JP2018028494A - 電気的接続装置及びプローブ支持体 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブとプローブ基板との接続不具合を防止することが可能な電気的接続装置及びプローブ支持体を提供する。【解決手段】プローブ基板１６と、先端部２０ａが被検査体に当接し基端部２０ｂが前記プローブ基板に当接する、線状の本体部２１を有するプローブ２０と、前記プローブ基板１６の被検査体側に配置され、先端部２０ａと基端部２０ｂとの間においてプローブを挿通するガイド穴３０ａを有する板状のガイド部３０と、を備える電気的接続装置１であって、ガイド穴３０ａに挿通される本体部２１をガイド部３０に係止する係止部４０を備え、係止部４０は、ガイド穴３０ａの直径よりも幅広な幅広部分を有する弾性部材からなる。【選択図】図２

Description

本発明は、被検査体の電気的検査などに用いられる電気的接続装置及びプローブ支持体に関する。

半導体ウエハに作り込まれた多数の集積回路は、一般的に、該ウエハから切断、分離される前に、仕様書通りの性能を有するか否かの電気的検査を受ける。この種の検査に用いられる電気的接続装置として、複数のプローブを備えるプローブカードがある（例えば、特許文献１参照）。

プローブカードでは、各プローブが、板状のガイド部に形成される各ガイド穴に挿通される。これにより各プローブが、板状のガイド部の厚み方向の上方に位置するプローブ基板から、厚み方向の下方に位置する被検査体に向けて案内される。

また、プローブカードでは、板状のガイド部が、所定の圧接部材によりプローブ基板側に押し当てられている。そして、板状のガイド部から上方に延出するプローブの基端部は、プローブ基板の接続パッドに所定荷重（所謂、プリロード）で圧接した圧接状態を保持している。これにより、プローブとプローブ基板とが電気的に接続されている。

ここで、プローブは、線状の金属部材からなる本体部を備えており、この本体部に、本体部の一部をガイド穴の径よりも幅広に形成した係止部が配置されている。（例えば、特許文献２参照）。

この係止部は、プローブを板状のガイド部に係止するストッパーとして機能しており、係止部によってプローブをガイド部に係止した状態で、プローブの基端部をプローブ基板に圧接することにより上述した圧接状態が保持される。

実開平７−２９８３８号公報 特開２００３−１８５６７７号公報

ところで、上述した係止部を形成する方法としては、プローブの本体部を構成する金属部材を溶解させて太くする手法や、プローブの本体部をつぶして太くするなどの手法が採用されている。

しかしながら、プローブに設けられる係止部は、超微細なものであるため、複数のプローブに設けられるそれぞれの係止部を同一サイズに形成することが難しく、板状のガイド部の厚み方向において、係止部の長さにバラツキが発生する。また、このバラツキに伴って、複数のプローブでは、ガイド部からプローブの基端部までの延出長にもバラツキが発生していた。

延出長にバラツキのある複数のプローブを用いて、各プローブの基端部をプローブ基板の接続パッドに圧接すると、延出長の長いプローブには、荷重が集中するため、プローブの基端部がプローブ基板に強く圧接される。また、係止部の材質は、プローブの本体部と同じ金属部材からなる硬質であるため、強く圧接されるとプローブ基板の接続パッドにゆがみや割れが発生し、プローブとプローブ基板との接続不具合を招くおそれがある。

一方、延出長の短いプローブは、延出長の長い他のプローブによってガイド部とプローブ基板との間隔が制限されるため、十分な圧接状態を確保できずに、プローブとプローブ基板との間で、電気的な接続不具合を引き起こすおそれがある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、プローブとプローブ基板との接続不具合を防止することが可能な電気的接続装置及びプローブ支持体を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る電気的接続装置の第１の特徴は、プローブ基板と、先端部が被検査体に当接し基端部が前記プローブ基板に当接する、線状の本体部を有するプローブと、前記プローブ基板の前記被検査体側に配置され、前記先端部と前記基端部との間において前記プローブを挿通するガイド穴を有する板状のガイド部と、を備える電気的接続装置であって、前記ガイド穴に挿通される前記本体部を前記ガイド部に係止する係止部を備え、前記係止部は、前記ガイド穴の直径よりも幅広な幅広部分を有する弾性部材からなることにある。

