JP2008209401A - 電気的被検体を接触させるための接点装置とそれに必要な方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気的被検体とくにウェハを接触させるための接点装置を提供する。
【解決手段】接点装置は、コンタクトヘッドと接続装置とを有する。この場合、コンタクトヘッドは、被検体と電気的に接触可能なプローブ接点を有し、プローブ領域12に配分されたプローブ接点の位置が、コンタクトヘッドに属する少なくとも1つの案内要素9によって決められている。当該案内要素は、コンタクトヘッドの保持装置11に固定されている。この場合、プローブ接点はその被検体とは反対側が、接続装置の接点領域と、電気的に接触することができる。意図されているのは、案内要素9を個別セグメント17から構成し、当該個別セグメントはそれぞれが、プローブ領域の一部を構成し、そしてそれぞれが、固定支承22によって、保持装置および/または接続装置と結合されているものとすることである。
【選択図】図３

Description

本発明は、Kontakt-Headとも記載されるコンタクトヘッドと、コネクタとも呼ばれる接続装置と、を用いて、電気的被検体、特に、ウェハを接触させるのに用いる接点装置に関する。このコンタクトヘッドは、被検体と電気的に接触可能なプローブ接点を有し、プローブ領域上に配置されたプローブ接点の位置は、コンタクトヘッドに属する少なくとも1つの案内要素(テスタ側の案内プレート)によって決められている。この案内要素は、コンタクトヘッドの保持装置（-スペーサとも呼ばれる-）に固定されている。またプローブ接点は、被検体とは反対の側にて、接続装置(コネクタ、特には回路基板として形成することができる)の接点領域と電気的に接触することができる。

この種の接点装置は、垂直型プローブカードとも呼ばれるが、いずれも主として次のようなコンタクトヘッドを備える。即ち、このコンタクトヘッドは、プローブ接点(接点要素とも呼ばれる)を支持する。そしてプローブ接点と検査機器(テスタ)とを電気的に接続する接続装置(コネクタまたは接続ヘッド)を備える。このコンタクトヘッドは、接続装置に取り付けられている。プローブ接点の、接続装置側の末端は、接続装置の接点領域に接触する。プローブ接点の、接続装置と反対側の末端は、被検体とくにウェハの接触に用いられる。したがって全体として、検査機器を用いて被検体への電気的接続路を確立し、被検体の電気的機能を検査することができる。接続装置(コネクタ)は、好ましくは回路基板と、場合によってはいわゆるスティフナー、すなわち補強部材を有するものとする。この補強部材は、被検体を接触させるとき、回路基板のたわみを生じることなく、接触力を吸収することができる。回路基板は、前記のような接点領域を備える。すなわち、コンタクトヘッドのプローブ接点は、回路基板の対応する接点領域に直接接触することができる。これは「Direct Attach」構造とも呼ばれる。それに代わる方法として、配線用の中間線材を介して、プローブ接点から回路基板に接触することも可能である。これは配線型接続ヘッド、すなわち配線型接続装置-「Wired Connector」-とも呼ばれる。接続装置上における接触領域(接点領域)は非常に小さい。この領域の直径は、とくには50μm〜300μmとする。このように小さい直径を条件とするのは、被検体上、とくにウェハ上において、接触されるパッド(導体パッド)の配置に対応して、各プローブ接点がたがいに非常に接近して（-たとえば中心間距離が50μm〜250μm-）配置されるからである。プローブ接点の傾斜をできるだけ小さくすることによって、接続装置上、とくに回路基板(PCB)上の接点領域の配置は、被検体上、とくにウェハ上の対応する導体パッドの配置に一致する。ただし、場合によっては両者間に僅かなずれが生じる。しかしプローブ接点を斜めに立てず、とくに垂直方向に向けて配置させれば、被検体上の導体パッドの中心間距離は、接続装置の接点領域の中心間距離にほぼ相当する。ここで上記の検査機器を接続装置と電気的に接続できるよう、接続装置は、接点間距離の拡大を、次のようにして吸収する。それは、プローブヘッドに対応させた、接続装置の接点領域を、相互に十分間隔を取った位置にあって検査機器と問題なく接続可能な接点領域へと案内するのである。好ましくは、プローブ接点と接触する接点領域は、回路基板の一方の側にあり、そして検査機器と接触する接点領域は、回路基板の他方の側にあるものとする。

上記の説明すべては、公知の接点装置だけでなく、本発明の接点装置にも適用可能である。プローブ接点(接点要素)を、接続装置の対応する接触面に接触させるには、次のような場合、問題があり得ることは明らかである。それは、整合がなく、すべてのプローブ接点または各プローブ接点が、対応する接点領域と位置がずれた状態で、接続装置に密着する場合、すなわち、電気的な接触がなされていない場合である。この位置ずれは、たとえば温度変動によって生じ得る。

