JP5138615B2

JP5138615B2 - 半導体機能試験電気接続装置

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Publication number: JP5138615B2
Application number: JP2009007997A
Authority: JP
Inventors: 修二矢野; 宏晃藤野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2029-01-16
Also published as: JP2010122201A

Description

本発明は、半導体機能試験電気接続装置に関するものであり、詳細には、ウエハ状態の半導体チップ（半導体素子）の電気的機能をテスト（試験）する際に、テスト装置と半導体チップとを電気的に接続する装置に関する。

従来、半導体チップは、前工程および後工程を経て製造されている。前工程では、円盤状にスライスしたシリコンウエハに、素子分離を形成し、トランジスタを形成した後、配線および保護膜を形成し、ウエハ状態のままで、作製した半導体チップが正常に動作するかどうかを１つずつテストしている。テストに合格したものが、ダイシングされて最終的にパッケージ化される後工程へと進む。

上記ウエハテストでは、ウエハ状態の半導体チップに形成されているバンプとテスト装置とを接続する必要がある。そこで、接続手段として、プローブカードと呼ばれる治具が用いられている。プローブカードは、大きくは、プローブ端子が基板に取り付けられた構造を有しており、細かく分類すると、例えば、カンチレバー式、メンブレン式などの種々の形態や構造のものがある。

プローブカードを用いるときは、プローブ端子に半導体チップのバンプを押し当てることによって、両者を電気的に接続させる。しかし、電気的接続は、プローブ端子と半導体チップのバンプとを単に接触させるだけでは不十分であり、オーバードライブと呼ばれる一定量の押圧を与えながら行われる。つまりは、最初に半導体チップのバンプがプローブ端子に触れた所から、さらに押し込んで圧接している。

例えば、カンチレバー式は、プローブ端子が片持ち梁の原理で働く構造を有している。プローブ端子に半導体チップのバンプを押し当てると、プローブ端子が片持ち梁の原理でストロークすることにより、必要な押圧が与えられる。

メンブレン式は、プローブ端子を有する配線パターンを形成したフィルム状の軟質シート（メンブレンシート）を、ストローク可能に固定する支持体を備えた構造を有している。プローブ端子に半導体チップのバンプを押し当てると、メンブレンシート自体が支持体によりストロークすることによって、必要な押圧が与えられる。メンブレン式のプローブカードについては、例えば、特許文献１および特許文献２に記載されている。

特許文献１には、メンブレンシートを貼り付けた押さえ部材を押し上げると、スプリング性を有した押圧機構により押さえ部材がストロークする構成が記載されている。押圧機構は、中央に配置された１個のセンタースプリングプランジャと、センタースプリングプランジャを中心に３方向に対称に配置された３個のスプリングプランジャとにより構成されている。センタースプリングプランジャおよびスプリングプランジャは、下部先端に球を有し、押圧力を付与するバネが充填された構成を備えている。センタースプリングプランジャのバネ力を他よりも強力にすることにより、押さえ部材をウエハに倣わす際に中央部分を支点としている。

特許文献２には、メンブレンシートを押圧する押圧部材を備え、押圧部材の複数の箇所に押圧荷重を負荷させることにより、押圧部材がストロークする構成が記載されている。押圧部材とメンブレンシートとの間にはエラストマが設けられている。

特開２００１−１５９６４３号公報（平成１３年６月１２日公開）特開２００６−５３６８号公報（平成１８年１月５日公開）

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、押圧機構を押し上げることを前提とした構成であるので、押圧の際、各プランジャの下部先端にある球が筒先端から離れてしまい、横方向にガタが生じる。このため、押さえ部材は支点が不安定となり、ウエハテストを問題なく実施するために必要な、プローブ端子と半導体チップのバンプとの位置合わせ精度を十分に確保することができないという問題点を有している。

また、複数のスプリングプランジャにより押圧力を発生させているので、押さえ部材とウエハとが平行な状態であっても、各スプリングプランジャの配置位置の誤差や、スプリングの個体差により傾きが生じる。このため、押圧力のバランスが崩れ、押さえ部材に均一な押圧を与えることができず、プローブ端子と半導体チップのバンプとの接続部分にオーバードライブが不十分な箇所が生じるという問題点を有している。

特許文献２に記載の構成では、複数の箇所に押圧荷重を負荷し、エラストマを設けることによって、押圧によるウエハへの荷重ばらつきを抑制させているものの、本体と、押圧部材および押圧荷重を与える重量体とが機械的に固定されていない。このため、押圧時にガタが生じるとともに、上下運動による復元性（動作前の元の位置に戻る再現性）が不確実なものとなり、プローブ端子と半導体チップのバンプとの位置合わせ精度が低下するという問題点を有している。

よって、特許文献１，２に記載の構成では、プローブ端子と半導体チップのバンプとの間に接続不良が生じてしまい、ウエハテストを問題なく実施することができない。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、高精度な位置合わせ、および、均一かつ十分な押圧で、プローブ端子と半導体チップのバンプとを電気的に接続することにより、接続不良の発生を防止することができる半導体機能試験電気接続装置を提供することにある。

本発明の半導体機能試験電気接続装置は、上記課題を解決するために、被試験対象の半導体素子に形成された複数の半導体端子と電気的に接続する半導体機能試験電気接続装置において、複数の第１接続端子が裏面に形成されている基板と、上記半導体素子の半導体端子の配置に対応するように裏面の内側領域に形成されたプローブ端子を一方の端部に有し、上記第１接続端子の配置に対応するように表面の外側領域に形成された第２接続端子を他方の端部に有する配線が複数形成されており、上記第２接続端子が上記第１接続端子と電気的に接続されるように、表面の外側領域が上記基板の裏面に圧着されることによって、上記基板に固定されているフィルム状の軟質シートと、上記軟質シートのプローブ端子が形成されている領域を平らに張設するとともに、上記プローブ端子に上記半導体端子が押し当てられるとき、半導体素子側に作用する押圧を上記領域に与えるように、上記基板に固定されているベースユニットとを備え、上記ベースユニットは、外筒と、軸方向に沿ったスプライン溝が形成されており、上記スプライン溝をガイドとするボールスプライン機構により摺動自在に上記外筒に貫通して嵌め入れられているシャフトと、外側面にフランジが形成されているとともに上記外筒を摺動自在に嵌め入れるような形状を有しており、上記外筒を摺動自在に嵌め入れるように上記シャフトの一方の端部に固定されている圧縮部材と、上記圧縮部材が固定されている側と反対側に位置する押圧面が、上記シャフトの中心軸に対して直交するように、上記シャフトの他方の端部に固定されている押圧部材と、上記外筒を固定するとともに、上記シャフトの圧縮部材が固定されている側が開口するように上記圧縮部材を内包し、かつ上記押圧部材が外部に位置するような形状を有しており、上記シャフトが上記基板に形成されている開口部を通って、上記押圧部材の押圧面が上記領域を平らに張設するように、上記基板の表面に固定されている支持部材と、上記支持部材における上記圧縮部材が内包されている空間を密封する蓋と、上記圧縮部材に差し込まれており、上記圧縮部材のフランジと上記蓋との間で圧縮されることにより上記押圧を発生する圧縮コイルバネと、により構成されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、ベースユニットでは、シャフトが蓋の配置側に向かって動くと、圧縮部材が連動するので、圧縮コイルバネが圧縮される。このとき圧縮コイルバネに発生した反発力によって、シャフトは元の位置に戻ろうとする。シャフトは、軸方向に沿って形成されているスプライン溝をガイドとするボールスプライン機構によって摺動するので、軸方向に対する回転が防止されており、軸方向に沿った直線運動（往復運動）を高精度で行うことが可能となる。よって、半導体素子の半導体端子をプローブ端子に押し当てて離すという処理を、被試験対象の半導体素子毎に連続して行っても、ずれることが無い高精度な位置合わせで行うことが可能となる。

また、シャフトは高精度な直線運動を行うので、圧縮コイルバネの反発力が押圧力として押圧部材へガタ無く伝達される。それゆえ、押圧部材の押圧面への押圧の量は常に均一となり、その方向は常に一定となる。よって、必要なオーバードライブを満たすように圧縮コイルバネの反発力を調整して押圧を設定することにより、プローブ端子と半導体端子とを電気的に接続することが可能となる。

したがって、本発明の半導体機能試験電気接続装置は、高精度な位置合わせ、および、均一かつ十分な押圧で、プローブ端子と半導体端子とを電気的に接続することが可能となる。それゆえ、接続不良の発生を防止することが可能となる。

また、本発明の半導体機能試験電気接続装置は、上記ボールスプライン機構は、上記シャフトのスプライン溝と、上記外筒のシャフトを嵌め入れる面に、上記スプライン溝に対向するように形成されている保持溝と、上記スプライン溝に噛み合うように、上記保持溝に転動自在に保持されている複数の球と、により構成されており、上記球は、上記スプライン溝に対して圧力を与えるように保持されていることが好ましい。

上記の構成によれば、シャフトは球により押さえ付けられているので、シャフトの中心軸が全くぶれることが無い。よって、中心軸のズレがゼロなので、シャフトはさらに高精度な直線動作を行うことが可能となる。

また、本発明の半導体機能試験電気接続装置は、上記蓋は着脱可能であることが好ましい。これにより、支持部材と蓋とにより構成されている密封空間に溜まった異物を、容易に取り除くことが可能となり、メンテナンス性を向上することが可能となる。上記異物としては、例えば、圧縮部材と外筒との間の擦れにより生じた削りカスや、圧縮部材と圧縮コイルバネとの間の擦れにより生じた削りカスなどがある。

また、本発明の半導体機能試験電気接続装置は、上記圧縮コイルバネは、上記圧縮部材に対して抜差可能であることが好ましい。これにより、蓋を外して圧縮コイルバネを容易に交換することが可能となるので、反発力が異なるものを構成することによって、必要なオーバードライブを満たすように押圧を容易に調整することが可能となる。

また、本発明の半導体機能試験電気接続装置は、上記外筒は、上記押圧部材の配置側における端部から間隔をあけた位置の外側面に形成されているフランジを有し、上記支持部材は、上記外筒を差し込む貫通孔を上記空間の底面に有しており、上記外筒は、上記押圧部材の配置側における端部からフランジまでの部分が、上記フランジが上記空間の底面に当たるまで上記貫通孔に差し込まれて固定されていることが好ましい。これにより、支持部材と蓋とにより構成されている密封空間に生じた異物が、外部に流出することを防止することが可能となる。

また、本発明の半導体機能試験電気接続装置は、上記ベースユニットは、上記外筒における押圧部材の配置側の端部に、上記外筒と上記シャフトとの間に設けられるシールリングをさらに備えていることが好ましい。

本発明の半導体機能試験電気接続装置は、上記ベースユニットは、上記シャフトが外部に露出している部分を覆うように設けられる蛇腹状の被覆部材をさらに備えていることが好ましい。

上記の各構成によれば、シールリングまたは被覆部材を備えることにより、シャフトと外筒との間の擦れによる外部への発塵を防止することが可能となる。また、シールリングおよび被覆部材の両方を備えることにより、シールリングの劣化による不意の発塵を防止することが可能となる。

また、本発明の半導体機能試験電気接続装置は、上記押圧部材は、上記シャフトに対して着脱可能であることが好ましい。これにより、押圧部材を容易に交換することが可能となるので、サイズおよび形状が異なるものを構成することによって、押圧範囲を容易に調整することが可能となる。

また、本発明の半導体機能試験電気接続装置は、上記押圧部材は、弾性を有する第１緩衝シートを介して上記領域を平らに張設していることが好ましい。これにより、半導体端子の高さバラつきを吸収して、半導体端子をプローブ端子に確実に押し当てることが可能となる。

なお、本発明の半導体機能試験電気接続装置は、上記押圧部材は、四角柱、または、上記シャフトに固定されたときの軸方向の断面形状が台形の角柱、の形状を有していることが望ましい。

また、本発明の半導体機能試験電気接続装置は、上記軟質シートを上記基板の裏面に圧着する圧着部材と、上記圧着部材と上記軟質シートとの間に設けられる、弾性を有する第２緩衝シートと、をさらに備え、上記第１接続端子と上記第２接続端子との電気的な接続は、上記圧着部材による上記第２緩衝シートを介した圧着によって行われていることが好ましい。