本発明に係る電気的接続装置の第２の特徴は、上記特徴に係り、前記係止部は、前記ガイド穴側の端部の幅が前記ガイド穴の直径よりも小さく、前記プローブ基板側の端部の幅が前記ガイド穴の直径よりも大きい形状であることにある。

本発明に係るプローブ支持体の第１の特徴は、先端部が被検査体に当接し基端部がプローブ基板に当接する、線状の本体部を有するプローブと、前記プローブ基板の前記被検査体側に配置され、前記先端部と前記基端部との間において前記プローブを挿通するガイド穴を有する板状のガイド部と、を備えるプローブ支持体であって、前記ガイド穴に挿通される前記本体部を前記ガイド部に係止する係止部を備え、前記係止部は、前記ガイド穴の直径よりも幅広な幅広部分を有する弾性部材からなることにある。

本発明に係る電気的接続装置によれば、プローブとプローブ基板との接続不具合を防止することが可能な電気的接続装置及びプローブ支持体を提供することができる。

本発明の実施形態１である電気的接続装置を示す概略側面図である。 本発明の実施形態１である電気的接続装置の一部を概略的に示す一部拡大断面図である。 本発明の実施形態１であるプローブの一部を概略的に示す一部拡大断面図である。 本発明の実施形態１であるプローブの一部を概略的に示す一部拡大斜視図である。 （ａ）本発明の実施形態１であるプローブ及び係止部の製造方法の準備工程を概略的に示す説明図である。（ｂ）本発明の実施形態１であるプローブ及び係止部の製造方法の挿入工程を概略的に示す説明図である。（ｃ）本発明の実施形態１であるプローブ及び係止部の製造方法の充填工程を概略的に示す説明図である。（ｄ）本発明の実施形態１であるプローブ及び係止部の製造方法の成形工程を概略的に示す説明図である。 従来技術である電気的接続装置の一部を概略的に示す一部拡大断面図である。 （ａ）本発明の実施形態１である電気的接続装置の一部を概略的に示す一部拡大断面図である。（ｂ）本発明の実施形態１である電気的接続装置の一部を概略的に示す一部拡大断面図である。 本発明の実施形態１の変形例であるプローブ及び係止部の一部を概略的に示す一部拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る電気的接続装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。また、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置等を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る電気的接続装置１の概略構成を示す側面図である。

図１に示すように、本発明の実施形態１に係る電気的接続装置１は、垂直動作式プローブカードと称され、昇降可能なチャック１２の上方でフレーム（不図示）に保持される。チャック１２上には、被検査体の一例として半導体ウエハ１４が保持されている。半導体ウエハ１４には多数の集積回路が組み込まれている。

半導体ウエハ１４は、集積回路の電的検査のために、該集積回路の多数の電極パッド１４ａを上方に向けて、チャック１２上に配置されている。

電気的接続装置１は、プローブ基板１６と、プローブ支持体１８とを備える。

プローブ基板１６は、例えば円形のリジッド配線基板からなる。プローブ基板１６の下端部は、プローブ２０の基端部２０ｂ（上端部）に接続される。

プローブ基板１６の一方の面（図１に示す上面）の周縁部には、図示しないテスタへの接続端となる多数のテスタランド１６ｂが設けられている。各テスタランド１６ｂは、プローブ基板１６に設けられた配線１６ａに接続されている。

また、プローブ基板１６の一方の面（図１に示す上面）には、プローブ基板１６を補強する例えば金属製の補強板２６が設けられている。該補強板は、プローブ基板１６のテスタランド１６ｂが設けられた周縁分を除く中央部に配置されている。また、プローブ基板１６の他方の面（図１に示す下面）には、プローブ支持体１８が配置されている。

プローブ支持体１８は、プローブ基板１６に保持されている。プローブ支持体１８は、複数のプローブ２０を有する。プローブ支持体１８は、プローブ２０の先端部２０ａ（下端部）が半導体ウエハ１４に押圧されたときに、プローブ２０の相互間の干渉を防止する。