したがって本発明の課題は、冒頭に挙げた種類の接点装置を、接触がより確実なものに形成することである。

本発明はこの課題を次のようにして解決する。すなわち案内要素は複数の個別セグメントから構成され、個別セグメントの各々は、プローブ領域の一部を構成し、個別セグメントの各々は、少なくとも1つの固定支承によって、保持装置および/または接続装置と結合されているものとする。案内要素が個別セグメントから構成されているため、接続装置の接点領域に対するプローブ接点の位置決め誤差は減少する。なぜならば温度が異なれば、膨張挙動はプローブ領域全体に渡って積算されず、それぞれ個別セグメントだけで別々に作用するからである。個別セグメントは、案内要素全体よりも寸法が小さく、したがって温度変動によって生じる寸法の変化はより小さくなる。その結果、プローブ接点は、接続要素の接点領域に確実に接触する。好ましくは個別セグメントを少なくとも2つ設けるものとする。

本発明の1つの発展形では、保持装置は1つの保持リングを有し、プローブ領域を、この保持リング内に設ける。プローブ領域とは、そこにプローブ接点が設けられている幾何学的な範囲をいう。尚、このプローブ接点内で被検体に接触することができる。

個別セグメントの少なくとも1つが、その固定支承によって、保持リングに接続されるものとすれば有利である。その個別セグメントは、固定支承の固定点にて、保持リングに保持される。すなわち温度変化による寸法の膨張は、この固定点を出発点とする。寸法の膨張は、固定点ではゼロであるが、固定点を離れると共に積算値に対応して増加する。しかし寸法の膨張が生じるのは、個別セグメントの周縁までである。この場合、この距離は、案内要素がセグメント化されているためそれに応じて小さく、したがって温度変動によって生じる可能性ある位置ずれ寸法は小さく抑えられる。

保持リングが、円形または四角形、とくには正方形の輪郭を有するものとすれば有利である。保持リングは、とくには全円リングまたは部分リングとすることができる。全円リングとは閉じたリングのことであり、部分リングは閉じていないリングである。当然のことであるが、保持リングを複数の部分リング片から形成することも可能である。

本発明の1つの発展形では、個別セグメントの少なくとも1つは、保持リングと結合された外側個別セグメントとして形成され、個別セグメントの少なくとも1つは、保持リング内に設けられ、保持リングと結合されていないか、又は、直接的には結合されていない、内側個別セグメントとして形成される。この少なくとも1つの外側個別セグメントは、したがって1つの固定支承を介して保持リングと結合されている。そして少なくとも1つの内側個別セグメントは、保持リングとは結合されず、とくに少なくとも1つの外側保持要素によって保持され、および/または、もう1つの要素に保持され、この後者の要素がさらに保持リングと結合されている。別な方法としては、外側の個別セグメントだけを設けることも可能である。

本発明の1つの発展形では、保持装置は保持ブリッジを有し、少なくとも1つの内側個別セグメントを、少なくとも1つの固定支承を用いて、この保持ブリッジに固定する。この固定支承は、好ましくは保持リングに固定されているものとすることができる。この場合保持ブリッジは、好ましくは保持ブリッジのリング構造を横切って、すなわち保持リング直径に沿って延びるものとする。

個別セグメントの各々には、少なくとも1つの可動支承が配置されているのが有利である。その結果として、個別セグメントの各々は、少なくとも1つの固定支承によって保持され、個別セグメントの各々は、少なくとも1つの可動支承を有し、この可動支承によって相対運動を行う。すなわち、個別セグメントの各々の長さ変化による変位は、好ましくは少なくとも1つの優先方向に、とくにはただ1つの優先方向に行われる。したがっていずれの個別セグメントに於ける温度変動によって生じるその長さ変化はコントロールされている。

本発明の1つの発展形では、可動支承が、少なくとも1つの個別セグメントと、保持装置および/または接続装置との間に形成され、および/または、少なくとも1つの個別セグメントと、少なくとも1つのもう1つの個別セグメントとの間に形成されている。したがって可動支承結合は、該当する個別セグメントと、保持装置または接続装置との間にあり、および/または、個別セグメントと、好ましくはそれに隣接するもう1つの個別セグメントとの間にある。

固定支承は、好ましくは、プローブ領域における遊びのない固定部、とくにピン止めとして形成されるものとする。したがってこの遊びのない固定部は、いずれの方向でも、固定支承の固定点における相対運動を許容しない。

固定支承は、とくにはプローブ領域において1方向だけに遊びを有する固定部、とくにピン止めとして形成されるものとする。温度変動によって運動が生じるとき、この運動は上記の1方向に導かれる。固定部としてピン止めが選択される場合、このピン止めは全方向に遊びがないのではなく、運動が許容される1方向において遊びを有する(たとえば長い孔に挿入されたピン)。