上記の構成によれば、圧着量のバラツキや各端子の高さバラつきを吸収して、第２接続端子を第１接続端子に確実に押し当てることが可能となるので、第１接続端子と第２接続端子とを電気的に確実に接続することが可能となる。

また、本発明の半導体機能試験電気接続装置は、上記ベースユニットは、上記基板に対する上記支持部材の位置関係を調整する調整部材をさらに備えていることが好ましい。

上記の構成によれば、調整部材により基板に対する支持部材の位置関係を調整することによって、基板の裏面に対して、押圧部材が突出する高さ、および、押圧部材の押圧面となす角度の調整を行うことが可能となる。それゆえ、被試験対象の半導体素子と基板との位置関係に応じて、好適に、プローブ端子と半導体端子とを電気的に接続することが可能となる。

本発明の半導体機能試験電気接続装置は、上記課題を解決するために、被試験対象の半導体素子に形成された複数の半導体端子と電気的に接続する半導体機能試験電気接続装置において、複数の第１接続端子が裏面に形成されている基板と、上記第１接続端子の配置に対応するように表面の内側領域に形成された第３接続端子を一方の端部に有し、裏面の外側領域に形成された第４接続端子を他方の端部に有する配線が複数形成されており、上記第３接続端子が上記第１接続端子と電気的に接続されるように、表面の内側領域が上記基板の裏面に圧着されることによって、上記基板に固定されているフィルム状の第１軟質シートと、上記半導体素子の半導体端子の配置に対応するように裏面の内側領域に形成されたプローブ端子を一方の端部に有し、上記第４接続端子の配置に対応するように表面の外側領域に形成された第２接続端子を他方の端部に有する配線が複数形成されており、上記第２接続端子が上記第４接続端子と電気的に接続されるように、表面の外側領域が上記第１軟質シートを介して上記基板の裏面に圧着されることによって、上記基板に固定されているフィルム状の第２軟質シートと、上記第２軟質シートのプローブ端子が形成されている領域を平らに張設するとともに、上記プローブ端子に上記半導体端子が押し当てられるとき、半導体素子側に作用する押圧を上記領域に与えるように、上記基板に固定されているベースユニットとを備え、上記ベースユニットは、外筒と、軸方向に沿ったスプライン溝が形成されており、上記スプライン溝をガイドとするボールスプライン機構により摺動自在に上記外筒に貫通して嵌め入れられているシャフトと、外側面にフランジが形成されているとともに上記外筒を摺動自在に嵌め入れるような形状を有しており、上記外筒を摺動自在に嵌め入れるように上記シャフトの一方の端部に固定されている圧縮部材と、上記圧縮部材が固定されている側と反対側に位置する押圧面が、上記シャフトの中心軸に対して直交するように、上記シャフトの他方の端部に固定されている押圧部材と、上記外筒を固定するとともに、上記シャフトの圧縮部材が固定されている側が開口するように上記圧縮部材を内包し、かつ上記押圧部材が外部に位置するような形状を有しており、上記シャフトが上記基板に形成されている開口部を通って、上記押圧部材の押圧面が上記領域を平らに張設するように、上記基板の表面に固定されている支持部材と、上記支持部材における上記圧縮部材が内包されている空間を密封する蓋と、上記圧縮部材に差し込まれており、上記圧縮部材のフランジと上記蓋との間で圧縮されることにより上記押圧を発生する圧縮コイルバネと、により構成されていることを特徴としている。

さらには、上記の構成によれば、基板と第２軟質シートとの間に第１軟質シートが設けられていることにより、第２軟質シートにおける第２接続端子が形成された表面の外側領域が、基板の裏面に圧着される位置に拘らず、第２接続端子と、基板の第１接続端子とを電気的に接続することが可能となる。また、第１接続端子は、配置の自由度が高くなり、例えば、基板における押圧部材の直上の領域に形成することが可能になるとともに、より多数を形成することが可能となる。

よって、本発明の半導体機能試験電気接続装置では、従来のメンブレン方式のデッドスペースを、第１接続端子の形成領域として活用することが可能となる。したがって、広範囲かつ多数個の半導体素子の同時検査を行うために、ベースユニットのサイズ、特に押圧部材の押圧面のサイズを大型化した場合であっても、基板を大型化することなく必要な数量の第１接続端子を形成することが可能となる。

また、本発明の半導体機能試験電気接続装置は、上記外筒、シャフト、圧縮部材、および圧縮コイルバネからなるアセンブリは、複数設けられており、上記押圧部材は該複数のシャフトに固定されていることが好ましい。

押圧部材の押圧面の許容荷重を向上させる場合、圧縮コイルバネの反発力を強化する方法がある。しかし、この方法では、ベースユニットの高さ方向の大型化が必要となる。ベースユニットの高さは制限があるため、無制限に高くすることはできない。

上記の構成によれば、押圧部材が、ボールスプライン機構によって高精度で直線運動を行う複数のシャフトに固定されているとともに、各シャフトは、各圧縮コイルバネにより発生する押圧を押圧部材へ伝達するので、押圧加重を分散させ、押圧面の許容荷重を向上することが可能となる。よって、ベースユニットの高さ方向の大型化を抑制することが可能となる。また、押圧部材を複数のシャフトで固定することにより、半導体素子接触時の突き上げ動作に対する軸の剛性を高めることが可能となる。

また、本発明の半導体機能試験電気接続装置は、上記基板に形成されている上記シャフトが通る開口部は、該シャフトに沿った大きさの形状を有していることが好ましい。

上記の構成によれば、基板に形成されているシャフトが通る開口部は、ベースユニットのシャフトに沿った大きさの形状に止められている。これにより、基板の剛性低下を防止することが可能となる。

また、本発明の半導体機能試験電気接続装置は、上記課題を解決するために、以下の構成であってもよい。

すなわち、本発明の半導体機能試験電気接続装置は、被試験対象の半導体素子に形成された複数の半導体端子と電気的に接続する半導体機能試験電気接続装置において、複数の第１接続端子が裏面に形成されている基板と、上記半導体素子の半導体端子の配置に対応するように裏面の内側領域に形成されたプローブ端子を一方の端部に有し、上記第１接続端子の配置に対応するように表面の外側領域に形成された第２接続端子を他方の端部に有する配線が複数形成されており、上記第２接続端子が上記第１接続端子と電気的に接続されるように、表面の外側領域が上記基板の裏面に圧着されることによって、上記基板に固定されているフィルム状の軟質シートと、上記軟質シートのプローブ端子が形成されている領域を平らに張設するとともに、上記プローブ端子に上記半導体端子が押し当てられるとき、半導体素子側に作用する押圧を上記領域に与えるように、上記基板に固定されているベースユニットとを備え、上記ベースユニットは、外筒と、軸方向に沿ったスプライン溝が形成されており、上記スプライン溝をガイドとするボールスプライン機構により摺動自在に上記外筒に貫通して嵌め入れられているシャフトと、外側面にフランジが形成されているとともに上記外筒を摺動自在に嵌め入れるような形状を有しており、上記外筒を摺動自在に嵌め入れるように上記シャフトの一方の端部に固定されている圧縮部材と、上記圧縮部材が固定されている側と反対側に位置する押圧面が、上記シャフトの中心軸に対して直交するように、上記シャフトの他方の端部に固定されている押圧部材と、上記外筒を固定するとともに、上記シャフトの圧縮部材が固定されている側が開口するように上記圧縮部材を内包し、かつ上記押圧部材が外部に位置するような形状を有しており、上記シャフトが上記基板に形成されている開口部を通って、上記押圧部材の押圧面が上記領域を平らに張設するように、上記基板の表面に固定されている支持部材と、上記支持部材における上記圧縮部材が内包されている空間を密封する蓋と、上記圧縮部材に差し込まれており、上記圧縮部材のフランジと上記蓋との間で圧縮されることにより上記押圧を発生する圧縮コイルバネと、により構成されており、上記軟質シートは、張設された状態の該軟質シートに沿って反る板バネを介した圧着部材によって、上記基板の裏面に圧着されていることを特徴としていてもよい。

また、本発明の半導体機能試験電気接続装置は、被試験対象の半導体素子に形成された複数の半導体端子と電気的に接続する半導体機能試験電気接続装置において、複数の第１接続端子が裏面に形成されている基板と、上記第１接続端子の配置に対応するように表面の内側領域に形成された第３接続端子を一方の端部に有し、裏面の外側領域に形成された第４接続端子を他方の端部に有する配線が複数形成されており、上記第３接続端子が上記第１接続端子と電気的に接続されるように、表面の内側領域が上記基板の裏面に圧着されることによって、上記基板に固定されているフィルム状の第１軟質シートと、上記半導体素子の半導体端子の配置に対応するように裏面の内側領域に形成されたプローブ端子を一方の端部に有し、上記第４接続端子の配置に対応するように表面の外側領域に形成された第２接続端子を他方の端部に有する配線が複数形成されており、上記第２接続端子が上記第４接続端子と電気的に接続されるように、表面の外側領域が上記第１軟質シートを介して上記基板の裏面に圧着されることによって、上記基板に固定されているフィルム状の第２軟質シートと、上記第２軟質シートのプローブ端子が形成されている領域を平らに張設するとともに、上記プローブ端子に上記半導体端子が押し当てられるとき、半導体素子側に作用する押圧を上記領域に与えるように、上記基板に固定されているベースユニットとを備え、上記ベースユニットは、外筒と、軸方向に沿ったスプライン溝が形成されており、上記スプライン溝をガイドとするボールスプライン機構により摺動自在に上記外筒に貫通して嵌め入れられているシャフトと、外側面にフランジが形成されているとともに上記外筒を摺動自在に嵌め入れるような形状を有しており、上記外筒を摺動自在に嵌め入れるように上記シャフトの一方の端部に固定されている圧縮部材と、上記圧縮部材が固定されている側と反対側に位置する押圧面が、上記シャフトの中心軸に対して直交するように、上記シャフトの他方の端部に固定されている押圧部材と、上記外筒を固定するとともに、上記シャフトの圧縮部材が固定されている側が開口するように上記圧縮部材を内包し、かつ上記押圧部材が外部に位置するような形状を有しており、上記シャフトが上記基板に形成されている開口部を通って、上記押圧部材の押圧面が上記領域を平らに張設するように、上記基板の表面に固定されている支持部材と、上記支持部材における上記圧縮部材が内包されている空間を密封する蓋と、上記圧縮部材に差し込まれており、上記圧縮部材のフランジと上記蓋との間で圧縮されることにより上記押圧を発生する圧縮コイルバネと、により構成されており、上記第２軟質シートは、張設された状態の該第２軟質シートに沿って反る板バネを介した圧着部材によって、上記基板の裏面に圧着されていることを特徴としていてもよい。

上記の各構成によれば、板バネによって、押圧時の軟質シートおよび第２軟質シートの弛みを吸収することが可能となる。よって、本発明の半導体機能試験電気接続装置では、さらに、軟質シートおよび第２軟質シートの弛みを抑制し、軟質シートおよび第２軟質シートが半導体素子と接触することによって双方に発生するダメージを防止することが可能となる。