プローブ２０は、プローブ２０の先端部２０ａが半導体ウエハ１４に当接し、プローブ２０の基端部２０ｂがプローブ基板１６に当接する。

プローブ２０の先端部２０ａは、プローブ支持体１８によって案内されながら、対向する、半導体ウエハ１４上の電極パッド１４ａに接続する。

プローブ２０の基端部２０ｂは、プローブ基板１６に対応して設けられている接続パッド１６ｃ（後述の図２参照）に圧接された圧接状態で当接されている。

プローブ２０の基端部２０ｂは、プローブ支持体１８によって案内されながら、接続パッド１６ｃ（図２参照）に接続される。これにより、プローブ２０は、接続パッド１６ｃと配線１６ａを経て対応するテスタランド１６ｂに電気的に接続される。

次に、図２〜４を参照して、プローブ支持体１８とプローブ２０との構成について詳細に説明する。図２は、本発明の実施形態１である電気的接続装置１の一部を拡大した一部拡大断面図である。図３は、本発明の実施形態１であるプローブ２０の一部を拡大した一部拡大断面図である。図４は、本発明の実施形態１であるプローブ２０の一部を拡大した一部拡大斜視図である。

なお、説明のため、図面において、上下方向を厚み方向Ｙとして規定し、左右方向を厚み方向Ｙに直交する直交方向Ｘとして規定する。

図２に示すように、プローブ支持体１８は、板状のガイド部３０と、プローブ２０と、係止部４０とを備える。なお、プローブ支持体１８は、ガイド部３０の厚み方向Ｙの下方において、ガイド部３０と平行に配置される他のガイド部も備えているが、ここでは説明を省略する。

ガイド部３０は、例えばセラミック板あるいはポリイミド合成樹脂板で形成される。ガイド部３０は、スペーサ部材３４に支持されながら、プローブ基板１６に所定間隔を設けて配置される。

ガイド部３０は、プローブ基板１６の半導体ウエハ１４側において、プローブ基板１６と平行に配置される。ガイド部３０は、プローブ２０の先端部２０ａとプローブ２０の基端部２０ｂとの間においてプローブ２０を挿通するガイド穴３０ａを有する。

ガイド部３０に形成されるガイド穴３０ａは、厚み方向Ｙに貫通しており、各プローブ２０の基端部２０ｂをプローブ基板１６の配線１６ａに対応して配置される接続パッド１６ｃに案内する。

ガイド穴３０ａによって接続パッド１６ｃに案内されるプローブ２０の基端部２０ｂは、例えば、はんだを用いて接続パッド１６ｃに固着されてもよい。

図２に示すように、プローブ２０は、湾曲部２０ｚを有する。湾曲部２０ｚは、各プローブ２０において同一の形状かつ同一姿勢の弾性変形となるように形成されている。

例えば、半導体ウエハ１４の電気的検査では、チャック１２の上昇によって、電極パッド１４ａが対応するプローブ２０の先端部２０ａを厚み方向Ｙの上方に押し上げる。そして、この押し上げによってプローブ２０の先端部２０ａは、ガイド部３０のガイド穴３０ａによって案内されながら、厚み方向Ｙへ直線的に移動動作する。

また、プローブ２０の基端部２０ｂは、プローブ基板１６により移動を阻止されていることから、プローブ２０の先端部２０ａの押し上げによって、プローブ２０の湾曲部２０ｚは、直交方向Ｘの一方向に弓状に大きく弾性変形する。

各プローブ２０の先端部２０ａは、プローブ２０の弾性による適正なしなやかさによって、対応する電極パッド１４ａに押圧されるため、電極パッド１４ａに確実に接続される。これにより、各電極パッド１４ａは、プローブ基板１６の対応するテスタランド１６ｂを経てテスタ（不図示）に電気的に接続され、半導体ウエハ１４の電気的検査が行われる。

