JP2018179721A - 電気的接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブヘッドに設けたガイド穴でのプローブの摺動に起因するプローブの損傷を抑制できる電気的接続装置を提供する。【解決手段】プローブ１０と、プローブ１０が貫通するトップ部２１、トップ部２１よりも先端部側に配置されてプローブ１０が貫通するボトム部２３、及びトップ部２１とボトム部２３との間に配置されてプローブ１０が貫通する上部ガイド部２４及び下部ガイド部２５を有するプローブヘッド２０とを備え、プローブ１０がトップ部２１とボトム部２３との間で湾曲した状態で保持され、先端部が被検査体２と接触することによりプローブ１０が座屈し、少なくともプローブ１０が座屈した状態におけるプローブ１０のボトム部２３を貫通している部分から下部ガイド部２５を貫通している部分までの連続した部分が、プローブ１０の座屈する部分よりも剛性を高くした高剛性部分１０１である。【選択図】図１

Description

本発明は、被検査体の電気的特性の測定に使用される電気的接続装置に関する。

集積回路などの被検査体の電気的特性をウェハから分離しない状態で測定するために、被検査体に接触させるプローブを有する電気的接続装置が用いられている。電気的接続装置には、プローブを保持するプローブヘッドを、プローブと電気的に接続する電極パッドが配置された電極基板に取り付けた構成などが使用される。

プローブは、例えばプローブヘッドに設けたガイド穴を貫通した状態で保持される。このとき、プローブの軸方向に沿って配置された２つガイド穴の位置をずらして配置することにより、プローブヘッドの内部でプローブが斜めに保持される。この構成により、複数のプローブを被検査体に接触させたときに、これらのプローブが同一方向に座屈し、隣接するプローブが相互に接触することが抑制される（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１５−１１８０６４号公報

しかしながら、被検査体に接触した状態と非接触の状態との間でプローブがガイド穴の内部を摺動することにより、プローブの側面がガイド穴の開口部で擦られる。その結果、プローブが損傷する問題が生じる。

上記問題点に鑑み、本発明は、プローブヘッドに設けたガイド穴でのプローブの摺動に起因するプローブの損傷を抑制できる電気的接続装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、測定時に先端部が被検査体と接触するプローブと、プローブが貫通するトップ部、トップ部よりも先端部側に配置されてプローブが貫通するボトム部、及びトップ部とボトム部との間に配置されてプローブが貫通するガイド部を有するプローブヘッドとを備え、プローブがトップ部とボトム部との間で湾曲した状態で保持され、先端部が被検査体と接触することによりプローブが座屈し、少なくともプローブが座屈した状態におけるプローブのボトム部を貫通している部分からガイド部を貫通している部分までの連続した部分が、プローブの座屈する部分よりも剛性を高くした高剛性部分である電気的接続装置が提供される。

本発明によれば、プローブヘッドに設けたガイド穴でのプローブの摺動に起因するプローブの損傷を抑制できる電気的接続装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る電気的接続装置の構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る電気的接続装置のプローブヘッドの構成を示す模式図であり、図２（ａ）は非接触状態を示し、図２（ｂ）は接触状態を示す。 比較例の電気的接続装置のプローブヘッドの構成を示す模式図である。 他の比較例の電気的接続装置のプローブヘッドの構成を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る電気的接続装置のプローブヘッドの構成を示す模式図である。 本発明のその他の実施形態に係る電気的接続装置の構成を示す模式図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各部の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。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や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。

（第１の実施形態）
図１に示す本発明の第１の実施形態に係る電気的接続装置１は、被検査体２の電気的特性の測定に使用される。電気的接続装置１は、プローブ１０と、プローブ１０が貫通するトップ部２１、トップ部２１よりも先端部側に配置されてプローブ１０が貫通するボトム部２３を有するプローブヘッド２０を備える。プローブヘッド２０は、トップ部２１とボトム部２３との間に配置されてプローブ１０が貫通する上部ガイド部２４及び下部ガイド部２５を有する。

プローブヘッド２０のトップ部２１とボトム部２３との間に中空領域２００を構成するために、トップ部２１の外縁領域とボトム部２３の外縁領域との間にスペーサ２２が配置されている。中空領域２００の内部のトップ部２１に近い側に、板状の上部ガイド部２４が配置されている。また、中空領域２００の内部のボトム部２３に近い側に、板状の下部ガイド部２５が上部ガイド部２４と平行に配置されている。プローブヘッド２０には、セラミック材やポリイミド合成樹脂材などが使用される。

被検査体２の測定時に先端部が被検査体２と接触するプローブ１０が、ボトム部２３、下部ガイド部２５、上部ガイド部２４及びトップ部２１をこの順に貫通している。プローブ１０の貫通している部分に、図１では図示を省略したガイド穴がボトム部２３、下部ガイド部２５、上部ガイド部２４及びトップ部２１にそれぞれ形成されている。