以上のように、本発明の半導体機能試験電気接続装置は、複数の第１接続端子が裏面に形成されている基板と、被試験対象の半導体素子の半導体端子の配置に対応するように裏面の内側領域に形成されたプローブ端子を一方の端部に有し、上記第１接続端子の配置に対応するように表面の外側領域に形成された第２接続端子を他方の端部に有する配線が複数形成されており、上記第２接続端子が上記第１接続端子と電気的に接続されるように、表面の外側領域が上記基板の裏面に圧着されることによって、上記基板に固定されているフィルム状の軟質シートと、上記軟質シートのプローブ端子が形成されている領域を平らに張設するとともに、上記プローブ端子に上記半導体端子が押し当てられるとき、半導体素子側に作用する押圧を上記領域に与えるように、上記基板に固定されているベースユニットとを備え、上記ベースユニットは、外筒と、軸方向に沿ったスプライン溝が形成されており、上記スプライン溝をガイドとするボールスプライン機構により摺動自在に上記外筒に貫通して嵌め入れられているシャフトと、外側面にフランジが形成されているとともに上記外筒を摺動自在に嵌め入れるような形状を有しており、上記外筒を摺動自在に嵌め入れるように上記シャフトの一方の端部に固定されている圧縮部材と、上記圧縮部材が固定されている側と反対側に位置する押圧面が、上記シャフトの中心軸に対して直交するように、上記シャフトの他方の端部に固定されている押圧部材と、上記外筒を固定するとともに、上記シャフトの圧縮部材が固定されている側が開口するように上記圧縮部材を内包し、かつ上記押圧部材が外部に位置するような形状を有しており、上記シャフトが上記基板に形成されている開口部を通って、上記押圧部材の押圧面が上記領域を平らに張設するように、上記基板の表面に固定されている支持部材と、上記支持部材における上記圧縮部材が内包されている空間を密封する蓋と、上記圧縮部材に差し込まれており、上記圧縮部材のフランジと上記蓋との間で圧縮されることにより上記押圧を発生する圧縮コイルバネと、により構成されている、という構成である。

これにより、ベースユニットでは、シャフトを蓋の配置側に動かす力が作用すると、シャフトは、スプライン溝をガイドとするボールスプライン機構によって摺動するので、軸方向に対する回転が防止されるとともに、軸方向に沿った直線運動を高精度で行うことができる。よって、半導体素子の半導体端子をプローブ端子に押し当てて離すという処理を、被試験対象の半導体素子毎に連続して行っても、ずれることが無い高精度な位置合わせで行うことができる。

また、シャフトは高精度な直線運動を行うことにより、圧縮コイルバネの反発力が押圧力として押圧部材へガタ無く伝達されるので、押圧部材の押圧面への押圧の量は常に均一となり、その方向は常に一定となる。よって、必要なオーバードライブを満たすように圧縮コイルバネの反発力を調整して押圧を設定することにより、プローブ端子と半導体端子とを電気的に接続することができる。

したがって、高精度な位置合わせ、および、均一かつ十分な押圧で、プローブ端子と半導体端子とを電気的に接続することにより、接続不良の発生を防止することができる半導体機能試験電気接続装置を提供するという効果を奏する。

本発明の一実施の形態に係るプローブカードの構成を示す側面図である。図１のプローブカードを矢印Ａから見た平面図である。上記プローブカードにおけるプローブシートの構成を示す断面側面図である。上記プローブカードにおける、プローブシートとプリント基板との圧着部の構成を示す断面側面図である。上記プローブカードにおけるベースユニットの構成を示す断面側面図である。上記ベースユニットの分解図である。上記ベースユニットのセンターシャフトが上側に摺動したときの様子を示す断面側面図である。上記ベースユニットにおける、センターシャフトおよび外筒の構成を示す斜視図である。上記センターシャフトおよび外筒の断面側面図である。上記ベースユニットの他の構成を示す断面側面図である。測定する半導体チップに応じた測定条件の調整を説明するための図である。（ａ）および（ｂ）は、上記ベースユニットにおけるウエハ押圧プレートの構成例を示す斜視図である。上記プローブカードを半導体チップに接続したときの接続部の構成を示す断面側面図である。（ａ）は、上記センターシャフトの他の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のセンターシャフトを外筒に嵌め入れたときの構成を示す斜視図である。（ａ）は、上記センターシャフトのさらに他の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のセンターシャフトを外筒に嵌め入れたときの構成を示す斜視図である。本発明の他の実施の形態に係るプローブカードの構成を示す断面側面図である。上記プローブカードにおけるプリント基板の基板裏面側に位置する構成を示す分解図である。上記プローブカードにおけるプローブシートの構成の一例を示す平面図である。上記プローブカードにおけるウエハ押圧プレートの構成の一例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。上記プローブカードにおけるプローブシートの構成の他の例を示す平面図である。上記プローブカードにおけるウエハ押圧プレートの構成の他の例を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。上記プローブカードにおけるベースユニットの構成を示す分解図である。上記ベースユニットの平面図である。上記プローブカードにおけるベースユニットの他の構成を示す分解図である。上記ベースユニットの平面図である。図１のプローブカードにおいて、押圧時にプローブシートが弛む状態を示す図である。本発明のさらに他の実施の形態に係るプローブカードの構成を示す断面側面図である。上記プローブカードにおける、押圧時のプローブシートの状態を示す図である。上記プローブカードにおいて、ウエハ押圧プレートが他の形状である場合の、押圧時のプローブシートの状態を示す図である。本発明のさらに他の実施の形態に係るプローブカードの構成を示す断面側面図である。上記プローブカードにおけるプリント基板の基板裏面側に位置する構成を示す分解図である。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。

図１は、本実施の形態のプローブカード１０の一構成例を示す側面図である。図２は、図１に示すプローブカード１０を矢印Ａから見た平面図である。

本実施の形態のプローブカード１０（半導体機能試験電気接続装置）は、ウエハに形成された半導体チップ（半導体素子）の電気的特性を測定し良品および不良品を選別するテスト（試験）、において使用される治具である。プローブカード１０は、テスト装置と、半導体チップに形成されているバンプ（半導体端子）とを電気的に接続する。

図１に示すように、本実施の形態のプローブカード１０は、プリント基板１１（基板）、ベースユニット１２、プローブシート１３（軟質シート）、シート圧着プレート１４（圧着部材）、ゴムシート１５（第２緩衝シート）、ベースユニット固定ボルト１６、および圧着プレート固定ボルト１７を備えている。プローブカード１０は、メンブレン式のプローブカードである。

プリント基板１１は、ガラスエポキシからなる基材に配線パターンが形成された基板である。プリント基板１１は、円盤状の形状を有している。プリント基板１１の中央部分には、開口部２１が形成されている。各配線は、内周側の第１領域２２と、外周側の第２領域２３とに端部を有するようにそれぞれ形成されている。内周側の第１領域２２に位置する各配線（図４の配線２４）の端部は、プリント基板１１の一方の面に形成された接続端子（図４の接続端子２５（第１接続端子））を有している。以下では、プリント基板１１において、接続端子２５が形成されている側の面を基板裏面と称し、その反対側の面を基板表面と称する。

ベースユニット１２は、プローブシート１３のプローブ端子に半導体チップのバンプが押し当てられたときに、半導体チップ側に、必要な押圧を与える機構である。ベースユニット１２は、後述のセンターシャフト３１がプリント基板１１の開口部２１を通り、後述のウエハ押圧プレート３２がプリント基板１１の基板裏面の側に位置してプローブシート１３を張設するように、プリント基板１１の基板表面にベースユニット固定ボルト１６を用いて固定されている。ベースユニット１２の詳細な構成は後述する。

プローブシート１３は、配線パターンが形成された軟質のフィルム状のシートである。プローブシート１３は、両面端子構造を有している。プローブシート１３の材料としては、例えばポリイミドが用いられ、耐熱性および弾性に優れた樹脂が好ましい。

図３に、プローブシート１３に形成された配線２６の一構成例を示す。図３に示すように、配線２６の一方の端部は、半導体チップのバンプの配置に対応するようにシートの一方の面の中央付近に形成されたプローブ端子２７を有している。プローブ端子２７は、図２中の領域Ｐにて、測定する半導体チップのバンプの配置に応じて配置されている。配線２６の他方の端部は、プリント基板１１の接続端子２５の配置に対応するようにシートの他方の面の端側に形成されたシート接続端子２８（第２接続端子）を有している。シート接続端子２８は、図２中の領域Ｑにて、プリント基板１１の接続端子２５に電気的に接続される。

配線２６は、例えば、銅やニッケルを用いて形成されている。プローブ端子２７およびシート接続端子２８は、例えばニッケルや金を用いて形成されている。

シート圧着プレート１４は、プローブシート１３を固定するためのプレートである。シート圧着プレート１４は、プローブシート１３のプローブ端子２７が形成されている箇所を含む領域がウエハ押圧プレート３２によって張設されるように、プローブシート１３の端側およびゴムシート１５を挟みながら、プリント基板１１の基板裏面に圧着されている。圧着時、シート圧着プレート１４は、プリント基板１１の基板裏面に圧着プレート固定ボルト１７を用いて固定されている。シート圧着プレート１４は金属からなり、例えば、ステンレス鋼やアルミニウムを用いることができる。

ゴムシート１５は、シリコンからなる弾性を有するシートである。ゴムシート１５は、プローブシート１３とシート圧着プレート１４との間に設けられている。ゴムシート１５は、シート圧着プレート１４によりプローブシート１３をプリント基板１１に圧着した際に、プローブシート１３がシート圧着プレート１４により圧着される領域に少なくとも介在するような形状であることが望ましい。

以上、プローブカード１０では、プリント基板１１の基板裏面側において、プローブシート１３の中央付近が、ベースユニット１２のウエハ押圧プレート３２によって平らに張設されているとともに、図４に示すように、シート接続端子２８と接続端子２５とが電気的に接続されるように、プローブシート１３の端側が、ゴムシート１５を介してシート圧着プレート１４によりプリント基板１１の基板裏面に圧着されている。シート圧着プレート１４の圧着によるゴムシート１５の反発力で、シート接続端子２８を接続端子２５に圧接している。

次に、ベースユニット１２の詳細な構成について説明する。

図５は、ベースユニット１２の一構成例を示す断面側面図である。図６は、図５に示すベースユニット１２の分解図である。

図５および図６に示すように、ベースユニット１２は、センターシャフト３１（シャフト）、ウエハ押圧プレート３２（押圧部材）、外筒３３、バネ受けスリーブ３４（圧縮部材）、コイルバネ３５（圧縮コイルバネ）、ハウジング３６（支持部材）、上蓋３７（蓋）、台座プレート３８、固定プレート３９、外筒固定ボルト４０、スリーブ固定ネジ４１、水平調整ネジ４２（調整部材）、上蓋固定ボルト４３、プレート固定ネジ４４、およびプレート固定ボルト４５により構成されている。

ベースユニット１２は、センターシャフト３１の一端に固定されたウエハ押圧プレート３２に押し上げる力が作用すると、センターシャフト３１に連動するように構成されているコイルバネ３５が圧縮されることにより、圧縮時に発生するコイルバネ３５の反発力を利用して、センターシャフト３１を軸方向に沿って往復運動させる。これにより、ウエハ押圧プレート３２は、プローブシート１３に押圧を与えている。

なお、以下では、特に説明しない限り、軸方向とはセンターシャフト３１の中心軸の方向である。また、センターシャフト３１の中心軸が、ベースユニット１２としての中心軸になっている。

センターシャフト３１は、ボールスプライン機構により摺動自在に、外筒３３の貫通孔に嵌め入れられている。センターシャフト３１の一方の端部には、ウエハ押圧プレート３２がプレート固定ネジ４４を用いて固定され、他方の端部には、バネ受けスリーブ３４がスリーブ固定ネジ４１を用いて固定されている。ここで、ベースユニット１２では、軸方向を基準にして、ウエハ押圧プレート３２が固定されている側を下側とし、バネ受けスリーブ３４が固定されている側を上側とする。

ウエハ押圧プレート３２は、四角柱の形状を有している。ウエハ押圧プレート３２は、センターシャフト３１に固定されたときに下側を向く面が、軸方向に対して直交するように、センターシャフト３１に固定されている。上記下側を向く面は、プローブシート１３を張設して、被試験対象の半導体チップ側に押圧を与える押圧面である。

バネ受けスリーブ３４は、外筒３３を摺動自在に嵌め入れるような、一方の面が閉じられた円筒型の形状を有している。バネ受けスリーブ３４は、その中心軸が、センターシャフト３１の中心軸と略一致するように固定されている。バネ受けスリーブ３４には、外側面に、フランジが形成されている。フランジは、コイルバネ３５を支持し圧縮可能な幅を有している。フランジの幅は、ハウジング３６上部開口径より小さければ良い。

