WO2021235483A1

WO2021235483A1 - 垂直接触型プローブ、プローブカード及びソケット

Info

Publication number: WO2021235483A1
Application number: PCT/JP2021/018968
Authority: WO
Inventors: 昌俊土屋; 透高田
Original assignee: 信越ポリマー株式会社; 株式会社高田Ｒｆ技術研究所
Priority date: 2020-05-19
Filing date: 2021-05-19
Publication date: 2021-11-25
Also published as: JP2021181933A

Abstract

電極間隔が小さいＤＵＴ即ち半導体ＩＣあるいはパッケージド半導体の検査においても耐久性に優れ、かつ、動作周波数が高いＤＵＴの高周波検査にも対応できる垂直接触型プローブ、プローブカード及びソケットを提供することを目的とする。エラストマコネクタ（１０）の第１面（１０ａ）側に第１針状導電部材（２０）がエラストマシート（１２）の厚み方向に延在し、第１針状導電部材（２０）の第１端（２０ａ）が金属細線（１４）に接し、エラストマコネクタ（１０）の第２面（１０ｂ）側に第２針状導電部材（３０）がエラストマシート（１２）の厚み方向に延在し、第２針状導電部材（３０）の第１端（３０ａ）が金属細線（１４）に接し、第２針状導電部材（３０）の第２端（３０ｂ）が回路基板の電極端子に接触された状態で、第１針状導電部材（２０）の第２端（２０ｂ）をＤＵＴの電極に接触させてＤＵＴを検査する、垂直接触型プローブ（１）。

Description

垂直接触型プローブ、プローブカード及びソケット

　本発明は、垂直接触型プローブ、プローブカード及びソケットに関する。
　本願は、２０２０年５月１９日に、日本に出願された特願２０２０－０８７５２７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　ＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＬＧＡ（Land Grid Array）、ＱＦＰ（Quad Flat Package）、ＣＳＰ（Chip Size Package）等の半導体デバイスはＩＣチップがパッケージの中に搭載されたものである。このようなパッケージ化された半導体デバイスの製造においては、多数の半導体ＩＣが形成されている半導体ウェハー内の各半導体ＩＣをウェハー状態で電気検査（オンウェハー検査）した後にウェハーを切断することにより矩形状にチップ化する。チップ化されたものをＩＣチップと呼ぶ。その後、オンウェハー検査において選別された良品のＩＣチップをセラミックやプラスチックで作られたパッケージの中に搭載し、パッケージ化する。その後、パッケージ化されたもの（パッケージド半導体と呼ぶ）を最終的に電気検査する工程を行う。オンウェハー検査においては測定対象である半導体ＩＣ（ＤＵＴ）の電極に、プローブカードに取り付けられたプローブを接触させて測定器と電気接続を行う。一方、パッケージド半導体の検査においては、測定対象である個別のパッケージド半導体（ＤＵＴ）をソケットに挿入装着し、パッケージの電極をソケット内に取り付けられたプローブに接触させて測定器と電気接続を行う。
　ここでは前記半導体ＩＣと前記パッケージド半導体を合わせて半導体素子と呼ぶ。本発明は半導体素子を検査するためのプローブカードとソケットの双方に適用できるプローブに関するものである。

　特許文献１には、エラストマシートに複数の金属細線が斜めに挿通されたエラストマコネクタの上側に、ホルダで保持された導電性の針状部材と、装着部を有するソケット本体を設け、エラストマコネクタの下側に回路基板を設けたソケットが開示されている。前記ソケットでは、回路基板の電極端子が金属細線の下端に接触しており、針状部材の下端が金属細線の上端に接触している。また、ソケット本体の装着部にＤＵＴを装着したとき、ＤＵＴの電極が針状部材の上端に接触することで、ＤＵＴの電極と回路基板の電極端子とが金属細線及び針状部材を介して接続され、ＤＵＴの検査が可能となる。

特許第３２３３１９３号公報

　特許文献１のようなソケットでは、検査時にＤＵＴを接触させたとき、エラストマコネクタが厚み方向に圧縮変形する。そのため、エラストマコネクタの圧縮変形に伴って斜めに挿通されている金属細線がさらに傾斜し、金属細線の先端がエラストマコネクタの面方向にスライドして回路基板の電極に擦れる。回路基板として一般に用いられるＦＲ－４等のＰＣＢ（Printed Circuit Board）は、回路パターンを形成するＣｕ等の金属膜の厚みが数１０μｍオーダーであり、検査時に金属細線の先端が繰り返し擦れても検査に問題は生じにくい。

　一方、半導体ＩＣの電極あるいはパッケージド半導体の電極はともにファインピッチ化が進んでおり、プローブカードによる半導体ＩＣのオンウェハー検査においても、ソケットによるパッケージド半導体の検査においてもファインピッチ化した電極端子を有する回路基板が必要である。回路基板の回路パターンのファインピッチ化には軟らかくて薄いＡｕ薄膜が主に用いられる。そのため、特許文献１のソケットに用いられるようなプローブでは、繰り返し金属細線が擦れることによって回路基板のＡｕ薄膜が消耗しやすく、充分な耐久性を得ることが難しい。

