JP3754160B2 - 検査用ヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路のような平板状被検査体の電気的特性試験に用いる検査用ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエーハ上の集積回路、半導体ウエーハからチップに分離された集積回路（ＩＣチップ）、および、チップの実装が終了した集積回路は、回路が仕様書通りに動作するか否かの通電試験（電気的特性試験）をされる。この種の試験すなわち検査は、一般に、プローブカード、プローブボート等と称されている試験用ヘッドすなわち検査用ヘッドを用いて行われる。
【０００３】
図５および図６に示すように、従来のこの種の検査用ヘッド７０は、中央に開口７２を有する配線基板７４に針押え７６を組み付け、集積回路の電気的な端子部すなわち電極パッドに通電可能の状態に接続される複数のプローブ７８，８０，８２を接着剤８４により針押え７６に片持ち梁状に支持させている。また、集積回路に設けられた電極パッドが多いことから、図５に示すように、プローブ７８，８０，８２を多層に（基板に対する高さ位置を代えて）基板７４に組み付けている。
【０００４】
基板７４に近い１以上の層の各プローブ７８は電源およびアースの一方に接続される第１の電源・アース用プローブとして用いられ、基板７４に遠い１以上の層の各プローブ８０は電源およびアースの他方に接続される第２の電源・アース用プローブとして用いられ、中間層の各プローブ８２は信号が供給される信号用プローブとして用いられる。
【０００５】
基板７４は、開口の周りを連続して同軸的に伸びる第１および第２の接続部８６，８８と、第１および第２の接続部の周りに周方向に間隔をおいた複数の第３の接続部９０とを下面に有する。第１の電源・アース用プローブ７８は第１の接続部８６に半田付けされ、第２の電源・アース用プローブ８０は第２の接続部８８に半田付され、信号用プローブ８２は第３の接続部９０に半田付けされる。
【０００６】
しかし、従来の検査用ヘッド７０は、信号用プローブ８２が第１および第２の電源・アース用プローブ７８および８０の間に配置されているにもかかわらず、信号用プローブ８２のための第３の接続部９０が第１および第２の接続部８６，８８の外側に配置されているから、信号用プローブ８２より下層に配置された第２の電源・アース用プローブ８０を第２の接続部８８に半田付けするとき、第２の電源・アース用プローブ８０を信号用プローブ８２と交差させなければならない。このことは、第１および第２の接続部８６，８８を第３の接続部９０の外側に形成した場合も同様である。
【０００７】
上記のように、電源・アース用プローブと信号用プローブとを交差させると、測定信号の特性が悪化するから、正確な検査をすることができず、また隣接するプローブ間のクリアランズが減少するから、針押えおよび接続部へのプローブの組み付け作業が煩雑化し、さらに集積回路の電極パッドを針先にわずかに過剰に押圧するいわゆるオーバドライブの繰り返しによりプローブ８０，８２が接触するおそれがある。これらの課題は、図５に示すように１つのプローブと交差するプローブの数が多いほど、生じやすい。
【０００８】
【解決しようとする課題】
本発明の目的は、基板に近い層または遠い層のプローブと中間の層のプローブとが交差しないような接続を可能にすることにある。
【０００９】
【解決手段、作用、効果】
本発明の検査用ヘッドは、中央に開口を有する基板と、該基板に少なくとも３層に組み付けられた複数のプローブとを含む。基板は、開口の周りを連続して伸びる第１の接続部と、該第１の接続部の周りを連続して伸びる第２の接続部と、第１および第２の接続部の間にあって周方向へ間隔をおいて形成された複数の第３の接続部とを有する。各プローブは第１、第２または第３の接続部に接続される。
【００１０】