コイルバネ３５は、圧縮コイルばねである。コイルバネ３５は、その内径が、バネ受けスリーブ３４の外径よりも大きく、外径がハウジング３６上部開口径よりも小さければ良く、種々の圧縮力（反発力）のものを用いることができる。コイルバネ３５は、バネ受けスリーブ３４に挿入され、バネ受けスリーブ３４のフランジにて支持されている。

外筒３３は、貫通孔を有する筒型の形状を有している。貫通孔は、ベースユニット１２としての中心軸を中心軸として形成されている。外筒３３には、外側面にフランジが形成されている。フランジは、センターシャフト３１に対して、バネ受けスリーブ３４が固定されている側に外筒３３が最も嵌め入れられた際バネ受けスリーブ３４と干渉せず、かつ、ウエハ押圧プレート３２が固定されている側の端から所定の間隔をあけた、位置に配置されている。外筒３３は、フランジが外筒固定ボルト４０を用いてハウジング３６に固定されることによって、ハウジング３６に固定されている。

また、上記所定の間隔とは、外筒３３の下端面とウエハ押圧プレート３２との位置関係に応じて決められる。つまりは、プローブカード１０を組み立てたとき、プリント基板１１の基板裏面からプローブシート１３上に形成されたプローブ端子２７の先端までの距離（高さ）は、あらかじめ規定されている（一般的に４ｍｍ〜１３ｍｍの範囲）。よって、外筒３３をハウジング３６に固定した際、外筒３３の下端面とウエハ押圧プレート３２とが上記距離を満たすように、外筒３３のフランジは所定の間隔をあけた位置に配置される。なお、フランジは端に形成されていてもよい。

ハウジング３６は、外筒３３を固定すると共に、センターシャフト３１の一部、外筒３３、バネ受けスリーブ３４、およびコイルバネ３５を収容する容器である。詳細には、ハウジング３６は、外筒３３を差し込む貫通孔を内部空間の底面に有しており、フランジを内部空間の底面に当てて外筒３３を貫通孔に差し込みながら固定している。この結果、ハウジング３６は、外筒３３に保持されるセンターシャフト３１、ウエハ押圧プレート３２、バネ受けスリーブ３４、およびコイルバネ３５を保持している。センターシャフト３１の上記内部空間に収容されない部分は下側に向かって突き出し、ウエハ押圧プレート３２はハウジング３６の外部に位置する。

センターシャフト３１の一部、外筒３３、バネ受けスリーブ３４、およびコイルバネ３５を収容する内部空間は、上側に開口部を有するように形成されている。この内部空間は、上蓋固定ボルト４３を用いてハウジング３６に固定された上蓋３７により密封（密閉）されている。これにより、コイルバネ３５は、バネ受けスリーブ３４のフランジと、上蓋３７との間に挟まれるように構成されている。なお、後述のようにコイルバネ３５が圧縮されたときに好適な壁となるために、上蓋３７にはバネ受け部が形成されていることが好ましい。

ハウジング３６は、外側面に取付部を有している。取付部が、土台となる台座プレート３８および固定プレート３９に、ベースユニット固定ボルト１６を用いて固定されることにより、ハウジング３６はプリント基板１１の基板表面側に固定されている。台座プレート３８および固定プレート３９はプリント基板１１の開口部２１付近に配置されており、台座プレート３８がプリント基板１１の基板表面に、固定プレート３９がプリント基板１１の基板裏面に、プレート固定ボルト４５を用いて一括して固定されている。

この結果、センターシャフト３１がプリント基板１１の開口部２１を通り、ウエハ押圧プレート３２がプリント基板１１の基板裏面側に位置するように、ベースユニット１２が、プリント基板１１の基板表面に固定されている。

また、ハウジング３６の取付部には、水平調整ネジ４２が取り付けられている。水平調整ネジ４２は、その先端が台座プレート３８に当たるように配置されている。水平調整ネジ４２を調整することにより、プリント基板１１の基板裏面に対する、ウエハ押圧プレート３２が突出する高さおよび角度を調整（微調整）することが可能である。

なお、センターシャフト３１、ウエハ押圧プレート３２、外筒３３、バネ受けスリーブ３４、ハウジング３６、上蓋３７、台座プレート３８、および固定プレート３９は、金属からなり、例えばステンレス鋼やアルミニウムを用いることができる。

上記の構成を有するベースユニット１２では、図５に示す状態から、ウエハ押圧プレート３２に押し上げる力が作用すると、センターシャフト３１が、ボールスプライン機構により軸方向に沿って上側に動く。このとき、図７に示すように、外筒３３は、プリント基板１１に固定されているハウジング３６に固定されているので動かないが、センターシャフト３１に固定されているバネ受けスリーブ３４は、センターシャフト３１の動きに連動する。

それゆえ、バネ受けスリーブ３４が上側に動くことによって、バネ受けスリーブ３４のフランジと上蓋３７との間に挟まれているコイルバネ３５が圧縮される。この結果、コイルバネ３５の反発力が発生し、この反発力が、元の位置に戻ろうとするようにセンターシャフト３１に作用する。これにより、１本のコイルバネ３５によって、センターシャフト３１の軸方向に沿った往復運動が行われることになる。

ここで、センターシャフト３１は、ボールスプライン機構によって摺動するので、軸方向に沿った往復運動を高精度で行うことが可能となっている。次いで、ベースユニット１２に構成されているボールスプライン機構について詳細に説明する。ボールスプライン機構は、センターシャフト３１および外筒３３に施されている。

図８に、センターシャフト３１および外筒３３の詳細な構成を示す。なお、図８は、外筒３３のフランジは省略して図示している。図９は、図８の断面図である。

センターシャフト３１には、外側面に、スプライン溝５１が軸方向と平行に端から端に亘って形成されている。スプライン溝５１は、間隔を有する２本が軸対称に配置されて、計４本形成されている。外筒３３には、貫通孔に、保持溝５２が軸対称で環状に形成されている。保持溝５２は、複数の鋼球５３を転動自在に保持している。保持溝５２の一部は、図９に示すように、鋼球５３がスプライン溝５１と保持溝５２との間に嵌まるように形成されている。

このように、センターシャフト３１が外筒３３に対して摺動するとき、スプライン溝５１は鋼球５３に対するレール（ガイド）の役割を有している。また、スプライン溝５１には、保持溝５２に保持された鋼球５３が噛み込んでいることにより、センターシャフト３１は、中心軸に対して回転することができない。

これにより、センターシャフト３１は、軸方向の直線運動のみを行うことが可能となっている。言い換えると、保持溝５２に保持された鋼球５３が、スプライン溝５１に沿って転がる方向にのみセンターシャフト３１の動きが自由となるので、センターシャフト３１は、軸方向の直線運動をずれることなく行うことができる。したがって、センターシャフト３１は、回転が防止された高精度な直線運動を行うことが可能となる。

また、スプライン溝５１に対する鋼球５３の噛合には、与圧を与えることが望ましい。例えば、与圧は、軸に対してマイナス方向に２μｍ〜６μｍであることが好ましく、１μｍ〜１５μｍの範囲であればよい。これにより、鋼球５３によりスプライン溝５１を押さえつけている影響から、センターシャフト３１の中心軸が全くぶれることが無い。この結果、中心軸のズレがゼロなので、さらに高精度な直線動作を行うことが可能となる。

なお、センターシャフト３１を好適に摺動させるために、センターシャフト３１と外筒３３との間には、潤滑用グリス（リチウム石鹸基グリス）が供給される。潤滑用グリスは、劣化および減少するので、メンテナンスが必要である。本ボールスプライン機構では、スプライン溝５１は、センターシャフト３１の端から端に亘って形成されているので、外筒３３から容易に取り外すことが可能である。それゆえ、ベアリングへの給油を容易に行うことができるので、本ボールスプライン機構は優れたメンテナンス性を有している。

また、本ボールスプライン機構は、定格内の荷重負荷で５００００ｍまで走行可能である。実際のテストでは、センターシャフト３１の最大ストローク量は１００μｍ程度であるので、１回の接続当り２００μｍ走行（１００μｍの往復）したとすると、理論値で、２億５０００万回までの接続が可能となる。よって、本ボールスプライン機構は、非常に長寿命である。

次に、上記構成において、プローブカード１０がテスト時に用いられる際の作用効果について説明する。

まず、プローブカード１０を、テスト装置に備えられているウエハハンドリング装置に、基板表面が上側になるように設置する。このとき、プリント基板１１における外周側の第２領域２３に位置する各配線の端部は、テスト装置に接続される。続いて、上記ウエハハンドリング装置に、テストを実施するウエハを準備する。

プローブカード１０を設置するテスト装置は、特に限定されず、汎用のテスト装置を用いることができる。テスト装置は、ウエハハンドリング装置を備えている。テスト装置には、半導体チップの使用環境に近い環境でテストを行なうために、種々の機能、例えば、過熱および冷却する機能などが備えられている。

ウエハハンドリング装置は、定められた測定位置に、ウエハに形成された数百個の半導体チップにおいて１つずつ測定する半導体チップが合致するように、ウエハを上下左右に自動的に動かす。ウエハハンドリング装置では、プローブカード１０が上側に位置するように固定され、ウエハが下側に位置するように準備されている。上記定められた測定位置とは、プローブカード１０におけるプローブシート１３のプローブ端子２７の配置位置である。

準備後、ウエハ状態のままで、作製した半導体チップが正常に動作するかどうかが、自動的に１つずつテストされる。詳細には、測定する半導体チップを、プローブ端子２７の配置位置の下方に来るようにウエハを左右に動かす。その後、ウエハを上側に動かすことによって、半導体チップのバンプを、プローブシート１３のプローブ端子２７に押し当てる。

このとき、良好にテストを実施するためには、プローブシート１３のプローブ端子２７と半導体チップのバンプとの電気的接続が確実に行われなければならない。つまりは、プローブシート１３のプローブ端子２７と半導体チップのバンプとが、全て、導電可能に接続されることが求められる。

プローブカード１０では、半導体チップのバンプをプローブシート１３のプローブ端子２７に押し当てる前は、ウエハ押圧プレート３２は最も下降した位置にある。半導体チップのバンプをプローブシート１３のプローブ端子２７に押し当てると、ウエハ押圧プレート３２に、押し上げる力が作用する。このとき、センターシャフト３１は、上述したように、ボールスプライン機構によって、軸方向に沿った高精度な往復運動を行うように構成されている。

それゆえ、押圧力が、ウエハ押圧プレート３２へ垂直方向にガタ無く伝達される。ガタが無いため、ウエハ押圧プレート３２の下側の面への押圧の量は常に均一となり、その方向は常に一定となる。

この押圧力は、コイルバネ３５の反発力を調整することによって、必要なオーバードライブを満たすように設定されている。これにより、プローブシート１３のプローブ端子２７と半導体チップのバンプとを電気的に接続することが可能となる。

測定後、ウエハを下側に動かして、プローブシート１３のプローブ端子２７と半導体チップのバンプとを離す。そして、次に測定する半導体チップがプローブ端子２７の配置位置の下方に来るようにウエハを左右に動かす。その後、同様に、ウエハを上側に動かすことによって、半導体チップのバンプを、プローブシート１３のプローブ端子２７に押し当てる。

ここで、プローブ端子２７から半導体チップのバンプを離したとき、プローブカード１０におけるウエハ押圧プレート３２は、最も下降した位置に戻っている。しかしながら、ウエハ押圧プレート３２の往復運動は、ボールスプライン機構によって高精度に行われているので、次の半導体チップのバンプを、プローブシート１３のプローブ端子２７に押し当てる際においても、位置がずれることなく、高精度な位置合わせで押し当てることが可能となっている。よって、同様に押圧が与えられて、プローブ端子２７と半導体チップのバンプとを電気的に接続することが可能となる。

このようにして、ウエハに形成された数百個の半導体チップを、接続不良を発生することなく１つずつ自動的に測定することが可能となる。したがって、プローブカード１０は、高精度な位置合わせ、および、均一かつ十分な押圧で、プローブシート１３のプローブ端子２７と半導体チップのバンプとを電気的に接続することが可能となる。それゆえ、接続不良の発生を防止することが可能となる。