　また、半導体素子は高周波化も進んでいるため、プローブカードやソケットに用いられるプローブは、動作周波数が極めて高いＤＵＴの高周波検査に適用できることも重要である。

　本発明は、電極間隔が小さい半導体素子（ＤＵＴ）、即ち半導体ＩＣあるいはパッケージド半導体の検査においても耐久性に優れ、かつ、動作周波数が高いＤＵＴの高周波検査にも対応できる垂直接触型プローブ、前記垂直接触型プローブを備えるプローブカード及びソケットを提供することを目的とする。

　本発明は、以下の構成を有する。
［１］半導体ＩＣあるいはパッケージド半導体の電極と回路基板の電極端子に接触させた状態で半導体素子を検査するための垂直接触型プローブであって、エラストマコネクタと、１本以上の第１針状導電部材と、１本以上の第２針状導電部材と、第１ホルダと、第２ホルダと、を備え、前記エラストマコネクタは、エラストマシートと、前記エラストマシートの厚み方向に挿通された複数の金属細線と、を備え、前記第１針状導電部材は、前記エラストマコネクタの第１面側に、前記第１針状導電部材の第１端が前記金属細線に接し、前記エラストマシートの厚み方向に延在した状態で前記第１ホルダによって保持され、前記第２針状導電部材は、前記エラストマコネクタの第２面側に、前記第２針状導電部材の第１端が前記金属細線に接し、前記エラストマシートの厚み方向に延在した状態で前記第２ホルダによって保持され、前記第２針状導電部材の第２端が前記電極端子に接触された状態で、前記第１針状導電部材の第２端を前記電極に接触させて前記半導体素子を検査する、垂直接触型プローブ。
［２］前記第２針状導電部材の形状が、第１端と第２端がともに平坦な円柱状である、［１］に記載の垂直接触型プローブ。
［３］［１］又は［２］に記載の垂直接触型プローブと、電極端子を備える回路基板と、を備え、前記垂直接触型プローブは、前記第１針状導電部材が前記エラストマコネクタの下側に位置し、前記第２針状導電部材が前記エラストマコネクタの上側に位置し、前記回路基板は、前記第２針状導電部材の第２端が前記電極端子に接触した状態で前記垂直接触型プローブの上側に設けられている、プローブカード。
［４］［１］又は［２］に記載の垂直接触型プローブと、電極端子を備える回路基板と、パッケージド半導体を着脱自在に装着するための装着部が設けられたソケット本体と、を備え、前記垂直接触型プローブは、前記第１針状導電部材が前記エラストマコネクタの上側に位置し、前記第２針状導電部材が前記エラストマコネクタの下側に位置し、前記回路基板は、前記第２針状導電部材の第２端が前記電極端子に接触した状態で前記垂直接触型プローブの下側に設けられ、前記ソケット本体は、前記装着部に装着したパッケージド半導体の電極が前記第１針状導電部材の第２端に接触するように位置決めされて前記垂直接触型プローブの上側に設けられている、ソケット。

　本発明によれば、電極間隔が小さい半導体素子、即ち半導体ＩＣあるいはパッケージド半導体の検査においても耐久性に優れ、かつ、動作周波数が高いＤＵＴの高周波検査にも対応できる垂直接触型プローブ、前記垂直接触型プローブを備えるプローブカード及びソケットを提供することができる。

本実施形態の垂直接触型プローブを示した平面図である。図１の垂直接触型プローブのＩ－Ｉ断面図である。本実施形態のプローブカードを示した断面図である。本実施形態のソケットを示した断面図である。実施例１のソケットの高周波特性（Ｓパラメータ）の測定結果である。

　［垂直接触型プローブ］
　本発明の垂直接触型プローブは、半導体素子即ち半導体ＩＣあるいはパッケージド半導体の電極と回路基板の電極端子に接触させた状態で半導体素子を検査するための垂直接触型プローブである。プローブが「垂直接触型」であるとは、検査時にプローブの上下に半導体素子の電極と回路基板の電極端子をそれぞれ接触させるタイプのプローブであることを意味する。

　以下、本発明の垂直接触型プローブの実施形態の一例を示して説明する。なお、以下の説明において例示される図の寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

　図１は、本実施形態の垂直接触型プローブ１を示した平面図である。図２は、垂直接触型プローブ１のＩ－Ｉ断面図である。垂直接触型プローブ１は、プローブカード及びソケットの双方に適した形態のプローブである。
　垂直接触型プローブ１は、エラストマコネクタ１０と、１本以上の第１針状導電部材２０と、１本以上の第２針状導電部材３０と、第１ホルダ４０と、第２ホルダ５０と、を備えている。