本発明の1つの発展形では、いずれの外側個別セグメントの固定支承と可動支承の間の仮想上の接続線、又は、仮想上の接続線の延長は、プローブ領域の中心点を通って、又は、略中心点を通って延びるものとする。この場合付随する可動支承の遊びは、この接続線の方向においてのみ存在する。この実施形態によって、温度変動による長さ変化は、個別セグメントのいずれにおいても、その中心点から半径方向に、又は、略半径方向に生じることになる。

有利な方法として、少なくとも1つの内側個別セグメントの固定支承が、プローブ領域の中心点に、又は、略中心点に位置するものとする。この内側個別セグメントは、好ましくはプローブ領域の幾何学的広がりの中央、又は、略中央に配置される。この場合、個別セグメントの固定は、付随する固定支承によってやはり中央で、すなわちプローブ領域の中心点、又は、略中心点で行われる。

本発明の1つの発展形では、1つの個別セグメントともう1つの個別セグメントとの固定部のうち、プローブ領域において1方向だけに遊びを有し可動支承を形成する固定部は、突起/切り欠き結合として-とくには案内要素の領域のそのような結合として-形成されるものとする。したがってこの可動支承は、2つの個別支承の相互噛み合いによって形成され、そのため一方の個別セグメントは1つの突起を有する。この突起が、他方の個別セグメントの切り欠きに噛み込み、とくには遊びなしに噛み込み、さらにとくには噛み込み方向を横切る方向には遊びがない状態で噛み込む。噛み込み方向には遊びが存在してよい。すなわちこの突起が深くも浅くも切り欠きに噛み込むことができるので、噛み込み方向に変位が可能となるのである。

本発明の1つの発展形では、案内要素が、接続装置とは異なる温度膨張係数を有するものとする。接点装置で用いられる部品および/または材料の温度膨張係数が異なる。さらには、これらの部品および/または材料は、被検体のテストの間、達する温度が異なるので、個々の部品相互間の位置決め誤差-とくにコンタクトヘッドと接続装置の間における上記の接触インタフェースで-が生じる。ここで一方では案内要素に、そして他方では接続装置に、温度膨張係数が異なる部品/材料を選択するならば、上記のパラメータ、たとえば接点装置の異なる箇所における異なる温度上昇を、完全にまたは部分的に補償することができる。その結果、アライメント誤差は生じないか、生じてもわずかであって、接触が妨げられることはない。この場合とくに保持装置が、案内要素とは異なる温度膨張係数を有するものとすることができる。とくにこの場合、案内要素と保持装置の温度膨張係数の和が、接続装置の温度膨張係数に一致し、又は、略一致するものとすることができる。このようにして位置ずれによる誤差を防止するか、または小さく抑えることができる。

本発明の1つの発展形では、保持装置の温度膨張係数として、プローブ接点と接続装置の接点領域との間の接触が、ある1つの温度範囲で可能であるような係数を選択する。これによって確実な接触が得られる。

すでに述べたように、接続装置を回路基板として、とくにはプリント回路基板として形成することができる。

好ましくは、接点領域をプリント回路基板の導体路面により形成して、配置を行うことができる。プローブ接点は、好ましくはプローブ針として、とくには湾曲性プローブ針として、形成することができる。「湾曲性プローブ針」とは、横方向に折り曲げ可能な、すなわち固有弾性を有するプローブ針、したがって接点高さの差が補償され、さらには必要な接触圧を実現できるようなプローブ針をいう。

とくには、案内要素が案内プレートとして形成されるものとする。この場合重要なのは平面形状の形成である。

本発明はさらに、電気的被検体とくにウェハを、コンタクトヘッド(Kontakt-Head)および接続装置(コネクタ)と接触させる方法に関する。この場合、コンタクトヘッドは、被検体と電気的接触可能なプローブ接点を有し、プローブ領域に配分されたプローブ接点の位置は、コンタクトヘッドに属する少なくとも1つの案内要素(テスタ側の案内プレート)によって決められている。この案内要素は、コンタクトヘッドの保持装置(スペーサ)に固定されている。そしてこの場合、プローブ接点は、被検体とは反対側にて、接続装置(コネクタ、回路基板)と電気的に接触させることができ、この場合、案内要素は個別セグメントから構成されている。この個別セグメントは、それぞれがプローブ領域の一部を構成し、それぞれ少なくとも1つの固定支承によって、保持装置および/または接続装置と結合されている。