ボトム部２３の主面の面法線方向からみて、同一のプローブ１０が通過するトップ部２１のガイド穴とボトム部２３のガイド穴の位置は、主面と平行にずらして配置されている（以下において「オフセット配置」という。）。図１に示した例では、トップ部２１のガイド穴に対して、ボトム部２３のガイド穴が紙面の左側にずらして配置されている。オフセット配置により、中空領域２００の内部でプローブ１０は斜めに保持され、且つ、プローブ１０は弾性変形によって湾曲している。

一方、トップ部２１のガイド穴と上部ガイド部２４のガイド穴の位置は、主面の平面視で略一致している。また、ボトム部２３のガイド穴と下部ガイド部２５のガイド穴の位置は、主面の平面視で略一致している。図１に示すように、上部ガイド部２４と下部ガイド部２５との間でプローブ１０は湾曲している。

電気的接続装置１は、プローブ１０の基端部と電気的に接続する電極パッド３１が配置された電極基板３０を更に備える。電極基板３０に対向するプローブヘッド２０のトップ部２１の上面に突出したプローブ１０の基端部が、プローブヘッド２０に対向する電極基板３０の下面に配置された電極パッド３１と接続する。

電極基板３０の電極パッド３１は、電極基板３０の内部に配置された電極配線（図示略）によって、電極基板３０の上面に配置された接続パッド３２と電気的に接続されている。接続パッド３２は、図示を省略するＩＣテスタなどの検査装置と電気的に接続される。プローブ１０を介して、検査装置によって被検査体２に所定の電圧や電流が印加される。そして、被検査体２から出力される信号がプローブ１０を介して検査装置に送られ、被検査体２の特性が検査される。

図１に示した電気的接続装置１は、垂直動作式プローブカードである。プローブヘッド２０のボトム部２３の下面に露出したプローブ１０の先端部が、電気的接続装置１の下方に配置された被検査体２の検査用パッド（図示略）と接触する。図１では、プローブ１０が被検査体２に接触していない状態を示している。例えば被検査体２を搭載したチャック３が上昇して、プローブ１０の先端部が被検査体２に接触する。

基端部が電極パッド３１に接続されたプローブ１０の先端部が被検査体２と接触すると、中空領域２００においてプローブ１０が座屈する。即ち、上部ガイド部２４と下部ガイド部２５との間で、プローブ１０が撓み変形により更に大きく湾曲する。

トップ部２１のガイド穴とボトム部２３のガイド穴がオフセット配置されていることにより、中空領域２００で複数のプローブ１０が同一の形状で同一方向に弾性変形する。このとき、プローブ１０のそれぞれが上部ガイド部２４と下部ガイド部２５に保持されていることにより、中空領域２００で隣接するプローブ１０が相互に接触することが防止される。

上記のように、プローブ１０が被検査体２に接触していない非接触状態における湾曲形状から、プローブ１０が被検査体２に接触した状態における更に湾曲した形状にプローブ１０が変形することにより、所定の圧力でプローブ１０が被検査体２に接触する。これにより、プローブ１０を用いて被検査体２の電気的特性を測定することができる。被検査体２の電気的特性を測定した後、被検査体２を搭載したチャック３が下降することにより、プローブ１０と被検査体２とは非接触状態になる。

プローブ１０は、プローブ１０と被検査体２とが非接触状態になると、被検査体２に接触する前の形状に復帰する弾性を有する。プローブ１０の材料には、タングステン（Ｗ）などが使用される。或いは、銅（Ｃｕ）合金、パラジウム（Ｐｄ）合金、ニッケル（Ｎｉ）合金、Ｗ合金などがプローブ１０の材料に使用される。

電気的接続装置１では、少なくともプローブ１０が座屈した状態におけるプローブ１０のボトム部２３を貫通している部分からプローブ１０の下部ガイド部２５を貫通している部分までの連続した部分が、プローブ１０の座屈する部分よりも剛性を高くしている。図１において、プローブ１０の座屈する部分よりも剛性を高くした部分を、「高剛性部分１０１」として示している。図１に示した高剛性部分１０１は、プローブ１０の座屈する部分よりもボトム部２３に近い部分である。即ち、ボトム部２３を貫通している部分から、上部ガイド部２４と下部ガイド部２５のうちでボトム部２３と隣接する下部ガイド部２５を貫通している部分までの連続した部分が、プローブ１０の高剛性部分１０１である。