　エラストマコネクタ１０は、エラストマシート１２と、エラストマシート１２の厚み方向に対して斜めに挿通された複数の金属細線１４と、を備えている。
　この例のエラストマシート１２の平面視形状は、矩形状である。なお、エラストマシート１２の平面視形状は、矩形状には限定されず、ＤＵＴの形態に応じて適宜設定できる。エラストマシート１２のサイズも、ＤＵＴの形態に応じて適宜設定できる。

　エラストマシート１２の平均厚みは、０．０１５ｍｍ以上１ｍｍ以下が好ましく、０．０３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下がより好ましい。エラストマシート１２の平均厚みが前記範囲の下限値以上であれば、機械的強度や剛性が向上し、取り扱いが容易になる。エラストマシート１２の平均厚みが前記範囲の上限値以下であれば、高周波特性に優れる。

　エラストマシート１２を構成するエラストマとしては、特に限定されず、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等のエラストマ性の熱硬化性樹脂、合成ゴムまたはポリエチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、ＡＢＳ樹脂、軟質塩化ビニル樹脂等の熱可塑性樹脂等が挙げられる。耐環境特性、耐熱性に優れる点から、シリコーンゴムが好ましい。エラストマシート１２を構成するエラストマは、１種でもよく、２種以上でもよい。

　エラストマシート１２の体積抵抗率は、１０^３Ω・ｃｍ以上が好ましく、１０^８Ω・ｃｍ以上１０^１９Ω・ｃｍ以下がより好ましい。
　エラストマシート１２のショア硬度は、５°以上９５°以下が好ましく、１０°以上９０°以下がより好ましい。

　各々の金属細線１４は、エラストマシート１２の厚み方向に対して斜めになっており、かつ互いに平行になっている。各金属細線１４の両端部はエラストマシート１２の両面から突き出ている。各金属細線１４の両端の突き出た部分の平均長さは、例えば、５μｍ以上６０μｍ以下とすることができる。なお、各々の金属細線１４は、傾斜させずにエラストマシート１２の厚み方向に挿通されていてもよい。また、検査時に金属細線１４と第１針状導電部材２０及び第２針状導電部材３０との接触が確保できる範囲であれば、各々の金属細線１４の両端部はエラストマシート１２の両面と面一の位置になっていてもよく、エラストマシート１２の両面よりも沈み込んだ位置にあってもよい。

　金属細線１４の両端のエラストマシート１２の平面方向の平均のズレ（オフセット量）は、ＤＵＴの形態に応じて適宜設定でき、例えば、０ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることができる。金属細線１４のオフセット量は、エラストマシート１２の厚み、エラストマシート１２の厚み方向に対する金属細線１４の傾斜角度を調節することによって制御できる。

　金属細線１４の平均線径は、２μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、５μｍ以上５０μｍ以下がより好ましい。なお、金属細線の線径とは、金属細線の長さ方向に垂直な断面の直径であり、断面形状が円でない場合はその外接円の直径である。

　エラストマコネクタ１０の平面視での金属細線１４の平均密度、及び金属細線１４同士の平均間隔は、ＤＵＴの形態に応じて適宜設定できる。金属細線１４の平均密度は、例えば、５０本／ｍｍ^２以上１２００００本／ｍｍ^２以下とすることができる。金属細線１４同士の平均間隔は、例えば、１μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。

　金属細線１４の材質としては、体積抵抗率が１０^－１Ω・ｃｍ以下の材質を使用でき、例えば、純金線、金合金線、金めっき線、半田線、半田めっき線、銅合金線、メッキ付きＣＮＴヤーン、ＣＮＴヤーン等が挙げられる。エラストマコネクタ１０が有する金属細線１４は、１種でもよく、２種以上でもよい。

　エラストマコネクタ１０は、第１ホルダ４０と第２ホルダ５０によって挟持されることによって保持されている。第１ホルダ４０はエラストマコネクタ１０の第１面１０ａ側、この例では下側に配置されている。第２ホルダ５０はエラストマコネクタ１０の第２面１０ｂ側、この例では上側に配置されている。

　第１ホルダ４０及び第２ホルダ５０の平面視形状は、特に限定されず、この例では矩形である。
　この例では、第１ホルダ４０のエラストマコネクタ１０を保持する側の中央部分にザグリ加工によってエラストマコネクタ１０の形状に相補的な形状の凹部４１が形成されている。凹部４１の深さは、エラストマコネクタ１０の厚みよりも１０～２０μｍ程度小さく設定することが好ましい。凹部４１の平面視でのサイズは、エラストマコネクタ１０を容易に挿入できるように、エラストマコネクタ１０の平面視でのサイズよりもわずかに大きく設定する。