図1は接点装置1を示し、この接点装置はDirect-Attach構造の垂直型プローブカードとして形成されている。コンタクトヘッド2および接続装置3を有する接点装置1の断面が示されている。接続装置3はプリント回路基板4を有する。接続装置3には、さらに、補強部材5を配置することができる。コンタクトヘッド2は多数のプローブ接点6を有する。これらプローブ接点6は、プローブ針7、とくには湾曲性プローブ針8として形成され、そして案内要素9、10の案内孔に縦変位可能に保持されている。案内要素9は、接点装置1のテスタ側に設けられているので、テスタ側の案内要素である。すなわちこの案内要素9は、接続装置3に対して配置されている。案内要素10は、被検体に対して配置されている、すなわち接続装置3と反対側に配置されている。案内要素9と10との間には、保持装置11が設けられている。プローブ接点6は、プローブ領域12を形成する平面上に配置されている。接続装置3に対して配置されたプローブ接点6の末端は、接続装置3の接点領域13、とくにはプリント回路基板4の導体路14の接点領域と接触している。導体路14は接点領域15に接続され、この接点領域15は検査機器(ここには図示しない)に接続することができる。接点領域13は、回路基板4の一方の側に配置され、接点領域15は、回路基板4の他方の側に配置されている。プローブ接点6の接続装置3と反対側にある末端を、ここには図示しない被検体、とくにウェハと接触させることができる。これはとくに次のようにして行う。すなわち、被検体を接点装置1の方向に移動させ、検査機器によって被検体への電流路を作り、被検体の電気的機能が正しいかを検査する。プローブ接点6の中心間距離は50μm〜250μmの範囲にある。すなわちプローブ接点6は互いに近接して位置される。同様なことが、接点領域13についても当てはまる。寸法が非常に小さいので、被検体を検査するとき、プローブ接点6の接続装置3に対して配置された末端を、プローブ接点に対して配置された接点領域13に当接させ、または密着させて、検査電流路が実現されるようにするのは非常に重要である。温度変動によって横方向の位置ずれが生じ、所定のプローブ接点6が対応する接点領域13に接触するのが不可能になる場合がある。その対策を本発明は提供する。これについて下記でさらに詳しく説明する。検査機器を接続装置3の接点領域15に問題なく接続できるよう、この接点領域においては接点領域13におけるよりも、相互の中心間距離は大きくなる。

図2は案内要素9の上面図であるが、この案内要素9は、従来の技術の従来型構造によって一体型に形成されている。この案内要素は、プローブ接点6を収納するため多数の孔16を有する。孔16は列状に配置され、たがいに非常に近接した位置を取る。

図3は、図2と異なるが、案内要素9の孔16の対応する配置を示す。しかしこの場合、案内要素9は、本発明によって多数の個別セグメント17から構成される。すなわち多数部分からなる配置である。図3の実施例では、合計9つの個別セグメント17が設けられている。この場合、1つの円形の内側個別セグメント18が配置され、これが8つの外側個別セグメント19に囲まれている。その結果、外側個別セグメント19は、それぞれがほぼケーキの一切れの形状の輪郭を有するが、この場合、ケーキの一切れの先端が欠如している。そこに内側の個別セグメント18があるからである。その結果、外側個別セグメント19の、内側個別セグメント18に対して配置された側面は、円弧形に形成されている。このようにして全体としては、円形のプローブ領域12が形成される。

保持装置11は、図3では保持リング20として形成されている。この保持リングは内側に向かって、外側個別セグメント19の外側周縁領域とオーバラップする。このようにして形成れたオーバラップゾーン21には、それぞれ固定支承22が1つずつあって、この固定支承はそれぞれが、付随する外側個別セグメント19と保持装置11とを、遊びがなくかつ動かない状態で結合する。それぞれの遊びがない固定部は、ピン止めによって実現される。外側個別セグメント19はいずれも、固定支承22を1つだけ有する。

保持装置11は1つの保持ブリッジ23を有し、この保持ブリッジは保持リング20に固定され、保持リング直径24'に沿って延びる。内側個別セグメント18も同様に固定支承22を有し、この固定支承は、円形のプローブ領域12のほぼ中心に位置し、やはり遊びのない固定部であるが、保持リング23の上に存在する。すなわちこの内側個別セグメント18は、固定支承22を介して、保持ブリッジ23と遊びなしに結合されている。この遊びがないということは、すべての固定支承22について、プローブ領域12の内部におけるいずれの方向についても当てはまる。

個別セグメント17のいずれも、固定支承22のほかに可動支承24を有する。図3では内側個別セグメント18において、個別セグメント18の固定支承22に対し間隔を取って位置する可動支承24が、保持ブリッジ23への結合部、すなわちやはりピン止めとして形成された結合部によって形成されている。しかしこの場合、ブリッジ23に固定されたピンが、内側セグメント18の長い孔に差し込まれているので、1次元的な案内が行われる。この長い孔は、個別セグメント18における固定支承22と可動支承24とを結ぶ仮想上の接続線の方向に延びる。外側個別セグメント19も可動支承24を1つずつ有する。しかし図3および図4にこの可動支承24は図示されていない。図5によって、外側セグメント19の可動支承24の詳細を説明する。