たとえば、電源・アース用のプローブとして、基板に近い層のプローブおよび基板から遠い層のプローブをそれぞれ内側および外側の第１および第２の接続部に電気的に接続し、他のプローブを信号用として中間の第２の接続部に電気的に接続することができる。このため、本発明によれば、基板に近い層または遠い層のプローブを中間層のプローブと交差させないようにすることができる。
【００１１】
基板に近い層の少なくとも１つのプローブ、中間の層のプローブおよび基板から遠い層の少なくとも１つのプローブを、それぞれ、内側、中間および外側の接続部に接続することが好ましい。このようにすれば、基板に近い層または遠い層のプローブを中間層のプローブと交差させる必要がない。
【００１２】
基板に近い層のプローブのうち、第１の接続部に接続されていない残りのプローブは第３の接続部に電気的に接続し、また基板に遠い層のプローブのうち、第２の接続部に接続されていない残りのプローブは第３の接続部に電気的に接続することが好ましい。このようにすれば、信号用として用いるプローブの一部を基板に近い層および基板から遠い層に配置することができ、それだけプローブを高密度に配置することができる。
【００１３】
第１または第２の接続部は同軸的に配置された一対の環状部を有し、内側の環状部は周方向に間隔をおいて外方へ突出する複数の外向き突出部を有し、外側の環状部は周方向に間隔をおいて内方へおよび隣り合う外向き突出部の間へ突出する複数の内向き突出部を有し、第１または第２の接続部に接続されている各プローブは突出部に結合されていてもよい。このようにすれば、基板に近い層のプローブまたは基板から遠い層のプローブを突出部に半田付け等により結合させることができるから、第１または第２の接続部がそのような突出部を有さない一対の環状部により形成されている場合に比べ、第１または第２の接続部の幅寸法が小さくなる。
【００１４】
好ましい実施例においては、第１、第２および第３の接続部は、基板のプローブ側の面に形成されている。また、基板は、第２の接続部に電気的に接続された複数のランドを有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１〜図４を参照するに、検査用ヘッド１０は、プローブカード、プローブボート等と称されている検査用ヘッドであり、集積回路のような平板状の被検査体の電気的特性試験に用いられる。被検査体は、半導体ウエーハに形成された集積回路、切断された集積回路チップおよび実装を終了した集積回路のいずれであってもよいし、また液晶表示パネルであってもよい。しかし、検査用ヘッド１０は、電極部すなわち電極パッドが高密度に配置された被検査体の検査に用いて好適である。
【００１６】
検査用ヘッド１０は、円板状の基板１２と、基板１２に組み付けられた針押え１４と、基板１２の半径方向へ伸びるように針押え１４に片持ち梁状に複数層に支持された複数のプローブ１６，１８，２０とを含む。針押え１４を基板１２に直接的に組み付ける代わりに、針押え１４を基板１２に支持板のような適宜な手段を介して間接的に組み付けてもよい。
【００１７】
基板１２は、セラミック、合成樹脂のような電気的絶縁材料で製作することができる。基板１２は、被検査体を目視可能の開口２２を中心部に有するとともに、針押え１４を受け入れる下向きの段部すなわち切欠部２４を開口２２の周りに有する。開口２２および切欠部２４は、被検査体の平面形状に類似した形状を有しており、図示の例ではほぼ四角形の形状を有する。開口２２は、基板１２を厚さ方向に貫通する貫通穴である。切欠部２４は、下面と開口２２を形成する内側面とに形成された段部であり、また針押え１４とほぼ同じ大きさを有する。
【００１８】
基板１２は、開口２２の周りを連続して伸びる第１の接続部２６と、該第１の接続部の周りを連続して伸びる第２の接続部２８と、第１および第２の接続部２６，２８の間にあって周方向へ間隔をおいて多重（図示の例では、２重）に形成された複数の第３の接続部３０と、周方向に間隔をおいて切欠部２４の周りを半径方向へ伸びる複数の配線部（図示せず）とを有する配線基板である。接続部２６，２８，３０と、配線部とは、導電性材料により形成されている。