　また、第１ホルダ４０及び第２ホルダ５０には、平面視での対角線上における凹部４１の両側に、位置決めピン穴４４，５４が形成されている。第１ホルダ４０及び第２ホルダ５０の平面視でのもう一方の対角線上における両側の角部には、結合ネジ挿入穴４６，５６が形成されている。凹部４１にエラストマコネクタ１０を嵌め込み、位置決めピン穴４４，５４に位置決めピンを挿入して位置決めした状態で、結合ネジ挿入穴４６，５６に結合ネジ６０を挿入することで、第１ホルダ４０と第２ホルダ５０によってエラストマコネクタ１０が挟持される。
　なお、第１ホルダ４０及び第２ホルダ５０によってエラストマコネクタ１０を保持する形態は、エラストマコネクタ１０をしっかりと位置決めできる形態であれば、前記した形態には限定されない。

　第１ホルダ４０及び第２ホルダ５０の材質としては、誘電体であればよく、例えば、比誘電率が２以上１０以下であり、誘電正接が０．０１以下の有機誘電体、無機誘電体を例示できる。有機誘電体としては、ガラスエポキシ等が挙げられる。無機誘電体としては、アルミナ等が挙げられる。

　第１ホルダ４０には、平面視での中央部分のエラストマコネクタ１０に対応する位置に、エラストマコネクタ１０と接する側とは反対側の外面４０ａからエラストマコネクタ１０に向かって延びる複数の挿通孔４２が形成されている。挿通孔４２に第１針状導電部材２０が挿通されることで、第１針状導電部材２０がエラストマコネクタ１０の厚み方向に延在した状態で保持される。挿通孔４２の位置及び数は、ＤＵＴの形態に応じて適宜設定される。

　挿通孔４２の平面視形状は、第１針状導電部材２０の形状に合わせて設定すればよく、この例では円形である。
　挿通孔４２の直径は、第１針状導電部材２０がスムーズに挿入され、低摩擦で上下に移動できるように、かつ、特性インピダンスが高くなりすぎないように各部品の加工公差を考慮して設定する。例えば、挿通孔４２の直径は、第１針状導電部材２０の直径よりも５～１５μｍ程度大きな値とすることができる。

　挿通孔４２に挿通された第１針状導電部材２０は、エラストマコネクタ１０の第１面１０ａ側に位置し、エラストマシート１２の厚み方向に延在しており、第１針状導電部材２０の第１端２０ａが金属細線１４の第１端１４ａに接している。このように、各々の第１針状導電部材２０は、長さ方向がエラストマシート１２の厚み方向となる向きに、互いに平行な状態で第１ホルダ４０によって保持されている。
　第１針状導電部材２０の数は、特に限定されず、ＤＵＴの形態に応じて適宜設定することができる。

　第１針状導電部材２０の形状は、特に限定されない。この例の第１針状導電部材２０は、第１端２０ａから第２端２０ｂに向かって途中まで延びる円柱状の本体部２２と、本体部２２の第２端２０ｂ側に設けられた円柱状の縮径部２４と、を備えている。縮径部２４の直径は、本体部２２の直径よりも小さくなっている。挿通孔４２の形状はこの第１針状導電部材２０に相補的な形状になっている。そのため、第１ホルダ４０の外面４０ａ側（下側）における挿通孔４２の開口の周囲の部分が、第１針状導電部材２０の本体部２２の下端を支持することで、第１針状導電部材２０が下方に抜け落ちないようになっている。

　本体部２２の直径は、高周波特性を考慮して適宜設定することができ、例えば、第１針状導電部材２０同士のピッチ、第１ホルダ４０の材質の誘電率に応じて、特性インピダンスが５０Ω付近になるように設定することができる。

　縮径部２４の直径は、本体部２２の直径よりも小さく、第１針状導電部材２０が下方に抜け落ちない範囲で設定する。縮径部２４の直径と本体部２２の直径との差が大きいと、縮径部２４の特性インピダンスが５０Ωよりも高くなって高周波特性が劣化しやすいため、縮径部２４の直径は第１針状導電部材２０の落下を防止できる範囲でできるだけ本体部２２の直径に近いことが好ましい。

　本体部２２及び縮径部２４の長さは、短いほど高周波特性が良くなるため、高周波特性の要求仕様、加工技術、取扱いの容易性を考慮して、可能な範囲で短くすることが好ましい。

　第１針状導電部材２０の第２端２０ｂ側の一部、すなわち縮径部２４の一部は第１ホルダ４０の外面４０ａから突き出ている。これにより、検査時には、第１針状導電部材２０の第２端２０ｂをＤＵＴの電極に接触するようになっている。第１針状導電部材２０の第１ホルダ４０から突き出た部分の長さは、検査時に第２端２０ｂをＤＵＴの電極に接触させたときにも第１針状導電部材２０の第２端２０ｂ側の一部が第１ホルダ４０から突き出た状態が維持されるように設定するが、突き出し長さが０であってもよい。第１針状導電部材２０の第１ホルダ４０から突き出た部分の長さは、ＤＵＴの複数の電極間の厚みの差や、エラストマコネクタ１０の圧縮変形量を考慮して設定する。