また、図３に示すように、プローブ２０は、本体部２１を備える。本体部２１は、線状の金属部材からなる。金属部材は、例えば、タングステンであってもよい。

本体部２１は、ガイド部３０のガイド穴３０ａに挿通される。本体部２１の厚み方向Ｙの上方の端部は、プローブ２０の基端部２０ｂであり、下方の端部は、プローブ２０の先端部２０ａである。

係止部４０は、プローブ２０の本体部２１に固着されている。また、係止部４０は、ガイド穴３０ａに挿通されるプローブ２０の本体部２１をガイド部３０に係止する。係止部４０は、ガイド穴３０ａの直径Ｗ１よりも幅広な幅広部分を有しており、この幅広部分により、本体部２１のガイド穴３０ａへの引き込みを防止するストッパーとして機能する。

係止部４０の直交方向Ｘにおける幅Ｗ２は、ガイド部３０のガイド穴３０ａの直交方向Ｘにおける直径Ｗ１よりも大きい。また、図４に示すように、係止部４０は、円柱状に形成されており、厚み方向Ｙの全体にわたり幅Ｗ２の幅広部分を有している。

また、係止部４０は、弾性部材からなる。弾性部材は、例えば、ゴム部材である。係止部４０は、弾性部材からなるため、基端部２０ｂがプローブ基板１６によって、厚み方向Ｙの下方に向けて圧縮されると、厚み方向Ｙに圧縮変形する。なお、弾性部材は、弾性を有し圧縮変形可能な部材であれば、ゴム部材に限らず他の部材を適用してもよい。

＜プローブ及び係止部の製造方法＞
次に、本発明の実施形態１であるプローブ２０及び係止部４０の製造方法について説明する。当該製造方法は、準備工程と、挿入工程と、充填工程と、成形工程とを含む。図５（ａ）〜（ｄ）は、プローブ２０及び係止部４０の製造方法を説明するための概念図である。

まず、準備工程において、図５（ａ）に示すように、型枠２００を準備する。型枠２００は、プローブ２０の本体部２１を配置するための穴２１０と、穴２１０に連結し、係止部４０を形成するための形成室２２０とを備える。なお、穴２１０と形成室２２０との内面には、完成したプローブ２０の取り外しを容易にするため、離形材が形成されていることが好ましい。

次に、挿入工程において、図５（ｂ）に示すように、本体部２１を型枠２００の穴２１０に挿入する。

次に、充填工程において、図５（ｃ）に示すように、形成室２２０に液状の弾性部材４０ｗを充填する。例えば、液状のゴム部材を充填する。充填後、弾性部材４０ｗが十分に硬化するまで待機する。

そして、成形工程において、図５（ｄ）に示すように、硬化した弾性部材の一部を除去することで長さを調整した係止部４０を成形する。なお、弾性部材の一部を除去する方法としては、レーザを照射することにより弾性部材を燃焼させてもよいし、薬液を用いて弾性部材を溶解させてもよい。

＜本発明の実施形態１の効果＞
次に、本発明の実施形態１である電気的接続装置１の効果について説明する。

ここで、図６は、従来技術に係る電気的接続装置の一部を概略的に示す一部拡大断面図である。従来技術では、プローブ１２０の係止部１４０は、本体部１２１の一部を溶解させて太くする手法や、本体部１２１の一部をつぶして太くするなどの手法が採用されていた。

このため、厚み方向Ｙ（圧接方向）における係止部１４０の長さに起因して、ガイド部３０からプローブ１２０の基端部１２０ｂまでの延出長さにバラツキが発生していた。

例えば、図６に示すように、複数のプローブ１２０には、延出長Ｌ１となるプローブ１２０（以下、右側プローブ１２０）と、延出長Ｌ１よりも長い延出長Ｌ２となるプローブ１２０（以下、プローブ左側１２０）とが含まれていた。

よって、図６の矢印５０ａに示すように、ガイド部３０をプローブ基板１６に押し当てて、右側及び左側プローブ１２０の基端部１２０ｂをプローブ基板１６の接続パッド１６ｃに圧接させた場合、左側プローブ１２０の基端部１２０ｂは、荷重が集中するため、強く圧接される。このため、プローブ基板１６の接続パッド１６ｃにゆがみや割れが発生し、左側プローブ１２０とプローブ基板１６との接続不具合を招くおそれがあった。