なお、プローブカード１０は、例えば、ベースユニット１２のセンターシャフト３１の最大ストローク量が４ｍｍとなるように構成される。実際のテスト時には、センターシャフト３１の最大ストローク量は１００μｍ程度であり、オーバードライブは２０μｍ〜８０μｍになるように設定されることが望ましい。これにより、より好適に、プローブ端子２７と半導体チップの金属バンプとを電気的に接続することが可能となる。

上述した半導体チップの電気的特性を測定するためのテストは、製造工程途中の、ウエハ状態の半導体チップに対して行われる。このため、上記テストは、通常クラス１００以下レベルのクリーンルームで行われる。それゆえ、上記テストで用いるプローブカード１０に対しては、発塵を防止した構成が必須となる。

プローブカード１０では、ベースユニット１２のセンターシャフト３１が摺動するように構成されている。このため、センターシャフト３１と外筒３３との間の擦れや、バネ受けスリーブ３４と外筒３３との間の擦れなどにより、金属粉（削りカス）が生じる可能性がある。

これに対し、ベースユニット１２では、外筒３３は、フランジがハウジング３６の内部空間の底面に当たるまでハウジング３６の貫通孔に差し込まれて固定されている。これにより、ハウジング３６の内部空間において、バネ受けスリーブ３４と外筒３３との間の擦れにより生じた金属粉や、バネ受けスリーブ３４とコイルバネ３５との間の擦れにより生じた金属粉が、ハウジング３６の貫通孔を通って外部に流出することを防止することが可能となる。

また、センターシャフト３１と外筒３３との間の該外筒３３の両端部には、図８に示すように、シールリング５４が備えられている。これにより、センターシャフト３１と外筒３３との間の擦れにより、発塵することを防止することが可能となる。なお、外部への発塵を特に防止するためには、シールリング５４は、外筒３３におけるウエハ押圧プレート３２の配置側の端部に少なくとも備えることが好ましい。

さらに、シールリング５４の劣化による発塵に備えて、図１０に示すように、蛇腹ホース５５（被覆部材）を備えてもよい。蛇腹ホース５５は、ゴムなどの弾性を有する材料からなる蛇腹状のホースである。蛇腹ホース５５を、センターシャフト３１の露出部を被覆するように取り付けることによって、シールリング５４の劣化による不意の発塵（例えば、グリス屑の落下など。）を防止することが可能となる。

したがって、これらの構成により、発塵が防止されたプローブカード１０を実現することが可能となる。

なお、上述したプローブカード１０では、１個ずつ半導体チップを測定する場合について説明したが、これに限るわけではなく、複数個を同時に測定することもできる。複数個を同時に測定する場合は、測定する半導体チップのバンプ数に応じて、押圧力や押圧範囲を調整する必要がある。

図１１は、測定する半導体チップ１００に応じた調整を説明するための図である。

図１１の（ａ）に示すように、半導体チップ１００を１つ測定する場合、半導体チップのバンプ１０１の数に応じて、ウエハ押圧プレート３２の押圧力が設定される。また、例えば、ウエハ押圧プレート３２は、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍのサイズのものが使用される。

（ｂ）に示すように、（ａ）に示した半導体チップ１００のバンプ数に対して半分のバンプを有する半導体チップを測定する場合は、ウエハ押圧プレート３２の押圧力は１／２倍に設定される。つまりは、押圧力が強すぎることにより、各バンプにダメージ与えることを防止するためである。

（ｃ）に示すように、（ａ）に示した半導体チップ１００を２個同時に測定する場合は、ウエハ押圧プレート３２の押圧力は２倍に設定される。この場合、（ａ）に示した半導体チップ１００のバンプ数に対して、２倍のバンプを測定することになる。よって、押圧力が弱すぎることにより、オーバードライブが不十分になることを防止するためである。

（ｄ）に示すように、（ａ）に示した半導体チップ１００を１２個同時に測定する場合は、ウエハ押圧プレート３２の押圧力は１２倍に設定される。この場合、（ａ）に示した半導体チップ１００のバンプ数に対して、１２倍のバンプを測定することになる。

ここで、（ｃ）に示したように半導体チップを２個同時に測定する場合は、２個の半導体チップは、ウエハ押圧プレート３２の押圧範囲内にあるため、ウエハ押圧プレート３２の押圧力を調整するのみで、サイズは問題にならない。これに対し、（ｄ）に示すように、半導体チップを１２個同時に測定する場合は、１２個の半導体チップは、ウエハ押圧プレート３２の押圧範囲内に収まらない。このため、ウエハ押圧プレート３２は、１２個の半導体チップを収めるようなサイズすなわち押圧範囲に設定される。

このように、押圧力は、測定する半導体チップのバンプ数に比例して調整する必要がある。また、押圧範囲は、測定する半導体チップの個数またはサイズに応じて調整する必要がある。

ウエハ押圧プレート３２の押圧力は、コイルバネ３５の反発力を利用して生成している。ベースユニット１２では、コイルバネ３５は、バネ受けスリーブ３４に挿入されているのみで固定されてはいないので、上蓋３７を外すだけで簡単に交換することが可能である。それゆえ、コイルバネ３５を交換するという簡単な処理だけで、上記押圧力を容易に調整することが可能である。

しかも、コイルバネ３５の交換には、ベースユニット１２とプリント基板１１との位置関係を調整する箇所や、センターシャフト３１の摺動に関連する箇所には一切触れる必要がない。それゆえ、押圧力を調整するためにコイルバネ３５を交換した後、位置関係などを新たに調整し直す必要はない。

また、ベースユニット１２では、ウエハ押圧プレート３２はプレート固定ネジ４４を用いて固定されているので、プレート固定ネジ４４を緩めるだけで、ウエハ押圧プレート３２を簡単に交換することが可能である。それゆえ、ウエハ押圧プレート３２を交換するという簡単な処理だけで、上記押圧範囲を容易に調整することが可能である。

なお、大きなサイズのウエハ押圧プレート３２を備える場合、センターシャフト３１を延長することが望ましい。これにより、センターシャフト３１の往復運動により、ウエハ押圧プレート３２がプリント基板１１に干渉することを防止することが可能となる。

また、ウエハ押圧プレート３２は、上述した形状に限定されず、例えば、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、断面形状が台形の柱状体であってもよい。つまりは、少なくともプローブシート１３のプローブ端子２７が形成されている領域を、平らに張設するような面を有する形状であればよい。図１２（ａ）（ｂ）に示すような形状によれば、プローブシート１３を張設した際に、ウエハ押圧プレート３２の角によりプローブシート１３に作用するせん断力を緩和することが可能となる。

このように、プローブカード１０は、半導体チップを種々の条件に応じて測定することが可能である。近年では、テスト装置の性能の多チャンネル化に伴って、例えば、３２〜６４個の複数個同時測定や、ウエハ一括測定が行われる可能性がある。プローブカード１０は、最小限の部品交換（例えば、ウエハ押圧プレート３２の交換のみ）で、上記測定のような広範囲の接続に適応することが可能となる。

また、測定対象に応じて、プリント基板１１やプローブシート１３を変更する必要がある場合であっても、ベースユニット１２は、様々な測定条件に適応することが可能であるので、再利用することが可能である。

プローブカード１０は、両面端子構造を有するプローブシート１３を、プリント基板１１の基板裏面に圧着させる構成であるので、プローブカード１０に適用するプリント基板は、開口部を、ベースユニット１２の取り付けに必要な最小限とすることが可能である。

さらに、プローブカード１０では、プローブシート１３は、シート圧着プレート１４の圧着により固定されている。これにより、シート圧着プレート１４を着脱するという簡単な処理だけで、プローブシート１３を容易に交換することが可能となる。

また、プローブカード１０は、−５０度〜１５０度と広範囲の温度に対応することが可能である。ウエハテストの温度範囲は、通常、−４０度〜１００度の範囲で実施されるので、ウエハテストの温度範囲全域をカバーすることが可能である。

ところが、テスト条件によっては、金属（例えばステンレス鋼やアルミニウム）からなるシート圧着プレート１４が熱変形する場合がある。この結果、プローブシート１３のズレやたわみが発生してしまう。

これに対し、プローブカード１０では、プローブシート１３を、ゴムシート１５を介してシート圧着プレート１４により圧着している。これにより、ゴムシート１５の弾性を利用して、ゴムシート１５にシート圧着プレート１４の熱変形を吸収させている。よって、プローブシート１３のズレやたわみを防止することが可能となっている。

また、半導体チップのバンプの高さはバラツキがある。この高さバラツキを吸収するために、図１３に示すように、ウエハ押圧プレート３２とプローブシート１３との間に、弾性を有する緩衝シート１８（第１緩衝シート）を設けてもよい。図１３は、緩衝シート１８を備えて、プローブ端子２７と半導体チップ１００のバンプ１０１とを圧接したときの構成を示す断面図である。緩衝シート１８を備えることにより、緩衝シート１８にバンプ１０１の高さバラツキを吸収させている。それゆえ、プローブ端子２７にバンプ１０１を好適に押し当てることが可能となる。

なお、上述したプローブカード１０では、ベースユニット１２のセンターシャフト３１には、図８に示したようにスプライン溝５１が形成されている場合について説明したが、これに限らず、スプライン溝５１は少なくとも２本形成されていればよい。

図１４（ａ）に、センターシャフト３１の他の構成例を示す。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示したセンターシャフト３１を、外筒３３に嵌め入れたときの外観を示す斜視図である。

図１４（ａ）に示すように、センターシャフト３１には、スプライン溝５１が、外側面に、中心軸を中心にして１８０度間隔で２本形成されている。このときの外筒３３には、スプライン溝５１の形成位置に応じて、鋼球５３を保持している保持溝５２が形成されている。これにより、センターシャフト３１は、中心軸に対する回転方向の動きが防止された、軸方向の高精度な直線運動を行うことが可能となる。

また、図１５（ａ）（ｂ）に示すように、センターシャフト３１に、スプライン溝５１が、外側面に、中心軸を中心にして９０度間隔で４本形成されている構成であってもよい。このときの外筒３３においても、スプライン溝５１の形成位置に応じて、鋼球５３を保持している保持溝５２を形成すればよい。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

一般的に、メンブレン式のプローブカードでは、その構造上、プローブシートの基板側接続端子（プローブシート１３のシート接続端子２８）は、押圧面（ウエハ押圧プレート３２の押圧面）の配置位置よりも外側に引き出さなければならない。

ところが、図１１を用いて説明したように、広範囲かつ多数個の半導体チップの同時検査を行う場合、同時検査する半導体チップ数が増せば、プローブシート１３では、必要となるプローブ端子２７の数もそれに比例して増すとともに、半導体チップを押圧する領域が広がる。これにより、より多数のシート接続端子２８を、プリント基板１１のさらに外周側に配置（圧着）させなければならない。

このため、プリント基板１１では、プローブシート１３のシート接続端子２８に合わせて、従来よりも外周側に、より多数の接続端子２５を形成する必要がある。通常、メンブレン式のプローブカードに用いられるプリント基板には、テスタからの信号を受けるテスタ接続端子、および、テスタ接続端子から入力されたテスタ信号をプローブシートへ中継する針元端子（接続端子２５）が必要となっている。

しかし、テスタ側の都合上、テスタ接続端子の位置は変更できないため、プリンタ基板の大径化は現実的に実施不可能である。よって、接続端子２５を、所定の基板外形寸法内に収めて設けることができなくなり、必要な数量を確保することができないことがある。それゆえ、広範囲かつ多数個の半導体チップの同時検査を行うために、接続端子２５の配置位置を確保することができる構造が望まれる。

図１６は、本実施の形態のプローブカード２００の一構成例を示す断面側面図である。図１７は、図１６に示すプローブカード２００のプリント基板１１の基板裏面側の構成を示す分解図である。

図１６および図１７に示すように、本実施の形態のプローブカード２００は、前記実施の形態１のプローブカード１０の構成のうちベースユニット１２を除いた構成に加えて、ベースユニット２０１、中継メンブレンシート２０２、圧着プレート２０３、圧着ゴムシート２０４、および圧着プレート固定ボルト２０５を備えている。