【００１９】
第１、第２および第３の接続部２６，２８および３０と、配線部とは、印刷配線技術により基板１２に形成された配線パターンの一部である。基板１２は、通電用および信号処理用の電気回路に接続される複数の端子部すなわちランド３２を上面の周縁部に有する。第１、第２および第３の接続部２６，２８，３０は、配線部によりランド３２に電気的に接続されている。
【００２０】
第１、第２および第３の接続部２６，２８，３０は基板１２の下面に形成されている。これに対し、前記配線部は、基板の上面または下面に形成されている。しかし、基板１２は、電気絶縁性のフィルム状の板材に配線技術により多層に形成された配線部を厚さ方向の中間部に有する多層構造のものであってもよい。また、前記配線部を形成したフィルム状部材および前記接続部を形成したフィルム状部材をそれぞれ基板の上面および下面に配置したものであってもよい。
【００２１】
針押え１４は、セラミックのような電気的な絶縁材料で四角形の枠の形に製作されており、またプローブ１６，１８，２０を四角形の各辺に対応する部位に支持している。針押え１４の内側の開口３４は、基板１２の開口２２とほぼ同じ大きさのほぼ四角形である。針押え１４の下端部は、基板１２の下面より下方へ突出している。
【００２２】
針押え１４は、図示の例では、基板１２の切欠部２４に接着剤により装着されている。しかし、針押え１４を複数のねじ部材により基板１２に取り外し可能に取り付けてもよい。また、針押え１４を基板１２に直接的に組み付ける代わりに、針押え１４を基板１２に、補強板、取り付け板等の適宜な手段を介して、間接的に組み付けてもよい。さらに、基板１２の一部を針押え１４として用いてもよい。
【００２３】
プローブ１６，１８，２０は、円形断面の導電性金属細線から形成されており、また、針押え１４に支持された針主体部と、この針主体部の先端側に続きかつ針主体部に対し基板と反対の側（下方）へ曲げられた針先部と、針主体部の後端側に続く針後部とを有する。各プローブは、針主体部の先端側の部位から針先までを先端ほど細くなるテーパ部とされている。全てのプローブのテーパ部の長さ寸法は、図示の例ではほぼ同じであるが、異なっていてもよい。
【００２４】
プローブ１６，１８，２０は、針押え１４および開口３４により形成される四角形の辺に対応する部位を対応する辺に沿う方向へ間隔をおいて針押え１４の幅方向へ伸びており、また針主体部の同じ直径寸法の部位において電気絶縁性の接着剤のような適宜な装着手段３６により針押え１４の下側に取り付けられている。プローブ１６，１８，２０は、基板１２に対する高さ位置を変えて多層（図示の例では、４層）の構造とされている。
【００２５】
図示の例では、プローブ１６は基板１２の近く（上の層）に配置されており、プローブ１８は基板から遠く（下の層）に配置されており、プローブ２０はプローブ１６および１８の間に配置されている。
【００２６】
図示の例では、プローブ２０を、中間に複数層（図示の例では、２層）の構造に配置しているように示すが、１層の構造に配置してもよい。また、図示の例では、プローブ１６，１８，２０を、針先が仮想的な直線上となるように配置しているが、針先が基板１２の半径方向へ異なる（すなわち、ジグザグになる）ように配置してもよい。
【００２７】
第１の接続部２６は、同軸的に配置された一対の環状部３８，４０を有する。内側の環状部３８の外側縁部は、周方向に間隔をおいて外方へ突出する矩形の複数の外向き突出部４２によりジグザグ状の形状とされている。これに対し、外側の環状部４０の内側縁部は、周方向に間隔をおいて内方へ突出する矩形の複数の内向き突出部４４によりジグザグ状の形状とされている。内向き突出部４４は、隣り合う外向き突出部４２の間へ突出する。
【００２８】