さらに、延出長Ｌ２よりも短い延出長Ｌ１の右側プローブ１２０では、延出長Ｌ２のプローブによってガイド部３０とプローブ基板１６との間隔が制限されるため、十分な圧接状態を確保できずに、右側プローブ１２０とプローブ基板１６との接続不具合を引き起こすおそれがあった。

一方、図７（ａ）〜（ｂ）は、本発明の実施形態１である電気的接続装置１の一部を概略的に示す一部拡大断面図である。本発明の実施形態１である電気的接続装置１では、プローブ２０の本体部２１に固着された係止部４０が弾性部材からなる。

このため、図７（ａ）に示すように、複数のプローブ２０において、延出長Ｌ１となるプローブ２０（以下、右側プローブ２０）と、延出長Ｌ２となるプローブ２０（以下、左側プローブ２０）とが含まれている場合に、図７（ａ）の矢印５０ａに示すように、ガイド部３０をプローブ基板１６に押し当てると、延出長Ｌ２のプローブ２０の本体部２１に固着された長さＨａの係止部４０が、厚み方向Ｙに圧縮変形する。

そして、図７（ｂ）に示すように、係止部４０の長さＨａは、長さＨｂに縮小し、延出長Ｌ２の係止部４０を有する左側プローブ２０の基端部２０ｂが、厚み方向Ｙの下方に押し込まれる。これにより、各プローブ２０のガイド部３０からプローブ２０の基端部２０ｂまでの延出長が、延出長Ｌ１で均一化されやすい。

このように、本発明の実施形態１である電気的接続装置１では、各プローブ２０の基端部２０ｂをプローブ基板１６の接続パッド１６ｃに良好に圧接した圧接状態を保持できるため、プローブ２０とプローブ基板１６との電気的な接続不具合を防止することができる。

（変形例）
次に、本発明の実施形態１の変形例である電気的接続装置１の構成について説明する。図８は、本発明の実施形態１の変形例である電気的接続装置１の一部を拡大した一部拡大断面図である。

ここで、上述した本発明の実施形態１では、係止部４０が、幅Ｗ２により一定の円柱形状である場合を例に挙げて説明した。

本発明の実施形態１の変形例では、係止部４０は、ガイド穴３０ａ側の端部４０ｂの幅Ｗ３がガイド穴３０ａの直径Ｗ１よりも小さく、プローブ基板１６側の端部４０ａの幅Ｗ２がガイド穴３０ａの直径Ｗ１よりも大きい形状である。すなわち、係止部４０は、先細り形状である。

具体的に、図８に示すように、係止部４０は、厚み方向Ｙに延びる本体部２１を中心軸とした円錐台形状に形成されている。図８に示すように、係止部４０は、直交方向Ｘ及び厚み方向Ｙに沿った断面において、台形状となる。

また、係止部４０の端部４０ｂの幅Ｗ３は、ガイド穴３０ａの直径Ｗ１よりも小さくなるように設定されている。一方で、係止部４０の厚み方向Ｙの上方の端部４０ａの幅Ｗ２は、ガイド穴３０ａの直径Ｗ１よりも大きくなるように設定されている。すなわち、係止部４０は、少なくとも厚み方向Ｙの上方の端部４０ａにおいて、ガイド穴３０ａの直径Ｗ１よりも広い幅広部分を有している。

以上のように、本発明の実施形態１の変形例である電気的接続装置１では、係止部４０は、ガイド穴３０ａ側の端部４０ｂの幅Ｗ３がガイド穴３０ａの直径Ｗ１よりも小さく、プローブ基板１６側の端部４０ａの幅Ｗ２がガイド穴３０ａの直径Ｗ１よりも大きい形状である。

これにより、ガイド部３０をプローブ基板１６に押し当てて、プローブ２０の基端部２０ｂをプローブ基板１６の接続パッド１６ｃに圧接させた場合、係止部４０の端部４０ｂが、ガイド部３０のガイド穴３０ａに嵌入し易くなる。

