローブカード。

2 8 . 上記マウントの基部に所定の角度間隔で複数個のプランジャ取り付け孔が 形成されており、 これらプランジャ取り付け孔の任意の 1つに上記プランジャが 進退可能に取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第 2 3項又は第 2 4 項に記載のプローブカード。