　ＤＵＴの電極と接触する第１針状導電部材２０の第２端２０ｂの端面の構造は、ＤＵＴの種類に応じて、接触性、位置合わせの容易性等を考慮して設定する。第１針状導電部材２０の第２端２０ｂの端面の構造としては、例えば、平坦構造、ニードル構造、王冠構造等が挙げられる。

　第１針状導電部材２０の材質としては、プローブカードやソケットにおいてＤＵＴの電極や回路基板の電極端子に接触させる部材に一般に使用されている金属を使用でき、例えば、Ｐｄ、Ｗ、Ｂｅ、Ｃｕ等の錆が生じにくく、硬くて消耗しにくいものが好ましい。

　第２ホルダ５０には、平面視での中央部分のエラストマコネクタ１０に対応する位置に、エラストマコネクタ１０と接する側とは反対側の外面５０ａからエラストマコネクタ１０に向かって延びる複数の挿通孔５２が形成されている。挿通孔５２に第２針状導電部材３０が挿通されることで、第２針状導電部材３０がエラストマコネクタ１０の厚み方向に延在した状態で保持される。

　第２ホルダ５０の挿通孔５２の数は、第１ホルダ４０の挿通孔４２の数と同じである。つまり、第２針状導電部材３０の数は、第１針状導電部材２０の数と同じである。
　第２ホルダ５０の平面視における挿通孔５２の位置は、第１ホルダ４０の挿通孔４２の位置に対して、金属細線１４のオフセット量だけずれた位置になっている。すなわち、第２針状導電部材３０の平面視における位置は、第１針状導電部材２０の位置に対して、金属細線１４のオフセット量だけずれた位置になっている。このように、挿通孔５２の位置及び第２針状導電部材３０の位置は、ＤＵＴの形態、及び金属細線１４のオフセット量に応じて適宜設定することができる。

　挿通孔５２の直径は、第２針状導電部材３０がスムーズに挿入され、低摩擦で上下に移動できるように、かつ、組み立て時に第２針状導電部材３０と回路基板の電極端子との位置ずれが大きくならないように、各部品の加工公差を考慮して設定する。例えば、挿通孔５２の直径は、第２針状導電部材３０の直径よりも５～１５μｍ程度大きな値とすることができる。

　第２針状導電部材３０の形状は、特に限定されず、例えば、第１端３０ａと第２端３０ｂがともに平坦な円柱状が挙げられる。第２針状導電部材３０がこのような単純な円柱状であると、機械加工が容易であり、高周波性能を良くするために重要である針状導電部材の長さを短くすることができ、垂直接触型プローブ１の部材点数が多くなっても優れた高周波特性が得られやすい点で有利である。回路基板の電極端子との位置合わせを容易にする観点から、第２針状導電部材３０の形状は、回路基板の電極端子と接触する側の第２端の端面の縁部分を面取りした形状としてもよい。

　第２針状導電部材３０の直径は、高周波特性を考慮して適宜設定することができ、例えば、第２針状導電部材３０同士の間隔、第２ホルダ５０の材質の誘電率に応じて、特性インピダンスが５０Ω付近になるように設定することができる。また、第２針状導電部材３０の直径は、回路基板の電極端子との位置合わせを容易にするために、回路基板の電極端子の大きさも考慮して設定する。

　第２針状導電部材３０の長さは、短いほど高周波特性が良くなるため、高周波特性の要求仕様、加工技術、取扱いの容易性を考慮して、可能な範囲で短くすることが好ましい。

　第２針状導電部材３０の第２端３０ｂ側の一部は第２ホルダ５０の外面５０ａから突き出ている。これにより、検査時には、第２針状導電部材３０の第１端３０ａ側がエラストマコネクタ１０に食い込み、エラストマシート１２の弾性によって第２針状導電部材３０に第２端３０ｂに向かって圧力が掛かる。そのため、第２針状導電部材３０の第２端３０ｂを回路基板の電極端子にしっかりと接触させることができる。

　第２針状導電部材３０の第２ホルダ５０から突き出た部分の長さは、例えば、第２端３０ｂを回路基板の電極端子に接触させた状態で第２端３０ｂの端面が第２ホルダ５０の外面５０ａと面一になるように設定する。第２針状導電部材３０の第２ホルダ５０から突き出た部分の長さは、第２針状導電部材３０のエラストマコネクタ１０への食い込み量を考慮して設定する。

　第２針状導電部材３０の材質としては、第１針状導電部材２０の材質として例示したものと同じものを例示できる。第２針状導電部材３０の材質と第１針状導電部材２０の材質は、同じであってもよく、異なっていてもよい。