高剛性部分１０１は、プローブ１０が座屈した状態及び座屈していない状態のいずれにおいても、プローブ１０のボトム部２３のガイド穴を通過する部分から下部ガイド部２５のガイド穴を通過する部分までの連続した部分である。高剛性部分１０１の例を図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照して説明する。図２（ａ）は、プローブ１０が被検査体２に接触していない非接触状態におけるプローブ１０の状態を示している。図２（ａ）に示した矢印は、接触状態から非接触状態に移行する際のプローブ１０の摺動方向を示している。図２（ｂ）は、プローブ１０が被検査体２に接触した状態におけるプローブ１０の状態を示している。図２（ｂ）に示した矢印は、非接触状態から接触状態に移行する際のプローブ１０の摺動方向を示している。

非接触状態及び接触状態のいずれにおいても、プローブ１０のボトム部２３のガイド穴２３０と対向する部分から下部ガイド部２５のガイド穴２５０と対向する部分までの高剛性部分１０１の径は、プローブ１０の座屈する部分を含む他の部分の径よりも大きく形成されている。このため、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ボトム部２３の上面から下部ガイド部２５の下面までの領域において、プローブ１０は湾曲せずに直線形状である。これにより、プローブ１０が下部ガイド部２５のガイド穴２５０の開口部と点接触することが防止される。

これに対し、プローブ１０に高剛性部分１０１を設けない場合には、図３に示すように、プローブ１０が座屈することにより、プローブ１０が下部ガイド部２５のガイド穴２５０の内部をガイド穴２５０の中心線に対して斜めに摺動する。このため、プローブ１０がガイド穴２５０の開口部と点接触する。図３において、プローブ１０の摺動方向を矢印で示し、下部ガイド部２５のプローブ１０と接触する接触箇所を破線の丸印で囲って示した（以下において同様。）。図３に示した比較例では、プローブ１０がガイド穴２５０の開口部と点接触するため、表面の摩耗や剥がれなどの損傷がプローブ１０に生じる。

また、プローブ１０と下部ガイド部２５が点接触することに起因するプローブ１０の損傷を防止するために、図４に示す比較例のように、プローブ１０の下部ガイド部２５との接触箇所を硬質金属膜１０Ａで覆う対策が考えられる。しかし、プローブ１０の下部ガイド部２５との接触箇所のみの剛性を高くしても、プローブ１０はガイド穴２５０の中心線に対して斜めにガイド穴２５０の内部を摺動する。したがって、プローブ１０がガイド穴２５０の開口部と点接触することに変わりはなく、接触箇所で硬質金属膜１０Ａの摩耗が生じる。したがって、図４に示した比較例では、プローブ１０が損傷する問題を根本的に解決することはできない。

これに対し、電気的接続装置１では、プローブ１０のボトム部２３のガイド穴２３０の内部を摺動する部分から下部ガイド部２５のガイド穴２５０の内部を摺動する部分までを連続して高剛性部分１０１にしている。このため、下部ガイド部２５のガイド穴２５０の中心線と略平行に、プローブ１０がガイド穴２５０の内部を摺動する。したがって、プローブ１０はガイド穴２５０の開口部と点接触しない。その結果、ガイド穴２５０の開口部との摩耗によるプローブ１０の損傷を抑制することができる。

なお、プローブ１０の高剛性部分１０１の外径は、プローブ１０がガイド穴２５０の内部をスムーズに摺動できる程度に、ガイド穴２５０の内径よりも僅かに細くすることが好ましい。高剛性部分１０１の外径とガイド穴２５０の内径との差が小さいほど、ガイド穴２５０の内部でプローブ１０が直線形状になる。このため、プローブ１０が摺動する際にプローブ１０とガイド穴２５０とが接触したとしても、プローブ１０の側面はガイド穴２５０の開口部と点接触せずに、ガイド穴２５０の内壁面と面接触する。したがって、プローブ１０の損傷を抑制することができる。

例えば、プローブ１０の座屈する部分の外径が３０±２μｍであり、高剛性部分１０１の外径が３７±２μｍ程度である場合に、ガイド穴２５０の内径を４２±２μｍ程度にする。

プローブ１０の座屈する部分と高剛性部分１０１とでは、プローブ１０を被検査体２と接触させた場合に座屈する部分は撓むが高剛性部分１０１は撓まない程度に、剛性の差を設ける。これにより、接触時にプローブ１０が座屈することによる所定の圧力でプローブ１０が被検査体２に接触するとともに、プローブ１０の耐摩耗性を向上することができる。