図5は図3または図4の配置の一部分を示すが、この図に記載するように、いずれの外側個別セグメント19も、固定支承22とすでに言及した可動支承24とを有する。可動支承24は次のように形成されている。すなわち、各外側個別セグメント19の側面のうち、内側個別セグメント18に対して配置された側面25に1つの切り欠き26を形成し、この切り欠きに内側個別セグメント18の突起27が噛み込むものとする。この噛み込みは、1次元的案内を形成するように行われる。この1次元的案内は、当該外側個別セグメント19の固定支承22と可動支承24とを結ぶ仮想上の接続線28に沿って行われる。これを横切る方向には、当該外側個別セグメント19と内側個別セグメント18とには遊びのない結合が存在する。すなわち突起27は、側面方向に向かっては、対応する切り欠き26の中で遊びを持たない。全体としてこのような方法で、いずれの外側個別セグメント19も、突起/切り欠き結合29を介して、内側個別セグメント18と結合される。この場合、突起/切り欠き結合29は、いずれも突起27と切り欠き26によって形成される。この配置を行うに当たってはいつも、いずれの外側個別セグメント19もその固定支承22と可動支承24とが、たがいに間隔を取って位置し、その際、それぞれ形成される仮想上の接続線28が、プローブ領域12の中心点と交差し、あるいはプローブ領域12の中心点近くを通るようにする。

図4を図3と比較すると、隣接する外側個別セグメント19の間の間隔がさまざまに異なっており、そして外側個別セグメント19から内側個別セグメント18への間隔もさまざまに異なっていることがわかる。この変位は、温度の影響がさまざまに異なることから生じる。すなわち、図3の配置は「常温」時のものであるが、図4の配置は加熱状態のものである。この点については、被検体を検査するときに著しい温度の影響が生じ、その際、接点装置1の材料が異なっていると、到達する温度も異なることが認められる。この検査は、広い温度範囲、たとえば-40℃〜+150℃(接触される被検体、とくにウェハの温度)で、また個々のケースではそれ以上またはそれ以下の温度でも行われる。この場合接点装置1の一部は被検体の温度を吸収し、接点装置1の内部では温度勾配が、とくに被検体から検査機器(テスタ)への方向に形成される。通常は、接点装置1のテスタ側が曝される温度は、常温だけである。

本発明によると、接続装置3に対して設けられた案内要素9が、分割されるため、比較的小面積の単位が生まれる。その結果、温度変動によって生じる長さの変化、たとえば外側個別セグメント19の長さの変化は、それほど目立たなくなる。したがって割り当てられたプローブ接点6が、もはや接続装置3の接点領域13に接触しないということは起こらない。従来の技術(図2)の案内要素9の場合、はるかに大きな位置ずれが生じる。なぜならば、偏差がプローブ領域12の直径全体にわたって、すなわち大面積の領域全体にわたって、はるかに多く合計されるからである。しかし本発明の場合(図3)、固定支承22それぞれによって、各個別セグメント17が、固定支承23の箇所で剛性をもって保持され、各可動支承24で決められた1次元方向に、変位できるようになる。この場合、変位の大きさは比較的小さい。なぜならば、個別セグメント17の個別面積が、必要なだけ小さく形成されているからである。

そのほかすでに述べたように、接点装置1の部品は、さまざまに異なる温度膨張係数を有するさまざまに異なる材料からなる。この材料または部品は、テストの際にさまざまに異なる温度になるため、すでに上記で説明したように、個々の部品相互間に変位が生じる。温度が異なるときは、案内要素9および接続装置3の中心が正確に上下に重なる場合でも、すなわち、プローブ接点6の中央領域が、対応する接続装置3の接点領域13と正確に対応する場合でも、相応の偏差がプローブ領域12の周縁に生じる。その結果として、従来の技術による公知の実施形態の場合(図2)、周縁にあるプローブ針7は、対応する接点領域13に命中しなくなる。しかし図3の本発明の場合、個別セグメント構造が実現されているので、そのような長さの大きな差は発生せず、したがって確実な接触が行われる。これは、検査像(プローブ領域12)が非常に大きい場合でも、たとえば直径が100mm〜320mmの場合でも、事情は同じである。

好ましくは、案内要素9が接続装置3と異なる温度膨張係数を有するように、配置を行うものとする。それに加えて、あるいはそれに代わって、好ましくは、保持装置11が案内要素9とは異なる温度膨張係数を有するものとすることができる。好ましくはその際、案内要素9と保持装置11の温度膨張係数の和が、接続装置3の温度膨張係数に相当するか、あるいはほぼ相当するように、配置を行うものとする。これにより上記の部品は、温度が異なっていても相応の長さの変化を経て、その結果、プローブ接点6と接点領域13との接触がつねに得られるようになる。これは、保持装置11の温度膨張係数を選択する際には、ある1つの温度範囲内で、プローブ接点6と接続装置3の接点領域13との間に接触が維持されるような温度膨張係数を、選択することを意味する。