同様に、第２の接続部２８は同軸的に配置された一対の環状部４６，４８を有しており、内側の環状部４６の外側縁部は周方向に間隔をおいて外方へ突出する矩形の複数の外向き突出部５０によりジグザグ状の形状とされており、外側の環状部４８の内側縁部は周方向に間隔をおいて内方へ突出する矩形の複数の内向き突出部５２によりジグザグ状の形状とされている。内向き突出部５２は、隣り合う外向き突出部５０の間へ突出する。
【００２９】
上層の複数のプローブ１６は内側の第１の接続部２６の突出部４２または４４に半田付けにより結合されており、上層の残りのプローブ１６は中間の第３の接続部３０に半田付けにより結合されている。下層の複数のプローブ１８は外側の第２の接続部２８の突出部５０または５２に半田付けにより結合されており、下層の残りのプローブ１８は第３の接続部に半田付けにより結合されている。プローブ２０は、第３の接続部３０に半田付けにより結合されている。
【００３０】
上記の結果、第１および第２の接続部２６，２８に接続されたプローブが第３の接続部３０に接続されたプローブと交差しないから、第１および第２の接続部２６，２８に接続されたプローブを電源回路に接続して電源・アース用として用い、第３の接続部３０に接続されたプローブを通電回路に接続して信号用として用いることができる。
【００３１】
検査用ヘッド１０は、針押え１４の所定の箇所に所定数のプローブ１６，１８，２０を所定の治具を用いて所定の状態に取り付けることにより針押え１４と複数のプローブ１６，１８，２０とからなるプローブ組立体を作成し、次いで針押え１４を基板１２に取り付け、各プローブを所定の接続部に半田付することにより、製作することができる。
【００３２】
プローブ１６，１８，２０は、全てのプローブ１６，１８，２０を適宜な治具により所定の配置パターンにおよび所定の状態に維持した状態で、適宜な装着手段３６により針押え１４に取り付けることができる。針押え１４は、これを基板１２の切欠部２４に下側から嵌め込み、接着剤（または、ねじ部材）により基板１２に取り付けることができる。
【００３３】
検査用ヘッド１０は、プローブ１６，１８，２０の針先が被検査体の側となるように、検査装置に組み付けられる。このため、検査用ヘッド１０は、これを組み付ける検査装置の種類により、プローブ１６，１８，２０が、下側、上側、横側、前側および後側のいずれかの側となるとともに、基板１２が、水平、垂直および斜めのいずれかの状態となるように検査装置に組み付けられる。
【００３４】
検査時、第１および第２の接続部２６，２８に半田付けされたプローブが電源回路に接続され、第３の接続部３０に半田付けされたプローブが通電回路に接続される。また、プローブ１６，１８，２０の針先は、ヘッド１０と被検査体とを相対的に移動させることにより、わずかに過剰に被検査体の電極パッドに押圧される。このオーバードライブ作用により、プローブ１６，１８，２０は弓状に反る。その結果、プローブ１６，１８，２０の針先と被検査体の電極との間に、所定の針圧が作用するとともに、所定量の滑りすなわち擦りが生じる。このような擦り作用により、電極パッド表面の電気絶縁性酸化膜が確実に剥離され、針先と電極パッドとが電気的に確実に接続される。
【００３５】
検査用ヘッド１０によれば、周方向へ間隔をおいた複数の第３の接続部３０を第１および第２の接続部２６，２８の間に形成し、基板１２に近い層、中間の層および遠い層のプローブ１６，２０および１８を、それぞれ、内側、中間および外側の接続部２６，３０および２８に接続したから、基板１２に近い層または遠い層のプローブ１６または１８を中間の層のプローブ２０と交差させる必要がない。
【００３６】
上記の結果、次のような利点を生じる。すなわち、第１に、交差するプローブの存在による測定信号の特性の悪化を生じないから、正確な検査をすることができる。第２に、隣接するプローブ間のクリアランスが減少しないから、針押えおよび接続部へのプローブの組み付け作業が容易になる。第３に、各プローブがオーバドライブ作用を繰り返し受けても、プローブが接触するおそれがない。