ベースユニット２０１は、上述したベースユニット１２と同一の機能を有する部材であるが、必要な押圧力を発生させるために変形した構成を有している。ベースユニット２０１の具体的な構成については、詳細に後述する。

中継メンブレンシート２０２は、プリント基板１１とプローブシート１３との間の電気的接続を中継するものである。中継メンブレンシート２０２は、中継手段としての配線２１１が形成された軟質のフィルム状のシートであり、両面端子構造を有している。中継メンブレンシート２０２の材料としては、例えばポリイミドが用いられ、耐熱性および弾性に優れた樹脂が好ましく、プローブシート１３と同一の材料を用いることができる。

中継メンブレンシート２０２では、配線２１１の一方の端部は、プローブシート１３のシート接続端子２８に電気的に接続される接続端子２１２（第４接続端子）を有している。接続端子２１２は、プローブシート１３のシート接続端子２８の配置に応じて、中継メンブレンシート２０２の外周領域に配置されている。配線２１１の他方の端部は、プリント基板１１の接続端子２５に電気的に接続される接続端子２１３（第３接続端子）を有している。接続端子２１３は、プリント基板１１の接続端子２５の配置に応じて、中継メンブレンシート２０２の中央領域に配置されている。

配線２１１は、例えば、銅やニッケルを用いて形成されている。接続端子２１２および接続端子２１３は、例えばニッケルや金を用いて形成されている。

圧着プレート２０３は、中継メンブレンシート２０２をプリント基板１１に固定するためのプレートである。圧着プレート２０３は、中継メンブレンシート２０２および圧着ゴムシート２０４を挟みながら、プリント基板１１の基板裏面に圧着されている。圧着時、圧着プレート２０３は、プリント基板１１の基板裏面に圧着プレート固定ボルト２０５を用いて固定されている。圧着プレート２０３は金属からなり、例えば、ステンレス鋼やアルミニウムを用いることができる。

圧着ゴムシート２０４は、シリコンからなる弾性を有するシートである。圧着ゴムシート２０４は、中継メンブレンシート２０２と圧着プレート２０３との間に設けられている。圧着ゴムシート２０４は、圧着プレート２０３により中継メンブレンシート２０２をプリント基板１１に圧着した際に、中継メンブレンシート２０２が圧着プレート２０３により圧着される領域に少なくとも介在するような形状であることが望ましい。

なお、中継メンブレンシート２０２、圧着プレート２０３、および圧着ゴムシート２０４には、プリント基板１１への固定状態においてベースユニット２０１のセンターシャフト３１を通すことが可能な開口部が、それぞれ形成されている。

ここで、前記実施の形態１のプローブカード１０では、プリント基板１１は、中央部分に開口部２１を有するとともに、開口部２１の周辺の第１領域２２に接続端子２５、最外周の第２領域２３にテスタ接続端子を有していた。

これに対し、プローブカード２００に構成されるプリント基板１１には、開口部２１に替えて、ベースユニット２０１のセンターシャフト３１を通すことが可能な最小限の径の穴２２１が形成されている。そして、開口部２１が形成されていたプリント基板１１の中央部分の領域、すなわちウエハ押圧プレート３２の直上の領域に、接続端子２５が形成されている。なお、テスタ接続端子の配置は変更されていない。図１６中の矢印は、テスタの接続ピンが挿入される様子を図示している。

また、プローブカード２００では、中継メンブレンシート２０２を備えているので、シート圧着プレート１４は、プローブシート１３および中継メンブレンシート２０２の両方を固定している。シート圧着プレート１４は、リング形状を有し、プローブシート１３のプローブ端子２７が形成されている箇所を含む領域がウエハ押圧プレート３２によって張設されるように、中継メンブレンシート２０２の端側、プローブシート１３の端側、およびゴムシート１５を挟みながら、プリント基板１１の基板裏面に圧着されている。

さらに、プローブシート１３は、図１８に示すように、シート接続端子２８の形成領域（シート圧着プレート１４の圧着領域）を、８方向に引き出すような形状を有している。この場合、図１９（ａ）に示すように、ウエハ押圧プレート３２も、押圧面が八角形の形状を有することが好ましい。図１９は、ウエハ押圧プレート３２の、（ａ）は上面図を示し、（ｂ）は側面図を示す。また、半導体チップと対向する押圧面の角は、図１９（ｂ）に示すように面取りすることが望ましい。これにより、プローブシート１３を張設したときに、シワの発生を防止することが可能となる。

但し、プローブシート１３の形状は図１８に示したものに限るものではなく、張設時にシワが入らないような形状であればよい。また、シワを防止しながらプローブシート１３を張設できるように、ウエハ押圧プレート３２やシート圧着プレート１４は、その形状を適宜変更することができる。

例えば、プローブシート１３は、図２０に示すように、４方向に引き出すような形状を有していてもよい。この場合、図２１（ａ）に示すように、ウエハ押圧プレート３２も、押圧面が四角形の形状を有することが好ましい。図２１は、ウエハ押圧プレート３２の、（ａ）は上面図を示し、（ｂ）は側面図を示す。同様に、押圧面の角は、図２１（ｂ）に示すように面取りすることが望ましい。さらにこの場合は、シート圧着プレート１４もリング形状から中空四角形に変更させる。

以上、プローブカード２００では、プリント基板１１の基板裏面側において、プローブシート１３の中央付近が、ベースユニット２０１のウエハ押圧プレート３２によって平らに張設されているとともに、シート接続端子２８と接続端子２１２とが電気的に接続されるように、中継メンブレンシート２０２の端側およびプローブシート１３の端側が、ゴムシート１５を介してシート圧着プレート１４によりプリント基板１１の基板裏面に圧着されている。シート圧着プレート１４の圧着によるゴムシート１５の反発力で、シート接続端子２８を接続端子２１２に圧接している。また、接続端子２１３と接続端子２５とが電気的に接続されるように、中継メンブレンシート２０２の中央領域が、圧着ゴムシート２０４を介して圧着プレート２０３によりプリント基板１１の基板裏面に圧着されている。圧着プレート２０３の圧着による圧着ゴムシート２０４の反発力で、接続端子２１３を接続端子２５に圧接している。

それゆえ、プリント基板１１とプローブシート１３との間に中継メンブレンシート２０２が設けられていることにより、プローブシート１３におけるシート接続端子２８が形成された表面の外側領域が、プリント基板１１の基板裏面に圧着される位置に拘らず、シート接続端子２８と、プリント基板１１の接続端子２５とを電気的に接続することが可能となる。また、接続端子２５は、配置の自由度が高くなり、例えば、プリント基板１１におけるウエハ押圧プレート３２の直上の領域に形成することが可能になるとともに、より多数を形成することが可能となる。

よって、プローブカード２００では、従来のメンブレン方式のデッドスペースを、接続端子２５の形成領域として活用することが可能となる。したがって、広範囲かつ多数個の半導体チップの同時検査を行うために、ベースユニット１２のサイズ、特にウエハ押圧プレート３２の押圧面のサイズを大型化した場合であっても、プリント基板１１を大型化することなく、従来の基板径のプリント基板１１で、十分な数量の接続端子２５を形成することが可能となる。

また、プリント基板１１に形成された穴２２１は、ベースユニット２０１のセンターシャフト３１を通すのみの最小限の径に止められている。これにより、プリント基板１１の剛性低下を防止することが可能となっている。

ここで、多数個同時検査を行う場合、半導体チップとプローブシート１３とが導通するために必要な圧力は、半導体チップの数に比例して増大する。すなわち、同時に測定する半導体チップ数をｎ個にした場合、押圧荷重もｎ倍する必要がある。それゆえ、ベースユニット２０１は、検査の実施に十分な押圧力を発生するように構成される必要がある。この押圧荷重をｎ倍する方法の１つとしては、コイルバネ３５の反発力を強化する方法がある。

一般的に、バネの荷重は次式で示される。

Ｐ＝Ｇｄ^４δ／８ＮａＤ^３
Ｐ：荷重（ｋｇｆ）
Ｇ：横弾性係数（ｋｇｆ／ｍｍ^２）
ｄ：線径（ｍｍ）
δ：たわみ（ｍｍ）
Ｎａ：有効巻数
Ｄ：コイル平均径（ｍｍ）
よって、バネの許容荷重を上げるには、理論上、次の４つの方法がある。
（１）線径を太くする。
（２）たわみ量を増す（バネの自由高さを拡大する）。
（３）有効巻数を減らす。
（４）コイル平均径を小径化する。

但し、上記（１）〜（４）は、バネ設計の際に考慮すべき事項として、次の条件（ａ）〜（ｆ）を満たす必要がある。
（ａ）ばね指数Ｄ／ｄ（コイル平均径／線径）は、４〜２０（２２）までの範囲にする。
（ｂ）縦横比Ｈ／Ｄ（長さ／コイル平均径）は０．８以上かつ４以下にする。
（ｃ）有効巻数は３巻以上にする。
（ｄ）ピッチはＤ／２（コイル平均径の半分）以下にする。また、ピッチ＞線径であること。「ピッチ＝（自由高さ−線径×（座巻数＋１））／有効巻数」
（ｅ）密着高さ＜指定高さであること。「密着高さ＝線径×（有効巻数＋座巻数）」
（ｆ）自由高さ−密着高さを１００とした場合、作動範囲は２０〜８０％の範囲にする。

また、ボールスプライン機構で運動するセンターシャフト３１を１つ備えるベースユニット１２での使用を想定すると、ベースユニット１２のコイルバネ３５を搭載する部分の寸法制限を考慮する必要がある。例えば、ベースユニット１２の寸法から、コイルバネ３５の寸法に以下の制約が発生するとする。

・指定高さ：１７ｍｍ（バネ受けスリーブ３４のフランジ表面から上蓋３７までの高さ）
・コイル内径：１６ｍｍ（バネ受けスリーブ３４の外径）
・コイル外径：２６ｍｍ以下（バネ受けスリーブ３４のフランジの幅）
・線径：５ｍｍ以下
以上の制約事項を盛り込み、ベースユニット１２で許容可能な最大荷重を算出した場合、以下のようになる。なお、材質はステンレスとする。

・横弾性係数：７０００ｋｇｆ／ｍｍ^２
・線径(max) ：３ｍｍ
・コイル内径(Min)：１６ｍｍ
・コイル外径(Max)：２２ｍｍ
・コイル平均径：１９ｍｍ
・有効巻数：３
・座巻数：２
・たわみ量：４ｍｍ
・指定高さ：１６ｍｍ
・自由高さ：２０ｍｍ
・密着高さ：１５ｍｍ
＜バネ荷重計算式＞
Ｐ＝Ｇｄ^４δ／８ＮａＤ^３
＝７０００×３×４÷８×３×１９
＝１３.７８（ｋｇｆ）
よって、半導体チップの計測個数を増加する場合であっても、１３．７８ｋｇｆの荷重で問題なければ、例えば図５に示したような、ボールスプライン機構で運動するセンターシャフト３１を１つ備えるベースユニット１２を用いることができる。なお、材質をステンレスから硬鋼線（横弾性係数Ｇ：８０００ｋｇｆ／ｍｍ^２）に変更した場合には、１５．７４ｋｇｆまで対応可能となる。

しかし、１３．７８ｋｇｆを超える荷重が必要であれば、線径を増し、指定高さおよび自由高さを高くさせなければならない。これは、次の４つの理由にある。
・線径を増加させるだけでは、作動範囲が８０％を超える。場合によっては、密着高さ＞指定高さとなり、バネが成立しない。
・たわみ量δを増すと作動範囲が８０％を超える。
・有効巻数Ｎａは３以下にできない。
・コイル平均径Ｄは、内径１６ｍｍの制限があるため小径化できない。

よって、高荷重のコイルバネ３５を搭載させるためには、ベースユニット１２の高さを増す必要がある。しかしながら、テスタ側の制限により、ベースユニット１２の高さには制限があるため、無制限に高くすることはできない。

そこで、ウエハ押圧プレート３２の往復運動の軸を複数にして、ウエハ押圧プレート３２にかかる荷重を分散させることにより、限られた高さのベースユニットで、多数個の半導体チップを押圧するための荷重を発生させる方法がある。