典型的には、接続装置3とくに回路基板4は、非常に大きい温度膨張係数(約12ppm/K〜18ppm/K)を有し、それに対して案内要素9は、約2ppm/K〜12ppm/K、典型的には4ppm/Kというむしろ小さい膨張係数を有するものとする。(K=Kelvin)
したがって本発明は全体として、複数の部分からなっていて保持装置11に保持される案内配置物、すなわち案内要素9を備え、この案内要素は、好ましくは案内プレート30として形成されているものとする。異なる温度で、案内要素9の大きさ/位置を、接続装置3、特に回路基板4の大きさに適合させるため、本発明によるセグメント構造(個別セグメント17)を選択する。その際いずれの個別セグメント17もそれ自体、選択された箇所で、保持装置11と結合、とくにはピン止めされている。これにより、個別セグメント17相互の位置が、保持装置11の温度膨張係数と絶対温度とによって決められることになる。この場合保持装置11の材料を選択するに当たっては、(システム全体を温度調整した後)接触相手が指定された温度にあるとき、当該材料の温度膨張係数が、位置誤差を最小化するに最適の値を有するような材料を選択する。そのためには適切な材料、とくにニッケルを含む熱膨張制御合金を利用することができる。

個別セグメント17を位置決めするには、次のことを行う:2本のセンタリングピンを介して、中央の要素(内側個別セグメント18)を、保持装置11のフレームワークである保持ブリッジ23に直接固定する。その際2本のピンの一方は、適合された円形の孔と協働することにより、固定支承として働く。他方は、長い孔と協働することにより、可動支承として働く。固定支承22として働くピンはこの場合、好ましくはプローブ領域12の中心近くに配置されるものとする。そのほかのセグメント、すなわち外側個別セグメント19に対しても、1つずつ固定/可動支承配置を行う。この場合各固定支承22は、保持装置11におけるセンタリングピンと、各個別セグメント19における円形の孔とによって形成される。そして可動支承24は、中央の内側個別セグメント18への1次元的案内部によって形成される。個別セグメント19の各固定支承22と各可動支承24を結ぶ仮想上の線28は、内側個別セグメント18の中央に配置された固定支承22を通って、あるいはほぼ当該固定支承を通って位置しなければならない。可動支承24によって形成される1次元的案内部のスライド面は、この場合、それぞれ上記の線28に平行、あるいはほぼ平行に位置しなければならない。

図示の実施例では、9つの個別セグメント17を有する円形配置が示されている。しかし同じ原理を、そのほかの-たとえば四角形の-プレート形態やセグメント形態に転用することができる。案内要素9を分割するときは、少なくとも2つのセグメントにしなければならない。セグメントの最大個数は、幾何学的および経済的考慮から決まる。1つの幾何学的考慮によれば、案内要素および固定要素が、個別セグメント17それぞれに配置される。経済的考慮の点では、設計から生じる経費として、依然として許容しなければならないものを考慮しなければならない。原則的には、個別セグメント17はできるだけ多数設けるのが、接触に良好な位置決めを得るのに最適である。

本発明はセグメント化された案内要素9を使用するので、プローブ接点6を収める個々の微細孔は、接続装置3の接点領域13に対するアライメントが改善されている。接続装置3とくに回路基板4と案内要素9とは、温度膨張係数を異にする材料からできているので、さらなる改善が可能である。接点領域13に対するプローブ接点6のアライメントのクォーリティは、接点装置1における温度勾配の変化、とくに被検体(とくにウェハ)からテスタ方向の温度勾配の変化によって、調節することができる。保持装置11および案内要素9の材料が指定されているとき、そのほかの調節手段を得るためには、保持装置11と案内要素9とくに案内プレート30との間に、スペーサプレートまたは少なくとも1つのスペーサ要素を組み込むことができる。これらスペーサは、熱絶縁作用がある材料製、たとえばプラスチック製とする。これにより、案内要素9と接続装置3との間の温度差や、室温との差が小さくなる。逆のケースとして、より大きな温度差が望まれるときは、この絶縁層を単純に除去することができる。

上記の解決法に代えて、またはそれに加えて、案内要素9の個別セグメント17は、それぞれ固定支承22を介して、接続装置3と直接結合することもできる。このため固定支承として、好ましくはセンタリングピンを用いる。このセンタリングピンは、接続装置3の回路基板4に直接ピン止めされる。各要素の可動支承24は、前記の実施形態で実現するか、および/またはもう1本のセンタリングピンまたは同様なものによって実現するか、いずれかを選択することができる。後者に挙げたセンタリングピンは、接続装置3とくに回路基板4につながるもので、長い孔に噛み込む。また別な方法としては、各可動支承24のためのセンタリングピンを、保持装置11(スペーサ)と結合することもできる。