ここで、プローブ２０の基端部２０ｂをプローブ基板１６の接続パッド１６ｃに圧接させた場合、延出長の長いプローブ２０の基端部２０ｂは、延出長の短いプローブ２０の基端部２０ｂよりも強く圧接されたため、係止部４０は、より圧縮変形しつつ、ガイド穴３０ａに嵌入し易い。このため、延出長の長いプローブ２０の基端部２０ｂは、厚み方向Ｙの下方により深く押し込まれるので、各プローブ２０の延出長さを均一化し易くなる。

したがって、複数のプローブ２０において、各プローブ２０の基端部２０ｂをプローブ基板１６の接続パッド１６ｃに良好に圧接した圧接状態を保持できるため、プローブ２０とプローブ基板１６との電気的な接続不具合をより防止することができる。

また、係止部４０がガイド穴３０ａに嵌入し易いため、係止部４０の形状に多少のバラツキがあっても、各プローブ２０の延出長さを均一化できる。よって、係止部４０を取り付けたプローブ２０の製造が容易になり、生産性も向上できる。

なお、図８には、係止部４０は、円錐台形状である場合を挙げて示したが、これに限定されない。係止部４０は、例えば、円錐形状に形成されていてもよい。すなわち、係止部４０は、直交方向Ｘ及び厚み方向Ｙに沿った断面において、三角形状であってもよい。

［本発明のその他の実施形態］

以上、上述の実施形態を用いて本発明について詳細に説明したが、当業者にとっては、本発明が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。

例えば、上述した実施形態では、図４に示すように、係止部４０の形状は、円柱形状である場合を例に挙げて説明したが、多角柱形状であってもよく、例えば、四角柱形状や六角柱形状などでもよい。このように、係止部４０の形状は、ガイド穴３０ａの直径Ｗ１よりも幅広な幅広部分を有していれば、様々な形状を適用できる。

また、上述した実施形態では、電気的接続装置１は、垂直動作式プローブカードである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、様々な種類の針形状を有するプローブカードに適用できる。

また、上述した実施形態では、プローブ２０が湾曲部２０ｚを備える場合を例に挙げて説明したが、プローブ２０は、必ずしも湾曲部２０ｚを備えなくてもよい。

このように、本発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

１ 電気的接続装置
１４ 半導体ウエハ
１４ａ 電極パッド
１６ プローブ基板
１６ａ 配線
１６ｂ テスタランド
１６ｃ 接続パッド
１８ プローブ支持体
２０，１２０ プローブ
２０ａ 先端部
２０ｂ 基端部
２１ 本体部
４０ 係止部
３０ ガイド部
３０ａ ガイド穴

Claims (3)

1. プローブ基板と、
   先端部が被検査体に当接し基端部が前記プローブ基板に当接する、線状の本体部を有するプローブと、
   前記プローブ基板の前記被検査体側に配置され、前記先端部と前記基端部との間において前記プローブを挿通するガイド穴を有する板状のガイド部と、
   を備える電気的接続装置であって、
   前記ガイド穴に挿通される前記本体部を前記ガイド部に係止する係止部を備え、
   前記係止部は、前記ガイド穴の直径よりも幅広な幅広部分を有する弾性部材からなる
   ことを特徴とする電気的接続装置。
2. 前記係止部は、前記ガイド穴側の端部の幅が前記ガイド穴の直径よりも小さく、前記プローブ基板側の端部の幅が前記ガイド穴の直径よりも大きい形状である
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気的接続装置。
3. 先端部が被検査体に当接し基端部がプローブ基板に当接する、線状の本体部を有するプローブと、
   前記プローブ基板の前記被検査体側に配置され、前記先端部と前記基端部との間において前記プローブを挿通するガイド穴を有する板状のガイド部と、
   を備えるプローブ支持体であって、
   前記ガイド穴に挿通される前記本体部を前記ガイド部に係止する係止部を備え、
   前記係止部は、前記ガイド穴の直径よりも幅広な幅広部分を有する弾性部材からなる
   ことを特徴とするプローブ支持体。

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