図１６に示すプローブカード２００では、ベースユニット２０１が３つの軸による押圧構造を有することにより、すなわち、ボールスプライン機構で動作するセンターシャフト３１が３つ設けられていることにより、必要な荷重が発生されている。

図２２は、ベースユニット２０１の分解図である。図２３は、図２２に示すベースユニット２０１の上面図である。なお、図２３は、軸の配置を明示するために、適宜省略して図示している。

図２２に示すように、ベースユニット２０１は、ベースユニット１２の構成をベースに、センターシャフト３１、外筒３３、バネ受けスリーブ３４、コイルバネ３５、外筒固定ボルト４０、およびスリーブ固定ネジ４１からなるセンターシャフト３１往復運動機構（アセンブリ）を、３セット有している。なお、ハウジング３６は、高さは維持しつつ、上記３セットを内包可能なサイズに適宜変更されている。

これら３セットは、図２３に示すように、センターシャフト３１の軸がベースユニット２０１の中心から等しい距離で、かつ正三角形の頂点に位置するように、それぞれ配置されている。なお、図２３は、３本のセンターシャフト３１でウエハ押圧プレート３２を支持し、４８個（３行×１６列）の半導体チップを同時計測する場合の実施例を示している。この場合の軸の相対距離は３０ｍｍ程度であることが好ましい。

このように、プローブカード２００では、ウエハ押圧プレート３２が、ボールスプライン機構によって高精度で直線運動を行う複数のセンターシャフト３１に固定されているとともに、各センターシャフト３１は、各コイルバネ３５により発生する押圧をウエハ押圧プレート３２へ伝達するので、押圧加重を分散させ、押圧面の許容荷重を向上することが可能となる。

よって、コイルバネ３５の高さ方向の大型化（反発力強化）に伴う、ベースユニット２０１の高さ方向の大型化を抑制することが可能となる。なお、プリント基板１１に取り付けたときの、基板表面からのベースユニット１２の高さは、例えば３０ｍｍ以内に収めることが望ましい。

また、ウエハ押圧プレート３２を複数のセンターシャフト３１で固定することにより、半導体チップ接触時の突き上げ動作に対する軸の剛性を高めることが可能となる。特に、センターシャフト３１の中心軸を、ウエハ押圧プレート３２の中心から等しい距離に左右対称に配置することによって、押圧時の軸の撓みを回避することが可能となる。

なお、プローブカード２００では、ボールスプライン機構で運動するセンターシャフト３１、すなわちセンターシャフト３１往復運動機構が３つ設けられているが、３つに限るものではなく、測定する半導体チップの個数に応じて、必要な押圧力を持つような数量を設ければよい。

例えば、メンブレン式のプローブカードが、測定する半導体チップと導通するために、１端子当たり２ｇの荷重を必要とする場合、半導体チップ１個（４００端子）を測定（押圧）するために必要となる荷重は、
必要荷重＝半導体チップ端子数×端子当たり必要荷重
＝４００（ピン）×２（ｇ）
＝０．８（ｋｇｆ）
となる。

よって、例えば図５に示したような、ボールスプライン機構で運動するセンターシャフト３１を１つ備えるベースユニット１２で、同時測定（押圧）可能な半導体チップの個数は、上述したように許容荷重は１３．７８ｋｇｆであることから、
同時測定可能数＝１３．７８（ｋｇｆ）÷０．８（ｋｇｆ）
＝１７．２（個）
となる。したがって、理論上は、１７個毎に同じ機構の軸を設けることで、ベースユニット１２の全高を変更することなく、必要な高荷重を持つことが可能となる。

例えば、６４個（４行×１６列）の半導体チップを同時計測する場合、図２４および図２５に示すように、センターシャフト３１往復運動機構を４つ設けることが望ましい。これら４セットは、センターシャフト３１の軸がベースユニット２０１の中心から等しい距離で、かつ正四角形の頂点に位置するように、それぞれ配置されている。この場合の軸の相対距離は３０ｍｍ〜４０ｍｍ程度であることが好ましい。

なお、同時測定可能な半導体チップ数の上限は、プローブカード２００を接続するテスタの性能によって決まっている。よって、必要荷重はおおよそ決まっており、それに応じた本数のセンターシャフト３１を配置して設計すればよい。半導体チップの品種の違いによりチップ面積や１個当たりの端子数は異なるが、センターシャフト３１の本数を増減するような大きさにはならず、コイルバネ３５の変更のみで吸収可能である。

また、５つ以上のセンターシャフト３１、すなわちセンターシャフト３１往復運動機構を配置する場合は、各々のセンターシャフト３１やコイルバネ３５などの構成部品が干渉しないように、一定の間隔（約３０ｍｍ以上）を有しながら、等間隔や左右対称に配置すればよい。

〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１，２と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１，２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

上述したように、前記実施の形態１のメンブレン式のプローブカード１０では、ウエハ押圧プレート３２に対し、半導体チップが形成されたシリコンウエハを押し上げることによって、端子間の接続を行っている。ところが、プローブシート１３の張設具合や、ウエハ押圧プレート３２のストローク量によっては、押圧時にプローブシート１３が弛む場合がある。

図２６は、プローブカード１０において、押圧時にプローブシート１３が弛む状態を示す図である。

図２６の上側に示すように、非押圧時では、ベースユニット１２側からの押圧力により、ウエハ押圧プレート３２によって、プローブシート１３は、プローブ端子２７の配置領域が平らになるように張設されている。このとき、ウエハ押圧プレート３２のプローブシート１３の接触面は接着処理をしていない。これは、接着剤で貼り付けると、プローブシート１３の再使用が不可能となったり、接着剤の塗布ムラでプローブ端子２７の高低差が発生するためである。

この非押圧の状態から、プローブ端子２７とバンプ１０１との電気的接続を行うために、ウエハ押圧プレート３２に対しシリコンウエハ１５０を押し上げると、図２６の下側に示すように、張力が緩み、プローブシート１３が波を打ったように弛む。このとき、プローブシート１３がシリコンウエハ１５０に接触することにより、他のバンプ１０１や、シリコンウエハ１５０、プローブシート１３の配線２６などに傷が付く虞がある。

それゆえ、シリコンウエハ１５０の押圧動作時にプローブシート１３が弛むことによって、プローブシート１３がシリコンウエハ１５０に接触し、プローブシート１３およびシリコンウエハ１５０の双方に発生するダメージを防止することができる構造が望まれる。

図２７は、本実施の形態のプローブカード３００の一構成例を示す断面側面図である。

図２７に示すように、本実施の形態のプローブカード３００は、前記実施の形態１のプローブカード１０の構成に加えて、シート圧着プレート１４とゴムシート１５との間に設けられた板バネ３０１を備えている。

板バネ３０１は、プリント基板１１側から、プローブシート１３、ゴムシート１５、板バネ３０１、およびシート圧着プレート１４の順で重ねられて、プリント基板１１に圧着されている。また、板バネ３０１およびゴムシート１５は、張設された状態のプローブシート１３に沿って反るように設置されている。つまりは、板バネ３０１およびゴムシート１５は、シート圧着プレート１４の端から５ｍｍ〜１５ｍｍ程度、プリント基板１１の中央部に向かって突出する（はみ出る）ように配置されることによって、非押圧時のプローブシート１３の張設状態に沿って下側に反っている。

これにより、プローブシート１３は、張設された状態のプローブシート１３に沿って反るゴムシート１５および板バネ３０１を介したシート圧着プレート１４によって、プリント基板１１の裏面に圧着されている。換言すると、プローブシート１３は、板バネ３０１によって、張力を掛けられた状態で、シート圧着プレート１４によって張設されている。

また、板バネ３０１は、材質がステンレスまたはアルミで、厚さは０．０１ｍｍ程度のものが望ましい。なお、板バネ３０１は、本実施例では１枚設けられているが、複数枚重ねることにより、所望の荷重（張力）に調整することもできる。

図２８は、プローブカード３００における、押圧時のプローブシート１３の状態を示す図である。

プローブカード３００では、図２８の上側に示すように、非押圧時では、ベースユニット１２側からの押圧力により、ウエハ押圧プレート３２によって、プローブシート１３は、プローブ端子２７の配置領域が平らになるように張設されている。このとき、板バネ３０１およびゴムシート１５は、プローブシート１３の張設状態に沿って、シリコンウエハ１５０側に反っている。それゆえ、板バネ３０１には、プリント基板１１方向への反発力が発生している。

この非押圧の状態から、プローブ端子２７とバンプ１０１との電気的接続を行うために、ウエハ押圧プレート３２に対しシリコンウエハ１５０を押し上げると、図２８の下側に示すように、板バネ３０１が、上記反発力によって、押圧動作によるプローブシート１３の弛みを吸収する。よって、プローブシート１３の弛みを抑制し、プローブシート１３がシリコンウエハ１５０と接触することによって双方に発生するダメージを防止することが可能となる。

なお、上述したプローブカード３００では、ウエハ押圧プレート３２は、押圧方向の断面形状が長方形の直方体であったが、これに限るものではなく、例えば、断面形状が台形の台形柱であってもよい。図２９は、プローブカード３００において、ウエハ押圧プレート３２が上記台形柱である場合の、押圧時のプローブシート１３の状態を示す図である。この構成においても、上述した効果と同様の効果を奏することができる。

また、上述したプローブカード３００は、前記実施の形態１のプローブカード１０の構成に加えて、板バネ３０１を備える構成であったが、これに限らず、上述した全てのプローブカードの構成に適用することができる。

例えば、図３０に、前記実施の形態２のプローブカード２００の構成に加えて板バネ３０１を備える構成を有する、プローブカード３１０の一構成例を示す。図３１は、図３０に示すプローブカード３１０のプリント基板１１の基板裏面側の構成を示す分解図である。板バネ３０１の形状は、プローブシート１３の形状に応じて、好適に変更することができる。この構成においても、上述した効果と同様の効果を奏することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、高精度な位置合わせ、および、均一かつ十分な押圧で、プローブ端子と半導体チップのバンプとを電気的に接続するプローブカードに関する分野に好適に用いることができるだけでなく、プローブカードの製造に関する分野、例えば、部品の製造に関する分野に好適に用いることができ、さらには、プローブカードの製造方法の分野にも広く用いることができる。

１０プローブカード（半導体機能試験電気接続装置）
１１プリント基板（基板）
１２ベースユニット
１３プローブシート（軟質シート、第２軟質シート）
１４シート圧着プレート（圧着部材）
１５ゴムシート（第２緩衝シート）
１８緩衝シート（第１緩衝シート）
２１開口部
２４配線
２５接続端子（第１接続端子）
２６配線
２７プローブ端子
２８シート接続端子（第２接続端子）
３１センターシャフト（シャフト）
３２ウエハ押圧プレート（押圧部材）
３３外筒
３４バネ受けスリーブ（圧縮部材）
３５コイルバネ（圧縮コイルバネ）
３６ハウジング（支持部材）
３７上蓋（蓋）
３８台座プレート
３９固定プレート
４２水平調整ネジ（調整部材）
５１スプライン溝
５２保持溝
５３鋼球（球）
５４シールリング
５５蛇腹ホース（被覆部材）
１００半導体チップ（半導体素子）
１０１バンプ（半導体端子）
１５０シリコンウエハ
２００プローブカード（半導体機能試験電気接続装置）
２０１ベースユニット
２０２中継メンブレンシート（第１軟質シート）
２０３圧着プレート
２０４圧着ゴムシート
２１１配線
２１２接続端子（第４接続端子）
２１３接続端子（第３接続端子）
２２１穴（開口部）
３００，３１０プローブカード（半導体機能試験電気接続装置）
３０１板バネ