［プローブカード］
　本発明のプローブカードは、本発明の垂直接触型プローブと、電極端子を備える回路基板と、を備えるプローブカードである。本発明のプローブカードは、本発明の垂直接触型プローブを備える以外は、公知の態様を採用できる。以下、本発明のプローブカードの一例として、垂直接触型プローブ１を備えるプローブカード１００について、図３に基づいて説明する。

　プローブカード１００は、垂直接触型プローブ１と、電極端子を備える回路基板１１０と、を備えている。
　プローブカード１００における垂直接触型プローブ１は、第１針状導電部材２０がエラストマコネクタ１０の下側に位置し、第２針状導電部材３０がエラストマコネクタ１０の上側に位置している。

　プローブカード１００では、回路基板１１０が垂直接触型プローブ１の上側に設けられている。また、垂直接触型プローブ１における第２針状導電部材３０の第２端３０ｂは、回路基板１１０の電極端子に接触した状態になっている。垂直接触型プローブ１の上側に回路基板１１０を設ける態様は、特に限定されず、ボルトによる接続、接着剤による接着等の公知の態様を採用できる。

　回路基板１１０の回路パターンにおける最小ライン幅（Ｌ）とパターン間の最小間隙（Ｓ）は、適宜設定できる。回路基板１１０のＬ及びＳは、ファインピッチな半導体素子（ＤＵＴ）の検査に対応できる１００μｍ以下であることが特に有効である。このような回路パターンを製造するには薄膜回路製造技術を適用する必要があり、多くの場合、薄膜回路として、厚みが０．５μｍ以上１０μｍ以下のＡｕ薄膜あるいはＴｉ／Ｐｄ／Ａｕなどの多層金属で構成された薄膜が採用される。

　プローブカード１００によるＤＵＴ即ち半導体ＩＣのオンウェハー検査では、第２針状導電部材３０の第２端３０ｂが回路基板１１０の電極端子に接触された状態で、第１針状導電部材２０の第２端２０ｂをＤＵＴの電極に接触させる。このとき、金属細線１４の第１端１４ａがＤＵＴの電極に接触しないため、エラストマコネクタ１０の圧縮変形に伴って金属細線１４の第１端１４ａが面方向にスライドしても、金属細線１４の第１端１４ａがＤＵＴの電極に擦れて電極が傷付くことが防がれる。また、金属細線１４の第２端１４ｂは第２針状導電部材３０を介して回路基板１１０の電極端子に接続されており、金属細線１４の第２端１４ｂが回路基板１１０の電極端子に直接接触していない。そのため、回路基板１１０の電極端子が金属細線１４の第２端１４ｂによって傷つけられることも防がれる。これにより、ファインピッチなＤＵＴの検査において、ファインピッチな薄膜回路を有する回路基板１１０を用いる場合でも優れた耐久性を確保できる。さらに、第１針状導電部材２０と第２針状導電部材３０はそれぞれ凸形状の単純な円柱及び単純な円柱であるため、機械加工が容易である。また高周波性能を良くするために重要である第１針状導電部材及び第２針状導電部材の長さを短くすることができ、高周波特性に優れており、動作周波数が高いＤＵＴの高周波検査にも適用できる。

［ソケット］
　本発明のソケットは、本発明の垂直接触型プローブと、電極端子を備える回路基板と、半導体素子（パッケージド半導体）を着脱自在に装着するための装着部が設けられたソケット本体と、を備えるソケットである。本発明のソケットは、本発明の垂直接触型プローブを備える以外は、公知の態様を採用できる。以下、本発明のソケットの一例として、垂直接触型プローブ１を備えるソケット２００について、図４に基づいて説明する。

　ソケット２００は、垂直接触型プローブ１と、電極端子を備える回路基板１１０と、ソケット本体２２０と、を備えている。
　ソケット２００における垂直接触型プローブ１は、プローブカードにおける垂直接触型プローブ１と同様な態様であり、垂直接触型プローブ１を上下に反転させて使用することのみプローブカードの場合と異なる。

　垂直接触型プローブ１は、第１ホルダ４０がエラストマコネクタ１０の上側（第１面１０ａ側）に配置され、第２ホルダ５０がエラストマコネクタ１０の下側（第２面１０ｂ側）に配置されている。この例では、第１ホルダ４０のエラストマコネクタ１０を保持する側の中央部分にザグリ加工によって形成された凹部４１にエラストマコネクタ１０が嵌め込まれ、位置決めピン穴４４，５４に位置決めピンを挿入して位置決めした状態で、結合ネジ挿入穴４６，５６に結合ネジ６０を挿入することで、第１ホルダ４０と第２ホルダ５０によってエラストマコネクタ１０が挟持される。

　この例の第２針状導電部材３０は、縮径部のない円柱状であるが、回路基板１１０が下にあるため、下方に抜け落ちない。なお、第１針状導電部材２０及び第２針状導電部材３０の形状は、前記した柱状には限定されない。