本発明によれば、案内要素9とくに案内プレート30は、複数部分からなる仕様であり、個々の部分(セグメント)の位置は、保持装置11によって決定される。個々の部分(個別セグメント17)の案内は、固定支承と可動支承を介して行われる。この場合、固定支承は保持装置11と結合され、可動支承は、平行案内を介して、中央の要素すなわち内側個別セグメント18との結合を生じる。それぞれ割り当てられた固定支承22と可動支承24を通る接続線28は、中央の要素すなわち内側個別セグメント18の固定支承22と交差する。少なくとも2つまたは3つの個別セグメント17が設けられるが、この個数は、これよりはるかに多くすることもできる。実際には50〜100個の範囲が限度である。保持装置11と回路基板4とは、たがいにセンタリングしてアライメントすることができる。案内要素9は、好ましくは保持装置11に対して熱絶縁されているものとする。案内要素9は、たとえばセラミックス製とする。本発明のここには図示しない1つの変形は、中央の要素なしで、すなわち内側個別セグメント18なしで済ませる。その場合、固定支承22と可動支承24は、アライメント要素とくにセンタリングピンとして、スペーサすなわち保持装置11に設けられる。この場合、少なくとも2つの個別セグメント17が存在する。そうすると個別セグメント17は、ケーキの一切れ状に円形に配置することができる。このケーキの一切れ状のものはそれぞれとがった先端を有する(図3の実施例の変形)。

図3および図4の実施形態の変形として、内側個別セグメント18を位置決めしながら固定支承22と可動支承24を形成するセンタリングピンが、この内側個別セグメントを保持ブリッジ23と結合するだけでなく、次のような長さを有する仕様とすることができる。すなわち、センタリングピンが、内側個別セグメント18を案内要素10にもピン止めするような長さである。そのための変形として、可動支承24のセンタリングピンを、保持ブリッジ23と異なる箇所にも位置決めすることができる。この場合重要なのは、この措置によれば、内側個別セグメント18の中心が、案内要素10の中心上に正確に位置するようになり、そして内側個別セグメント18は、内側案内要素10に対してねじれ・位置決め誤差を生じないという考えである。保持ブリッジ23は、とくには単数または複数のセンタリングピンを垂直に維持するという機能だけを有するものとする。これにより、固定支承22および/または可動支承24は、内側個別セグメント18を、被検体側の案内要素10とアライメントしながら結合する。この場合、固定支承22および/または可動支承24を、保持装置11とくに保持ブリッジ23と結合することができる。

図面は、実施例を用いて本発明を説明するものである。
接点装置の模式的な断面図である。 従来の技術により公知である接点装置の案内要素の上面図である。 保持装置(スペーサ)を有する本発明による案内要素が加熱されない状態にあるときの上面図である。 図3と同じものの図であるが、加熱された状態を示す。 図4の一部領域の部分図である。

符号の説明

1…接点装置。 2…コンタクトヘッド、 3…接続装置、 4…回路基板、 5…補強部材、 6…プローブ接点、 7…プローブ針、 8…湾曲型プローブ針、 9…案内要素、 10…案内要素、 11…保持装置、 12…プローブ領域、 13…接点領域、 14…導体路、 15…接点領域(検査機器につながる)、 16…孔、 17…個別セグメント、 18…内側個別セグメント、 19…外側個別セグメント、 20…保持リング、 21…オーバラップゾーン、 22…固定支承、 23…保持ブリッジ、 24…可動支承、 24'…保持リング直径、 25…側面、 26…切り欠き、 27…突起、 28…接続線、 29…突起/切り欠き結合、 30…案内プレート

Claims (25)