Claims

被試験対象の半導体素子に形成された複数の半導体端子と電気的に接続する半導体機能試験電気接続装置において、
複数の第１接続端子が裏面に形成されている基板と、
上記半導体素子の半導体端子の配置に対応するように裏面の内側領域に形成されたプローブ端子を一方の端部に有し、上記第１接続端子の配置に対応するように表面の外側領域に形成された第２接続端子を他方の端部に有する配線が複数形成されており、上記第２接続端子が上記第１接続端子と電気的に接続されるように、表面の外側領域が上記基板の裏面に圧着されることによって、上記基板に固定されているフィルム状の軟質シートと、
上記軟質シートのプローブ端子が形成されている領域を平らに張設するとともに、上記プローブ端子に上記半導体端子が押し当てられるとき、半導体素子側に作用する押圧を上記領域に与えるように、上記基板に固定されているベースユニットとを備え、
上記ベースユニットは、
外筒と、
軸方向に沿ったスプライン溝が形成されており、上記スプライン溝をガイドとするボールスプライン機構により摺動自在に上記外筒に貫通して嵌め入れられているシャフトと、
外側面にフランジが形成されているとともに上記外筒を摺動自在に嵌め入れるような形状を有しており、上記外筒を摺動自在に嵌め入れるように上記シャフトの一方の端部に固定されている圧縮部材と、
上記圧縮部材が固定されている側と反対側に位置する押圧面が、上記シャフトの中心軸に対して直交するように、上記シャフトの他方の端部に固定されている押圧部材と、
上記外筒を固定するとともに、上記シャフトの圧縮部材が固定されている側が開口するように上記圧縮部材を内包し、かつ上記押圧部材が外部に位置するような形状を有しており、上記シャフトが上記基板に形成されている開口部を通って、上記押圧部材の押圧面が上記領域を平らに張設するように、上記基板の表面に固定されている支持部材と、
上記支持部材における上記圧縮部材が内包されている空間を密封する蓋と、
上記圧縮部材に差し込まれており、上記圧縮部材のフランジと上記蓋との間で圧縮されることにより上記押圧を発生する圧縮コイルバネと、により構成されていることを特徴とする半導体機能試験電気接続装置。
上記ボールスプライン機構は、
上記シャフトのスプライン溝と、
上記外筒のシャフトを嵌め入れる面に、上記スプライン溝に対向するように形成されている保持溝と、
上記スプライン溝に噛み合うように、上記保持溝に転動自在に保持されている複数の球と、により構成されており、
上記球は、上記スプライン溝に対して圧力を与えるように保持されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体機能試験電気接続装置。
上記蓋は着脱可能であることを特徴とする請求項１に記載の半導体機能試験電気接続装置。
上記圧縮コイルバネは、上記圧縮部材に対して抜差可能であることを特徴とする請求項３に記載の半導体機能試験電気接続装置。
上記外筒は、上記押圧部材の配置側における端部から間隔をあけた位置の外側面に形成されているフランジを有し、
上記支持部材は、上記外筒を差し込む貫通孔を上記空間の底面に有しており、
上記外筒は、上記押圧部材の配置側における端部からフランジまでの部分が、上記フランジが上記空間の底面に当たるまで上記貫通孔に差し込まれて固定されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体機能試験電気接続装置。
上記ベースユニットは、上記外筒における押圧部材の配置側の端部に、上記外筒と上記シャフトとの間に設けられるシールリングをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体機能試験電気接続装置。
上記ベースユニットは、上記シャフトが外部に露出している部分を覆うように設けられる蛇腹状の被覆部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１または６に記載の半導体機能試験電気接続装置。
上記押圧部材は、上記シャフトに対して着脱可能であることを特徴とする請求項１に記載の半導体機能試験電気接続装置。
上記押圧部材は、弾性を有する第１緩衝シートを介して上記領域を平らに張設していることを特徴とする請求項１に記載の半導体機能試験電気接続装置。
上記押圧部材は、四角柱、または、上記シャフトに固定されたときの軸方向の断面形状が台形の角柱、の形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の半導体機能試験電気接続装置。
上記軟質シートを上記基板の裏面に圧着する圧着部材と、
上記圧着部材と上記軟質シートとの間に設けられる、弾性を有する第２緩衝シートと、をさらに備え、
上記第１接続端子と上記第２接続端子との電気的な接続は、上記圧着部材による上記第２緩衝シートを介した圧着によって行われていることを特徴とする請求項１に記載の半導体機能試験電気接続装置。
上記ベースユニットは、上記基板に対する上記支持部材の位置関係を調整する調整部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体機能試験電気接続装置。
被試験対象の半導体素子に形成された複数の半導体端子と電気的に接続する半導体機能試験電気接続装置において、
複数の第１接続端子が裏面に形成されている基板と、
上記第１接続端子の配置に対応するように表面の内側領域に形成された第３接続端子を一方の端部に有し、裏面の外側領域に形成された第４接続端子を他方の端部に有する配線が複数形成されており、上記第３接続端子が上記第１接続端子と電気的に接続されるように、表面の内側領域が上記基板の裏面に圧着されることによって、上記基板に固定されているフィルム状の第１軟質シートと、
上記半導体素子の半導体端子の配置に対応するように裏面の内側領域に形成されたプローブ端子を一方の端部に有し、上記第４接続端子の配置に対応するように表面の外側領域に形成された第２接続端子を他方の端部に有する配線が複数形成されており、上記第２接続端子が上記第４接続端子と電気的に接続されるように、表面の外側領域が上記第１軟質シートを介して上記基板の裏面に圧着されることによって、上記基板に固定されているフィルム状の第２軟質シートと、
上記第２軟質シートのプローブ端子が形成されている領域を平らに張設するとともに、上記プローブ端子に上記半導体端子が押し当てられるとき、半導体素子側に作用する押圧を上記領域に与えるように、上記基板に固定されているベースユニットとを備え、
上記ベースユニットは、
外筒と、
軸方向に沿ったスプライン溝が形成されており、上記スプライン溝をガイドとするボールスプライン機構により摺動自在に上記外筒に貫通して嵌め入れられているシャフトと、
外側面にフランジが形成されているとともに上記外筒を摺動自在に嵌め入れるような形状を有しており、上記外筒を摺動自在に嵌め入れるように上記シャフトの一方の端部に固定されている圧縮部材と、
上記圧縮部材が固定されている側と反対側に位置する押圧面が、上記シャフトの中心軸に対して直交するように、上記シャフトの他方の端部に固定されている押圧部材と、
上記外筒を固定するとともに、上記シャフトの圧縮部材が固定されている側が開口するように上記圧縮部材を内包し、かつ上記押圧部材が外部に位置するような形状を有しており、上記シャフトが上記基板に形成されている開口部を通って、上記押圧部材の押圧面が上記領域を平らに張設するように、上記基板の表面に固定されている支持部材と、
上記支持部材における上記圧縮部材が内包されている空間を密封する蓋と、
上記圧縮部材に差し込まれており、上記圧縮部材のフランジと上記蓋との間で圧縮されることにより上記押圧を発生する圧縮コイルバネと、により構成されていることを特徴とする半導体機能試験電気接続装置。
上記外筒、シャフト、圧縮部材、および圧縮コイルバネからなるアセンブリは、複数設けられており、上記押圧部材は該複数のシャフトに固定されていることを特徴とする請求項１３に記載の半導体機能試験電気接続装置。
上記基板に形成されている上記シャフトが通る開口部は、該シャフトに沿った大きさの形状を有していることを特徴とする請求項１３または１４に記載の半導体機能試験電気接続装置。
被試験対象の半導体素子に形成された複数の半導体端子と電気的に接続する半導体機能試験電気接続装置において、
複数の第１接続端子が裏面に形成されている基板と、
上記半導体素子の半導体端子の配置に対応するように裏面の内側領域に形成されたプローブ端子を一方の端部に有し、上記第１接続端子の配置に対応するように表面の外側領域に形成された第２接続端子を他方の端部に有する配線が複数形成されており、上記第２接続端子が上記第１接続端子と電気的に接続されるように、表面の外側領域が上記基板の裏面に圧着されることによって、上記基板に固定されているフィルム状の軟質シートと、
上記軟質シートのプローブ端子が形成されている領域を平らに張設するとともに、上記プローブ端子に上記半導体端子が押し当てられるとき、半導体素子側に作用する押圧を上記領域に与えるように、上記基板に固定されているベースユニットとを備え、
上記ベースユニットは、
外筒と、
軸方向に沿ったスプライン溝が形成されており、上記スプライン溝をガイドとするボールスプライン機構により摺動自在に上記外筒に貫通して嵌め入れられているシャフトと、
外側面にフランジが形成されているとともに上記外筒を摺動自在に嵌め入れるような形状を有しており、上記外筒を摺動自在に嵌め入れるように上記シャフトの一方の端部に固定されている圧縮部材と、
上記圧縮部材が固定されている側と反対側に位置する押圧面が、上記シャフトの中心軸に対して直交するように、上記シャフトの他方の端部に固定されている押圧部材と、
上記外筒を固定するとともに、上記シャフトの圧縮部材が固定されている側が開口するように上記圧縮部材を内包し、かつ上記押圧部材が外部に位置するような形状を有しており、上記シャフトが上記基板に形成されている開口部を通って、上記押圧部材の押圧面が上記領域を平らに張設するように、上記基板の表面に固定されている支持部材と、
上記支持部材における上記圧縮部材が内包されている空間を密封する蓋と、
上記圧縮部材に差し込まれており、上記圧縮部材のフランジと上記蓋との間で圧縮されることにより上記押圧を発生する圧縮コイルバネと、により構成されており、
上記軟質シートは、張設された状態の該軟質シートに沿って反る板バネを介した圧着部材によって、上記基板の裏面に圧着されていることを特徴とする半導体機能試験電気接続装置。
被試験対象の半導体素子に形成された複数の半導体端子と電気的に接続する半導体機能試験電気接続装置において、
複数の第１接続端子が裏面に形成されている基板と、
上記第１接続端子の配置に対応するように表面の内側領域に形成された第３接続端子を一方の端部に有し、裏面の外側領域に形成された第４接続端子を他方の端部に有する配線が複数形成されており、上記第３接続端子が上記第１接続端子と電気的に接続されるように、表面の内側領域が上記基板の裏面に圧着されることによって、上記基板に固定されているフィルム状の第１軟質シートと、
上記半導体素子の半導体端子の配置に対応するように裏面の内側領域に形成されたプローブ端子を一方の端部に有し、上記第４接続端子の配置に対応するように表面の外側領域に形成された第２接続端子を他方の端部に有する配線が複数形成されており、上記第２接続端子が上記第４接続端子と電気的に接続されるように、表面の外側領域が上記第１軟質シートを介して上記基板の裏面に圧着されることによって、上記基板に固定されているフィルム状の第２軟質シートと、
上記第２軟質シートのプローブ端子が形成されている領域を平らに張設するとともに、上記プローブ端子に上記半導体端子が押し当てられるとき、半導体素子側に作用する押圧を上記領域に与えるように、上記基板に固定されているベースユニットとを備え、
上記ベースユニットは、
外筒と、
軸方向に沿ったスプライン溝が形成されており、上記スプライン溝をガイドとするボールスプライン機構により摺動自在に上記外筒に貫通して嵌め入れられているシャフトと、
外側面にフランジが形成されているとともに上記外筒を摺動自在に嵌め入れるような形状を有しており、上記外筒を摺動自在に嵌め入れるように上記シャフトの一方の端部に固定されている圧縮部材と、
上記圧縮部材が固定されている側と反対側に位置する押圧面が、上記シャフトの中心軸に対して直交するように、上記シャフトの他方の端部に固定されている押圧部材と、
上記外筒を固定するとともに、上記シャフトの圧縮部材が固定されている側が開口するように上記圧縮部材を内包し、かつ上記押圧部材が外部に位置するような形状を有しており、上記シャフトが上記基板に形成されている開口部を通って、上記押圧部材の押圧面が上記領域を平らに張設するように、上記基板の表面に固定されている支持部材と、
上記支持部材における上記圧縮部材が内包されている空間を密封する蓋と、
上記圧縮部材に差し込まれており、上記圧縮部材のフランジと上記蓋との間で圧縮されることにより上記押圧を発生する圧縮コイルバネと、により構成されており、
上記第２軟質シートは、張設された状態の該第２軟質シートに沿って反る板バネを介した圧着部材によって、上記基板の裏面に圧着されていることを特徴とする半導体機能試験電気接続装置。