　回路基板１１０は、第２針状導電部材３０の第２端３０ｂが電極端子に接触した状態で垂直接触型プローブ１の下側に設けられている。ソケット本体２２０は、装着部２２２に装着した半導体素子（ＤＵＴ）の電極が第１針状導電部材２０の第２端２０ｂに接触するように位置決めされて垂直接触型プローブ１の上側に設けられている。回路基板１１０及びソケット本体２２０を設ける態様は、特に限定されず、ボルトによる接続、接着剤による接着等の公知の態様を採用できる。

　ソケット本体２２０は、平面視での中央部分に厚さ方向に貫通するように形成された貫通孔からなる装着部２２２を有している。装着部２２２の形状及びサイズは、ＤＵＴの形状に応じて適宜設定できる。ソケット本体２２０は、装着部２２２の開口部を閉じる蓋部材を備えていてもよい。

　ソケット本体２２０を形成する材料としては、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂あるいはポリエーテルイミド樹脂等が挙げられる。ソケット本体２２０を形成する材料は、１種であってもよく、２種以上であってもよい。

　ソケット２００によるＤＵＴの検査時には、ソケット本体２２０の装着部２２２に、電極が装着部２２２の底側になるようにＤＵＴを装着する。これにより、第２針状導電部材３０の第２端３０ｂが回路基板１１０の電極端子に接触された状態で、第１針状導電部材２０の第２端２０ｂがＤＵＴの電極に接触される。このとき、プローブカード１００と同様に、金属細線１４の第１端１４ａと第２端１４ｂはＤＵＴの電極にも回路基板１１０の電極端子にも接触していない。これにより、金属細線１４の第１端１４ａと第２端１４ｂによってＤＵＴの電極や回路基板１１０の電極端子が傷付くことが防がれる。そのため、ファインピッチなＤＵＴの検査において、ファインピッチな薄膜回路を有する回路基板１１０を用いる場合でも優れた耐久性を確保できる。さらに、第１針状導電部材２０と第２針状導電部材３０はそれぞれ凸形状の単純な円柱及び単純な円柱であるため、機械加工が容易で長さを短くすることができ、高周波特性に優れており、動作周波数が高いＤＵＴの高周波検査にも適用できる。

　以上説明したように、本発明では、プローブカードとソケットの双方の場合において垂直接触型プローブにおけるエラストマコネクタの第１面側に１本以上の第１針状導電部材が設けられ、エラストマコネクタの第２面側に１本以上の第２針状導電部材が設けられている。そして、第１針状導電部材の第１端と第２針状導電部材の第１端がそれぞれ金属細線の両端に接しており、ＤＵＴ即ちプローブカードの場合は半導体ＩＣ、ソケットの場合はパッケージド半導体の検査時は、第２針状導電部材の第２端が回路基板の電極端子に接触された状態で、第１針状導電部材の第２端をＤＵＴの電極に接触させる。

　このように、本発明では、プローブカードとソケットの双方の場合において検査時に第１針状導電部材の第２端がＤＵＴ即ちプローブカードの場合は半導体ＩＣ、ソケットの場合はパッケージド半導体の電極に接触し、金属細線の先端がＤＵＴの電極に接触しない。そのため、検査時にエラストマコネクタが厚み方向に圧縮変形して金属細線がさらに傾斜し、金属細線の先端がエラストマコネクタの面方向にスライドしても、金属細線がＤＵＴの電極に擦れて電極が傷付くことが防がれる。

　また、本発明では、プローブカードとソケットの双方の場合において第２針状導電部材の第２端が回路基板の電極端子に接触しており、金属細線の先端は回路基板の電極端子には接触されない。電極間隔が小さいファインピッチな半導体素子即ち半導体ＩＣあるいはパッケージド半導体の検査には、ファインピッチな回路パターンとして薄膜回路を有する回路基板が用いられるが、本発明では、この場合でも回路基板の電極端子が金属細線の先端によって傷つけられることを防ぐことができる。そのため、ファインピッチな半導体素子の検査においても優れた耐久性を確保することができる。

　さらに、実施形態では、プローブカードとソケットの双方の場合において、エラストマコネクタの第１面側と第２面側の両方に第１針状導電部材と第２針状導電部材が設けられ、さらに、第１針状導電部材と第２針状導電部材は凸形状の単純な円柱あるいはさらに単純な円柱である。そのため、機械加工が容易であり、高周波性能を良くするために重要である針状導電部材の長さを短くすることができ、部材点数が多いにもかかわらず、高周波特性に優れており、動作周波数が高いＤＵＴの高周波検査にも適用できる。