1. コンタクトヘッド(Kontakt-Head)と接続装置(コネクタ)とを有し、電気的被検体とくにウェハを接触させるための接点装置において、
   前記コンタクトヘッド(2)は、前記被検体と電気的に接触可能なプローブ接点(6)を有し、前記コンタクトヘッドに属する少なくとも1つの案内要素(テスタ側の案内プレート)によって、前記案内要素のプローブ領域(12)に配置された前記プローブ接点の位置が決められ、前記案内要素は前記コンタクトヘッドの保持装置(スペーサ)に固定されており、前記プローブ接点は、前記被検体とは反対側にて、前記接続装置(コネクタ、回路基板)の接点領域と、電気的に接触することが可能であり、
   前記案内要素(9)は、複数の個別セグメント(17)から構成され、前記個別セグメントの各々は、前記プローブ領域(12)の一部を構成し、前記個別セグメントの各々は、固定支承(22)によって、前記保持装置(11)および/または前記接続装置(3)と結合されていることを特徴とする接点装置。
2. 前記保持装置(11)は保持リング(20)を有し、前記プローブ領域(12)は前記保持リング内に配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の接点装置。
3. 前記個別セグメント(17)の少なくとも1つは、前記固定支承(22)によって、前記保持リング(20)に結合されていることを特徴とする請求項1または2に記載の接点装置。
4. 前記保持リング(20)は、円形、または四角形、とくには正方形の輪郭を有することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の接点装置。
5. 前記保持リング(20)は、全円リングまたは部分リングであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の接点装置。
6. 前記個別セグメント(17)は、前記保持リング(20)に結合された少なくとも1つの外側個別セグメント(19)と、前記保持リング(20)内に配置され且つ前記保持リング(20)に結合されていない、又は、直接には結合されていない少なくとも1つの内側個別セグメント(18)を備えることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の接点装置。
7. 前記保持装置(11)は、保持ブリッジ(23)を有し、前記少なくとも1つの内側個別セグメント(18)は前記固定支承(22)によって前記保持ブリッジに固定されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の接点装置。
8. 前記保持ブリッジ(23)は、前記保持リング(20)に固定されていることを特徴とする、請求項1から7のいずれかに記載の接点装置。
9. 前記保持ブリッジ(23)は、前記が保持リングの直径(24')に沿って延びていることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の接点装置。
10. 前記個別セグメント(17)の各々に、可動支承(24)が少なくとも1つずつ割り当てられていることを特徴とする、請求項1から9のいずれかに記載の接点装置。
11. 前記可動支承(24)は、一方では、前記少なくとも1つの個別セグメント(17)と前記保持装置(11)および/または前記接続装置(3)の間に、および/または他方では、前記少なくとも1つの個別セグメント(17)と前記少なくとももう1つの個別セグメントとの間に、形成されていることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の接点装置。
12. 前記固定支承(22)は、前記プローブ領域(12)にて、遊びのない固定部、とくにピン止めとして形成されていることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の接点装置。
13. 前記可動支承(24)は、前記プローブ領域(12)にて、1方向だけに遊びを有する固定部、とくにピン止めとして形成されていることを特徴とする請求項1から12のいずれかに記載の接点装置。
14. 前記外側個別セグメント(19)の各々の固定支承(22)と可動支承(24)の間の仮想上の接続線(28)、又は、該仮想上の接続線(28)の延長は、前記プローブ領域(12)の中心点を通り、又は、略中心点を通り、前記可動支承(24)の遊びは、前記接続線(28)の方向だけに存在することを特徴とする請求項1から13のいずれかに記載の接点装置。
15. 前記少なくとも1つの内側個別セグメント(18)の前記固定支承(22)は、前記プローブ領域(12)の中心点に、又は、略中心点に配置されていることを特徴とする請求項1から14のいずれかに記載の接点装置。
16. 前記可動支承(24)を形成する固定部は、前記プローブ領域にて1方向にだけ遊びを有するように配置され、一方と他方の前記個別セグメント(17)の間にて突起/切り欠き結合部(29)として形成され、特に、前記案内要素(9)の領域の前記結合部として形成されていることを特徴とする請求項1から15のいずれかに記載の接点装置。
17. 前記案内要素(9)は、前記接続装置(3)と異なる温度膨張係数を有することを特徴とする請求項1から16のいずれかに記載の接点装置。
18. 前記保持装置(11)は、前記案内要素(9)と異なる温度膨張係数を有することを特徴とする請求項1から17のいずれかに記載の接点装置。
19. 案内要素(9)と保持装置(11)の温度膨張係数の和は、前記接続装置(3)の前記温度膨張係数に一致し、又は、略一致することを特徴とする請求項1から18のいずれかに記載の接点装置。
20. 前記保持装置(11)の前記温度膨張係数は、1つの温度範囲内にて、前記プローブ接点(6)と、前記接続装置(3)の前記接点領域(13)との間の接触が可能であるように選択されることを特徴とする請求項1から19のいずれかに記載の接点装置。
21. 前記接続装置(3)は、プリント回路基板(4)として形成されていることを特徴とする請求項1から20のいずれかに記載の接点装置。
22. 前記接点領域(13)は、前記プリント回路基板(4)の導体路面によって形成されていることを特徴とする請求項1から21のいずれかに記載の接点装置。
23. 前記プローブ接点(6)は、プローブ針(7)、とくに湾曲型プローブ針(8)として形成されていることを特徴とする請求項1から22のいずれかに記載の接点装置。
24. 前記案内要素(9)は、案内プレート(30)として形成されていることを特徴とする請求項1から23のいずれかに記載の接点装置。
25. コンタクトヘッド(Kontakt-Head)と接続装置(コネクタ)とを用いて、電気的被検体とくにウェハを接触させる方法において、
    前記コンタクトヘッド(2)は、前記被検体と電気的に接触可能なプローブ接点(6)を有し、前記コンタクトヘッドに属する少なくとも1つの案内要素(テスタ側の案内プレート)によって、前記案内要素のプローブ領域(12)に配置された前記プローブ接点の位置が決められ、前記案内要素は前記コンタクトヘッドの保持装置(スペーサ)に固定されており、前記プローブ接点は、前記被検体とは反対側にて、前記接続装置(コネクタ、回路基板)の接点領域と、電気的に接触することが可能であり、
    前記案内要素(9)は、複数の個別セグメント(17)から構成され、前記個別セグメントの各々は、前記プローブ領域(12)の一部を構成し、前記個別セグメントの各々は、固定支承(22)によって、前記保持装置(11)および/または前記接続装置(3)と結合されていることを特徴とする方法。

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