【００３７】
検査用ヘッド１０によれば、また、接続部２６および２８が同軸的に配置された一対の環状部をそれぞれ有し、外向き突出部と内向き突出部とが周方向に交互になるように環状部が形成され、電源・アース用のプローブが突出部に結合されているから、接続部２６，２８がそのような突出部を有さない一対の環状部により形成されている場合に比べ、接続部２６，２８の幅寸法が小さくなる。
【００３８】
上記の実施例では、上層および下層のプローブをそれぞれ１層に配置しているが、上層のおよび下層のプローブをそれぞれ複数層の構造に配置してもよい。この場合、基板に最も近い層の１以上のプローブおよび基板から最も遠い層の１以上のプローブをそれぞれ内側の第１の接続部および外側の第２の接続部に接続する代わりに、たとえば基板に２番目に近い層の１以上のプローブおよび基板から２番目に遠い層の１以上のプローブをそれぞれ内側の第１の接続部および外側の第２の接続部に接続してもよい。
【００３９】
本発明は、上記実施例に限定されない。たとえば、被検査体の電極パッドの配置パターンに応じた１つの針押えを用いる代わりに、針押えを複数の針押え部材に分割し、それらの針押え部材を共通の取付け枠にねじ部材のような適宜な止め手段により取り付けてもよい。プローブの断面形状は、円形、多角形等、任意な形状とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の検査用ヘッドの一実施例を示す平面図である。
【図２】図２の２−２線に沿って得た拡大断面図である。
【図３】図２に示す検査用ヘッドの基板の一部の拡大断面図である。
【図４】基板の中心側の一部を拡大した底面図である。
【図５】従来の検査用ヘッドの一部を拡大した、図３と同様の断面図である。
【図６】図５に示す従来の検査用ヘッドの基板の中心側の一部を拡大した、図４と同様の底面図である。
【符号の説明】
１０ 検査用ヘッド
１２ 基板
１４ 針押え
１６，１８，２０ プローブ
２２ 基板の開口
２４ 基板の切欠部
２６，２８，３０ 第１、第２、第３の接続部
３６ プローブ用の装着手段
３８，４０，４６，４８ 環状部
４２，４４，５０，５２ 突出部

Claims (2)

1. 平板状の被検査体の電気的特性試験に用いる検査用ヘッドであって、中央に開口を有する基板と、該基板に少なくとも３層に組み付けられた複数のプローブとを含み、前記基板は、前記開口の周りを連続して伸びる、電源およびアースのいずれか一方のための第１の接続部と、該第１の接続部の周りを連続して伸びる、電源およびアースの他方のための第２の接続部と、前記第１および第２の接続部の間にあって周方向へ間隔をおいて形成された、信号のための複数の第３の接続部とを有し、前記基板に近い層の少なくとも１つのプローブは前記第１の接続部に電気的に接続されており、また前記基板に近い層の残りのプローブが前記前記第１の接続部および前記第３の接続部のいずれか一方に接続されており、前記基板から遠い層の少なくとも１つのプローブは前記第２の接続部に電気的に接続されており、また前記基板から遠い層の残りのプローブが前記第２の接続部および前記第３の接続部のいずれか一方に接続されており、中間層のプローブは前記第３の接続部に電気的に接続されている、検査用ヘッド。
2. 前記第１または第２の接続部は同軸的に配置された一対の環状部を有し、内側の環状部は周方向に間隔をおいて外方へ突出する複数の外向き突出部を有し、外側の環状部は周方向に間隔をおいて内方へおよび隣り合う前記外向き突出部の間へ突出する複数の内向き突出部を有し、前記第１または第２の接続部に接続されている各プローブは前記突出部に結合されている、請求項１に記載の検査用ヘッド。

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