　なお、本発明は、前記した態様には限定されない。本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

　以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。
［実施例１］
　図４に例示した構成のソケットを作製した。
　金属細線として金メッキされたベリリウム銅線（Φ１７μｍ）を傾斜角度６３°でシリコーンゴムシートへ挿通したエラストマコネクタを用いた。金属細線の両端部のシリコーンゴムシートの両面からの突き出し長さを１５μｍ、シリコーンゴムシートの表面を厚み方向から正面視したときの金属細線の縦方向と横方向のピッチをそれぞれ３２μｍ、５０μｍとした。シリコーンゴムとしては、ショア硬度７０°のものを使用した。
　第１針状導電部材としてＰｄ製の円柱状のピン（第２端の端面：平坦構造）、第２針状導電部材としてＰｄ製の円柱状のピン（第２端の端面：平坦構造で縁部分を面取りした形状）を用いた。
　回路基板としては、石英基板上に薄膜回路として厚みが２μｍのＡｕ薄膜が形成されたものを使用した。

［比較例１］
　第２針状導電部材を設けず、エラストマコネクタの金属細線の先端が回路基板の電極端子に直接接するようにした以外は、実施例１と同様の形態のソケットを作製した。

［高周波特性］
　ネットワークアナライザを用い、作製したソケットに０～１１０ＧＨｚの高周波検査信号を供給したときの振幅（Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）値を計測し、高周波特性（Ｓパラメータ）を測定した。Ｇ（グランド）Ｓ（シグナル）Ｇ（グランド）構成のピン間ピッチは１６０μｍとした。結果を図５に示す。

［耐久性試験］
　作製したソケットを固定し、第１針状導電部材の先端部を押圧してエラストマコネクタを圧縮する操作を４１万回繰り返した後、ＤＵＴのＤＣ特性及び高周波特性を測定して耐久性を評価した。

　実測データである図５に示すように、エラストマコネクタの両側に第１針状導電部材と第２針状導電部材を備える実施例１のソケットは、高周波コネクタからＤＵＴまでの伝送線路のＳパラメータＳ２１の３ｄＢ減帯域が９６ＧＨｚ、８０ＧＨｚまでのリップルがＤ±０．３ｄＢ未満であり、高周波特性に優れていた。また、実施例１のソケットは、比較例１に比べて、４１万回の繰り返し圧縮によるＤＵＴの特定変動及び他の劣化現象が観測されず、実用上十分な耐久性を有していることが確認された。

　１…垂直接触型プローブ、１０…エラストマコネクタ、１２…エラストマシート、１４…金属細線、２０…第１針状導電部材、３０…第２針状導電部材、４０…第１ホルダ、４２…挿通孔、５０…第２ホルダ、５２…挿通孔、１００…プローブカード、１１０…回路基板、２００…ソケット。

Claims

　半導体ＩＣあるいはパッケージド半導体の電極と回路基板の電極端子に接触させた状態で半導体素子を検査するための垂直接触型プローブであって、
　エラストマコネクタと、１本以上の第１針状導電部材と、１本以上の第２針状導電部材と、第１ホルダと、第２ホルダと、を備え、
　前記エラストマコネクタは、エラストマシートと、前記エラストマシートの厚み方向に挿通された複数の金属細線と、を備え、
　前記第１針状導電部材は、前記エラストマコネクタの第１面側に、前記第１針状導電部材の第１端が前記金属細線に接し、前記エラストマシートの厚み方向に延在した状態で前記第１ホルダによって保持され、
　前記第２針状導電部材は、前記エラストマコネクタの第２面側に、前記第２針状導電部材の第１端が前記金属細線に接し、前記エラストマシートの厚み方向に延在した状態で前記第２ホルダによって保持され、
　前記第２針状導電部材の第２端が前記電極端子に接触された状態で、前記第１針状導電部材の第２端を前記電極に接触させて前記半導体素子を検査する、垂直接触型プローブ。
　前記第２針状導電部材の形状が、第１端と第２端がともに平坦な円柱状である、請求項１に記載の垂直接触型プローブ。
　請求項１又は２に記載の垂直接触型プローブと、電極端子を備える回路基板と、を備え、
　前記垂直接触型プローブは、前記第１針状導電部材が前記エラストマコネクタの下側に位置し、前記第２針状導電部材が前記エラストマコネクタの上側に位置し、
　前記回路基板は、前記第２針状導電部材の第２端が前記電極端子に接触した状態で前記垂直接触型プローブの上側に設けられている、プローブカード。
　請求項１又は２に記載の垂直接触型プローブと、電極端子を備える回路基板と、パッケージド半導体を着脱自在に装着するための装着部が設けられたソケット本体と、を備え、
　前記垂直接触型プローブは、前記第１針状導電部材が前記エラストマコネクタの上側に位置し、前記第２針状導電部材が前記エラストマコネクタの下側に位置し、
　前記回路基板は、前記第２針状導電部材の第２端が前記電極端子に接触した状態で前記垂直接触型プローブの下側に設けられ、
　前記ソケット本体は、前記装着部に装着したパッケージド半導体の電極が前記第１針状導電部材の第２端に接触するように位置決めされて前記垂直接触型プローブの上側に設けられている、ソケット。