以上に説明したように、本発明の第１の実施形態に係る電気的接続装置１では、少なくともプローブ１０が座屈した状態におけるプローブ１０のボトム部２３を通過する部分から下部ガイド部２５を貫通する部分までが、連続した高剛性部分１０１である。このため、下部ガイド部２５のガイド穴２５０の内部をプローブ１０は直線形状で摺動する。これにより、プローブ１０がガイド穴２５０の開口部と点接触することが防止される。したがって、図１に示した電気的接続装置１によれば、プローブヘッド２０に設けたガイド穴でのプローブ１０の摺動に起因するプローブ１０の損傷を抑制できる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る電気的接続装置１は、図５に示すように、プローブ１０の高剛性部分１０１を、座屈する部分よりも硬度の高い材料の硬質膜１１で被覆することにより構成している。即ち、プローブ１０のボトム部２３を貫通する部分から下部ガイド部２５を貫通する部分までを連続して硬度の高い硬質膜１１で被覆して耐摩耗性を向上させている点が、第１の実施形態と異なる。その他の構成については、図１に示す第１の実施形態と同様である。

図５に示した電気的接続装置１によれば、プローブ１０の硬質膜１１で被覆された高剛性部分１０１は直線形状である。このため、プローブ１０が下部ガイド部２５のガイド穴２５０の開口部と点接触することが防止される。

なお、プローブ１０の高剛性部分１０１を被覆する硬質膜１１の材料は、導電性材料でもよいし、非導電性材料でもよい。例えば、硬質膜１１に硬質金属膜を使用する他に、ガラスやセラミック材などを硬質膜１１に使用できる。或いは、ＤＬＣコーティングなどによって高剛性部分１０１を構成してもよい。

また、高剛性部分１０１を硬質膜１１によって被覆することにより、プローブ１０の高剛性部分１０１の径が大きくなる。このとき、高剛性部分１０１の外径とガイド穴２５０の内径との差が小さいほど好ましい。これにより、ガイド穴２５０の内部で摺動する際にプローブ１０が下部ガイド部２５と接触するにしても、プローブ１０の側面はガイド穴２５０の内壁面と面接触する。

以上に説明したように、本発明の第２の実施形態に係る電気的接続装置１によれば、プローブヘッド２０に設けたガイド穴でのプローブ１０の摺動に起因するプローブ１０の損傷を抑制できる。他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。

（その他の実施形態）
上記のように本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、図６に示すように、プローブ１０の基端部の間隔よりも電極基板３０に配置する電極パッド３１の間隔を広くするために、スペーストランスフォーマ４０をプローブヘッド２０と電極基板３０との間に配置してもよい。スペーストランスフォーマ４０は、互いに対向する第１主面４０１から第２主面４０２まで貫通する接続配線４１を有する。接続配線４１の一方の端子）は、第１主面４０１に配置され、プローブ１０の基端部と接続する。接続配線４１の他方の端子は、第２主面４０２に配置され、電極基板３０の電極パッド３１と電気的に接続する。接続配線４１と電極パッド３１とは、例えば導電性ワイヤ５０によって接続される。

スペーストランスフォーマ４０を使用することにより、電極基板３０の電極パッド３１や接続パッド３２の間隔が広くなり、電極基板３０の内部の電極配線のレイアウトなどが容易になる。また、電極基板３０と検査装置とを接続する工程が容易になる。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態などを含むことはもちろんである。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…電気的接続装置
２…被検査体
１０…プローブ
２０…プローブヘッド
２１…トップ部
２２…スペーサ
２３…ボトム部
２４…上部ガイド部
２５…下部ガイド部
３０…電極基板
３１…電極パッド
３２…接続パッド
４０…スペーストランスフォーマ
４１…接続配線
１０１…高剛性部分

Claims (4)

1. 被検査体の電気的特性の測定に使用される電気的接続装置であって、
   測定時に先端部が前記被検査体と接触するプローブと、
   前記プローブが貫通するトップ部、前記トップ部よりも先端部側に配置されて前記プローブが貫通するボトム部、及び前記トップ部と前記ボトム部との間に配置されて前記プローブが貫通するガイド部を有するプローブヘッドと
   を備え、
   前記プローブが、前記トップ部と前記ボトム部との間で湾曲した状態で保持され、
   前記先端部が前記被検査体と接触することにより前記プローブが座屈し、
   少なくとも前記プローブが座屈した状態における前記プローブの前記ボトム部を貫通している部分から前記ガイド部を貫通している部分までの連続した部分が、前記プローブの座屈する部分よりも剛性を高くした高剛性部分であることを特徴とする電気的接続装置。
2. 前記プローブの前記高剛性部分の径が、前記座屈する部分の径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の電気的接続装置。
3. 前記プローブの前記高剛性部分が、前記座屈する部分よりも硬度の高い材料で被覆されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気的接続装置。
4. 前記プローブヘッドが、前記トップ部と前記ボトム部との間に前記プローブが貫通する複数のガイド部を有し、
   前記ボトム部を貫通している部分から、前記複数のガイド部のうちで前記ボトム部と隣接するガイド部を貫通している部分までの連続した部分が前記プローブの前記高剛性部分であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気的接続装置。

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